搜索
孙荣欣轻化工程系Theapplicationofgeneticengineeringinfoodanditssafety《食品生物技术概论》一、基因工程概述二、基因工程技术在食品中的应用三、转基因技术对食品安全性的影响观看电视辩论：转基因食品，是天使还是魔鬼？主要内容：二十一世纪被誉为“生物技术世纪”，基因工程是生物技术领域的先导技术，它正以爆炸式的方式迅速发展。渗透到农业、食品工业、医药业等各行各业，深刻地影响着人类本身及人类社会进程。转基因动植物的研究开发对于解决人类面临的生存发展问题显示出巨大的作用。但是，基因工程产品，尤其是转基因食品带来的安全性问题也引起了全世界范围内的密切关注。这样的香蕉你见过么？这样的猪你见过吗？如此梦幻般的蓝玫瑰呢？Haveyouseen?不管你愿不愿意，你己经或者正在把转基因食品吃进肚里！转基因食品已经走进我国百姓的生活。我国已经成为世界上第四大转基因食品的生产国家。Haveyoueatengeneticallymodifiedfoods?近几年来，我国大量从美国、阿根廷等国进口大豆，其中大部分是转基因大豆。我国有一半以上的大豆色拉油含有转基因成分。2010年4月，中国最重要的水稻产地湖南、湖北的种子市场上发现正违法出售的转基因水稻种子。转基因食品有哪些？中国农业部已经批准种植的转基因农作物有甜椒、西红柿、土豆。进口的转基因食品有大豆油、菜籽油、大豆等。目前只有花生油不是转基因的。麦当劳、肯德基的食品基本全部是转基因的。在我国，转基因大米也在悄悄流入市场。转基因甜椒转基因西红柿转基因大豆转基因甘薯转基因番茄转基因甜椒转基因苹果转基因鱼转基因水稻转基因土豆转基因玉米问题的提出基因工程在食品中有哪些应用？究竟什么是转基因食品？转基因食品是否安全？它是否存在长期的隐患？基因工程又叫转基因技术，应用这项技术，人们可以按照自身的意愿，向生物体植入一个或多个遗传物质—基因，以对该生物进行遗传“修改”，使其具备某个或某几个原来不具备的新性状，如抗病性、高产性等。第一节基因工程概述一、相关概念1、基因2、转基因3、基因工程（转基因技术）4、转基因生物5、转基因食品1、什么是基因（Gene）？基因的定义是“含特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传信息的功能单位”。它是决定生物特性的物质基础。当DNA是遗传物质时，基因是有遗传效应的DNA片段。当RNA是遗传物质时，基因是有遗传效应的RNA片段。要指出的是：并非所有的DNA序列都是基因，只有其中某一特定的核苷酸区段才是基因的编码区。2、什么是转基因（GeneticallyModified）？是指将不同来源的DNA分子进行重组，克服了天然物种生殖隔离的屏障，将具有某种特性的基因分离和克隆，再转接到另外的生物细胞内。从而可以按照人们的意愿创造出自然界中原来并不存在的新的生物功能和类型。3、基因工程（GeneticEngineering）又称分子克隆、DNA重组技术、转基因技术。是指使用转基因技术或分子生物学技术(不包括传统育种、细胞及原生质体融合、杂交、诱变、体外受精、体细胞变迁及多倍体诱导等技术)，将遗传物质导入活细胞或生物体中，产生基因重组现象，使之表达并遗传的相关技术。4、转基因生物（GeneticallyModifiedOrganisms）定义：是指遗传物质基因被改变的生物，其基因改变的方式是通过转基因技术，而不是以自然增殖或自然重组的方式产生。简称：GMO种类：转基因生物包括：转基因动物转基因植物转基因微生物。其中最主要的是转基因植物。5、转基因食品（GeneticallyModifiedFoods）是指用转基因生物制造、生产的食品、食品原料及食品添加物等。简称：GMF二、转基因技术的主要内容：1、获得目的基因；从生物体细胞内提取目的基因片断，需要基因的剪刀——限制性内切酶。