一般分離質粒DNA的方法都包括3個步驟：①培養細菌，使質粒DNA大量擴增；②收集和裂解細菌；③分離和純化質粒DNA。分離制備質粒DNA的方法很多，其中常用的方法有堿裂解法、煮沸法、SDS法和羥基磷灰石層析法等。在實際操作中可以根據宿主菌株的類型、質粒分子大小、堿基組成和結構等特點以及質粒DNA的用途選擇不同的方法。本實驗介紹zui常用的堿裂解法和煮沸法提取質粒DNA。

1. 堿變性法
堿變性法提取質粒DNA是基于染色體DNA與質粒DNA的變性和復性的差異而達到分離的目的。在pH值高達12.6的堿性環境中，染色體的線性DNA的氫鍵斷裂，雙螺旋結構解開而被變性；共價閉環質粒DNA的大部分氫鍵也斷裂，但兩條互補鏈不會*分離，仍會緊密地結合在一起。用pH4.8的KAc或NaAc高鹽緩沖液調節其pH值到中性時，因為共價閉合環狀的質粒DNA的兩條互補鏈仍保持在一起，因此可以迅速復性；而線性的染色體DNA的兩條互補鏈彼此已*分開，不能復性，它們相互纏繞形成不溶性網狀物，而復性的質粒DNA恢復原來構型，保持可溶性狀態。通過離心，染色體DNA與不穩定的大分子RNA、蛋白質-SDS復合物等一起沉淀下來而被除去，用酚-氯仿抽提純化上清液中的質粒DNA，然后用乙醇或異丙醇將溶于上清液中的質粒DNA沉淀。

2.煮沸法
細胞用含有TritonX－100的緩沖液處理，溶解細胞膜。用酶解細菌細胞，然后在高溫條件下，使細胞裂解，破壞細菌細胞壁，有助于解開DNA鏈的堿基對，并使蛋白質和染色體DNA變性。而閉環質粒DNA配對雖被破壞，但雙鏈彼此不分開，當溫度下降時恢復成超螺旋。變性蛋白帶著染色體DNA一起沉淀下來，質粒DNA仍留在上清液中。離心后的上清液再用異丙醇或乙醇處理，沉淀出質粒DNA。

以上兩種制備方法的實驗過程中，由于細菌裂解后受到剪切力或核酸降解酶的作用，染色體DNA容易被切斷成為各種大小不同的碎片而與質粒DNA共同存在，因此，采用乙醇沉淀法得到的DNA除含有質粒DNA外，還可能有少部分染色體DNA和RNA，必要時可進一步純化。
提取的質粒DNA中會含有RNA，但RNA一般并不干擾進一步實驗，如限制性內切酶消化，亞克隆及連接反應等，因此不必除去。

【試劑與器材】

（一）菌種和培養基
1.大腸桿菌DH5α（含質粒pT-GFP，該質粒為T載體聯上了綠色熒光蛋白GFP基因的重組質粒）。
2.LB液體培養基（Luria-Bertani） ：稱取蛋白胨（Tryptone）10 g，酵母提取物（Yeast extract） 5 g，NaCl 10 g，溶于800mL去離子水中，用NaOH調pH至7.2，加去離子水至總體積1L。分裝于150 mL三角瓶中，每瓶50 mL，置高壓蒸氣鍋以1.034×105Pa，121℃滅菌20分鐘。
3.氨芐（Ampicillin, Amp）母液：用無菌水配成 10 mg/mL水溶液，過濾除菌，分裝成小份存于滅菌有蓋離心管中，-20℃保存備用，不宜反復凍溶。

