DNA的粗提取與鑒定實驗教學(xué)設(shè)計.doc

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DNA的粗提取與鑒定實驗 一、教學(xué)背景分析 【教材分析】 生物體的性狀之所以能夠遺傳給后代，是由于生物體內(nèi)具有DNA或RNA這些遺傳物質(zhì)。通過必修2《遺傳與進化》的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了證明DNA是主要的遺傳物質(zhì)的實驗證據(jù)。那么DNA究竟是什么樣的呢？本課題通過嘗試對植物或動物組織中的DNA進行粗提取，了解DNA的物理化學(xué)性質(zhì)，理解DNA粗提取以及DNA鑒定的原理，使學(xué)生對DNA有一定的感性認識。 “DNA的粗提取與鑒定實驗”在《普通高中生物課程標準》和《考試大綱》對實驗內(nèi)容考查的要求中屬D級要求，新課標強調(diào)能力培養(yǎng)，高考對實驗?zāi)芰Φ目己吮戎匾仓鹉昙哟?。學(xué)生通過本次實驗探究活動，可進一步提高動手能力和創(chuàng)新能力。 【學(xué)情分析】 通過必修2《遺傳與進化》的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)了解了證明DNA是主要的遺傳物質(zhì)的實驗證據(jù)，知道生物體的形狀之所以能夠遺傳給后代，是由于生物體內(nèi)具有DNA或RNA這些遺傳物質(zhì)。通過本課題的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對DNA有一定的感性認識。 二、教學(xué)目標 【知識目標】 本實驗通過嘗試對植物或動物組織中的DNA進行粗提取，了解DNA的物理化學(xué)性質(zhì)，理解DNA粗提取方法以及DNA鑒定的原理內(nèi)容。 【能力目標】 1.實驗中能運用已有的知識，選擇實驗材料用具； 2.通過具體的材料，學(xué)生嘗試課題研究，體驗科學(xué)探究的一般過程。 3.初步掌握DNA的粗提取和鑒定的方法 4.在對實驗原理、步驟的理解和分析過程中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。 5.熟悉粗提取生物大分子的的一般性方法 【情感態(tài)度與價值觀目標】 1.通過小組之間的分工合作，逐漸養(yǎng)成協(xié)作精神； 2.通過科學(xué)與數(shù)學(xué)的整合，逐漸形成簡約、嚴謹?shù)乃季S品質(zhì)； 3.在實驗過程中培養(yǎng)學(xué)生嚴謹細致、實事求是的科學(xué)態(tài)度 三、教學(xué)重難點 【教學(xué)重點】 DNA的粗提取與鑒定方法及其相關(guān)原理 【教學(xué)難點】 DNA的粗提取與鑒定方法及其相關(guān)原理 四、實驗實施準備 【教師準備】 1.分組。學(xué)生平均分配，兩人一組。 2.實驗用具。移液管、燒杯、滴管、玻璃棒、研缽、冰箱、濕紗布、試管、離心機、水浴鍋等。 3.材料。加抗凝劑的雞血 4.實驗試劑。0.1g/mL檸檬酸鈉 蒸餾水2mol/L 無水乙醇 二苯胺試劑 【學(xué)生準備】 1.預(yù)習(xí)實驗“DNA粗提取和鑒定”，初步了解DNA的理化性質(zhì)和基本形態(tài)特征。 2.進行分組。 3.查閱資料，了解DNA的取樣的方法和來源 4.通過課前準備，學(xué)生進一步提高學(xué)習(xí)興趣，再次激發(fā)實驗探究的熱情；較大程度上節(jié)省了課堂時間；為探究實驗的成功打基礎(chǔ)。 