第4章 第1节 第2课时 DNA的粗提取和鉴定与PCR技术及电泳鉴定-【新课程学案】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程教师用书word（浙科版）

本讲义聚焦高中生物学“DNA的粗提取和鉴定与PCR技术及电泳鉴定”核心实验，系统梳理DNA在不同NaCl溶液和酒精中的溶解性原理、二苯胺沸水浴鉴定方法，以及PCR技术变性、退火、延伸的扩增原理和电泳鉴定流程，构建从提取到扩增再到鉴定的完整实验知识支架。 该资料通过任务驱动问题（如实验材料选择、试剂作用分析）引导科学思维，结合生成认知表格（如PCR与DNA复制对比）培养分析能力，典例与跟踪训练融入高考题提升应用能力。体现探究实践与科学思维素养，课中辅助教师实验教学，课后通过预习自评和习题帮助学生查漏补缺，培养严谨科学态度。

第2课时　DNA的粗提取和鉴定与PCR技术及电泳鉴定 [主干知识梳理] 一、DNA的粗提取和鉴定 1.实验原理 (1)提取DNA的原理：利用DNA与其他物质成分在物理和化学性质上的差异，通过一定的方法，去除其他成分，提取DNA。 ①DNA在NaCl溶液中的溶解性：DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同，它在2 mol/L的NaCl溶液中溶解度高。  ②DNA在酒精溶液中的溶解性：DNA钠盐不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精。若在提取液中加入95%的冷酒精，能使DNA钠盐形成絮状沉淀物而析出。 (2)鉴定DNA的原理 在沸水浴的条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝色。 2.方法步骤 二、PCR扩增DNA片段及凝胶电泳鉴定 1.PCR扩增DNA片段 原理 ①在高温加热作用下，打开DNA双链，以两条DNA单链作为模板；②以4种脱氧核苷三磷酸为原料，合成子链；③在引物作用下，Taq DNA聚合酶从引物3'端开始延伸DNA链 步骤 变性→退火→延伸 扩增 结果 PCR过程包括多次循环，每一次循环后DNA的量可增加一倍，DNA呈指数形式扩增 2.凝胶电泳鉴定的流程 [预习效果自评] 1.判断下列说法的正误 (1)提取液中加入95%冷酒精，能使DNA钠盐形成絮状沉淀物而析出。 (√) (2)粗提耐盐农作物的DNA时，向溶解有DNA烧杯中加蒸馏水是稀释DNA。 (×) 提示：向溶解有DNA烧杯中加蒸馏水是稀释NaCl溶液，降低DNA的溶解度。 (3)利用PCR技术扩增耐盐基因，PCR反应中温度的周期性改变是为了DNA聚合酶催化不同的反应。 (×) 提示：PCR反应中温度的周期性改变，目的是为DNA变性、退火、延伸提供适宜的温度，DNA聚合酶只在延伸中发挥作用。 (4)待测样品中DNA分子的大小和构象、凝胶的浓度等都会影响DNA在电泳中的迁移速率。 (√) 2.(2025·兰溪一中月考)下列关于“DNA的粗提取和鉴定”实验叙述，错误的是 (　　) A.酵母和菜花均可作为提取DNA的材料 B.DNA在2 mol/L NaCl溶液中溶解度高 C.在沸水浴的条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝色 D.向猪血稀释液中加蒸馏水搅拌，可见玻璃棒上有白色絮状物 解析：选D　酵母和菜花细胞中均含有较多的DNA，均可作为提取DNA的材料，A正确；DNA在2 mol/L NaCl溶液中溶解度高，B正确；在沸水浴的条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝色，C正确；猪为哺乳动物，其血细胞不适宜作为提取DNA的实验材料，D错误。 3.下列有关PCR技术的叙述，错误的是 (　　) A.在基因工程中，可通过该技术获取目的基因 B.要扩增的目的基因的特异性取决于引物序列 C.PCR反应过程中需要解旋酶催化 D.DNA体外扩增的基本原理与体内DNA复制相同 解析：选C　在基因工程中，可通过PCR技术获取目的基因，A正确；要扩增的目的基因的特异性取决于引物序列，B正确；PCR反应过程中通过高温解旋不需要解旋酶催化，C错误；DNA体外扩增与体内DNA复制的基本原理都是DNA半保留复制，D正确。 [精要内容把握] 一、知识体系建一建 二、核心语句背一背 1.DNA钠盐不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精；DNA在2 mol/L的NaCl溶液中溶解度高。 2.