9.遗传毒性
第六章遗传毒性的类型及其形成机制

p147第六章遗传毒性的类型及其形成机制突变是遗传物质中不是由于遗传重组产生的任何可遗传的改变。
突变按发生原因又分为自发突变和诱发突变。
遗传毒理学主要研究理化因素的致突变作用,即诱发突变。
已知,理化因素对DNA的损伤如果不能及时正确地修复,DNA序列将改变并导致突变。
由于突变是单个基因和基因组信息结构的改变,因此常常引起基因功能的丧失或改变。
如果这些损伤是非致死的,将导致可遗传改变。
因此,遗传毒性(genotoxicity)通常被定义为损伤DNA和改变DNA序列的能力。
即遗传毒性是指遗传学的改变(或损伤),而与一般毒性的概念有所不同,不是指遗传损伤的生物学后果如遗传病、肿瘤等。
鉴于此,本章所指的遗传毒性类型是指遗传学改变的类型,同样其形成机制也是指遗传学损伤的形成机制。
第一节遗传毒性的类型遗传毒性的类型依分类方法而异可分为不同的类型,至今尚无一致的意见。
从机制角度,可分为以DNA为靶的损伤和不以DNA为靶的损伤,前者包括基因突变(gene mu—tation)和染色体结构畸变(structural chromosome aberration),后者主要指染色体数目畸变(numerical chromosome aberration),包括整倍体(euploidy)和非整倍体(aneuploidy)改变。
从遗传损伤能否为光学显微镜所见分为细胞水平和分子水平两类损伤。
从遗传学角度或突变角度可分为基因突变、染色体结构改变和染色体数目改变三类。
从遗传毒性上来分,除三类遗传学改变外还包括DNA损伤(DNA damage)。
另外,Thilly于1986年认为整倍性改变与人类遗传病的关系极微,故主张分为基因突变作用(mutagenesis)、断裂作用(clastogenesis)和非整倍体作用(aneuploidization)。
须注意的是,近年来国外(包括国内分子遗传学界)常将mutation和mutagenesis狭义地指基因突变,而遗传毒性仅指DNA损伤。
遗传毒性的检测与评价的方法和技术

可以有几十种喷油量控制模式(瞬态与稳态)
喷油规律
在系统设计时考虑了适当的喷油规律
喷油提前角
完全由控制器ECU自动控制
喷油压力
完全由控制器ECU自动控制
怠速
可根据水温实时修正
可根据附件功率进行实时修P正PT课件
4
1.3 电喷系统的其他重要功能
电控还能:
提供附加的控制(各缸平衡、可变怠速和闭环控制、减速断油 和启动控制等等)
PPT课件
49
4.1.2 控制器ECU功能(整车部分)
车速计算及输出——供仪表和最高车速限制使用 档位计算
根据车速和发动机转速计算档位 用于挂档怠速控制,改善驾驶性 起动电机控制 排气制动控制 怠速和驱动怠速控制 挂档时发动机负载加大,采用驱动怠速控制可以实现分档控制 此时PID参数和指令怠速转速均发生变化 怠速微调——对发动机怠速转速进行细微调整 PTO控制——用于各种需要进行转速调整的场合(如:水泥搅拌机) 巡航控制——自动维持恒定的车速,减轻驾驶员的疲劳 防抖(ASD)控制 ——改善车辆在挂档起步、急加速和急减速过程的平顺性 空调控制 根据空调负载调节发动机怠速转速 根据车辆对动力性的需求和发动机的工作状况对空调压缩机进行开/关控制 燃油水含量超标报警——油水分离器中的蓄水杯水位超过一定高度是会报警 CAN通讯——整车其它控制器和仪表之间的通讯
• 3.玉柴欧三系列共轨柴油机是国家实施国3、国4标准后,在原玉柴 欧二系列发动机的基础上专门开发,重新设计进气系统,功率覆盖范 围140~390马力。与原玉柴欧二系列发动机相比,主要应用电控高 压共轨、四气门及曲轴箱结构。
• 4.玉柴欧三系列共轨柴油机具有低排放、低噪声等特点
药物毒理学-遗传毒理学

• 破坏已组装好的微管。如灰黄霉素、秋水仙碱、乙酰甲 基秋水仙碱、长春花碱可导致组装好的微管解聚;毛地 黄皂苷能通过非特异的蛋白质变性作用而破坏微管;异 丙基-N-氨基甲酸苯酯和其它氨基甲酸酯能使微管失 去定向能力。
• 妨碍中心粒移动。秋水仙碱能妨碍有丝分裂早期两对中 心粒的分离和移向两极。
毒作用效应谱 (spectrum of toxic effects)
