转基因技术改良食物品质的研究进展

转基因技术改良食物品质的研究进展

摘要：本文先是对转基因技术和食物的概念、主要方法两个方面作了简要叙述，然后重点从转基因技术在食物改良中的具体应用和转基因技术所面临的问题等方面作了综述。

关键字：基因重组 克隆 扩增 引言

转基因技术即基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。基因工程指在体外将不同来源的DNA进行剪切和重组，形成杂合DNA或称嵌合DNA分子，然后将其导入特定的宿主细胞，得到大量扩增和表达，使宿主细胞获得新的遗传特性，产生新的基因产物。转基因技术主要有6个步骤[1]包括，目的基因的DNA片段的分离，.在体外，目的基因的重新组合，将重组DNA分子导入到受体细胞中，带有重组体的细胞扩增，获得大量细胞繁殖目的基因进一步研究分析，并设法使之实现功能蛋白的表达。转基因技术的方法体，从大量的细胞繁殖体中筛选出含有目的基因的细胞株，将选出的细胞克隆的主要有以下几种：农杆菌介导法，病毒介导法，化学物质诱导法，电激穿孔法，脂质体法，显微注射法，基因枪法，

[2]

花粉管通道法。

食物指人们每天必需摄取的营养物质，包括由于转基因技术从本质上改变生物及食物的特性，因此，越来越受到食品科技工作者的欢迎。米饭、谷类等。食物品质指食品所具有的各种特性的总和，便构成了食品质量的内涵。可以包括安全性、营养性、可食用性、经济性等几个方面，食品的安全性是指食品在消费者食用、储运、销售等过程中，保障人体健康和安全的能力。食物的品质是由本身的基因所决定，而转基因技术能从根本上改变基因组成。因此，转基因技术在改变食品品质方面具有重要作用。自1983年以来第一次转基因食品问世并开始种植，今天已经有43种植物转基因成功并开始于田间试验，其中改良食品质量的占21·4%，包括小麦、玉米、西瓜、土豆，有30多种开始商业用作。下面，我们用具体实例介绍一下基因对于食品品质的改良。

1、转基因技术在食品中的应用

1.1改良植物性食品品质的进展

1.1.1改良小麦营养品质—氨基酸、淀粉含量

由于小麦及其禾谷类作物种子蛋白质中几乎都存在着必需氨基酸匮乏的问题，即营养组成不平衡，因而影响了种子蛋白的完全利用。禾谷类作物包括小麦在内的种子储藏蛋白中最缺乏的是赖氨酸和苏氨酸，尤其是赖氨酸含量很低，赖氨酸平均含量为3．0％(1．5％~4．5％)，苏氨酸平均为1．4％(0．8％～2．0％)(Bright and Shewry，1983)。国际粮农组织FAO(food and agriculture organization)公布的氨基酸理想含量为赖氨酸5．5％，苏氨酸4％。小麦种子蛋白的赖氨酸含量变幅为1．77％～4．15％，平均为3．03％ ，远远低于FAO要求的理想含量水平，不能满足人体的需要。因此，提高蛋白质中赖氨酸的含量，对进一步提高小麦的营养品质具有重要的意义.姬生栋等[3](2001)用离子注入法转大豆DNA至小麦品种新麦9号，结果表明，当代转基因小麦籽粒蛋白质含量有明显变化，得到高蛋白f>19％)和低蛋白含量(≤13．99％ 两种极端变异新材料，并且DNA导入方式对当代籽粒蛋白质含量无影响，无论导入大豆全长DNA还是片段DNA，均引起当代小麦籽粒蛋白质含量发生显著变化为了提高小麦Lys

含量，孟超敏等用基因枪法将来自大肠杆菌的赖氨酸合成关键酶(dapA)(编码DHDPS)和来自四棱豆的高赖氨酸含量基因[4]，可提高植株的游离赖氨酸含量和种子蛋白可溶性蛋白结合态赖氨酸含量。

小麦籽粒中大约2／3的成分由淀粉组成，又可分为两类：线形的直链淀粉和高度分支的支链淀粉。在普通小麦淀粉中，直链淀粉的含量一般在25％左右。直链淀粉特有的分子结构导致了其特有的理化性，质、加工性能和应有价值。可从淀粉长链的非还原末端切下一寡糖片段(6～7个葡萄糖残基)，再将该片段转移到淀粉连中1个葡萄糖残基上，以寡糖游离的Cl与葡萄糖残基的C6羟基结合[6]，生成oL-1，6糖苷键(分枝点形成)，形成分枝，该分枝可在淀粉酶的作用下延伸。进而提高直链淀粉的含量。

