基因工程在食品科学中的应用课件

第三第三节节 基因工程在食品基因工程在食品产业产业中的中的应应用用 利用基因工程利用基因工程改善食品改善食品原料的品原料的品质质 利用基因工程改利用基因工程改进进食品食品生生产产工工艺艺 利用基因工程生利用基因工程生产产食品添加食品添加剂剂及功能性食品及功能性食品.第三节 基因工程在食品产业中的应用.1一、利用基因工程改善食品原料的品一、利用基因工程改善食品原料的品质质 （一）改良（一）改良动动物食品性状物食品性状 （二）改造植物性食品原料（二）改造植物性食品原料 （三）改造食品微生物（三）改造食品微生物 （四）培育高抗的新品种（四）培育高抗的新品种.一、利用基因工程改善食品原料的品质 （一）改良动物食品性2（一）改良（一）改良动动物食品性状物食品性状l为为了了提高乳牛的提高乳牛的产产奶量奶量，可将利用大，可将利用大肠肠杆菌基杆菌基因工程技因工程技术术大量生大量生产产牛生牛生长长激素激素(BST)，之后，之后注射到母牛体内，既可达到提高母牛注射到母牛体内，既可达到提高母牛产产奶量的奶量的目的，又不影响奶的目的，又不影响奶的质质量。量。.（一）改良动物食品性状为了提高乳牛的产奶量，可将利用大肠杆菌3l为为了了改良牛奶品改良牛奶品质质：（1）提高牛奶中）提高牛奶中k-酪蛋白的含量：奶酪的酪蛋白的含量：奶酪的产产率与牛率与牛奶中奶中k-酪蛋白的含量成正比，酪蛋白的含量成正比，应应用基因工程将用基因工程将k-酪蛋白基因在奶牛乳腺中表达。酪蛋白基因在奶牛乳腺中表达。（2）生）生产产无乳糖牛奶：乳糖是牛奶中的主要糖分。无乳糖牛奶：乳糖是牛奶中的主要糖分。对对牛奶牛奶过过敏的人群就是由于体内缺乏能敏的人群就是由于体内缺乏能够够消化乳消化乳糖的乳糖糖的乳糖酶酶的的缘缘故。将乳糖故。将乳糖酶酶基因在牛乳腺基因在牛乳腺细细胞胞中表达能中表达能产产生无乳糖牛奶。生无乳糖牛奶。.为了改良牛奶品质：.4l为为了了提高抗病能力：提高抗病能力：2004 年，日美年，日美联联手利用基因工程手段培育出手利用基因工程手段培育出对疯对疯牛病牛病(牛海牛海绵绵状状脑脑病，病，BSE)具有免疫力的牛，具有免疫力的牛，这这种牛不携种牛不携带带普里昂蛋白或其他普里昂蛋白或其他传传染蛋白。染蛋白。将将编码编码溶葡萄糖球菌溶葡萄糖球菌酶酶的基因的基因转转入奶牛基因入奶牛基因组组中，中，可以有效可以有效预预防由葡萄球菌引起的乳房炎。防由葡萄球菌引起的乳房炎。.为了提高抗病能力：.5l同同样样，为为了提高猪的瘦肉含量或降低猪脂肪含量，可了提高猪的瘦肉含量或降低猪脂肪含量，可将采用基因重将采用基因重组组技技术术生生产产的猪生的猪生长长激素，注射至猪体激素，注射至猪体内，便可使猪瘦肉型化，有利于改善肉食品内，便可使猪瘦肉型化，有利于改善肉食品质质。l在猪的基因在猪的基因组组中中转转入人的生入人的生长长素基因，猪的生素基因，猪的生长长速度速度增加了一倍，猪肉增加了一倍，猪肉质质量大大提高，量大大提高，现现在在这样这样的猪肉已的猪肉已在澳大利在澳大利亚亚被被请请上了餐桌。上了餐桌。.同样，为了提高猪的瘦肉含量或降低猪脂肪含量，可将采用基因重组6l将草将草鱼鱼的生的生长长激素基因注入激素基因注入鲤鱼鲤鱼的受精卵，培育的受精卵，培育出一种出一种带带有草有草鱼鱼生生长长激素基因的激素基因的鲤鱼鲤鱼和另一种具和另一种具有草有草鱼鱼生生长长激素基因的三倍体激素基因的三倍体鲤鱼鲤鱼“吉吉鲤鲤”。l带带有草有草鱼鱼生生长长激素基因的激素基因的鲤鱼鲤鱼，它，它150150天可天可长长至至12001200克，克，最大可达最大可达20002000克；两年可达克；两年可达50005000克。它的生克。它的生长长速度比普通速度比普通鲤鱼鲤鱼快快140%140%以上。以上。l吉吉鲤鲤具有草具有草鱼鱼的生的生长长快快优优点，又具有点，又具有鲫鱼鲫鱼的味道。由于它的味道。由于它不能生育，因而在推广不能生育，因而在推广过过程中不存在与其它程中不存在与其它鱼类杂鱼类杂交引起交引起生生态态危机之危机之忧忧。荧光斑马鱼.将草鱼的生长激素基因注入鲤鱼的受精卵，培育出一种带有草鱼生长7（二）改造植物性食品原料（二）改造植物性食品原料1、提高植物性食品氨基酸含量、提高植物性食品氨基酸含量 可以对赖氨酸代谢途径中的各种酶进行修饰或加工，从而使细胞积累更大量的Lys。Asp天冬氨酸激酶(AK)二氢吡啶二羧酸合成酶(DHDPS)Lys.（二）改造植物性食品原料1、提高植物性食品氨基酸含量Asp天8 还可针对性地将富含某种特异性的氨基酸的蛋白基因转入目的植物，以提高相应植物中的特定氨基酸的含量。例如通过分析发现，玉米-phaseolin富含Met，将此蛋白基因转入豆科植物，就可以大大提高豆科植物种子贮存蛋白的Met含量，而Met正是豆科植物种子贮存蛋白所缺少的成分。.92.增加食品的甜味增加食品的甜味传统的和替代的甜味剂的甜度比较产品相对甜度 蔗糖55%高果糖浆Cyclamate安赛蜜(Acesulfame K)阿斯巴甜(Aspartame)糖精天丙甲酯Thaumatin蛋白1.01.45015020030065020003000.2.增加食品的甜味传统的和替代的甜味剂的甜度比较产品相对甜度10l天然天然应乐应乐果蛋白咀嚼果蛋白咀嚼时时比蔗糖大比蔗糖大约约甜甜1.01.0万倍，是有万倍，是有两条两条链链通通过过弱的非共价弱的非共价键键相互作用而形成的二聚体。相互作用而形成的二聚体。A A链链由由4545个氨基酸残基个氨基酸残基组组成，成，B B链链由由5050个氨基酸残基个氨基酸残基组组成。研究表明，天冬氨酸成。研究表明，天冬氨酸AspAspB7B7可能是其甜味活性中心。可能是其甜味活性中心。CysCys4141、CaCa2+2+等等对对其甜味也其甜味也产产生影响。生影响。l但由于是由两条多但由于是由两条多肽链组肽链组成，烹成，烹调过调过程中遇到的加程中遇到的加热热、遇酸遇酸(例如醋酸、例如醋酸、柠柠檬酸檬酸)等情况很容易使之解离，失等情况很容易使之解离，失去甜味。