2021屆山東省高考生物一輪復習課件第34講基因工程（）DNA的粗提取與鑒定及其PCR技術(shù)

第34講基因工程(Ⅰ)DNA的粗提取與鑒定及其PCR技術(shù)生物技術(shù)與工程（選擇性必修3）第十單元第34講基因工程(Ⅰ)DNA的生物技術(shù)與工程第十單元等級考(2017級)課標要求內(nèi)容標準活動要求1．DNA的粗提取和鑒定。2．利用聚合酶鏈式反應(yīng)(PCR)擴增DNA片段并完成電泳鑒定，或運用軟件進行虛擬PCR實驗。等級考(2017級)課標要求內(nèi)容標準活動要求1．DNA的粗提欄目導航考點一DNA的粗提取與鑒定考點二課堂小結(jié)·內(nèi)化體系隨堂演練·鞏固提升欄目導航考點一DNA的粗提取與鑒定1．提取生物大分子的基本思路：選用一定的物理或化學方法分離具有不同______________性質(zhì)的生物大分子。2．DNA粗提取與鑒定的原理(1)DNA粗提取原理：利用DNA與RNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等在物理和化學性質(zhì)方面的差異，提取DNA，去除其他成分。考點一DNA的粗提取與鑒定物理或化學1．提取生物大分子的基本思路：選用一定的物理或化學方法分離具①DNA與蛋白質(zhì)在物理、化學性質(zhì)方面的差異如下：比較項目DNA蛋白質(zhì)溶解性2mol/LNaCl溶液中析出0.14mol/LNaCl溶液中酒精溶液中耐受性蛋白酶無影響水解高溫_____℃以上變性不能忍受__________℃的高溫溶解析出溶解析出溶解8060～80②洗滌劑能夠瓦解__________，但對DNA沒有影響。(2)鑒定原理：DNA在________條件下，遇二苯胺會被染成____色。細胞膜沸水浴藍①DNA與蛋白質(zhì)在物理、化學性質(zhì)方面的差異如下：比較項目DNDNA含量相對較高

蒸餾水洗滌劑DNA含量相對較高蒸餾水洗滌劑(3)去除濾液中的雜質(zhì)

NaCl溶液

嫩肉粉木瓜蛋白水浴箱(3)NaCl溶液嫩肉粉木瓜蛋白水浴箱酒精靜置白色絲狀物玻璃棒絲狀物酒精靜置白色絲狀物玻璃棒絲狀物2mol/L絲狀物NaCl溶液二苯胺沸水浴變藍2mol/L絲狀物NaCl溶液二苯胺沸水浴變藍4．操作提示(1)實驗材料選用雞血細胞液，而不用雞全血的主要原因是_____________________________________。為防止血液凝固需要加入____________。(2)實驗過程中最好使用塑料的燒杯和試管，玻璃容器吸附DNA，會使提取到的DNA更少。(3)破碎細胞，釋放DNA的過程中，若實驗材料是雞血細胞液，則加水后必須充分攪拌，目的是_____________________________________。DNA主要存在于雞血細胞的細胞核內(nèi)檸檬酸鈉使雞血細胞充分破碎完全釋放出DNA4．操作提示DNA主要存在于雞血細胞的細胞核內(nèi)檸檬酸鈉(4)加入洗滌劑后，動作要______________，否則容易產(chǎn)生大量的_______，不利于后續(xù)步驟的操作。加入酒精和用玻璃棒攪拌時，動作要輕緩，以免______________________，導致DNA分子不能形成_______________。(5)用酒精濃縮和沉淀DNA時，所用的體積分數(shù)為95%的酒精必須___________后才能使用，冷卻酒精與含有DNA的氯化鈉溶液的體積比是1∶1。(6)常溫下，二苯胺試劑要____________，否則會影響鑒定的效果。輕緩、柔和泡沫加劇DNA分子的斷裂絮狀沉淀充分預冷現(xiàn)配現(xiàn)用(4)加入洗滌劑后，動作要______________，否則[歸納整合]1．實驗中兩次加入蒸餾水的目的第一次加入是在“破碎細胞，獲取含DNA的濾液”步驟中，加入的目的是使雞血細胞吸水漲破；第二次加入是在“去除濾液中的雜質(zhì)”步驟中，加入的目的是稀釋NaCl溶液，使DNA逐漸析出。2．實驗中三次使用2mol/L的NaCl溶液的目的實驗中有三次使用2mol/L的NaCl溶液，作用均為溶解DNA。第一次是向濾液中加入NaCl，使NaCl溶液的物質(zhì)的量濃度為2mol/L；第二次和第三次均是直接用物質(zhì)的量濃度為2mol/L的NaCl溶液溶解含DNA的絲狀物。

