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分子生物学实验文档
分子生物学基础实验
分子生物学实验技术已成为生物化学及分子生物学以及相关学科院系教学科研不可缺少的一部分。为提高学生在分子生物学技术方面的动手能力，生物技术综合实验室主要开设常用而基本的分子生物学实验技术。它的内容包括质粒DNA的制备；DNA的重组；PCR基因扩增等等。
实验一质粒DNA的小量制备
一、实验原理
要把一个有用的外源基因通过基因工程手段，送进细胞中去进行繁殖和表达，需要运载工具，携带外源基因进入受体细胞的这种工具就叫载体（vector）。载体的设计和应用是DNA体外重组的重要条件。作为基因工程的载体必须具备下列条件:(1)是一个复制子，载体有复制点才能使与它结合的外源基因复制繁殖；（2）载体在受体细胞中能大量增殖，只有高复制率才能使外源基因在受体细胞中大量扩增；（3）载体DNA链上有1到几个限制性内切酶的单一识别与切割位点，便于外源基因的插入；（4）载体具有选择性的遗传标记，如有抗四环素基因（Tc r），抗新霉素基因（Ne r）等，以此知道它是否已进入受体细胞，也可根据这个标记将受体细胞从其他细胞中分离筛选出来。细菌质粒具备上述条件，它是基因工程中常用的载体之一。
质粒（plasmid）是一种染色体外的稳定遗传因子，大小在1～120kb之间，具有双链闭合环状结构的DNA分子，主要发现于细菌、放线菌和真菌细胞中。质粒具有自主复制和转录能力，能使子代细胞保持它们恒定的拷贝数，可表达它携带的遗传信息。它可独立游离在细胞质内，也可以整合到细菌染色体中，它离开宿主的细胞就不能存活，而它控制的许多生物学功能也是对宿主细胞的补偿。
质粒在细胞内的复制，一般分为两种类型：严密控制型（stringent control）和松弛控制型（relaxed control）。前者只在细胞周期的一定阶段进行复制，染色体不复制时，它也不复制。每个细胞内只含有1个或几个质粒分子。后者的质粒在整个细胞周期中随时复制，在细胞里，它有许多拷贝，一般在20个以上。通常大的质粒如F因子等，拷贝数较少，复制受到严格控制。小的质粒，如ColE Ⅰ质粒（含有产生大肠杆菌素E1基因），拷贝数较多，复制不受严格控制。在使用蛋白质合成抑制剂－氯霉素时，染色体DNA复制受阻，而松弛型ColEⅠ质粒继续复制12－16h，由原来20多个拷贝可扩增
至1000－3000个拷贝，此时质粒DNA占总DNA的含量由原来的2％增加到40％－50％。质粒pBR322、pUC19就是由ColE Ⅰ衍生的质粒。
所有分离质粒DNA的方法都包括三个基本步骤:培养细菌使质粒扩增；收集和裂解细菌；分离和纯化质粒DNA。采用溶菌酶可破坏菌体细胞壁，十二烷基硫酸钠（SDS）可使细胞壁解，经溶菌酶和阴离子去污剂（SDS）处理后，细菌染色体DNA缠绕附着在细胞壁碎片上，离心时易被沉淀出来，而质粒DNA则留在清液中。用乙醇沉淀、洗涤，可得到质粒DNA。
质粒DNA的相对分子量一般在106－107范围内，如质粒pBR322的相对分子质量为2.8×106，质粒pUC19的相对分子质量为1.7×106。在细胞内，共价闭环DNA （covalently closed circular DNA，简称cccDNA）常以超螺旋形式存在。如果两条链中有一条链发生一处或多处断裂，分子就能旋转而消除链的张力，这种松弛型的分子叫做开环DNA（open circular DNA，简称ocDNA）。在电泳时，同一质粒如以cccDNA 形式存在，它比其开环和线状DNA的泳动速度快，因此在本实验中，自制质粒DNA在电泳凝胶中呈现3条区带。
二、实验目的
