全 文 ：植物学报 Chinese Bulletin of Botany 2013, 48 (1): 72–78, www.chinbullbotany.com
doi: 10.3724/SP.J.1259.2013.00072
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收稿日期: 2012-03-20; 接受日期: 2012-08-30
基金项目 : 科技部科技基础性工作专项 (No.2011FY120200-6)、高技术研究发展计划 (No.2012AA021602)、国家科技支撑计划
(No.2012BAC01B05-6)和东北林业大学研究生科技创新基金
† 共同第一作者。
* 通讯作者。E-mail: slzhou@ibcas.ac.cn
一种改良的植物DNA提取方法
李金璐1, 2†, 王硕1, 2†, 于婧2, 3†, 王玲1†, 周世良2*
1东北林业大学园林学院, 哈尔滨 150040; 2中国科学院植物研究所系统与进化植物学国家重点实验室, 北京 100093
3中国科学院大学生命科学学院, 北京 100049
摘要 植物组织中含有大量多糖、多酚、酯类等次生代谢产物, 要从中提取高质量的DNA比较困难。针对这一情况, 该文
提出一种改良CTAB植物DNA提取方法(mCTAB), 并以10种常见植物为实验材料, 与4种常用的植物DNA提取试剂盒作对
比。结果表明, mCTAB法提取的DNA产率高且质量好, PCR扩增成功率也较高, 而提取成本显著低于DNA提取试剂盒, 可
有效用于植物DNA条形码等研究的植物DNA提取。
关键词 DNA条形码, 改良CTAB法, 植物DNA提取, 提取方法
李金璐, 王硕, 于婧, 王玲, 周世良 (2013). 一种改良的植物DNA提取方法. 植物学报 48, 72–78.
DNA是基本遗传物质, 是遗传信息的载体。一定
数量及高质量的DNA样品是进行限制性酶切、PCR
扩增、分子杂交、遗传多态性分析以及基因组学等分
子生物学研究的基础。因此, 获取高质高量的DNA显
得极为重要。
植物DNA的提取方法有很多 , 传统的方法有
CTAB法(Doyle and Doyle, 1987)、SDS法(蔡朝辉等,
2000)等。CTAB法和SDS法都是在裂解植物细胞的基
础上, 多次利用有机溶剂进行抽提, 使蛋白质等沉淀
于有机试剂中, 而核酸保留在水相, 从而达到分离核
酸的目的。国内外生物公司开发了多种商品化的植物
DNA提取试剂盒, 包含提取植物DNA所需的试剂和
必要的耗材, 可直接用于提取高质量的DNA。植物
DNA提取试剂盒有很多种, 常见的有北京天根生化
科技有限公司的植物基因组 D N A 提取试剂盒
(DP305)、北京博迈德科技发展有限公司的广谱植物
基因组DNA快速提取试剂盒(DN15)、Omega Bio-
Tek公司的Plant DNA Mini Kit(D3485)、QIAGEN公
司的DNeasy Plant Mini Kit(69104)、美国MOBIO强
力植物DNA提取试剂盒Power PlantTM DNA Isolation
Kit(13200-50)等。不同的植物DNA提取试剂盒, 分离
DNA的原理也不同。有的利用核酸的分子量差异分
离DNA, 有的利用特异性基质与DNA结合从而达到
分离DNA的目的, 如离子交换柱、磁珠等(孙璐宏等,
2010)。由于DNA提取试剂盒具有快速、方便, 无需
酚、氯仿抽提, 避免了有机溶剂的污染等优点, 在经
费充足的情况下通常采用此方法。
植物细胞有细胞壁, 含有较多的多糖、多酚、酯
类等次生代谢产物。不同植物中次生代谢产物的种
类和含量差异很大, 有时同种植物不同器官或组织
的次生代谢产物的种类和含量也不一样, 导致获取
高质量的DNA有一定的难度(李丹和凌定厚, 2000)。
针对某个特殊物种优化的DNA提取方法不一定适用
于其它物种。传统的CTAB法是目前应用最广泛的
DNA提取方法, 但由于植物材料在化学成分、组织
结构等方面有差异, 提取效果时常欠佳, 在使用上
受到一定的限制(罗立明等, 2003), 因此迫切需要一
种简便、高效、经济且通用性较好的植物DNA提取
方法。
我们从长期植物DNA提取实践中总结出一种较
为普遍适用的植物DNA改良CTAB提取方法(mod-
ified CTAB method, mCTAB)。本文将mCTAB与4种
常用的植物DNA提取试剂盒进行对比, 分析各自的优
缺点, 供相关人员在提取植物DNA时参考使用。
·技术方法·
李金璐等: 一种改良的植物 DNA 提取方法 73
1 材料与方法
1.1 材料
选取10种常见植物(表1), 包含苔藓植物、蕨类植物、
裸子植物、基部被子植物、单子叶植物、蔷薇类植物、
菊类植物等各大分支的成员 (Chase and Reveal,
2009), 也包含乔木、灌木、藤本、多年生草本、一
年生草本等不同的生活型, 所选植物有一定的代表
性。这些植物的DNA提取难易程度不一。10种植物样
品均采自中国科学院植物研究所植物园, 数字影像信
息及凭证标本存放于中国科学院植物研究所标本馆
(PE)。采集10种植物材料的新鲜叶片, 于40°C烘干后
用硅胶保存备用。
1.2 DNA提取
分别采用mCTAB和4种国内外常用的植物DNA提取
试剂盒提取10种植物的DNA。这4种植物DNA提取试
剂盒分别为Omega Bio-Tek公司的Plant DNA Mini
Kit(D3485)、 QIAGEN公司的DNeasy Plant Mini
Kit(69104)、北京博迈德科技发展有限公司的广谱植物
基因组DNA快速提取试剂盒(DN15)和北京天根生化
科技有限公司的植物基因组 DNA 提取试剂盒
(DP305)。本实验中4个公司的试剂盒分别用I、II、III
和IV代替, 顺序与在本文中的出现顺序没有对应关系。
称取100 mg植物干材料, 加入少量石英砂研磨
成细粉末状, 将粉末平均分配到5个2.0 mL离心管


