[理学]分子生物实验指南.doc

分子生物学实验指导主编：于冰 马春泉 高传军 杨峰山 主审：李海英黑龙江大学生命科学学院2006 年 3月目 录绪论 分子生物学实验安全注意事项及分子生物学实验室所需要的仪器设备 1实验一 植物基因组DNA的分离 6实验二 RNA的分离 11实验三 DNA/RNA的琼脂糖凝胶检测15 实验四 DNA/RNA浓度、纯度的测定及浓度的调整21实验五 聚合酶链式反应（PCR）24实验六 随机扩增多态性DNA反应（RAPD）28实验七 甜菜M14品系AFLP分析32实验八 生物信息学49 前 言 黑龙江大学生命科学学院自成立以来，相继成立了生物工程专业，生物技术专业，生物制药专业和食品科学与工程专业。分子生物学是一门二十一世纪的前沿学科，而实验操作是分子生物学的一个重要组成部分。我们结合了我院现有的仪器设备及材料情况，为本科生设立了八个分子生物学实验项目（包括一个综合性实验项目） ，以使学生掌握分子生物学领域中最基本的实验技能。本书编写充分考虑了实验的系列操作性，比如从基因组DNA、总RNA的提取到琼脂糖凝胶检测，从DNA浓度的调整到PCR技术，从分子标记技术到生物信息学分析等，完全贯穿了分子生物学的基本实验技术。对生命科学学院的本科生来说是一本很好的实验教材。绪论 分子生物学实验安全注意事项及分子生物学实验室所需要的仪器设备一、 安全事项 在实验室中安全是最重要的，分子生物学实验经常与毒性强，甚至致癌的试剂接触，所以进入分子生物学实验室的人员，必须了解所有的安全措施，并将实验室的操作置于最安全的条件下。下面提到的几点须特别注意：1有毒的化学试剂许多溶剂，像氯仿、异戊醇、异丁醇、正丁醇、甲醛和乙醚，应在通风橱中使用，并注意保护衣服、皮肤和呼吸道。另一些试剂有可能是致癌物或诱变剂，像溴乙锭、甲酰胺，焦碳酸二乙酯（DEPC）等，在操作中应注意防护，并注意使用后的处理。各种试剂在使用前都应认真看一下使用说明，特别是对一些试剂盒，掌握有关知识后，方可使用。2放射性有些实验需要使用32P或其它放射性物质，在实验中要确实保证遵守使用这类物质的所有守则；对放射性废弃物也要同样小心。3生物学管制虽然现代生物技术领域的发展已经带来了巨大的社会和经济效益，生物技术所具有的巨大力量也给人类社会带来了许多意想不到的冲击，它既可以造福人类，也可能用来制造致命的生物武器，破坏整个人类社会的和平。1976年6月30日，美国国家卫生研究院制订并正式公布了“重组DNA研究准则”，规定禁止若干类型的重组DNA进行实验外，还制订了许多具体的条文规定。这些规定主要包括对生物体的物理防护和生物防护。物理防护主要是：实验室必须有技术熟练的工作人员，具有正确的物理防护设备，如负压装置，高压灭菌及安全操作箱等等。生物防护主要包括选择非病原的生物体作外源DNA的克隆工具，或者对微生物进行精细的遗传操作，减低其在环境中存活和繁殖的可能性。4设备方面的危险实验室内所有设备都有潜在的危险，操作方法不正确，就会出现意外，所以实验室中的所有仪器的使用都应在老师的指导下进行，或者阅读本仪器的使用说明书后，方可使用。二、分子生物学实验室所需要的仪器设备1灭菌在分子生物学实验中，许多溶液、玻璃器皿和微量移液器枪头都要高压灭菌，特别是在做RNA有关实验时，更需要干热及湿热高压灭菌，以去除RNA酶，电热干燥箱主要用于干热灭菌；而高压灭菌锅主要用于高压湿热灭菌。2离心机 几乎每个分子生物学实验都要用到离心机，一个分子生物学实验室至少需要4台离心机，分别为一台低速（20000r/min）冷冻离心机、一台超速（20000-80000r/min）离心机、一台可离心1.5mL微量离心管的微型（MINI）离心机、一台大容量、低速度的离心机用来收获大量的细菌培养液。3冷冻设备至少需要一台普通冰箱（4，-20），如有条件，还需要一台-80冰箱。许多动物、植物、微生物的样本以及试剂的贮存需要在低温或者超低温下贮存。制冰机也是很必要的，因为许多反应是在冰上进行的。4光学测量紫外/可见分光光度计主要用来检测DNA/RNA的浓度和纯度，有条件的实验室用DNA/RNA计算器来代替分光光度计，使用起来更方便。5天平分析天平和制备天平，天平的精度要达到千分之一或者万分之一。6计算机和打印机 主要用来进行RAPD等实验的聚类分析及其他软件分析。7凝胶电泳装置至少有一套可满足不同分子量大小的水平电泳槽和电泳仪，对于从事大规模测序的研究人员需要配备一套测序凝胶装置。还应有一套用于聚丙烯酰胺蛋白质凝胶的垂直电泳仪及电泳槽，根据需要，配备一套用于双向蛋白质凝胶的特制电泳仪。