dna的粗提取與鑒定實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化方案

“從屬木馬的粗提取和鑒定”是當(dāng)前生物課程的指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探索和體驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)，但在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和教育時(shí)存在許多問題。最突出的是，許多學(xué)校沒有進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。由于實(shí)驗(yàn)成本高，郊區(qū)和農(nóng)村學(xué)校很難接受。實(shí)驗(yàn)的過程既復(fù)雜又復(fù)雜，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能要求很高，整個(gè)教學(xué)時(shí)間很難完成。由于該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)涉及現(xiàn)代生物科技領(lǐng)域中的熱點(diǎn)，與社會(huì)、生產(chǎn)和學(xué)生生活實(shí)際密切相關(guān)，對(duì)學(xué)生有很強(qiáng)的吸引力。為了滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，充分發(fā)揮該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生探究學(xué)習(xí)的作用，我們通過組織學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)，經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐終于摸索出“DNA的粗提取與鑒定”實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化方案，較好地克服了實(shí)施原有實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的諸多困難。1優(yōu)化計(jì)劃來自于學(xué)習(xí)和實(shí)踐1.1探究實(shí)驗(yàn)方案以“DNA的粗提取與鑒定”為課題,我們?cè)诮M織學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí),將學(xué)生分為兩個(gè)大組:一組以高中生物學(xué)教材中的“DNA的粗提取與鑒定”實(shí)驗(yàn)為參考資料（簡(jiǎn)稱方案1）,一組以相應(yīng)的教師教學(xué)用書提供的實(shí)驗(yàn)方法為參考資料（簡(jiǎn)稱方案2）。每個(gè)小組設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)方案,并開展自主探究活動(dòng)。學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)表明,方案2比方案1有許多可取之處,如以菜花為實(shí)驗(yàn)材料要比雞血易得而廉價(jià),實(shí)驗(yàn)步驟也簡(jiǎn)便易行。存在的主要問題是:1）從雞血細(xì)胞中提取的DNA,其鑒定實(shí)驗(yàn)效果與市售純品DNA相近,從菜花細(xì)胞中提取的DNA鑒定時(shí)觀察到淺藍(lán)色,但效果不及雞血;2）用冷凍法預(yù)處理菜花有利于研磨時(shí)破碎細(xì)胞使染色質(zhì)裸露,但實(shí)驗(yàn)中使用的研磨液在常溫下形成結(jié)晶，研磨前需通過加熱溶解，加熱的研磨液會(huì)使材料解凍而降低研磨效果。1.2使用相關(guān)材料作為dna提取材料方案2中提取液成分及其作用原理是:SDS（十二烷基硫酸鈉）能夠使蛋白質(zhì)變性并與DNA分離;EDTA（乙二胺四乙酸二鈉）是DNA分解酶的抑制劑,可防止細(xì)胞破碎后酶降解DNA;物質(zhì)的量濃度為0.15mol/L的NaCl溶液有利于形成DNA鈉鹽;Tris/HCl,為DNA提供一個(gè)呈穩(wěn)定狀態(tài)的緩沖體系。根據(jù)此理,我們借鑒北京師范大學(xué)出版社出版的義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《生物學(xué)》（8年級(jí)上冊(cè)）提供的相關(guān)資料,選擇市售洗滌靈和加酶洗衣粉取代原提取液,利用其中含有的苯磺酸鈉促使蛋白質(zhì)變性。此外，方案2還啟示我們嘗試選擇植物作為提取DNA的實(shí)驗(yàn)材料。