死亡 中毒,患病 亚临床变化 体内过量负荷
致突变作用 致癌作用
药物遗传毒性评价
致突变作用的分类
• 基因突变(gene mutation)
base-pair substitution mutation frame shift mutation • 染色体突变 (chromosome mutation) chromosome aberration chromatrid aberration • 基因组突变 (genomic mutation) aneuploid euploid
遗传毒理学试验的基本类型
基因突变
染色体损伤
非整倍体
DNA 损伤
1 ·鼠伤寒沙门氏菌回复突 变试验(Ames 试验) ·大肠杆菌 WP2 色氨酸回
2 ·小鼠淋巴瘤细胞或人体 细胞 TK 位点基因突变试验
·中国仓鼠或人体细胞 HGPRT 位点基因突变试验
3 ·性连锁隐性致死突变试
4
·小鼠骨骼缺陷或白内障
遗传毒性(genetic toxicity)指对基因组的损害能力, 包括对基因组毒作用引起的致突变性及其他不同效应。
致突变性(mutagenicity)指引起遗传物质发生突变的 能力,在一个实验群体中突变率可以定量检测。遗传毒 性的概念更为广泛,它包括致突变性。
毒理学名词解释

毒理学名词解释毒理学是研究毒物对生物体的有害作用及其机制的科学。
以下是一些常见的毒理学名词的解释。
1. 毒物(toxin):指对生物体具有有害作用的物质。
毒物可以是天然产生的,如植物毒素、动物毒液、微生物产生的毒素等;也可以是人工合成的,如化学物质、药物等。
2. 急性毒性(acute toxicity):指毒物在短期内(通常是24小时)造成的有害作用。
急性毒性通常通过LD50(致死剂量50%)或LC50(致死浓度50%)来评估。
3. 慢性毒性(chronic toxicity):指毒物长期暴露下对生物体产生的有害作用。
慢性毒性通常通过长期实验或流行病学研究来评估。
4. 免疫毒性(immunotoxicity):指毒物对免疫系统的有害影响。
免疫毒性可以导致免疫功能的下降,使个体对感染和肿瘤形成的抵抗力减弱。
5. 遗传毒性(genotoxicity):指毒物对遗传物质(DNA)的直接或间接损伤。
遗传毒性可以导致突变,进而引发细胞的异常增殖及癌症。
6. 环境毒性(environmental toxicity):指毒物对环境中其他生物的有害作用。
环境毒性评估通常包括对水生生物、土壤中微生物等的影响。
7. 积累毒性(cumulative toxicity):指毒物在生物体内的蓄积及其产生的有害作用。
某些毒物如重金属可以在生物体内积累,并随着时间的推移增加对生物体的毒性作用。
8. 代谢毒性(metabolic toxicity):指毒物在生物体内发生代谢变化后产生的有害效应。
某些毒物在代谢过程中,会形成更有毒、更活跃的代谢产物。
9. 致畸毒性(teratogenicity):指毒物对胚、胎发育的有害影响。
毒物暴露在妊娠期间可能导致胚胎畸形、身体缺陷等。
10. 致突变毒性(mutagenicity):指毒物对遗传物质产生突变的能力。
致突变物质可以引发细胞的DNA损伤,从而增加癌症和遗传病的风险。
这些是毒理学中常见的一些名词解释,它们是研究毒物对生物体影响的重要概念。
《遗传毒性及机制》课件

风险控制措施
物质的安全标准 和限值,限制其在食品、饮用
水等领域的含量。
加强监管
加强对遗传毒性物质的监测和 监管,确保其安全使用和管理
。
替代品研发
鼓励和支持科研机构和企业研 发低风险或无风险的替代品, 减少对遗传毒性物质的依赖。
提高公众意识
加强公众对遗传毒性物质的认 识和防范意识,倡导健康的生
染色体畸变检测的方法包括荧光原位杂交、染色体显带技术、比较基因 组杂交等,这些方法能够检测出染色体的畸变,并对其发生机制进行深 入研究。
微核检测
微核检测是评估遗传毒性物质对细胞分裂和染色体分离影响的重要手段。
微核是由于细胞分裂过程中染色体畸变或异常分离形成的微小细胞器,其数目和形 态可以反映细胞分裂和染色体分离的异常情况。
基因突变检测主要通过分析生物体基 因序列的变化,包括碱基对的替换、 插入和缺失等,以评估遗传毒性物质 对基因的损伤程度。
