2021届山东省高考生物一轮复习课件第34讲基因工程（）DNA的粗提取与鉴定及其PCR技术

第34讲基因工程(Ⅰ)DNA的粗提取与鉴定及其PCR技术生物技术与工程（选择性必修3）第十单元第34讲基因工程(Ⅰ)DNA的生物技术与工程第十单元等级考(2017级)课标要求内容标准活动要求1．DNA的粗提取和鉴定。2．利用聚合酶链式反应(PCR)扩增DNA片段并完成电泳鉴定，或运用软件进行虚拟PCR实验。等级考(2017级)课标要求内容标准活动要求1．DNA的粗提栏目导航考点一DNA的粗提取与鉴定考点二课堂小结·内化体系随堂演练·巩固提升栏目导航考点一DNA的粗提取与鉴定1．提取生物大分子的基本思路：选用一定的物理或化学方法分离具有不同______________性质的生物大分子。2．DNA粗提取与鉴定的原理(1)DNA粗提取原理：利用DNA与RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面的差异，提取DNA，去除其他成分。考点一DNA的粗提取与鉴定物理或化学1．提取生物大分子的基本思路：选用一定的物理或化学方法分离具①DNA与蛋白质在物理、化学性质方面的差异如下：比较项目DNA蛋白质溶解性2mol/LNaCl溶液中析出0.14mol/LNaCl溶液中酒精溶液中耐受性蛋白酶无影响水解高温_____℃以上变性不能忍受__________℃的高温溶解析出溶解析出溶解8060～80②洗涤剂能够瓦解__________，但对DNA没有影响。(2)鉴定原理：DNA在________条件下，遇二苯胺会被染成____色。细胞膜沸水浴蓝①DNA与蛋白质在物理、化学性质方面的差异如下：比较项目DNDNA含量相对较高

蒸馏水洗涤剂DNA含量相对较高蒸馏水洗涤剂(3)去除滤液中的杂质

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静置白色丝状物玻璃棒丝状物酒精静置白色丝状物玻璃棒丝状物2mol/L丝状物NaCl溶液二苯胺沸水浴变蓝2mol/L丝状物NaCl溶液二苯胺沸水浴变蓝4．操作提示(1)实验材料选用鸡血细胞液，而不用鸡全血的主要原因是_____________________________________。为防止血液凝固需要加入____________。(2)实验过程中最好使用塑料的烧杯和试管，玻璃容器吸附DNA，会使提取到的DNA更少。(3)破碎细胞，释放DNA的过程中，若实验材料是鸡血细胞液，则加水后必须充分搅拌，目的是_____________________________________。DNA主要存在于鸡血细胞的细胞核内柠檬酸钠使鸡血细胞充分破碎完全释放出DNA4．操作提示DNA主要存在于鸡血细胞的细胞核内柠檬酸钠(4)加入洗涤剂后，动作要______________，否则容易产生大量的_______，不利于后续步骤的操作。加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免______________________，导致DNA分子不能形成_______________。(5)用酒精浓缩和沉淀DNA时，所用的体积分数为95%的酒精必须___________后才能使用，冷却酒精与含有DNA的氯化钠溶液的体积比是1∶1。(6)常温下，二苯胺试剂要____________，否则会影响鉴定的效果。轻缓、柔和泡沫加剧DNA分子的断裂絮状沉淀充分预冷现配现用(4)加入洗涤剂后，动作要______________，否则[归纳整合]1．实验中两次加入蒸馏水的目的第一次加入是在“破碎细胞，获取含DNA的滤液”步骤中，加入的目的是使鸡血细胞吸水涨破；第二次加入是在“去除滤液中的杂质”步骤中，加入的目的是稀释NaCl溶液，使DNA逐渐析出。2．实验中三次使用2mol/L的NaCl溶液的目的实验中有三次使用2mol/L的NaCl溶液，作用均为溶解DNA。第一次是向滤液中加入NaCl，使NaCl溶液的物质的量浓度为2mol/L；第二次和第三次均是直接用物质的量浓度为2mol/L的NaCl溶液溶解含DNA的丝状物。

