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2012 年第九屆國際國中科學奧林匹亞競賽
--實驗測驗
國立臺灣師範大學 科學教育中心
實驗：自麥芽中萃取
DNA
本實驗目的為自麥芽中萃取
DNA。
然 後 利 用 電 泳 法 和 所 提 供 之 樣 品 來
比較
DNA 片段大小。
注 意 ： 可 能 有 多 於 一 個 的 正 確 答 案 ； 要 標 出 所 有 正 確 答 案 ， 方 可 得 滿 分 。 有 部 分 的 DNA 萃 取 步 驟 已 預 先 由 助 教 完 成：DNA 可從 多種 植 物 中 萃取 出 來，而 麥 芽 是 極 佳 的 DNA 來源 。 以下 方 框 內 之實 驗 操 作 已 為 你 完 成 。 2 克 重 的乾 燥 麥芽 被 放 入 試管 中 。 含 有 緩 衝 液 、 鹽 類 及 活 性 介 面 劑 的 混 合 液 被 放 入 試 管 中 。 樣 品液 加 熱 20 分 鐘，温 度 為 60℃。加 熱 有 助 於 分 解 細 胞 ， 將 樣 品 液 移 至 冰 桶 中 ， 使 温 度 迅 速 下 降 至 約 65℃ ， 過 程 中 可 輕 輕 搖 動 試 管 。 含 樣品 液 的 試 管被 置 放 於 桌面 上 。 學 生 自 步 驟A 開 始 實 驗 操 作 ： 已 為 每 一 組 準 備 好 一 管3 mL 含 DNA 的 樣 品 液 。 步 驟A. 稍 為傾 斜 試 管，慢 慢 加 入 酒精，加 入 時 要 靠 近 管 壁，使 得 酒 精 能 在 麥 芽 樣 品 液 上 方 形 成 一 分 離 層，加 入 與 樣 品 液 約 相 同 量 的 酒 精 。 步 驟 B. 觀 察 5 分 鐘 內 所發 生 的 變 化，並回 答 第 1, 2 題 。 1. DNA 樣 品 液 在 加入 酒 精 後，可觀 察 到 那 些 變 化 ？(直 徑 1 公 分，長 4 公分 )。 (1 分) I. 分 成 兩 層 II. 5 分 鐘 後出 現 奶白 色 凝 結 物 III. 管 中會 形 成 DNA 凝 結 物 ， 但無 法 用 肉 眼 觀 察 到 IV. 呈 現奶 白 色 均 勻溶 液 步 驟 C. 利 用 黃 色 滴 管 尖 或 金 屬 棒 取 出 DNA 凝 結 物 。 步 驟 D. 將 收集 到的 DNA 放入 含 有 染料 並 標 為 ”your sample” 的 試 管內 。 步 驟A 中 需 使 用泠 的 酒 精，已 溶 解 的 DNA 在 液 體 界 面 中 接 觸 酒 精 ， 酒 精 會 使 DNA 脫 水 及 沉 澱 ， 因 DNA 不 能溶 於 酒 精 中(特 別 是 冷 的 酒 精)。 2. 試 管 中 加 入 酒 精 後 的 5 分 鐘內 ， 發 生 甚 麼 變 化 ？(1 分) I. 加入酒精後馬上出現DNA 凝結物2012 年第九屆國際國中科學奧林匹亞競賽--實驗測驗 - 55 - II. 加 入酒 精 後 會 出現 細 小 條 狀的 DNA，其 總 量 會逐 漸 增 加 III. 凝 結 的 DNA 會 自下 層 分 離 出來， 並 漂 浮 到 上 層 IV. DNA 凝 結 物 沉 到底 部 甚 麼 是 電 泳 ？ 電 泳 是 一 種 分 析 技 術 ， 可 利 用 大 小 及 反 應 性，分 離DNA 或 RNA 片 段。待分 析 的核 酸 樣 品 注 入 凝 膠 內，再 將 凝 膠 置 於 電 場 中。 洋 菜 膠 是 取 自 海 草 的 一 種 天 然 聚 合 物 ， 加 水 後 會 變 成 多 孔 狀 的 膠 體 。 溴 酚 藍 和 氰 基 二 甲 苯 染 劑 在 洋 菜 膠 中 移 動 的 速 度 分 別 相 等 於 500 bp (鹼基 對) 和 4000 bp(鹼 基對) 的 雙 螺 旋 DNA 樣 品 的 速 度。 3.. 是 甚麼 驅 使 DNA 分子 在 洋菜 膠 中 移 動 ？(1 分 ) I. 外 電 場 II. 重 力場 III. 分 子間 的 電 力 IV. 感 應磁 場 4.. 在 實驗 中，會 減慢 DNA 分子 在 洋 菜 膠 中 移 動 速 率 的 主 要 因 素 是 ：(1 分 ) I. DNA 分 子 的 電 荷 II. 洋 菜膠 中 的 電 場 III. DNA 分子 的 大小 IV. 洋 菜膠 的 厚 度 5.. DNA 分子 具 有 ...，並 向 ... 移 動 。(1 分) I. 負 電 荷 – 陽 極 II. 