8恒温箱（37）用于培养细菌9温控摇床 用于培养液的培养10磁力搅拌器（最好带加热功能） 主要用于试剂的配制11微波炉 用于熔化琼脂和琼脂糖12PH计（酸度计） 试剂配制130.1 L - 5000 L 范围的微量移液器 一般都为可调移液器,可调范围分别为0.1 L2.5 L 、5 L10 L、10 L 100 L、20 L200 L 、100 L1000 L、1000 L5000 L14PCR仪（热循环仪） 用于PCR扩增反应15组织光照培养箱 用于组织培养16紫外观测仪 紫外观察凝胶板17旋涡混合器（Vortex） 混合微量试剂18水浴装置 至少需要两台水浴，DNA的提取及许多反应都要在水浴中进行。19纯水仪 分子生物学所用水均为纯水，水的电阻率要达到M级20玻璃器皿及塑料制品 大小烧杯、烧瓶、试剂瓶、量筒、吸管、搅拌棒、研磨器、离心管（1.5mL、0.5mL）、PCR管、移液器枪头（Tip）等21相应的分子生物学试剂及试剂盒三、一些常用精密仪器的使用方法1 微量移液器的使用方法 以Eppendorf型微量移液器为例实物讲解2 冷冻离心机的使用方法 以 Beckman Microfuge R型冷冻离心机为例实物讲解3 PCR仪的使用方法 以PE9700型PCR仪为例实物讲解4纯水仪的使用方法 以MiLLi-Q型纯水仪为例实物讲解四、思考题1 分子生物学实验中要注意的安全事项有哪些？2 微量移液器的正确使用方法。实验一 植物基因组DNA的分离一、相关知识分离植物DNA是分子生物学实验的一个基本要求。不同的研究目的对DNA的纯度和量的要求不尽相同。例如，在构建用于筛选植物基因或其他诸如RFLP这样的遗传标记基因组DNA文库时，需要使用高相对分子质量、高纯度的DNA；而在进行遗传分析时，对DNA的纯度要求就可以低一些。一般而言，一个好的DNA分离程序应符合以下三个主要标准：（1）所得DNA的纯度应满足下游操作的要求，用于RFLP分析的DNA，其纯度的要求为可用限制性内切酶完全酶解并可成功地转移到膜上进行Southern杂交；用于PCR分析的DNA则不应含干扰PCR反应的污染物；（2）所得DNA应当完整，电泳检查时可给出精确性高、重复性好的迁移带型；（3）所得的DNA应有足够的量。如果对植物进行大规模筛选，还应当满足操作程序应当快速、简便、价格低廉，并尽可能避免使用有毒试剂这样的要求。二、实验原理植物DNA的提取程序应包括以下几项：首先，必须粉碎（或消化）细胞壁以释放出细胞内溶物。分离总基因组DNA常用的破壁方法是将植物组织胀水，然后研磨成细粉；或者将新鲜植物组织在干冰或液氮中快速冷冻后，用研钵将其磨成粉沫。其次，必须破坏细胞膜使DNA释放到提取缓冲液中，这一步骤通常靠诸如SDS或CTAB一类的去污剂来完成。去污剂还可以保护DNA免受内源核酸酶的降解。通常提取缓冲液中还包含EDTA，它可以螯合大多数核酸酶所需的辅助因子镁离子。最后，一旦DNA释放出来，其剪切破坏的程度必须要降到最低。剧烈振荡或Tip头小孔快速抽吸都会打断溶液中高相对分子质量的DNA。分离高相对分子质量的DNA还只是工作的一部分。因为在粗提物中往往含有大量RNA、蛋白质、多糖等杂质，这些杂质有时很难从DNA中除去。大多数蛋白可通过氯仿或苯酚处理后变性、沉淀除去，绝大部分RNA则可通过经处理过的RNase除去。但多糖类杂质一般较难去除，这些杂质浓度高时，往往用一些DNA纯化试剂盒来进一步纯化DNA。三、实验方法 1向10 mL离心管中加入5 mL的2CTAB（十六烷基三乙基溴化铵），60保存预热，预热后加入10 L 0.2%的巯基乙醇, 巯基乙醇的作用为抗氧化剂。2用液氮将研棒、研钵预冷，将0.5-1.5 g叶片放入研钵，捣碎成粉末，转移到中的离心管中，轻轻转动离心管，使植物组织在提取缓冲中均匀分离,置于60水浴摇床中保温30min。3加入等量5 mL氯仿，于空气摇床中摇15min，使管内混合物成乳浊液，此时蛋白质充分接触氯仿与核酸分开，室温4000rpm离心15min分相，含蛋白质胞碎片的有机相位于管的下面，上层为含核酸的水相。4离心后，用去头的Tip（怕破坏DNA长链）将上清液转移到新的离心管中，将2/3量即3.3 mL预冷的异丙醇与之缓慢混匀，20，8000rpm离心10mim，沉淀DNA。5移去上清液，干燥后（用无菌操作台通风干燥）加1 mL TE溶解沉淀。6加入5 L RNase（10mg/mL）37保温45min，以去除DNA中的RNA。7加入等量（1 mL）苯酚氯仿异戊醇（25:24:1）,室温空气摇床缓缓混匀10 min,室温下4000rpm离心10min，进一步去除蛋白质,用去头的200 L Tip将上清转移到一支新的离心管中。8加入1/2量（0.5 mL）苯酚氯仿异戊醇（25:24:1）,摇床缓慢混匀10min，4000rpm离心10min，将上清转移到新的离心管中。