局限了它作去甜味。局限了它作为为甜味甜味剂剂的用途。的用途。.天然应乐果蛋白咀嚼时比蔗糖大约甜1.0万倍，是有两条链通过弱11.12l研究人研究人员员通通过过一段一段连连接序列将接序列将A A链链和和B B链连链连接起来，制接起来，制备备了一条了一条应乐应乐果甜蛋白的果甜蛋白的单链类单链类似物似物SCMSCM，并在大，并在大肠肠杆菌中表达成功，使通杆菌中表达成功，使通过过基因重基因重组组技技术术来生来生产应乐产应乐果果甜蛋白成甜蛋白成为为可能。可能。l人人们们采用化学方法合成出采用化学方法合成出应乐应乐果蛋白基因，它可以果蛋白基因，它可以编编码码同同时时包括包括A A、B B两条两条链链的的单链肽单链肽段。此融合蛋白在段。此融合蛋白在转转基因番茄和基因番茄和莴莴苣中苣中进进行了表达，得到了具甜味、行了表达，得到了具甜味、稳稳定定性和耐受力性和耐受力强强的表达的表达产产物。物。.13l还还可用基因工程的方法可用基因工程的方法获获得新的糖得新的糖类类。例如。例如环环化糊精化糊精(CD)就是一种新的糖就是一种新的糖类类物物质质。这这种物种物质质有可能作有可能作为为一一种新型甜味种新型甜味剂剂用于食品工用于食品工业业，研究表明，研究表明，环环化糊精除化糊精除了具有甜味外了具有甜味外还还有分解食物中的咖啡因和胆固醇等有有分解食物中的咖啡因和胆固醇等有害物害物质质的功能。将的功能。将环环化糊精糖基化糊精糖基转转移移酶酶(CGT)的基因的基因转转入植物，可以在入植物，可以在转转基因植物中基因植物中获获得得环环化糊精。化糊精。.143 3、改造油料作物、改造油料作物 通通过过表达外源表达外源ACCACC基因，正向提高脂肪酸合成限速基因，正向提高脂肪酸合成限速酶酶ACCaseACCase（乙（乙酰酰-CoA-CoA羧羧化化酶酶）的表达；）的表达；通通过导过导入酵母溶血磷脂酸入酵母溶血磷脂酸酰酰基基转转移移酶酶（SLC1-1SLC1-1）基因，）基因，提高脂肪酸合成脂提高脂肪酸合成脂类类的速度，消除脂肪酸合成中的反的速度，消除脂肪酸合成中的反馈馈抑制；抑制；EPA EPA、DHADHA、AAAA及及亚亚麻酸在油料作物中不能合成或只能微麻酸在油料作物中不能合成或只能微量合成，量合成，导导入所缺乏的入所缺乏的5-5-脂肪酸脱脂肪酸脱饱饱和和酶酶、4-4-脂肪酸脱脂肪酸脱饱饱和和酶酶和延伸和延伸酶酶等基因，以植物油脂中的脂肪酸等基因，以植物油脂中的脂肪酸为为底物，合底物，合成成AAAA（C20C20：4 4）、）、EPAEPA（C20C20：5 5）、）、DHADHA（C22C22：6 6），），实现实现生生物合成。物合成。.3、改造油料作物 通过表达外源ACC基因，正向提高15v相关知相关知识识：格陵格陵兰岛兰岛位于北冰洋，是一个冰天雪地的位于北冰洋，是一个冰天雪地的银银色世界，色世界，岛岛上上居住的土著民族居住的土著民族爱爱斯基摩人以捕斯基摩人以捕鱼为鱼为生，他生，他们们极极难难吃到新吃到新鲜鲜的的蔬菜和水果。就医学常蔬菜和水果。就医学常识识来来说说，常吃，常吃动动物脂肪而少食蔬菜水果物脂肪而少食蔬菜水果易患心易患心脑脑血管疾病。但事血管疾病。但事实实上恰恰相反，上恰恰相反，爱爱斯基摩人不但身体斯基摩人不但身体非常健康，而且在他非常健康，而且在他们们当中很当中很难发现难发现高血高血压压、冠心病、冠心病、脑脑中中风风、糖尿病、糖尿病、风风湿性关湿性关节节炎、癌症等疾病。炎、癌症等疾病。这这种不可思种不可思议议的的现现象，象，同同样样出出现现在日本一个在日本一个岛岛的的渔渔民身上，民身上，这难这难道道仅仅仅仅是巧合是巧合吗吗？其？其中有没有必然的中有没有必然的联联系呢？科学家系呢？科学家们对们对此此产产生了生了浓浓厚的厚的兴兴趣，趣，历历经经十余年的潜心研究，十余年的潜心研究，谜谜底底终终于找到了，原来与他于找到了，原来与他们们每天吃的每天吃的海海鱼鱼中所含的物中所含的物质质有关，那就是有关，那就是EPA、DHA。这这两种物两种物质质的的发发现给现给医学和医学和营营养学养学带带来了重大的突破。来了重大的突破。.相关知识：.16 用基因工程技用基因工程技术术可以提高油脂中抗氧化可以提高油脂中抗氧化剂剂的含量。的含量。已成功地从已成功地从拟拟南芥中克隆南芥中克隆甲基甲基转转移移酶酶基因基因并并转转导导到了大豆中，甲基到了大豆中，甲基转转移移酶酶是是-生育酚形成生育酚生育酚形成生育酚的关的关键键酶酶。转这转这种种酶酶基因的大豆能在不降低基因的大豆能在不降低总总生育生育酚的前提下，使酚的前提下，使-生育酚的含量提高生育酚的含量提高80以上。以上。.用基因工程技术可以提高油脂中抗氧化剂的含量。.174 4、改良植物食品的蛋白、改良植物食品的蛋白质质品品质质（1）外源基因的直接）外源基因的直接转转化与表达化与表达 为为了提高了提高Lys缺乏作物的缺乏作物的营营养品养品质质，构建了两个含高，构建了两个含高Lys蛋白蛋白质质基因基因cDNA的表达的表达载载体，用基因体，用基因枪枪法将其法将其导导入玉入玉米不同米不同杂杂交交组组合的胚性愈合的胚性愈伤组织伤组织，经经PCR 扩扩增、点增、点杂杂交交及及Southern 杂杂交表明交表明该该基因已整合基因已整合进进玉米基因玉米基因组组中。中。测测定定13 株株T1代种子中代种子中Lys的含量，其中有的含量，其中有3 株株Lys含量提高含量提高10%以上。以上。通通过过基因工程提高作物基因工程提高作物铁铁蛋白含量可改善蛋白含量可改善饮饮食中食中铁铁含含量的不足。量的不足。Goto 等将大豆等将大豆铁铁蛋白基因与水稻蛋白基因与水稻贮贮藏蛋白谷藏蛋白谷蛋白的启蛋白的启动动子（子（GluB-1）相）相连连，通，通过农过农杆菌杆菌导导入水稻。免入水稻。免疫疫组织组织印印记记法法证实证实大豆大豆铁铁蛋白在蛋白在转转基因植株中特异性基因植株中特异性积积累，累，其含量比其含量比对对照提高了照提高了3 倍。