1、大肠杆菌感受态细胞大肠杆菌感受态细胞1.实验目的和要求实验目的和要求通过本实验学习氯化钙法制备大肠杆通过本实验学习氯化钙法制备大肠杆菌感受态细胞和外源质粒菌感受态细胞和外源质粒DNA转入受转入受体菌细胞的技术以及筛选转化体的技体菌细胞的技术以及筛选转化体的技术。了解细胞转化的概念及其在分子术。了解细胞转化的概念及其在分子生物学研究中的意义。生物学研究中的意义。大肠杆菌感受态细胞22.相关知识及原理相关知识及原理感受态细胞感受态细胞(Competent cells):受体细胞经过一些特殊方法（如：受体细胞经过一些特殊方法（如：CaCl，RuCl等化学试剂法）的处理后，细胞膜的等化学试剂法）的处理
2、后，细胞膜的通透性发生变化，成为能容许多有外源通透性发生变化，成为能容许多有外源D N A 的 载 体 分 子 通 过 的 感 受 态 细 胞的 载 体 分 子 通 过 的 感 受 态 细 胞(competent cell)。大肠杆菌感受态细胞3转化（转化（transformation）：是将异源是将异源DNA分子引入一细胞株系，使受体细分子引入一细胞株系，使受体细胞获得新的遗传性状的一种手段，是基因工程胞获得新的遗传性状的一种手段，是基因工程等研究领域的基本实验技术。等研究领域的基本实验技术。进入细胞的进入细胞的DNA分子通过复制表达，才能实现分子通过复制表达，才能实现遗传信息的转移，使受体
3、细胞出现新的遗传性遗传信息的转移，使受体细胞出现新的遗传性状。转化过程所用的受体细胞一般是限制修状。转化过程所用的受体细胞一般是限制修饰系统缺陷的变异株，即不含限制性内切酶和饰系统缺陷的变异株，即不含限制性内切酶和甲基化酶的突变株。甲基化酶的突变株。大肠杆菌感受态细胞4转化的方法：转化的方法：1.化学的方法化学的方法(热击法热击法)；使用化学试剂（如使用化学试剂（如CaCl）制备的感受态细胞，通过热击处制备的感受态细胞，通过热击处理将载体理将载体DNA分子导入受体细胞；分子导入受体细胞；2.电转化法：使用低盐缓冲液或水洗制备的电转化法：使用低盐缓冲液或水洗制备的感受态细胞，通过高压脉冲的作用将
4、载体感受态细胞，通过高压脉冲的作用将载体DNA分子导入受体细胞。分子导入受体细胞。大肠杆菌感受态细胞5将经过转化后的细胞在选择性抗生素培养将经过转化后的细胞在选择性抗生素培养基中培养，才能较容易地筛选出转化体，基中培养，才能较容易地筛选出转化体，即带有异源即带有异源DNA分子的受体细胞。否则，分子的受体细胞。否则，如果将转化后的菌液涂在无选择性抗生素如果将转化后的菌液涂在无选择性抗生素的培养基平板上，会出现成千上万的细菌的培养基平板上，会出现成千上万的细菌菌落，将难以确认哪一个克隆含有转化的菌落，将难以确认哪一个克隆含有转化的质粒。虽然只有那些含有被转化质粒的细质粒。虽然只有那些含有被转化质粒
5、的细菌才能在含有抗生素的平板上生长和繁殖，菌才能在含有抗生素的平板上生长和繁殖，但对于连接混合物而言，此时并不能确定但对于连接混合物而言，此时并不能确定哪个克隆含有插入片段。哪个克隆含有插入片段。大肠杆菌感受态细胞7重组质粒克隆的鉴定重组质粒克隆的鉴定鉴定带有重组质粒克隆的方法常用的有鉴定带有重组质粒克隆的方法常用的有-互补、小规模制备质粒互补、小规模制备质粒DNA进行酶切分析、进行酶切分析、插入失活、插入失活、PCR以及杂交筛选的方法。最以及杂交筛选的方法。最常用的方法是小规模制备质粒常用的方法是小规模制备质粒DNA进行酶进行酶切分析，对于带有切分析，对于带有LacZ基因的载体还可以基因的载
6、体还可以结合结合-互补现象来筛选。互补现象来筛选。大肠杆菌感受态细胞8-互补现象：互补现象：因为有些载体都带有一个因为有些载体都带有一个LacLacZ Z基因的调控序基因的调控序列和头列和头146146个氨基酸的编码信息，编码个氨基酸的编码信息，编码-互补互补肽，该肽段能与宿主编码的缺陷型肽，该肽段能与宿主编码的缺陷型-半乳糖半乳糖苷酶实现基因内互补（苷酶实现基因内互补（-互补互补）。）。当这种载当这种载体转入可编码体转入可编码 半乳糖苷酶半乳糖苷酶C C端部分序列的端部分序列的宿主细胞中时，在异丙基宿主细胞中时，在异丙基-D-D硫代半乳糖苷硫代半乳糖苷（IPTGIPTG）的诱导下，）的诱导下