9加入等量（0.8-1 mL）氯仿，摇床摇匀10min，4000rpm离心10min，将上清液移到新管中,这一步可除去水相中残留的酚。10加入1/10量（0.1 mL）3M NaAc，2.5倍量（2.5mL）冷乙醇，缓慢混匀，DNA沉淀析出，4000rpm离心10min。11弃去上清，干燥30-60min，加入0.5-1mL TE ，4溶解并保存。四、实验要点1CTAB溶液在低于15时会析出沉淀，因此在将其加入冷冻的植物材料中之前必须预热。2在最适条件下，DNACTAB沉淀呈白色纤维状，很容易一下子就从溶液中钩出。不过，某些植物种的DNA沉淀中可能含有杂质，特别是多糖，使DNA沉淀呈絮状或胶状，这种情况下可能需要稍事离心才能得到DNACTAB沉淀。3饱和酚虽然可有效地使蛋白质变性,但酚不能完全抑制RNA酶的活性,而且酚可以溶解含poLy(A)的mRNA。如果用苯酚和氯仿的混合液，可减轻这两种现象，同时可加入适量的异戊醇（苯酚氯仿异戊醇=25:24:1），异戊醇的作用是消泡，并使蛋白质层紧密，使水相和有机相分层较好。五、所需仪器、耗材11.5mL离心管260水浴，37水浴3研钵、研棒4空气摇床5冷冻离心机6超净工作台7冰箱8去头的10 L Tip9去头的200 L Tip10吸水纸11液氮罐六、所需试剂1CTAB（十六烷基三乙基溴化铵）2巯基乙醇3液氮4氯仿5冷异丙醇6TE缓冲液7RNase8苯酚氯仿异戊醇（25:24:1）93M NaAC10冷乙醇七、试剂配制11MTrisHCl，pH=8.0TrisHCl:121.1g 60.55g浓 HCl:42mL 21mL加H2O至 : 1L 500mL高压灭菌15min20.5M EDTA Na22H2O，pH=8.0EDTA Na22H2O:186.1g93.05g55.83g加H2O水至 : 1L500mL300mL用NaOH调pH=8.0（约需20g NaOH颗粒）高压灭菌32CTAB40.9g NaCl；10gCTAB，50mL 1MTris-HCl（pH=8.0）20mL 0.5M EDTA（pH8.0）定容至500mL，高压灭菌。4TE缓冲液1M Tris-HCl 5mL+ 0.5M EDTA 1mL加水定容至500mL，高压灭菌。53M NaAC（pH=5.2）在200mL水中溶解102g三水乙酸钠，用冰乙酸调节pH值至5.2，加水定容至250mL，高压灭菌。60.2% 巯基乙醇100mL水中加入0.2mL巯基乙醇。720SSCNaCl:175.3g87.65g柠檬酸钠:88.2g44.1g10N NaOH:数滴调pH=7.0ddH2O:1L500mL810mg/mL RNase A取10mg RNaseA溶于1mL 2SSC（0.1mL 20SSC定容至1mL）中，沸水煮10分钟，冷却，分装-20保存。八、思考题1提取缓冲液中CTAB或EDTA的作用是什么？2怎样去除DNA杂质中的蛋白质和RNA？3纯化DNA步骤中，苯酚、氯仿、异戊醇各有什么作用？为何交替使用？实验二 RNA的分离一、RNA和无RNA酶的环境在植物细胞中存在不同类型的RNA。rRNA占总RNA的70%;tRNA在细胞中的含量也较丰富（15%），mRNA含量为细胞总RNA的1-5%,大多数真核细胞mRNA在其3端均有一多聚A(Poly A)尾巴。在进行RNA操作时，需要特别注意RNA被RNA酶降解。由于RNA酶存在于所有的生物中，并且RNA酶是一种耐受性很强的酶，传统的高温灭菌的方法不能使之失活。RNA酶的污染既可能源自内部，在植物的某些组织如根中RNA酶含量特别高，也可能源自外部，如玻璃器皿，缓冲液和操作者的皮肤。其中人的皮肤表面有大量的RNA酶。所以应尽可能在无RNA酶的环境下进行有关RNA操作,具体措施如下：1分离RNA以前，将所用玻璃制品及取样剪刀、镊子等置于烤箱在300下烧烤4h或180烘烤8h以灭菌。2应用焦碳酸二乙酯处理过的水（DEPC-SDW）进行溶液的配制，并高压灭菌20min。DEPC是RNA酶的强烈抑制剂。DEPC-SDW配制如下：100mL水中加入0.2mL DEPC原液，放于摇床上充分混匀并在室温下作用数小时，然后高压灭菌15min。3所用的Tip、离心管、PCR管等塑料制品都用0.05% DEPC-H2O处理：灌满DEPC-H2O，37放置2小时，用DEPC-SDW冲洗 ，并于100干烤15分钟并高压灭菌15分钟。4人的汗液中含有RNA酶，故在所有步骤中均应戴手套并经常更换，通常使用的实验室设备诸如移液吸管等应浸泡于酒精中，使用前晾干。