質(zhì)粒在不同的細(xì)菌之間轉(zhuǎn)移是微生物世界中一種普遍的現(xiàn)象，一個(gè)細(xì)菌品系通過吸收另一個(gè)細(xì)菌品系的質(zhì)粒DNA而發(fā)生了遺傳性狀的改變，這種現(xiàn)象叫做轉(zhuǎn)化，獲得了外源DNA的細(xì)胞稱為轉(zhuǎn)化子。

在基因克隆技術(shù)中，所謂轉(zhuǎn)化是指質(zhì)?；蛑亟M質(zhì)粒被導(dǎo)入受體細(xì)胞，表達(dá)相應(yīng)的選擇標(biāo)記基因，并在一定的培養(yǎng)條件下，在選擇性培養(yǎng)基上長出轉(zhuǎn)化子的過程。質(zhì)粒必須通過轉(zhuǎn)化進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)，才能進(jìn)行擴(kuò)增和表達(dá)，從而獲得大量的克隆基因,使我們能夠進(jìn)行進(jìn)一步的DNA操作，如亞克隆等；或者獲得其表達(dá)產(chǎn)物。轉(zhuǎn)化效率的高低與受體菌的生理狀態(tài)有關(guān)。細(xì)菌吸收外源DNA的能力zui高時(shí)的狀態(tài)被稱為感受態(tài)細(xì)胞（competent cell）。有些種類的細(xì)菌在其生長的任一階段都處于感受態(tài)，而另一些細(xì)菌只有處于某個(gè)生長時(shí)期時(shí)（一般為對數(shù)生長早、中期），才會處于感受態(tài),如本實(shí)驗(yàn)所用的大腸桿菌。用一定濃度的CaCl2 處理對數(shù)生長早中期的細(xì)菌可以大大提高細(xì)菌吸收周圍環(huán)境中的DNA分子的能力。對這種現(xiàn)象的一種解釋是CaCl2能使細(xì)菌細(xì)胞壁的通透性增強(qiáng)，從而提高轉(zhuǎn)化率。這種轉(zhuǎn)化方法稱為“化學(xué)法”。目前還可以使用電激的方法，通過瞬間的高壓電流，在細(xì)胞上形成孔洞，使外源DNA進(jìn)入胞內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的轉(zhuǎn)化。電激轉(zhuǎn)化的效率往往比化學(xué)法高出1到2個(gè)數(shù)量級，達(dá)到1 x 108轉(zhuǎn)化子/μg DNA，甚至1 x 109轉(zhuǎn)化子/μg DNA，所以常用于文庫構(gòu)建時(shí)的轉(zhuǎn)化或遺傳篩選。

微生物轉(zhuǎn)化是基因工程的常用技術(shù)，大腸桿菌是基因工程中zui常用的受體菌，本實(shí)驗(yàn)即是用前面實(shí)驗(yàn)獲得的重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌細(xì)胞。

【試劑與器材】
<一>試劑
1．LB液體培養(yǎng)基: 參見附錄
每組配200mL, 其中100mL分裝于500mL三角瓶中，另各取3mL裝于2只大試管中，其余裝于裝于500mL三角瓶中，121℃高壓蒸汽滅菌20分鐘。
2．LB/Amp/IPTG/X-Gal平板（1）:
配1L LB液體培養(yǎng)基，加入20g瓊脂粉和1支攪拌棒，同上高壓滅菌，趁熱取出置攪拌器上冷卻，待冷至55℃左右, 加氨芐(Ampicillin)至終濃度100μg/ml (Amp儲存液一般為100mg/mL), 倒平板，每皿倒約15 mL，室溫放置過夜至冷凝水揮發(fā)干凈。使用前半小時(shí)在培養(yǎng)基表面加20μL 50mg/mL X-gal和100μL 0.1mol/L IPTG，涂勻，待這兩種化合物滲入瓊脂后，即可用于轉(zhuǎn)化菌的涂布。
每組制備LB平板2個(gè)，LB/Amp 平板5個(gè)，LB/Amp/IPTG/X-Gal平板6個(gè)。
3．IPTG儲存液(0.1mol/L)：1.2g IPTG加水至50ml，過濾除菌，4℃儲存。
4．X-gal儲存液：50mg/ml溶于二甲基甲酰胺溶劑中，過濾除菌，4℃儲存。
5．1 mol/L CaCl2儲存液，使用濃度為0.1mol/L，CaCl2應(yīng)使用分析純，配100mL，高壓滅菌，全班用。
6．甘油(滅菌)，全班50mL，同上高壓滅菌。
7．酸洗無菌玻璃珠，涂布平板用，用50mL三角瓶分裝，同上高壓滅菌，烘干備用。

