高中生物 人教大纲版第二册学生实验 1DNA粗提取与鉴定第一课时Word格式文档下载.docx

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（3）DNA鉴定的方法。

能力目标

1.理解相关溶液的作用机理，培养学生的分析能力。

2.通过DNA的粗提取，培养学生的动手能力。

情感目标

1.通过小组成员相互配合实验，培养学生的合作精神。

2.通过实验结果，使学生树立生命的物质性。

●重点·

落实方案

重点

1.掌握DNA的粗提取与鉴定的技术。

2.理解各步骤中的实验原理。

1.对每小组进行关键步骤的指导。

2.对每关键步骤的原理进行分析讲解。

●难点·

突破策略

难点

DNA的粗提取。

1.板书DNA的粗提取程序和重要环节。

2.诱导学生理解各种溶液的用途或作用。

●实验原理

1.DNA在氯化钠溶液中的溶解度，是随着氯化钠的浓度的变化而改变的。

当氯化钠的物质的量浓度为0.14mol/L时，DNA的溶解度最低。

利用这一原理，可以使溶解在氯化钠溶液中的DNA析出。

2.DNA不溶于酒精溶液，但细胞中的某些物质则可以溶于酒精。

利用这一原理，可以进一步提取出含杂质较少的DNA。

3.DNA遇二苯胺（沸水浴）会染成蓝色，因此，二苯胺可以作为鉴定DNA的试剂。

●材料用具

材料

鸡血细胞液；

预冷的95%的酒精溶液；

蒸馏水；

质量浓度为0.1g/mL的柠檬酸钠溶液；

物质的量浓度分别为2mol/L和0.015mol/L的氯化钠溶液；

二苯胺试剂。

用具

铁架台、铁环、镊子、三角架、酒精灯、石棉网、载玻片、玻璃棒、滤纸、滴管、量筒、烧杯（不同大小）、试管、漏斗、试管夹、纱布。

●做法指导

指导学生预习：

结合教材的知识结构和实验目标预习该实验内容，从理论上掌握鸡血细胞的获取；

鸡血细胞核物质的提取及纯化和鉴定方法。

指导学生提取：

（1）让鸡血细胞在低渗溶液中吸水胀破，释放最多的DNA。

（2）让DNA处在0.14mol/L的氯化钠溶液中尽可能地析出。

（3）用预冷的95%的酒精尽可能除去其他细胞物质，得到更纯化的DNA。

●课时安排

1课时

●教学过程

［导课］

1.为什么说DNA是主要的遗传物质？

有何证据？

2.科学家为什么把噬菌体作为研究DNA是遗传物质的材料？

DNA存在于细胞的什么结构中？

上节课，我们学习了DNA是主要的遗传物质，并通过实验证明了DNA是主要的遗传物质。

在上节教材中，我们从理论上明确了DNA主要存在于细胞核的染色体上。

本节课我们将通过实验对此给予证明。

（出题：

DNA的粗提取和鉴定）

［教学目标达成］

1.板书：

制鸡血细胞液（加抗凝剂）→获鸡血细胞（离心或静置）→获鸡血细胞核物质（提取→溶解→析出→溶解→析出）→鉴定DNA（用二苯胺）

指导学生按教材给出的具体步骤和板书的程序完成实验。

指导过程中，要特别关注浓度这一关键因素。

实验开始，教师要提供已经制备好的鸡血细胞液。

2.通过实验操作，获得鸡血细胞核物质。

（1）应用低渗原理和机械搅拌使细胞破裂并过滤。

本步骤直接决定提取的核物质的多少及实验结果。

教师应给予非常关注。

（2）溶解细胞核内DNA。

加2mol/L的NaCl溶液并用玻棒搅拌。

（3）析出DNA黏稠物并过滤。

关键步骤：

注意①注蒸馏水要慢，防过量而使DNA重新溶解（把握浓度达0.14mol/L）。

②轻轻沿同一方向搅拌，有利于DNA析出、附着、缠绕。

（4）再溶解DNA黏稠物并过滤。

用浓度为2mol/L的NaCl溶液。

（5）提取含杂质较少的DNA。