[歸納整合]3.實驗中四次過濾的比較項目第一次過濾第二次過濾第三次過濾第四次過濾濾液中含DNA的核物質(zhì)DNA溶于0.14mol/L的NaCl溶液的雜質(zhì)DNA紗布上細胞膜、核膜等殘片不溶于2mol/L的NaCl溶液的雜質(zhì)含DNA的黏稠物不溶于2mol/L的NaCl溶液的雜質(zhì)過濾前加入的物質(zhì)蒸餾水NaCl溶液蒸餾水NaCl溶液過濾目的去除細胞膜、核膜等雜質(zhì)去除不溶于2mol/L的NaCl溶液的雜質(zhì)去除溶于0.14mol/L的NaCl溶液的雜質(zhì)去除不溶于2mol/L的NaCl溶液的雜質(zhì)3.實驗中四次過濾的比較項目第一次過濾第二次過濾第三次過濾第[思維探究]下面為“DNA的粗提取與鑒定”實驗的一些重要操作示意圖，據(jù)圖回答下列有關(guān)該實驗的問題：[思維探究](1)用箭頭和字母表示出正確的操作順序。提示：C→B→E→D→A。(2)上圖C、E步驟都加入蒸餾水，但其目的不同，那么分別是什么？提示：C的目的是加速雞血細胞的破裂；E的目的是降低NaCl溶液的濃度，使DNA析出。(3)圖A步驟中所用酒精必須經(jīng)充分冷卻才能使用，該步驟的目的是什么？提示：提取含雜質(zhì)少的DNA。(4)為鑒定A中所得到的絲狀物的主要成分為DNA，說出鑒定方法，并預測結(jié)果和結(jié)論。提示：可滴加二苯胺試劑并沸水浴。如果出現(xiàn)藍色，則該絲狀物的主要成分為DNA。(1)用箭頭和字母表示出正確的操作順序。[教材深挖]1．教材選修1P55“旁欄思考題”：為什么加入蒸餾水能使雞血細胞破裂？提示：蒸餾水對于雞血細胞來說是一種低滲液體，水分可以大量進入血細胞內(nèi)，使血細胞脹裂，再加上攪拌的機械作用，就加速了雞血細胞的破裂(細胞膜和核膜的破裂)，從而釋放出DNA。2．教材選修1P55“旁欄思考題”：加入洗滌劑和食鹽的作用分別是什么？提示：洗滌劑是一些離子去污劑，能溶解細胞膜，有利于DNA的釋放；食鹽的主要成分是NaCl，有利于DNA的溶解。[教材深挖]命題點一DNA的粗提取與鑒定的實驗原理1．(2019·河北衡水校級月考)下列關(guān)于“DNA的粗提取與鑒定”實驗的原理的敘述，正確的是(

)A．可用豬血作為實驗材料，原因是豬血紅細胞的細胞核中DNA含量多B．利用“DNA在2mol/L的NaCl溶液中溶解度最低，易析出”的特性提取DNAC．利用“DNA不溶于酒精，而細胞中的某些蛋白質(zhì)可溶于酒精”的特性提純DNAD．利用“DNA與二苯胺作用而顯現(xiàn)紫色”的特性鑒定DNAＣ命題點一DNA的粗提取與鑒定的實驗原理Ｃ解析

