为什么sds不能与NAOH长时间保存,为什么sds法提取dnaA的时候两者不能冰浴超过10分钟

质粒(Plasmid)是一种双链的共价闭环状的DNA分子,它是染色体外能够稳定遗传的因子。质粒具有复制和控制机构,能够在细胞质中独立自主的进行自身复制,并使子代细胞保持它们恒定的拷贝数。目前,质粒已广泛的用作基因工程中目的基因地运载工具—载体。从大肠杆菌中提取质粒DNA,是一种分子生物学最基本的方法。
质粒的特点:
1 细胞染色体外能自主复制的小型环状DNA分子2
是基因工程中最常用的运输载体3 最常用的质粒是大肠杆菌的质粒4
存在于许多细菌及酵母菌等生物中5 质粒的存在对宿主细胞无影响6
质粒的复制只能在宿主细胞内完成
质粒DNA分离纯化方法有多种,但其原理和步骤都大同小异。本实验着重介绍碱裂解法制备微量DNA。
在EDTA存在的条件下,用溶菌酶破坏细菌细胞壁,同时经过NaOH和阴离子去污剂SDS处理,使细胞膜崩解,从而达到菌体充分的裂解。此时,细菌染色体DNA缠绕附着在细胞膜碎片上,离心时易被沉淀出来。而质粒DNA则留在上清液内,其中还含有可溶性蛋白质、核糖核蛋白和少量染色体DNA,实验中加入蛋白质水解酶和核糖核酸酶,可以使它们分解,通过碱性酚(pH8.0)和氯仿-异戊醇混合液的抽提可以除去蛋白质。异戊醇的作用是降低表面张力,可以减少抽提过程中产生的泡沫,并能使离心后水层、变性蛋白层和有机层维持稳定。含有质粒DNA的上清液用乙醇或异丙醇沉淀,获得质粒DNA。
在实验过程中,由于细菌裂解后受到剪切力或核酸降解酶的作用,染色体DNA容易被切断成为各种大小不同的碎片而与质粒DNA共同存在,因此,采用乙醇沉淀法得到的DNA除含有质粒DNA外,还可能有少部分染色体DNA和RNA,必要时可进一步纯化。
试剂和器材
1. LB 液体培养基
胰蛋白胨10g/L, 酵母浸膏5g/L,NaCl 10g/L,
用NaOH调节至pH7.5,高压灭菌。
2. TEG缓冲液(pH8.0 25mmol/L Tris-HCl, 10mmol/L EDTA,
50mmol/L葡萄糖,4mg/mL 溶菌酶)
称取0.3g Tris加入0.1mol/L HCl溶液14.6mL,先配制成pH8.0
Tris-HCl缓冲液100mL,再加入0.37g
EDTA·Na2·2H2O和0.99g葡萄糖,临用前加入400mg溶菌酶。
3. 碱裂解液(0.2mmol/L NaOH, 1% SDS)
称取0.8g NaOH和1g SDS定容至100mL
4. 乙酸钾溶液(pH8.0, [K+]=3mol/L, [Ac-]=5mol/L)
取60mL mol/L KAc加入11.5mL冰乙酸和28.5mL蒸馏水
5. 1mol/L pH8.0 Tris-HCl缓冲液
Tris 121.14g/L, 用盐酸调至pH8.0
6. 酚/氯仿(1:1)溶液配制
(1)将商品苯酚置65℃水浴上缓缓加热融化,取200mL融化酚加入等体积的1mol/L
Tris-HCl pH8.0缓冲液和0.2g
(0.1%)8-羟基喹啉,于分液漏斗内剧烈振荡,避光静置使其分项。
(2)弃去上层水相,再用0.1mol/L
Tris-HCl缓冲液pH8.0与有机相等体积混匀,充分振荡,静置分相,留取有机相。