用预冷的95%的酒精。

因其①可抑制核酸水解酶活性，防止降解。

②降低分子运动，易析出沉淀。

③低温利于增加DNA柔韧性，减少断裂。

3.DNA鉴定。

用二苯胺在沸水浴中与DNA作用出现蓝色。

注意设对照实验。

注意事项：

①学生在操作中常常产生：

不能形成黏稠物、制取的DNA粗制品有红色（血红蛋白颜色）或由于加入溶液和搅拌过程不科学导致实验现象不明显等现象。

②实验过滤用两层纱布效果较好。

③使用玻棒用细玻棒效果更佳。

4.操作完成后，投影显示如下表格并明确各步骤目的：

方法步骤

加入物质

目的

1.制备鸡血细胞

柠檬酸钠溶液

①

2.提取鸡血细胞的细胞核物质

20mL蒸馏水

②

3.溶解细胞核内的DNA

2mol/L的NaCl溶液40mL

③

4.析出含DNA的黏稠物

蒸馏水

④

5.滤取含DNA的黏稠物

⑤

6.将DNA的黏稠物再溶解

2mol/L的NaCl溶液20mL

⑥

7.过滤含DNA的NaCl溶液

⑦

8.提取含有杂质较少的DNA

冷却的95%的酒精50mL

⑧

9.DNA的鉴定

A：

（1）向试管中加入0.015mol/L的NaCl溶液5mL　

（2）加入DNA　

（3）加入4mL二苯胺试剂

B：

（2）加入4mL二苯胺试剂

⑨

引导学生讨论、回忆并回答目的①~⑨。

①防止血凝。

②加速血细胞破裂。

③溶解DNA。

④使2mol/L的NaCl溶液稀释至0.14mol/L，促DNA最大限度地析出。

⑤使含DNA的黏稠物被留在纱布上。

⑥使含DNA的黏稠物尽可能多地溶于溶液中。

⑦除去含DNA的滤液中的杂质。

⑧提取DNA。

⑨A：

出现蓝色。

无变化

5.讨论与结论。

投影给出如下讨论提纲，供学生讨论。

（1）DNA粗提取过程中的关键是哪几步？

（2）提取鸡血中的DNA时，为什么要除去血液中的上清液？

（3）DNA的直径约为2nm，实验中出现的丝状物的粗细是否表示一个DNA分子直径的大小？

学生分组进行讨论并发表讨论结果。

教师对讨论进行全程指导，并与学生一起归纳总结。

（1）a.提取鸡血细胞的核物质。

应用低渗原理和机械搅拌，可得到最大量的DNA。

b.析出DNA黏稠物。

加蒸馏水要慢，搅拌要轻。

c.沉淀DNA时，必须用冷酒精。

（2）提取DNA，去除杂质是关键。

由于上清液是血液中的血浆部分，不含DNA，所以要除去（含蛋白质）。

（3）实验中出现的丝状物是肉眼可以观察到的，这种丝状物的直径要比DNA分子的直径2nm大许多倍，所以实验中出现的丝状物并不表示一个DNA分子的直径。

实验结论：

细胞中有DNA，DNA遇二苯胺试剂在沸水浴中变蓝色。

［教学目标巩固］

1.实验中步骤1和步骤3都需要加入蒸馏水，两次加入的作用相同吗？

为什么？

2.实验中NaCl的物质的量浓度为2mol/L和0.14mol/L对DNA有何影响？

3.DNA遇二苯胺（沸水浴）会染成

A.砖红色　B.橘黄色　C.紫色D.蓝色

学生回答：

（略）

［布置作业］

将实验中观察到的现象和得出的结论填写在《实验报告册》上。

［结课］

这节课咱们验证了细胞是由化合物按照一定的方式组成的这一结论。

从知识结构角度来说，一要加深对生物的物质性理解；

二要掌握一般的物质提取方法；

三要注意不同的化学物质要用不同的原理鉴定。

从实验过程角度来说，要理解各种溶液和试剂的作用和目的。

●板书设计

2019-2020年高中生物（人教大纲版）第二册第七章　生物的进化第七章生物的进化（备课资料）

一、细胞壁与细胞进化

细胞壁是1种由多糖组成的细胞外成分。