7、，宿主可同时合成这两种宿主可同时合成这两种肽段，肽段，虽然它们各自都没有酶活性，但它们虽然它们各自都没有酶活性，但它们可以融为一体形成具有酶活性的蛋白质。所可以融为一体形成具有酶活性的蛋白质。所以称这种现象为以称这种现象为-互补现象。互补现象。大肠杆菌感受态细胞9由互补产生的由互补产生的 半乳糖苷酶半乳糖苷酶(LacLacZ)Z)能够作能够作用于生色底物用于生色底物5 5溴溴4 4氯氯3 3吲哚吲哚 D D半乳糖苷半乳糖苷(X-gal)(X-gal)而产生蓝色的菌落，所而产生蓝色的菌落，所以利用这个特点，在载体的该基因编码序列以利用这个特点，在载体的该基因编码序列之间人工放入一个多克隆位点，当
8、插入一个之间人工放入一个多克隆位点，当插入一个外源外源DNADNA片段时，会造成片段时，会造成LacLacZ(Z()基因的失活，基因的失活，破坏破坏-互补作用，互补作用，就不能产生具有活性的酶。就不能产生具有活性的酶。所以，有重组质粒的菌落为白色，而没有重所以，有重组质粒的菌落为白色，而没有重组质粒的菌落为蓝色。组质粒的菌落为蓝色。大肠杆菌感受态细胞10大肠杆菌感受态细胞11重组重组DNADNA转化细菌过转化细菌过程示意图程示意图大肠杆菌感受态细胞123仪器、材料和试剂仪器、材料和试剂无菌超净台，电热恒温水浴，分光光度计，离心无菌超净台，电热恒温水浴，分光光度计，离心机，移液器，微型离心管等；
9、机，移液器，微型离心管等；菌株：菌株：E.coliE.coli DH5 DH5质粒：质粒：pBluscript KS+DNA 片段的重组质粒以片段的重组质粒以及及pBluscript KS 空质粒；空质粒；LBLB培养基；含抗菌素的培养基；含抗菌素的LBLB平板培养基（氨苄青霉平板培养基（氨苄青霉素，浓度素，浓度50-10050-100g gmLmL，X-gal 20-48X-gal 20-48g/ml,g/ml,IPTG 100 IPTG 100 g/mlg/ml。一般将抗生素、。一般将抗生素、X-galX-gal和和IPTGIPTG配制成配制成10001000 储备液，用时按培养基的量再加
10、储备液，用时按培养基的量再加入入）；）；预冷预冷CaClCaCl2 2溶液（溶液（0.1mol0.1molL L）大肠杆菌感受态细胞134操作步骤操作步骤 1）大肠杆菌感受态细胞的制备）大肠杆菌感受态细胞的制备(CaCl2法法)（1）从新活化的）从新活化的E.coli DH5菌平板上挑取菌平板上挑取一单菌落，接种于一单菌落，接种于35ml LB液体培养中，液体培养中，37振荡培养振荡培养12h左右，直至对数生长期。左右，直至对数生长期。将该菌悬液以将该菌悬液以1:1001:50转接于转接于100ml LB液液体培养基中，体培养基中，37振荡扩大培养，当培养液振荡扩大培养，当培养液开始出现混浊后
11、，每隔开始出现混浊后，每隔2030min测一次测一次OD600nm，至，至OD600nm0.5时停止培养；时停止培养；大肠杆菌感受态细胞14（2）每组取培养液）每组取培养液3个个2ml转入转入2ml离心管离心管中，在冰上冷却中，在冰上冷却20-30min，于，于4，4000rmin离心离心10min（从这一步开始，所有操（从这一步开始，所有操作均在冰上进行，速度尽量快而稳）；作均在冰上进行，速度尽量快而稳）；（3）倒净上清培养液，用）倒净上清培养液，用1ml冰冷的冰冷的0.1mo1L CaCl2溶液轻轻悬浮细胞，冰浴；溶液轻轻悬浮细胞，冰浴；（4）04，4000rmin离心离心10min；（5