五、教學(xué)方法 【教法】 任務(wù)驅(qū)動法、直觀演示法 【學(xué)法】 自主學(xué)習(xí)法、合作交流法 動手操作法 六、教學(xué)媒體 黑板、多媒體計算機 七、課時安排 該實驗的操作簡單，不需要大量繁雜的實驗培養(yǎng)，調(diào)查等實驗步驟，故兩個課時就可超額完成。 八、教學(xué)過程 程序及時間安排 教師行為 預(yù)設(shè)學(xué)生 活動 設(shè)計意圖 引入實驗教學(xué) 3min 引入主題：我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了DNA的有關(guān)學(xué)習(xí)，這節(jié)課，我們一起學(xué)習(xí)“DNA的粗提取與鑒定”實驗技術(shù)。 板書：DNA的粗提取與鑒定 DNA的提取技術(shù)是整個基因工程技術(shù)基礎(chǔ)。無論‘人類阿波羅計劃”的人類基因組計劃以及熟知的親子鑒定，DNA提取技術(shù)都是其中基礎(chǔ)的基礎(chǔ)。對于DNA，我們只在書本中了解它，但是接下來我們將親手提取出細胞內(nèi)的DNA，并做鑒定實驗。 傾聽思考 思考、回答問題 開門見山，使學(xué)生明白DNA提取技術(shù)的重要性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣及探究熱情，主動思考 回顧基礎(chǔ)知識 DNA粗提取和定的實驗步驟：(37分鐘) 這節(jié)課，我們一起學(xué)習(xí)DNA的粗提取與鑒定技術(shù)。 首先，我們應(yīng)該選取合適的實驗材料 問題：教材中列舉了很多中材料，請你從中選出2-3種。 原則：凡是含有DNA的生物材料都可以考慮，但是，選用DNA含量相對較高的生物組織，成功的可能性更大。 那么教材中選擇雞血細胞液作為實驗材料，而相對于其他材料雞血細胞液，有什么優(yōu)點呢？ 1.雞是真核生物，真核生物的DNA都在染色體上。 2.鳥類的血細胞核大，DNA多（從核DNA數(shù)目來看，豬38條，雞78條，哺乳動物血0條，獼猴桃58條，洋蔥16條，豌豆14條，菠菜12條，大腸桿菌1條） 3.不需要破除細胞壁 選用雞血細胞液還有一個好處——雞血比較容易獲得，那么我們?yōu)槭裁床挥貌溉閯游锏募t細胞呢？ 哺乳動物成熟的紅細胞沒有細胞核 問題：雞血細胞液可以直接用嗎？ 檸檬酸鈉抗凝 回答、思考 使學(xué)生明白為什么要選用雞血細胞液為材料，深對探究性實驗的過程及原則的理解 破碎細胞，釋放DNA 問題：雞血細胞雖然沒有細胞壁，但是依然有細胞膜，以你所學(xué)的知識，有什么比較簡便但是可行的方法可以破碎細胞膜？ 生物會考的實驗是質(zhì)壁分離，你還記得方法和原理嗎? 所以為了破碎雞血細胞，我們可以反其道而行之，在雞血細胞液中加入一定量的蒸餾水，使其吸水脹破，達到破碎細胞的目的。 加入蒸餾水的同時，要用玻璃棒進行攪拌 方法：單向，快速，5min，速度力量不要過于猛烈，防治打碎DNA。 目的：加速血細胞破裂 問題：這是我們獲得的將是含有細胞膜、細胞器的碎片液體，我們?nèi)绾纬醪将@得含有DNA的液體? 過濾可以用濾紙過濾嗎？ 不可以，孔徑太小。需要用到3-4層紗布，除去一些顆粒較大的雜質(zhì)，獲得含有DNA的濾液。 這時DNA在哪里？ 濾液里。 板書：破碎細胞，釋放DNA 對于動物細胞我們可以利用細胞的滲透壓來破碎細胞，但是很多情況下，人們不得不面對植物材料，那么我們是不是還可以通過加入一定量的蒸餾水來漲破細胞呢？ 