洋蔥DNA粗提取與鑒定實驗優化

呂樂　杜靜

關鍵詞：DNA提取；鑒定；實驗優化

? 一、研究背景

生物學是以提高學生生物學科核心素養為宗旨的學科課程。《普通高中生物學課程標準2017版》明確指出：生物學課程要求學生主動參與學習過程，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據、檢驗假設和發現規律等過程中習得生物學知識，養成理性思維的習慣，形成積極的科學態度，發展終身學習及創新實踐的能力[1]。“DNA的粗提取與鑒定”是人教版生物教材選修一模塊中的實驗課題，是一個定性的鑒定實驗。該實驗的主要教學流程是：學生了解DNA的物理化學性質，在理解DNA提取與鑒定原理的基礎上，嘗試對動植物組織中的DNA進行粗提取和鑒定。教材中詳細介紹了DNA粗提取與鑒定的原理，并結合原理介紹了提取DNA的方案，但所提供的實驗步驟繁瑣，實驗操作較為復雜。如何在普通高中實驗室條件下做好這個實驗？筆者在許多高中教師實驗“簡化”的基礎上，對實驗材料、實驗條件和過程進行了探索，對相關步驟進行簡化，在實際教學中進行了反復試驗和總結，解決了教學課堂時間緊張，操作困難，實驗效果不明顯等問題[2]～[5]。現將實驗改進介紹如下。

? 二、實驗方案

? （一）目的要求

1.了解DNA的物理化學性質，理解DNA粗提取和鑒定的原理。

2.學會DNA粗提取的方法以及用二苯胺試劑對DNA進行鑒定。

? （二）材料用具

黃洋蔥、氯化鈉、無水乙醇、復合蛋白酶（源葉Cat.S10155）、1.5%二苯胺試劑（雷根Cat.NT0002）、洗滌靈、料理機、電陶爐、玻璃棒、燒杯、量筒、紗布等。

? （三）方法步驟

1.將黃洋蔥剝皮，切丁后放入料理機中，充分打碎以破壞細胞壁。

2.量取打好的洋蔥混合物50mL于燒杯中，加入5mL洗滌靈。用玻璃棒單向攪拌2分鐘使其混合均勻（目的：洗滌劑可以破壞細胞膜及核膜，但對DNA無影響）。

3.再加入6g氯化鈉，用玻璃棒單向緩慢攪拌均勻（目的：DNA在2mol/L氯化鈉中溶解度最大）。

4.再加入5mL10%復合蛋白酶液，緩慢攪拌均勻，靜置5分鐘（目的：復合蛋白酶液可分解部分蛋白質，但對DNA無影響）。

5.以四層濕紗布過濾上述混合液，收集濾液，此時DNA存于過濾下來的溶液中。

6.取濾液30mL轉移至干凈的燒杯中。

7.再沿著燒杯邊緣慢慢倒入60～70mL的冰浴無水乙醇。此時在無水乙醇和水溶液的交界處就會慢慢出現如棉絮般的白色物質，靜置2分鐘。用玻璃棒沿一個方向攪拌，卷起白色絮狀物（目的：DNA因不溶于乙醇而析出）。

8.取兩支試管，各加入2mL2mol/L氯化鈉溶液，將上述白色絮狀物緩慢挑出，放入其中一支試管中，用玻璃棒攪拌，使其溶解，作為實驗組；另一支試管不加白色絮狀物，作為對照組。然后向兩支試管中各加入5mL1.5%的二苯胺試劑，混合均勻后，將兩支試管置于沸水中加熱15min，待試管冷卻后，觀察并比較兩支試管中溶液顏色的變化（原理：DNA在酸性條件下加熱，其嘌呤堿與脫氧核糖間的糖苷鍵斷裂，生成嘌呤堿、脫氧核糖和脫氧嘧啶核苷酸，而脫氧核糖在酸性環境中加熱脫水生成ω-羥基-γ-酮基戊醛，與二苯胺試劑反應生成藍色物質）。

? （四）注意事項：

1.洋蔥切丁盡量小，料理機處理時間亦短不宜長。

2.攪拌過程中單向、緩慢攪拌，避免DNA鏈斷裂。

3.使用濕紗布過濾，避免濾液吸附而造成浪費。

4.冰浴乙醇加入時應緩慢且穩定不斷流，白色絮狀物盡量完全挑取干凈。

5.二苯胺鑒定過程中有乙酸等刺激氣味，建議于通風櫥中進行。

? 三、實驗優點：

? 1.實驗材料簡單易得

黃洋蔥物美價廉，且處理過程簡單、安全，僅需用料理機快速絞碎即可，教師可在課前提前處理洋蔥，以節省學生實驗操作時間。

? 2.簡化實驗步驟，縮短實驗時間

優化后的實驗操作簡單易行，整個實驗約30min即可完成，省時省力。每位學生都親自操作，大大增加了學習積極性。

? 3.增加實驗安全性

優化后的實驗不需要離心機、酒精燈、三角架等儀器，危險化學品濃硫酸、冰乙酸和乙醛等也不再單獨準備，只需采購商品化的1.5%二苯胺試劑，既降低危化品儲存和使用風險，增加學生實驗操作安全性，又減輕教師工作量，同時降低實驗成本。

? 4.提高實驗成功率

優化后的實驗可操作性強，實驗效果理想，按步驟正常進行，學生幾乎都能提取出大量的DNA，顯色反應也很明顯，成功率達100%。

綜上所述，以黃洋蔥為實驗材料的“DNA粗提取與鑒定”，實驗材料簡便，成本低廉，實驗步驟簡單，可操作性強，實驗現象明顯且成功率高，一堂課即可完成教學任務，效果顯著。學生通過實驗操作增加了感性認識，提高了動手能力，同時有效地激發了求知欲望，調動了學生學習生物學的積極性，對提高學生的科學素養有一定的價值。本方案能達到預期教學目標，因此易于在普通中學中普及和推廣。

參考文獻：

[1]劉恩山等.普通高中生物學課程標準（2017年版）解讀[M].高等教育出版社，2018.

[2]姚燕.“DNA的粗提取與鑒定”實驗優化和研究[J].教學儀器與實驗，2014，30（11）：30-32.

[3]韓曉靜.“DNA的粗提取與鑒定”實驗的改進[J].中學生物學，2017，33（6）：50-51.

[4]姚燕.在實驗教學中發展學生核心素養——“DNA的粗提取與鑒定”實驗教學設計與實施的改進[J].生物學通報，2018，53（11）：29-32.

[5]李偉.基于實際問題解決的生物智慧課堂——以“DNA的粗提取與鑒定”為例[J].中學生物學，2019，35（5）：22-24.

（作者單位：1.北京科技大學化學與生物工程學院；2.首都師范大學附屬育新學校）