【背景及概述】^[1][2]

瓊脂糖的概述瓊脂糖又名瓊膠素，是從紅藻中提出的鏈狀中性多糖，其不含或含少量硫酸酯鹽，是瓊膠的主要組成成分。在低濃度時就具有高凝膠強度，為近透明的凝膠基質(zhì)，對微生物具有穩(wěn)定性，因此在生化、醫(yī)學研究領(lǐng)域有著廣泛的用途。瓊脂糖不僅在生化上可作為凝膠電泳的支持物和親和層析的載體，在醫(yī)學上還可用于研究病毒嗜菌體、細菌、臨床檢驗、生化分析、蛋白質(zhì)、核酸、抗原、抗體，以及多糖的分離、提純及藥物的制備。

【瓊脂糖結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)】^{[1] [3]}

瓊脂糖是線性多糖，是由半乳糖和內(nèi)醚半乳糖這兩種單糖交替連接構(gòu)成的，如圖。瓊脂糖為白色或微黃色的粉末，無臭。熱水是其的溶劑，亦能溶于二甲基亞砜及甲酷胺溶液中。瓊脂糖具有溶膠礙熱可逆特性。瓊脂糖膠液凝固時的溫度稱凝固溫度，而瓊脂糖凝膠恪化時的溫度稱溶化溫度。瓊脂糖膠液凝固的機理基本上與提出的卡拉膠的形成機理相類似。瓊脂糖溶液冷卻時，兩條瓊脂糖分子的糖鏈會以雙螺旋的方式纏繞，生成三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。經(jīng)過進一步的冷卻，離散的雙螺旋體會聚集起來且緊密排列，形成更加堅硬的凝膠，如圖。這個過程說明瓊脂糖凝膠的滯后性，也說明瓊脂糖分子的細致結(jié)構(gòu)對其凝膠性質(zhì)變化的影響。瓊脂糖由于含負電基團比瓊膠少，因此具有比瓊膠更優(yōu)良的性質(zhì)，如硫酸根含量低、凝膠強度高、電內(nèi)滲低等。

圖1 瓊脂糖的結(jié)構(gòu)圖

圖2 瓊脂糖凝膠的形成機制

【瓊脂糖的改性】^{[1] [4]}

瓊脂糖的改性是指通過一些物理或化學的方法改變普通瓊脂糖的性能，使其性能更加優(yōu)良或者具有特殊的用途。目前主要的瓊脂糖改性產(chǎn)品包括：低溶點瓊脂糖、低電內(nèi)滲瓊脂糖、瓊脂糖凝膠層析介質(zhì)等。低培點瓊脂糖低恪點瓊脂糖是經(jīng)過化學修飾旳瓊脂糖，修飾的程度決定溶化和凝固的溫度。低恪點瓊脂糖主要用于脫氧核糖核酸的快速回收，可很方便地分離大小范圍在幾百個堿基對到左右的片段。

因為低溶點瓊脂糖在65℃左右溶化，遠低于解鏈溫度。這種特性使它還可以用于DNA的簡單純化和酶處理（限制酶消化連接），或在溶化的膠中直接進行細菌轉(zhuǎn)化。低焰點瓊脂糖不僅能在低溫下焰化，而且可在低溫下凝結(jié)。該特性使它在30-35℃范圍內(nèi)仍呈液態(tài)，所以能無損傷地包埋細胞。這種處理方式可用于脈沖場凝膠電泳分析前，在瓊脂糖栓內(nèi)包埋染色體。而在電泳時，低培點瓊脂糖凝膠沒有海和酶活性，對限制酶和連接酶也只有很低抑制作用，用溴化乙錠染色后，只顯示出很低的背景突光。利用低溶點瓊脂糖純化得到的有以下幾個優(yōu)勢：的純化速度快，不需要借助超速離心機；（得到的能高效轉(zhuǎn)化為粗糙脈孢霉；（得到的可直接用于限制酶切、細菌轉(zhuǎn)化、修飾反應(yīng)、放射性標記等方面的實驗。目前已廣泛應(yīng)用于血清蛋白、脊髓液蛋白、尿蛋白、血紅蛋白及各種酶類的測定與酶譜分析。近年來，結(jié)合免疫化學分析，其用途更加廣泛。低供點瓊脂糖的改性原理降低溶解溫度的原理是通過化學改性，把中性基團引入瓊脂糖的分子鏈中半乳糖的某一個碳原子上，在螺旋鏈上產(chǎn)生了一個“扭結(jié)”，減弱了瓊脂糖雙螺旋結(jié)構(gòu)的形成能力，而并不破壞瓊脂糖的雙螺旋結(jié)構(gòu)，主鏈的骨架結(jié)構(gòu)不變，只是使培化溫度和凝固溫度都有所降低。所以，改性后的瓊脂糖衍生物仍擁有瓊脂糖的凝膠特性。

