生物技术在茶学研究中的应用现状与展望

新疆农业大学专业文献综述题目:生物技术在茶学研究中的应用与展望姓名:唐瑾学院:食品科学与药学学院专业:食品科学与工程班级:082班学号:0840312622011年12月25日新疆农业大学生物技术在茶学研究中的应用现状与展望摘要：生物技术是一门新兴的技术，包括酶工程，细胞工程，基因工程以及发酵工程。本文综述了生物技术在茶学研究中的应用现状，并对其应用前景作了展望。关键词：酶工程；细胞工程；基因工程；发酵工程前言生物技术指有机体的操作技术。它包括酶工程、细胞工程、基因工程和发酵工程四大工程。早在几千年前我国就利用生物技术生产食品：在石器时代的后期，我国就善于酒精发酵；在公元前221年的周代后期，我国就能做豆腐并酿制酱油和醋，并且所用的基本技术沿用至今。目前，人类已在细胞及分子水平上利用生物来解决疾病防治、人口膨胀、食物短缺、能源匮乏、环境污染等一系列问题。虽然生物技术在茶学研究领域起步比较晚，但是近几年来却有力地推动了茶科学的研究发展。1酶工程的应用利用酶的高效生物催化功能，促使茶叶内不利成分及无效成分的有益转化，改善茶叶综合品质，是酶工程在茶学领域研究中的重要内容。目前用于茶学领域的酶类主要有多酚氧化酶、果胶酶、纤维素酶、多糖水解酶、β-葡萄糖苷酶、单宁酶等。谭振初等利用茶幼果作为多酚氧化酶的载体应用于红碎茶的加工中，取得了良好的效果。毛清黎报道，在红碎茶的初制中加入果胶酶、纤维素酶有利于红碎茶品质的提高。另外毛清黎利用电镜及高效液相色谱等分析手段对外源多糖水解酶提高红碎茶品质的生化机理进行了研究，结果表明：外源多糖水解酶水解叶组织细胞壁中的不溶性多糖，产生生化破损作用，使发酵茶胚酸化，提高多酚氧化酶活性，促进茶黄素形成及叶绿素降解，同时提高成茶有效成分的浸出率，从而较全面地改善红碎茶的内外品质，Takeo发现在茶叶均浆中添加β-葡萄糖苷酶后能产生芳樟醇和香叶醇，能提高茶叶的香气。游小清等用人工合成β-葡萄糖苷酶粗品进行夏茶香气改善试验，结果制得的烘青绿茶芳樟醇及香叶醇含量明显提高。LaurenS.等报道，用单宁酶处理红茶，可提高茶汤中可溶性Fe与Ca的含量，而若在绿茶加工中使用单宁酶，可部分消除夏秋茶的苦涩味，提高绿茶品质。赵和涛研究报道在绿茶加工过程中应用添加多酚氧化酶技术，可以明显提高中、低档绿茶品质，尤其对减轻夏、秋季绿茶的苦涩味；在红茶加工中添加适量微生物多酚氧化酶后使茶黄素和茶红素含量大大增多，明显的改善茶汤的色泽和香气。固定化酶技术在茶叶上的研究最初是用在解决红茶的“冷后浑”问题上，现今得到了很大的发展。丁兆堂等用CaCO3作为固化材料，对茶多酚进行体外酶性氧化，成功地制备了高纯度的茶黄素。另外，酶传感器用于茶叶内含成分的检测已有报道。崛江秀树等报道了用谷氨酸氧化酶电极测定茶叶中氨基酸及多酚类的方法。钟思强译在氧电极顶部安装L-氨基酸氧化酶固化膜，制成测定氨基酸的酶传感器，对茶叶的主要氨基酸茶氨酸，可在10-100mg/L浓度范围内直线响应，认为该传感器对于茶叶品质的评定有效。2细胞工程的应用细胞工程在茶学上主要用于茶树离体培养和茶叶内一些重要的次生代谢物质生产。茶树的离体培养研究开始于20世纪80年代。Arulpragasam等报道了利用茶子子叶得到了胚状体，并获得了再生植株。Nakanura报道了利用茶树茎得到了生根和再生植株。Sarathandra和Arulpragasam用来自田间植株的茎节作为外植体，建立了实用的茶树体外繁殖方法。离体培养可以通过不定芽或不定胚以及营养器官的途径进行。刘德华报道了利用茶树胚轴成功培养不定芽。张建华、张亚萍分别报道了采用不同茶树品种新梢一芽三四叶，以MS为基本培养基能成功诱导出愈伤组织，并分别提出诱导率较高的外源激素水平。周健等利用春季新萌发枝条的第2-3腋芽进行了茶树组培快繁技术的优化研究，得到适宜茶树组培苗增殖的条件：MS+BA2.0+NAA0.1+GA33.0mg/L。然而，离体培养在茶树上的应用目前还只是在试验研究阶段。