浅谈基因工程在食品领域的应用.doc

生物工程导论汤永生1048139王家硕1048128严翠冰1048133丁允杰1048131陆东明1048130俞顺康1048132陈琰1048129组员: 基因工程在食品工业的应用目录1.基因工程及其发展42.1基因工程的定义42.2基因工程的发展史43.基因工程在食品领域中的应用531 基因工程对食品品质的改良53.1.1 蛋白质类食品53.1.2 油脂类食品63. 13碳水化合物类73. 基因工程对绿色食品的影响83.2.1利用基因工程技术减少农药使用量83.2.2利用基因工程技术减少化学肥料施用量9结束语:10参考文献:10浅谈基因工程在食品领域的应用摘要：近几十年随科技发展，基因工程在食品中的应用越来越广泛并取得了一些研究成果。作为生物工程技术的核心，基因工程的发展与应用，给食品等领域带来了深刻的影响。本文首先回顾了基因工程的发展简史，然后介绍了基因工程在改善品质改良中的应用、其对食品产业的影响等方面综述了基因工程在食品领域的应用。基因工程将给食品工业带来更美好的前景。关键词：基因工程 食品领域 应用前言: 基因工程在食品行业中的发展日趋壮大，是21世纪最具发展潜力的产业。随着对生物分子认识水平和改造生物遗传物质手段的提高。生物技术将会解决更多人类现存的问题，为人类生活环境和生活水平的提高都会有好的发展。本文将会对基因工程在食品行业中的应用，做一系列的阐述。1.基因工程及其发展2.1基因工程的定义 狭义的基因工程仅指用体外重组DNA技术去获得新的重组基因；广义的基因工程则指按人们意愿设计，通过改造基因或基因组而改变生物的遗传特性。如用重组DNA技术，将外源基因转入大肠杆菌中表达，使大肠杆菌能够生产人所需要的产品；将外源基因转入动物，构建具有新遗传特性的转基因动物；用基因敲除手段，获得有遗传缺陷的动物等。2.2基因工程的发展史 基因工程是在分子生物学和分子遗传学综合发展基础上于本世纪70年代诞生的一门崭新的生物技术科学。一般来说，基因工程是指在基因水平上的遗传工程，它是用人为方法将所需要的某一供体生物的遗传物质-DNA大分子提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后，把它与作为载体的DNA分子连接起来，然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中，以让外源遗传物质在其中安家落户，进行正常复制和表达，从而获得新物种的一种崭新的育种技术。 基因工程是在分子生物学和分子遗传学综合发展的基础上逐步发展起来的，现代分子生物学领域理论上的三大发现和技术上的系列发明对基因工程的诞生起了决定性的作用。基因工程问世近30年，无论是基因理论研究领域，还是在生产实际应用方面，都已取得了惊人的成绩。给国民经济的发展和人类社会的进步带来了深刻而广泛的影响。3.基因工程在食品领域中的应用31 基因工程对食品品质的改良3.1.1 蛋白质类食品蛋白质类食品中的相关应用蛋白质是人类赖以生存的营养素之一，植物是人类的主要蛋白供应源，蛋白原料中有 65%来自植物。与动物蛋白相比，植物蛋白的生产成本低，而且便于 运输和贮藏，然而其营养也较低。谷类蛋白质中赖氨酸和色氨酸，豆类蛋白质中蛋氨酸和半光氨酸等一些人类所必需的氨基酸含量较低。 通过采用基因导入技术，即通过把人工合成基因、同源基因或异源基因导入植物 细胞的途径，可获得高产蛋白质的作物或高产氨基酸的作物。 Yang 等合成了一个 292个 by 的能编码高含量必需氨基酸 DNA，再把 HEAAC-DNA 导入马铃薯细胞中去， 该基因在马铃薯细胞中能表达，表达水平为 HEAA 蛋白占总蛋白的 0.35%。