“DNA的粗提取与鉴定”实验的策略分析

林丽英，浙江省临海市回浦中学（317000）。

    微型实验在世界范围内广泛开展，正受到越来越多的关注和重视。但在国内，高中生物实验微型化至今还是个空白。近年来，笔者在这方面作了不少尝试。以下以新编高中生物教材“DNA的粗提取与鉴定”实验为例，探讨高中生物实验的微型化改进。
    一、教材中实验方法的不足
    1.实验材料不易获得，实验成本昂贵
    教材中所用的实验材料是鸡血细胞液，由活鸡的鲜血经沉淀后获得。每组（2个学生）需用5mL鸡血细胞液，则每班（50人）至少需要130 mL鸡血细胞液，而鸡血细胞液与鸡血的体积比为1∶3，这样每班至少需要390 mL鸡血。宰杀1只中等大小的活鸡，一般可得120 mL左右的鲜血，因此，1个班实验需要买4只活鸡。笔者所在学校高二有22个班，粗略计算，照参考书所用活鸡量，做一次实验需要90只活鸡之多，需要3 500元左右，这无疑对学校的实验经费是一个不小的负担。而到市场售鸡处索取鲜鸡血，如此大的用量，也不是短时间就能够满足的。
    2.仪器繁多，试剂消耗量大
    教材中实验所用到的仪器繁多，如离心机、铁架台、铁环、镊子、三脚架、滤纸、烧杯（每组100mL，500 mL各1个；50 mL，1 000 mL各2个）等。有的仪器一般中学很难配齐，比如离心机，很多学校就没有。大大小小的烧杯加起来要180个之多，一般学校也较难全部配齐。
    实验试剂消耗量也比较大，一般来说，每班需蒸馏水1.5 L，质量浓度为0.1 g/mL的柠檬酸钠溶液100 mL，物质的量浓度为2 mol/L的氯化钠溶液4 L。若按22个班计算，则需蒸馏水33 L、柠檬酸钠溶液2.2 L、氯化钠溶液88 L。
    3.操作复杂，对学生的实验技能要求较高
    在实际操作过程中需要注意的细节问题非常多，往往因为某个环节的操作不当，结果就不能观察到明显的实验现象。比如有6个步骤需要使用到玻璃棒，但第一次要求快速搅拌，以使血细胞破裂，而以后的几次搅拌，则要求轻缓，以免使细丝状的DNA断裂，影响观察效果。
    4.花费时间长，一节课时间很难完成
    教材中的实验步骤繁多（8个步骤、3次过滤、6次搅拌），操作时间长，有些学生往往难以在一节课内完成所有实验步骤，影响了实验效果。此外，鸡血具有浓烈的血腥味，许多女学生有畏惧心理，不敢操作，只在一旁观看，因此，学生的实验积极性会受到较大影响。
    5.教师课前的准备时间比较长
    为准备教材中的实验，教师需要配制大量的抗凝剂、采鸡血、离心、冷藏鸡血（24 h），并且要配制大量的氯化钠溶液，课前准备至少需要2天时间。
    6.实验效果不明显
    由于需要经过多次过滤，DNA损耗较多，常常出现DNA提取物的量不多且含有杂质而呈黄色的情况，不能显示出DNA的本来面目——白色。许多学生没有得到预期的实验效果。
    针对上述情况，笔者认为这个实验与现代所倡导的微型实验理念相违背，必须选取一种更合适的实验材料以取代鸡血。新材料要达到花钱少、用量小、易取得、效果好的微型化目的。根据教材实验原理，笔者查找了许多相关资料，反复实验，从缩短时间、简化操作步骤、降低实验成本出发，最后发现利用香蕉取代鸡血进行实验效果最理想。
    二、改进后的实验方法和步骤
    1.实验材料和用具
    （1）实验材料：香蕉、体积分数为75%的冷酒精溶液（实验前置于冰箱内冷却24 h）、物质的量浓度为0.015 mol/L的氯化钠溶液、二苯胺试剂。