报道已证实茶叶内富含的次生代谢物质，具有很高的营养保健功效。获得次生代谢物质传统方法是利用成茶提取工艺，存在工艺复杂且成本高的缺点。离体培养在诱导愈伤组织的同时能产生大量的次生代谢物质。利用这个特性，可以在稳定的环境条件下，采用植物培养细胞研究其生化机制，并且可以生产大量次生代谢物质。成浩，杨素娟等对不同培养条件下，培养基大量元素，微量元素和有机物质等对愈伤组织和儿茶素的积累情况进行了系统的研究，设计了儿茶素的生产培养基。袁弟顺等通过不同茶树品种诱导愈伤组织研究茶氨酸积累，发现愈伤组织的生长量与茶氨酸的含量呈显著的正相关。3基因工程的应用基因工程在茶学研究上的应用主要包括：DNA分子标记技术、茶树基因的分离和克隆以及茶树遗传转化系统。DNA分子标记技术能直接反映出茶品种基因组DNA间的差异，在茶树分类学及遗传多样性的研究，品种鉴定，亲缘关系的鉴定，构建茶树的遗传图普等方面得到广泛的应用。目前在茶研究中应用比较多的是RAPD、AFLP。陈亮等对我国15个茶树品种遗传多样性进行了RAPD分析，表明中国的茶树品种资源在DNA分子水平上具有很高的遗传多样性。金惠淑利用RAPD研究了中、韩、日茶树品种资源共46个样品的基因组DNA多态性，表明了中国茶树品种的遗传背景比韩国茶树品种复杂。Balasaravanan等运用AFLP标记技术对南印度普遍种植的49个栽培品种（中国型、阿萨姆型和禅叶型三个类群）的遗传距离进行了分析。HackettC.A以SFS150与TN14/3杂交的F1代群体为材料，采用RAPD和AFLP标记绘制了母本的遗传图普。梁月荣等利用RAPD分子标记为“晚绿”品种进行了亲缘关系鉴定。黄建安，李家贤等用祁门4号与潮安大乌叶杂交所获得的F1代群体采用AFLP标记绘制了我国第一张茶树分子标记遗传图谱，为进一步定位与克隆茶树重要经济性状基因及利用分子标记技术加速茶树优异品种选育奠定基础。另外对于SSR标记和ISSR标记在茶树品种分子鉴别和亲缘关系研究的适用性方面也有人做了相关的分析和报道。目前，一些与茶叶品质密切相关的基因已被克隆。赵东等克隆了决定红茶品质的多酚氧化酶基因。李远华等对β-葡萄苷酶cDNA进行了克隆和表达。冯艳飞等获得了茶树SAM合成酶基因的全序列序列，这对茶树逆境生理、衰老生理以及咖啡碱代谢的调控上具有重要的意义。陆建良等采用rt-PCR克隆了茶树根际土壤耐酸铝真菌ALF-1与耐酸铝相关的基因片段。陈亮等构建了国内第一个茶树新梢cDNA文库，并对EST测序成功率进行了分析。余有本等报道了茶树咖啡碱合酶（TCS）cDNA在大肠杆菌中得到高效表达，并能催化可可碱甲基化生成咖啡碱，证实具有正常的生物学活性，为将来利用微生物发酵手段生产天然咖啡碱奠定了基础。转基因技术是有目的地将外源基因导入植物并使其整和，表达和遗传，修饰原有植物遗传物质，改造不良的园艺性状，培育新品种的育种方法。MatsumotoS.等以农杆菌介导在一个抗性愈伤组织上检测到Gus活性。骆颖颖等报道用农杆菌介导法将Bt基因、IntronGUS基因和NPT1基因转入茶树中，获得了GUS瞬间表达。赵东等通过对根癌农杆菌介导茶树转化研究报道了茶树较为适宜的农杆菌转化系统。吴姗等对茶树农杆菌转化系统和基因枪转化系统的优化进行了研究，这对转基因技术在茶树上的运用奠定了基础。然而由于茶树原生质体培养尚处在研究阶段，农杆菌介导法等转基因技术目前难以取得更大的进展，还没有转基因茶树的报道。但是在茶树基因组DNA的提纯与鉴定取得了一定的成绩。4发酵工程的应用发酵工程是最先用在茶学上的生物技术。我国传统黑茶加工中渥堆过程就利用了微生物分泌胞外酶及释放的生物热，促使茶叶中的内含物质发生复杂的变化，从而形成黑茶特有的品质风味。近年来随着茶业的飞速发展，茶叶深加工急剧升温。利用食用菌及有益微生物发酵开发具有特殊风味及营养保健功效的新型茶叶制品也受到人们的重视。邬龄盛报道了玉灵菌茶的研究。另外还有灵芝菌茶、川杰菌茶、阿波番茶、红茶菌、茶酒等。