1.1.2改变大豆的营养品质—蛋白质和氨基酸

大豆种子中的油脂总含量与蛋白总含量一般呈负相关． 2008年，Lardizabal[7]

等解决解决了这一问题。由于在大豆蛋白中，有90％左右为球蛋白，因此通过转基因技术农杆菌导入法将能够合成右蛋白基因导入到受体细胞中，能有效提高大豆蛋白总含量。通过转基因技术还可以大豆缺乏氨基酸的表达基因导入到大豆受体中去，以改善大豆蛋白质中氨基酸不均衡的现象及降低大豆过敏的几率【19】-【20】

。

1.1.3改变玉米营养品质

赖氨酸是玉米蛋白质中的限制性氨基酸，含量的高低直接关系到玉米的营养价值，孙学辉等通过转基因技术赖氨酸表达基因导入到玉米受体细胞中，经过表达后，提高了玉米的赖氨酸含量[8]。

玉米含磷丰富，但玉米中65％以上的磷是以植酸磷的形式存在。猪和禽类等单胃动物因缺乏分解植酸的酶而难以利用植酸，造成有效磷利用率低和环境污染等问题， 因此通过转基因技术可提高玉米中植酸酶[9]的含量，改善玉米饲料的品质，对节约成本、提高饲料利用率及保护环境等有重要的意义。 1.1.4转基因技术在植物中的特殊应用

转基因技术在食品环境保护等方面都有较深入的发展和研究。当前，用转基因植物生产基因工程疫苗成为热点话题之一，食品疫苗就是将某些致病微生物的有关蛋白基因导入到植物受体细胞中，并使其在植物受体中表达，从而在植物中产生相关的低抗疫苗，用转基因植物生产疫苗保持了其蛋白的理化特性和生物活性，有的可提纯后作疫苗使用，有的可不经提纯直接使用。如口服不耐热肠毒素转基因马铃薯后可产生相应抗体，目前已成功获得的有狂犬病疫苗，乙肝表面抗原和链球菌突变株表面蛋白等十多种转基因马铃薯·香蕉·番茄的使用疫苗。由于这些蛋白基因可长期保存于植物种子中，有利于疫苗的生产、运输、保存和推广，因此转基因植物作为廉价的生产运输方式，虽然只是刚刚起步，但是有良好的发展前景[10]。

1.2改变动物性食品的品质

猪肉是人类重要的动物性食品，猪肉中所含多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFAs）大部分为ω-6 PUFAs[11]，而对人体健康有重要价值的ω-3 PUFAs含量较少。克隆猪是将ω-3脂肪酸去饱和酶基因（sFat-1）导入到受体细胞中去得到，得到的克隆猪肉质鲜美，不油腻，脂肪含量较少。

生长激素转基因鱼中，通过外源生长激素在受体鱼中的表达，可使鱼中的肌肉蛋白含量和饲料转换率明显提高，生长速率加快。转基因猪也是类似的结果，

脂肪含量减少，瘦肉率增加。

动物牛由于缺乏△-12和ω-3脂肪酸脱氢酶而不能自身合成多不饱和脂肪酸，比如亚油酸、亚麻酸等。因而动物肉制品和奶制品含有较多的饱和脂类，而线虫及拟南芥中含有能合成不饱和脂肪酸的基因，故将线虫编码△-12和ω-3脂肪酸脱氢酶的基因FAT-2和FAT-1，以及拟南芥中编码ω-3脂肪酸脱氢酶的基因FAD3的编码区序列导入到受体细胞中，通过实验发现，FAT-2基因的表达显著提高了转染细胞的亚油酸含量，亚油酸含量为阴性对照细胞的2.4倍[12]，有利于人体对于不饱和脂肪酸的摄入。 1.3改变微生物食品的品质

在发酵食品的改善方面,酱油风味的优劣与发酵过程中产生的氨基酸两有关，与参加此类反应的羧肽酶和碱性蛋白相关的基因以克隆成功，在新建的转基因菌株中两种酶的活力大大的提高。而在制作过程中所必须的多聚半乳糖醛酸酶·葡聚糖酶·纤维素酶·果胶酶等，当用高纤维酶活力转基因米曲霉生产酱油时，可明显提高酱油的产量。而对酿酒来说，双乙酰是影响啤酒风味的重要物质，如果啤酒中含量过多，则导致啤酒产生枯瘦味儿，双乙酰的还原和发展贯穿于整个酿酒过程。在正常的发酵过程中，双乙酰由酵母细胞a-乙酰乳酸经过非酶促的氧化脱羧自然反应产生的，故除去双乙酰的主要措施之一是a-乙酰乳酸脱羧酶。而酵母细胞中不含这种酶活性，因此利用转基因技术将脱氢酶的基因导入酵母细胞中，使其表达，从而降低双乙酰的含量[13]。