植物細胞有細胞壁的支持和保護，因此吸水不會漲破。 我們通常通過研磨來破碎植物細胞的細胞壁。在研磨的過程中，一般還會加入洗滌劑和食鹽。 洗滌劑的作用： 洗滌劑也分為親水基團和親脂基團，可以與細胞膜中的蛋白質(zhì)結(jié)合，使之溶解，進而瓦解細胞膜。 食鹽的作用： 食鹽中主要含有NaCl，有利于DNA的溶解 學(xué)生回答 討論、思考 使學(xué)生知道破碎動物細胞的方法和原理，激發(fā)學(xué)生的探究思維 去除濾液中的雜質(zhì) 問題：這時的濾液可能含有哪些細胞成分？ 主要有RNA、核蛋白、多糖等 那么我們應(yīng)該如何將DNA單獨分離出來？ 板書：去除濾液中的雜質(zhì) 提取生物大分子的基本思路是選用一定的物理或化學(xué)方法分離具有不同物理或化學(xué)性質(zhì)的生物大分子。對于DNA的粗提取而言，就是要利用DNA與RNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等在物理和化學(xué)性質(zhì)方面的差異，提取DNA，去除其他成分。 背景介紹;DNA的溶解性 圖片：DNA在NaCl溶液中的溶解度曲線 問題： 在什么濃度下，DNA的溶解度最小？DNA在NaCl溶液中的溶解度是如何變化的？ 在NaCl溶液濃度低于0.14 mol/L時DNA的溶解度隨NaCl溶液濃度的增加而逐漸降低；在0.14 mol/L時，DNA溶解度最??；當(dāng)NaCl溶液濃度繼續(xù)增加時，DNA的溶解度又逐漸增大。 如何通過控制NaCl溶液的濃度使DNA在鹽溶液中溶解或析出？ 當(dāng)氯化鈉的物質(zhì)的量濃度為 2 mol／L時，DNA的溶解度最大，濃度為 0．14 mol／L時，DNA的溶解度最低。利用這一原理，可以使DNA在鹽溶液中溶解或析出 為什么反復(fù)地溶解與析出DNA，能夠去除雜質(zhì)？ 用高濃度的鹽溶液溶解DNA，能除去在高鹽中不能溶解的雜質(zhì)；用低鹽濃度使DNA析出，能除去溶解在低鹽溶液中的雜質(zhì)。 第一步： 在濃度較高的NaCl溶液溶液中核蛋白容易解聚，游離出的DNA溶解在溶液中。 方法：在溶液中加入兩倍體積的濃度為2mol/L的NaCl溶液，用玻璃棒沿一個方向攪拌1min，使DNA充分溶解。 板書：（1）溶解細胞核內(nèi)的DNA 第二步： 加蒸餾水降低NaCl溶液濃度，使DNA析出。 方法：緩慢貼壁加入蒸餾水，并輕輕地沿一個方向不停地均勻攪拌，以利于DNA分子的附著和纏繞。同時應(yīng)注意控制加水量，使NaCl溶液的終濃度為0.14mol/L，直到溶液中絲狀物不再增加時為止。 板書：（2）DNA的析出 在剛才實驗中我們利用DNA在不同濃度NaCl溶液中溶解度不同的特性，去除雜質(zhì)。DNA析出為止 思考、回答 觀看 思考并回答 使學(xué)生懂得DNA的提取分離純化方法以及使學(xué)生掌握鹽析法的原理與方法 DNA的初步純化 們剛才說了DNA提取技術(shù)是分子生物學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，但如果提取的DNA量不夠且其中含有較多雜質(zhì)，是無法用于其它操作的。所以我們必須對DNA進行進一步的純化。原理也是DNA的溶解性。 背景介紹： DNA不溶于酒精溶液，但是細胞中的某些蛋白質(zhì)則溶于酒精。在實驗中，我們可以使用預(yù)冷的酒精，使DNA能夠更好地凝結(jié) 方法： 將DNA粘稠物再溶解，繼續(xù)用2mol/L的NaCl溶液20mL溶解DNA黏稠物，仍舊沿一個方向不停攪拌3min，使DNA充分溶解。 