(3)配制氯仿/异戊醇混合液:将24份氯仿与1份异戊醇混合均匀。
(4)等体积的酚和氯仿/异戊醇溶液混合。放置后,上层若出现水相,可吸出弃去。有机相置棕色瓶内低温保存。
7. TE缓冲液(10mmol/L, pH8.0 Tris-HCl, 1mmol/L EDTA)
Tris,加适量蒸馏水溶解,用1mol/L盐酸调至pH8.0并定容至100mL,加入0.037gEDTA·Na2·2H2O。临用前加入核糖核酸酶,为了使RNase制剂中混杂的DNase失活,临用前80℃处理10min。
8. 无水乙醇及70%乙醇。
携带pBR322质粒的大肠杆菌。
试管,Eppendorf管,移液器,恒温振荡器,高速台式离心机,冰块,接种环,旋涡混合器。
一、碱裂解法
1. 培养细菌扩增质粒
将携带pBR322质粒的大肠杆菌接种于含2 ~ 5mL
氯霉素的LB液体培养基中,37℃摇床培养24h左右。
2. 收集菌体和裂解细菌
(1)取1.5mL培养液置Eppendorf管内,离心,10000r/min,5min,弃去上清,保留菌体沉淀。如菌量不足可再加入培养液,重复离心,收集菌体。
(2)将菌体沉淀悬浮于预冷的150μl
TEG缓冲液内,剧烈振荡、混匀,室温放置10min。
(3)加入200μl新鲜配制的碱裂解液,加盖,颠倒数次轻轻混匀,冰上放置5min。
3. 分离纯化质粒DNA
(1)加入150μl冷却的乙酸钾溶液。加盖后,温和颠倒数次混匀,冰浴放置15min。
(2)4℃下离心,12000r/min,
5min,乙酸钾能沉淀SDS与蛋白质的复合物,并使过量的SDS-Na+转化为溶解度很低的SDS-K+一起沉淀下来。离心后,上清液若仍混浊,应混匀后再冷至0℃,重复离心。上清液转移至另一干净的Eppendorf管内。
(3)加入等体积的酚/氯仿饱和溶液,反复振荡,离心,12000r/min,
2min,小心吸取上层水相溶液,转移到另一个Eppendorf管中。
(4)上述溶液中加入两倍体积的预冷无水乙醇,混合摇匀,于冰上放置10min。4℃下离心,12000r/min
弃去上清液,并将Eppendorf管倒置在干滤纸上,空干管壁粘附的溶液。
(5)加入1mL
70%冷乙醇,洗涤沉淀物,离心,弃去上清液,尽可能除净管壁上的液珠,放置干燥或真空干燥,即得质粒DNA制品。
(6)将DNA沉淀溶于20μlTE缓冲液(临用前加入20μg/mLRNaseA),置-20℃保存,备用
(1)细菌培养过程要求无菌操作。细菌培养液、配试剂用的蒸馏水、试管和Eppendorf离心管等有关用具和某些试剂经高压灭菌处理。
(2)制备质粒的过程中,所有操作必须缓和,不要剧烈振荡,以避免机械剪切力对DNA的断裂作用。
(3)加入乙酸钾溶液后,可用小玻璃棒轻轻搅开团状沉淀物,防止质粒DNA可能被包埋在沉淀物内,不易释放出来。
(4)用酚/氯仿混合液除去蛋白效果比单独使用更好,为充分除去残余的蛋白质,可以进行多次抽提,直至两相间无絮状蛋白沉淀。
(5)提取的各部操作尽量在低温条件下进行(冰浴上)
1.碱法提取质粒的过程中,EDTA、溶菌酶、NaOH、SDS、乙酸钾、酚/氯仿等试剂的作用是什么?
2.质粒提取过程中,应注意哪些操作?为什么?