【低熔點瓊脂糖的應(yīng)用】^[1]

制備DNA  項曉瓊和周平坤發(fā)明了一種簡便、高效的細胞制備方法，通過低擦點瓊脂糖包埋法，制備出可以用于分子雜交的細胞。

純化DNA  劉秋云發(fā)現(xiàn)了堿法或煮沸法小量提取得到的經(jīng)低擦點瓊脂糖的純化后，可以高效轉(zhuǎn)化粗糖脈孢霉，且低溶點瓊脂糖純化的轉(zhuǎn)化效率能接近或達到氯化銫梯度離心純化的轉(zhuǎn)化效率。經(jīng)限制酶切或修飾反應(yīng)后的也可用低溶點瓊脂糖純化。該方法的優(yōu)點是快速、高效，且純化后的還可用于限制酶切、修飾反應(yīng)、細菌轉(zhuǎn)化及放射性標記。劉秋云利用低培點瓊脂糖純化得到的進行轉(zhuǎn)化，成功地克隆了基因。

回收DNA  劉超李越等人研究出用低焰點瓊脂糖回收高分子進行指紋圖分析的方法，并應(yīng)用到實際辦案中。

【研究意義】^[1][2][3][4]

瓊脂糖是一種應(yīng)用廣泛的多糖類物質(zhì)。1937年次從瓊脂中分離出瓊脂糖之后發(fā)展至今，瓊脂糖以其近似理想的凝膠特性，已成為現(xiàn)代生物技術(shù)工業(yè)中生物聚合物的擴散和點動力學移動不可或缺的凝膠基質(zhì)。隨著科研技術(shù)的進步，對瓊脂糖的需求量也在不斷增大，具有廣闊的市場前景，國外對瓊脂糖的研究遠早于國內(nèi)，并已形成一系列產(chǎn)品，并占領(lǐng)了主要瓊脂糖市場。由于國內(nèi)生產(chǎn)的瓊脂糖產(chǎn)品的品質(zhì)不及國外同類產(chǎn)品，目前國內(nèi)科研用的瓊脂糖主要依賴國外進口產(chǎn)品，且進口的瓊脂糖產(chǎn)品價格昂貴，所以每年我國需要投入相當大的資金用于進口，這使得使我國生物技術(shù)產(chǎn)品的成本提高，在不利于在國際市場上的競爭。因此，有必要研究和創(chuàng)新新型的瓊脂糖衍生物生產(chǎn)工藝，研制高品質(zhì)的新型瓊脂糖產(chǎn)品，簡化生產(chǎn)工藝，降低新型瓊脂糖產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，是我國瓊脂糖產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展方向。

【參考資料】

[1]吳鋼. 低熔點瓊脂糖的改性與制備技術(shù)研究[D].福建農(nóng)林大學,2014.

[2]李慶旺,熊瑤,蔡坤淇,MIAO Song,張龍濤,鄭寶東.利用纖維素酶降解瓊脂糖的條件優(yōu)化[J].食品工業(yè)科技,2017,38(14):156-161+166.

[3]黃永睿. 卡拉膠/瓊脂糖復合海綿的制備及對巨噬細胞的免疫調(diào)控活性[D].暨南大學,2017.

[4]張仁梅,張軍,謝夢圓,陳建蘇.瓊脂糖凝膠的光學特性[J].紅外與激光工程,2016,45(07):125-131.