倍。.4、改良植物食品的蛋白质品质（1）外源基因的直接转化与表达.18（2）导导入入经经修修饰过饰过的外源基因的外源基因 由于大多数作物种子都含有丰富的由于大多数作物种子都含有丰富的贮贮藏蛋白，如通藏蛋白，如通过过密密码码子修子修饰饰或插入相或插入相应应的基因序列来改的基因序列来改变变特定蛋白的氨基特定蛋白的氨基酸酸组组成，也可以提高作物必需氨基酸的含量。成，也可以提高作物必需氨基酸的含量。（3）导导入人工合成基因入人工合成基因 DNA 合成技合成技术术的不断完善使合成能的不断完善使合成能编码编码含有特定必含有特定必需氨基酸需氨基酸组组份蛋白的基因成份蛋白的基因成为为可能。可能。.（2）导入经修饰过的外源基因.19l如秘鲁“国际马铃薯培育中心”培育出一种蛋白质含量与肉类相当的薯类；转移扁豆蛋白基因可获得具有较高贮存蛋白质的转基因向日葵。l我国在此方面也培育出了一批作物新品种，有的已经在生产上推广应用。如山东农业大学将小牛胸腺DNADNA导入小麦系814527814527，在第二代出现了蛋白质含量高达16.5116.51的小麦变异株；中国农业科学院作物研究所将大米草DNADNA引入水稻品种早丰，出现了籽粒蛋白质含量高达12.7412.74的受体变异类型。.如秘鲁“国际马铃薯培育中心”培育出一种蛋白质含量与肉类相当的20l如小麦、玉米等谷物种子缺乏如小麦、玉米等谷物种子缺乏赖赖氨酸，豆氨酸，豆类类作物种子作物种子缺乏蛋氨酸，将富含缺乏蛋氨酸，将富含赖赖氨酸和蛋氨酸的种子基因氨酸和蛋氨酸的种子基因进进行行分离分离鉴鉴定，并定，并转转入相入相应应的作物中，可得到的作物中，可得到营营养品养品质较质较为为完全的蛋白完全的蛋白质质。l如将巴西如将巴西坚坚果或豌豆蛋白基因果或豌豆蛋白基因转转入大豆中，入大豆中，获获得含有得含有较较高含硫氨基酸的高含硫氨基酸的转转基因大豆。基因大豆。.215 5、改善园、改善园艺产艺产品的采后品品的采后品质质（1）多聚半乳糖）多聚半乳糖醛醛酸酸酶酶（PG）lPG在果在果实实成熟成熟过过程中合成。利用程中合成。利用转转基因技基因技术术得到的反得到的反义义PG番茄，果番茄，果实实采后的采后的贮贮藏期可延藏期可延长长1倍，可以减少倍，可以减少因因过过熟和腐熟和腐烂烂所造成的所造成的损损失；果失；果实实抗裂、抗机械抗裂、抗机械损伤损伤、便于运便于运输输；抗真菌感染；由于果胶水解受到抑制，用；抗真菌感染；由于果胶水解受到抑制，用其加工果其加工果酱酱可提高出品率。可提高出品率。l目前已目前已经经从桃、从桃、猕猕猴桃、苹果、西洋梨、砂梨、猴桃、苹果、西洋梨、砂梨、鳄鳄梨、梨、番茄、黄瓜、甜瓜、番茄、黄瓜、甜瓜、马铃马铃薯、玉米、水稻、大豆、烟薯、玉米、水稻、大豆、烟草、甜菜、油菜、草、甜菜、油菜、拟拟南芥等植物中克隆得到南芥等植物中克隆得到PG的的编码编码基因。基因。.5、改善园艺产品的采后品质（1）多聚半乳糖醛酸酶（PG）.22(2)乙乙烯烯合成相关合成相关酶酶基因基因l采用基因工程手段可控制乙采用基因工程手段可控制乙烯烯生成，如生成，如导导入反入反义义ACC（1-氨基氨基环环丙丙烷烷-1-羧羧酸）合成酸）合成酶酶基因；基因；导导入反入反义义ACC氧化氧化酶酶基因。基因。ACC合成合成酶酶(简简称称ACS)基因：基因：lACC合成合成酶酶是乙是乙烯烯生物合成的关生物合成的关键键酶酶，由一个多基因家族所，由一个多基因家族所编码编码。l目前，已目前，已经经从番茄、苹果、康乃馨、从番茄、苹果、康乃馨、绿绿豆、夏南瓜、笋瓜等豆、夏南瓜、笋瓜等植物中得到了植物中得到了ACC合成合成酶酶基因。基因。1995年中国年中国农农大大罗罗云波等培云波等培育出育出转转反反义义ACS的的转转基因的番茄，在室温下可基因的番茄，在室温下可贮贮存存3个月。个月。.(2)乙烯合成相关酶基因.23ACCACC氧化氧化酶酶基因：基因：l又叫乙又叫乙烯烯形成形成酶酶(EFE)(EFE)，也是乙，也是乙烯烯生物合成途径中的生物合成途径中的关关键键酶酶。在。在细细胞中的含量比胞中的含量比ACCACC合成合成酶酶还还少，也是由少，也是由一个多基因家族一个多基因家族编码编码。l目前已目前已经经从番茄、甜瓜、苹果、从番茄、甜瓜、苹果、鳄鳄梨、梨、猕猕猴桃以及衰猴桃以及衰老的麝香石竹花、豌豆、甜瓜等分离出老的麝香石竹花、豌豆、甜瓜等分离出ACCACC氧化氧化酶酶基基因。因。l利用基因工程方法延利用基因工程方法延缓缓蔬果成熟衰老、控制果蔬果成熟衰老、控制果实软实软化，化，提高抗病虫和抗冷害能力等方面均有广提高抗病虫和抗冷害能力等方面均有广阔阔的的应应用前景。用前景。.ACC氧化酶基因：.24（三）改造食品微生物（三）改造食品微生物1.改良微生物菌种改良微生物菌种2.改良乳酸菌改良乳酸菌遗传遗传特性特性3.酶酶制制剂剂的生的生产产.（三）改造食品微生物1.改良微生物菌种.251.改良微生物菌种改良微生物菌种 最早成功最早成功应应用的基因工程菌用的基因工程菌(采用基因工程改造的微采用基因工程改造的微生物生物)是是面包酵母菌。面包酵母菌。啤酒生啤酒生产产中要使用啤酒酵母，但由于普通啤酒酵母菌中要使用啤酒酵母，但由于普通啤酒酵母菌种中不含种中不含-淀粉淀粉酶酶，所以需要利用大麦芽，所以需要利用大麦芽产产生的生的-淀粉淀粉酶酶使谷物淀粉液化成糊精，生使谷物淀粉液化成糊精，生产过产过程比程比较较复复杂杂。采用基因工程技采用基因工程技术术，将大麦中，将大麦中-淀粉淀粉酶酶基因基因转转入啤入啤酒酵母中并酒酵母中并实现实现高速表达。高速表达。这这种酵母便可直接利用淀粉种酵母便可直接利用淀粉进进行行发发酵，无需麦芽生酵，无需麦芽生产产-淀粉淀粉酶酶的的过过程，可程，可缩缩短生短生产产流流程，程，简简化工序，推化工序，推动动啤酒生啤酒生产产的技的技术术革新。革新。.1.