1.简述溶液Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所包含成分及生化作用原理
溶液Ⅰ含葡萄糖和EDTA,葡萄糖能增加溶液的黏度,防止DNA受机械作用而降解。EDTA可螯合Mg2+、Ca2+等金属离子,抑制脱氧核糖核酸酶对DNA的降解作用(Dnase作用时需要一定的金属离子作辅基),另外,EDTA的存在,有利于溶菌酶的作用,因为溶菌酶的反应要求有较低的离子强度的环境。
溶液Ⅱ含NaOH和SDS,核酸在pH大于5小于9的溶液中是稳定的,但当pH大于12或小于3时,就会引起双键之间氢键的解离而变性。在溶液Ⅱ中的NaOH浓度为0.2N,加入抽提液液时,该系统的pH就高达12.6,因而促使染色体DNA与质粒的变性。SDS是阴离子型表面活性剂,它主要功能有溶解细胞膜上的脂肪与蛋白,因而溶解膜蛋白而破坏细胞膜;解聚细胞中的核蛋白;SDS能与蛋白质结合成为R1-O-SO3-…R2+-蛋白质的复合物,使蛋白质变性而沉淀下来。但是SDS能抑制核糖核酸酶的作用,所以在以后的提取过程中,必须把它去除干净,防止在下一步操作中(用Rnase去除RNA时)受到干扰。
溶液Ⅲ是NaAc-Hac的缓冲液(pH4.8)。用pH4.8的NaAc溶液是为了把pH12.6的抽提液pH调回中性,使变性的质粒DNA能够复性,并能稳定存在。而高盐的3MnaAc有利于变性的大分子染色体DNA、RNA以及SDS-蛋白质复合物凝聚而沉淀之。前者是因为中和核酸上的电荷,减少相斥力而互相聚合,后者是因为钠盐与SDS-蛋白质复合物作用后,能形成溶解度较小的钠盐形式复合物,使沉淀更完全。
2.小量制备质粒DNA时发现质粒DNA不能被限制酶所切割,分析可能原因及解决办法。
由于从细菌沉淀或从核酸沉淀中去除所有上清液时注意不够,没有去除干净导致。大多数情况下,用酚:氯仿对溶液进行抽提可以去除小量备物中的杂质,如果总是依然存在,可用离心柱纯化DNA。
3.溶菌酶是破碎细菌的有效方法。但有些细菌的孢子对溶菌酶不敏感,应该如何处理?
添加DTT、β-巯基乙醇,或8.0mol/L的尿素等增加敏感性。
4.从核酸溶液中去除蛋白质的标准方法及原理。
方法是先用酚:氯仿抽提,然后再用氯仿抽提。
原理:使用两种不同的有机溶剂去除蛋白质比用单一有机溶剂效果更佳。继而用氯仿抽提可除去核酸制品中残量酚。(此外,酚虽能有效地使蛋白质变性,却不能完全抑制RNA酶的活性,它还能溶解带有长poly(A)段的RNA分子。使用酚:氯仿:异戊醇(25:24:1)混合液可以使这两个问题迎刃而解,)
5.在用乙醇沉淀DNA时,为什么一定要加NaAc或NaCl至最终浓度达0.1-0.25M?
在pH为8左右的DNA溶液中,DNA分子是带负电荷的,加一定浓度的NaAc或NaCl,使Na+中和DNA分子上的负电荷,减少DNA分子之间的同性电荷排斥力,易于互相聚合而形成DNA钠盐沉淀。当加入的盐溶液浓度太低时,只有部分DNA形成DNA钠盐而聚合,这样就造成DNA沉淀不完全。当加入的盐溶液浓度太高时,其效果也不好,在沉淀的DNA中,由于过多的盐杂质存在,影响DNA的酶切等反应,必须要进行洗涤或重沉淀。
6.LiCl在质粒DNA提取中的作用是什么?
沉淀大量蛋白质和高分子RNA。
7.简述PCR-SSCP基本过程。
1)PCR扩增靶DNA;
2)将特异的PCR扩增产物变性,而后快速复性,使之成为具有一定空间结构的单链DNA分子;
3)将适量单链DNA进行非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳;
4)最后通过放射性自显影、银染或溴化乙锭显色分析结果,若发现单链DNA带迁移率与正常对照的相比发生改变,就可以判定该链构象发生改变,进而推断DNA片段中有碱基突变。
8.简述RNA-SSCP的基本原理。
RNA有着更多精细的二级和三级构象,这些构象对单个碱基的突变很敏感,从而提高了检出率,其突变检出率可达90%以上。另外,RNA不易结合成双链,因此可以较大量的进行电泳,有利于用溴化乙锭染色。
9.SSCP图谱一般是二条单链DNA带,有时可能只呈现一条SSDNA带或三条以上的原因是什么?
主要是由于两条单链DNA之间存在相似的立体构象,有时三条以上的SSCP图谱是由于野型DNA片段和突变型DNA片段共同存在的结果。
10.分子量相同的超螺旋环状、带切口环状和线状DNA在凝胶中迁移率大小顺序是什么?