12、）弃去上清液，加入）弃去上清液，加入500l冰冷的冰冷的0.1mo1L CaCl2溶液，小心悬浮细胞。溶液，小心悬浮细胞。04，4000rmin离心离心10min；大肠杆菌感受态细胞15（6）弃去上清液，加入）弃去上清液，加入100l冰冷的冰冷的0.1mo1L CaCl2溶液，小心悬浮细胞，冰上放置片刻溶液，小心悬浮细胞，冰上放置片刻后，即制成了感受态细胞悬液；后，即制成了感受态细胞悬液；（7）制备好的感受态细胞悬液可直接用于转）制备好的感受态细胞悬液可直接用于转化实验，也可加入占总体积化实验，也可加入占总体积15左右高压灭菌左右高压灭菌过的甘油，混匀后分装于过的甘油，混匀后分装于1.5ml离
13、心管中，置离心管中，置于于-70条件下，可保存半年至一年。条件下，可保存半年至一年。大肠杆菌感受态细胞162）细胞转化）细胞转化(1)分别取分别取3个个100l感受态细胞悬液感受态细胞悬液(如是如是冷冻保存液，则需化冻后马上进行下面的冷冻保存液，则需化冻后马上进行下面的操作操作)，第一组，加入，第一组，加入10 l重组质粒重组质粒DNA(体积不超过体积不超过10l)+100l感受态细胞，感受态细胞，此管为转化实验组。第二组，插入此管为转化实验组。第二组，插入DNA片片段对照组，即酶切后段对照组，即酶切后DNA片段片段25ng+100l感受态细胞悬液；第三组，质粒感受态细胞悬液；第三组，质粒DN
14、A对照对照组，即组，即1ng 未酶切未酶切pBluescript 质粒质粒DNA十十100l感受态细胞悬液。感受态细胞悬液。大肠杆菌感受态细胞17(2)将以上各样品轻轻摇匀，冰上放置将以上各样品轻轻摇匀，冰上放置20-30min，于，于42水浴中保温水浴中保温12min，然后，然后迅速冰上冷却迅速冰上冷却2min(3)立即向上述管中分别加入立即向上述管中分别加入0.4ml LB液体液体培养基（不需在冰上操作），使总体积到培养基（不需在冰上操作），使总体积到0.5ml，该溶液称为转化反应原液，摇匀后，该溶液称为转化反应原液，摇匀后于于37振荡培养约振荡培养约45-60min，使受体菌恢复，使受体
15、菌恢复正常生长状态，并使转化体表达抗生素基因正常生长状态，并使转化体表达抗生素基因产物产物(Ampr)。大肠杆菌感受态细胞183)平板培养（有时需要稀释）平板培养（有时需要稀释）(1)取各样品培养液取各样品培养液0.1ml，分别接种于分别接种于含抗菌素含抗菌素LB平板培养基上，涂匀平板培养基上，涂匀（如果用玻璃棒涂抹，酒精灯烧过（如果用玻璃棒涂抹，酒精灯烧过后稍微凉一下再用，不要过烫后稍微凉一下再用，不要过烫）。）。大肠杆菌感受态细胞19(2)菌液完全被培养基吸收后菌液完全被培养基吸收后，倒置培养皿，倒置培养皿，于于37恒温培养箱内培养过夜恒温培养箱内培养过夜(12-16小时小时)，待菌落生长
16、良好而又未互相重叠时停止培养，待菌落生长良好而又未互相重叠时停止培养，对于可以蓝白斑筛选的质粒和菌株来说，此对于可以蓝白斑筛选的质粒和菌株来说，此时应该能清楚地看到蓝色和白色菌落。时应该能清楚地看到蓝色和白色菌落。用用 CaCl2法制备的感受态细胞，可使每微克法制备的感受态细胞，可使每微克超螺旋质粒超螺旋质粒 DNA产生产生5 106-2 107个转化菌个转化菌落。在实际工作中，每微克有落。在实际工作中，每微克有105以上的转以上的转化菌落足以满足一般的克隆实验。化菌落足以满足一般的克隆实验。大肠杆菌感受态细胞204)检出转化体和计算转化率检出转化体和计算转化率统计每个培养皿中的菌落数，各实验组统计每个培养皿中的菌落数，各实验组培养皿内菌落生长状况应如表所示培养皿内菌落生长状况应如表所示:大肠杆菌感受态细胞21各实验组在培养皿内菌落生长状况及结果分析各实验组在培养皿内菌落生长状况及结果分析大肠杆菌感受态细胞22转化体总数菌落数（转化反应原液总体积转化体总数菌落数（转化反应原液总体积/涂涂板菌液体积）板菌液体积）插入频率蓝色菌落数插入频率蓝色菌落数/白色菌落数白色菌落数转化频（效）率转化体总数转化频（效）率转化体总数/加入质粒加入质粒DNADNA的量的量（计算出每微克的转化菌落数）（计算出每微克的转化菌落数）大肠杆菌感受态细胞23