植物细胞壁是构成植物细胞外被的结构支架，或者说是植物细胞外基质主要组分。

细胞壁对植物的生命活动极其重要，细胞壁有对抗细胞膨压的作用，故具有很强的机械抗张力，正像汽车轮胎的外胎要对抗内胎的膨胀压一样。

此外，细胞壁对植物细胞的生长、发育、分化和物质代谢至关重要。

细菌是单细胞生物，不形成组织，故不具有高等真核生物中那种细胞外基质。

但在细菌细胞的外周亦具有由多糖类物质构成的硬细胞壁，类似于植物细胞的细胞壁。

然而细菌细胞壁的构成成分不是植物细胞的纤维素，而是肽聚糖。

细胞壁对细菌生存亦至关重要，脱壁后细菌原生质体生存和活动能力大大降低。

1.植物细胞壁

植物细胞壁由外向内为中胶层（middlelamella）、初生壁（primarywall）和次生壁（secondarywall）。

中胶层的主要成分是果胶质（pecticsubstance）。

果胶质是由可溶性多糖，D－半乳糖醛酸、L－阿拉伯糖和D－半乳糖组成，果胶质在相邻细胞间使细胞黏合在一起。

如果用果胶酶或Ca2－螯合剂分解果胶质，可导致细胞离散。

初生壁是指在细胞生长过程中形成的细胞壁，含果胶质较少。

细胞停止生长后，继续长出的细胞壁称为次生壁，含果胶质很少。

细胞壁含多层，由纤维结构组成。

在电镜下细胞壁的可见单位为微原纤维（microfibrils）。

构成微原纤维的化学成分为多糖物质，主要为纤维素，此外尚有纤维素（hemicellulose）、木质素（lignin）、果胶（pectin）和结构蛋白等。

这些物质通过共价键和非共价键结构，形成多层结构。

纤维素分子是由D－葡萄糖残基聚合而成的带状不分支糖链，链中葡萄糖残基以β（1,4）糖苷键连接成纤维二糖单元，纤维素分子即是由纤维二糖单元重复连接而成，每条分子链约500多个纤维二糖单元。

通过β（1,4）糖苷链连接而成的纤维素分子不易被一般的水解酶所水解。

纤维素分子链间通过氢键结合成束，约60~70条分子链组成1条微原纤维，组成微原纤维和纤维素分子链极性排列一致，微原纤维平行排列成片层，相邻微原纤维间距为20~40nm。

微原纤维之间和片层之间有长的半纤维素分子相连。

细胞壁中尚有10%的糖蛋白，其中主要的一类为伸展蛋白（extensions），伸展蛋白在糖分子链间起连接作用，增强了细胞壁的弹性和韧性。

2.酵母菌细胞壁

酵母菌细胞壁是1种较为坚韧的结构，其化学组分较为特殊，主要由“酵母菌纤维素”组成。

壁的结构似三明治——外层为甘露聚糖（manan），内层为葡聚糖（glucan），它们都是复杂的分支状化合物，其间夹有一层蛋白质分子。

蛋白质约占细胞壁干重的10%，其中有些是以与细胞壁相结合的酶的形式存在，例如葡聚糖酶、苷聚糖酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶和脂酶等。

根据试验，维持细胞壁强度的物质主要位于内层的葡聚糖成分。

此外，细胞壁上还有少量类脂和以环状形式分布在芽痕周围的几丁质。

酵母菌细胞壁的葡聚糖，分子量为240万D，是1种分支的多糖聚合物。

主链以β－1，6糖苷键结合，支链则以β－1，3糖苷键结合；

甘露聚糖也是1种分支状聚合物，主链以α－1，6糖苷链、而支链则以α－1,2或α－1，3糖苷键结合。

葡聚糖与甘露糖之间由蛋白质维系起来。

近10%的甘露聚糖的侧链，通过磷酸二酯链与磷酸链接。

有的酵母菌如隐球酵母属，在细胞外还覆盖有类似细菌的荚膜多糖物质。

3.细菌细胞壁

细菌细胞壁的化学成分是由双糖单元组成的多糖链，双糖是由两种糖的衍生物构成，N－乙酰葡糖胺（N－acetylglucosamine）和N－乙酰胞壁酸（N－acetylmuramicacid）。