超螺旋环状DNA迁移最快,其次为线状DNA,最慢为带切口环状DNA。
11.影响DNA迁移率的因素有哪些?
影响DNA迁移率的因素有:DNA分子的大小,琼脂糖浓度,DNA的构象,所加电压,温度,嵌入染料的存在和电泳缓冲液的组成。
单链DNA片段呈复杂的空间折叠构象,这种立体结构主要是由
其内部碱基配对等分子内相互作用力来维持的,当有一个碱基发生改变时,会或多或
少地影响其空间构象,使构象发生改变,空间构象有差异的单链DNA分子在聚丙烯酰
胺凝胶中受排阻大小不同.因此,通过非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE),可以非常
敏锐地将构象上有差异的分子分离开.作者称该方法为单链构象多态性
(Single-Strand Conformation Polymorphism,SSCP)分析.在
PCR-SSCP技术,进一步提高了检测突变方法的简便性和灵敏性.其基本过程是:①PCR扩增靶DNA;②将特异的PCR扩增
产物变性,而后快速复性,使之成为具有一定空间结构的单链DNA分子;③将适量的单
链DNA进行非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳;④最后通过放射性自显影、银染或溴化乙锭显
色分析结果.若发现单链DNA带迁移率与正常对照的相比发生改变,就可以判定该链构
象发生改变,进而推断该DNA片段中有碱基突变.
该方法简便、快速、灵敏,不需要特
殊的仪器,适合临床实验的需要.但它也有不足之处.例如,只能作为一种突变检测方
法,要最后确定突变的位置和类型,还需进一步测序;电泳条件要求较严格;另外,由
于SSCP是依据点突变引起单链DNA分子立体构象的改变来实现电泳分离的,这样就可
能会出现当某些位置的点突变对单链DNA分子立体构象的改变不起作用或作用很小
时,再加上其他条件的影响,使聚丙烯酰胺凝胶电泳无法分辨造成漏检.
尽管如此,该方法和其他方法相比仍有较高的检测率.首先,它可以发现靶DNA片段中未知位置的碱
基突变.Takao,经实验证明小于300bp的DNA片段中的单碱基突变,90%可被SSCP发
现,他认为现在知道的所有单碱基改变绝大多数可用该方法检测出来.另外,SSCP方
法可通过聚丙烯酰胺凝胶电泳将不同迁移率的突变单链DNA分离,并且还可以进一步
提纯.用这种方法可以最终从DNA序列水平上鉴别突变DNA片段.
大肠杆菌感受态细胞制备及转化中的影响因素
1、感受态细胞的概念
重组DNA分子体外构建完成后,必须导入特定的宿主(受体)细胞,使之无性繁殖并高效表达外源基因或直接改变其遗传性状,这个导入过程及操作统称为重组DNA分子的转化。
在原核生物中,转化是一个较普遍的现象,在细胞间转化是否发生,一方面取决于供体菌与受体菌两者在进化过程中的亲缘关系,另一方面还与受体菌是否处于一种感受状态有着很大的关系。
所谓的感受态,即指受体(或者宿主)最易接受外源DNA片段并实现其转化的一种生理状态,它是由受体菌的遗传性状所决定的,同时也受菌龄、外界环境因子的影响。cAMP可以使感受态水平提高一万倍,而Ca2
也可大大促进转化的作用。细胞的感受态一般出现在对数生长期,新鲜幼嫩的细胞是制备感受态细胞和进行成功转化的关键。
制备出的感受态细胞暂时不用时,可加入占总体积15%的无菌甘油或-70℃保存(有效期6个月)。
2、 转化的概念及原理
在基因克隆技术中,转化特指将质粒DNA或以其为载体构建的重组DNA导入细菌体内,
使之获得新的遗传特性的一种方法。它是微生物遗传、分子遗传、基因工程等研究领域的基本实验技术之一。
受体细胞经过一些特殊方法(如:电击法,CaCl2等化学试剂法)处理后,使细胞膜的通透性发生变化,成为能容许外源DNA分子通过的感受态细胞。进入细胞的DNA分子通过复制、表达实现遗传信息的转移,使受体细胞出现新的遗传性状。