表1 样品信息
Table 1 Information of samples
No. Taxon Voucher
specimen
(preserved
in PE)
1 Tortula schmidii (Müll. Hal.) Broth. BOP016341
2 Matteuccia struthiopteris (L.) Tod. BOP016342
3 Pinus tabuliformis Carrière BOP016343
4 Magnolia ×soulangeana Soul.-Bod. BOP016344
5 Vitis vinifera L. BOP016345
6 Rosa chinensis Jacq. BOP016346
7 Amaranthus retroflexus L. BOP016347
8 Helianthus ×laetiflorus Pers. BOP016348
9 Indocalamus tessellatus (Munro) Keng f. BOP016349
10 Cymbidium tracyanum L.Castle BOP016350

中。分别用5种提取方法提取DNA。4种试剂盒提取
D N A的方法严格按照试剂盒的操作说明进行。
mCTAB提取DNA分为18个步骤。(1) 称取20 mg植物
干材料, 加入少量石英砂, 研磨成细粉末状, 将粉末
转移到2.0 mL的离心管中(这一步骤前面已经完成)。
(2) 加入1 mL预冷的缓冲液A(表2), 混匀后冰浴15分
钟; 冰浴过程中颠倒混匀2–3次。(3) 7 000 ×g离心10
分钟, 弃上清。(4) 重复步骤(2)和(3), 直至上清不黏
稠。(5) 加入0.7 mL缓冲液B(表3), 混匀后65°C水浴
90–120分钟, 水浴过程中颠倒混匀数次, 颠倒混匀
时操作需轻缓。(6) 10 000 ×g离心10分钟, 吸上清并
置于新的2.0 mL离心管中(如果需要, 使用沉淀从步
骤(5)开始进行二次提取)。(7) 加入0.7 mL氯仿异戊
醇溶液(氯仿:异戊醇=24:1,v/v), 颠倒混匀10分钟。(8)
10 000 ×g离心10分钟, 吸上清并置于新的1.5 mL离
心管中。(9) 重复步骤(7)和(8), 直到离心后两个液面
之间没有沉淀。(10) 加入0.5 mL预冷异丙醇, 轻轻混
匀, –20°C放置20分钟。(11) 10 000 ×g离心10分钟,
弃上清, 再短暂离心收集剩余液体, 用移液器吸除剩