双糖单元以β（1,4）糖苷键连接成了大分子。

多糖链间又有一些由4~5个氨基酸残基组成的横向短肽链相连，形成了肽聚糖（peptidoglycan）片。

肽聚糖片中的多糖链在各物种中都一样，而横向短肽链却有种间差异。

肽聚糖片可像胶合板一样，黏合成多层。

4.原细菌细胞壁

原细菌又称古细菌，是大小形态及细胞结构等方面均与真细菌相似的另一类原核生物。

原细菌通常生活在地球上的极端条件下，例如甲烷球菌分布在有机质厌氧分解的环境里。

原细菌细胞壁成分独特而多样，有的以蛋白质为主，有的含杂多糖，有的类似于肽聚糖，称假肽聚糖，但是不论是何种成分，它们都不含真细菌细胞中的胞壁酸、D型氨基酸和二氨基庚二酸。

5.细胞壁与细胞进化

早期原核细胞壁的灾难性丢失　一般认为，原始细胞应当首先进化为原核细胞，原核细胞再逐渐发展为真核细胞。

真核细胞和原核细胞的最重要区别是前者有明显的细胞核，在光学显微镜下清晰可见。

它的主要成分是和蛋白质结合的DNA双螺旋结构形成的染色体，并且往往是多条的。

原核细胞没有细胞核，而且只有1条染色体。

染色体与细胞膜或细胞壁结合。

真核细胞要比原核细胞大10000倍。

细菌，包括蓝藻都是原核细胞。

真核细胞和原核细胞的另一个区别是细胞器，真核细胞有一系列的细胞器，像叶绿体、线粒体等，而原核细胞没有这些细胞器。

真核细胞和原核细胞有1个往往被忽视的非典型的差别，就是原核细胞都有坚硬的细胞壁，而许多真核细胞没有细胞壁。

真核细胞和原核细胞间有如此众多的差别，是否有1种变化是在进化中最主要的，是引起其他差别的导火索呢？

人们对此曾做过大量研究。

目前比较一致的意见是某些原核细胞细胞壁的丧失是原核细胞向真核细胞迈进的关键一步。

为什么一些原始原核细胞会丧失细胞壁呢？

1个比较合理的解释是，这些细胞在进化过程中发展出1种竞争机制，即可以分泌1种能够阻止其他细胞生成细胞壁的抗菌素，就像今天的青霉素一样，以此来杀灭自己的竞争对象。

失去细胞壁的细胞是相当脆弱的，它们的绝大多数会迅速灭亡。

然而，失去细胞壁的情况会经常发生，偶尔会有无壁细胞存活下来，虽然细胞失去细胞壁之后会产生很多对生存不利的影响，但也创造了一些新的利益与发展机会。

原始原核细胞一旦失去细胞壁，可能会有一系列的发展接踵而来。

摄入功能的出现　没有壁的细胞可以自由地伸缩，更重要的是它可以发展细胞的摄入功能。

细菌细胞要摄取固体食物，首先要向周围介质分泌消化酶，然后要通过生物膜吸收被消化的食物。

这显然是一个事倍功半的过程。

没有细胞壁的细胞，细胞膜可以和外界食物直接接触。

第1个食物泡可能是由于食物颗粒和细胞接触后，细胞膜偶然塌陷（englfment）形成的。

细胞质膜在摄入的过程中形成小泡进入细胞内，这种摄入行为，后来发展成吞噬作用，吞噬作用的出现使细胞能够直接吞噬固体食物。

细胞的吞噬功能可充分有效地利用营养物和酶。

也许正是由于这一点，第1个原始无壁细胞在生态系统站住了脚。

吞噬作用（phagoc－ytosis）和细胞的许多活动有关，但它的原始作用可能就是摄入“食物”。

原核细胞是靠向周围分泌消化酶来消化固体食物，然后再吸收消化后的小分子营养物。

吞噬作用可能起源于细胞膜小泡的形成过程。

在这个过程中细胞膜照例向小泡内分泌消化酶。

而现在的细胞，吞噬和消化已有了明确分工。

最初食物泡的进化并没有多大困难。

细菌的消化液是在细菌细胞膜上的核糖体上合成的。

这里要有细胞骨架（Cytoskeleton）的协助。

接下来在小泡里食物的消化、营养物的吸收等过程，原始细菌是有能力完成的。

细胞骨架的发展　当细胞失去细菌壁这一外骨骼后，为了继续生存它必然要发展一些补偿措施。