（二）試劑
1.溶液I：50 mmol/L 葡萄糖，25 mmol/L Tris.Cl （pH8.0），10mmol/L EDTA （pH8.0）。高壓滅菌15min，儲存于4℃冰箱。
2.溶液Ⅱ：0.2 mol/L NaOH（臨用前用10mol/L NaOH母液稀釋），1％ SDS（從10% SDS母液中稀釋，SDS母液可室溫保存），現配現用。
3.溶液III：5 mol/L KAc 60mL，冰醋酸11.5mL，H2O 28.5mL，高壓滅菌，4℃冰箱保存。溶液終濃度為: K+ 3mol/L, Acˉ 5mol/L。
4.3 mol/L 醋酸鈉 （pH5.2）：800 mL水中溶解408.1g NaAc•3H2O，用冰醋酸調pH至5.2，加水定容至100mL，分裝后高壓滅菌，儲存于4℃冰箱。
5.STE緩沖液：0.1mol/L NaCl，10mmol/L Tris•Cl（pH8.0），1mmol/L EDTA （pH8.0）。
6.STET：0.1 mol/L NaCl，10mmol/L Tris•Cl（pH8.0），1mmol/L EDTA （pH8.0）， 5% Triton
X-100。
7.TE緩沖液：10 mmo/L Tris•Cl （pH8.0），1 mmol/L EDTA （pH8.0）。高壓滅菌后儲存于4℃冰箱中。
8.RNA酶A母液：將RNA酶A溶于10mmol/L Tris•Cl（pH7.5），15mmol/L NaCl中，配成10mg/mL的溶液，于100℃加熱15min，使殘留的DNA酶失活。冷卻后用1.5mL Eppendorf管分裝成小份保存于-20℃。
9.（10mg/ml）：用10mmol/L Tris.Cl, PH8.0, 新鮮配制。
10.TE飽和酚（1）
11.酚:氯仿:異戊醇 （25:24:1）：
12.氯仿：異戊醇（24:1）：按氯仿:異戊醇＝24:1體積比加入異戊醇（2）。氯仿可使蛋白變性并有助于水相與有機相的分開，異戊醇則可消除抽提過程中出現的泡沫。
13.電泳所用試劑： （1） TBE 緩沖液 （5×）：稱取 Tris 54g，硼酸27.5g，并加入 0.5M EDTA （pH8.0） 20mL，定溶至1000mL。 （2）上樣緩沖液 （6×）：0.25% 溴酚藍，40% （w/v） 蔗糖水溶液。
14.異丙醇
15.70％乙醇

（二）設備
超凈工作臺，微量取液器（20μL, 200μL, 1000μL），臺式高速離心機，恒溫振蕩搖床，高壓蒸汽消毒器（滅菌鍋），渦旋振蕩器，電泳儀，瓊脂糖平板電泳裝置和恒溫水浴鍋等。

【操作方法】

（一）小量制備
堿變性法：
1.將含有質粒pGFPuv 的DH5α菌種劃線接種在LB固體培養基（含有100 μg/mL Amp）（3）上，37℃培養12-24小時（4）。用無菌牙簽挑取單菌落接種到5mL LB液體培養基（含有100 μg/mL Amp）中，37℃振蕩培養14~16小時。
2.取1.5 mL培養液加入1.5 mL 離心管中，室溫12, 000 r/min離心1分鐘收集菌體（視菌體量多少，可重復此步）。
3.加入100 μL預冷的溶液Ⅰ渦旋振蕩懸浮菌體（5）。
4.加入新配制的溶液Ⅱ200μL，輕緩上下顛倒離心5次，至溶液澄清（千萬不要振蕩），冰浴5分鐘（6）。
5.立即加入用冰預冷的150μL溶液III，輕柔振蕩5~10次（7），冰浴5分鐘（8），12, 000 r/min離心5min。
6.取上清移入干凈Eppendorf管中，加入等體積的酚:氯仿:異戊醇 （25:24:1），劇烈振蕩20秒。室溫下12,000 r/min離心10分鐘，可見溶液分三層，上層為質粒DNA溶液，中層為變性的蛋白層，下層為有機相。
7.取上清（6），加入400μL氯仿:異戊醇（24:1），劇烈振蕩20秒。12,000r/min 離心10分鐘。（選做）
8.取上清，加入2~2.5倍體積無水乙醇振蕩混勻，沉淀DNA，-20℃放置10min（7）。（或者加1倍異丙醇，室溫靜置10min），12,000rpm 離心10分鐘。
9.去上清，加入200μL 70%乙醇（8），12000g，2分鐘。洗滌沉淀兩次以去鹽。
10.將Eppendorf管倒置于一張紙巾上，使液體流出，然后短暫離心，用移液器小心取出殘液，這一步操作要格外小心，有時沉淀塊貼壁不緊，放離心管于超凈工作臺蒸發痕跡乙醇。（除去上清的簡便方法是用一次性使用的吸頭與真空管道相連，輕緩抽吸，并用吸頭接觸液面。當液體從管中吸出時，盡可能使吸頭遠離核酸沉淀，然后繼續用吸頭通過抽真空除去附于管的液滴）。
11.將沉淀溶于30μL TE緩沖液（pH8.0，含20μg /mL RNaseA）中（9），儲于-20℃冰箱中。如直接酶切，可將沉淀溶于30~50μL ddH2O（含20μg /mL RNaseA）。
12.利用比色法測定質粒DNA在260 nm和280 nm下的光吸收值并計算樣品濃度。
13.用1%瓊脂糖凝膠電泳觀察質粒DNA的純度和條帶情況。