    （2）实验用具：研钵、酒精灯、石棉网、玻璃棒、滴管、量筒（10 mL 1个）、烧杯（100 mL 1个，250mL 1个）、试管（10 mL 2支）、漏斗、试管夹、纱布。
    2.用香蕉提取DNA的方法和步骤
    （1）制取香蕉研磨液。取1段长约2 cm的去皮香蕉，加入3～4 mL的温水和少量食盐进行研磨，研磨均匀后再加入15～20 mL的温水，用滤布过滤研磨液到小烧杯。
    （2）粗提取DNA。向小烧杯中加入2～3 mL清洁剂，按一个方向轻摇3 min，清洁剂中含有的SDS（十二烷基磺酸钠）具有使蛋白质变性、与DNA分离的作用，有利于提取DNA。沿玻璃棒从小烧杯壁慢慢加入75%的冰冻酒精30～50 mL，然后轻轻晃动烧杯，静置几分钟后出现大量白色絮状的DNA提取物，用玻璃棒缓缓卷起。
    （3）DNA的鉴定。取2支试管，各加入物质的量浓度为0.015 mol/L的氯化钠溶液3 mL，其中1支加入絮状物，用玻璃棒搅拌，使其溶解。然后向2支试管中各加入2 mL二苯胺试剂，混合均匀，置沸水浴中加热5 min。冷却后加入二苯胺的试管溶液变蓝，说明含大量DNA。
    三、实验改进后的优点
    1.改进后的实验材料易得，价格低廉
    改进后的实验每班只需2斤香蕉，总共购买45斤香蕉即可。只需80元左右，与用鸡血相比，成本降低98%，解决了实验经费不足的问题，保证了实验课能够正常开出，特别是对经费紧张的农村学校而言更有推广价值。
    2.实验仪器、药品大量减少
    改进后的实验不要离心机、铁架台、铁环、镊子、三脚架、滤纸等实验仪器，烧杯也从180个减少到60个。同时省略了大量的药品，蒸馏水、柠檬酸钠、氯化钠溶液等都省略不用，只增加了家用清洁剂和研钵，并且冷酒精的体积分数由95%降低为75%，使实验成本又降低不少。
    3.教师课前的准备时间由原来的两天缩短到半天
    改进后的实验只需到市场购买香蕉即可，不仅简化了制备过程，且保证取材新鲜，即取即用。
    4.减少了学生的操作步骤，缩短了操作时间
    改进后的实验只需取香蕉加入3～4 mL的温水和少量食盐进行研磨即可，操作简便易行，整个实验过程省时省力，学生的兴趣大大增强，人人动手参与，大部分学生都可在20 min内完成。
    5.实验成功率达到100%
    原实验成功率较低，在30%以下，改进后的实验操作性强，实验效果明显，学生均可成功提取大量的DNA，成功率达到100%。
    四、实验改进前后的对比
    实验改进前后的对比见表1。
    五、存在的问题
    改进后的实验操作步骤大大减少，与教材有较大的差异，有部分教师提出，实验操作是为了加深对课本理论知识的理解和记忆，实验改进后在一定程度上会影响学生对课本实验操作步骤的记忆。同时实验步骤的简化使实验操作的规范性受到了一定的影响。这些都值得进一步探讨。当然，如果有条件的学校能够同时使用鸡血细胞和香蕉进行实验，则既可解决上述问题，又可培养学生的创新思维。
    
    综上所述，改进后的实验所涉及的材料、试剂、物品、仪器都常见、常用、极易获得，且价格低廉，既能节约实验花费，又能降低环境污染，体现了“绿色”和“环保”的精神。现象明显、节约时间，学生积极性高，人人动手参与，既训练了学生的动手能力，培养了创新思维，又增强了自信心，体验了成就感。同时，较强的参与意识及微型实验内在的魅力又大大激发了学生进行生物实验的兴趣。这些都是微型实验所倡导的理念，对当前生物实验改革很有借鉴意义