研究性學(xué)習(xí)小組的學(xué)生自動(dòng)分成若干小組，各自確定幾種植物和動(dòng)物材料，如蒜黃、鮮豌豆種子、香蕉、洋蔥、菠菜、馬鈴薯、動(dòng)物肝臟等，對(duì)每種材料分別用標(biāo)準(zhǔn)提取液、金魚牌洗滌靈和加酶洗衣粉稀釋液進(jìn)行提取，按照方案2的實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行檢驗(yàn)和比較觀察實(shí)驗(yàn)效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，金魚牌洗滌靈（稀釋10倍）與方案2提供的標(biāo)準(zhǔn)提取液的實(shí)驗(yàn)效果相當(dāng)，在常溫下它與冷處理實(shí)驗(yàn)材料一起研磨，使材料研磨得細(xì)碎。在試用的植物材料中，以蒜黃、鮮豌豆種子勻漿的實(shí)驗(yàn)效果最好。1.3重復(fù)實(shí)踐，產(chǎn)生反思和改進(jìn)措施為了檢驗(yàn)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定程度，我們組織學(xué)生進(jìn)行了3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，對(duì)每次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問題都進(jìn)行反思并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，以期完善適于這些實(shí)驗(yàn)材料和提取液的實(shí)驗(yàn)流程。最終產(chǎn)生的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案如下：1.3.1目的和原則1.3.2材料制備方法材料：新鮮菜花（去梗取花）、蒜黃、鮮豌豆種子（或吸脹后的豌豆種子）、香蕉（去皮取心）、洋蔥等。用具：一次性塑料水杯（替代塑料燒杯）、量筒、玻璃棒、尼龍紗布、陶瓷研缽、試管、試管架、漏斗、酒精燈、石棉網(wǎng)、三角架、火柴、刀片、天平、離心機(jī)等。試劑：提取液（10倍稀釋的洗滌靈，每100mL稀釋液加入1gNaCl）、體積分?jǐn)?shù)為95%酒精溶液。方法步驟：1）準(zhǔn)備：將選取的實(shí)驗(yàn)材料清洗后切碎，每份稱取20g冷凍24h。同時(shí)，將95%酒精置于冷凍室內(nèi)。2）研磨：將冷凍材料放入研缽中研磨，稍許加入10mL提取液后再進(jìn)行充分研磨10min。以鮮豌豆種子為實(shí)驗(yàn)材料時(shí)，研磨前需打漿。3）分離：用紗布將研磨物過濾，使其中的液體濾入小燒杯中，將濾液進(jìn)行離心5min(1000r/min）。4）冷處理：取4mL上清液加入2倍體積的冷酒精，用玻棒輕輕攪拌，幾分鐘后可見白色的DNA鈉鹽絮狀物，緩緩旋轉(zhuǎn)玻棒，絮狀物會(huì)纏繞在玻棒上。1.3.3石棉網(wǎng)、聚乳器用具：試管、塑料試管架、三角架、酒精燈（或電加熱器）、石棉網(wǎng)、火柴、500mL燒杯等。藥品：二苯胺試劑、NaCl(0.015mol/L）等。2實(shí)驗(yàn)成本與教材實(shí)驗(yàn)方案的比較“DNA的粗提取與鑒定”優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案有如下突出特點(diǎn)：價(jià)廉同效。方案所選取的實(shí)驗(yàn)材料幾乎全部為植物,只需少量的雞血（以其提取物代替市售高純度DNA作為鑒定實(shí)驗(yàn)中的對(duì)照）;所需的研磨液為市售洗滌靈；所用的塑料燒杯為一次性水杯。這些材料、試劑和物品常見、常用、極易獲得且價(jià)格低廉，使得實(shí)驗(yàn)成本僅相當(dāng)于教材實(shí)驗(yàn)方案的9.2%，這意味著具有10個(gè)以上教學(xué)班的年級(jí)完成該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，一次節(jié)約的實(shí)驗(yàn)成本將超過4000元，而實(shí)驗(yàn)效果卻與教材實(shí)驗(yàn)方案相當(dāng)。操作簡(jiǎn)單。方案中的實(shí)驗(yàn)流程僅相當(dāng)于教材實(shí)驗(yàn)方案的一半步驟，尤其是取材、配制研磨液的操作十分簡(jiǎn)便易行，使得實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備，以及實(shí)驗(yàn)過程更加省時(shí)省力，在1課時(shí)內(nèi)即可完成全部探究實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。易于組織學(xué)生自主探究活動(dòng)。在該項(xiàng)活動(dòng)中，教師與學(xué)生一起走進(jìn)探究活動(dòng)的全過程，共同親歷了“學(xué)習(xí)—實(shí)踐—認(rèn)識(shí)，再學(xué)習(xí)—再實(shí)踐—再認(rèn)識(shí)”探究實(shí)驗(yàn)，思維火花在交流中得以碰撞，將教師與學(xué)生融合成為一個(gè)共同學(xué)習(xí)的群體，使得師