改良微生物菌种 最早成功应用的基因工程菌(采26 利用基因工程技利用基因工程技术还术还可将霉菌的淀粉可将霉菌的淀粉酶酶基因基因转转入入大大肠肠杆菌，并将此基因杆菌，并将此基因进进一步一步转转入入单细单细胞酵母中，使胞酵母中，使之直接利用淀粉生之直接利用淀粉生产产酒精。酒精。这样这样，可以省掉酒精生，可以省掉酒精生产产中的高中的高压压蒸煮工序，可蒸煮工序，可节约节约能源能源6060，并且生，并且生产产周期周期大大大大缩缩短。短。此外，食品生此外，食品生产产中所中所应应用的食品添加用的食品添加剂剂或加工或加工助助剂剂，如氨基酸、有机酸、，如氨基酸、有机酸、维维生素、增稠生素、增稠剂剂、乳化、乳化剂剂、表面活性、表面活性剂剂、食用色素，食用香精及、食用色素，食用香精及调调味料等，味料等，也可以采用基因工程菌也可以采用基因工程菌发发酵生酵生产产而得到，基因工程而得到，基因工程对对微生物菌种改良前景广微生物菌种改良前景广阔阔。.利用基因工程技术还可将霉菌的淀粉酶基因转入大肠杆27基因工程基因工程基因工程基因工程应应应应用于用于用于用于发发发发酵菌种的改良酵菌种的改良酵菌种的改良酵菌种的改良 发发酵食品酵食品菌种及其特性菌种及其特性目的目的乳制品乳制品抗病毒的乳酸菌抗病毒的乳酸菌分泌蛋白分泌蛋白酶酶的乳酸菌的乳酸菌分泌胆固醇分泌胆固醇还还原原6 6的乳酸菌的乳酸菌避免因病毒感染所造成的避免因病毒感染所造成的损损失失缩缩短乳酪熟成所需短乳酪熟成所需时间时间降低乳酪胆固醇含量降低乳酪胆固醇含量肉肉类类生生产产抗菌素的乳酸菌抗菌素的乳酸菌抑制致病菌或腐抑制致病菌或腐败败菌的生菌的生长长减低肉品中胆固醇含量减低肉品中胆固醇含量改改变变肉中肉中饱饱和与不和与不饱饱和脂肪酸比和脂肪酸比啤酒啤酒生生产产-淀粉淀粉酶酶的酵母菌的酵母菌生生产产-葡聚糖葡聚糖酶酶的酵母菌的酵母菌生生产产双乙双乙酰还酰还原原酶酶或乙或乙酰酰乳乳酸脱酸脱羧羧酶酶的酵母菌的酵母菌生生产产低低热热量啤酒量啤酒改良啤酒改良啤酒过滤过滤效率效率缩缩短啤酒的熟成短啤酒的熟成时间时间酒酒类类耐高耐高浓浓度酒精酒精的酵母菌度酒精酒精的酵母菌生生产产高高浓浓度乙酸异戊醇的酵度乙酸异戊醇的酵母菌母菌提高酒精提高酒精产产量量改良酒改良酒类风类风味味麦面包麦面包耐冷耐冷冻冻的酵母菌的酵母菌改良冷改良冷冻冻面面团团品品质质.基因工程应用于发酵菌种的改良 发酵食品菌种及其特性目的282.改良乳酸菌改良乳酸菌遗传遗传特性特性（1）抗）抗药药基因基因 目前，利用乳酸菌目前，利用乳酸菌发发酵得到的酵得到的产产品很多，如酸奶、品很多，如酸奶、干酪、酸奶油、酸乳酒等，已干酪、酸奶油、酸乳酒等，已应应用的乳酸菌基本上用的乳酸菌基本上为为野生菌株。野生菌株。有的野生菌株本身就抗多种抗生素，因而在其使有的野生菌株本身就抗多种抗生素，因而在其使用用过过程中，抗程中，抗药药基因将有可能以基因将有可能以结结合、合、转导转导和和转转化等化等形式在微生物菌群之形式在微生物菌群之间间相互相互传递传递而而发发生生扩扩散。散。.2.改良乳酸菌遗传特性（1）抗药基因.29l利用基因工程技利用基因工程技术术可可选选育无耐育无耐药药基因的菌株，当基因的菌株，当然也可去除生然也可去除生产产中已中已应应用菌株中含有的耐用菌株中含有的耐药质药质粒，粒，从而保从而保证证食品用乳酸菌和活菌制食品用乳酸菌和活菌制剂剂中菌株的安全中菌株的安全性。性。.30（2）风风味物味物质质基因基因 乳酸菌乳酸菌发发酵酵产产物中与物中与风风味有关的物味有关的物质质主要有乳酸、主要有乳酸、乙乙醛醛、丁二、丁二酮酮、3-羟羟基基-2-丁丁酮酮、丙、丙酮酮和丁和丁酮酮等。可以等。可以通通过过基因工程基因工程选选育育风风味物味物质质含量高的乳酸菌菌株。含量高的乳酸菌菌株。.（2）风味物质基因.31（3 3）产产酶酶基因基因 乳酸菌不乳酸菌不仅仅具有一般微生物所具有一般微生物所产产生的生的酶酶系，而且系，而且还还可可以以产产生一些特殊的生一些特殊的酶酶系，如系，如产产生有机酸的生有机酸的酶酶系、合成多糖系、合成多糖的的酶酶系、降低胆固醇的系、降低胆固醇的酶酶系、控制内毒素的系、控制内毒素的酶酶系、分解脂系、分解脂肪的肪的酶酶系、合成各种系、合成各种维维生素的生素的酶酶系和分解胆酸的系和分解胆酸的酶酶系等，系等，从而从而赋赋予乳酸菌特殊的生理功能。予乳酸菌特殊的生理功能。若通若通过过基因工程克隆基因工程克隆这这些些酶酶系，然后系，然后导导入到生入到生产产干酪、干酪、酸奶等酸奶等发发酵乳制品生酵乳制品生产产用乳酸菌菌株中，将会促用乳酸菌菌株中，将会促进进和加速和加速这这些些产产品的成熟。另外，把胆固醇氧化品的成熟。另外，把胆固醇氧化酶酶基因基因转转到乳酸杆到乳酸杆菌中，可降低乳中胆固醇含量。菌中，可降低乳中胆固醇含量。.（3）产酶基因.32（4）耐氧相关基因）耐氧相关基因 乳酸菌大多数属于乳酸菌大多数属于厌厌氧菌，氧菌，这给实验这给实验和生和生产带产带来来诸诸多不多不便。从便。从遗传遗传学和生化角度看，学和生化角度看，厌厌氧菌或兼性氧菌或兼性厌厌氧菌几乎没有氧菌几乎没有超氧化物歧化超氧化物歧化酶酶基因和基因和过过氧化氧化氢氢酶酶基因或者基因或者说说其活性很小。其活性很小。若通若通过过生物工程改生物工程改变变超氧化物歧化超氧化物歧化酶酶的的调调控基因控基因则则有可有可能提高其耐氧活性。当然将外源能提高其耐氧活性。当然将外源SODSOD基因和基因和过过氧化氧化氢氢酶酶基因基因转转入入厌厌氧菌中，也可以起到提高氧菌中，也可以起到提高厌厌氧菌和兼性氧菌和兼性厌厌氧菌氧菌对对氧的氧的抵抗能力。抵抗能力。.（4）耐氧相关基因.33（5）产细产细菌素基因菌素基因 乳酸菌代乳酸菌代谢谢不不仅仅可以可以产产生有机酸等生有机酸等产产物，物，还还可以可以产产生生多种多种细细菌素，然而并不是所有的乳酸菌都菌素，然而并不是所有的乳酸菌都产产生生细细菌素，若菌素，若通通过过生物工程技生物工程技术术将将细细菌素的菌素的结结构基因克隆到生构基因克隆到生产产用菌株用菌株中，不中，不仅仅可以使不可以使不产细产细菌素的菌株菌素的菌株获获得生得生产细产细菌素的能力，菌素的能力，而且而且为为人工合成大量的人工合成大量的细细菌素提供了可能。