表2 缓冲液A配方(100 mL)
Table 2 Buffer A recipe (for 100 mL)
Stock Amount Final concentration
1.0 mol·L–1Tris-HCl (pH8.0) 10 mL 0.1 mmol·L–1
0.5 mol·L–1EDTA-Na2 1 mL 5 mmol·L–1
5.0 mol·L–1NaCl 5 mL 0.25 mmol·L–1
PVP-40T (add before using) 2 g 2% (w/v)
dH2O 84 mL –


表3 缓冲液B配方(100 mL, 加dH2O定容)
Table 3 Buffer B recipe (for 100 mL, bring the volume to
100 mL by adding dH2O)
Stock Amount Final concentra-
tion
1.0 mol·L–1Tris-HCl (pH8.0) 10 mL 100 mmol·L–1
0.5 mol·L–1EDTA-Na2 5 mL 25 mmol·L–1
5.0 mol·L–1NaCl 28 mL 1.4 mmol·L–1
CTAB 3 g 3% (w/v)
Bisulfate (add before using) 1 g 1% (w/v)
Ascorbic acid 1 g 1%
PVP-40T (add before using) 2 g 2% (w/v)
β-mereaptoethanol
(add before using)
100 μL 0.1% (v/v)

74 植物学报 48(1) 2013
余液体。(12) 加入0.1 mL 100 mg·L–1RNase, 37°C
放置30–60分钟。(13) 加入0.1 mL去离子水、0.1 mL
5 mol·L–1NaCl, 0.8 mL预冷95%乙醇, 轻轻混匀。
(14) 10 000 ×g离心10分钟, 弃上清。(15) 加入0.5
mL 75%乙醇, 轻轻弹起沉淀, 10 000 ×g离心2分钟,
弃上清。(16) 重复步骤(15)。 (17) 风干乙醇, 加入
0.1 mL TE溶解DNA。(18) 测定DNA的浓度和纯度。
DNA如需立即使用贮存于4°C。短期贮存于–20°C,
长期贮存于–80°C。
1.3 DNA产率和质量检测
1.3.1 琼脂糖凝胶电泳检测
用1%琼脂糖凝胶电泳检测5种提取方法提取的DNA
的片段大小、降解情况及浓度。取1 μLDNA原液, 加
9 μL点样缓冲液, 混匀后点入1%琼脂糖凝胶, 分别
用10、25和50 ng的λDNA为标准, 5 V·cm–1电泳30分
钟。在紫外凝胶成像仪上观察并拍照。

1.3.2 分光光度计检测
取1 μLDNA原液 , 用微量分光光度计 (美国Nano-
Drop 2000)测定 5种方法提取的DNA的OD值及
A260/280值。根据分光光度计测定的OD值计算DNA的
产率。