染色体畸变检测
染色体畸变检测是评估遗传毒性物质对生物体染色体结构影响的重要手 段。
染色体畸变检测主要通过分析染色体数目的变化和结构异常,如染色体 断裂、易位、重复等,以评估遗传毒性物质对染色体结构的损伤程度。
微核检测的方法包括流式细胞术、荧光显微镜观察等,这些方法能够快速、准确地 检测出微核的数量和形态,并对其发生机制进行深入研究。
遗传毒性物质的风
04
险评估与控制
风险评估方法
定量风险评估
01
通过数学模型和统计学方法,对遗传毒性物质的风险进行量化
和预测。
定性风险评估
02
基于专家判断和经验,对遗传毒性物质的风险进行评估和分类
DNA交联
某些化学物质能够使两个或多个DNA 碱基之间形成共价键,导致DNA复制 受阻或转录异常,引起基因表达异常 或细胞死亡。
遗传毒性及其评价

外源化学物的遗传毒性及其评价第二军医大学毒理学教研室张天宝基本概念遗传毒理学(genetic toxicology)研究环境因素对机体遗传物质和遗传过程的作用, 阐明遗传毒性对机体健康的后果及其作用机制, 为防止环境因素对遗传物质的损伤、增加生物的遗传负荷,保护生态平衡和人体健康提供科学依据的一门毒理学分支学科。
遗传负荷(genetic load):一个群体由于有害等位基因存在而使适应度下降的现象。
以人群中平均每个个体携带的有害基因的数量来表示。
种瓜得瓜,种豆得豆遗传—生物子代与亲代之间的相似性世界上没有两片完全相同的树叶变异(Variation )—物种在个体间或各代间性状存在差异1901年发表突变学说《Die Mutations theorie》,报告X线能改变生殖细胞的遗传物质, 首次提出突变(Mutation) 这一术语,并提出生物的进化是因突变产生的理论。
Mutation mutare(to change)荷兰植物生理学家和遗传学家窦佛里斯(de Vries,Hugo 1848—1935)托马斯·亨特·摩尔根(Thomas Hunt Morgan 1866~1945)1909年发现自发突变(在红眼果蝇中发现了白眼果蝇),并把400多种突变基因定位在染色体上被誉为“遗传学之父”1927年,遗传学家缪勒(Müller)发现离子辐射可以造成果蝇的“基因”突变,并且确定了这些突变发生在染色体上,可以遗传给后代。
因此,通常将缪勒的发现作为是突变研究起始的标志H. J. Muller夏洛特奥尔巴契(Charlotte Auerbach)(1899–1994)In 1941 University of Edinburgh geneticist Charlotte Auerbach and her pharmacologist colleague John Michael Robson discovered chemical mutagenesis.Auerbach findings, provided strong evidence that highly toxic chemicals were capable of changing the genetic structure of living organisms.突变研究简史年份事件作者1904 1927 1943 19511966 1969发现X射线可以改变生殖细胞的遗传物质用X射线照射发现可以引起基因突变发现芥子气可诱发基因和染色体畸变用X射线可诱发小鼠突变化学物可诱发小鼠突变成立国际环境诱变剂学会de VriesMullerAverbach&RobsonRussedGuttanach?突变(Mutation)变异(Variation )=突变(Mutation)—遗传物质可遗传的变异(基因、染色体)突变是一种遗传状态,是可以通过复制而遗传的DNA结构的永久性改变。
遗传毒性

基因库(gene pooL) 是指一种物种的群体中在生殖细胞内具有、并能传给 下一代的全部基因的总和
遗传负荷(genetic load) 系指一种物种的群体中每一个个体携带的可遗传给下 一代的有害基因的平均水平。
第三节 遗传毒性的常用试验方法
第一类:检测基因突变 第二类:包括染色体结构和/或数目的异常改变 第三类:测定DNA的损伤
1927年,Muller发现X射线引起果蝇性连锁隐性致死性突变