<二>器材
1. 37℃溫箱、水浴鍋、恒溫振蕩器等
2. 高速冷凍離心機(jī)
3. 微量移液器等

<三>菌株 大腸桿菌DH5α，基因型為

【操作方法】
1、感受態(tài)細(xì)胞的制備（無菌操作）:
1）從新鮮培養(yǎng)的LB平板上挑單個(gè)DH5α大菌落接種到3 mL LB培養(yǎng)液中（2），37℃劇烈振蕩（210-240r/min）培養(yǎng)過夜（3）。
2）取1mL過夜培養(yǎng)物, 接種到含100mL LB培養(yǎng)液的500 mL錐瓶中，37℃劇烈振蕩，直至培養(yǎng)液中細(xì)菌濃度達(dá)到OD600為0.375-0.4 （4）
3）培養(yǎng)物轉(zhuǎn)入2只50mL離心管中，冰上放置10分鐘 ，4,000r/min, 4℃離心15分鐘，棄上清（5）。
4）將菌體懸浮于10～20mL預(yù)冷的0.1mol/L CaCl2 溶液中, 冰上放置20分鐘(6)。
5）4,000rpm, 4℃,離心10分鐘，棄上清，然后將細(xì)菌輕輕懸浮在2ml 0.1mol/L CaCl2 溶液中（7）。若不立即進(jìn)行轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，則進(jìn)行第6步操作，反之，則進(jìn)入轉(zhuǎn)化操作。
6）緩慢滴入甘油(滅菌)至終濃度為15％, 輕柔混勻，將細(xì)菌分裝成0.5ml/每管，立即液氮冷凍，轉(zhuǎn)入-70℃冰箱儲存，可在2個(gè)月內(nèi)使用（8）。

2、感受態(tài)細(xì)胞的轉(zhuǎn)化
1）設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如正、負(fù)對照（參考如下表格，按表格內(nèi)容操作）；
六  感受態(tài)細(xì)胞的制備和重組質(zhì)粒的轉(zhuǎn)化
2）從-80℃冰箱中取出分裝成0.5mL/每管的感受態(tài)細(xì)胞, 置冰上5分鐘或緩慢流水淋至剛好解凍（10） ，立即分裝到預(yù)冷的1.5mL離心管中，每管體積參見上表，插入冰上待用；
3）對轉(zhuǎn)化管，加入連接產(chǎn)物DNA溶液，輕輕混勻；為保險(xiǎn)起見，也可先加入一半的連接產(chǎn)物DNA溶液，輕輕混勻，剩下的一半置 -20℃冰箱保存；
4）冰上放置30分鐘（11）；
5）放入42℃水浴中，熱激40秒（12）；
6）迅速插入冰上，放置5分鐘；
7）對第1、2項(xiàng)，加入500μL LB培養(yǎng)基，其余加入250μL LB培養(yǎng)基, 37℃震蕩培養(yǎng)1小時(shí)（13）；
8）對第1項(xiàng)，各取200μL直接用玻璃珠涂布于2個(gè)LB/ Amp/IPTG/X-Gal平板上；對第2項(xiàng)，分別取3、30 和100μL細(xì)菌培養(yǎng)液，各加無菌水至150μL（不超過200μL）涂LB/ Amp/IPTG/X-Gal平板（此步驟的目的是計(jì)算轉(zhuǎn)化率）；對其余各項(xiàng)，分別各取一半涂布于LB/ Amp平板上，余下的轉(zhuǎn)化液置4℃冰箱保存（14）。倒置平板，37℃培養(yǎng)12-14小時(shí)。一般來說，含有活性半乳糖苷酶的細(xì)菌比無活性酶的細(xì)菌生長慢，故過夜培養(yǎng)后可見到毫米大小的陽性白色菌落而陰性的蘭色菌落只有針尖大小（15）。
9）挑取白色菌落進(jìn)行鑒定（見下一個(gè)實(shí)驗(yàn)）。