煮沸法
1.取1.5ml 培養菌體（1）置于離心管中,10000ｇ離心1分鐘。
2.棄上清（2），將管倒置于衛生紙上幾分鐘，使液體流盡。
3.將菌體沉淀懸浮于350ul STET 溶液中, 渦旋混勻。
4.加入25ul 新配制的溶液（10mg/ml） （3）, 渦旋振蕩3 秒鐘混勻。（溶液PH值不能低于8.0，否則就不能有效發揮作用。）
5.將離心管放入沸水浴中,時間恰為40秒，12000g，離心10分鐘。
6.吸出上清移至另一個離心管，或直接用消毒牙簽取出沉淀物，在上清中加入40ul 5mol/L NaAc（PH5.2）和420ul 異丙醇，振蕩混勻，室溫放置5分鐘。
7.12000g，4℃離心5分鐘，將Eppendorf管倒置于一張紙巾上，使液體流出，然后短暫離心，用移液器小心取出殘液，這一步操作要格外小心，有時沉淀塊貼壁不緊，放離心管于超凈工作臺蒸發痕跡乙醇或室溫直至乙醇揮發殆盡，管內無可見的液體（2－5）分鐘。
8.棄上清， 加入1ml70％乙醇，12000g，4℃離心2分鐘。按步驟7回收核酸沉淀。
9.加入50ul TE（PH8.0）（含無DNA酶的RNA酶 20ug/ml），溶解DNA，稍加振蕩，儲存于－20℃。


（二）大量制備
堿變性法：
1.從平板上挑選一個單菌落，接種到50mL培養基，37℃夜培養14~16小時。
2.將培養物轉入50mL離心管，4,800r/min 4℃離心10分鐘。
3.沉淀用10mL STE洗滌，渦旋打勻， 4,800r/min 4℃離心10分鐘。
4.加入3mL溶液I，渦旋，冰浴5分鐘。
5.加入6mL溶液Ⅱ（現配），輕柔顛倒數次直至溶液澄清，保持冰浴5分鐘。
6.馬上加入溶液Ⅲ 4.5mL，輕柔顛倒5~10次，得到白色沉淀，冰浴3－5分鐘。
7.4,800r/min 4℃離心20分鐘，取上清，加入0.6倍體積異丙醇，室溫放置10分鐘，沉淀DNA。
8.4,800r/min室溫離心 10分鐘，去上清，加入75%乙醇，洗滌沉淀。
9.4,800r/min離心 10分鐘，去上清，吸出痕量剩余乙醇，風干。
10.加入1.5mL TE溶液，溶解沉淀，轉入7mL離心管。
11.加入等體積5mol/L LiCl （預冷），顛倒混勻，冰浴10分鐘，沉淀大分子RNA。
12.10,000r/min 4℃ 離心10分鐘，取上清，加入等體積異丙醇，顛倒混勻，室溫放置10分鐘。
13.10,000r/min 室溫離心10分鐘，室溫放置20~30分鐘。用700μl含無ＤＮＡ酶的胰ＲＮＡ酶（20μg/ml ）的ＴＥ（pH8.0）溶解沉淀
14.轉移至1.5mL離心管，加入等體積13% PEG8000/1.6mol/L NaCl，混勻，冰浴10分鐘，沉淀雙螺旋質粒DNA。
15.12,000r/min離心10分鐘，去上清，加入1mL 75%乙醇，洗滌沉淀。
16.12,000r/min離心10分鐘，去上清，吸出痕量剩余乙醇，風干。
17.加入600μL TE溶液溶解沉淀。
18.酚、酚：氯仿：異戊醇、氯仿：異戊醇各抽提一次，去除蛋白。
19.將上清轉移至另一離心管，加入1/10體積3M NaAc，2倍體積無水乙醇，4℃沉淀10分鐘。
20.12,000r/min 離心10分鐘，去上清，加入1mL 75%乙醇，洗滌沉淀。
21.12,000r/min 離心10分鐘，去上清，吸出痕量剩余乙醇，風干。
22.加入200μL ddH2O，溶解質粒。