[归纳整合]3.实验中四次过滤的比较项目第一次过滤第二次过滤第三次过滤第四次过滤滤液中含DNA的核物质DNA溶于0.14mol/L的NaCl溶液的杂质DNA纱布上细胞膜、核膜等残片不溶于2mol/L的NaCl溶液的杂质含DNA的黏稠物不溶于2mol/L的NaCl溶液的杂质过滤前加入的物质蒸馏水NaCl溶液蒸馏水NaCl溶液过滤目的去除细胞膜、核膜等杂质去除不溶于2mol/L的NaCl溶液的杂质去除溶于0.14mol/L的NaCl溶液的杂质去除不溶于2mol/L的NaCl溶液的杂质3.实验中四次过滤的比较项目第一次过滤第二次过滤第三次过滤第[思维探究]下面为“DNA的粗提取与鉴定”实验的一些重要操作示意图，据图回答下列有关该实验的问题：[思维探究](1)用箭头和字母表示出正确的操作顺序。提示：C→B→E→D→A。(2)上图C、E步骤都加入蒸馏水，但其目的不同，那么分别是什么？提示：C的目的是加速鸡血细胞的破裂；E的目的是降低NaCl溶液的浓度，使DNA析出。(3)图A步骤中所用酒精必须经充分冷却才能使用，该步骤的目的是什么？提示：提取含杂质少的DNA。(4)为鉴定A中所得到的丝状物的主要成分为DNA，说出鉴定方法，并预测结果和结论。提示：可滴加二苯胺试剂并沸水浴。如果出现蓝色，则该丝状物的主要成分为DNA。(1)用箭头和字母表示出正确的操作顺序。[教材深挖]1．教材选修1P55“旁栏思考题”：为什么加入蒸馏水能使鸡血细胞破裂？提示：蒸馏水对于鸡血细胞来说是一种低渗液体，水分可以大量进入血细胞内，使血细胞胀裂，再加上搅拌的机械作用，就加速了鸡血细胞的破裂(细胞膜和核膜的破裂)，从而释放出DNA。2．教材选修1P55“旁栏思考题”：加入洗涤剂和食盐的作用分别是什么？提示：洗涤剂是一些离子去污剂，能溶解细胞膜，有利于DNA的释放；食盐的主要成分是NaCl，有利于DNA的溶解。[教材深挖]命题点一DNA的粗提取与鉴定的实验原理1．(2019·河北衡水校级月考)下列关于“DNA的粗提取与鉴定”实验的原理的叙述，正确的是(

)A．可用猪血作为实验材料，原因是猪血红细胞的细胞核中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，而细胞中的某些蛋白质可溶于酒精”的特性提纯DNAD．利用“DNA与二苯胺作用而显现紫色”的特性鉴定DNAＣ命题点一DNA的粗提取与鉴定的实验原理Ｃ解析

猪血红细胞不含细胞核和各种细胞器，A错误；DNA在2mol/L的NaCl溶液中溶解度较高，B错误；利用“DNA不溶于酒精，而细胞中的某些蛋白质可溶于酒精”的特性提纯DNA，C正确；在沸水浴条件下，DNA与二苯胺反应呈现蓝色，D错误。解析猪血红细胞不含细胞核和各种细胞器，A错误；DNA在2命题点二DNA粗提取与鉴定的实验设计2．(2019·江苏南通模拟)在利用鸡血进行“DNA的粗提取与鉴定”的实验中，下列叙述正确的是(

)A．用蒸馏水将NaCl溶液浓度调至0.14mol/L，滤去析出物B．调节NaCl溶液浓度或加入木瓜蛋白酶，都可以去除部分杂质C．将丝状物溶解在2mol/LNaCl溶液中，加入二苯胺试剂即呈蓝色D．由于DNA对高温耐受性较差，故需向DNA滤液中加入冷酒精B命题点二DNA粗提取与鉴定的实验设计B解析