1942年,Auerbach和Robson发现芥子气的对果蝇有致突变性
1969年,国际环境诱变剂学会(EMS) 成立 创办Mutation Research杂志
20世纪70年代形成一个新的分支学科――遗传毒理学
1989年,我国环境诱变剂学会成立 同年创办《癌变.畸变.突变》杂志
最常用的是淋巴细胞
MN
图1-2-2 有1个微核的双核淋巴细胞(1000×)
图1-2-3 有3个微核的双核淋巴细胞(1000×)
三、DNA损伤的测试方法
1.单细胞凝胶电泳实验(SCGE)
也称彗星实验,1978年,Rydcbert B创建, 1988年, Singh等对操作方法具体描述。
原理:各种因素诱发细胞DNA损伤后影响DNA的高级结 构,使其超级螺旋松散,经原位裂解、DNA解链等过程 后,损伤的DNA断片在电泳时从核中溢出,朝阳极方向 移动,产生一个尾状带,未损伤DNA部分保持球形。
ABCDEFGHIJ ABCDEKLMFGHIJ ABCD GHIJ ABCKLMGHIJ ABCDEFGHIJABCDEFGHIJ ABCDEFDEFGHIJ ABCDEFGHIJABCDEFGHIJABCDEFGHIJ ABCGFEDHIJ
图 7-2 DNA重排示意图
遗传毒性的分子机理研究与应用

遗传毒性的分子机理研究与应用遗传毒性是指某种物质在生物体内通过遗传变异或DNA损伤等方式引起的生物遗传系统的异常反应。
每年,环境中存在很多有毒有害的化学物质、毒素、重金属等物质,这些物质的存在给人体健康带来了很大的威胁。
因此,关于遗传毒性的分子机理研究和应用就变得尤为重要。
一、遗传毒性的分子机理研究1. DNA损伤和修复机制DNA是生物体中重要的遗传物质,而DNA的损伤是遗传毒性的始作俑者。
遗传毒性所引起的DNA损伤可以分为单一DNA链损伤和双DNA链损伤两种。
DNA损伤后,生物体的细胞通过一系列的修复机制来修复受损的DNA。
包括碱基切除修复(BER)、核苷酸切割修复(NER)、错配修复(MMR)和同源重组修复(HR)等。
这些过程中都包含了许多复杂的酶系统,以及对DNA损伤的识别和信号传递的分子通路。
这个研究范围极为广泛,因此,很多分子和信号通路的研究团队已经投入到了这个领域。
2. 色素体的DNA损伤色素体是有自己独立的DNA分子的细胞器。
色素体中的环氧酶、酰胺酰基转移酶等酶系统是毒性化学物质作用于色素体DNA的关键分子。
另外,与正常DNA不同,色素体DNA中没有自我修复和复制系统,一旦受损,就无法被排除。
而色素体DNA的损伤会引发氧化还原催化和洋葱化反应的发生等,最终导致癌症的生成。
3. 突变突变是DNA损伤的一种特殊形式,会导致信息的不完整传递或转换。
突变包含了点突变(包括碱基替换、硬应变、软馈应等)、插入突变、缺失突变等。
而突变引起的细胞损伤和癌症却是无法忽略的事实。
二、遗传毒性的应用1. 确定化学物质的毒性利用体外细胞毒性试验来评估某种化学物质的毒性,有很多的实际应用场景。
这样的技术可以减少动物实验的使用,提高测试的速度和准确性。
现在,已经有许多的细胞系列可以应用于这个测试,常规的只包括小鼠淋巴细胞体外细胞毒性试验(MN-Test)和细胞核微核实验(MNmicTest)。
2. 暴露监测和污染控制实践证明,环境中存在许多有毒有害的化学物质、毒素、重金属等物质,这些物质的存在对环境和人体健康都有很大威胁。
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菌株
TA 1535 TA 1537 TA 98
组胺酸 缺失 突变 修复 LPS VIT G 46 urvB- rfa- bioC3076 urvB- rfaD3052 urvB- rfabiobio-
质粒 ----pKM101
化学物质直接与DNA相互作用
• 碱基类似物取代:如5-溴脱氧嘧啶核苷化学结构:如亚硝酸能
使腺嘌呤和胞嘧啶发生脱氨基作用;
• 碱基烷化形成加合物:主要烷化剂包括烷
基硫酸酯(如甲基磺酸甲酯)、N-亚甲基 化合物(如二甲基亚硝胺)、环状化合物
(如氮芥)以及卤代亚硝基脲4类。