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切割点上将DNA分子切断。2、将目的基因与载体连接形成重组DNA；将目的基因与运载体DNA连接，需要基因的针线——DNA连接酶。基因进行了切割以后就有了切口，怎样才能将有切口的基因与其他基因缝合在一起呢？要利用连接酶的作用：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。3、将重组DNA导入受体细胞；如何将外源基因（重组DNA分子）送入受体细胞呢？能将外源基因送入细胞的工具就是运载体。运载体的种类有：质粒、噬菌体和动植物病毒。4、筛选出能表达外源目的基因的受体细胞案例：转基因植物获得新的性状三、基因工程的特点1、生物的基因可以在人类、动物、植物和微生物四大系统间进行交流；2、变异可以定向进行；3、改良和培育新产品；4、促进快速生长，缩短育种年限；5、获得高产量和高质量；6、增强抗逆性(抗旱、寒、涝、热、病毒和虫害)；7、大大降低成本；8、生产出口味更佳的食物。第二节转基因技术在食品中的应用运用基因工程技术可以根据人类的需要，人为地设计新型的食品及食品原料。其在食品中的应用可以分为以下三个方面：1.Theapplicationofgeneticengineeringinplantfoods(A)Modifiedtheediblequalityofplantfood改良植物食品的食用品质Modifiedthefattyacidcompositionofoilplant改变油料作物的脂肪酸组成Modifiedtheconstituteandcontentofstarch改变淀粉组成及含量IncreasevitaminAcontentincereal提高谷物中维生素A含量Improvethebakingqualityofwheat提高小麦烘焙性能Modifiedtheprotein,andaminoacid,removethebeanyflavorinsoybeans改变大豆中的蛋白质、氨基酸、脱除豆腥味案例：1）减少饱和脂肪酸的含量：和动物脂肪相比，植物油中饱和脂肪酸的含量较低(比动物脂肪少40％一50％)，这有利于降低人体中胆固醇的含量。然而，多数植物油中仍含有10％一20％的饱和脂肪酸，因此，降低植物油中饱和脂肪酸的含量也是人们所希望的。通过常规育种，人们曾获得饱和脂肪酸含量低的油料作物，但是它们通常都不高产。利用基因工程，可以在高产的前提下降低植物油中饱和脂肪酸的含量。2)用转基因技术合成ω-３脂肪酸ω-３脂肪酸是人体必需的不饱和脂肪酸，ω-3脂肪酸是一种脂肪酸，是深海鱼油的重要成分之一。医学研究表明，这种脂肪酸可降低胆固醇和血压，有助于预防人类的心血管疾病。但这种物质只能从食物中摄取。据报道，英国赫特福德郡洛桑研究所科学家2007年从一种名为海链藻的单细胞海藻中分离出关键基因，并将其植入亚麻和油菜中。实验证实，这些农作物可以合成出通常只在深海鱼类中存在的ω-３脂肪酸。知识点：ω-3脂肪酸是一条由碳、氢原子相互连结而成的长链（18个碳原子以上），其中间有3-6个不饱和键（即双键）。因其第一个不饱和键位于甲基一端的第3个碳原子上，故名ω-3。3）提高食物中营养素的含量①提高维生素的含量：维生素是人类缺乏的主要营养素之一。据统计，全世界超过1．24亿的儿童缺乏维生素A。英国剑桥的兴根塔育种公司的研究人员已经培育出了一种命名为“金稻-2”的新型转基因水稻，其维生素A原（胡萝卜素），的含量比传统水稻提高了20多倍。知识点：维生素A原能在人体内转变成维生素A，对防止儿童夜盲症十分重要，目前，全世界每年约有50万儿童患夜盲症。②提高微量元素的含量：铁蛋白是生命有机体铁贮藏蛋白的一个主要方式。据报道，在水稻中引入大豆铁蛋白基因，该基因在水稻种子特异性表达启动子的调控下表达，转基因水稻种子中铁元素的含量增加了3倍。