正 電荷 – 陽 極 III. 正 電荷 – 陰 極 IV. 負 電荷 – 陰 極 6.. 下 列哪 個 選 項 正確 地 補 足 以下 句 子 的 意 義 ？(1 分) 洋 菜 膠 的 濃 度 愈 高 ， 它 中 間 的___。 I. 孔 洞 愈 小 II. 孔 洞愈 大 每 一 實 驗 組 均 配 有 一 片 洋 菜 膠 。 每 塊 膠 有 7 個可 容 納 樣 品的 凹 槽 。 將黃 色 滴 管 尖套 在 針 筒 上 ， 並 用 以 抽 取 樣 品 。 抽 取 樣 品 的 量 不 應 超 過 滴 管 尖 長 度 的 一 半 。 每 次 僅 在 凹 槽 中 滴 進 一 滴 樣 品 。 每 次 加 樣 品 到 凹 槽 時 ， 都 要 用 新 的 滴 管 尖 。 必 須 注 意 不 要 弄 壞 凹 槽 孔 。 如 果 你 不 能 完 成 這 程 序 ， 可 向 實 驗 室 助 理 請 求 支 援 ， 但 這 樣 你 會 被 扣2 分 。(1 分) 各 凹 槽 的 樣 品 配 置 如 下 ： 1 & 2: 放 你 的 樣 品 用 的 ， (“your sample”, 上 面 並有 微 笑 符 號)；第 一 個 供 你 練 習 ， 第 二 個 才 是 實 際 要 用 的 。 3, 保 持淨 空 4, 樣 品 X1。 5, 樣 品 X2 6, 樣 品 X3
科學教育月刊 第365 期 中華民國 102 年 12 月
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DNA Electrophoresis Apparatus 電泳 儀 器
7. 那 一 個 凹 槽 樣 品 和"你的 樣 品" ("Your Sample")一 樣 ？(3 分) I. X1 II. X2 III. X3 8. 測 量 電 源 的 電 壓 值 是 多 少 ？ 並 記 錄 。 (1 分) 9. 在 這 部 份 ， 先 設 好 電 泳 儀 器 ， 聯 結 三 用 電 表 到 測 量 電 流 ， 並 請 實 驗 室 助 理 來 檢 查 。(2 分) 10. 測 量電 路 中 的 電流 ， 以 及 電泳 槽 內 各 分 子 移 動 的 距 離 。 在 下 表 中 記 錄 你 的 數 據 。 電 源 的 電 壓 可 視 為 穩 定 。 同 時 測 量 4 個 樣 本 的數 值。從 t = 0 量 至 t = 40 分 鐘 ， 並 以 每 5 分 鐘 為 間 隔 。 樣 品 X2 包 含 兩種 不 同 的 分子，可 分 別 稱 作 p 和 q。當 你以 電 泳分 析 樣 品 時 ，p 分子 部 份是 淺 藍 色 帶， 而 q 分 子 部 份 則 是 深 藍 色 帶 。(8 分) 11.
計算並記錄電阻值於下表。
(2 分) 時 間/分 鐘 電 流 (I) /mA 距 離 (x) / mm 電 阻 (R) / Ω X1 X2 X3 p q 0 5 10 15 20 25 30 35 402012 年第九屆國際國中科學奧林匹亞競賽--實驗測驗 - 57 - 12. 將 電流 對 時 間 作圖 。(1.5 分) 13. 將 電阻 對 時 間 作圖 。(1.5 分) 14. 對 X1 和 X3 樣品，將 距 離對 時 間 作 圖。以 適 當 的 標 誌 標 示 你 的 圖。(4 分) 15. 假 設電 泳 槽 中 的電 場 是 均 勻的 。 估 計 它 的 數 值 。(1 分) 當 分 子 所 受 的 驅 動 力 等 於 洋 菜 膠 內 的 摩 擦 力 時 ， 它 會 在 洋 菜 膠 中 以 終 端 速 率 運 動 。 摩 擦 力 等 於 阻 力 係 數 乘 上 終 端 速 率 。 16. 假 設每 個 分 子 的電 荷 都 等 於 110-16 C。 對 X1 和 X3 樣 品 ， 計 算 洋菜 膠 的 阻 力 係 數 。(2 分) 17. 按 定義 ， 材 料 的流 動 率 是 其分 子 的 終 端 速 率 和 外 電 場 的 比 率 。 計 算 X1 和 X3 樣 品 的 流 動 率。(2 分 ) 18. 在 電泳 實 驗 中 ，可 觀 察 到 在電 極 中 不 斷 有 氣 泡 產 生 。 寫 下 在 下 列 電 極 所 產 生 的 氣 體 的 化 學 式 ：(0.5 分) Anode 陽 極 ： Cathode 陰 極 ： 19. 寫 出在 下 列 電 極所 發 生 的 電化 學 半 反 應(2 分) Anode 陽 極 ： Cathode 陰 極 ： 20. 以 適當 的 箭 頭 (