首先细胞的内部进化形成了可以支持细胞的分子骨架——细胞骨架。

细胞骨架主要包括两种分子——肌动蛋白纤维和微管。

在没有细胞壁的情况下，它可以保持细胞形态，同时它们还可以作为细胞内颗粒和小泡的运输线，在细胞分裂时它们可以牵拉染色体使之分离。

肌动蛋白在细胞分裂和细胞吞噬作用时活性很高。

肌动蛋白的这些能力从何而来呢？

实际上在原核细胞中某些蛋白就有了这些功能了。

细菌分裂时细胞膜沟的形成需要机械力活性分子（mechanicallyactivemolecular）。

有关编码这种蛋白基因的碱基顺序，真核细胞与原核细胞是相似的。

可以说这种分裂辅助蛋白（fissionaidingprotein）已经有了细胞骨架的一些基本功能。

可能由它们最终发展出了真核细胞的骨架系统。

有丝分裂的起源　原始细胞分裂时染色体的分配是靠它和细胞壁的机械联系。

失去细胞壁后，染色体没有了结合位点，使细胞被迫发展出了有丝分裂。

在细胞分裂过程中，如何将染色体平均分配给子细胞，真核细胞和原核细胞有着本质不同。

原核细胞的分裂完全依靠结合在细胞壁上的染色体复制的起始位点和终点，特别是新复制位点的位置。

原核细胞染色体不存在多个复制单位或复制子，这就限定了1个细胞分裂速度的上限。

如果条件尚佳复制起点到复制终点需要40min。

实际上会有两个复制子同时工作的。

由于基因量的原因复制子的量不可能再增加。

基因的量对细胞代谢有重要影响，所以不可能同时有重多的复制子在工作。

这样就限制了复制的效率，也就限制了基因组大小。

在进化过程中基因组的大小和细胞分裂的速度应当是协调一致的。

细胞壁的丢失迫使细胞发展出了新的染色体分裂机制，即有丝分裂，它是由连接在染色体上的微管将它们分开后到子细胞中去的。

微管在原核细胞中并不存在，微管的进化和发展是为了补偿细胞壁的丢失，它是细胞骨架的组成部分。

在某种意义上说，有丝分裂是强加给真核细胞的，因为陈旧的原核细胞的分裂机制已不可能起作用了。

有丝分裂为真核细胞的进一步发展提供了更好的前景，它可以使染色体的复制不再像细菌那样依靠细胞壁了，在染色体上的复制点的数量也不再受到限制。

真核细胞的DNA含量大大高于原核细菌的含量。

人的基因组有10亿个碱基对，而大肠杆菌只有100万。

有丝分裂的产生无疑是生命进化中的重大事件。

原细菌与原始真核细胞　生物进化的历史最缺少的就是各个层次的中间环节，多年来研究者都在努力寻找现存更原始的细胞及原始细胞和真核细胞的中间类型，果然又发现了另外一类原核生物。

它缺少普通细菌的坚硬的细胞壁，但它具有坚固的细胞膜。

它们生活在极端的环境中，比如生活在高温和高酸度的硫质火山喷气口附近，以及严重缺氧的环境中。

这种环境可能和原始地球的条件相似，这正是原始生命赖以发生的环境，因此这些无细胞壁但有坚固细胞膜的原核生物原细菌，又称为古细菌。

1977年CarlWoese的研究表明，古细菌的确是生存的古老物种，它们可能是第1个细胞生命的直接后裔。

然而最近也有一些工作显示，似乎古细菌是来自于普通的真细菌，也就是说古细菌并不古老。

在这一研究结果未出现以前，一位英国生物学家TomCavalierSmith就曾提出过假说，他认为，古细菌和真核生物都来自于原始的，由于某种灾难原因而失去细菌壁的原始真细菌。

就是说在进化过程中原始的真细菌壁可能会多次失去细胞壁，失去细胞壁的细胞大多要死去。

有一些原始真细菌可能采取一些补救措施来度过灾难，并且最终产生两种品系，其一是发展出了新的较坚硬的细胞膜，它们的后裔就是今天的古细菌（现存部分古细菌的细胞壁与真核细胞壁一样是次生的）；