（三）聚乙二醇沉淀法質粒ＤＮＡ
這里介紹的方法（R.Tresman,個人通訊）已卓有成效地用于純化堿裂解法制備的質粒ＤＮＡ。
１）將核酸溶液[上頁步驟22）所得]轉入15mlＣorex 管中，再加3ml 用冰預冷的5mol/L LiCl溶液，充分混勻，用Ｓorvall SS34 轉頭（或與其相當的轉頭）于４℃下以10 000轉/分離心10分鐘。LiCl可沉淀高分子ＲＮＡ。
２）將上清轉移到另一30mlCorex管內，加等量的異丙醇， 充分混勻，用SorvallSS34轉頭（或與其相當的轉尖）于室溫以10 000轉/分離心10分釧， 回收沉淀的核酸。
３）小心去掉上清，敞開管口，將管倒置以使zui后殘留的液滴流盡。于室溫用70％乙醇洗滌沉淀及管壁，流盡乙醇，用與真空裝置相連的巴其德吸管吸去附于管壁的所有液滴，敞開管口并將管侄置，在紙巾上放置幾分鐘，以使zui后殘余的痕量乙醇蒸發殆盡。
４）用500μl含無ＤＮＡ酶的胰ＲＮＡ酶（20μg/ml ）的ＴＥ（pH8.0）溶解沉淀，將溶液轉到一微量離心管中，于室溫放置30分鐘。
５）加500μl含13％（w/v）聚乙二醇（PEG 8000）的1.6mol/L NaCl,充分混合，用微量離心機于４℃以12000g離心５分鐘，以回收質粒ＤＮＡ。
６）吸出上清，用400μl TE（pH8.0）溶解質粒ＤＮＡ沉淀。用酚、酚：氯仿、氯仿各抽１次。
７）將水相轉到另一微量離心管中，加100μl 10mol/L乙醇銨，充分混勻，加２倍體積（約1ml）乙醇，于室溫放置10分鐘，于４℃以12 000g離心５分鐘，以回收沉淀的質粒ＤＮＡ。
８）吸去上清，加200μl處于４℃以12 000g離心２分鐘。
９）吸去上清，敞開管口，將管置于實驗桌上直到zui后可見的痕量乙醇蒸發殆盡。
10）用500μlＴＥ（pH8.0）溶解沉淀1:100稀釋[用ＴＥ（pH8.0）] 后測量ＯＤ260，計算質粒ＤＮＡ的濃度（１ＯＤ260＝50μg質粒ＤＮＡ/ml）， 然后將ＤＮＡ貯于－20℃。