二、实验原理总RNA提取采用一步法进行（TRIzoL试剂），试剂中有酚、胍和硫代氰酸盐，是由Chomczyanski和Sacchi发展的一种改进的提取RNA的方法。在进行样品均质化和溶解过程中，TRIzoL试剂可以可以破碎细胞，破坏核蛋白复合体，使RNA顺利地解脱出来溶进缓冲液，同时TRIzol试剂可以保持RNA的完整性。由于RNA在碱性条件下不稳定，因而在整个提取RNA过程中体系始终保持酸性至中性，而在酸性条件下DNA极少发生解离，DNA同蛋白质一起变性后被离心下来，这时溶液分为液体相和组织相，RNA可以完整地保存在液体相中。在提取液体相后，加入异丙醇来沉淀RNA，最后用75%乙醇来洗RNA。三、实验方法（一）均质化及分相1玻璃研磨器中放1mL TRIzol RNA提取液2冰上研磨3研磨液移入1.5mL离心管，室温放置5分钟。4加入0.2mL氯仿，盖好盖，用手（或vortex）剧烈振动15秒。5再在室温下放置2-3分钟。64条件下12000g离心15min，离心管中共分三相，上层为RNA液体相，中层为DNA及碎破组织相，下层为酚-氯仿相。7上清液RNA液体相移入新的离心管中。（二）RNA沉淀8与0.5mL的异丙醇混匀后，室温放置10分钟（洗氯仿，沉淀RNA）。94离心12000g 10分钟。（三）洗涤10倒掉上清液后加入1mL的75%乙醇振荡（vortex）洗RNA（洗掉异丙醇）。114条件下7500g离心5分钟。（四）重溶RNA12去掉乙醇。13干燥10分钟。14用DEPC-SDW 50 L溶解RNA沉淀，可在55-60条件下温育10min。15加入3倍体积的无水乙醇（150 L）放入-20或-80下保存。四、所需仪器、耗材1180烘箱24离心机3玻璃研磨器4离心管5移液器6枪头7饭盒8滤纸9玻璃器皿10高压灭菌锅11沙布12一次性手套13水浴14vortex15白瓷盘五、所需试剂1TRIzol试剂2氯仿3异丙醇475%乙醇（用DEPC-SDW配制）5DEPC-H2O六、思考题1 TrizoL试剂在实验中的作用是什么？2 实验过程中，加入氯仿后，溶液共分为哪三相？3 怎样达到尽可能的无RNA酶的环境？实验三 DNA/RNA的琼脂糖凝胶检测一、实验原理分离出细胞的总RNA或部分RNA之后，根据它们相应的迁移可以通过电泳分辨RNA分子，是检测RNA分子是否降解的关键一步。电泳是现在用于分离和纯化DNA/RNA片段的最常用技术。当制备好的一块“胶”即一块包含电解质的多孔支持介质并把它置于静电场中，DNA/RNA分子将向阳极移动，这是因为DNA/RNA分子沿其双螺旋骨架两侧带有富含负电荷的磷酸根残基。当DNA/RNA长度增加时，来自电场的驱动力和来自凝胶的阻力之间的比率就会降低，不同长度的DNA/RNA片段就会出现不同的迁移率。因而就可依据DNA/RNA分子的大小使其分离。依据制备凝胶的材料，凝胶电泳可分成两个亚类：琼脂糖凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳。聚丙烯酰胺分离小片段DNA/RNA（5500bp）效果最好，其分辨力极高，相差1bp的DNA片段就能分开，其不足之处为制备和操作较为困难。琼脂糖凝胶的分辨能力要比聚丙烯酰胺凝胶低，但其分离范围较广。用各种浓度的琼脂糖凝胶可以分离长度为200bp至近50kb的DNA/RNA片段。（一）琼脂糖凝胶1琼脂糖浓度采用不同浓度的凝胶有可能分辨范围广泛的DNA分子。2EB染料的存在溴化乙锭（EB）是一种吖啶类染料，它在紫外灯照射下能发射荧光，当DNA样品在琼脂糖凝胶中电泳时，琼脂糖凝胶中的EB就插入DNA分子中形成荧光络合物，使DNA发射的荧光增强几十倍，电泳后就可直接紫外灯照射下检测琼脂糖中的DNA。含不同量琼脂糖的凝胶的分离范围凝胶中的琼脂糖含量%（W/V）DNA/RNA分子的分离范围（kb）0.35600.61200.70.8100.90.571.20.461.50.232.00.123电泳缓冲液的组成有几种不同的缓冲液可用于电泳，分别为 Tris乙酸（TAE）、Tris硼酸（TBE）或Tris磷酸（TPE），其浓度约为50mmoL/L，PH为7.57.8,这些缓冲液均含有EDTA。这些缓冲液通常配制成浓缩液，贮存于室温。