1．掌握最常用的提取质粒DNA的方法和检测方法。
2．了解制备原理及各种试剂的作用。
三、实验材料和试剂
材料：大肠杆菌E.coli，质粒pegf。
试剂：
1.LB培养基：10g/L胰蛋白胨，5g/L酵母提取物，10g/L NaCl，用NaOH调pH至
7.3左右。如固体培养基则添加15g/L琼脂。
2.溶液Ⅰ（pH8.0G.E.T缓冲液）：50 mmol/L葡萄糖，25mmol/LTris-HCl，
10mmol/L EDTA。灭菌后存放。
3.溶液Ⅱ（0.2mol/LNaOH(内含1％SDS)）：预先配制1％SDS母液，临用前一天
晚上加入0.2mol/LNaOH，4℃保存。
4.溶液Ⅲ（pH4.8乙酸钾溶液）：5mol/L乙酸钾60mL、冰乙酸11.5mL、双蒸馏水
28.5mL。
5.酚/氯仿液(V/V＝1/1)：酚为重蒸酚，配制时，先将氯仿中加入异戊醇，使其体积比
为24:1，然后等量的加入重蒸酚，混匀，并用0.1mol/LTris-HCl (pH7.6)抽提几次
以平衡这一混合物，于棕色瓶中存放，并在上面覆盖等体积的0.01 mol/LTris-HCl(pH7.6)，4℃保存。
6.无水乙醇
7.70％乙醇
8.pH8.0 TE缓冲液：10mmol/LTris-HCl、1mmol/LEDTA，其中含RNA酶
20μg/mL。
仪器：
恒温培养箱、恒温摇床、超净工作台、高压蒸汽灭菌锅、台式高速离心机、台式小型振荡器、EP管(1.5mL微量离心管)、加样器(20uL～lmL)、吸头。
四、操作步骤
（一）培养细菌
将带有质粒pegf的大肠杆菌接种在含50μg/mL卡那霉素(Ka+)的LB液体培养基中，37℃振荡培养过夜。注意：添加Ka+时，须待LB培养基冷却到50℃左右方可加入。
（二）从菌落中快速提取制备质粒DNA
1．取1.5mL(750uL取两次)菌液置于1.5mL Ep管中，10000rpm离心3min。2．弃上清，重复步骤1，弃上清，加入150μL GET缓冲液，在涡旋混合器上充分混匀。
3．加入300μL新配制的0.2mol/L NaOH(内含1％SDS)，加盖，颠倒（不要振荡）3次，使之混匀。
4．加入225μL冰冷的乙酸钾溶液。加盖后，颠倒（不要振荡）3次使之混匀。5．10000rpm离心5min，上清液吸至另一干净的1.5mL Ep中，如上清液浑浊则需重新离心一次。
6．于上清液中加等体积氯仿，振荡混匀， 10000rpm离心5min，小心吸取上清液，转移至另一支1.5mL Ep管中，注意勿将两液相中间的白色蛋白薄层吸出。
7．向上清液加入2倍体积无水乙醇，混匀，用离心机于10000rpm离心5min。小心吸去上清液。
8．用0.5mL 70％乙醇洗涤沉淀一次，10000rpm离心5min，除尽乙醇，室温自然干燥(将离心管倒置于一张纸巾上)，备用。
9．用20uL TE重新溶解DNA，置于4℃保存，供电泳使用。贮存于-20℃备用，可长期保存。
五、思考题
1．裂解细菌时需注意的事项有哪些？
2．质粒的基本性质有哪些？
3．碱裂解法提取质粒DNA中各溶液的作用是什么？
4．抽提质粒DNA的方法包括哪几个步骤？
5．如何提高质粒DNA的产量？
6．为什么质粒DNA不能反复在4℃、-20℃、室温中放置？为达到这一目的，需要注意些什么？
实验二 DNA的含量、纯度与分子量的电泳法测定
一、实验原理
测定核酸通常采用两种方法：即紫外分光光度法与琼脂糖凝胶电泳法。
1．紫外分光光度法
DNA或RNA定量时，应在260nm和280nm两个波长下读数。根据计算在260nm波长下，每1ug/mL DNA钠盐的A值为0.20，即在A260=1时，双链DNA含量为50ug/mL，单链DNA与RNA含量为40ug/mL，单链寡核苷酸的含量为33 ug/mL。