Goldenrice利用基因工程把富含某种氨基酸的外源种子贮存蛋白的基因导入缺乏该氨基酸的植物中，可大大改善其营养品质。例如：将蚕豆中一种富含赖氨酸和甲硫氨酸的蛋白基因转入玉米中进行表达，显著提高了玉米的这两种人体必需氨基酸的含量，提高了玉米的营养价值。知识点：种子中的蛋白质称为种子贮藏蛋白。禾谷类植物种子中蛋白质含量一般占种子干重的7％-14％，大豆则高达15％-40％。但种子贮藏蛋白由于缺少某些必需的氨基酸而营养不够完全，如玉米中相对缺乏赖氨酸，而大豆则缺乏蛋氨酸、半胱氨酸等含硫氨基酸。4）利用基因工程改良面粉的弹性面包生产需要高蛋白质含量的小麦，而目前的小麦品种含蛋白质较低，将高效表达的蛋白基因转入小麦，将会使做成的面包具有更好的焙烤性能。利用基因工程改良面粉弹性的方法是：通过增加麦谷蛋白HMW-亚基基因拷贝数来增加HMW的含量。知识点：小麦种子贮藏蛋白中的麦谷蛋白的HMW-亚基是决定面包烘烤质量的因素之一。麦谷蛋白HMW（HighMolecularWeight）亚基的N端和C端具有非重复的氨基酸序列，而蛋白质分子的大部分序列是六肽和九肽的重复单位，使麦谷蛋白具有较好的弹性。N端和C端含有Cys(半胱氨酸)残基，从而形成分子间二硫键，产生高分子量的聚合物，这些聚合物使生面团具有较好弹性。（B）Improvementinfruitandvegetableshelf-lifeandorganolepticquality增加果蔬贮藏、保鲜性能目前，水果蔬菜品质改良是育种的主要目标之一。将一些有价值的外源基因导入果蔬中，对改良其菜品质是大有作为的。人类第一个用于商业化生产的转基因植物品种就是1994年美国Calgene公司推出的转基因耐贮番茄FlavrSavr，1996年我国相继批准了转基因耐贮藏“华番l号”番茄、转基因抗黄瓜花叶病毒番茄8805R和甜椒“双丰R”进入产业化生产。例1：番茄延熟是基因工程研究较多而且比较成功的例子。番茄是营养丰富、经济价值较高的果蔬，但它不耐贮藏。为了解决番茄这类果实的贮藏问题，研究者发现，控制植物衰老激素乙烯合成的酶基因，是导致植物衰老的重要基因，如果能够利用基因工程的方法抑制这个基因的表达，那么衰老激素乙烯的生物合成就会得到控制，番茄也就不会容易变软和腐烂了。美国、中国等国家的多位科学家经过努力，已培育出了这样的番茄新品种。这种番茄抗衰老，抗软化，耐贮藏，能长途运输，可减少加工生产及运输中的浪费。见下图：知识点：乙烯控制着植物的许多生理和发育过程，如果实成熟、脱落、和衰老等。通过克隆对乙烯生物合成过程中的ACC合成酶基因并转入植物来调节植物体内的乙烯合成，从而影响乙烯参与的多种生理过程。如控制果实的成熟时间，达到延迟成熟，延长保鲜期，提高耐贮藏性。例2：转耐冷基因蔬菜（抗冻蔬菜）：利用较多的是来自北极深海鱼类的抗冻基因(AFPS)。将鲽鱼科的抗冻基因转入番茄中（Genetransferbetweenanimalsandplants），发现其具有抑制冰块重新结晶的能力，从而使蔬菜免遭冻害。将美洲拟鲽抗冻蛋白基因AFP直接转入番茄，得到的转基因植株在平均气温低于4.4℃的情况下，生长好于对照，并且果实成熟提前。致死温度也降低了l℃～2℃。各种各样的转基因水果(C)Manufactureofediblevaccines生产特殊食品----食品疫苗传统疫苗是将灭活或减毒的病原微生物(病毒、细菌等)或者病原微生物的抗原成分直接注射入体内，诱导机体产生对特定微生物免疫力，不再感染由该病原微生物所致的疾病。疫苗的应用已有200多年历史。由于传统疫苗价格非常昂贵，且需要冷藏，所以开发出价格低廉而又服用方便的疫苗是科学家的奋斗目标。为此，研究者正致力于一种创新性的解决方案，利用某种特定病毒的蛋白，这种蛋白能够激发免疫反应，但不会造成患病危险。将其嵌入传统的可食性植物基因系统中，经过种植，便拥有了被植入的水果或蔬菜的基因信息，人服用后便产生免疫效