常用的电泳缓冲液的配制缓冲液使用液浓贮存液（每升）Tris乙酸（TAE）1：0.04moL/L Tris乙酸 0.001moL/L EDTA 50：242g Tris碱57.7mL 冰乙酸100mL 0.5moL/L EDTA (PH8.0)Tris磷酸（TPE）1：0.09moL/L Tris磷酸 0.002moL/L EDTA10：108g Tris碱15.5mL 85%磷酸40mL 0.5moL/L EDTA(PH8.0)Tris硼酸（TBE）0.50.045moL/L Tris硼酸 0.001moL/L EDTA5：54g Tris碱27.5g硼酸20mL 0.5moL/L EDTA(PH8.0)4加样缓冲液：缓冲液类型 6缓冲液贮存温度I 0.25%溴酚蓝 0.25%二甲苯青FF 40%（W/V）蔗糖水溶液4II 0.25%溴酚蓝 0.25%二甲苯青FF 15%聚蔗糖水溶液室温III 0.25%溴酚蓝 0.25%二甲苯青FF 30%甘油水溶液4IV 0.25%溴酚蓝 40%（W/V蔗糖水溶液）4 V（碱性加样缓冲液） 300m moL/L NaoH 6 mmoL/L EDTA 18%聚蔗糖水溶液 015%溴甲酚绿 025%二甲苯青FF4加样缓冲液可以增大样品密度，以确保DNA均匀进入样品孔内，还可以使样品呈现颜色，从而使加样操作更为便利，溴酚蓝在琼脂糖凝胶中移动的速率约为二甲苯青FF的2.2倍, 溴酚蓝在琼脂糖凝胶中移动的速率约与长300bp的双链线性DNA相同,而二甲苯青FF在琼脂糖凝胶中移动的速率则与4kb双链线性DNA相同。选用哪一种加样缓冲液纯属个人喜恶。5DNA片段长度标记DNA片段长度标记通常叫作 DNA Marker,本实验使用Gene RulerTM DNA Ladder Mix 为DNA片段长度标记，分别由100bp、200 bp、300 bp、400 bp、500 bp、600 bp、700 bp、800 bp、900 bp、1031 bp、1200 bp、1500 bp、2000 bp、2500 bp、3000 bp、3500 bp、4000 bp、5000 bp、6000 bp、8000 bp、10000 bp 组成，DNA Marker不仅可以作为凝胶中DNA片段长度的一个标记，还可以作为电泳的对照。二、实验方法150TAE的稀释：如制备50mL 1TAE，取1mL 50TAE加入49mL水定容至50mL。2制备1%的琼脂糖胶液：取0.2g琼脂糖溶于20mL TAE中，在短时间里加热琼脂糖全部熔化，使溶液冷却至60，加入浓度为10mg/mL的EB 2L，使EB的终浓度为1g/mL。3用于RNA电泳的电泳槽用去污剂洗干净，再用水冲洗，用乙醇干燥后灌满3% 的H2O2溶液，于室温放置10分钟，然后用DEPCSDW冲洗电泳槽，梳子同样处理。4用胶带封住胶床，放好梳子。5将温热琼脂糖倒入胶床中，凝胶的厚度在35mm之间，凝固2060min。6在凝胶完全凝固之后，小心移去梳子和胶带，将胶床放在电泳槽内，加样孔一侧靠近阴极（黑极）。7向电泳槽中注入适量的TAE缓冲液，通常缓冲液高于胶面1cm。8分别将RNA样品与加样缓冲液混合，（10L RNA样品+2L 6加样缓冲液），用移液枪将12L样品加入加样孔。9正确连接电泳槽和电源，设定稳压为75V，电流一般为50mA。10电泳结束后，在紫外观测仪上进行观察，可以看到提取完整的RNA共有三条带，分别是5kb的28S rRNA, 2kb 18S rRNA及0.10.3kb的5S rRNA及tRNA，可以看到28S rRNA的含量约为18S rRNA含量的2倍，说明总RNA完整性良好，无降解。三、注意事项溴化乙锭溶液的净化处理： 溴化乙锭是强诱变剂，有中度毒性，可致癌，使用这一染料时务必戴上手套。1溴化乙锭浓溶液（浓度0.5mg/mL）的净化处理。加入足量的水使EB的浓度降低至0.5mg/mL以下。加入1倍体积的0.5moL/L KMnO4，小心混匀后再加1倍体积的2.5moL/L HCL，小心混匀，于室温放置数小时。加入1倍体积的2.5moL/L NaOH，小心混匀后可丢弃该溶液。2溴化乙锭稀溶液（如含0.5g-1g/mL溴化乙锭的电泳缓冲液）的净化处理。 每100mL溶液中加入100mg粉状活性炭。于室温放置1小时，不时摇动。用滤纸过滤溶液，丢弃滤液。用塑料袋封装滤纸和活性炭，作为有害物予以丢弃。四、所需仪器、耗材1电泳仪6微量移液器2电泳槽7紫外观测仪或紫外灯3天平 8各种玻璃器皿4磁力搅拌器 （烧杯、容量瓶及广口瓶各种规格）5酸度计9紫外防护镜五、所需试剂1 EDTANa22H2O（乙二胺四乙酸二钠盐）2 溴化乙锭（EB）3 琼脂糖4 Tris（三羟基氨基甲烷）5 冰醋酸6 溴酚蓝7 蔗糖或甘油8 二甲苯青FF六、试剂配制1加样缓冲液：（6）IV型 0.25%溴酚蓝，40%（W/V）蔗糖水溶液 如配50mL，加入0.125g溴酚蓝，20g蔗糖，混匀，定容至50mL，4保存。2TAE，50浓缩贮存液： Tris 242g，冰醋酸57.1mL，100mL 0.5moL/L EDTA, PH=8.0，加600mL水剧烈搅拌，定容至1000mL。