《DNA的粗提取与鉴定》实验是人教版《生物·选修一·生物技术实践》中分子生物学水平的实验课题之一。该课题通过尝试对植物或动物组织中的DNA进行粗提取，了解DNA的物理化学性质，理解DNA粗提取及DNA鉴定的原理，开展该实验也有助于学生了解分子生物学的基本实验方法。教材给出的实验方法是将鸡血细胞破碎后粗提取核DNA并纯化、鉴定，笔者在教学过程中不断实践和摸索，在材料选择、处理及除杂方法上做了不同于教材实验方案的几点改进，现将探究点介绍如下：
1 理想实验材料选择的探究
要让生物实验教学顺利开展并取得良好效果，选择理想实验材料是取得成功的第一步。
实验课前一周，笔者首先让各生物兴趣小组的学生分别就鸡血、猪血、鲤鱼的精巢、菠菜、花椰菜、香蕉等6种实验材料进行了DNA的粗提取与鉴定的预实验，并要求他们对实验过程中特别关注各种材料在操作难易、耗时长短、实验结果明显与否等方面的差异。预实验后，师生做了总结（表1）。
表1 六种实验材料的特点
实验材料 |
特点 |
鸡血 |
细胞吸水胀破释放DNA，易操作。需另配抗凝剂，实验前需将血液静置于冰箱24h或离心，若静置时间不够，血细胞沉淀液中含有较多杂质，实验效果不好。 |
猪血 |
猪血中红细胞是哺乳动物成熟红细胞，无核DNA。 |
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鲤鱼的 精巢 |
鲤鱼精巢大，染色体数为100条，含有的DNA量多[1]。研磨搅拌后黏性强，不易过滤。注：研讨课上各兴趣小组学生一起动手操作，需要的鲤鱼精巢多，给整个实验室充满难闻的鱼腥味。因此学生对实验有反感与排斥的情绪。 |
菠菜 |
研磨时需去除叶脉，菠菜的绿色会干扰学生对析出的白色黏稠物的观察。 |
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花椰菜
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材质硬、水分少，研磨历时长，获得提取液少。加入的洗涤剂使提取液中泡沫多，不易过滤，还需离心。 |
香蕉 |
材质柔软，水分多，去皮即可研磨，研磨历时短，加入洗涤剂不会产生很多泡沫，提取液量多，析出的白色黏稠物也多，鉴定时显色反应明显。 |
通过该预实验的尝试，笔者最终决定选用香蕉作为理想实验材料。在实验课上，笔者向学生展示表1内容，让学生自主总结选择理想实验材料的依据。经过思考和讨论，学生总结为以下5点：（1）含DNA多；（2）细胞易分散、易研碎，核中DNA易释放；（3）选择浅颜色材料，减少实验中无关现象的干扰；（4）材料成本低廉；（5）尽量减少实验环境污染，保持干净整洁的实验环境，营造轻松愉悦的实验氛围。学生自主总结得出的结论为其他提取鉴定类实验过程中如何进行理想材料的选择奠定了基础，如色素的提取与分离；还原糖、蛋白质的鉴定；过氧化氢酶的提取等。该探究活动增强了学生灵活运用已有知识自主选择实验材料的能力，让学生真正体会选择合适材料对完成实验和实验思维形成的重要意义，也培养了学生勇于探索的科学精神。
2 不同温度条件下的实验材料对DNA粗提取影响的探究
笔者准备了新鲜的香蕉10根，5根在常温下放置，5根置于冰箱2℃环境下,24h后去皮各称取30g香蕉瓤并置于不同的研钵中研磨，分别加入蒸馏水10mL、厨房用洗洁精3滴、食盐2g，充分研磨后过滤，沿烧杯壁向滤液中缓缓注入预冷的体积分数为95%的酒精，各自析出的白色黏稠物分别如图1A和B所示。实验表明，经过低温处理的实验材料比常温下的实验材料所得析出物多。
为什么会出现这样的实验现象呢？带着这个问题，笔者查阅了相关文献资料，发现所有生物的细胞都含有与核酸代谢有关的酶类，这些酶能够分解细胞内各种核酸。其中，DNA酶含量在不少种类的细胞中都很高[2]。根据酶的特性，低温下DNA酶的活性降低，降解DNA较少，故低温香蕉比常温香蕉析出的白色黏稠物多。
各取5mL 2mol/L的NaCl溶液溶解图1及图2所示的白色黏稠物，分别加入新配置的二苯胺试剂4mL，沸水浴加热10min后冷却，观察显色反应。 实验结果表明，低温下香蕉析出物（DNA）的显色反应比常温下的颜色更深一些。