菌素提供了可能。.（5）产细菌素基因.343.酶酶制制剂剂的生的生产产 利用基因工程技利用基因工程技术术不但可以成倍地提高不但可以成倍地提高酶酶的活力，的活力，而且而且还还可以将生物可以将生物酶酶基因克隆到微生物中，构建基因工基因克隆到微生物中，构建基因工程菌来生程菌来生产产酶酶。据。据19951995年年统计统计，已有，已有5050的工的工业业用用酶酶是是用用转转基因微生物生基因微生物生产产的。的。转转基因微生物生基因微生物生产产酶酶的的优优点：点：产产量高、品量高、品质质均一、均一、稳稳定性好、价格低等。定性好、价格低等。.3.酶制剂的生产 利用基因工程技术不但可以成倍地提高35l凝乳凝乳酶酶是第一个是第一个应应用基因工程技用基因工程技术术把小牛胃中的凝乳把小牛胃中的凝乳酶酶基因基因转转移至移至细细菌或真核微生物生菌或真核微生物生产产的一种的一种酶酶。1990 年美国年美国FDA已批准在干酪生已批准在干酪生产产中使用。中使用。l重重组组DNA技技术术生生产产小牛凝乳小牛凝乳酶酶，首先从小牛胃中分离，首先从小牛胃中分离出出对对凝乳凝乳酶酶原原专专一的一的mRNA(内含子已被切除内含子已被切除)，然后借，然后借助反助反转录转录酶酶、DNA聚合聚合酶酶和和St核苷酸核苷酸酶酶的作用的作用获获得得编编码该码该酶酶原的双原的双链链DNA。再以。再以质质粒或噬菌体粒或噬菌体为为运运载载体体导导入大入大肠肠杆菌。杆菌。.36 近近2020年来用基因工程菌年来用基因工程菌发发酵生酵生产产的食品的食品酶酶制制剂剂主主要有：凝乳要有：凝乳酶酶、淀粉淀粉酶酶、葡萄糖氧化、葡萄糖氧化酶酶、葡萄糖、葡萄糖异构异构酶酶、转转化化酶酶、脂肪、脂肪酶酶、半乳糖苷半乳糖苷酶酶、半半乳糖苷乳糖苷酶酶、乙乙酰酰乳酸脱乳酸脱羧羧酶酶、溶菌、溶菌酶酶、碱性蛋白、碱性蛋白酶酶等。等。.37l在食品加工在食品加工过过程中，通程中，通过过添加一些添加一些酶酶类类，可以改善，可以改善产产品的色品的色泽泽、风风味和味和质质构。构。l如用葡萄糖氧化如用葡萄糖氧化酶酶可以去除蛋液中的葡萄糖，改善蛋可以去除蛋液中的葡萄糖，改善蛋制品的色制品的色泽泽；用脂；用脂酶酶和蛋白和蛋白酶酶可加速奶酪的成熟；葡可加速奶酪的成熟；葡萄糖苷萄糖苷酶酶可用于果汁和果酒的增香；木瓜蛋白可用于果汁和果酒的增香；木瓜蛋白酶酶可分可分解胶原蛋白，用于肉的嫩化。解胶原蛋白，用于肉的嫩化。对对于含有于含有难难消化成分的消化成分的食品，可以通食品，可以通过过添加一些添加一些酶酶类类，改善，改善这这些食品的些食品的营营养养和消化利用性能。和消化利用性能。.38（四）培育高抗的新品种（四）培育高抗的新品种1、抗虫基因工程、抗虫基因工程迄今迄今发现发现并并应应用于提高植物抗虫性的基因主要有两用于提高植物抗虫性的基因主要有两类类:一一类类是是从微生物、从微生物、细细菌中菌中分离出来的抗虫基因，如分离出来的抗虫基因，如苏苏云金杆云金杆菌毒蛋白基因菌毒蛋白基因(Bt基因基因)、异戊、异戊烯烯基基转转移移酶酶基因基因(ipt)；另一另一类类是是从植物中从植物中分离出来的抗虫基因，如蛋白分离出来的抗虫基因，如蛋白酶酶抑制抑制剂剂基基因因(PI基因基因)、淀粉、淀粉酶酶抑制抑制剂剂基因、外源凝集素基因等。其中基因、外源凝集素基因等。其中Bt基因和基因和PI基因在基因在农业农业上利用最广。此外，昆虫特异性神上利用最广。此外，昆虫特异性神经经毒毒素基因等也在研究当中。素基因等也在研究当中。.（四）培育高抗的新品种1、抗虫基因工程迄今发现并应用于提高39玉米田里的虫害为害症状粘虫粘虫（又称行军虫或剃秆虫）.玉米田里的虫害为害症状粘虫.40水稻田里的虫害稻蓟马危害状（受害叶叶尖枯黄，甚至枯死）稻蓟马成虫.水稻田里的虫害稻蓟马危害状稻蓟马成虫.41 抗虫棉和普通棉抗虫棉和普通棉对对照照转转基因耐基因耐贮贮藏番茄（左）藏番茄（左）和普通番茄（右）和普通番茄（右）.抗虫棉和普通棉对照转基因耐贮藏番茄（左）和普通番茄（右）.42（1）ICP基因工程基因工程 ICP基因来自于基因来自于苏苏云金杆菌云金杆菌(Bacillus thuringiensis，Bt)。其其营营养体生养体生长发长发育到一定育到一定阶阶段后，在其一端形成芽段后，在其一端形成芽孢孢，在另一，在另一端形成伴胞晶体。伴胞晶体主要由蛋白端形成伴胞晶体。伴胞晶体主要由蛋白质质和糖和糖类组类组成。当昆虫成。当昆虫吞食伴胞晶体后，在昆虫吞食伴胞晶体后，在昆虫肠肠道碱性条件和特定蛋白道碱性条件和特定蛋白酶酶的作用下，的作用下，伴胞晶体蛋白伴胞晶体蛋白变变成有活性的毒性分子。成有活性的毒性分子。这这种蛋白种蛋白为为-内毒素内毒素（-endotoxin），被称作），被称作杀杀毒毒结结晶蛋白（晶蛋白（insecticidal crystal protein,ICP）.（1）ICP基因工程.43（2）蛋白）蛋白酶酶抑制抑制剂剂基因工程基因工程 在自然界中的所有生命体中，尤其在植物中，都含有蛋在自然界中的所有生命体中，尤其在植物中，都含有蛋白白酶酶抑制抑制剂剂(proteinase inhibitor，PI)。蛋白蛋白酶酶抑制抑制剂剂与昆虫消化道内的蛋白消化与昆虫消化道内的蛋白消化酶酶相相结结合形成合形成酶酶抑制抑制剂剂复合物复合物(EI)，导导致蛋白致蛋白质质不能被正常消化；同不能被正常消化；同时时EI复合物能刺激昆虫复合物能刺激昆虫过过量分泌消化量分泌消化酶酶，使昆虫，使昆虫产产生生厌厌食反食反应应，干干扰扰昆虫的昆虫的蜕蜕皮皮过过程和免疫功能程和免疫功能，使昆虫不能正常，使昆虫不能正常发发育或死育或死亡。亡。.