30.5moL/LEDTA， PH=8.0 在800mL水中加入186.1g EDTANa22H2O，在磁力搅拌器上剧烈搅拌，用NaOH调节溶液的PH值至8.0（EDTANa22H2O在溶液PH值接近8.0时，才能完全溶解），然后定容至1 L，分装后高压灭菌备用。4溴化乙锭贮存液（10mg/mL）： 在100mL水中加入1g溴化乙锭，用磁力搅拌器搅拌几个小时，然后转移至棕色瓶中，4贮存。七、思考题1 加样缓冲液的作用是什么？2 琼脂糖中加入EB的作用是什么？3 电泳时，为什么DNA/RNA分子将向阳极移动？实验四 DNA/RNA浓度、纯度的测定及浓度的调整一、实验原理在分子生物学实验中，提取DNA或RNA后，往往需要测定其纯度和浓度，在纯度达到标准，浓度调整到所需浓度后，才能进行下一步实验。有条件的实验室，利用DNA/RNA计算器，能够很方便、很迅速地测定DNA/RNA浓度和纯度，但DNA/RNA计算器往往很昂贵。一般实验室常利用紫外分光光度计来测定DNA/RNA的浓度。1对于DNA，根据其在260、280、310nm下紫外吸收值A260、A280、A310，可确定其纯度和浓度。对于dsDNA：1.0A260=50g/mL ssDNA：1.0A260=33g/mL纯DNA溶液的A260/280应为1.80.1，高于1.8则可能有RNA污染，低于1.8则有蛋白质污染。A310值是背景，若盐浓度较高，A310值也高。2对于RNA，根据其在230、260、280nm下紫外吸收值A230、A260、A280，可确定其纯度和浓度。1.0A260=40g/mL biochemA260/A280应介于1.72.0之间如果A260/280比值太小，说明可能RNA样品中污染了蛋白或苯酚。A260/A230的比值应该大于2.0，否则就可能被异硫氰酸胍（TRizoL试剂成分）污染了。二、实验方法1测定前，石英比色杯须用浓盐酸：甲醇=1：1溶液浸泡1小时，随后用DEPC-SDW彻底冲洗。2以实验三中最终提取的RNA样品为例。原RNA样品中共有200L水，向样品中加入2L 3moL/L PH=5.2的乙酸钠溶液，使其终浓度为0.03moL/L，充分混合进行沉淀，4 12000g下离心5min，去上清液，用预冷的70%乙醇洗涤沉淀，晾干，然后用DEPC-SDW 20L溶解RNA。3用DEPC-SDW对待测样品做1：1000倍数稀释（2L样品加入1.998 mL DEPC-SDW）。4分别测定样品的A260、A280及A230。5分别计算样品A260/A280及A260/A230的比值。三、所需仪器1离心机2微量移液枪3紫外分光光度计四、所需试剂1 浓盐酸2 甲醇3 乙酸钠4 DEPC-SDW五、试剂配制3moL/L乙酸钠（PH5.2）250mL 溶液的配制：在200mL DEPC-SDW中溶解 102.025g三水乙酸钠，用冰乙酸调节PH值至5.2，加入25L原溶液DEPC，然后定容至250mL，放置过夜，高压灭菌15min。六、思考题1 怎样确定DNA或RNA溶液的浓度？2 根据你所测得的DNA或RNA的浓度，试计算如果把溶液浓度调节到01g/L应向溶液中加入多少L的水？实验五 聚合酶链式反应（PCR）一、实验原理聚合酶链式反应（PoLymerase chain reaction, PCR）是一项体外特异扩增特定DNA片段的核酸合成技术，这项技术是分子生物学研究领域的一次创举。PCR通常需要两个位于待扩增片段两侧的寡聚核苷酸引物，这些引物分别与待扩增片段的两条链互补并定向，使两引物之间的区域得以通过聚合酶而扩增。反应过程为首先必须使得待扩增DNA（称为模板）置于高温下解链成单链模板，这一过程叫变性；第二步为分别与待扩增的DNA片段两条链的3端互补的人工合成的寡聚核苷酸引物（Primer 15-20bp）在低温条件下分别与模板两条链两侧互补结合，这一过程叫退火，第三步是DNA聚合酶在适当温度下将脱氧核苷酸（dNTP：dATP, dCTP, dTTP dGTP）沿引物53方向延伸合成新股DNA，这一过程叫延伸。变性退火延伸，如此循环往复，每一循环产生的新股DNA均能成为下一次循环的模板，故PCR产物是以指数方式即2n扩增的，经过30-35个循环，目的片段可以扩增到一百万倍，在一般PCR仪上，完成这样的反应需几个小时。PCR原理示意图二、实验方法1在冰上，建立如下PCR反应体系，在PCR管内分别加入： 10PCR缓冲液 2L 25mM dNTPS 1.6L 25mM MgCl2 1.2L Primer 1（10M） 0.8L Primer 2（10M） 0.8L 模板DNA（1g/L） 1L Taq酶（5/L） 0.2L dd H2O 12.4L 总体积 20L2将PCR管放入PCR仪中，按如下程序操作。 