实验课上笔者将全班学生分为6大组，第1、2、3组学生用常温下的香蕉做实验，第4、5、6组学生用低温处理后的香蕉做实验，让学生进行对照比较，思考不同实验结果背后的原因。该探究活动激发了学生的学习兴趣，扩充了学生的信息量，学生在知识、技能及情感等方面都获得了充分的发展。
3 不同的除杂方法对DNA粗提取影响的探究
笔者用二苯胺鉴定白色黏稠物时呈现浅蓝色，但有时不甚清晰，说明黏稠物中含有较多杂质。因为真核生物中的染色体DNA与碱性蛋白（组蛋白）结合成核蛋白形式存在于核内[3]，故白色黏稠物中大部分杂质为蛋白质，用双缩脲试剂鉴定呈现紫色，如图3所示（1号试管为实验组，呈紫色，2号试管为对照组，不变色。）
如果降低析出物中蛋白质含量，使DNA纯度更高，那么鉴定时蓝色是否更明显或更深一点呢？带着这个问题，笔者在实验课中先让学生回顾了教材中纯化DNA的相关原理：（1）大多数蛋白质不能忍受60—80℃的高温，而DNA在80℃以上才会变性；（2）嫩肉粉中的木瓜蛋白酶能分解蛋白质但不分解DNA，且作用的最适温度是55—60℃[4]。学生经过讨论后提出可以利用DNA和蛋白质对高温和酶的耐受性不同来纯化DNA，并给出了两种除杂方法。笔者让不同小组进行不同除杂操作，比较实验效果。具体安排见表2，各组实验所用香蕉量及研磨液量一致。
表2 实验材料及除杂方法分组表
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除杂方法 |
分组编号 |
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常温材料 |
低温材料 |
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第①组 |
第②组 |
第③组 |
第④组 |
第⑤组 |
第⑥组 |
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直接析出法（研磨后过滤，向滤液中加入两倍体积预冷的95%酒精） |
√ |
√ |
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高温加热除杂法（研磨后过滤，将滤液放在70℃恒温水浴锅加热10min，冷却后向滤液中加入两倍体积预冷的95%酒精） |
√ |
√ |
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加酶分解除杂法（研磨后过滤，向滤液中加入2g嫩肉粉，轻摇烧杯充分混匀。将烧杯置于60℃恒温水浴锅中加热10min，冷却后向滤液中加入两倍体积预冷的95%酒精） |
√ |
√ |
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所有学生都参与到动手操作的过程中，他们兴趣盎然地比较着各自不同的实验结果：同种除杂方法处理温度不同的香蕉提取液，低温下比常温下析出的白色黏稠物多，二苯胺鉴定蓝色更深；同一温度下的研磨滤液经高温除杂或加入蛋白酶除杂后析出的白色黏稠物比未经除杂析出的白色黏稠物少，但是二苯胺鉴定呈现蓝色更明显。可见经过两种除杂操作，使析出物中蛋白质含量下降，DNA纯度更高。该探究过程让学生对教材介绍的实验原理有了更深刻理解，也增强了学生灵活运用教材实验原理设计实验、分析问题、解决问题的能力；整个过程要求学生操作细致、动作规范、取量严谨、思维缜密、他们真正体会了按照对照原则、单一变量原则做实验的严谨性与科学性；各小组各成员要互相协作，共同探讨实验过程中出现的各种问题，提升了他们团队合作的意识。
参考文献
[1] 李立珺.“DNA的粗提取与鉴定”实验的改进[J].实验教学与仪器，2008（7—8）：46—47.
[2] 王镜岩，朱圣庚，徐长法.生物化学：下册[M].3版.北京：高等教育出版社，2002：387—388.
[3] 王镜岩，朱圣庚，徐长法.生物化学：上册[M].3版.北京：高等教育出版社，2002：513.
[4] 唐晓明，林子杰，滕慰群.“香蕉细胞中DNA粗提取与鉴定”简化实验的研究[J].生物学通报，2013，48（2）：58—59.