植物DNA提取方法总结
植物DNA的提取分离技术
摘要：主要介绍了近年来国内外几种常用的DNA提取方法：CTAB法、SDS法等，并在对其进行了简单的归纳总结与比较分析同时，并介绍了一些新的改良方法和其他植物提取方法
关键词：植物DNA 提取方法研究进展
市售中药材大多为干品,而中药材的加工和贮藏整个过程,如日晒、高温烘干等都不利于DN的完整性, 为达到要求目前国内外研究发现并使用的DNA提取方法有很多[1-12]，其中被最为广泛应用的DNA提取方法是传统的CTAB法和SDS法[13]。由于不同植物的材料组分和干湿程度各异，因此对不同植物DNA的提取存在着不同的效果。目前许多学者都在致力于研究不同的植物DNA提取方法。他们在探索新方法的同时，也针对不同的植物，在传统的提取方法上进行着一些新的改良。
1.十六烷基三乙基溴化铵（CTAB）法
在目前众多的DNA提取方法中，CTAB法是其中最为广泛应用的一种。它既可以裂解细胞，又可以有效地去除多酚类和多糖类物质的沉淀，因而经常被应用于植物的DNA提取工作中。
1.1方法及原理
CTAB(hexadecyltrimethylammonium bromide,十六烷基三甲基溴化铵)，是一种阳离子去污剂,具有从低离子强度溶液中沉淀核酸与酸性多聚糖的特性。在高离子强度的溶液中(>0.7mol/L NaCl)，CTAB 与蛋白质和多聚糖形成复合物，只是不能沉淀核酸。通过有机溶剂抽
提，去除蛋白，多糖，酚类等杂质后加入乙醇沉淀即可使核酸分离出来。
1.2 CTAB提取缓冲液的经典配方
Tris-HCl (pH8.0)提供一个缓冲环境，防止核酸被破坏；EDTA螯合Mg2+或Mn2+离子，抑制DNase活性；NaCl 提供一个高盐环境，使DNP 充分溶解，在于液相中； CTAB溶解细胞膜，并结合核酸，使核酸便于分离。
β-巯基乙醇是抗氧化剂，有效地防止酚氧化成醌，避免褐变，使酚容易去除
PVP(聚乙烯吡咯烷酮)是酚的络合物，能与多酚形成一种不溶的络合物质，有效去除多酚，减少DNA中酚的污染；同时它也能和多糖结合，有效去除多糖。
1.3适用范围及一些改良
由于CTAB提取法能够有效地去除多糖及酚类物质的沉淀，因而适用于从含酚类及糖类物质较高的植物材料中提取DNA。经研究发现CTAB提取法在落羽杉属树木、黑木相思、野生稻、野燕麦、枸杞、花生的DNA的提取中，相比较其他提取方法来说都是最好的提取方法。为了缩短提取流程，提高提取质量，研究人员在传统方法的基础上，针对不同植物的特点，对一些提取步骤进行了改进。李先进［11］在对四种药用蕨类DNA提取的比较研究中发现，由于酚类物质极其容易被氧化，因此可以在最开始研磨材料的时候加入4%PVP，以防止研磨中细胞组织破裂后酚的氧化，从而获得更为理想的DNA。黄永莲［5］
首先将材料在4℃放置1—2天，以便于其叶片中的多糖类物质的降解；然后在用CTAB处理的同时加入蛋白酶K，提高提取缓冲液中β-巯基乙醇用量，增加氯仿/异戊醇的量和使用次数，以及缩短异丙醇沉淀DNA
2. 十二烷基磺酸钠（SDS）法
SDS提取法与CTAB提取法一样，也为常用的DNA提取方法。在DNA的提取过程中，有机溶剂的抽提效果及裂解液的裂解效果都是影响有机物质去除的先决条件，不同的有机溶剂和裂解液对于不同种类的植物DNA提取作用也有所差异。所以有很多植物比较适合使用SDS 提取法对其进行DNA的提取。
2.1原理和方法
CTAB(hexadecyltrimethylammonium bromide,十六烷基三甲基溴化铵)，是一种阳离子去污剂,具有从低离子强度溶液中沉淀核酸与酸性多聚糖的特性。在高离子强度的溶液中(>0.7mol/L NaCl),CTAB 与蛋白质和多聚糖形成复合物，只是不能沉淀核酸.通过有机溶剂抽提，去除蛋白、多糖、酚类等杂质后加入乙醇沉淀即可使核酸分离出来。
注：CTAB溶液在低于15℃时会形成沉淀析出，因此，在将其加入冰冷的植物材料之前必须预热，且离心时温度不要低于15℃。
2.2缓冲液配方
2.2.1 CTAB提取缓冲液的经典配方：
Tris-HCl (pH8.0)提供一个缓冲环境，防止核酸被破坏；
EDTA螯合Mg2+或Mn2+离子，抑制DNase活性；
NaCl 提供一个高盐环境，使DNP充分溶解，存在于液相中；
CTAB溶解细胞膜，并结合核酸，使核酸便于分离；
β-巯基乙醇是抗氧化剂，有效地防止酚氧化成醌，避免褐变，使酚容易去除。
2.2.2 CTAB提取缓冲液的改进配方：
(1) PVP(聚乙烯吡咯烷酮)是酚的络合物，能与多酚形成一种不溶的络合物质，有效去除多酚，减少DNA中酚的污染；同时它也能和多糖结合，有效去除多糖；
(2) 蛋白质的去除：酚/氯仿抽提使用变性剂变性(SDS、异硫氰酸胍等)高盐洗涤蛋白酶处理核酸分离，纯化；