DNA在浓度为0.14mol/L的NaCl溶液中的溶解度最低，因此用蒸馏水将NaCl溶液浓度调至0.14mol/L，DNA析出，过滤去除溶液中的杂质，A错误；根据DNA和蛋白质的溶解度以及对酶的耐受性不同，调节NaCl溶液浓度或加入木瓜蛋白酶，都可以去除部分杂质，B正确；将丝状物溶解在2mol/L的NaCl溶液中，加入二苯胺试剂后要经沸水浴加热后才能呈现蓝色，C错误；由于DNA不溶于酒精，细胞中的某些蛋白质溶于酒精，因此需向DNA滤液中加入冷酒精以进一步纯化DNA，D错误。解析DNA在浓度为0.14mol/L的NaCl溶液中的溶3.如图为“DNA的粗提取与鉴定”实验的相关操作。分析回答：(1)图中实验材料A可以是____________等，研磨前加入的B应该是_________________。(2)通过上述所示步骤得到滤液C后，再向滤液中加入2mol/L的NaCl溶液的目的是__________________，再过滤得到滤液D，向滤液D中加入蒸馏水的目的是___________________________________________________。洋葱(菜花)洗涤剂和食盐使DNA溶解使DNA(溶解度下降而沉淀)析出，除去可溶性杂质3.如图为“DNA的粗提取与鉴定”实验的相关操作。分析回答(3)在“DNA的粗提取与鉴定”实验中，将含有一定杂质的DNA丝状物分别放入体积为2mL的4种溶液中，经搅拌后过滤，获得如表所示的4种滤液，含DNA最少的是滤液______。1B液中搅拌、研磨后过滤滤液E22mol/L的NaCl溶液中搅拌后过滤滤液F30.14mol/L的NaCl溶液中搅拌后过滤滤液G4冷却的95%的酒精溶液中搅拌后过滤滤液HH(3)在“DNA的粗提取与鉴定”实验中，将含有一定杂质的DN解析

(1)用洋葱、菜花等破碎细胞时，加入一定量的洗涤剂和食盐，洗涤剂可以溶解细胞膜，有利于DNA的释放，食盐的主要成分是NaCl，有利于DNA的溶解。(2)在含有DNA的滤液中，加入2mol/L的NaCl溶液，可以使DNA溶解而杂质析出；在滤液D中加入蒸馏水，当NaCl溶液浓度为0.14mol/L时，DNA溶解度最小而析出，除去可溶性杂质。(3)在滤液E中，只是除去了部分杂质，则含DNA较多；在滤液F中，除去了较多的蛋白质等，则含DNA最多；在滤液G中，因DNA析出，则含DNA较少；在滤液H中，因DNA不溶于体积分数为95%的冷酒精溶液，则含DNA最少。解析(1)用洋葱、菜花等破碎细胞时，加入一定量的洗涤剂和食1．细胞内DNA复制的条件和PCR扩增的原理(1)细胞内DNA复制的条件考点二多聚酶链式反应扩增DNA片段原料4种________________模板2条DNA母链酶解旋酶和________________能量由ATP提供引物使DNA聚合酶能够从引物的_________开始连接脱氧核苷酸脱氧核苷酸DNA聚合酶3′端1．细胞内DNA复制的条件和PCR扩增的原理考点二多聚酶链(2)PCR扩增的原理①多聚酶链式反应，即_______技术，是一种_______迅速扩增DNA的技术。②DNA_________原理，即：③子链的延伸方向为从________到________。④条件：DNA模板、分别与两条模板相结合的__________、四种脱氧核苷酸、耐热的________________、稳定的__________、能自动调控温度的温控设备。PCR体外热变性变性冷却5′端3′端两个引物TaqDNA聚合酶缓冲液(2)PCR扩增的原理PCR体外热变性变性冷却5′2．PCR的反应过程和实验操作(1)PCR的反应过程PCR一般要经历三十多次循环，每次循环可以分为___________________三步。①变性：当温度上升到_______以上时，双链DNA解旋为单链。②复性：当温度下降到50℃左右时，两种引物通过_____________与两条单链DNA结合。③延伸：当温度上升到72℃左右时，在____________的作用下，溶液中的四种脱氧核苷酸通过_______________合成新的DNA链。变性、复性和延伸90