在沸水浴条件下，DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色。 3.PCR每次循环一般可以分为变性、退火和延伸三步。 4.在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小、形状等有关。 提能点(一)　DNA的粗提取和鉴定过程 [任务驱动] 　　某生物兴趣小组进行了DNA的粗提取和鉴定实验。请分析回答下列问题： (1)能否选择哺乳动物成熟的红细胞作为实验材料?鸡的红细胞呢?为什么? 提示：可以选择鸡的红细胞作为实验材料，不能选择哺乳动物成熟的红细胞。哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核，而鸡的红细胞有细胞核。 (2)向香蕉果肉研磨液中加入十二烷基硫酸钠(SDS)和乙二胺四乙酸二钠(EDTA)的作用分别是什么? 提示：用SDS处理材料，能使核蛋白变性并与DNA分离；EDTA能抑制DNA酶活性，防止核DNA被酶解。 (3)在提取液中加入95%冷酒精的目的是什么? 提示：①除去能溶于酒精的蛋白质等杂质；②使DNA钠盐形成絮状沉淀物而析出。 (4)鉴定时，为什么要设置只加入二苯胺试剂的试管? 提示：作为对照，排除二苯胺试剂本身受热变色对实验的干扰，使实验结果更有说服力。 [生成认知] DNA的粗提取和鉴定过程中相关操作的目的 项目 具体操作 操作目的 细胞处理 材料冷冻后充分研磨 破碎细胞 加入一定量的蒸馏水 NaCl处理 加入研磨液中 促使DNA溶解在NaCl溶液中 十二烷基硫酸钠(SDS)处理 加入研磨液中 促使核蛋白变性与DNA分离 乙二胺四乙酸二钠(EDTA)处理 加入研磨液中 抑制DNA酶活性，防止核DNA被酶解 95%冷 酒精处理 向离心后的上清液中加入两倍体积冷酒精 稀释NaCl溶液，降低DNA溶解度 二苯胺 处理 絮状DNA与二苯胺试剂混合，95 ℃水浴加热处理 DNA染色与鉴定 　　[典例]　(2025·湖州一中检测)关于DNA的粗提取和鉴定实验相关试剂的说法，正确的是 (　　) A.二苯胺试剂在沸水浴条件下能将DNA染成蓝色 B.研磨液中的EDTA能使核蛋白变性并与DNA分离 C.研磨液中的SDS能抑制DNA酶活性，防止核DNA被酶解 D.DNA在2 mol/L的NaCl溶液中溶解度最低，且Na+与DNA形成沉淀 　　[解析]　二苯胺试剂在沸水浴条件下能将DNA染成蓝色，A正确；研磨液中的SDS能使核蛋白变性并与DNA分离，B错误；研磨液中的EDTA能抑制DNA酶活性，防止核DNA被酶解，C错误；DNA在2 mol/L的NaCl溶液中溶解度高，且Na+与DNA形成钠盐，D错误。 　　[答案]　A [跟踪训练] 1.(2024·安徽高考)下列关于“DNA粗提取和鉴定”实验的叙述，错误的是 (　　) A.实验中如果将研磨液更换为蒸馏水，DNA提取的效率会降低 B.利用DNA和蛋白质在酒精中的溶解度差异，可初步分离DNA C.DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同，该原理可用于纯化DNA粗提物 D.将溶解的DNA粗提物与二苯胺试剂反应，可检测溶液中是否含有蛋白质杂质 解析：选D　研磨液有利于DNA的溶解并保护DNA不被破坏，若换为蒸馏水，则DNA提取的效率会降低，A正确；DNA不溶于酒精，但细胞中的某些蛋白质溶于酒精，利用这一原理，可初步分离DNA，B正确；DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，该原理可用于纯化DNA粗提物，C正确；在沸水浴的条件下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色，二苯胺试剂用于鉴定DNA，不能检测溶液中是否有蛋白质杂质，D错误。 2.(2025·艾青中学月考)某实验小组进行“DNA的粗提取和鉴定”实验，如图为实验流程。下列相关叙述正确的是 (　　) A.取材时可选用猪血、洋葱、香蕉、菜花等富含DNA的材料进行实验 B.破碎细胞时可以经过冷冻后再研磨 C.提纯时在滤液中加入2 mol/L的NaCl溶液后会出现白色絮状物(DNA) D.DNA鉴定时可通过是否加入二苯胺试剂设置对照实验来观察实验现象 解析：选B　哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核，猪血不能作为DNA提取的实验材料，A错误；提纯时在滤液中加入体积是滤液两倍的冷酒精溶液，静置3~5 min后会出现白色絮状物(DNA)，C错误；DNA鉴定时可通过是否加入DNA粗提物来设置实验组和对照组，两组都需加入二苯胺试剂观察实验现象，D错误。 