(3)多糖的去除：高盐法：用乙醇沉淀时，在待沉淀溶液中加入1/2体积的5M NaCl，高盐可溶解多糖。用多糖水解酶将多糖降解。在提取缓冲液中加一定量的氯苯(1/2体积)，氯苯可以与多糖的羟基作用，从而去除多糖。用PEG8000代替乙醇沉淀DNA：在500 μL DNA液中加入200μl 20% PEG8000 (含1.2 M NaCl)，冰浴20min.核酸分离，纯化；
(4) 多酚的去除:在抽提液中加入防止酚类氧化的试剂：β-巯基乙醇、抗坏血酸、半胱氨酸、二硫苏糖醇等加入易与酚类结合的试剂：如PVP(聚乙烯吡咯酮),PEG(聚乙二醇)，它们与酚类有较强的亲和力，可防止酚类与DNA的结合；
(5) 盐离子的去除：70%的乙醇洗涤核酸吸附,沉淀和溶解使用合适的
吸附材料吸附核酸，其它的杂质均被洗掉，达到纯化DNA的目的另一种方式加入1/10体积的NaAc(pH5.2,3M)，用预冷的乙醇或异丙醇沉淀RNA吸附或沉淀后应用70%的乙醇洗涤，以除去盐离子等若长期储存建议使用TE缓冲液溶解TE中的EDTA能螯合Mg2+或Mn2+离子，抑制DNasepH值为8.0，可防止DNA发生酸解。
2.3 适用范围及一些改良
在对老芒麦的基因组DNA分离的研究试验中，SDS提取法是一种快速、简便、有效的基因组DNA小量提取法。另外，在一些研究中还发现，SDS提取法能替代操作过程较烦琐的大量法提取基因组DNA，从而给研究工作带来便利。在毛白杨成熟叶片基因组DNA提取的研究中李继东［7］通过比较发现，SDS提取法是提取出质量高纯度高的毛白杨成熟叶片DNA的最佳方法，同时发现，如果将PVP添加到裂解液中，可以大大减少了试验的操作步骤，提取效果同样很好。另外也有研究发现，SDS高盐介质法又较常规SDS法省去了添加液氮研磨和水浴加热抽提等操作，可使得DNA提取试验的操作变得简便快速3.高盐低pH法
运用高盐低pH提取法对植物的DNA进行提取也较为普遍，此方法所用的试剂仅有无机盐和异丙醇，而醋酸钾又是常用的无机盐试剂。由于高盐低pH提取法没有反复抽提的过程，其所需要的试验材料也较少，因此比较适合应用于濒临灭绝的濒危物种植物的DNA提取。郝朝运［8］在对忍冬科部分植物DNA提取方法的研究中发现，用高盐低pH法能有效地防止组织破碎及沉淀时的电离化作用和酚类
化合物的进一步氧化，避免了采用酚、氯仿等有毒试剂，同时低pH 的醋酸钾溶液也是有效的蛋白质沉淀剂。在高盐提取缓冲液中加入一定量的β-巯基乙醇，则可有效去除木本植物中含量较多的酚类物质，从而提高提取DNA的质量。所以该方法尤其适合以一年生或两年生枝条为材料提取的植物总DNA，不但纯度高、产量大，而且所用试剂无毒、操作简便。最重要的是，本方法所用植物材料（枝条）不受季节限制，容易获得和保存，具有较高的实际操作意义。
4.植物DNA的其他提取法
4.1改良尿素法
通过大量试验后，曹文波［9］研究出了改良尿素法，在原尿素法基础上在裂解液中添加β-ME、用预冷的无水乙醇取代异丙醇沉淀核酸、采用水平离心和快速倒出用于洗涤的乙醇等操作。并从玉米和水稻叶片中提取出了高质量的基因组DNA。此种方法的DNA产率高、快速省时、可在常温下进行操作且成本耗用低。所以用改良的方法能够获得纯度高、浓度大的基因组DNA。
4.2优化的植物总DNA提取方法
黄萱[10］改进了Clark利用CTAB提取植物基因组DNA的方法，在试验过程中，通过在研磨材料时加入液氮、用剪去端部的吸头转移含有DNA的溶液，并且将加入RNase A消化RNA的步骤改在最后进行等一系列改进，以获得高质量的DNA。郭红媛、佘茂云［11］对CTAB 法与SDS法进行了总结，研究出了一种适于棉花总DNA的提取方法，得到的DNA满足分子生物学的进一步研究的需要，效果显著。
5讨论
关于植物DNA的提取方法虽然前人已经做了大量的研究，也总结出很多诸如CTAB法、SDS法、改良尿素法、苯酚法（根据内宫博文[14]等的方法加以改进）等适用范围不同的植物DNA提取方法。苯酚法是DNA的提取中应用较为广泛的方法,其对新鲜样品的提取效果比较好,但饱和酚容易氧化,平衡时操作较为繁锁。CTAB是一种阳离子去污剂,既能有效的裂解植物细胞壁,又能去除多糖类物质。从本实验及其他报道来看,其对于许多新鲜植物基因组DNA的提取是较为适用的,但对干品中药材的DNA的提取纯度不高[4]。低pH值法中的提取介质能有效防止组织破碎及沉淀大量材料时电离化作用及酚化合物进一步氧化[15],所得DNA纯度高,产率高,无须进一步纯化,可直接进行PCR扩增。
参考文献
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[10] 黄萱，高丽美，张永彦.一种优化的植物总DNA提取方法［J］.西北植物学报，2004，24，（6）：1103-1106.
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