94预变性2min (开始时模板DNA变性要适当延长) 94变性1 min 36退火1 min 72延伸2 min,共40个循环 72延伸7 min（最后一次延伸的时间也要适当延长） 4贮存。 3取15L反应产物进行当琼脂糖凝胶电泳检测。三、PCR优化要得到预期的PCR扩增效果，从中选定最为适用、重复性最好的条件，要试用不同的反应组分和循环参数，其中Mg2+浓度、dNTP浓度、模板DNA含量和Taq酶含量等因素对实验结果都有很大影响，在预备实验中，应分别进行梯度实验和交互组合实验，最终确定优化的PCR反应体系。四、所需仪器、耗材1微量移液枪2微量移液枪头3PCR管4PCR仪5离心机6离心管7玻璃器皿五、所需试剂1随机引物（Primer）（10M）2. dNTP(25mM)3. 模板DNA（1g/L）4TaqDNA聚合酶（5/L）5. 10PCR缓冲液6TBE7加样缓冲液8MgCl2（25mM）六、试剂配制1琼脂糖凝胶电泳所需试剂同实验四一样。2引物的配制：订购的引物大多为干粉，附在管壁上，打开时极易散失，所以打开管子前先离心，然后再慢慢打开管盖，溶解、调整浓度后，盖上管盖，充分上下振荡510分钟，不用时在-20以下保存。在干粉管上一般都标有260nm下的吸光值，并标出碱基对数，例如一个管标为5 OD的20 mer oLigo DNA意思为一个20bp, 260nm下吸光值为5 OD的寡聚DNA。分子量（MV）=（A碱基数312）+（C碱基数288）+（G碱基数328）+（T碱基数303）-61分子量也可以用以下近似方法计算：一个脱氧核苷酸碱基的平均分子量近似为324.5，则一个引物的分子量=碱基数324.5例如：现有一个引物管标为0.2 OD 10 mer如配制引物浓度为10M,方法如下：分子量=10324.5=3245质量数=0.233=6.6g (1 OD ssDNA=33g)摩尔数=6.6g/3245=0.002 moL=2 nmoL（2 nmoL/10M）1000=200L所以应加200L水，此管引物才能调整为10M。七、思考题1 PCR的反应原理是什么？2 PCR反应体系包括那些成分？实验六 随机扩增多态性DNA反应（RAPD）一、相关知识 遗传标记（genetic markers）是研究生物遗传变异规律及其物质基础的重要手段。其方法主要有4种类型，即形态标记（morphological markers）、细胞学标记（cytological markers）、生化标记（biochemecal markers）和分子标记（molecular markers）。与前三种标记相比，分子标记具有以下优越性：（1）直接以核酸作为研究对象，在植物体的各个组织、各个发育时期均可检测，不受季节、环境限制，与发育时期无关，可用于植物基因型的早期选择。（2）标记数量极多，遍及整个基因组。（3）多态性高，由于自然存在着许多等位变异，不需专门创造特殊的遗传材料。（4）由许多分子标记表现为共显性（codominance），能够鉴别出纯合基因型与杂合基因型，可提供完整的遗传信息。目前，常用的分子标记技术主要有限制性长度片段多态性（restriction fragment length polymorphism，RFLP）、随机扩增多态性DNA（random amplified polymorphic DNA，RAPD）、扩增片段长度多态性（amplified fragment length polymorphism，AFLP）、简单重复序列（simple sequence repeats，SSR）、染色体或基因组原位杂交（genomic in situ hybridization，GISH）、mRNA差别显示（mRNA differential display，mRNA-DD）、抑制消减杂交法（suppression subtractive hybridization，SSH）、消减杂交法（subtractive hybridization，SH）、代表性差异分析法（representation difference analysis，RDA）、任意引物PCR（arbitrary-primer PCR，AP-PCR）、DNA扩增指纹（DNA amplified fingerprinting，DAF）、单引物扩增反应（single primer amplification reaction，SPAR）、顺序表达位点扩增（sequenced characteried amplified region，SCAR）、加锚微卫星寡核苷酸（anchored microsatellite oligonucleotide，AMO）、单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）、序列标签位点（sequence-tagged site，STS）等等。