3.下图所示为“DNA的粗提取和鉴定”实验的部分操作过程，下列有关分析错误的是 (　　) A.图①④中加入蒸馏水的目的相同 B.图①中向鸡血细胞液内加入少许嫩肉粉有助于去除杂质 C.图②操作的目的是纯化DNA，去除溶于体积分数为95%的酒精中的杂质 D.图③中物质的量浓度为2 mol/L的NaCl溶液能溶解黏稠物中的DNA 解析：选A　①中加蒸馏水是为了使血细胞吸水涨破，④中加入蒸馏水是为了降低NaCl溶液的浓度，使DNA析出，A错误；嫩肉粉中含有蛋白酶，能够水解蛋白质，因此图①中向鸡血细胞液内加入少许嫩肉粉有助于去除杂质，B正确；DNA不溶于酒精溶液，但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精，因此②操作的目的是纯化DNA，去除溶于体积分数为95%的酒精中的杂质，C正确；图③中2 mol/L 的NaCl溶液能溶解黏稠物中的DNA，D正确。 提能点(二)　PCR扩增DNA片段及凝胶电泳鉴定 [任务驱动] 　　下图为PCR技术流程图，①②③步骤组成一轮循环(即一次复制)。请思考并回答以下问题： (1)PCR技术的原理是什么? 提示：PCR技术的原理是DNA的半保留复制。 (2)进行PCR操作时，反应体系主要成分有哪些物质? 提示：PCR反应体系中需要加入引物、模板DNA、原料、酶等。 (3)图示中，①②③进行处理的目的分别是什么? 提示：图示中，①为高温变性，促使DNA解旋；②为退火，进行低温退火，促使引物与各自互补的目的基因的单链结合；③为中温延伸，Taq DNA聚合酶将核苷酸不断连接到2个引物的3'端，有利于合成子链。 (4)设计引物时，为什么引物自身不能存在互补配对序列? 提示：避免两引物结合成双链。 (5)进行PCR操作时，设计的引物越短，通常PCR扩增出来的非目标DNA就越多，试分析原因。 提示：当引物越短时，其特异性降低，可能会与非目的基因结合，因此PCR扩增出来的非目标DNA就越多。 (6)在利用PCR获取和扩增目的基因时，从第几轮循环才会产生完整的目的基因(可用相关图解解释)? 提示：第3轮，如图所示： [生成认知] 一、PCR反应的过程 二、PCR技术与生物体内DNA复制的比较 比较项目 PCR技术 DNA复制 区别 解旋 方式 DNA在高温作用下变性解旋 解旋酶催化 场所 在PCR扩增仪内 主要在细胞核内 原料 dNTP 4种脱氧核苷酸 酶 耐高温的Taq DNA聚合酶 DNA解旋酶、普通的DNA聚合酶等 温度 条件 需控制温度，在较高温度下进行 细胞内温和条件 合成的 对象 DNA片段或基因 DNA分子 联系 ①模板、原料相同 ②均需要DNA聚合酶进行催化 ③均需要引物，使DNA聚合酶从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸 三、PCR扩增DNA片段及凝胶电泳鉴定的步骤 步骤 主要使用的仪器或试剂 注意事项 PCR扩增 微量移液器、PCR仪 枪头、微量离心管使用前需进行高压蒸汽灭菌，枪头在每吸取一种溶液后更换一次，避免用手接触枪头 琼脂糖凝胶电泳 琼脂糖凝胶电泳设备 电泳过程中注意观察溴酚蓝不要迁移出凝胶 染色 亚甲基蓝溶液、75%的酒精 染液可以回收利用，要避光保存 观察 相机、直尺、三脚架 进行观察、拍照和测量DNA条带迁移距离 四、与引物相关的问题归纳概括 1.PCR技术需要引物的原因 DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从3'端延伸DNA链，因此，DNA的复制需要引物。当引物与DNA母链通过碱基互补配对结合后，DNA聚合酶就能从引物的3'端开始延伸DNA链，因此DNA的合成方向总是从子链的5'端向3'端延伸。 2.PCR扩增中需要引物数目的计算规律 若一个DNA分子在PCR中经过n轮循环，理论上需要消耗引物数为2n+1-2，第n轮循环需要消耗的引物数为2n个。 　　[例1]　(2025·舟山高二测评)聚合酶链式反应(PCR)技术是一种体外迅速扩增目的基因的技术。某研究小组计划通过PCR扩增目的基因，下列有关叙述正确的是 (　　) A.必须不断向反应体系中加入模板DNA B.必须不断向反应体系中加入耐高温的Taq DNA聚合酶 C.必须不断向反应体系中加入DNA连接酶 D.