（2）蛋白酶抑制剂基因工程.442、抗病毒病基因工程、抗病毒病基因工程 外源的病毒外壳蛋白外源的病毒外壳蛋白(coatprotein，CP)基因在基因在导导入植物入植物细细胞后，可能由于其胞后，可能由于其RNA转录转录体与入侵病毒体与入侵病毒RNA间间的相互作的相互作用使植物用使植物细细胞胞获获得保得保护护。研究人研究人员员分分别别将烟草抗将烟草抗TMV的的N基因、基因、CMV的的CP基因、基因、CMV卫卫星星DNA的的cDNA、TYLCV的的CP基因、基因、AIMV的的CP基基因等因等转转入番茄，所入番茄，所获获得的得的转转基因植株均基因植株均对对相相应应的病毒侵染表的病毒侵染表现现抗性。抗性。.2、抗病毒病基因工程 .453、抗除草、抗除草剂剂基因工程基因工程 抗除草抗除草剂剂基因工程的策略：基因工程的策略：l将能降解除草将能降解除草剂剂的的酶酶基因基因转转入植物；入植物；l修修饰饰除草除草剂剂作用的靶蛋白；作用的靶蛋白；l促使靶蛋白促使靶蛋白过过量表达。量表达。aroA基因：沙基因：沙门门氏菌基因氏菌基因组组中中编码编码的的EPSPS酶酶（烯烯醇式丙醇式丙酮酰酮酰草莽酸草莽酸-3-磷酸合成磷酸合成酶酶）的基因）的基因aroA发发生点突生点突变变，使，使酶酶蛋白第蛋白第101位的脯氨酸被位的脯氨酸被丝丝氨酸取代，将克隆的突氨酸取代，将克隆的突变变基因基因aroA基因基因导导入烟草，可入烟草，可获获得得对对草甘草甘膦膦的抗性。的抗性。.3、抗除草剂基因工程.46bar基因：基因：从土壤从土壤细细菌中分离得到的菌中分离得到的bar基因，基因，编码编码PPT乙乙酰转酰转移移酶酶，导导入烟草、番茄和入烟草、番茄和马铃马铃薯等作物薯等作物后，使作物后，使作物获获得抗除草得抗除草剂剂PPT（膦膦化麦黄化麦黄酮酮）的能力，至今的能力，至今bar基因已被用作基因已被用作遗传转遗传转化化时时的的标记标记基因。基因。.bar基因：.474、抗真菌病基因工程、抗真菌病基因工程抗枯病菌的烟草抗枯病菌的烟草、抗真菌的甘、抗真菌的甘蓝蓝型油菜、抗立枯型油菜、抗立枯丝丝核菌的烟草、抗晚疫病的番茄等核菌的烟草、抗晚疫病的番茄等5、抗、抗细细菌病基因工程菌病基因工程 抗青枯病的番茄等抗青枯病的番茄等6、抗低温基因工程、抗低温基因工程抗低温的抗低温的转转基因基因鱼类鱼类.4、抗真菌病基因工程.48二、利用基因工程改二、利用基因工程改进进食品生食品生产产工工艺艺（一）利用（一）利用DNA重重组组技技术术改改进进果糖和乙醇生果糖和乙醇生产产方法方法（二）改良啤酒大麦的加工工（二）改良啤酒大麦的加工工艺艺（三）改良小麦种子（三）改良小麦种子贮贮藏蛋白的烘烤特性藏蛋白的烘烤特性（四）改善牛乳加工特性（四）改善牛乳加工特性.二、利用基因工程改进食品生产工艺（一）利用DNA重组技术改进49（一）利用（一）利用DNA重重组组技技术术改改进进果糖和乙醇生果糖和乙醇生产产方法方法1、利用微生物培养技、利用微生物培养技术术，大量生，大量生产产所需的所需的酶酶2、利用、利用-淀粉淀粉酶酶的高温突的高温突变变体体进进行行“高温高温”生生产产 这这种突种突变变体可在体可在8090时时起作用，在起作用，在这这种高温下种高温下进进行液化淀粉，加速淀粉的水解，同行液化淀粉，加速淀粉的水解，同时节约时节约正常淀正常淀粉粉酶酶水解的冷却降温所消耗的能量。水解的冷却降温所消耗的能量。.（一）利用DNA重组技术改进果糖和乙醇生产方法.503、改、改变编码变编码-淀粉淀粉酶酶和葡萄糖淀粉和葡萄糖淀粉酶酶的基因使它的基因使它们们具有同具有同样样的最适温度和最适的最适温度和最适pH值值，使液化、糖化在同一条件下，使液化、糖化在同一条件下进进行，减少生行，减少生产产步步骤骤，降低生，降低生产产成本。成本。4、利用、利用DNA重重组组技技术获术获得能得能够够直接分解粗淀粉的直接分解粗淀粉的酶酶可降低可降低能量消耗，提高效率，降低成本。能量消耗，提高效率，降低成本。5、寻寻找或人工找或人工“创创造造”一种分泌葡萄糖淀粉一种分泌葡萄糖淀粉酶酶、发发酵微生物酵微生物葡萄糖淀粉葡萄糖淀粉酶酶能将淀粉全部水解成葡萄糖。在能将淀粉全部水解成葡萄糖。在发发酵酵过过程中程中可不再添加淀粉可不再添加淀粉酶酶，直接生，直接生产产果糖或乙醇。果糖或乙醇。.3、改变编码-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶的基因使它们具有同样的最51（二）改良啤酒大麦的加工工（二）改良啤酒大麦的加工工艺艺啤酒生啤酒生产产流程：流程：麦芽制麦芽制备备麦芽粉碎麦芽粉碎糊化糊化处处理理过滤过滤 煮沸煮沸回旋沉淀回旋沉淀冷却冷却发发酵酵成熟成熟过滤过滤包装包装l啤酒制造啤酒制造对对大麦醇溶蛋白含量有一定要求，如果醇溶大麦醇溶蛋白含量有一定要求，如果醇溶蛋白含量蛋白含量过过高会影响高会影响发发酵，使啤酒易酵，使啤酒易产产生混生混浊浊，也会，也会增加增加过滤过滤的的难难度。采用基因工程技度。采用基因工程技术术，使另一蛋白基，使另一蛋白基因克隆至大麦中，便可相因克隆至大麦中，便可相应应地降低大麦中的醇溶蛋白地降低大麦中的醇溶蛋白含量，以适含量，以适应应生生产产的要求。的要求。.（二）改良啤酒大麦的加工工艺啤酒生产流程：.52（三）改良小麦种子（三）改良小麦种子贮贮藏蛋白的烘烤特性藏蛋白的烘烤特性l小麦种子小麦种子贮贮藏蛋白藏蛋白对对面包烘烤面包烘烤质质量有很大影响，特量有很大影响，特别别是是高分子高分子谷蛋白谷蛋白5(x)和和10(y)的的亚亚基有助于面包基有助于面包质质量的改善，量的改善，同同时时谷蛋白的谷蛋白的N端和端和C端含有端含有Cys残基，可形成分子残基，可形成分子间间的二硫的二硫键键，产产生高分子量的聚合物，从而使面生高分子量的聚合物，从而使面团团具有具有较较好的好的弹弹性。性。l利用基因工程技利用基因工程技术术，通，通过过增加谷物蛋白的增加谷物蛋白的5(x)和和10(y)的的亚亚基的拷基的拷贝贝数、引入数、引入Cys残基以及改残基以及改变变交交联联特性等手段，特性等手段，可使小麦具有更理想的加工特性。