1.3.3 PCR检测
将5种方法提取的DNA原液稀释到50 ng·μL–1, 用植
物DNA条形码候选片段(Kress et al., 2005; CBOL
Plant Working Group, 2009; China Plant BOL
Group et al., 2011)进行PCR扩增。所用引物为: rbcL
aF/R (Kress and Erickson, 2007)、trnH/psbA (Kress
et al., 2005)、matK 472F/1248R (Yu et al., 2011)及
ITS1/ITS4 (Henrion et al., 1992)。
PCR扩增采用10 μL反应体系, 其中包括1 μL
10× PCR buffer(含MgCl2), 1 μL 2 mmol·L–1dNTPs,
0.5 μL 5 μmol·L–1forward primer, 0.5 μL 5 μmol·L–1
reverse primer, 0.25 U Taq DNA polymerase, 1 μL
template DNA, 5.9 μL ddH2O。
PCR扩增反应在C1000TM Thermal Cycler (BIO-
RAD, USA)上进行。PCR扩增程序为: 94°C预变性4
分钟; 94°C变性30秒, 52°C退火40秒, 72°C延伸1分
钟, 35个循环; 72°C延伸10分钟; 10°C降温10分钟。
PCR扩增产物用1%琼脂糖凝胶电泳检测, 紫外凝胶
成像仪观察并拍照。
2 结果与讨论
2.1 DNA产率
因细胞裂解方法和后续操作中捕获DNA的方法不同,
不同的DNA提取方法产率不同。从DNA电泳条带亮度
可以大致判断DNA产率的高低。本研究所用的5种方
法中, mCTAB提取的DNA其电泳条带明显亮于其它
方法提取的DNA的电泳条带(图1), 说明mCTAB提取
的DNA的产率最高。该检测结果得到了分光光度计检
测结果的证实(表4)。通过对比分光光度计检测得到的
4种试剂盒提取DNA的产率可以看出, 试剂盒II和试
剂盒III提取的DNA的产率较高, 试剂盒IV的产率次
之, 试剂盒I的产率最低。5种方法中, mCTAB提取的
DNA产率高于4种试剂盒的DNA产率, 10种植物材料
DNA产率的平均值比各试剂盒方法提取DNA产率的
平均值高出1倍多。对于5号植物材料葡萄而言, 由于
其多糖和多酚等次生物质含量较高, 这些次生物质包
裹着DNA, 使葡萄DNA的提取较为困难。由图1可以
看出, mCTAB提取的葡萄DNA呈现一条清晰的电泳
条带, 基本无降解现象; 而用4种试剂盒提取的葡萄
DNA没有形成清晰的电泳条带。从表4可以看出, 5种
方法中mCTAB提取的葡萄DNA的产率最高, 4种试剂
盒的产率均较低。由此可以看出, 对于DNA提取难度
较高的材料, mCTAB的提取效果较好, 而4种试剂盒
的提取效果均不理想。
2.2 DNA质量
从琼脂糖凝胶电泳检测结果来看(图1), 5种方法提取
的DNA基本上都有1条高分子量条带, 说明5种DNA
提取方法都能够提取相对完整的DNA。用分光光度计
检测DNA的纯度, 高纯度DNA的A260/280比值应在
1.8–2.0之间。当A260/280小于1.8时, DNA样品中可能
存在蛋白质污染; 当A260/280大于2.0时, DNA样品中
RNA的含量较高(李荣华等, 2009)。从表5可以看出,
不同方法提取的DNA在纯度上有一定差异。从A260/280
检测值可以看出, mCTAB提取的DNA质量较好, 用4
种试剂盒提取的DNA质量较差, 试剂盒I提取的DNA,
RNA的含量较高(A26 0 / 2 80>2.0), 试剂盒 I I、 I I I和
李金璐等: 一种改良的植物 DNA 提取方法 75

图1 用5种方法提取的10种植物的DNA琼脂糖凝胶电泳检测结果
λDNA的量从左到右分别为10、25和50 ng。1–10为样品编号(同表1)。mCTAB表示改良CTAB法。 I、II、III和IV分别代表4个公司
的DNA提取试剂盒。

Figure 1 Agarose gel profiles of DNAs extracted from 10 species using five methods
The quantity of the λDNA markers is 10, 25 and 50 ng respectively from left to right. The numbers from 1 to 10 are the samples in
Table 1. mCTAB is modified CTAB protocol. The numbers from I to IV are the kits of four companies.