酵母菌为食品工业上很重要的发酵菌元， 目前已获准商业化使用的转基因酵母菌有面包酵母与啤酒酵母。转基因面包酵母为荷兰Gist—Brocades公司，之产品，含有转殖的麦牙糖代谢酶基因(maltoseperme~se与maltase基因)[14]，在相同的面团发酵时间转基因面包酵母所产生的CO 较原面包酵母多1 1％及33％，保质期与原面包酵母类似，现在已进行商品化生产。转基因啤酒酵母为英国Brewing Research International公司的产品，含有转殖葡萄糖淀粉酶(glucoamylase)基因，可分解麦芽汁中的淀粉及糊精，生产low carbohydrate beer，被英国Agriculture and Health Ministers批准商业化使用，现在同样进行商品化生产。 总结

转基因技术前景非常广阔，应用的领域也非常广泛，比如在农药、医学、食品，但任何事物都有其两面性，转基因技术也不例外。有利因素：提高粮食产量，解决粮食短缺问题 ，转基因农作物能高效利用土地，增加其产量和质量；提高粮食品质，增加粮食营养 ，转基因技术可通过基因改造增加食品的种类和内部营养成分百分比；保护环境，保障农业的可持续发展，以增加农作的安全性。不利因素：有些转基因食品中可能含有有毒物质和过敏源，危害人体健康。造成基因污染，对其他野生生物的生长产生影响[15]。它为我们带来了充足的粮食、可口的饭菜和鲜美肉食，它促进了社会的发展和国家的发荣。它摆脱了季节对于食品的束缚，使人们四季都可以吃上新鲜的蔬菜。同时又带来了食品安全隐患，比如过敏、毒性、或引起人类基因组的改变【16】-【17】，从而是人体发生病变。但是我想，只要我们能够严格控制，仔细的研究，不断反复的实验，转基因技术所带来的弊端将会被克服，直到隐患降到最低。到那时，转基因技术才能够真正的得到发展而没有后顾之忧。总之，转基因技术不是目的，而转基因技术所为人类带来的更好更安全的食物才是我们的目的，故我们应该大力的发展、支持和关注转基因技术。

参考文献

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【4】 左娇,郭运玲,孔华,徐林,周霞,郭安平.转基因大豆安全性评价的研究进展[J].热带作物学报,2013,第7期

【5】 焦新萍,曾金红,郑云峰,江涛,李博斌,王路雯,诸葛庆,李岩冰,黄晓丽,曾红燕.发酵豆制品中转基因成分的荧光定量PCR研究[J].食品研究与开发,2013,第13期

【6】作者：赵越，吴艳芬（山东大学管理学院 山东济南 （250100））出处：商品与质量(理论研究) 2012 第4期

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【9】作者：李海青，邹敏，姚方印，刘炜（山东省农业科学院高新技术研究中心/山东省作物遗传改良与生物技术重点实验室；农业部黄淮海作物遗传改良与生物技术重点开放实验室；山东师范大学生命科学学院；莱芜市第一中学）出处：山东农业科学 2011 第7期

【10】作者：孙重霞，张桂堂，梁荣奇，张晓东 刊名：分子植物育种 ISSN：1672416X 出版日期：2012 期号：第2期

【11】作者：柳毅，张军方，张会彦，苏旭东，马晓燕，亢春雨，王雪静，张伟 刊名：大豆科学 ISSN：10009841 出版日期：2013 期号：第4期 【12】作者：励建荣 刊名：食品工业科技 ISSN：10020306 出版日期：2014 期号：第4期 【13】作者：沙洁，沙纪辉，王明 刊名：海峡预防医学杂志 出版日期：2013 期号：第5期

【14】刊名：视野 ISSN：10066039 出版日期：2011 期号：第24期 作者：宋尚新，肖红梅，高峰，周光宏，邱良焱 刊名：食品科学 ISSN：10026630 出版日期：2012 期号：第22期

【15】 高莉.专利法视阈下转基因农产品安全保障的三重维度[J].江苏农业科学，2013,第12期

【16】欧巧明，崔文娟，王伟，王红梅，王芳萍，罗俊杰，甘肃农科院生物研究所，2013，第2期

【17】马晓丽，浙江师范大学，2011，第6期 【18】李海芬 遗传学 2011 第1期

【19】 王继磊,刘迪秋,丁元明,葛锋,李文娴,田荣欢. Bt转基因抗虫植物研究进展[J]. 生物学杂志. 2010(04)

【20】冯涛,孙聪姝,刘丽君,祖伟,韩天富. 大豆遗传转化的研究进展及在农业上的应用[J]. 东北农业大学学报. 2012(03)