常见水果中DNA粗提取的对比研究

叶超 张宣 刘萤 蒋雨娴 张旭梅

本文以常见水果为实验材料，对比了不同酒精温度、不同酒精浓度对常见水果中DNA粗提取的影响，结果显示，常温状态下75%的酒精处理最佳，选择柠檬作为材料，提取出的DNA沉淀状态好，丝状结构清晰、颜色浅且透明，故柠檬是最佳的实验材料，其次是沃柑、夏橙、芒果、草莓等材料。

1.引言

“DNA的粗提取与鉴定”是高中生物学选择性必修3《生物技术与工程》第3章第1节“重组DNA技术的基本工具”中的探究实践实验，该实验的开展可帮助学生在必修2“DNA的结构和功能”的学习基础上，进一步认识DNA的物理和化学性质，建构《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》中强调的“基因工程赋予生物新的遗传特性”与“遗传信息控制生物性状，并代代相传”等概念，亦是开展分子生物学研究的基础。

教材中，该实验以新鲜洋葱、香蕉、菠菜、菜花和猪肝等作为实验材料，以研磨液、体积分数为95%的酒精、2mol/L的氯化钠溶液、二苯胺试剂和蒸馏水等为实验试剂。实验材料虽然种类较多，但是不同实验材料的提取方法却不完全一样；需要使用冷藏且浓度较高的酒精，在材料获取上不够便利；研磨液配制较难，且酒精灯的使用存在一定的安全隐患。为此，选择水果作为实验材料，以酒精、洗涤精、食盐、纯净水等常见试剂，探索何种酒精条件下，常见水果中提取DNA的最佳实验方法。

由于不同季节常见的水果种类不同，研究选择了17种水果，有春季常见的菠萝，夏季常见的西瓜、芒果、番茄等，秋季常见的雪梨、沃柑等，冬季常见的金桔、血橙等，进行水果中DNA提取的对比研究。以期为中学生物学实验教学、家庭实验在不同季节的開展提供参考。

2.实验原理

洗洁精对DNA没有破坏作用，但洗洁精中的SDS（十二烷基磺酸钠）能裂解细胞膜和核膜，使细胞解体，DNA被释放出来；同时，能使蛋白质变性，与DNA分离。适当浓度的氯化钠溶液能使DNA充分溶解，使杂质沉淀。酒精能抑制核酸水解酶的活性，防止DNA降解。

3.材料与方法

3.1实验准备

实验材料：西瓜、香蕉、沃柑、雪梨、夏橙、血橙、菠萝、红心火龙果、白心火龙果、芒果、哈密瓜、草莓、柠檬、苹果（红苹果）、猕猴桃、番茄、金桔。

实验试剂：无水乙醇、75%的酒精、洗涤精、加碘食盐、纯净水。

实验器材：纱布、漏斗、烧杯电子秤称、玻璃棒、量筒、玻璃杯、橡皮绳、密封袋、小型榨汁机。

3.2实验步骤

每一种水果中DNA提取的实验步骤如下：

①制作水果泥：用电子秤称取四份水果，每份40g，分别装入密封袋中，并压成泥状。部分不易压成泥的水果，如柠檬、金桔、哈密瓜、菠萝、苹果、雪梨等，需要在称取后使用小型榨汁机将其榨成果泥。

②配制提取液：取4个100mL的烧杯，每个烧杯中均加入8g洗涤精、80mL纯净水、3.2g加碘食盐，并用玻璃棒缓慢搅拌均匀。

③配制混合溶液：将4份提取液分别倒入装有水果泥的密封袋中，并按压1分钟左右，使之混合均匀。

④过滤：取4个玻璃杯，并编号标记为1、2、3、4号；取4个漏斗，在漏斗中分别垫上一层纱布，将混合溶液分别过滤到1号、2号、3号、4号烧杯中，静置2分钟。

⑤加入酒精：沿着玻璃杯壁，分别向1号-4号烧杯中缓慢地加入与滤液等体积的75%的常温酒精、75%的冷藏酒精、常温的无水乙醇、冷藏的无水乙醇。

⑥观察实验现象：静置几分钟，观察实验现象。

4.实验注意事项

步骤①中水果要尽可能压成泥状。通过外界压力物理破坏细胞壁，使细胞尽可能彼此分离，以便在过滤时得到更多的果汁。制作不同水果的果泥制取均可使用榨汁机，为后期提取更多的DNA提供可能。