而另一种原始真细菌则放弃了细胞壁的发展，它们在细胞内部进化形成了可以支持细胞的分子骨架——细胞骨架，它们逐步演化为今天的真核细胞。

目前只知道1种古真核生物，Archaezoa,它具有细胞核和棒状染色体。

但它们从未形成过多细胞，并且它们缺少线粒体和质体，核糖体要比真核生物的小而和细菌的相似，分子生物学的系统研究表明，Archaezoa可能和原始真核生物有关。

学者们曾为此而兴奋，以为它正是代表了还没发生同前线粒体和质体共生之前的、向真正的真核生物过渡的中间类型。

然而，最新的研究表明，所有现存的Archaezoans并非原始真核的生物的代表，但这并不排除在进化史上曾存在过有核细胞骨架、无细胞器和坚硬细胞壁的最初真核细胞阶段。

遗憾的是至今还没发现它们生活的后裔。

最后需要指出的是根据有壁细胞的细胞壁组分差异，植物细胞壁和酵母菌细胞壁并非由细菌细胞壁直接进化而来，而是由失去细胞壁的原始细胞在进化压力下重新再生而来，也就是说植物细胞壁和酵母细胞壁与细菌细胞壁相比是次生的。

二、加拉帕戈斯群岛的环境与地雀姊妹种

加拉帕戈斯群岛（GalapagosIslands）位于太平洋，距厄瓜多尔西岸950km，是火山熔岩岛，只有约100万年或略长一些时间的历史，比南美大陆的历史要晚得多。

加拉帕戈斯群岛有15个小岛，都是火山岛，从未和大陆相连。

在这些小岛上分布着14种地雀（其中一种现已绝灭），有2个小岛上种数最多，各有10种。

这些地雀都属于地雀亚科（SubfamilyGeospizimae），共分4个属，分隶于3个支系。

一个支系是地雀属系（Geospiza），包括6个种，其中3个种保持祖先的生活习性，即都是地栖的，都以种子为食，但分别取食大小不同的种子。

另一个种也是地栖，但已改食仙人掌。

还有2个种完全生活在仙人掌上，在仙人掌上取食。

第二个支系是树雀属系（Camarhynchus），也包括6个种。

这6个种都变成树栖的了，除了一个种以植物果实和幼芽为食外，其余5个种都改为以昆虫为食，其中一个种名啄树雀，以树皮下的昆虫为食。

第三个支系为莺雀系，包括2种莺雀，分别属于2个不同的属（Certhidea和Pinaroloxias），都是树栖，以昆虫为食。

这些地雀在南美大陆上都不存在，它们是群岛上分化而来的，即它们大陆上的祖先通过风力飞入群岛后，在群岛上不同环境条件的选择作用下，它们的足趾、喙以及其他形态都发生了不同的分化，从而成为14个不同的姊妹种。

这是一个十分清楚的适应辐射的实例（如下图）。

现在南美大陆上已经找不到它们的祖先了，很可能它们的祖先已在大陆绝灭了。

另一可能是，这14种地雀已经变得和它们的祖先没有什么共同之处，因而无法找出和它们祖先的联系了。

加拉帕戈斯群岛上地雀系统树

　　三、生物进化论发展史中的重大事件简述

从19世纪初法国生物学家拉马克首次提出比较完整的进化理论，到新综合进化理论形成经历了近2个世纪。

这期间有许多杰出的科学家对生物进化理论的发展作出了重大贡献。

1.1809年，法国博物学家拉马克的《动物学哲学》一书出版。

历史上第一次提出了全面的生物进化学说。

他着重讨论环境对生物体形态及结构的直接影响和自然规律的统一主张，认为生物的进化是从低等到高等的渐进过程，是由于用进废退和获得性遗传所致。

拉马克的卓越贡献，就是最先唤起人们注意生物界的一切改变，与非生物界同样，可能根据于一定的法则，而不是神奇的干预。

但是，在拉马克学说中，关于获得性遗传的法则，始终得不到现代科学的支持。

关于有机体趋向完善的能力的论述，关于低等生物源于自然发生的论述，关于变异与适应无差别的论述等。

又都与事实明显不符。

2.1859年，英国博物学