豬血紅細胞不含細胞核和各種細胞器，A錯誤；DNA在2mol/L的NaCl溶液中溶解度較高，B錯誤；利用“DNA不溶于酒精，而細胞中的某些蛋白質(zhì)可溶于酒精”的特性提純DNA，C正確；在沸水浴條件下，DNA與二苯胺反應(yīng)呈現(xiàn)藍色，D錯誤。解析豬血紅細胞不含細胞核和各種細胞器，A錯誤；DNA在2命題點二DNA粗提取與鑒定的實驗設(shè)計2．(2019·江蘇南通模擬)在利用雞血進行“DNA的粗提取與鑒定”的實驗中，下列敘述正確的是(

)A．用蒸餾水將NaCl溶液濃度調(diào)至0.14mol/L，濾去析出物B．調(diào)節(jié)NaCl溶液濃度或加入木瓜蛋白酶，都可以去除部分雜質(zhì)C．將絲狀物溶解在2mol/LNaCl溶液中，加入二苯胺試劑即呈藍色D．由于DNA對高溫耐受性較差，故需向DNA濾液中加入冷酒精B命題點二DNA粗提取與鑒定的實驗設(shè)計B解析

DNA在濃度為0.14mol/L的NaCl溶液中的溶解度最低，因此用蒸餾水將NaCl溶液濃度調(diào)至0.14mol/L，DNA析出，過濾去除溶液中的雜質(zhì)，A錯誤；根據(jù)DNA和蛋白質(zhì)的溶解度以及對酶的耐受性不同，調(diào)節(jié)NaCl溶液濃度或加入木瓜蛋白酶，都可以去除部分雜質(zhì)，B正確；將絲狀物溶解在2mol/L的NaCl溶液中，加入二苯胺試劑后要經(jīng)沸水浴加熱后才能呈現(xiàn)藍色，C錯誤；由于DNA不溶于酒精，細胞中的某些蛋白質(zhì)溶于酒精，因此需向DNA濾液中加入冷酒精以進一步純化DNA，D錯誤。解析DNA在濃度為0.14mol/L的NaCl溶液中的溶3.如圖為“DNA的粗提取與鑒定”實驗的相關(guān)操作。分析回答：(1)圖中實驗材料A可以是____________等，研磨前加入的B應(yīng)該是_________________。(2)通過上述所示步驟得到濾液C后，再向濾液中加入2mol/L的NaCl溶液的目的是__________________，再過濾得到濾液D，向濾液D中加入蒸餾水的目的是___________________________________________________。洋蔥(菜花)洗滌劑和食鹽使DNA溶解使DNA(溶解度下降而沉淀)析出，除去可溶性雜質(zhì)3.如圖為“DNA的粗提取與鑒定”實驗的相關(guān)操作。分析回答(3)在“DNA的粗提取與鑒定”實驗中，將含有一定雜質(zhì)的DNA絲狀物分別放入體積為2mL的4種溶液中，經(jīng)攪拌后過濾，獲得如表所示的4種濾液，含DNA最少的是濾液______。1B液中攪拌、研磨后過濾濾液E22mol/L的NaCl溶液中攪拌后過濾濾液F30.14mol/L的NaCl溶液中攪拌后過濾濾液G4冷卻的95%的酒精溶液中攪拌后過濾濾液HH(3)在“DNA的粗提取與鑒定”實驗中，將含有一定雜質(zhì)的DN解析