【注意事項(xiàng)與提示】
（1）倒平板時(shí)應(yīng)避免培養(yǎng)基溫度過高，若溫度過高，則加入的氨芐會失效，且培養(yǎng)基凝固后表面及皿蓋會形成大量冷凝水，易于造成污染及影響單菌落的形成。若用手掌感受培養(yǎng)基覺得很燙但尚可忍受時(shí)，培養(yǎng)基溫度即為55℃左右。制備好的LB/Amp平板可于4℃冰箱儲存2個(gè)月，時(shí)間過長氨芐將會失效。加了IPTG/X-Gal的LB/Amp平板現(xiàn)用。
（2）DH5α在平板上過夜生長后，可置冰箱中保存一個(gè)月左右；接種新鮮的菌落或菌液有利于細(xì)菌細(xì)胞的同步快速生長，從而使細(xì)菌群體在達(dá)到一定的OD值后（0.375）大部分細(xì)胞都處于感受態(tài)。
（3）DH5α的生長需要氧氣，劇烈振蕩的目的是提高培養(yǎng)基的溶氧量以利于細(xì)菌的生長
（4）達(dá)到細(xì)菌對數(shù)生長早、中期，需時(shí)約2.0~2.5小時(shí)，此步驟至為關(guān)鍵，若超過此階段，則轉(zhuǎn)化效率急劇下降。
（5）低溫操作的目的是使細(xì)胞不再生長，保持其感受態(tài)。
（6）此步驟的目的是洗滌細(xì)胞。
（7）此時(shí)細(xì)胞較脆，懸浮時(shí)動作要輕，可用移液槍輕輕吸打。
（8）-70℃冰箱儲存的感受態(tài)細(xì)胞在6-8周后，轉(zhuǎn)化率很快降低。可用一已知標(biāo)準(zhǔn)及濃度的閉環(huán)質(zhì)粒如pUC18/19鑒定感受態(tài)細(xì)胞的轉(zhuǎn)化能力。
（9）實(shí)驗(yàn)中一定要設(shè)計(jì)正負(fù)對照，如用無DNA轉(zhuǎn)化物的感受態(tài)細(xì)菌鋪板，若有菌落生長，說明其中抗生素濃度不夠或感受態(tài)細(xì)胞已被污染。加樣時(shí)速度要快，但要有條不紊，切勿加錯(cuò)！加完樣用槍尖稍攪勻。第1項(xiàng)中所加連接產(chǎn)物的量可根據(jù)連接反應(yīng)的終體積而定，一般加一半或2/3，其余置－20℃保存。
（10）從-80℃冰箱中取出冷凍的指管后，也可用雙手搓指管，利用掌心的溫度解凍。解凍時(shí)間勿過長。
（11）至少30min，可延長至1h左右。
（12）掌握時(shí)間，過長會致死細(xì)胞。在許多實(shí)驗(yàn)方案中，熱激時(shí)間設(shè)為90至120秒，目前已有實(shí)驗(yàn)證明如此長的熱激時(shí)間是沒有必要的，且會引起轉(zhuǎn)化效率的下降 。熱激前加入相當(dāng)于轉(zhuǎn)化液體積1/10的DMSO可提高轉(zhuǎn)化效率10倍左右，加入DMSO后請勿再劇烈振蕩。
（13）此步驟使得細(xì)菌恢復(fù)正常并讓β-內(nèi)酰氨酶基因表達(dá)。
（14）此步驟可在實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)錯(cuò)誤后進(jìn)行補(bǔ)救。
（15）培養(yǎng)時(shí)間勿過長，以免衛(wèi)星菌落的出現(xiàn)。很多因素都可以影響轉(zhuǎn)化的效率，特別需要注意的有兩點(diǎn)，一是制備感受態(tài)細(xì)胞時(shí)的OD值，二是所用試劑要分析純以上，并用雙蒸水或超純水（如Mili Q）配制。