大肠杆菌的转化常用化学法(CaCl2法),该法最先是由Cohen于1972年发现的。其原理是细菌处于0℃,CaCl2的低渗溶液中,菌细胞膨胀成球形,转化混合物中的DNA形成抗DNase的羟基-钙磷酸复合物粘附于细胞表面,经42℃短时间热冲击处理,促使细胞吸收DNA复合物,在丰富培养基上生长数小时后,球状细胞复原并分裂增值,被转化的细菌中,重组子中基因得到表达,在选择性培养基平板上,可选出所需的转化子。
处理的感受态细胞,其转化率一般能达到5×106~2×107转化子/ug质粒DNA,可以满足一般的基因克隆试验。如在Ca2
的基础上,联合其它的二价金属离子(如Mn2
)、DMSO或还原剂等物质处理细菌,则可使转化率提高100~1000倍。
化学法简单、快速、稳定、重复性好,菌株适用范围广,感受态细菌可以在-70℃保存,因此被广泛用于外源基因的转化。
除化学法转化细菌外,还有电击转化法,电击法不需要预先诱导细菌的感受态,依靠短暂的电击,促使DNA进入细菌,转化率最高能达到109~1010转化子/ug闭环DNA。因操作简便,愈来愈为人们所接受。
感受态细胞制备及转化中的影响因素
⑴、细胞的生长状态和密度
最好从-70℃或-20℃甘油保存的菌种中直接转接用于制备感受态细胞的菌液。不要用已
经过多次转接,及贮存在4℃的培养菌液。细胞生长密度以每毫升培养液中的细胞数在5×107个左右为佳。即应用对数期或对数生长前期的细菌,可通过测定培养液的OD600控制。对TG1菌株,OD600为0.5时,细胞密度在5×107个/ml左右。(应注意OD600值与细胞数之间的关系随菌株的不同而不同)。密度过高或不足均会使转化率下降。
此外,受体细胞一般应是限制-修饰系统缺陷的突变株,即不含限制性内切酶和甲基化酶的突变株。并且受体细胞还应与所转化的载体性质相匹配。
⑵、质粒DNA的质量和浓度
用于转化的质粒DNA应主要是超螺旋态的,转化率与外源DNA的浓度在一定范围内成正比,但当加入的外源DNA的量过多或体积过大时,则会使转化率下降。一般地,DNA溶液的体积不应超过感受态细胞体积的5%,1ng的cccDNA即可使50ul的感受态细胞达到饱和。
对于以质粒为载体的重组分子而言,分子量大的转化效率低,实验证明,大于30kb的重组质粒将很难进行转化。此外,重组DNA分子的构型与转化效率也密切相关,环状重组质粒的转化率较分子量相同的线性重组质粒高10~100倍,因此重组DNA大都构成环状双螺旋分子。
整个操作过程均应在无菌条件下进行,所用器皿,如离心管,移液枪头等最好是新的,并经高压灭菌处理。所有的试剂都要灭菌,且注意防止被其它试剂、DNA酶或杂DNA所污染,否则均会影响转化效率或杂DNA的转入。
⑸、整个操作均需在冰上进行,不能离开冰浴,否则细胞转化率将会降低。
一、 受体菌的培养
  从LB平板上挑取新活化的E. coli DH5α单菌落,接种于3-5ml
LB液体培养基中,37℃下振荡培养12小时左右,直至对数生长后期。将该菌悬液以1:100-1:50的比例接种于100ml
LB液体培养基中,37℃振荡培养2-3小时至OD600 =0.5左右。
  二、 感受态细胞的制备 ( CaCl2 法)
  1、将培养液转入离心管中,冰上放置10分钟,然后于4℃下3000g离心10分钟。
  2、 弃去上清,用预冷的0.05mol/L的CaCl2
溶液10ml轻轻悬浮细胞,冰上放置15-30分钟后,4℃下3000g离心10分钟。
  3、弃去上清,加入4ml预冷含15%甘油的0.05mol/L的CaCl2
溶液,轻轻悬浮细胞,冰上放置几分钟,即成感受态细胞悬液。
  4、 感受态细胞分装成200μl的小份,贮存于-70℃可保存半年。
  三、 转化
  1、从-70℃冰箱中取200μl感受态细胞悬液,室温下使其解冻,解冻后立即置冰上。
