植物總 RNA 的提取是分子生物學實驗（如 qRT-PCR、轉錄組測序）的關鍵第一步。然而，植物組織具有堅固的細胞壁、富含多糖多酚以及高活性的 RNase，使得高質量 RNA 的獲取充滿挑戰。傳統液氮研磨方法效率低下、重復性差，且過程中易導致 RNA 降解。本解決方案詳細介紹了高通量組織研磨儀如何通過高效、低溫、標準化的研磨步驟，成為解決這一技術難點的理想工具。

1. 技術挑戰與解決方案原理

1.1 植物 RNA 提取的主要挑戰

細胞壁堅固：許多植物組織（如葉片、根、種子）具有堅韌的纖維素和木質素細胞壁，物理上難以有效破碎，導致細胞內容物釋放不充分。

RNA 易降解：植物細胞中含有大量內源性 RNase，一旦組織破碎，RNase 會迅速釋放并降解 RNA。傳統的液氮研磨過程中，若研磨時間過長或溫度回升，極易導致 RNA 大面積降解。

干擾物質多：植物組織通常富含多糖、多酚、色素等次生代謝物。這些物質在研磨后與核酸共提，會嚴重抑制后續的酶促反應（如逆轉錄、PCR）。

通量與一致性低：手動研磨效率低，難以處理大批量樣本，且不同操作者或同一操作者不同時間點的研磨效果差異大，導致實驗重復性差。

1.2 高通量研磨儀的解決方案

高通量組織研磨儀通過其獨特的工作原理，針對性地解決了上述難題：

高效破碎：通過研磨珠（如氧化鋯珠）在高速振動下產生的巨大撞擊力和剪切力，瞬間突破植物細胞壁，實現細胞充分破碎。

低溫防降解：設備支持預冷凍適配器技術，可在研磨全程維持樣本處于 - 50℃以下的低溫環境。此低溫條件能有效抑制 RNase 活性，為 RNA 的完整性提供關鍵保護。

標準化流程：自動化的參數設置（時間、頻率）確保了所有樣本在一致的條件下得到處理，消除了人為誤差，保證了批次內和批次間的高度可重復性。

高通量處理：一次運行可同時處理多達 96 個甚至 192 個樣本，顯著提升了實驗效率，滿足了轉錄組學等研究對大樣本量的需求。

圖：高通量組織研磨儀工作原理示意圖

2. 標準化操作流程方案（以典型植物葉片為例）

2.1 實驗前準備

設備與耗材：

高通量組織研磨儀、專用冷凍適配器及底座、2ml 離心管、氧化鋯研磨珠（直徑 3-5mm）、液氮、預冷的植物 RNA 提取試劑盒

安全防護：

佩戴防凍手套、護目鏡和實驗服，全程規范操作液氮。

2.2 操作步驟

樣本準備：取適量植物葉片（約 50-100mg），用無菌刀片快速切碎，放入 2ml 離心管中；立即向管內加入一顆研磨珠和適量的裂解液（如 TRK 裂解液，其中可能已包含硫基乙醇等 RNase 抑制劑）；蓋緊管蓋，短暫渦旋混勻。

適配器預冷：將裝有樣本的離心管對稱地放入適配器的孔位中，確保平衡；將整個適配器輕輕浸入液氮中，冷凍 1-2 分鐘，直至液氮停止劇烈沸騰。

設備參數設置：迅速將預冷好的適配器從液氮中取出，立即安裝到研磨儀上并鎖緊；在觸摸屏上設置研磨參數，推薦起始參數為頻率 30Hz、時間 45 秒、循環次數 1 次。

啟動與回收：確認設備蓋閉合后，啟動研磨程序；程序結束后，立即取出適配器，并快速將樣本管轉移至冰上；短暫離心（如 12000 rpm，30 秒），使管內壁的冷凝水和裂解物匯集至管底；立即進行后續的 RNA 提取步驟（如相分離、沉淀、洗滌等）。

2.3 關鍵注意事項

速度至關重要：從液氮中取出適配器到啟動研磨的間隔時間應盡可能短（建議在 30 秒內），以防止樣本解凍。

平衡放置：樣本管必須對稱放置，以確保儀器平穩運行和所有樣本研磨效果一致。

參數優化：對于不同質地的植物組織，需對研磨時間和頻率進行優化。例如，多肉組織可適當降低時間頻率，而木質化根莖則需增加。

表：不同植物組織類型的推薦研磨參數

3. 方案優勢與質量評估

本解決方案相比傳統方法，在 RNA 的質量、得率和實驗效率上均有顯著提升。

3.1 核心優勢

   優良的 RNA 完整性：全程低溫操作最大限度地保護了 RNA，經 Agilent 2100 Bioanalyzer 檢測，提取的總 RNA 的 RNA 完整性指數通常優于 8.0，28S/18S rRNA 條帶比值清晰接近 2:1，滿足高通量測序的嚴苛要求。

高得率與高純度：高效的破碎確保細胞內容物釋放。使用本方案從擬南芥葉片中提取的總 RNA 得率通常穩定在 4-6 μg/mg 組織之間；核酸蛋白檢測儀顯示，OD260/280 比值通常在 2.0-2.1 之間，OD260/230 比值大于 2.0，表明 RNA 中蛋白質和多糖 / 多酚類雜質污染極少。

   優異的重復性：自動化流程消除了人為變量。在同一批次內，不同樣本間 RNA 得率的變異系數可控制在 5% 以內，為準確的基因表達定量分析奠定了堅實基礎。

高效的實驗流程：可在 10 分鐘內完成 96 個樣本的研磨準備，極大縮短了樣本前處理時間，使研究人員能將更多精力投入到數據分析中。

4. 總結

   高通量組織研磨儀通過將高效機械破碎與全程低溫控制相結合，為植物總 RNA 提取這一經典難題提供了高效、穩定、可靠的完整解決方案。它不僅解決了 RNA 降解和多糖多酚污染等技術痛點，更通過其高通量和標準化的特性，顯著提升了科研工作的效率和數據的可靠性，是進行大規模植物分子生物學研究的重要工具。