【實(shí)驗(yàn)安排】
實(shí)驗(yàn)前兩天挑E. coli菌種在LB平板上劃線，37℃培養(yǎng)過夜。實(shí)驗(yàn)前一天各組要將試劑準(zhǔn)備好，包括培養(yǎng)基的消毒滅菌。下午臨下課時(shí)從平板上挑新鮮的單菌落接種到3mL液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)過夜。轉(zhuǎn)化完畢，次日一早觀察記錄結(jié)果，并清理余下的菌種試劑等。

【實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求與思考題】
1．制備感受態(tài)細(xì)胞和轉(zhuǎn)化時(shí)，應(yīng)特別注意哪些環(huán)節(jié)。
2．轉(zhuǎn)化效率的計(jì)算：轉(zhuǎn)化效率是指每微克質(zhì)粒DNA轉(zhuǎn)化細(xì)胞產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化子數(shù)目，請列表表示你的轉(zhuǎn)化結(jié)果并算出轉(zhuǎn)化率（列出計(jì)算公式）。你所做實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)化效率（正對照）是多少？ 如果過低（如低于104 cfu/μg DNA），請分析可能的原因。需要注意的是，連接產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化效率是非常低的，為什么？
3．若實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)不正常的結(jié)果，請分析原因。

附錄：大腸桿菌的轉(zhuǎn)化方法
一、試劑
TB溶液：1.512g PIPES，1.1025g CaCl2，9.31875g KCl，溶于水，以5N KOH調(diào)pH6.7，再加入5.44225g MnCl2，定容至500ml，0.22?m 濾膜過濾滅菌，4℃保存。
SOB培養(yǎng)基：Tryptone 20g (OXOID公司)；Yeast extract 5g (OXOID公司)；NaCl 0.5g，加800ml雙蒸水，加入250mmol/L KCl溶液10ml，用10mol/L NaOH調(diào)pH至7.0，定容至1,000ml，高壓滅菌，4℃保存；使用前加入5ml經(jīng)高壓滅菌的2mol/L MgCl2溶液。
SOC培養(yǎng)基：含20mmol/L葡萄糖的SOB培養(yǎng)基，SOB培養(yǎng)基高壓滅菌后，降溫至60℃或以下時(shí)，加入20ml經(jīng)過濾除菌的1mmol/L葡萄糖溶液，4℃保存。
DMSO

二、方法
（一）感受態(tài)細(xì)胞的制備
1.將E.coli DH5α，涂布于LB (A-) 培養(yǎng)基上，37℃過夜。
2.挑取2-3個(gè)直徑2-3mm的大菌落，接種到50 ml SOB培養(yǎng)基中。在250 ml三角瓶中18℃，200-250rpm振蕩培養(yǎng)，直到OD=0.6，約需要36-48hr。
3.將三角瓶冰浴10分鐘。
4.轉(zhuǎn)移菌液到50 ml離心管。2,500g，10min，4℃。
5.菌體用16 ml冰預(yù)冷的TB溶液懸浮，冰浴10 min。
6.2,500g，10min，4℃。
7.菌體用4ml冰預(yù)冷的TB溶液懸浮，加入280ul DMSO。
8.菌液于冰浴10分鐘后分裝到凍存管。每管200ul。液氮冷卻，保存于液氮中。大月0分鐘后，轉(zhuǎn)移到-40℃冰箱保存。

（二）轉(zhuǎn)化
1.將LB抗性平板，SOC培養(yǎng)基，于37℃預(yù)熱。
2.室溫溶解感受態(tài)細(xì)胞。
3.取200uL菌液加入1.5mL離心管中，放于冰中。
4.加入1-5uL質(zhì)粒溶液，用槍頭混勻，冰浴30min。
5.42℃熱激30秒，冰浴。
6.加入800uL SOC培養(yǎng)基，37℃，250r/min，1hr。
7.涂布LB抗性平板，37℃過夜。