TK -/- cells (TFT resistant & THMG sensitive) TK +/- cells (L5178Y, TK6, WTK1) treated by chemicals, and then selected by TFT (trifluorothymidine) The growing colony — TFT resistant ( TK -/- ) mutant
Spontaneous reverse mutation (selected by THMG medium)
L5178Y-3.7.2 cell line ( tk +/- )
TK +/- cells (TFT sensitive & THMG resistant) Mutagen treatment
Target cell:Mouse lymphoma L5178Y tk +/- 3.7.2C cell line ( D.Clive & P.Voytek. Mutat Res, 1977 )
L5178Y-3 cell line ( tk +/+ )
EMS treatment
L5178Y-3.7 cell line ( tk -/- )
和染色体结构畸变)和非DNA为靶的损伤
(染色体数目畸变,包括整倍体和非整倍
体改变);
基因突变
• 定义:基因在结构上发生了碱基对组成和 排列顺序的改变; • 基本类型: 碱基置换(base substitution) 移码突变(frame shift mutation)
大段损伤(large segment damage)
培养基
• 不含马血清的RPMI1640培养基
染色体畸变
• 包括染色体结构畸变和染色体数目畸变;
• 在观察细胞中期分裂相时可以看到; • 基本类型为断裂,能诱发染色体断裂的物 质称为断裂剂;
染色体结构畸变
• 染色单体型 • 染色体型
类型
• 裂隙(gap) • 断裂(break) • 缺失(deletion),断片,微小体 • 环形染色体(ring chromosome)或无着丝粒环 (acentric ring) • 倒位(invertion)
可检测的 突变类型
碱基置换 移码 移码
TA 100
G 46
urvB- rfa-
bio-
pKM101
pKM101
碱基置换
碱基置换
WP2uvrA tryp E uvrA
-
剂量设置
• 阴性对照组/溶剂对照组;
• 受试物至少五个剂量组; • 阳性对照组;
方法
• 平板掺入法:
1)0.1 mL受试菌液;
2)0.1 mL受试物、溶剂对照或阳性物溶液; 3)0.5 mL磷酸钠缓冲液/S9混合液; 4)2.0 mL融溶的顶层琼脂 (0.6%琼脂、0.5% NaCl、0.5 mM生物素和0.05mM L-组胺酸 ) 混合后,铺于底层琼脂上,室温凝固。
• DNA嵌入分子链:如某些多环烃的环氧化 合物。
有丝分裂毒物
• 不直接作用于DNA,而是作用于纺锤体、
中心粒和其它核细胞器,干扰有丝分裂,
间接诱发染色体畸变。
DNA损伤的修复
• DNA具有自身修复能力,清除受损的DNA
片断,合成新的片断来替换;
• 修复过程依靠酶(核酸内切酶和外切酶,
以及DNA聚合酶)
DNA损伤的修复
• 复制前改正错误(损伤逆转和切除修复);
• 复制时避免错误(DNA聚合酶和3’,5‘-核酸外切
酶);
• 复制后避免错误; • 复制后DNA修复。
遗传毒性的危害
DNA损伤 体细胞突变 (胚胎接触) 修复效率 生殖细胞突变
良 性 肿 瘤
恶 性 肿 瘤
细 胞 衰 老
已分化 的胚胎 细胞受 损
伤
• 自发突变率高,需要定期清除自发突变。
Thymidine Kinase (TK): 233 amino acids Coded by the autosomal tk gene tk gene: Situated at the distal end of the q-arm of chromosome 11 (mouse) or chromosome 17 (human) Size of tk gene: 11 kb with 5 introns tk locus mutation: tk+ tk- allele caused by T G transversion at position 489