℃碱基互补配对DNA复合酶碱基互补配对2．PCR的反应过程和实验操作变性、复性和延伸90℃碱基(2)实验用具与操作①实验用具(a)PCR仪：能自动调控_______，实现DNA的扩增。如果没有PCR仪，可用3个_____________________代替。(b)微量离心管：总容积为0.5mL，实际上是进行_____________________。(c)微量移液器：用于向微量离心管中转移PCR配方中的液体。温度恒温水浴锅PCR_反应的场所(2)实验用具与操作温度恒温水浴锅PCR_反应的场所②实验操作程序准备：按照PCR反应体系配方将需要的试剂摆放在实验桌上↓移液：用________________按照配方向微量离心管中依次加入各组分↓_____：盖严离心管口的盖子，用手指轻轻弹击管的侧壁，使反应液混合均匀↓离心：↓反应：将离心管放入_________中进行反应微量移液器混合将微量离心管放在离心机上，离心约10s，目的是__________________________使反应液集中在离心管底部PCR仪②实验操作程序微量移液器混合将微量离心管放在离心机上，离3．操作提示与DNA含量的测量(1)操作提示①为避免外源DNA等因素的污染，所用仪器、缓冲液、蒸馏水等使用前必须进行_____________。②缓冲液和酶应分装成小份，并在__________条件下储存。③每添加一种试剂后，移液器上的枪头必须_______。④混合均匀后要_______处理，使反应液集中在离心管底部。(2)DNA含量的测定①原理：DNA在__________________波段有一强烈的吸收峰。②计算公式：DNA含量(μg/mL)＝50×________________×__________。高压灭菌－20℃更换离心260nm的紫外线(260nm的读数)稀释倍数3．操作提示与DNA含量的测量高压灭菌－20℃更换离[归纳整合]1．DNA的复制方向图1

[归纳整合]图1脱氧核糖属于五碳糖，每个脱氧核糖上有5个碳原子，与每个碳原子相连接的化学基团并不完全相同。为区别不同的碳原子，科学家给每个碳原子编上了号码。在脱氧核糖核苷酸中，五个碳原子的编号如图1所示。在DNA单链中将磷酸基团的末端称为5′端，将含有羟基(—OH)的末端称为3′端，如图2所示：图2DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，而只能从3′端延伸DNA链，所以DNA的合成方向总是从子链的5′端向3′端延伸。脱氧核糖属于五碳糖，每个脱氧核糖上有5个碳原子，与每个碳原子2．细胞内DNA复制和细胞外PCR扩增的比较DNA复制PCR扩增不同点场所活细胞内细胞外能量ATP提供能量不需ATP提供能量酶解旋酶、DNA聚合酶耐热DNA聚合酶(TaqDNA聚合酶)是否有RNA合成伴有RNA合成，产生引物无RNA合成，需加入两种引物是否需缓冲液不需缓冲液严格配制10倍浓缩的扩增缓冲液设备无严格控制温度变化的温控设备2．细胞内DNA复制和细胞外PCR扩增的比较DNA复制PCR相同点原料四种脱氧核苷酸(含A、T、G、C)复制原理严格遵循碱基互补配对原则，半保留复制模板以DNA为模板引物都需要与两条模板链相结合的两种引物相同点原料四种脱氧核苷酸(含A、T、G、C)复制原理严格遵循[思维探究]下图为PCR技术的过程示意图，请回答：[思维探究](1)PCR一般要经历三十多次循环，每次循环可分为哪三个步骤？提示：变性、复制、延伸。(2)PCR技术需要哪些必要条件？提示：PCR技术的必要条件，除了模板、原料、酶以外，至少还需要三个条件，即液体环境、适宜的温度和引物。(3)根据设计，一分子DNA经30次循环后，应得到约230个DNA分子，但结果只有约210个DNA分子。出现该现象的原因可能有哪些？提示：循环次数不够；TaqDNA聚合酶活力不够或其活性受到抑制；系统设计欠妥。(1)PCR一般要经历三十多次循环，每次循环可分为哪三个步骤[教材深挖](1)教材P58左下角相关信息：引物的实质是什么？DNA复制时为什么需要引物？提示：引物是一小段DNA或RNA，它能与DNA母链的一段碱基序列互补配对，用于PCR的引物长度通常为20～30个核苷酸。DNA聚合酶不能从头合成DNA，而只能从3′端延伸DNA链，因此DNA复制需要引物。(2)教材P63练习2：如果要使用PCR扩增一段已知的DNA序列，你打算如何设计引物？提示：PCR引物是根据需要扩增的目标DNA的碱基序列来设计的。[教材深挖]命题点一PCR的原理与反应过程1．下列关于DNA聚合酶催化合成DNA子链的说法，正确的是(