步骤②中提取液中加盐是为了促进DNA的溶解，使DNA溶解聚集。当加入的盐溶液浓度过低时，只有部分DNA形成DNA钠盐而聚合，会造成DNA沉淀不完全；当加入的盐溶液浓度过高时，其效果同样不佳，故而需要控制盐的浓度，适当的盐浓度能使DNA充分溶解，使杂质沉淀。

步骤③中芒果、香蕉等水果组织匀浆黏稠，过滤较慢。玻璃杯可替换为烧杯等，研究选取玻璃杯是为了便于拍摄实验现象。

步骤④加入酒精时一定注意缓慢将酒精倒入玻璃杯中，目的为使其与上清液作用；缓慢倒入可减少下层沉淀对实验的影响，若下层沉淀明显也可再过滤一次，或者将上清液移至另一玻璃杯中后再加入酒精。

5.实验现象与分析

在不同酒精处理条件下，17种常见水果中DNA的析出情况汇总见表1。

实验发现17种不同水果中，香蕉、沃柑、夏橙、血橙、红心火龙果、白心火龙果、芒果、草莓、柠檬、猕猴桃、番茄、金桔等12种水果在四种不同条件下的酒精的作用下均可提取出明显的DNA，其中沃柑、夏橙、芒果、草莓、柠檬5种水果在四种不同条件下的酒精的作用下提取的DNA量较大（见表2）；而西瓜、雪梨、苹果等3种水果在四种不同条件下的酒精的作用下提取DNA均失败，菠萝在75%的酒精作用下无明显DNA析出，哈密瓜只在冷藏的75%的酒精作用下无明显DNA析出。

基于实验现象可以看出不同温度的酒精和不同浓度的酒精对于水果中DNA提取有一定的影响。

从酒精温度来看，是否冷藏对于水果中DNA提取的影响不明显。可以推断虽然低温有利于增加DNA分子柔韧性，减少断裂，但是酒精对于核酸水解酶活性的抑制作用更明显，能有效防止DNA降解，促进DNA的呈现。故水果中DNA的提取实验可直接使用常温状态下的酒精，不用冷藏，更便于实验试剂的准备。

从酒精浓度来看，与75%的酒精相比，无水乙醇对水果中DNA的提取效果更佳，但是差距不大，故水果中DNA的提取建议选择75%的酒精，实验试剂更便于获取。

对比分析常温状态下75%的酒精处理的实验结果，由表1可知：柠檬、沃柑、夏橙、血橙、芒果、草莓等水果提取的DNA沉淀状态好，DNA沉淀的丝状结构清晰；柠檬、草莓、红心火龙果、番茄、白心火龙果、哈密瓜等水果提取的DNA颜色浅且透明；草莓、血橙、猕猴桃、香蕉、红心火龙果、番茄、白心火龙果、哈密瓜等水果提取的DNA沉淀，状态为絮状且碎片多；夏橙、沃柑、血橙、芒果、金桔等水果提取的DNA沉淀有颜色。

6.讨论交流

综上所述，水果中DNA粗提取较佳实验材料为柠檬，草莓、沃柑、夏橙、芒果等材料次之，但是沃柑、夏橙、芒果等提取的DNA沉淀有颜色。为方便实验试剂的获取和准备，对于酒精的准备，推荐选取常温状态下75%的酒精。

改进以后的实验，方法简单、易操作，取材便利、不需要使用危险试剂和药品，普通中学的实验室即可进行该实验。学生在家亦可进行，烧杯、玻璃杯、量筒等可以用水杯、纸杯、带有刻度的杯子等代替；漏斗可用矿泉水瓶制作，或直接将纱布套在玻璃杯上进行过滤。另外，研究只是就水果这一类实验材料进行对比研究，实际教学中还可以根据情况对其他材料，如不同蔬菜、植物、动物组织中DNA的粗提取进行探究。本实验中发现有一部分水果无法提取出明显的DNA或提取出的DNA量很少，猜测出现这种情况可能是由于洗涤精类型或浓度问题导致的，故还可以对洗涤精的类型与浓度等因素进行研究。

基金项目：

大学生创新创业训练计划项目“基于微信公众号的爱心免费家教”，项目编号202110649045 ；乐山市科技局软科学项目“创新-创业-创客——科学教育产学合作的实践研究”，项目编号21ZRK215。

作者简介：

叶超，研究方向：生物科学教育与科学教育。

*通讯作者：

张旭梅，研究方向：生物科学教育与科学教育。