(1)用洋蔥、菜花等破碎細胞時，加入一定量的洗滌劑和食鹽，洗滌劑可以溶解細胞膜，有利于DNA的釋放，食鹽的主要成分是NaCl，有利于DNA的溶解。(2)在含有DNA的濾液中，加入2mol/L的NaCl溶液，可以使DNA溶解而雜質(zhì)析出；在濾液D中加入蒸餾水，當NaCl溶液濃度為0.14mol/L時，DNA溶解度最小而析出，除去可溶性雜質(zhì)。(3)在濾液E中，只是除去了部分雜質(zhì)，則含DNA較多；在濾液F中，除去了較多的蛋白質(zhì)等，則含DNA最多；在濾液G中，因DNA析出，則含DNA較少；在濾液H中，因DNA不溶于體積分數(shù)為95%的冷酒精溶液，則含DNA最少。解析(1)用洋蔥、菜花等破碎細胞時，加入一定量的洗滌劑和食1．細胞內(nèi)DNA復制的條件和PCR擴增的原理(1)細胞內(nèi)DNA復制的條件考點二多聚酶鏈式反應(yīng)擴增DNA片段原料4種________________模板2條DNA母鏈酶解旋酶和________________能量由ATP提供引物使DNA聚合酶能夠從引物的_________開始連接脫氧核苷酸脫氧核苷酸DNA聚合酶3′端1．細胞內(nèi)DNA復制的條件和PCR擴增的原理考點二多聚酶鏈(2)PCR擴增的原理①多聚酶鏈式反應(yīng)，即_______技術(shù)，是一種_______迅速擴增DNA的技術(shù)。②DNA_________原理，即：③子鏈的延伸方向為從________到________。④條件：DNA模板、分別與兩條模板相結(jié)合的__________、四種脫氧核苷酸、耐熱的________________、穩(wěn)定的__________、能自動調(diào)控溫度的溫控設(shè)備。PCR體外熱變性變性冷卻5′端3′端兩個引物TaqDNA聚合酶緩沖液(2)PCR擴增的原理PCR體外熱變性變性冷卻5′2．PCR的反應(yīng)過程和實驗操作(1)PCR的反應(yīng)過程PCR一般要經(jīng)歷三十多次循環(huán)，每次循環(huán)可以分為___________________三步。①變性：當溫度上升到_______以上時，雙鏈DNA解旋為單鏈。②復性：當溫度下降到50℃左右時，兩種引物通過_____________與兩條單鏈DNA結(jié)合。③延伸：當溫度上升到72℃左右時，在____________的作用下，溶液中的四種脫氧核苷酸通過_______________合成新的DNA鏈。變性、復性和延伸90

℃堿基互補配對DNA復合酶堿基互補配對2．PCR的反應(yīng)過程和實驗操作變性、復性和延伸90℃堿基(2)實驗用具與操作①實驗用具(a)PCR儀：能自動調(diào)控_______，實現(xiàn)DNA的擴增。如果沒有PCR儀，可用3個_____________________代替。(b)微量離心管：總?cè)莘e為0.5mL，實際上是進行_____________________。(c)微量移液器：用于向微量離心管中轉(zhuǎn)移PCR配方中的液體。溫度恒溫水浴鍋PCR_反應(yīng)的場所(2)實驗用具與操作溫度恒溫水浴鍋PCR_反應(yīng)的場所②實驗操作程序準備：按照PCR反應(yīng)體系配方將需要的試劑擺放在實驗桌上↓移液：用________________按照配方向微量離心管中依次加入各組分↓_____：蓋嚴離心管口的蓋子，用手指輕輕彈擊管的側(cè)壁，使反應(yīng)液混合均勻↓離心：↓反應(yīng)：將離心管放入_________中進行反應(yīng)微量移液器混合將微量離心管放在離心機上，離心約10s，目的是__________________________使反應(yīng)液集中在離心管底部PCR儀②實驗操作程序微量移液器混合將微量離心管放在離心機上，離3．操作提示與DNA含量的測量(1)操作提示①為避免外源DNA等因素的污染，所用儀器、緩沖液、蒸餾水等使用前必須進行_____________。②緩沖液和酶應(yīng)分裝成小份，并在__________條件下儲存。③每添加一種試劑后，移液器上的槍頭必須_______。④混合均勻后要_______處理，使反應(yīng)液集中在離心管底部。(2)DNA含量的測定①原理：DNA在__________________波段有一強烈的吸收峰。②計算公式：DNA含量(μg/mL)＝50×________________×__________。高壓滅菌－20℃更換離心260nm的紫外線(260nm的讀數(shù))稀釋倍數(shù)3．操作提示與DNA含量的測量高壓滅菌－20℃更換離[歸納整合]1．DNA的復制方向圖1