1990 年Clercq等用 Met 密码子序列取代了拟南芥菜 2s 白蛋白的可复区域， 所获得的转基因拟南芥菜可生产富含 Met 的 2s 白蛋白。这些工作说明通过导入人工合成 基因来修饰编码蛋白质的基因序列，来提高蛋白质中必需氨基酸含量是可行的。植物体中有一些含量较低，但氨基酸组成却十分合理的蛋白质，如果能把编码这些蛋白质的基因分离出来，并重复导入同种植物中去使其过量表达，理论上 就可以大大提高蛋白质中必需氨基酸含量及其营养价值。 小麦中有一富含赖氨酸 (Lys)的蛋白质，在其 270 位到 370 位区间有富含赖氨酸(Lys)的片断，Singh 在 1993 年成功地克隆了编码该蛋白质的。DNA，并把该基因确定为小麦蛋白质工 程的内源目的基因。 目前同源基因的研究工作尚停留在目的基因的分离和监定阶 段。 异源基因是指从分类学关系较远的植物中分离获得的目的基因。巴西豆 BN2s 白蛋白富含 Met (18%)和Cyst(8%), Altenabch 在 1991 年把巴西豆编码 BN2s 白蛋白的基因转移到烟草和油菜中去，发现 BN2 s 基因在转基因烟草中和油莱中 能很好地表达，表达水平达 8%。进一步研究还发现，构建嵌合基因的起动子的 种类会影响到 BN2 s 基因的表达水平。3.1.2 油脂类食品油脂类食品方面的应用人类日常生活及饮食所需的油脂高达 70%来自植物。 高等植物体内脂肪酸的 合成由脂肪合成酶(FAS)的多酶体系控制，因而改变 FAS 的组成就可以改变脂肪 酸的链长和饱和度，以获得高品质、安全及营养均衡的植物油。目前，控制脂肪 酸链长的几个酶的基因和控制饱和度的一些酶的基因已被克隆成功， 并用于研究 改善脂肪的品质。如通过导入硬脂酸-ACP 脱氢酶的反义基因，可使转基因油菜 种子中硬脂酸的含量从 2%增加到 40%。 而将硬脂酞 CoA 脱饱和酶基因导入作物后， 可使转基因作物中的饱和脂肪酸(软脂酸、硬脂酸)的含量有所下降，而不饱和脂 肪酸(油酸、亚油酸)的含量则明显增加，其中油酸的含量可增加 7 倍。除了改变 油脂分子的不饱和度外，基因工程技术在改良脂肪酸的链长上也取得了实效。事 实上，高油酸含量的转基因大豆及高月桂酸含量的转基因油料作物芥花菜 (Canola)在美国已经成为商品化生产的基因工程油料作物品种。3. 13碳水化合物类食品碳水化合物类食品方面利用基因工程来调节淀粉合成过程中特定酶的含量或几种酶之间的比例， 从而达到增加淀粉含量或获得独特性质、品质优良的新型淀粉。高等植物体内涉及淀粉生物合成的关键性酶类主要有:ADP 葡萄糖焦磷酸化酶 (ADPGlcpyrophosphorylase, AGPP),淀粉合成酶(Starchsynthase,SS)和淀粉分 支酶(Starchbranchingenzyme, SBE)，其中淀粉合成酶又包括颗粒凝结型淀粉合 成酶(Granule-boundstarch synthase, GBSS)和可溶性淀粉合成酶 (Solublestarch synthase, SSS)。 淀粉含量的增加或减少，对作物而言，都有其利用价值。增加淀粉含量， 就可能增加干物质，使其具有更高的商业价值。减少淀粉含量，减少淀粉合成的 碳流，可生成其它贮存物质，如贮存蛋白的积累增加。目前，在增加或减少淀粉 含量的研究方面都有成功的报道。Stark 等人利用突变的大肠杆菌菌株 618 来源 的 AGPP 基因和 CMV35 启动子构建了一个嵌合基因，并把此基因导入烟草、番茄 和马铃薯中去，结果得到极少的转达基因植物，表明 AGPP 基因的组成性表达对 植物的生长、发育是有害的，它很可能改变了植物不同组织之间源库与沉积的关 系。后来改用块茎特异表达的 Patatin 基因的启动子来构建嵌合基因，就得到了 相当多的马铃薯，转基因马铃薯块茎中淀粉的含量比传统的马铃薯提高了 35%。 