二、 实验原理RAPD技术建立于PCR技术基础上，它是利用一系列（通常数百个）不同的随机排列碱基顺序的寡聚核苷酸单链（通常为十聚体）为引物，模板在92-94变性解链后，如果双链DNA分子在一定长度内具有反向平行又与引物互补的片段，引物的位置是在彼此可扩增的距离内（引物间距为200-2000bp），那么不连续的分子量为200-2000bp的DNA片段就会通过PCR产生。高温变性、低温退火、适度延伸，如此往复循环，经过3040个循环，产物即可扩增到百万倍以上，如此高产的DNA片段经电泳分离和EB染色后，直接在紫外观察和照相。RAPD技术简单、容易掌握，在短期内可获得大量的遗传标记，这些优点逐渐被人们接受后，发展神速，短短三年中在生物学的诸多领域，如遗传指纹作图、检测遗传多样性与稳定性（品种鉴定、物种起源与进化）等。三、实验方法（一）DNA的提取 同前CTAB法。（二）纯度检测及浓度调整 同实验四。（三）操作程序1反应体系的制备冰上建立如下反应体系，夹取一支PCR管，分别加入下列成分：10PCR Buffer 2.0 l模板DNA（500ng/l） 1.0 ldNTPs（2.5mM） 1.6 lMgCl2 （25mM） 2.0 lPrimer（20M） 1.2 lTaq酶（2.5U/l） 0.5 l 加ddH2O至总体积 20.0 l 上下吸打混匀，离心收集。矿物油封盖。2扩增程序然后将PCR管放入PCR仪中，按如下程序操作。94，预变性5min；94变性1min，37退火1min，72延伸2min，40个循环；72延伸7min，4保存。3琼脂糖凝胶电泳检测 方法同实验三，胶浓度为2%。四、反应的影响因素及注意事项（一）影响因素在RAPD反应过程中，涉及的反应因子很多，且对反应条件敏感，任何一个反应因子设置不当，都会影响整个反应的过程，或者改变带型。通常情况下，实验室要系统地探索各反应条件及影响因子，优化反应体系，得到一个实验条件标准的RAPD反应。反应过程中的影响因子主要有Taq酶、Mg2+浓度、扩增反应温度和时间、循环周期、引物、dNTPs浓度和DNA浓度及纯度等。因而在实验前要对反应体系及扩增条件进行充分的优化。（二）注意事项1冰上配制PCR反应液，然后置于PCR仪上进行反应。2DNA质量要求高，应纯化并特别注意防止氧化。3反应灵敏，易产生污染而造成假阳性，因此要有对照反应。4注意影响因素，并注意“平台效应”的产生。5若产物的特异性较低，则可在反应混合物中加入5%的二甲基亚矾（DMSO）等以提高产物特异性。6如若产物在琼脂糖凝胶上分辨率较低，则可用聚丙烯酰胺凝胶或梯度凝胶电泳方法来提高分辨率。五、所用仪器、耗材PCR仪；微量移液器；离心机；紫外分析仪；电泳装置；PCR管；无菌Tip头；玻璃器皿等六、所需试剂10PCR Buffer；模板DNA；dNTPs（2.5mM）；MgCl2 （25mM）；随机引物（20M）；Taq酶（2.5U/l）；加样缓冲液；琼脂糖等。七、思考题1试述RAPD技术与PCR技术的区别。2试述为什么RAPD技术重复性较差？实验七 甜菜M14品系AFLP分析一、相关知识（一）基因组DNA限制性核酸内切酶酶切在基因工程技术中，酶切反应为一个关键性的操作过程，选择合适的限制性内切酶，将载体切成符合要求的片段，以便于外源基因的插入。核酸内切酶就是从DNA链的内部进行切割的酶。核酸内切酶分为两类，一类称为非限制性内切酶，另一类称为限制性内切酶。非限制性内切酶就是指那些不识别特定的DNA序列进行切割的内切酶，如脱氧核糖核酸酶（DNase ），是从牛的胰腺中提取出来的内切酶，DNase 对单、双链DNA都很敏感。它可以在DNA链内的任意位置切断磷酸二酯键，没有特定的识别序列。一般说来，经DNase 酶解处理过的DNA体系中最终只会剩下被降解下来的单核苷酸和很短的寡聚核苷酸链。限制性内切酶则与非限制性内切酶相反。它们都能识别一定的DNA序列，在一定的条件下切断DNA链。限制性内切酶分成三种类型，即类型限制性内切酶识别的DNA序列长约十几个核苷酸，或甲基化，或在离该识别序列一端约1000bp的位置上切割DNA，类型限制性内切酶只特定地识别DNA序列，而切割位点却不特定；类型限制性内切酶与类型限制性内切酶有些不同，它也可识别特定的DNA序列，但它切割DNA的位点，往往在识别结合位点很相邻的位置上而不是1000bp那么远；尽管如此，它的切割位点仍就不特异。因而型限制性内切酶与 型