加入pBS质粒DNA溶液(含量不超过50ng,体积不超过10μl),轻轻摇匀,冰上放置30分钟后。
  3、42℃水浴中热击90秒或37℃水浴5分钟,热击后迅速置于冰上冷却3-5分钟。
  4、向管中加入1ml
LB液体培养基(不含Amp),混匀后37℃振荡培养1小时,使细菌恢复正常生长状态,并表达质粒编码的抗生素抗性基因(Ampr
  5、将上述菌液摇匀后取100μl
涂布于含Amp的筛选平板上,正面向上放置半小时,待菌液完全被培养基吸收后倒置培养皿,37℃培养16-24小时。
  同时做两个对照:
  对照组1:
以同体积的无菌双蒸水代替DNA溶液,其它操作与上面相同。此组正常情况下在含抗生素的LB平板上应没有菌落出现。
  对照组2: 以同体积的无菌双蒸水代替DNA溶液,但涂板时只取5μl
菌液涂布于不含抗生素的LB平板上,此组正常情况下应产生大量菌落。
  四、 计算转化率
  统计每个培养皿中的菌落数。
  转化后在含抗生素的平板上长出的菌落即为转化子,根据此皿中的菌落数可计算出转化子总数和转化频率,公式如下:
  转化子总数=菌落数×稀释倍数×转化反应原液总体积/涂板菌液体积
  转化频率(转化子数/每mg质粒DNA)=转化子总数/质粒DNA加入量(mg)
  感受态细胞总数=对照组2菌落数×稀释倍数×菌液总体积/涂板菌液体积
  感受态细胞转化效率=转化子总数/感受态细胞总数
  [注意]
本实验方法也适用于其它E.coli受体菌株的不同的质粒DNA的转化。但它们的转化效率并不一定一样。有的转化效率高,需将转化液进行多梯度稀释涂板才能得到单菌落平板,而有的转化效率低,涂板时必须将菌液浓缩(如离心),才能较准确的计算转化率。
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物质的提取
质粒DNA的提取
实验原理:质粒是存在于染色体外、能独立复制的双链闭合的环状DNA分子,以超螺旋的形式存在。在高pH值得NaOH和SDS溶液中,细菌细胞壁破裂,蛋白质和DNA发生变性。当加入中和溶液后,变性的染色体DNA与蛋白质缠绕形成大型复合体,被SDS包盖,当K 取代Na 时,这些复合体会沉淀下来;而质粒DNA双链能够迅速复性,呈溶解状态,留在上清液中。在上清液中加入乙醇,通过离心就可使质粒DNA沉淀下来。
1.取1.5ml菌液,室温下,12 000rpm,离心30秒。
2.弃上清,留沉淀,加入150μl冰预冷的溶液I(已加入RNase A),剧烈震荡,重悬沉淀。
3.加入150μl新配置的溶液II,快速颠倒混匀5次(注意:切勿震荡!),置于冰上。
4.加入200μl冰预冷的溶液III,反复颠倒数次混匀,冰浴5分钟。室温下,12 000rpm,离心5分钟。
5.取上清,转移到另一EP试管中,加等体积酚:氯仿:异戊醇(25:24:1),颠倒混匀有机相和水相,室温下,12 000rpm,离心5分钟。
6.将上清转移到另一EP试管中,加等体积氯仿:异戊醇(24:1),颠倒混匀,室温下,12 000rpm,离心2分钟。
7.将上清转移到另一EP试管中,加两倍体积冰预冷的无水乙醇,颠倒数次混匀,冰浴10~15分钟后,室温下,12 000rpm,离心15分钟。
8.弃上清,留沉淀,加1ml75%乙醇洗涤,12 000rpm,离心2分钟。
9.弃上清,室温下,12 000rpm,离心30s,吸除乙醇,室温干燥,使酒精充分挥发。
10.加20μl TE,溶解沉淀。
1.离心机需配平离心。
2.加入溶液III后,溶液中出现絮状物,可以多离心1分钟使溶液与絮状物分离更彻底。
3.加入的酚使蛋白质迅速变性,氯仿与异戊醇增强极性,纯化酚,同时进行有机抽提。
4.再次加入的氯仿与异
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