必须不断改变反应体系中温度 　　[解析]　该反应体系中需要加入待扩增的DNA作为模板，合成后的DNA分子可作为模板，不需要向反应体系中重复加入模板DNA，A错误；反应体系中加入的耐高温的Taq DNA聚合酶可以重复使用，不需要重复加入，B错误；PCR中不需要DNA连接酶，C错误；在扩增目的基因的过程中，需要高温变性、低温退火和中温延伸，因此反应体系中温度会不断改变，D正确。 　　[答案]　D 　　[例2]　(2025·杭州高二检测)下列关于“PCR扩增DNA片段及凝胶电泳鉴定”的叙述，错误的是 (　　) A.PCR引物要根据需要扩增的目标DNA的碱基序列来设计 B.制备的凝胶放入电泳槽内时，要将加样孔一端朝向正极 C.染色后要用75%的酒精和冷的蒸馏水进行脱色 D.可根据已知DNA Marker每一条带的位置和长度推测PCR产物长度 　　[解析]　制备的凝胶放入电泳槽内时，要将加样孔一端朝向负极，B错误。 　　[答案]　B [跟踪训练] 1.聚合酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增DNA片段的技术。下列有关PCR过程的叙述错误的是 (　　) A.变性过程中破坏的是DNA分子内碱基对之间的氢键，在体内也可利用解旋酶实现 B.退火过程中引物与DNA模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成的 C.延伸过程中需要DNA聚合酶、ATP、四种核糖核苷酸 D.PCR与细胞内DNA复制相比所需酶的最适温度较高 解析：选C　变性过程是将DNA解旋成为单链，破坏的是DNA分子内碱基对之间的氢键，在体内也可利用解旋酶实现，A正确；退火过程中引物与DNA模板链的结合是通过碱基互补配对原则完成的，B正确；延伸过程即DNA子链不断形成的过程，不需要核糖核苷酸，C错误；PCR需要在较高温度下进行，故与细胞内DNA复制相比所需酶的最适温度较高，D正确。 2.(2024·黑吉辽高考)关于采用琼脂糖凝胶电泳鉴定PCR产物的实验，下列叙述正确的是 (　　) A.琼脂糖凝胶浓度的选择需考虑待分离DNA片段的大小 B.凝胶载样缓冲液中指示剂的作用是指示DNA分子的具体位置 C.在同一电场作用下，DNA片段越长，向负极迁移速率越快 D.琼脂糖凝胶中的DNA分子可在紫光灯下被检测出来 解析：选A　琼脂糖凝胶的浓度、待测样品中DNA分子的大小和构象等都会影响DNA分子在电泳中的迁移速率，故琼脂糖凝胶浓度的选择需考虑待分离DNA片段的大小，A正确；在电泳过程中，凝胶载样缓冲液中的指示剂不会与DNA结合，而是随着电流的通过而移动，可用于确定样品的迁移方向和距离，不能用于指示DNA分子的具体位置，B错误；在同一电场作用下，DNA片段越长，即DNA相对分子质量越大，迁移速率越慢，C错误；琼脂糖凝胶中的DNA分子通过染色，可以在波长为300 nm的紫外灯下被检测出来，D错误。 3.(2025·温州高二期中)荧光定量PCR技术可定量检测样本中某种DNA含量。其原理是在PCR反应体系中加入与某条模板链互补的TaqMan荧光探针，当Taq DNA聚合酶在延伸子链时遇到探针，会水解探针，使荧光监测系统接收到荧光信号，即每扩增一次，就有一个荧光分子生成。下列叙述错误的是 (　　) A.每次模板DNA的扩增都需要用到一对碱基序列互补的引物 B.Taq DNA聚合酶催化DNA的合成方向总是从子链5'端到3'端延伸 C.引物与探针均具特异性，与模板结合时都遵循碱基互补配对原则 D.若用cDNA作模板，上述技术也可检测某基因的转录水平 解析：选A　PCR技术用到的引物之间的碱基序列不能互补，以免影响引物与模板链的结合，A错误；Taq DNA聚合酶催化DNA的合成方向总是从子链的5'端向3'端延伸，B正确；引物与探针均具特异性，与模板结合时遵循碱基互补配对原则，C正确；由于cDNA是以某基因转录形成的mRNA为模板经逆转录形成的，所以若用cDNA作模板，题述技术也可检测某基因的转录水平，D正确。 教材活动与课后习题参考答案 Ⅰ.活动“DNA的粗提取和鉴定”讨论题参考答案(教材P103) 1.提示：絮状物中含有 DNA。 2.提示：只加入二苯胺试剂的试管作为对照。 3.提示：研磨生物材料的目的是破坏细胞结构，利于提取 DNA；倒入冷酒精的目的是使DNA 钠盐形成絮状沉淀物而析出。 Ⅱ.活动“PCR扩增DNA片段及凝胶电泳鉴定”讨论题参考答案(教材P109) 1.提示：在配制对照组PCR体系时，用等体积的无菌水代替酵母菌细胞悬液，其他条件均相同。 2.提示：5'-TCCGTAGGTGAACCTGCGG… 3'-AGGCATCCACTTGGACGCC… …GCATATCAATAAGCGGAGGA-3' …CGTATAGTTATTCGCCTCCT-5' 学科网（北京）股份有限公司 $