在减少淀粉含量方面，Mulle:等人利用含有不同启动子和反向连接的 AGPP 大或 小亚基 cDNA 的融合基因构建表达载体， 转化马铃薯。 35S 加上反向连接的 AGPP 在 大亚基。DNA 的融合基因转化植株中，叶片的 AGPP 活性仅为野生型的 5%-30%， 块茎中 A GPP 活性降得更低，活性仅为野生型的 2%。分析转化植株淀粉含量， 结果表明转化植株块茎淀粉含量仅为野生型的 5%一 3.5%。伴随这淀粉含量的下 降，转化植株细胞内可溶性糖显著升高，蔗糖和葡萄糖分别占块茎干重的 30%和 8%。在已有的改变淀粉含量的研究之中，多数是针对 AGPP 的，反映出 AGPP 在控 制淀粉合成速率方面的重要性。3. 基因工程对绿色食品的影响32.1利用基因工程技术减少农药使用量农作物在生长过程中容易受到致病菌及害虫的影响，因此在作物种植过程中往往需要使用大量的农药控制病虫害，这是造成食物中农药残留及环境污染的主要原因。如何减少农药的使用量是绿色食品生产中的一项关键技术。采用繁衍害虫天敌、诱杀或生物防治的方法虽然可以部分替代合成农药，但是最直接有效的方法是利用基因工程技术使作物获得抗病、虫的能力。目前已采用基因工程技术将各种抗病、虫基因转移到包括大豆、玉米、水稻等多种重要农作物中，利用转基因植物自身的能力抵抗外界病、虫的危害，从而达到减少农药使用的目的。1996年以来，仅北美地区由于采用转基因抗病、虫作物已使农用化学品的使用量减少了450万t。与普通的大豆相比，种植转Bt杀虫蛋白基因的大豆可以使杀虫剂的用量减少80%。据统计，1996-1998年之间，全球种植的转基因抗虫作物不但使产量提高了10%，而且减少了250亿元的杀虫剂使用量。由此可见，利用基因工程技术增强农作物品种对病、虫害的抵抗能力，可以大大降低作物种植过程中农药的使用量，从而减少食物中的农药残留，并且能够产生良好的生态效益和经济效益，将是发展绿色食品的一个有效手段。3.2.2利用基因工程技术减少化学肥料施用量植物生长过程中需要从土壤中吸取养分，为了满足植物生长的需要、提高产量，在植物的种植过程中，往往施用大量的化学肥料。其中提供氮素营养的化学肥料(如尿素、硫酸铵等)是使用最为广泛的一种。而在绿色食品的生产过程中提倡少使用或不使用包括氮肥在内的化学合成肥料。那么能否找到一种既不使用化学肥料又能使农作物获得高产的技术呢？基因工程技术给我们带来了希望。很早之前人们就已发现，有许多细菌可以固定空气中的氮气，其中有一些可以和植物共生，这些细菌利用植物光合作用所固定的碳，向植物提供能被吸收利用的氮元素，因此可以在不施用化学氮肥的情况下，满足植物生长对氮元素的营养需求，这些能将空气中氮气(N_2)固定转化为氨的细菌被称为固氮菌。自然状态下，只有大豆等少数几种经济作物能与固氮菌共生形成根瘤。现代生物技术的发展使人们燃起了把固氮微生物制成生物肥料的希望。目前科学工作者正在对固氮酶及固氮酶基因进行深入的研究，并利用DNA重组技术对固氮酶基因进行修饰改造，一方面提高固氮菌的固氮能力，另一方面扩大能与固氮菌共生的作物种类。随着基因工程技术的进展和对固氮菌分子生物学机理研究的不断深入，将会有越来越多的农作物通过固氮菌的作用直接利用空气中的氮气，从而减少化学肥料的使用量。结束语: 基因工程技术是一门诞生不久的新兴技术，正如其它一些新技术的产生过程一样，由于人们一开始对新技术的了解程度不够，由此而产生的疑虑和争论是可以理解的。更何况基因工程技术研究的产品与人类健康息息相关。虽然现在对基因工程技术仍有许多争论，但目前科学界已基本上达成共识，即基因工程本身是一门中性技术，只要能正确地使用该项技术就可以造福于人类。参考文献:【1】 冯志强 浅谈基因工程在食品中的应用 期刊论文 -质量技术监督研究2010(2)【2】 邵学良.刘志伟 基因工程在食