[歸納整合]圖1脫氧核糖屬于五碳糖，每個脫氧核糖上有5個碳原子，與每個碳原子相連接的化學基團并不完全相同。為區(qū)別不同的碳原子，科學家給每個碳原子編上了號碼。在脫氧核糖核苷酸中，五個碳原子的編號如圖1所示。在DNA單鏈中將磷酸基團的末端稱為5′端，將含有羥基(—OH)的末端稱為3′端，如圖2所示：圖2DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA，而只能從3′端延伸DNA鏈，所以DNA的合成方向總是從子鏈的5′端向3′端延伸。脫氧核糖屬于五碳糖，每個脫氧核糖上有5個碳原子，與每個碳原子2．細胞內(nèi)DNA復制和細胞外PCR擴增的比較DNA復制PCR擴增不同點場所活細胞內(nèi)細胞外能量ATP提供能量不需ATP提供能量酶解旋酶、DNA聚合酶耐熱DNA聚合酶(TaqDNA聚合酶)是否有RNA合成伴有RNA合成，產(chǎn)生引物無RNA合成，需加入兩種引物是否需緩沖液不需緩沖液嚴格配制10倍濃縮的擴增緩沖液設(shè)備無嚴格控制溫度變化的溫控設(shè)備2．細胞內(nèi)DNA復制和細胞外PCR擴增的比較DNA復制PCR相同點原料四種脫氧核苷酸(含A、T、G、C)復制原理嚴格遵循堿基互補配對原則，半保留復制模板以DNA為模板引物都需要與兩條模板鏈相結(jié)合的兩種引物相同點原料四種脫氧核苷酸(含A、T、G、C)復制原理嚴格遵循[思維探究]下圖為PCR技術(shù)的過程示意圖，請回答：[思維探究](1)PCR一般要經(jīng)歷三十多次循環(huán)，每次循環(huán)可分為哪三個步驟？提示：變性、復制、延伸。(2)PCR技術(shù)需要哪些必要條件？提示：PCR技術(shù)的必要條件，除了模板、原料、酶以外，至少還需要三個條件，即液體環(huán)境、適宜的溫度和引物。(3)根據(jù)設(shè)計，一分子DNA經(jīng)30次循環(huán)后，應(yīng)得到約230個DNA分子，但結(jié)果只有約210個DNA分子。出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因可能有哪些？提示：循環(huán)次數(shù)不夠；TaqDNA聚合酶活力不夠或其活性受到抑制；系統(tǒng)設(shè)計欠妥。(1)PCR一般要經(jīng)歷三十多次循環(huán)，每次循環(huán)可分為哪三個步驟[教材深挖](1)教材P58左下角相關(guān)信息：引物的實質(zhì)是什么？DNA復制時為什么需要引物？提示：引物是一小段DNA或RNA，它能與DNA母鏈的一段堿基序列互補配對，用于PCR的引物長度通常為20～30個核苷酸。DNA聚合酶不能從頭合成DNA，而只能從3′端延伸DNA鏈，因此DNA復制需要引物。(2)教材P63練習2：如果要使用PCR擴增一段已知的DNA序列，你打算如何設(shè)計引物？提示：PCR引物是根據(jù)需要擴增的目標DNA的堿基序列來設(shè)計的。[教材深挖]命題點一PCR的原理與反應(yīng)過程1．下列關(guān)于DNA聚合酶催化合成DNA子鏈的說法，正確的是(

)A．以DNA為模板，使DNA子鏈從引物的3′端開始延伸的一種酶B．TaqDNA聚合酶在每次高溫變性處理后都必須再添加C．DNA聚合酶能特異性地復制DNA的全部序列D．TaqDNA聚合酶是從深海生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的A命題點一PCR的原理與反應(yīng)過程A解析

DNA聚合酶不能從頭開始催化合成DNA，而只能使子鏈從引物的3′端延伸，A正確；TaqDNA聚合酶能耐高溫，所以在反應(yīng)體系中可被反復利用，無需另外再添加，B錯誤；PCR擴增的是兩個引物之間的固定長度的DNA序列，C錯誤；TaqDNA聚合酶是從水生耐熱細菌Taq中分離得到的，該菌發(fā)現(xiàn)于美國黃石國家公園的一個熱泉中，D錯誤。