夏涛等利用发酵工程的原理，建立了茶鲜叶匀浆悬浮发酵体系，并从工艺学及红茶品质形成机理角度进行了相应的基础研究，寻找到了能真实反映悬浮发酵过程中红茶品质变化规律的工艺监测参数，为悬浮发酵生产红茶饮料并实现品质在线控制奠定了工艺基础。在茶叶的综合利用方面，以茶叶的下脚料为原料利用固体发酵技术制取果胶酶、纤维素酶，适于酶法制茶工艺的应用。另外用茶叶下脚料还可发酵生产木糖酶和过氧化物酶等多种酶制剂。林心炯报道利用茶废弃物栽培毛木耳，黑木耳以及香菇。低档茶叶及茶渣还可以经过发酵直接制取动物饲料。5应用前景生物技术在茶学中的应用起步较晚，但是大大推动了茶学领域的研究。生物技术在茶学上展现了广阔的发展前景。在酶工程方面，应加快适于茶叶加工应用的酶原微生物的筛选，提高茶叶品质。在组织培养方面，应针对不同的品种和外植体来源建立简便有效的高频植株再生体系。另外在组织培养的过程中要积累大量的次生代谢物质，今后还应对该过程中代谢物质形成机制进行研究，并解决目标产物的提纯问题。茶树是多年生的作物，传统育种周期长，利用基因工程可以缩短育种时间，提高茶树育种效率。同时，开展茶树的高效遗传转化及重要性状的基因定位与克隆研究工作。农残是制约我国茶叶出口的重要因素，利用发酵技术生产高效无毒或者低毒农药解决这一问题尤为重要。参考文献[1]谭振初,毛清黎,贾海云,等.利用天然外源酶提高红碎茶品质研究初报[J].福建茶叶,1990(2):18-21.[2]毛清黎.外源多糖水解酶液发酵技术及制茶效应研究[J].茶叶通讯,1991(4):14-18.[3]游小清,王华夫.茶叶中萜烯醇配糖体的释放作用[J].茶叶科学,1994,14(1):70-73.[4]丁兆堂,王秀峰,于海宁,等.茶多酚固定化酶体外氧化产物茶黄素组成及化学发分析[J].茶叶科学,2005,25(1):49-55.[5]SarathchandraTM,Upalipd,ArulpragasamPV.ProgresstowardsthecommercialpropagationofteabytissuecultureofCamelliasinensis[J].SLJTeaScience,1990,59(2):62-64.[6]刘德华,廖利民,周带娣.茶树组织培养的研究[J].湖南农学院学报,1991,17(11):589-599.[7]张建华,毛平生,彭火辉.茶树的组培快繁技术出探[J].蚕桑茶叶通讯,2003(4):32-33.[8]成浩,杨素娟,王玉书,等.培养基组分对茶树悬浮培养细胞儿茶素含量的影响[J].茶叶科学,1995,15(2):111-116.[9]袁弟顺,林丽明,孙威江,等.不同品种茶树愈伤组织的培养与茶氨酸的积累[J].福建农林大学学报(自然科学版),2004,33(2):178-181.[10]陈亮,杨亚军,虞富莲,等.15个茶树品种遗传多样性的RAPA分析[J].茶叶科学,1998,18(1):21-27.[11]BalasaravananT,PiusPK,KumarRR,etal.GeneticdiversitybyamongsouthIndiateagermplasm(Camelliasinensis,C.assamieaandC.assamicaspp.Lasioncalyx)usingAFLPmarkers[J].PlantScience,2003,165(2):365-372.[12]黄建安,李家贤,黄意欢,等.茶树AFLP分子连锁图谱的构建[J].茶叶科学,2005,25(1):7-15.[13]赵东,刘祖生,奚彪.茶树多酚氧化酶基因的克隆及其序列比较[J].茶叶科学,2001,21(2):94-98.[14]冯艳飞,梁月荣.茶树S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因的克隆和序列分析[J].茶叶科学,2001,21(2):94-98.[15]赵亮,赵丽萍,高其康.茶树新稍cDNA文库的构建和EST测序成功率初