【注意事項與提示】

（一）小量制備
1. 堿變性法注意事項
（1）市售酚中含有醌等氧化物，這些產物可引起磷酸二酯鍵的斷裂及導致RNA和DNA的交聯，應在160℃用冷凝管進行重蒸。重蒸酚加入0.1％的8-羥基喹啉 （作為抗氧化劑），并用等體積的0.5mol/L Tris•Cl （pH8.0）和0.1mol/L Tris•Cl（pH8.0） 緩沖液反復抽提使之飽和并使其pH值達到7.6以上，因為酸性條件下DNA會分配于有機相。
（2）氯仿可使蛋白變性并有助于水相與有機相的分開，異戊醇則可消除抽提過程中出現的泡沫。
（3）培養時應加入篩選壓力（抗生素），否則菌體易污染，質粒易丟失；
（4）使用處于對數期的新鮮菌體（老化菌體導致開環質粒增加），細菌培養時間過長會導致細胞和DNA的降解，培養時間不要超過16小時；
（5）溶液I中各成分的作用：葡萄糖的作用是分散細胞，EDTA是Ca和Mg等二價金屬離子的螯合劑，其主要目的是為了螯合二價金屬離子從而達到抑制DNase的活性。
（6）溶液Ⅱ加入后5min內快速用溶液III中和，防止共價閉和環狀質粒DNA在強堿環境中暴露時間過長發生不可逆的變性，質粒易被打斷；溶液II中各成分的作用：NaOH主要是為了溶解細胞，釋放DNA，因為在強堿性的情況下，細胞膜發生了從bilayer（雙層膜）結構向micelle（微囊）結構的變化；但NaOH易和空氣中的CO2發生反應形成NaCO3，降低了NaOH的堿性，所以必須用新鮮的NaOH。SDS與NaOH聯用，其目的是為了增強NaOH的強堿性，同時SDS能很好地結合蛋白，產生沉淀。
（7）加入溶液II 和III后不要劇烈振蕩，防止可能把基因組DNA剪切成碎片從而混雜在質粒中；
（8）復性時間也不宜過長，否則會有基因組DNA的污染；
（9）酚:氯仿:異戊醇抽提后，應小心吸取含質粒DNA的上清溶液，防止吸到位于有機相和水相之間的變性的蛋白質，約可吸到420μL；
（10）使用冰乙醇沉淀DNA，并在低溫條件下放置時間稍長可使DNA沉淀更*。
（11）沉淀后應用70％的乙醇洗滌，以除去鹽離子等；
（12）TE中的EDTA能螯和Mg2+或Mn2+離子，抑制DNase活性，pH值為8.0，可防止DNA發生酸解；
（13）溶液III 中各成分的作用：溶液III 中的KAC是為了使鉀離子置換 SDS 中的納離子而形成了 PDS，因為十二烷基硫酸鈉（sodium dodecylsulfate）遇到鉀離子后變成了十二烷基硫酸鉀 （potassium dodecylsulfate,PDS），而 PDS 是不溶水的，同時一個 SDS 分子平均結合兩個氨基酸，鉀鈉離子置換所產生的大量沉淀自然就將絕大部分蛋白質沉淀了。2 M 的醋酸是為了中和 NaOH，因為長時間的堿性條件會打斷 DNA，所以要中和。基因組 DNA 一旦發生斷裂，就不能再被 PDS 共沉淀了，所以堿處理的時間要短，而且不得激烈振蕩，不然zui后得到的質粒上總會有大量的基因組DNA混入，瓊脂糖電泳可以觀察到一條濃濃的總DNA條帶。75%酒精主要是為了清洗鹽份和抑制Dnase；
得到的質粒樣品一般用含RNase（50 ug/ml）的TE緩沖液進行溶解，不然大量未降解的RNA會干擾電泳結果的。瓊脂糖電泳進行鑒定質粒DNA時，多數情況下你能看到三條帶即超螺旋、線性和開環這三條帶。

2. 煮沸法注意事項
（1）從表達內切核酸酶Ａ的大腸桿菌株（endA+株，如HB101 ）制備質粒時，建議不使用煮沸法。因為煮沸步驟不能*滅活內切核酸酶Ａ，以后在Mg2+存在下溫育時，質粒DNA可被降解。 用70％乙醇洗滌一步前增加用酚：氯仿進行抽提步驟，可避免此問題。
（2）的細菌沉淀和核酸沉淀中去除上清液時，一定要除盡。否則質粒DNA不能被限制酶切割。
（3）添加有一定限度,濃度高時,細菌裂解效果反而不好。

（二）聚乙二醇沉淀法質粒ＤＮＡ常見問題及可能原因

1.提取的質粒DNA不純：變性不充分；關鍵步驟反應時間過短；離心時間或速度不夠。
2.提取的質粒DNA呈涂布狀：操作過程中用力過猛，動作過大；操作系統內有污染。
3.與染色體DNA分離不全：變性過程不*；試劑配制有問題（成分，濃度或pH）。

【實驗安排】

1.*天：
上午：配制所需的各種試劑及培養基，裝好槍頭、離心管、牙簽等耗材，并在高溫下滅菌。
下午：接種搖菌

2.第二天：
上午：收取培養物，提取質粒DNA
下午：比色和電泳檢測DNA的濃度和純度以備酶切

【實驗報告要求與思考題】

1.提交質粒DNA的濃度結果及電泳檢測圖譜
2.質粒的基本性質有哪些？
3.堿法提取DNA的過程中溶液Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ生化作用原理分別是什么？
4.在堿法提取質粒DNA操作過程中應注意哪些問題？
提質粒流程圖：