高中生物疑難問題集萃

【疑問1】甲基綠和派若寧（吡羅紅）染色的具體原理是什么？

Bracher于上個(gè)世紀(jì)40年代建立了甲綠-派若寧染色以來，一直是對比顯示DNA和RNA分布的經(jīng)典染色方法，廣泛應(yīng)用于教學(xué)、科研和臨床診斷。

染色原理：甲綠（Methyl green甲基綠）和派若寧屬于堿性染料且在水中電離后均為帶正電荷的染料，甲綠帶有兩個(gè)正電荷，派若寧則帶有一個(gè)正電荷。DNA和RNA都有磷酸基和堿基，為兩性電解質(zhì)，有一定的等電點(diǎn)。染色中兩種染料通過競爭性作用分別與相應(yīng)的核酸成分結(jié)合。

堿性較強(qiáng)的甲基綠與DNA反應(yīng)（pH為3.8～4.2）使兩個(gè)正電荷間的距離與DNA的磷酸基間的距離相當(dāng)（見圖），每個(gè)甲基綠分子中兩個(gè)帶正電荷的氮原子分別與DNA分子雙鏈之中每條鏈的每一螺旋中的一個(gè)磷酸根相結(jié)合，這就是兩者結(jié)合的基礎(chǔ)[1]。甲基綠與DNA結(jié)合關(guān)鍵在于DNA分子的雙螺旋空間構(gòu)型的完整性，只要雙螺旋構(gòu)型略有改變，立即引起甲基綠與DNA的結(jié)合能力降低。

堿性較弱的派若寧與RNA結(jié)合（pH為4.6～5.2）也正好符合RNA的聚合度范圍。也有人提出：甲綠-派若寧染色與DNA和RNA的聚合程度有關(guān)。甲綠對聚合程度高的DNA有較強(qiáng)的親和力，而吡羅紅對聚合程度低的RNA有親和力。

圖 甲基綠和派若寧分子結(jié)構(gòu)

【疑問2】甲基綠和吡羅紅能不能單獨(dú)使用以鑒定DNA和RNA呢？

教材中提到的甲基綠和吡羅紅混合染色劑指的是A液20 mL（甲基綠和吡羅紅水溶液）和B液80mL（醋酸緩沖液，pH=4.8的溶液）配制的混合染色液。教材中同時(shí)使用甲基綠和吡羅紅混合染色劑的意圖是將細(xì)胞染色，并可同時(shí)顯示DNA和RNA在細(xì)胞中的分布，從而形成對比達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

根據(jù)甲基綠和吡羅紅染色原理可知，二者可以單獨(dú)去鑒定、提純DNA或RNA。若單獨(dú)使用會分別將他們?nèi)境删G色或紅色，但是無法顯現(xiàn)出DNA和RNA在細(xì)胞中的分布情況。

【疑問3】為什么甲基綠和吡羅紅混合染色劑為pH=4.8左右？

醋酸和醋酸鈉緩沖液的pH約為4.8左右，在此pH條件下能夠保持DNA分子的空間結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定甲基綠和吡羅紅染色劑的結(jié)合能力。若pH偏高或偏低均會對DNA和RNA的結(jié)構(gòu)造成一定的破壞，從而對染色效果有一定的影響。

【疑問4】為何選用濃度為8%的鹽酸？

根據(jù)人教版教材必修1第26頁內(nèi)容可知，鹽酸的作用是加速染色劑進(jìn)入細(xì)胞，同時(shí)使染色質(zhì)中的DNA與蛋白質(zhì)分離，有利于與染色劑結(jié)合。而教材中提出的染色液最佳pH約為4.8左右，鹽酸濃度可能為本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵影響因素，如：鹽酸濃度過高，或者沖洗裝片不徹底等因素均會導(dǎo)致pH低于4.8，從而影響觀察的效果。

新疆師范大學(xué)生命科學(xué)院王佳等人做過相關(guān)的探究實(shí)驗(yàn)：不同鹽酸濃度對細(xì)胞核染色效果的影響[2]，相關(guān)內(nèi)容見表：

表 不同條件下人的口腔上皮細(xì)胞染色現(xiàn)象

通過上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，教材提出的8%的鹽酸濃度染色效果不是最佳，反而是2%的鹽酸濃度染色效果更好，可能的原因是8%的鹽酸濃度使pH過低，導(dǎo)致DNA發(fā)生酸水解，同時(shí)北京第一中學(xué)的李鑫也做了此改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的探究[3]：在不使用鹽酸水解，直接染色的條件下，實(shí)驗(yàn)效果也比較理想。