基因工程技術(shù)及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用.ppt

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1,誰(shuí)能告訴我這些是什么鬼？,2019/12/19,還有這些家伙？,基因工程技術(shù)及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用,PPT模板下載：,主講人：李德陽(yáng)資料查閱：范馨茹、馬娜,,2019/12/19,一、基因工程的定義、基本操作程序,（一）基因工程的定義1.基因（gene）DNA分子中含有特定遺傳信息的一段核苷酸序列，是遺傳物質(zhì)最小功能單位。2.基因組（geneome）一個(gè)生物體的全部基因序列。,3.基因表達(dá)（geneexpression）遺傳信息轉(zhuǎn)錄和翻譯的過(guò)程:（1）轉(zhuǎn)錄:在DNA分子上合成出與其核苷酸順序相對(duì)應(yīng)的RNA的過(guò)程。（2）翻譯:在RNA的控制下，根據(jù)核苷酸鏈上每三個(gè)核苷酸決定一個(gè)氨基酸的三聯(lián)體密碼規(guī)則，合成出具有特定氨基酸順序的蛋白質(zhì)肽鏈過(guò)程。（3）逆轉(zhuǎn)錄:以RNA為模板，按照RNA中的核苷酸順序合成DNA的過(guò)程。,2019/12/19,4.重組DNA技術(shù)（recombinantDNAtechnique）利用限制性?xún)?nèi)切核酸酶、連接酶等酶類(lèi)將不同的DNA進(jìn)行體外切割、連接構(gòu)成新的DNA分子的技術(shù)。5.基因工程（geneengineering）運(yùn)用限制性?xún)?nèi)切核酸酶、連接酶等酶類(lèi)將不同DNA進(jìn)行體外切割、連接構(gòu)成重組DNA，再將重組DNA經(jīng)生物介導(dǎo)或直接導(dǎo)入等轉(zhuǎn)移方法引入受體細(xì)胞進(jìn)行克隆、表達(dá)，從而改變生物遺傳性以創(chuàng)造生物新種質(zhì)，或通過(guò)大量擴(kuò)增為人類(lèi)提供有用產(chǎn)品等的技術(shù)?！?.食品基因工程利用基因工程的技術(shù)和手段，在分子水平上定向重組遺傳物質(zhì)，以改良食品的品質(zhì)和性狀，提高食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、貯藏價(jià)格性狀以及感官性狀的技術(shù)。,2019/12/19,（二）基因工程的三大理論和三大技術(shù)基礎(chǔ)1.三大理論基礎(chǔ)（1）1940年代Avery等人的肺炎球菌的轉(zhuǎn)化試驗(yàn)證明了生物的遺傳物質(zhì)是DNA。（2）1950年代Watson和Crick發(fā)現(xiàn)了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)及DNA半保留復(fù)制機(jī)理。（3）1960年代Crick關(guān)于遺傳中心法則的確立，即生物體中遺傳信息是按DNA→RNA→蛋白質(zhì)方向進(jìn)行傳遞。2.三大技術(shù)基礎(chǔ)（1）如何從生物體龐大的雙鏈DNA分子中將所需要的基因片段切割下來(lái)（限制性?xún)?nèi)切核酸酶）。（2）如何將獲得的基因片段進(jìn)行連接（DNA連接酶）。（3）如何將切割下來(lái)的基因片段進(jìn)行繁殖擴(kuò)增（基因載體）。,2019/12/19,（三）基因工程的基本操作程序1.運(yùn)用合適的方法從生物體中分離或通過(guò)化學(xué)合成制備目的基因。2.采用合適的方法將目的基因與合適的載體進(jìn)行體外連接，構(gòu)建重組DNA。3.利用合適的方法將重組DNA導(dǎo)入受體生物細(xì)胞以獲得轉(zhuǎn)化體。4.采用合適的方法篩選出重組轉(zhuǎn)化體陽(yáng)性克隆。5.運(yùn)用合適的方法對(duì)重組轉(zhuǎn)化體陽(yáng)性克隆進(jìn)一步分析以及操作，使目的基因在受體生物細(xì)胞中高效表達(dá)。,2019/12/19,2019/12/19,基因工程技術(shù)有哪些應(yīng)用呢？？？,能發(fā)光的水母,請(qǐng)您欣賞,能否能讓熱帶魚(yú)也可以發(fā)光?,設(shè)想,不能發(fā)光的熱帶斑馬魚(yú),請(qǐng)您欣賞,請(qǐng)您欣賞,超級(jí)小鼠與超級(jí)魚(yú),能產(chǎn)生人胰島素的大腸桿菌,請(qǐng)您欣賞,2019/12/19,給科學(xué)插上想象的翅膀，你會(huì)收獲更多！