表4 用分光光度计计算的10种植物的DNA产率(ng·mg–1)
Table 4 Yield of DNA extracted from 10 samples using five
methods, estimated using spectrophotometer (ng·mg–1)
Sample mCTAB I II III IV
1 423.0 149.5 189.5 159.5 61.5
2 1 099.5 158.0 363.0 152.0 318.5
3 845.5 343.0 280.5 111.5 205.0
4 1 319.0 257.5 235.0 254.5 264.0
5 367.0 80.5 89.5 166.0 100.5
6 597.0 165.5 786.5 245.0 109.0
7 1 626.0 200.0 186.5 167.5 96.5
8 1 372.0 331.0 545.0 866.0 211.5
9 677.0 112.5 325.0 439.5 325.5
10 823.5 143.5 731.0 1 092.0 863.5
Mean 915.0 194.1 373.2 365.4 255.6
I、II、III和IV分别代表4个公司的DNA提取试剂盒。
The numbers from I to IV are the kits of four companies.
表5 用5种方法提取10种植物的DNA纯度(A260/280)
Table 5 Purity of DNA extracted from 10 species using five
methods (A260/280)
Sample mCTAB I II III IV
1 1.80 2.74 1.66 1.69 1.60
2 1.89 2.91 1.74 1.50 1.74
3 1.80 2.13 1.84 1.62 1.77
4 1.90 2.36 1.82 1.75 1.73
5 1.66 4.00 1.45 1.02 1.45
6 1.87 3.08 1.68 1.15 1.66
7 1.68 2.50 1.74 1.81 1.64
8 1.64 2.10 1.28 1.28 1.39
9 1.83 2.75 1.79 1.77 1.73
10 1.87 2.87 1.87 1.83 1.83
I、II、III和IV分别代表4个公司的DNA提取试剂盒。
The numbers from I to IV are the kits of four companies.
76 植物学报 48(1) 2013


图2 用4对引物扩增的4种DNA条形码常用片段的PCR扩增情况(用5种方法提取的10种植物的DNA)
(A) matK472F/1248R; (B) rbcLaF/R; (C) trnH/psbA; (D) ITS1/ITS4。1–10为样品编号(同表1)。mCTAB表示改良CTAB法。I、II、
III和IV分别表示4个公司的DNA提取试剂盒。M: DNA分子量标准

Figure 2 Agarose gel profiles of four DNA fragments suggested for DNA barcoding (DNA was extracted from 10 species using
five methods)
(A) matK472F/1248R; (B) rbcLaF/R; (C) trnH/psbA; (D) ITS1/ITS4. The numbers from 1 to 10 are the samples in Table 1.
mCTAB is modified CTAB protocol. The numbers from I to IV are the kits of four companies. M: DNA marker