• 遗传损伤
1.姐妹染色单体交换试验(SCE) 染色体同一位点上DNA复制产物的互换,
可能与DNA断裂的复合有关。主要发生在
DNA合成期,可以表示细胞在S期受损后修 复的程度。
2 程序外DNA合成试验
程序外DNA合成指细胞内由DNA修复系统
进行的DNA合成。可检测受试物引起DNA 损伤、启动修复机制的能力。
程中的伴随现象,来确定化学物质产生遗
传物质损伤并导致遗传性改变的能力。
一般原则
• 目的:识别人群接触的诱变剂并确定其危 险度。评价化学物质对生殖细胞的损伤,
引起下一代的健康危害。
• 方法学原则:应用不同范围,不同观察终 点(基因和染色体水平)的一组试验方法 来评价。
常用遗传毒性测试方法
• 基因突变
自发突变和诱发突变
• 自发突变:由于普遍存在的未知因素的作用下,
在自然条件下发生的突变;特点是发生过程长,
频率低,与物种进化有关;
• 诱发突变:由已知的某种化学、物理和生物等因
素所引起的突变,特点是发生过程短,频率高,
对人类造成不可逆的危害;
• 诱变性(Mutagenicity):化学物质或其它环境 因素引起的遗传物质发生突变的能力。 • 致突变作用(Mutagenesis):化学物质和其 • 诱变剂(Mutagen):能引起生物体遗传物质
它环境因素引起生物体遗传物质的致突变效应。
发生改变的化学物质或任何环境因子,也称为
遗传毒物。
• 直接诱变剂:化学物质或环境因子本身就
能引起突变的;
• 间接诱变剂:化学物质本身不能引起突变, 必须经过体内代谢活化成活性代谢产物后,
才能具有致突变性。
诱发突变的类型
• 遗传终点--基因突变(gene mutation) 和染色体畸变(chromosome aberration); • 作用机制--DNA为靶的损伤(基因突变
鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验(Ames)
哺乳动物细胞基因突变试验(TK,HGPRT) 果蝇伴性隐性致死试验(检测果蝇X染色
体上的隐性致死性突变)
• 染色体畸变 染色体畸变试验 微核试验
显性致死试验(显性致死是精子发生过程中多个
染色体断裂引起的杂合子死亡,可用于检测受试 物对整体哺乳动物生殖细胞遗传损伤作用,观察 胚胎死亡情况)
内重复: ABC DEFDEF GHIJ
放大:ABCDEFGHIJ ABCDEFGHIJ ABCDEFGHIJ ABCDEFGHIJ
倒位: ABC FED GHIJ
正向突变和回复突变
• Forward mutation:
野生型→突变型 • Back/reverse mutation: 突变型→野生型
3 测试DNA加合物
大多数化合物在体内代谢产生的活性中间
产物具有很强的化学活性,常与大分子发 生共价结合,形成DNA加合物,其有不同
的分布特征,常用于肿瘤的生物标记物。
新药安全评价中遗传毒性试验的标准组合
• 细菌回复突变试验
• 小鼠淋巴瘤细胞突变试验/染色体畸变试验 • 微核试验
Ames试验
• 测试系统:细菌
• 包括代谢活化和非代谢活化条件
• 在处理后24和48小时收获细胞 • 代谢活化条件下,受试物处理时间为3小时
读片分析
• 有丝分裂指数-毒性
• 染色体结构畸变 • 染色体数目畸变
小鼠淋巴瘤细胞突变试验(MLA)
• 试验系统 小鼠淋巴瘤L5178Y TK+/-细胞 • 既能够检测点突变,也能够检测出大的染色体损
• 预培养法
将下列物质在冰浴上混合: 0.5 mL S9混合液或0.5 mL磷酸缓冲液 0.1mL过夜培养菌液(大约108菌量) 0.01 mL受试物溶液(或对照,溶剂和阳性对照 物溶液) 将该混合液在37℃下培养20分钟(水浴中)。 然后加入2mL含有0.6%琼脂、0.5%NaCl、0.5 mM 生物素和0.05mM L-组胺酸的融溶顶层培养基, 铺至基础培养琼脂表面(V-B培养基E),在室温 下凝固。
代谢活化系统
• 大鼠肝S9混合液
• S9制备方法:取5只雄性大鼠,处死大鼠的前5天
单次腹腔注射给予500 mg/kg的Aroclor 1254。处
死,放血,无菌取肝组织,匀浆,经9000g离心10
分钟后的上清液部分为S9。将S9分装成2-4mL/管,