過濾:用3～4層紗布進行過濾，濾去雜質(zhì)，收集含有DNA的濾液。 純化：向濾液中貼壁緩慢加入50mL預(yù)冷的體積份數(shù)為95%乙醇，并用玻璃棒朝一個方向緩慢、均勻地攪拌，溶液中會出現(xiàn)DNA絲狀物。 板書：DNA的初步純化 預(yù)冷的酒精具有以下優(yōu)點： 1.抑制核酸水解酶活性，防止DNA降解 2.降低分子運動，易于形成沉淀析出 3.低溫有利于增加DNA分子柔韌性，減少斷裂 觀看 思考、討論、回答 思考 思考、討論 DNA的鑒定 原理介紹：二苯胺法 在沸水浴的條件下，DNA遇二苯胺變藍。 方法： 溶解：在物質(zhì)的量濃度為2mol/L的NaCl溶液5mL，放入絲狀物，用玻璃棒攪拌，使之溶解。 顯色：加入4mL的二苯胺試劑?；旌暇鶆蚝?，將試管置于沸水中加熱5min。 問題：如果溶液變藍是否能說明DNA的存在? 設(shè)置對照組：在5mL體積的2mol/L的NaCl溶液中加入4mL的二苯胺試劑，置于沸水中加熱5min。 對比：除了可以使用二苯胺法，還有什么方法可以鑒定DNA？ 用甲基綠溶液直接滴在有DNA絲狀物的載玻片或玻棒上，呈藍綠色反應(yīng)。只用一種即可，不混合用。前者要加熱，后者不加熱 板書：DNA的鑒定 思考、討論、回答 使學(xué)生知道DNA鑒定的原理和方法 結(jié)束部分 10min 我根據(jù)所需分離物質(zhì)與其他物質(zhì)物理或者化學(xué)性質(zhì)的不同，來提取生物大分子物質(zhì)。而通過今天的學(xué)習(xí)，我們知道DNA有以下物理或者化學(xué)的特性是與其他生物大分子物質(zhì)不同的： 在NaCl溶液濃度低于0.14 mol/L時，DNA的溶解度隨NaCl溶液濃度的增加而逐漸降低；在0.14 mol/L時，DNA溶解度最??；當(dāng)NaCl溶液濃度繼續(xù)增加時，DNA的溶解度又逐漸增大。 DNA不溶于酒精溶液，但是細胞中的某些物質(zhì)則可以溶于酒精。利用這一原理，可以將DNA與蛋白質(zhì)進一步分離 蛋白酶能水解蛋白質(zhì)，但是對DNA沒有影響 大多數(shù)蛋白質(zhì)不能忍受60－80C的高溫，而DNA在80C以上才會變性 洗滌劑可以溶解細胞的細胞膜，去除脂質(zhì)和蛋白質(zhì),但對DNA沒有影響 在沸水浴的條件下，DNA遇二苯胺變藍。 因此，我們可以設(shè)計實驗，通過破碎細胞，釋放DNA→溶解細胞核內(nèi)的DNA→DNA的析出→DNA的初步純化→DNA的鑒定 完成DNA的粗提取與鑒定 視頻：DNA的粗提取與鑒定 思考、做筆記 總結(jié)知識點，擴展同學(xué)的知識，培養(yǎng)他們探究其他生命物質(zhì)的渴望 板書設(shè)計 DNA的粗提取與鑒定 1.破碎細胞，釋放DNA 2.去除濾液中的雜質(zhì) （1）溶解細胞核內(nèi)的DNA （2）DNA的析出 3. DNA的初步純化 4.DNA的鑒定 九、教學(xué)設(shè)計反思 本節(jié)課教學(xué)設(shè)計體現(xiàn)了探究性教學(xué)的要求，雖然實驗步驟總體上看很簡潔，目標很清晰，但是其中的具體操作太繁瑣了，要掌握的細節(jié)還是挺多，所以要清晰的講解出來。 怎樣讓比較復(fù)雜的內(nèi)容簡單化是教師需要考慮的問題。本節(jié)課的板書條理清晰，一目了然，有助于學(xué)生對內(nèi)容的深刻了解。為學(xué)生展示了優(yōu)秀等板書模式，潛移默化的培養(yǎng)他們的板書方面的能力。