生物 |DNA 粗提取与鉴定的高考试题分析与启示

２０１９年教育部«关于加强和改进中小学实验教学的意见»指出:“健全实验教学评价机制.把实验教学情况纳入教育质量评价监测体系,强化对学校实验室建设与管理、实验教学开展情况和实验教学质量等方面的评价”.«普通高中生物学课程标准(２０１７版２０２０年修订)»也指出:“为帮助学生达成对选择性必修课程概念５基因工程赋予生物新的遗传特性的理解,促进学生生物学学科核心素养的提升,应开展下列教学活动:(１)DNA的提取与鉴定等”.笔者以近年考查DNA的粗提取与鉴定实验的试题为切入点,探寻在纸笔测试中考查学生实验能力的方向,为一线教师复习教材实验专题提出行之有效的备考策略.

试题考查内容分析

«中国高考评价体系»指出生物学科的实验与探究能力主要包括:①熟悉所学实验并能运用这些实验所涉及的原理、方法和技能解决一些相关的问题;②具有对一些生物学问题进行探究的能力,如设计实验、分析结果、得出并表达结论.近年考查DNA的粗提取与鉴定的高考实验试题主要有以下五个考查角度.

1.1 考查实验原理

实验原理是实验者进行实验的理论依据,包括实验材料选择的依据、作出假设的依据、设置实验步骤的依据、分析现象与结果的依据和确定观测指标的依据.学生要独立完成实验的前提是深度理解实验原理,明确实验目的.考查实验原理的实验题是高考考查生物学实验的重要题型,这类试题侧重考查学生的理解能力.解答这类试题要求学生将生物学原理和规律与生产实践相联系,从试题提供的信息中找到解题的切入点,并用恰当的语言和方法解决问题.

例１．(２０２４年安徽卷第１４题)下列关于“DNA粗提取与鉴定”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

【试题分析】DNA的粗提取与鉴定的实验原理包括:①DNA不溶于酒精,某些蛋白质溶于酒精,可用于初步分离DNA和蛋白质;②DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同;③在一定温度下DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色.本题考查实验原理的事实性知识:若将研磨液更换为蒸馏水,则从细胞核中释放出的DNA量会减少,从而会降低DNA提取的效率;DNA不溶于酒精,但某些蛋白质溶于酒精,故可利用DNA和蛋白质在酒精中的溶解度差异初步分离DNA;DNA能充分溶解于２mol/L的NaCl溶液中,杂质不溶而形成沉淀,２mol/L的NaCl溶液可用于纯化DNA粗提物;二苯胺试剂可以用鉴定DNA,但不能用于检测溶液中是否含有蛋白质杂质.参考答案:D.

1.2 考查实验操作

生物学实验的实施是建立在学生对实验仪器能够正确操作的基础上.操作技能包括使用光学显微镜、离心机,使用各种玻璃器皿和其他工具、仪器,配制试剂,制作玻片标本,进行生理、生化实验操作以及进行观察、操作、记录、绘图的技能等.解答这类试题的关键在于熟练掌握各种实验器材的用途、使用方法及实验操作程序等.

例２．(２０２４年山东卷第１３题)关于“DNA的粗提取与鉴定”实验,下列说法正确的是(　　)

A．整个提取过程中可以不使用离心机

B．研磨液在４℃冰箱中放置几分钟后,应充分摇匀再倒入烧杯中

C．鉴定过程中DNA双螺旋结构不发生改变

D．仅设置一个对照组不能排除二苯胺加热后可能变蓝的干扰

【试题分析】在DNA的粗提取与鉴定实验中,将获得的洋葱研磨液用纱布过滤后,滤液在４℃的冰箱中放置几分钟后取上清液倒入烧杯中,或者直接将研磨液用离心机进行离心后再取上清液;鉴定过程中用沸水浴加热,DNA双螺旋结构会发生解旋;鉴定实验设置对照组:２mol/L的NaCl溶液＋４mL二苯胺试剂,实验组:２mol/L的NaCl溶液＋４mL二苯胺试剂＋适量丝状物.实验遵循单因子变量原则,可以排除二苯胺加热后可能变蓝的干扰.参考答案:A.

例３．(２０２３年广东卷第１１题)“DNA粗提取与鉴定”实验的基本过程是:裂解→分离→沉淀→鉴定.下列叙述错误的是(　　)

A．裂解:使细胞破裂释放出DNA等物质

B．分离:可去除混合物中的多糖、蛋白质等

C．沉淀:可反复多次以提高DNA的纯度

D．鉴定:加入二苯胺试剂后即呈现蓝色

【试题分析】在DNA的粗提取与鉴定实验中,将洋葱研磨液过滤后,获得的上清液用等体积的、预冷的９５％酒精溶液进行分离,目的是去除混合物的蛋白质等;白色丝状物或沉淀物(粗提取的DNA)反复多次地加入２mol/L的NaCl溶液,目的是DNA能溶解在２mol/L的NaCl溶液,其他杂质不能,达到提高DNA纯度的目的;鉴定过程中需用沸水浴加热,DNA方可与二苯胺试剂作用呈现蓝色.参考答案:D.