,2019/12/19,基因工程的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域有：農(nóng)牧業(yè)、工業(yè)、環(huán)境、能源、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生等應(yīng)用生物：植物、動(dòng)物、微生物運(yùn)用基因工程技術(shù)，不但可以培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗性好的農(nóng)作物及畜、禽新品種，還可以培養(yǎng)出具有特殊用途的動(dòng)、植物。,2019/12/19,二、基因工程技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用,（一）改造食品原材料（二）改良食品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)（三）改良微生物菌種的性能（四）開(kāi)發(fā)保健食品和食品疫苗（五）改善食品風(fēng)味,2019/12/19,2.1改造食品原材2.1.1轉(zhuǎn)基因植物源食品轉(zhuǎn)基因植物可被改革而具有抗病蟲(chóng)害的能力,有深遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)意義。1986年首次獲得能夠抗煙草花葉病毒的轉(zhuǎn)基因煙草植株,對(duì)煙草花葉病毒的預(yù)防效果可達(dá)70%。目前利用基因工程不斷獲得了各種抗病毒植株,黃瓜花葉病毒、馬鈴薯X病毒和Y病毒,抗病蟲(chóng)害長(zhǎng)頸南瓜和抗蟲(chóng)害轉(zhuǎn)基因土豆。我國(guó)及菲律賓培育出超級(jí)水稻和超超級(jí)水稻,為人口日益增長(zhǎng)、糧食日益短缺的世界帶來(lái)一線光明。,2019/12/19,2019/12/19,2.1.2轉(zhuǎn)基因動(dòng)物源食品,轉(zhuǎn)基因動(dòng)物尚未達(dá)到高等轉(zhuǎn)基因植物的發(fā)展水平但人們?nèi)栽O(shè)法用它來(lái)表達(dá)高價(jià)值蛋白轉(zhuǎn)基因技術(shù)在家畜及魚(yú)類(lèi)育種上初見(jiàn)成效。中科院水生生物研究所,成功地將人生長(zhǎng)激素基因和魚(yú)生長(zhǎng)的激素基因?qū)膈庺~(yú),育成當(dāng)代轉(zhuǎn)基因魚(yú),其生長(zhǎng)速度比對(duì)照快并從子代測(cè)得生長(zhǎng)激素基因的表達(dá)。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院瘦肉型豬基因工程育種取得初步成果,獲得第二、三、四代轉(zhuǎn)基因豬215頭。,2019/12/19,2.2.1蛋白質(zhì)的改良,2.2改良食品營(yíng)養(yǎng)品,食品中動(dòng)植物蛋白由于其含量不高或比例不恰當(dāng),可能導(dǎo)致蛋白營(yíng)養(yǎng)不良。采用轉(zhuǎn)基因的方法,生產(chǎn)具有合理營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的食品,讓人們只需吃較少的食品,就可以滿足營(yíng)養(yǎng)需求。例如,豆類(lèi)植物中蛋氨酸的含量很低,但賴(lài)氨酸的含量很高;而谷類(lèi)作物中的對(duì)應(yīng)氨基酸含量正好相反,通過(guò)基因工程技術(shù),可將谷類(lèi)植物基因?qū)攵诡?lèi)植物,開(kāi)發(fā)蛋氨酸量高的轉(zhuǎn)基因大豆。我國(guó)學(xué)者把玉米種子中克隆得到的富含必需氨基酸的玉米醇溶蛋白基因?qū)腭R鈴薯中,使轉(zhuǎn)基因馬鈴薯塊莖中的必需氨基酸提高了10%以上,硫氨基酸尤為顯著。,2019/12/19,2.2.2油脂的改良,對(duì)油脂品質(zhì)的改善主要集中在兩個(gè)方面:控制脂肪酸的鏈長(zhǎng)和飽和度。油脂的酸敗是導(dǎo)致油脂品質(zhì)下降的主要原因。目前已知豆類(lèi)中的脂氧合酶在酸敗過(guò)程中扮演重要角色。美國(guó)DuPont公司通過(guò)反義抑制或/和共同抑制油酸酯脫氫酶,開(kāi)發(fā)成功高油酸含量的大豆油。這種新型油含有良好的氧化穩(wěn)定性,很適合用作煎炸油和烹調(diào)油。導(dǎo)入硬脂酸-ACP脫氫酶的反義基因,油菜種子中硬脂酸的含量從2%增加到40%;硬脂酸-COA可使轉(zhuǎn)基因作物中的飽和脂肪酸(軟脂酸、硬脂酸)的含量下降,不飽和脂肪酸(油酸、亞油酸)的含量增加,其中油酸的含量可增加7倍。,2019/12/19,2.2.3碳水化合物的改良,對(duì)碳水化合物的改進(jìn),只有通過(guò)對(duì)其酶的改變來(lái)調(diào)節(jié)其含量。高等植物體中涉及淀粉合成的酶類(lèi)主要有:ADPP葡萄糖焦磷酸酶(ADP-GPP)、淀粉合成酶(SS)和分枝酶(BE)。通過(guò)反義基因抑制淀粉分枝酶可獲得完全只含直鏈淀粉的轉(zhuǎn)基因馬鈴Monsanto公司開(kāi)發(fā)了淀粉含量平均提高了20%-30%的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯。油炸后的產(chǎn)更具馬鈴薯風(fēng)味、更好構(gòu)質(zhì)較低的吸油量和較少的。,2019/12/19,2.3改良微生物菌種的性能發(fā)酵工業(yè)關(guān)鍵是優(yōu)良菌株的獲取,除選用常用的誘變、雜交和原生質(zhì)體融合等傳統(tǒng)方法外,還與基因工程結(jié)合,大力改造菌種,給發(fā)酵工業(yè)帶來(lái)生機(jī)。2.3.1改良面包酵母菌的性能面包酵母是最早采用基因工程改造食品微生物。國(guó)外專(zhuān)家將優(yōu)良酶基因轉(zhuǎn)入面包酵母菌中后,其含有的麥芽糖透性酶及麥芽糖的含量比普通面包酵母高,面包加工中產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w量提高,最終可生產(chǎn)出膨發(fā)性良好和松軟可口的面包。2.3.2改良啤酒酵母菌的性能?chē)?guó)外專(zhuān)家采用基因工程技術(shù)將大麥中的淀粉酶基因轉(zhuǎn)入啤酒酵母中后,即可直接利用淀粉發(fā)酵,使生產(chǎn)流程縮短,工序簡(jiǎn)化,啤酒生產(chǎn)方式革新。根據(jù)同源重組的原理,通過(guò)自克隆技術(shù)改造啤酒酵母工業(yè)菌株G03,工程菌的谷胱甘肽含量比受體菌株提高166%,啤酒的抗老化能力得到了顯著提高,而常規(guī)指標(biāo)沒(méi)有發(fā)生顯著變化。,2019/12/19,2.3.3改良釀酒酵母菌的性能,應(yīng)用基因克隆技術(shù)將黑曲霉產(chǎn)糖化酶基因cDNA轉(zhuǎn)入經(jīng)優(yōu)化的受體菌(釀酒酵母京龍JL108號(hào)),再經(jīng)反復(fù)篩分、馴化獲得JL1(Yip128D17N),經(jīng)包埋制得具有糖化酒化雙功的固定化酵母,載體產(chǎn)酶能力在10u/gh以上,酒精發(fā)酵醪液中酶活達(dá)20u/mL以上。,2019/12/19,2.4開(kāi)發(fā)保健食品和食品疫苗,食品疫苗就是將致病微生物的有關(guān)蛋白(抗原)基因,通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)導(dǎo)入植物受體中進(jìn)行表達(dá),得到具有抵抗相關(guān)疾病的疫苗。已獲成功的有狂犬病病毒、乙肝表面抗原、鏈球菌突變株表面蛋白等10多種轉(zhuǎn)基因馬鈴薯、香蕉番茄的食品疫苗。英國(guó)科學(xué)家宣布,未來(lái)幾年內(nèi),他們將培養(yǎng)一種新型生物雞,這種雞所產(chǎn)的雞蛋里具有抗腫瘤因子,癌癥患者食用雞蛋后體內(nèi)癌細(xì)胞的擴(kuò)散就會(huì)受到抑制。,2019/12/19,2.5改善食品風(fēng)味,利用基因工程技術(shù)還可以生產(chǎn)獨(dú)特的食品香味劑和風(fēng)味劑,如香草可可香素、菠蘿風(fēng)味劑,以及高級(jí)的天然色素,如類(lèi)胡蘿卜素、花色苷素、咖喱黃、紫色素、辣椒素和靛藍(lán)等,并且通過(guò)雜種選育的色素含量高、色調(diào)和穩(wěn)定性好。例如轉(zhuǎn)基因的Ecoli的玉米黃素最高產(chǎn)量達(dá)289g/g。通過(guò)把風(fēng)味前體轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)味物質(zhì)的酶基因的克隆或通過(guò)發(fā)酵產(chǎn)生風(fēng)味物質(zhì)都可使食品芳香風(fēng)味得以增強(qiáng)。另外VB2和VC也都有已經(jīng)商品化的基因工程產(chǎn)品。,2019/12/19,隨著生物化學(xué)和分子生物學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展,基因工程技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛,這極大促進(jìn)食品工業(yè)的發(fā)展,也為人類(lèi)最終解決食物短缺、消除饑餓帶來(lái)了希望,在食品工業(yè)上的應(yīng)用具有極為廣闊的前景和美好的未來(lái)。但對(duì)于發(fā)展基因工程技術(shù)必須持有謹(jǐn)慎的態(tài)度,因?yàn)檫@一高新技術(shù)的發(fā)展也有可能給人類(lèi)帶來(lái)潛在的負(fù)面影響。對(duì)于基因工程食品來(lái)講,在進(jìn)人市場(chǎng)之前必須經(jīng)過(guò)充分的毒理學(xué)鑒定及安全性評(píng)價(jià),向消費(fèi)者確保它們的質(zhì)量和安全,同時(shí)也需要考慮倫理道德方面的因素,充分尊重消費(fèi)者的生活習(xí)慣。,三、展望,2019/12/19,謝謝觀看！歡迎老師、同學(xué)批評(píng)指正！,