解析DNA聚合酶不能從頭開始催化合成DNA，而只能使子鏈從2．實驗室中模擬生物體內(nèi)DNA復制必需的一組條件是(

)①耐高溫的DNA聚合酶②游離的脫氧核苷酸③引物④DNA模板⑤mRNA

⑥tRNA

⑦適宜的溫度⑧適宜的酸堿度⑨解旋酶A．①②③④⑤⑥⑨

B．②③④⑤⑥⑦⑨C．②③④⑤⑦⑧⑨

D．①②③④⑦⑧D解析

mRNA是翻譯的模板，tRNA是翻譯的“搬運工”，二者在基因的表達中用到，而在PCR過程中不需要。解旋酶在細胞內(nèi)DNA復制時用到，但在PCR過程中不需要，PCR是通過加熱來使DNA解螺旋的。

2．實驗室中模擬生物體內(nèi)DNA復制必需的一組條件是()D命題點二PCR的操作過程3．使用PCR儀的具體實驗操作順序應(yīng)為(

)①設(shè)計好PCR儀的循環(huán)程序②按配方準備好各組分③用微量移液器在微量離心管中依次加入各組分④進行PCR反應(yīng)⑤離心使反應(yīng)液集中在離心管底部A．②③⑤④①

B．①⑤③②④C．②③⑤①④

D．④②⑤③①Ｃ解析

使用PCR儀的操作步驟一般分為準備(包括配制配方及將各配方放于實驗臺上)、移液、混合、離心、反應(yīng)。PCR儀是一種自動控制溫度的儀器，設(shè)計好循環(huán)程序就可以進行反應(yīng)了。

命題點二PCR的操作過程Ｃ解析使用PCR儀的操作步驟一般4．(2019·廣東湛江期中)下列關(guān)于PCR操作過程的敘述錯誤的是(

)A．PCR實驗中使用的微量離心管、槍頭、緩沖液以及蒸餾水等在使用前必須進行高壓蒸汽滅菌B．PCR緩沖液和酶應(yīng)分裝成小份，在－20℃儲存C．PCR所用緩沖液和酶從冰箱拿出之后，迅速融化D．在微量離心管中添加反應(yīng)成分時，每吸取一種試劑后，移液器上的槍頭都必須更換Ｃ4．(2019·廣東湛江期中)下列關(guān)于PCR操作過程的敘述錯解析

PCR實驗中使用的微量離心管、槍頭、緩沖液以及蒸餾水等在使用前必須進行高壓蒸汽滅茵，A正確；PCR緩沖液和酶應(yīng)分裝成小份，在－20℃儲存，B正確；PCR所用緩沖液和酶從冰箱拿出之后，應(yīng)放在冰塊上緩慢融化，這樣才能使緩沖液中穩(wěn)定性較差的成分和酶的活性不被破壞，C錯誤；在微量離心管中添加反應(yīng)成分時，每吸取一種試劑后，移液器上的槍頭都必須更換，D正確。

解析PCR實驗中使用的微量離心管、槍頭、緩沖液以及蒸餾水等1．酵母和菜花均可作為提取DNA的材料 ()2．DNA既溶于2mol/LNaCl溶液也溶于蒸餾水 ()3．向雞血細胞液中加蒸餾水攪拌，可見玻棒上有白色絮狀物 ()4．利用DNA溶于酒精，而蛋白質(zhì)不溶于酒精，可將DNA與蛋白質(zhì)分離 ()5利用高溫能使蛋白質(zhì)變性，卻對DNA沒有影響的特性，可將DNA與蛋白質(zhì)分離 ()課堂小結(jié)·內(nèi)化體系………………◎√

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1．酵母和菜花均可作為提取DNA的材料 ()6．在溶有DNA的物質(zhì)的量濃度為2mol/L的氯化鈉溶液中緩緩加入蒸餾水，輕輕攪拌后過濾，取濾液進行以后的實驗 ()7．在DNA濾液中加入嫩肉粉，通過木瓜蛋白酶的作用，可將DNA與蛋白質(zhì)分離 ()8．PCR反應(yīng)所需要的引物只是RNA ()9.PCR反應(yīng)所需要的原料