1.3 考查实验材料的选取

实验材料的选择对于生物学实验是否成功起到关键的作用,近年高考实验题常出现实验材料选择处理的考查内容,要求学生依据实验要求正确地选择材料或筛选出教材实验以外的其他材料,以及对实验材料的正确处理方法.解答这类试题的关键在于充分理解实验的原理、目的及各种实验材料在实验过程中是否能遵循实验原理、是否能达成实验目的,从而作出准确判断.

例４．(２０２０年海南卷第１０题)下列关于“DNA的粗提取与鉴定”实验的叙述,错误的是(　　)

A．羊的成熟红细胞可作为提取DNA的材料

B．提取植物细胞的DNA时,需要加入一定量的洗涤剂和食盐

C．预冷的酒精溶液能抑制核酸水解酶活性,防止DNA水解

D．在沸水浴条件下,DNA与二苯胺反应呈现蓝色

【试题分析】在DNA的粗提取与鉴定实验中,实验材料可以选择新鲜的洋葱、香蕉、菠菜、菜花或猪肝等,不同材料提取DNA的方法稍有不同.羊的成熟红细胞因没有细胞核而缺少足量的DNA,因此不宜作为提取DNA的材料;提取植物细胞DNA时加入一定量洗涤剂的作用是破坏细胞膜,释放DNA,食盐有助于将DNA从细胞的其他成分中分离出来并促使DNA的溶解;预冷的酒精溶液的主要作用是为了更有效地沉淀DNA,同时减少DNA的降解和杂质污染,确保提取DNA质量和纯度.参考答案:A.

1.4 考查实验结果

考查实验结果推理分析的试题是历年高考中的常考题型.解答这类试题时,应充分利用实验条件和现象,应用恰当的生物学原理进行推断、分析及阐述并得出正确的实验结论.

例５．(２０２２年北京卷第１３题)下列高中生物学实验中,对实验结果不要求精确定量的是(　　)

A．探究光照强度对光合作用强度的影响

B．DNA的粗提取与鉴定

C．探索生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度

D．模拟生物体维持pH的稳定

【试题分析】DNA的粗提取与鉴定实验属于物质提取与鉴定类的定性实验,只需观察是否有相关现象,不需要定量.参考答案:B.

1.5 综合考查DNA相关实验

例６．(２０２３年福建卷第４题)关于“DNA片段的扩增及电泳鉴定”(实验Ⅰ)和“DNA的粗提取与鉴定”(实验Ⅱ)的实验操作,下列相关叙述正确的是(　　)

A．实验Ⅰ中,PCR实验所需的移液器、枪头、蒸馏水等必须进行高压灭菌处理

B．实验Ⅰ中,将扩增得到的PCR产物进行凝胶电泳,加样前应先接通电源

C．实验Ⅱ中,取洋葱研磨液的上清液,加入等体积冷酒精后析出粗提取的DNA

D．实验Ⅱ中,将白色丝状物直接加入到二苯胺试剂中并进行沸水浴,用于鉴定DNA

【试题分析】本题旨在引导教师开展实验教学,避免看视频、背实验等教学方式.DNA片段的扩增及电泳鉴定实验时使用的离心管、枪头和蒸馏水等需要进行高压灭菌处理,但移液器不需要;电泳时应先加样再通电;在DNA的粗提取与鉴定实验中,白色丝状物需先溶解在２mol/L的NaCl溶液中,再加入二苯胺试剂后进行沸水浴鉴定.参考答案:C.

实验专题备考建议

近年高考各省自主命制的生物学试题常以选择题的形式考查教材实验的知识内容,尤其是新增加或有变动的实验内容等.

2.1 任务驱动,学生自主学习

学生是复习教学过程的主体,教师切忌越俎代庖,包办复习过程.如在DNA的粗提取与鉴定实验复习中,教师课前制作该实验的复习任务单可包括实验原理、实验目的、实验步骤及实验现象结果等,然后由学生自主完成任务单内容,有条件的学校开放实验室,让学生回到实验室再次进行实验操作,发现问题、思考问题、解决问题,让学生真正成为复习的主人.

2.2 研究真题,探寻命题规律

高考真题是高考备考复习的最佳资源之一,研究高考试题不仅可以洞悉命题者的命题思路和方向,还可以找出某个考点的考查规律.如对DNA的粗提取与鉴定实验高考题的归纳整理,可以发现该实验常见考查的形式、试题情境、设问方式及能力立意等.这些信息为教师备考实验专题提供了精准的风向标.将这些高考真题进行改编或变式,还能够为实验专题训练提供高质量的资源.

2.3 纵横交错,构建思维导图

复习备考目标之一是将碎片化知识联系成完整的知识体系,运用归纳比较、分析推理等方法,培养学生科学思维和创新意识.在DNA的粗提取与鉴定实验复习中,教师可以引导学生构建与DNA相关联的实验,将不同模块的零散知识整合成如下的知识体系.