可使小麦具有更理想的加工特性。.（三）改良小麦种子贮藏蛋白的烘烤特性小麦种子贮藏蛋白对面包烘53（四）改善牛乳加工特性（四）改善牛乳加工特性l在牛乳加工中如何提高其在牛乳加工中如何提高其热稳热稳定性是关定性是关键问题键问题。牛。牛乳中的酪蛋白分子含有乳中的酪蛋白分子含有丝丝氨酸磷酸，它能氨酸磷酸，它能结结合合钙钙离离子而使酪蛋白沉淀。子而使酪蛋白沉淀。l采用基因操作，使酪蛋白分子中采用基因操作，使酪蛋白分子中Ala-53被被Ser所置所置换换，但可提高其磷酸化，使酪蛋白分子，但可提高其磷酸化，使酪蛋白分子间间斥力增加，斥力增加，以提高牛奶的以提高牛奶的热稳热稳定性，定性，这对这对防止消毒奶沉淀和防止消毒奶沉淀和炼炼乳凝乳凝结结起重要作用。起重要作用。.（四）改善牛乳加工特性.54三、利用基因工程生三、利用基因工程生产产食品添加食品添加剂剂 及功能性食品及功能性食品（一）生（一）生产产氨基酸氨基酸（二）生（二）生产产黄原胶黄原胶（三）超氧化物歧化（三）超氧化物歧化酶酶(SOD)的基因工程的基因工程（四）（四）应应用于生用于生产产保健食品的有效成分保健食品的有效成分.三、利用基因工程生产食品添加剂 及功能性食品（55目前，国内外重点研究开目前，国内外重点研究开发发的食品添加的食品添加剂剂有：有：l甜味甜味剂剂：木糖醇、甘露糖醇、阿拉伯糖醇、甜味多：木糖醇、甘露糖醇、阿拉伯糖醇、甜味多肽肽等；等；l酸味酸味剂剂：L苹果酸、苹果酸、L琥珀酸等；琥珀酸等；l氨基酸：各种必需氨基酸；氨基酸：各种必需氨基酸；l增稠增稠剂剂：黄原胶、普：黄原胶、普鲁兰鲁兰、茁霉多糖、茁霉多糖、热热凝性多糖等；凝性多糖等；l风风味味剂剂：多种核苷酸、琥珀酸：多种核苷酸、琥珀酸钠钠、香茅醇、双乙、香茅醇、双乙酰酰等；等；l芳香芳香剂剂：脂肪酸：脂肪酸酯酯、异丁醇等；、异丁醇等；l色素：色素：类类胡胡萝萝卜素、卜素、红红曲霉色素、曲霉色素、虾虾青素、番茄青素、番茄红红素等；素等；l维维生素：生素：维维生素生素C、维维生素生素B12、核黄素、肉碱等；、核黄素、肉碱等；l生物活性生物活性剂剂：活性多：活性多肽肽等；等；l天然食品防腐天然食品防腐剂剂：如乳：如乳链链菌菌肽肽、杀杀菌菌肽肽、瓜蟾抗菌、瓜蟾抗菌肽肽、防、防御素等。御素等。.目前，国内外重点研究开发的食品添加剂有：甜味剂：木糖醇、甘露56（一）生（一）生产产氨基酸氨基酸l氨基酸是我国新型的氨基酸是我国新型的发发酵工酵工业产业产品之一，目前，国外品之一，目前，国外已有已有5种氨基酸用重种氨基酸用重组组菌菌实现实现了工了工业业化生化生产产，达到，达到较较高水平（如高水平（如苏苏氨酸、氨酸、组组氨酸、脯氨酸、氨酸、脯氨酸、丝丝氨酸和苯丙氨酸和苯丙氨酸）。氨酸）。l生生产产色氨酸，在正常的色氨酸生物合成途径中，其关色氨酸，在正常的色氨酸生物合成途径中，其关键键酶酶是是邻邻氨基苯甲酸合成氨基苯甲酸合成酶酶。把。把编码这编码这种种酶酶的基因，的基因，转转化到生化到生产产色氨酸的菌株中使之正确高效表达，就会色氨酸的菌株中使之正确高效表达，就会达到增加色氨酸的达到增加色氨酸的产产量的目的。量的目的。.（一）生产氨基酸.57（二）生（二）生产产黄原胶黄原胶 黄原胶是一种高分子的多糖，其物理化学性黄原胶是一种高分子的多糖，其物理化学性质质非常非常稳稳定，常定，常被作被作为稳为稳定定剂剂、乳化、乳化剂剂、加、加浓剂浓剂、悬悬浮浮剂剂使用，在食品加工中用使用，在食品加工中用途广泛。途广泛。用途用量（%）作用液体饮料0.1-0.3增稠、混悬、提高感官质量固体饮料0.1-0.3更易成型、增强口感肉制品0.1-0.2嫩化、持水、增强稳定性冷冻食品0.1-0.2增稠、增加细腻度、稳定食品结构调味品0.1-0.3乳化、增稠、稳定馅类食品0.5-1.5便于成型、增强口感面制品0.03-0.08增强韧性、持水、延长保质期.（二）生产黄原胶 黄原胶是一种高分子的多糖，其物理58 在奶酪的制作在奶酪的制作过过程中，会程中，会产产生一种叫做乳清的副生一种叫做乳清的副产产品。品。这这种副种副产产品乳糖含量高达品乳糖含量高达3.53.54 4，还还有少量的蛋白有少量的蛋白质质、矿矿物物质质和小分子有机物，但牛奶和小分子有机物，但牛奶场场却很却很难处难处理理这这种乳清。研种乳清。研究究发现发现，大，大肠肠杆菌的杆菌的1acZ1acZ操操纵纵子包含了半乳糖苷子包含了半乳糖苷酶酶和乳糖渗和乳糖渗透透酶酶的基因，的基因，这这两个基因置于两个基因置于X XCampestrisCampestris(野油菜黄野油菜黄单单胞胞菌菌)启启动动子的子的驱动驱动下，下，转转入宿主的入宿主的质质粒粒载载体中，体中，导导入大入大肠肠杆菌，杆菌，然后通然后通过过三三亲亲交配交配转转入入X Xcampestriscampestris。本来，野生型的。本来，野生型的X Xcampestriscampestris不能利用乳糖，只能在以葡萄糖不能利用乳糖，只能在以葡萄糖为为碳源的碳源的环环境中境中生生产产黄原胶，而用黄原胶，而用这这两个基因两个基因转转化后，化后，X Xcampestriscampestris菌可利菌可利用乳清高水平地生用乳清高水平地生产产黄原胶。黄原胶。.在奶酪的制作过程中，会产生一种叫做乳清的副产品。59（三）超氧化物歧化（三）超氧化物歧化酶酶(SOD)的基因工程的基因工程l采用基因工程手段改良采用基因工程手段改良产产酶酶菌株，近年来菌株，近年来应应用于超氧化物用于超氧化物歧化歧化酶酶(SOD)。Hallewell等等报报道了人的道了人的SOD的的cDNA的核的核苷酸序列、分子克隆和用苷酸序列、分子克隆和用Tacl启启动动子在大子在大肠肠杆菌中的高效杆菌中的高效表达。利用酵母甘油表达。利用酵母甘油醛醛磷酸脱磷酸脱氢氢酶酶启启动动子指子指导导人的人的SOD基基因在酵母菌中高效表达，因在酵母菌中高效表达，产产生的人的生的人的SOD是可溶的，是可溶的，酶酶比比活正常。酵母活正常。