双链DNA含量＝A260×50×稀释倍数（ug/mL）
RNA含量＝A260×40×稀释倍数（ug/mL）
单链DNA含量＝A260×33×稀释倍数（ug/mL）
此外还可以根据260nm和280nm的读数间的比值（A260/A280）估计核酸的纯度。
2．琼脂糖凝胶电泳法
根据DNA分子量不同，采用外加电场使其分开，用EB嵌入DNA分子后在紫外下显荧光。而荧光强度正比于DNA的含量，如将已知浓度的标准样品表2－1作为电泳对照，就可以估计出待测样品的浓度。电泳后的琼脂凝胶糖直接在紫外灯下拍照，只需要5－10ngDNA，就可以从照片上比较鉴别。
由于电泳时所用的样品量非常少，只要将浓度控制在几十纳克即可，所以在基因工程中经常被用做检测DNA样品。
表2－1 λDNA/ Hind Ⅲ中DNA片断
二、实验目的
1．从以上实验中提取到的质粒DNA，为了能作下一步的酶切，连接及转化实验，必须测定DNA的纯度、含量以及分子量大小。
2．本实验旨在学习水平式琼脂糖凝胶电泳，学习检测DNA、含量与相对分子质量大小。
三、实验材料和试剂
材料：自制的质粒DNA、λDNA/ Hind Ⅲ、。
试剂：
1．标准DNAmarker(λDNA/ Hind Ⅲ)
2．限制性内切酶HindⅢ和10X缓冲液
3．酶反应中止液：0.2 5％溴酚蓝(含40％蔗糖)，已配好。
4．溴化乙锭染液（EB）：使用前稀释1000倍，母液已配好。注意：EB是一种诱变剂，配制和使用时应戴好手套，并且不能将该染液洒在桌面或地面上！使用后立即用大量的水冲洗干净。
5．0.5×TBE缓冲液：Tris 2.18g、硼酸1.10g、EDTA-Na20.14g用蒸馏水定容至400mL。可配成5×TBE母液，使用时稀释10倍即可。
6．0.7％琼脂糖
仪器：
37℃水浴锅、微波炉、稳压电泳仪、凝胶成像系统、电泳槽、Eppendorf架、恒温摇床、台式小型振荡器、Ep管(1.5mL)、加样器(20uL～lmL)、吸头。
四、实验操作
（一）质粒DNA的酶解
1．新提的质粒，在10uL的体系中用单一酶（如E co RⅠ）进行处理，即：
质粒DNA 2μL
10×缓冲液 1μL
E co RⅠ 0.5μL
ddH2O 6.5μL
2．37℃，保温30min。
3．加入1/10体积的酶反应终止液，混匀以停止酶解反应。各酶解样品于冰箱中贮存备用。
（二）琼脂糖凝胶板的制备
1．琼脂糖凝胶的制备
称取1.0g琼脂糖，置于锥形瓶中，加入100mL TBE缓冲液，瓶口倒扣一小烧杯，于电炉上加热，注意：防止溢出，由于琼脂糖较难溶解，如果水分损失较大，则补充一定量的蒸馏水，使其终浓度为1％。
2．胶板的制备
将有机玻璃内槽洗净、晾干。取胶带纸将有机玻璃内槽的两端边缘封好，形成一个边脚模子。注意：将橡皮膏紧贴在有机玻璃内槽两端边上，不能留空隙。
将有机玻璃内槽置于水平位置，放好样品槽模板(一般称之为梳子)，将冷却至65℃左右的琼脂糖凝胶，小心地倒在内槽上，控制灌胶速度，使胶液缓慢地展开，直到整个有机玻璃板表面形成均匀的胶层。室温下静置1h左右，待凝固完全后，轻轻拔出样品槽模板，撕去胶带纸，胶板上即形成相互隔开的样品槽。
将有机玻璃内槽放入电泳槽中，加入0.5×TBE电泳缓冲液，以盖过胶板为宜。
胶板内的样品小槽
3．加样
用微量加样器将上述样品分别加入胶板的样品小槽内，每次加完一个样品为了避免交叉污染，各样品用不同的吸头，以免造成限制酶被污染。加样时，吸头不要插入胶板内，防止碰坏样品槽周围的凝胶面，每个样品槽的加样量不宜过多，本实验加样为10uL左右。(每块胶板需点一个Marker，这里即为Hind Ⅲ)
4．电泳