)A．以DNA为模板，使DNA子链从引物的3′端开始延伸的一种酶B．TaqDNA聚合酶在每次高温变性处理后都必须再添加C．DNA聚合酶能特异性地复制DNA的全部序列D．TaqDNA聚合酶是从深海生态系统中发现的A命题点一PCR的原理与反应过程A解析

DNA聚合酶不能从头开始催化合成DNA，而只能使子链从引物的3′端延伸，A正确；TaqDNA聚合酶能耐高温，所以在反应体系中可被反复利用，无需另外再添加，B错误；PCR扩增的是两个引物之间的固定长度的DNA序列，C错误；TaqDNA聚合酶是从水生耐热细菌Taq中分离得到的，该菌发现于美国黄石国家公园的一个热泉中，D错误。

解析DNA聚合酶不能从头开始催化合成DNA，而只能使子链从2．实验室中模拟生物体内DNA复制必需的一组条件是(

)①耐高温的DNA聚合酶②游离的脱氧核苷酸③引物④DNA模板⑤mRNA

⑥tRNA

⑦适宜的温度⑧适宜的酸碱度⑨解旋酶A．①②③④⑤⑥⑨

B．②③④⑤⑥⑦⑨C．②③④⑤⑦⑧⑨

D．①②③④⑦⑧D解析

mRNA是翻译的模板，tRNA是翻译的“搬运工”，二者在基因的表达中用到，而在PCR过程中不需要。解旋酶在细胞内DNA复制时用到，但在PCR过程中不需要，PCR是通过加热来使DNA解螺旋的。

2．实验室中模拟生物体内DNA复制必需的一组条件是()D命题点二PCR的操作过程3．使用PCR仪的具体实验操作顺序应为(

)①设计好PCR仪的循环程序②按配方准备好各组分③用微量移液器在微量离心管中依次加入各组分④进行PCR反应⑤离心使反应液集中在离心管底部A．②③⑤④①

B．①⑤③②④C．②③⑤①④

D．④②⑤③①Ｃ解析

使用PCR仪的操作步骤一般分为准备(包括配制配方及将各配方放于实验台上)、移液、混合、离心、反应。PCR仪是一种自动控制温度的仪器，设计好循环程序就可以进行反应了。

命题点二PCR的操作过程Ｃ解析使用PCR仪的操作步骤一般4．(2019·广东湛江期中)下列关于PCR操作过程的叙述错误的是(

)A．PCR实验中使用的微量离心管、枪头、缓冲液以及蒸馏水等在使用前必须进行高压蒸汽灭菌B．PCR缓冲液和酶应分装成小份，在－20℃储存C．PCR所用缓冲液和酶从冰箱拿出之后，迅速融化D．在微量离心管中添加反应成分时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头都必须更换Ｃ4．(2019·广东湛江期中)下列关于PCR操作过程的叙述错解析

PCR实验中使用的微量离心管、枪头、缓冲液以及蒸馏水等在使用前必须进行高压蒸汽灭茵，A正确；PCR缓冲液和酶应分装成小份，在－20℃储存，B正确；PCR所用缓冲液和酶从冰箱拿出之后，应放在冰块上缓慢融化，这样才能使缓冲液中稳定性较差的成分和酶的活性不被破坏，C错误；在微量离心管中添加反应成分时，每吸取一种试剂后，移液器上的枪头都必须更换，D正确。

解析PCR实验中使用的微量离心管、枪头、缓冲液以及蒸馏水等1．酵母和菜花均可作为提取DNA的材料 ()2．DNA既溶于2mol/LNaCl溶液也溶于蒸馏水 ()3．向鸡血细胞液中加蒸馏水搅拌，可见玻棒上有白色絮状物 ()4．利用DNA溶于酒精，而蛋白质不溶于酒精，可将DNA与蛋白质分离 ()5利用高温能使蛋白质变性，却对DNA没有影响的特性，可将DNA与蛋白质分离 ()课堂小结·内化体系………………◎√

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1．酵母和菜花均可作为提取DNA的材料 ()6．在溶有DNA的物质的量浓度为2mol/L的氯化钠溶液中缓缓加入蒸馏水，轻轻搅拌后过滤，取滤液进行以后的实验 ()7．在DNA滤液中加入嫩肉粉，通过木瓜蛋白酶的作用，可将DNA与蛋白质分离 ()8．PCR反应所需要的引物只是RNA ()9.PCR反应所需要的原料