酵母产产生的人的生的人的SOD在其在其N末端乙末端乙酰酰化，它与化，它与人人红细红细胞的胞的SOD物化特性相同。可物化特性相同。可见见，用酵母表达生，用酵母表达生产产人人的的SOD，具有广泛的，具有广泛的应应用前景。用前景。.（三）超氧化物歧化酶(SOD)的基因工程.60（四）（四）应应用于生用于生产产保健食品的有效成分保健食品的有效成分l当今，保健食品的当今，保健食品的发发展有展有赖赖于基因工程于基因工程这门这门新技新技术术。现现在，可以采用在，可以采用转转基因手段，在基因手段，在动动植物或其植物或其细细胞中使胞中使目的基因得到表达而制造有益于人目的基因得到表达而制造有益于人类类健康的保健成分健康的保健成分或有效因子。或有效因子。l例如，将一种有助于心例如，将一种有助于心脏脏病患者血液凝病患者血液凝结结溶血作用的溶血作用的酶酶基因克隆至牛或羊，便可以在牛乳或羊乳中基因克隆至牛或羊，便可以在牛乳或羊乳中产产生生这这种种酶酶。又如，把人的血。又如，把人的血红红素基因克隆至猪中，那么，素基因克隆至猪中，那么，猪血可以用做人猪血可以用做人类类血液的代用品。血液的代用品。这这些都是些都是转转基因基因动动物生物生产产特殊成分的例子。特殊成分的例子。.（四）应用于生产保健食品的有效成分当今，保健食品的发展有赖于61.62.63思考思考题题1.什么是基因工程？基因工程的操作步骤有哪些？2.基因工程常用的工具酶有哪些？什么是限制性内切酶？3.什么是基因工程的载体？理想载体应具有哪些特征？常用的载体有哪些？4.什么叫目的基因？获得目的基因的方法有哪些？目的基因与载体的连接方式有哪些？.思考题1.什么是基因工程？基因工程的操作步骤有哪些？.645.说明重组DNA分子导入受体细胞的方法。6.基因工程中常用的分子生物学方法有哪些？7.试述基因工程在食品工业上的应用。.5.说明重组DNA分子导入受体细胞的方法。.651.1.什么是基因工程？基因工程的操作步什么是基因工程？基因工程的操作步骤骤有哪些？有哪些？从从狭狭义义上上讲讲：基基因因工工程程又又称称DNADNA重重组组技技术术，是是指指将将一一种种或或多多种种生生物物体体（供供体体）的的基基因因与与载载体体在在体体外外进进行行拼拼接接重重组组，然然后后转转入入到到另另一一种种生生物物体体（受受体体）内内，使使之之按按照照人人们们的的意意愿愿遗遗传传并并表达出新的性状。表达出新的性状。从广从广义义上上讲讲：基因工程是指重：基因工程是指重组组DNA技技术术的的产业产业化化设计设计与与应应用，包括上游技用，包括上游技术术和下游技和下游技术术两大两大组组成部分。成部分。上游技上游技术术指的是基因重指的是基因重组组、克隆和表达的、克隆和表达的设计设计与构建与构建（即重（即重组组DNA技技术术）。）。下游技下游技术则术则涉及到基因工程菌或涉及到基因工程菌或细细胞的大胞的大规规模培养以及模培养以及基因基因产产物的分离物的分离纯纯化化过过程。程。.1.什么是基因工程？基因工程的操作步骤有哪些？从广义上讲：66基因工程的基因工程的基因工程的基因工程的实现实现实现实现主要分主要分主要分主要分为为为为五个步五个步五个步五个步骤骤骤骤：制制备备目的基因（目的基因（切切）；）；将目的基因与将目的基因与载载体体连连接，构建重接，构建重组组DNADNA（接接）；）；将重将重组组DNADNA导导入受体生物入受体生物细细胞（胞（转转）；）；筛选筛选具有重具有重组组DNADNA的的转转化体阳性克隆（化体阳性克隆（增增）；）；使目的基因在受体生物使目的基因在受体生物细细胞中高效表达（胞中高效表达（检检）。）。.基因工程的实现主要分为五个步骤：制备目的基因（切）；.672.基因工程常用的工具基因工程常用的工具酶酶有哪些？什么是限制性内有哪些？什么是限制性内切切酶酶？目前，常用的工具目前，常用的工具酶酶已有已有300多种。主要包括限制性内切多种。主要包括限制性内切酶酶、DNA甲基化甲基化酶酶、聚合、聚合酶酶、连连接接酶酶、激、激酶酶、磷酸化、磷酸化酶酶和核酸和核酸酶酶等。等。限制性核酸内切酶，简称限制酶。能能够识别够识别DNADNA大分大分子双子双链链上特定的核苷酸上特定的核苷酸顺顺序，并能在某一特定部位序，并能在某一特定部位将将DNADNA断裂。断裂。.2.基因工程常用的工具酶有哪些？什么是限制性内切酶？.683.什么是基因工程的什么是基因工程的载载体？理想体？理想载载体体应应具有哪些特具有哪些特征？常用的征？常用的载载体有哪些？体有哪些？载载体：体：将外源将外源DNADNA携携带进带进入宿主入宿主细细胞的工具。胞的工具。基因载体必须具备的特征条件：对对受体受体细细胞的可胞的可转转移性。移性。具有与特定受体具有与特定受体细细胞相适胞相适应应的复制位点或的复制位点或 整合位点。整合位点。具有多种具有多种单单一的核酸一的核酸酶酶识别识别位点。位点。具有合适的具有合适的选择标记选择标记。分子量分子量较较小，多拷小，多拷贝贝。常用的常用的载载体有：体有：质质粒粒载载体；噬菌体体；噬菌体载载体；柯斯（粘粒）体；柯斯（粘粒）质质粒；粒；酵母酵母载载体；体；农农杆菌杆菌质质粒粒载载体；人工构建的大容量体；人工构建的大容量载载体等。体等。.3.什么是基因工程的载体？理想载体应具有哪些特征？常用的载694.什么叫目的基因？什么叫目的基因？获获得目的基因的方法有哪些？得目的基因的方法有哪些？目的基因与目的基因与载载体的体的连连接方式有哪些？接方式有哪些？目的基因目的基因(objective gene)：又叫靶基因又叫靶基因(target gene)，是，是指根据基因工程的目的，指根据基因工程的目的，设计设计的所需要的某些的所需要的某些DNA分子片分子片段，它含有一种或几种段，它含有一种或几种遗传遗传信息的全套密信息的全套密码码(code)。常用方法有：常用方法有：直接分离直接分离DNA鸟枪鸟枪法法基因文基因文库库法法酶酶法或化学方法人工合成基因法或化学方法人工