IV 提取的 DNA 含有蛋白质杂质 ( 多数 DNA 样品
A260/280<1.8)。由此可见, 5种提取方法中采用mCTAB
提取的DNA质量最高。
PCR扩增对DNA模板的质量要求较高 , 因此
PCR扩增成功率成为评判DNA质量的重要依据之一。
从图2可以看出, 以5种方法提取的DNA为模板进行
的PCR扩增, 均获得了较清晰的扩增图谱。相比而言,
以mCTAB提取的DNA为模板进行的PCR扩增条带清
晰, 成功率最高, 4种试剂盒的成功率略低于mCT-
AB。4个片段中, rbcLaF/R和trnH/psbA各种模板的
PCR扩增结果基本一致, matK472F/1248R和ITS1/
ITS4 mCTAB提取的DNA的PCR扩增成功率高于4种
试剂盒提取的DNA的PCR扩增成功率。
2.3 成本核算
在科研经费有限的情况下, DNA的提取成本是科研人
李金璐等: 一种改良的植物 DNA 提取方法 77
员必须考虑的因素之一。经过核算, mCTAB提取DNA
的成本最低, 为单个样品0.6元; 试剂盒I和II的成本为
单个样品5元; 试剂盒III的成本为单个样品11元; 试
剂盒IV的成本最高, 为单个样品30元。由此表明, 使
用mCTAB提取DNA可显著降低科研成本。
综上所述, mCTAB提取的植物DNA具有产率高、
质量较好、PCR扩增成功率高、成本低、通用性好五
大优点, 能满足一般分子生物学研究DNA提取的需
要 , 特别适合科研经费紧缺和需大批量提取植物
DNA时使用。相比之下, DNA提取试剂盒包含了提取
植物DNA所需的试剂, 无需酚、氯仿抽提, 环境比较
友好, 操作相对简单、快捷, 多数情况下能获得需要
的DNA。由于其产率低、成本高、通用性差(刘塔斯
等, 2005), 对于常规植物材料DNA的提取不合算, 但
在经费充裕而时间紧迫时可适当选用。
我们的mCTAB主要改进了以下几个方面: (1) 在
DNA释放之前用缓冲液A洗去绝大部分的次生代谢产
物, 防止其和DNA形成复合体; (2) 在缓冲液B添加
的还原剂不仅保护了DNA免受氧化, 还促进了细胞
裂解, 释放更多的DNA; (3) 将CTAB调到更合适的
浓度; (4) 及时消除RNA的干扰。但是mCTAB可能在
下列情况下提取效果不佳: (1) CTAB依赖型次生代谢
产物释放; (2) DNA迅速降解。第1种情况建议使用基
于磁珠的DNA提取法; 第2种情况建议用新鲜材料在
液氮中研磨, 低温下操作。
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78 植物学报 48(1) 2013
A Modified CTAB Protocol for Plant DNA Extraction
Jinlu Li1, 2†, Shuo Wang1, 2†, Jing Yu2, 3†, Ling Wang1†, Shiliang Zhou2*
1College of Landscape Architecture, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China; 2State Key Laboratory of Sys-
tematic & Evolutionary Botany, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093, China; 3College of Life
Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract It is very important but usually difficult to extract high quality DNA from plants for molecular work since there
exist a great deal of polysaccharides, hydroxybenzenes, esters and other secondary metabolities. In this paper we pro-
vide a simple modified CTAB (mCTAB) protocol for extracting plant DNA. The mCTAB method protocol includes 18 steps.
(1) Weigh ca. 20 mg of dry plant tissue and ground into powder with sand using a mortar or a pestle. Remove the powder
into a 2.0 mL microcentrifuge tube. (2) Add 1.0 mL pre-cooled buffer A (Table 2) to the tube, mix well and incubate the
tube on ice for 15 min. Mix sample 2–3 times during incubation by inverting the tube. (3) Centrifuge the tube at 7 000 ×g
for 10 min. Discard the supernatant liquid by pouring it out of the tube. (4) Repeat step 2 and 3 until the supernatant is not
viscous. (5) Add 0.7 mL buffer B (Table 3), mix well and incubate at 65°C for 90–120 min. Mix the sample several times
during incubation by inverting the tube. (6) Centrifuge at 10 000 ×g for 10 min, remove the supernatant to a new micro-
centrifuge tube. The precipitate is reusable from step 5 if necessary. (7) Add 0.7 mL CI (chloroform: isoamyl alcohol=24:1,
v/v), mix it well for 10 min by inverting tube gently. (8) Centrifuge at 10 000 ×g, for 10 min, carefully remove the super-
natant to a new 1.5 mL microcentrifuge tube. (9) Repeat step 7 and 8 until no precipitate appearing between the two lay-
ers of liquid after centrifuging. (10) Add 0.5 mL pre-cooled isopropanol, carefully mix well . Incubate at –20°C for 20 min.
(11) Centrifuge at 10 000 ×g for 10 min, discard the supernatant, centrifuge the tube briefly to collect the remaining liquid
and remove it by pipetting. (12) Add 0.1 mL RNase (100 mg·L–1) and incubate at 37°C for 30–60 min. (13) Add 0.1 mL
ddH2O, 0.1 mL 5 mol·L–1NaCl and 0.8 mL pre-cooled ethanol (95%), carefully mix well. (14) Centrifuge at 10 000 ×g for 10
min, discard the supernatant. (15) Add 0.5 mL 75% ethanol, re-suspend the pellet, centrifuge at 10 000 ×g for 2 min,
discard the supernatant. (16) Repeat step 15. (17) Add 0.1 mL TE to dissolve DNA after ethanol has evaporated. (18)
Estimate the concentration and the purity of the DNA solution. Store it at 4°C for immediate use, at –20°C for short time
storage and –80°C for long time storage. We compared our protocol with four frequently used and commercially available
kits. The result showed that our mCTAB method yielded much more DNA of high quality that is suitable for PCR amplifi-
cation but with much lower cost.
Key words DNA barcoding, mCTAB, plant DNA extraction, protocol
Li JL, Wang S, Yu J, Wang L, Zhou SL (2013). A modified CTAB protocol for plant DNA extraction. Chin Bull Bot 48,
72–78.
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† These authors contributed equally in this paper
* Author for correspondence. E-mail: slzhou@ibcas.ac.cn

(责任编辑: 白羽红)