DNA的粗提取與鑒定實驗教學設計.doc

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DNA的粗提取與鑒定實驗 一、教學背景分析 【教材分析】 生物體的性狀之所以能夠遺傳給后代，是由于生物體內具有DNA或RNA這些遺傳物質。通過必修2《遺傳與進化》的學習，學生已經學習了證明DNA是主要的遺傳物質的實驗證據(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的物理化學性質，理解DNA粗提取以及DNA鑒定的原理，使學生對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》對實驗內容考查的要求中屬D級要求，新課標強調能力培養(yǎng)，高考對實驗能力的考核比重也逐年加大。學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。 【學情分析】 通過必修2《遺傳與進化》的學習，學生已經了解了證明DNA是主要的遺傳物質的實驗證據(jù)，知道生物體的形狀之所以能夠遺傳給后代，是由于生物體內具有DNA或RNA這些遺傳物質。通過本課題的學習，使學生對DNA有一定的感性認識。 二、教學目標 【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的物理化學性質，理解DNA粗提取方法以及DNA鑒定的原理內容。 【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，學生嘗試課題研究，體驗科學探究的一般過程。 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)展學生的科學思維。 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.通過科學與數(shù)學的整合，逐漸形成簡約、嚴謹?shù)乃季S品質； 3.在實驗過程中培養(yǎng)學生嚴謹細致、實事求是的科學態(tài)度 三、教學重難點 【教學重點】 DNA的粗提取與鑒定方法及其相關原理 【教學難點】 DNA的粗提取與鑒定方法及其相關原理 四、實驗實施準備 【教師準備】 1.分組。學生平均分配，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 【學生準備】 1.預習實驗“DNA粗提取和鑒定”，初步了解DNA的理化性質和基本形態(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，學生進一步提高學習興趣，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。 五、教學方法 【教法】 任務驅動法、直觀演示法 【學法】 自主學習法、合作交流法 動手操作法 六、教學媒體 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)，調查等實驗步驟，故兩個課時就可超額完成。 八、教學過程 程序及時間安排 教師行為 預設學生 活動 設計意圖 引入實驗教學 3min 引入主題：我們已經學習了DNA的有關學習，這節(jié)課，我們一起學習“DNA的粗提取與鑒定”實驗技術。 板書：DNA的粗提取與鑒定 DNA的提取技術是整個基因工程技術基礎。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提取技術都是其中基礎的基礎。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的DNA，并做鑒定實驗。 傾聽思考 思考、回答問題 開門見山，使學生明白DNA提取技術的重要性，激發(fā)學生學習的興趣及探究熱情，主動思考 回顧基礎知識 DNA粗提取和定的實驗步驟：(37分鐘) 這節(jié)課，我們一起學習DNA的粗提取與鑒定技術。 首先，我們應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，我們如何初步獲得含有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，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結合，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 學生回答 討論、思考 使學生知道破碎動物細胞的方法和原理，激發(fā)學生的探究思維 去除濾液中的雜質 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 那么我們應該如何將DNA單獨分離出來？ 板書：去除濾液中的雜質 提取生物大分子的基本思路是選用一定的物理或化學方法分離具有不同物理或化學性質的生物大分子。對于DNA的粗提取而言，就是要利用DNA與RNA、蛋白質和脂質等在物理和化學性質方面的差異，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？ 當氯化鈉的物質的量濃度為 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 為什么反復地溶解與析出DNA，能夠去除雜質？ 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；用低鹽濃度使DNA析出，能除去溶解在低鹽溶液中的雜質。 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。DNA析出為止 思考、回答 觀看 思考并回答 使學生懂得DNA的提取分離純化方法以及使學生掌握鹽析法的原理與方法 DNA的初步純化 們剛才說了DNA提取技術是分子生物學技術的基礎，但如果提取的DNA量不夠且其中含有較多雜質，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則溶于酒精。在實驗中，我們可以使用預冷的酒精，使DNA能夠更好地凝結 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，收集含有DNA的濾液。 純化：向濾液中貼壁緩慢加入50mL預冷的體積份數(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。混合均勻后，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。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 使學生知道DNA鑒定的原理和方法 結束部分 10min 我根據(jù)所需分離物質與其他物質物理或者化學性質的不同，來提取生物大分子物質。而通過今天的學習，我們知道DNA有以下物理或者化學的特性是與其他生物大分子物質不同的： 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溶解度最小；當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則可以溶于酒精。利用這一原理，可以將DNA與蛋白質進一步分離 蛋白酶能水解蛋白質，但是對DNA沒有影響 大多數(shù)蛋白質不能忍受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，去除脂質和蛋白質,但對DNA沒有影響 在沸水浴的條件下，DNA遇二苯胺變藍。 因此，我們可以設計實驗，通過破碎細胞，釋放DNA→溶解細胞核內的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 總結知識點，擴展同學的知識，培養(yǎng)他們探究其他生命物質的渴望 板書設計 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 （1）溶解細胞核內的DNA （2）DNA的析出 3. DNA的初步純化 4.DNA的鑒定 九、教學設計反思 本節(jié)課教學設計體現(xiàn)了探究性教學的要求，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。 怎樣讓比較復雜的內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，有助于學生對內容的深刻了解。為學生展示了優(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。