基因工程技术及其在食品工业中的应用.ppt

1,谁能告诉我这些是什么鬼？,2019/12/19,还有这些家伙？,基因工程技术及其在食品工业中的应用,PPT模板下载：,主讲人：李德阳资料查阅：范馨茹、马娜,2019/12/19,一、基因工程的定义、基本操作程序,（一）基因工程的定义1.基因（gene）DNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列，是遗传物质最小功能单位。2.基因组（geneome）一个生物体的全部基因序列。,3.基因表达（geneexpression）遗传信息转录和翻译的过程:（1）转录:在DNA分子上合成出与其核苷酸顺序相对应的RNA的过程。（2）翻译:在RNA的控制下，根据核苷酸链上每三个核苷酸决定一个氨基酸的三联体密码规则，合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质肽链过程。（3）逆转录:以RNA为模板，按照RNA中的核苷酸顺序合成DNA的过程。,2019/12/19,4.重组DNA技术（recombinantDNAtechnique）利用限制性内切核酸酶、连接酶等酶类将不同的DNA进行体外切割、连接构成新的DNA分子的技术。5.基因工程（geneengineering）运用限制性内切核酸酶、连接酶等酶类将不同DNA进行体外切割、连接构成重组DNA，再将重组DNA经生物介导或直接导入等转移方法引入受体细胞进行克隆、表达，从而改变生物遗传性以创造生物新种质，或通过大量扩增为人类提供有用产品等的技术。6.食品基因工程利用基因工程的技术和手段，在分子水平上定向重组遗传物质，以改良食品的品质和性状，提高食品的营养价值、贮藏价格性状以及感官性状的技术。,2019/12/19,（二）基因工程的三大理论和三大技术基础1.三大理论基础（1）1940年代Avery等人的肺炎球菌的转化试验证明了生物的遗传物质是DNA。（2）1950年代Watson和Crick发现了DNA分子的双螺旋结构及DNA半保留复制机理。（3）1960年代Crick关于遗传中心法则的确立，即生物体中遗传信息是按DNARNA蛋白质方向进行传递。2.三大技术基础（1）如何从生物体庞大的双链DNA分子中将所需要的基因片段切割下来（限制性内切核酸酶）。（2）如何将获得的基因片段进行连接（DNA连接酶）。（3）如何将切割下来的基因片段进行繁殖扩增（基因载体）。,2019/12/19,（三）基因工程的基本操作程序1.运用合适的方法从生物体中分离或通过化学合成制备目的基因。2.采用合适的方法将目的基因与合适的载体进行体外连接，构建重组DNA。3.利用合适的方法将重组DNA导入受体生物细胞以获得转化体。4.采用合适的方法筛选出重组转化体阳性克隆。5.运用合适的方法对重组转化体阳性克隆进一步分析以及操作，使目的基因在受体生物细胞中高效表达。,2019/12/19,2019/12/19,基因工程技术有哪些应用呢？,能发光的水母,请您欣赏,能否能让热带鱼也可以发光?,设想,不能发光的热带斑马鱼,请您欣赏,请您欣赏,超级小鼠与超级鱼,能产生人胰岛素的大肠杆菌,请您欣赏,2019/12/19,给科学插上想象的翅膀，你会收获更多！,2019/12/19,基因工程的实际应用领域有：农牧业、工业、环境、能源、医学卫生等应用生物：植物、动物、微生物运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动、植物。,2019/12/19,二、基因工程技术在食品工业中的应用,（一）改造食品原材料（二）改良食品营养品质（三）改良微生物菌种的性能（四）开发保健食品和食品疫苗（五）改善食品风味,2019/12/19,2.1改造食品原材2.1.1转基因植物源食品转基因植物可被改革而具有抗病虫害的能力,有深远的经济意义。1986年首次获得能够抗烟草花叶病毒的转基因烟草植株,对烟草花叶病毒的预防效果可达70%。目前利用基因工程不断获得了各种抗病毒植株,黄瓜花叶病毒、马铃薯X病毒和Y病毒,抗病虫害长颈南瓜和抗虫害转基因土豆。我国及菲律宾培育出超级水稻和超超级水稻,为人口日益增长、粮食日益短缺的世界带来一线光明。,2019/12/19,2019/12/19,2.1.2转基因动物源食品,转基因动物尚未达到高等转基因植物的发展水平但人们仍设法用它来表达高价值蛋白转基因技术在家畜及鱼类育种上初见成效。中科院水生生物研究所,成功地将人生长激素基因和鱼生长的激素基因导入鲤鱼,育成当代转基因鱼,其生长速度比对照快并从子代测得生长激素基因的表达。中国农业大学生物学院瘦肉型猪基因工程育种取得初步成果,获得第二、三、四代转基因猪215头。,2019/12/19,2.2.1蛋白质的改良,2.2改良食品营养品,食品中动植物蛋白由于其含量不高或比例不恰当,可能导致蛋白营养不良。采用转基因的方法,生产具有合理营养价值的食品,让人们只需吃较少的食品,就可以满足营养需求。例如,豆类植物中蛋氨酸的含量很低,但赖氨酸的含量很高;而谷类作物中的对应氨基酸含量正好相反,通过基因工程技术,可将谷类植物基因导入豆类植物,开发蛋氨酸量高的转基因大豆。我国学者把玉米种子中克隆得到的富含必需氨基酸的玉米醇溶蛋白基因导入马铃薯中,使转基因马铃薯块茎中的必需氨基酸提高了10%以上,硫氨基酸尤为显著。,2019/12/19,2.2.2油脂的改良,对油脂品质的改善主要集中在两个方面:控制脂肪酸的链长和饱和度。油脂的酸败是导致油脂品质下降的主要原因。目前已知豆类中的脂氧合酶在酸败过程中扮演重要角色。美国DuPont公司通过反义抑制或/和共同抑制油酸酯脱氢酶,开发成功高油酸含量的大豆油。这种新型油含有良好的氧化稳定性,很适合用作煎炸油和烹调油。导入硬脂酸-ACP脱氢酶的反义基因,油菜种子中硬脂酸的含量从2%增加到40%;硬脂酸-COA可使转基因作物中的饱和脂肪酸(软脂酸、硬脂酸)的含量下降,不饱和脂肪酸(油酸、亚油酸)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,对碳水化合物的改进,只有通过对其酶的改变来调节其含量。高等植物体中涉及淀粉合成的酶类主要有:ADPP葡萄糖焦磷酸酶(ADP-GPP)、淀粉合成酶(SS)和分枝酶(BE)。通过反义基因抑制淀粉分枝酶可获得完全只含直链淀粉的转基因马铃Monsanto公司开发了淀粉含量平均提高了20%-30%的转基因马铃薯。油炸后的产更具马铃薯风味、更好构质较低的吸油量和较少的。,2019/12/19,2.3改良微生物菌种的性能发酵工业关键是优良菌株的获取,除选用常用的诱变、杂交和原生质体融合等传统方法外,还与基因工程结合,大力改造菌种,给发酵工业带来生机。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。国外专家将优良酶基因转入面包酵母菌中后,其含有的麦芽糖透性酶及麦芽糖的含量比普通面包酵母高,面包加工中产生二氧化碳气体量提高,最终可生产出膨发性良好和松软可口的面包。2.3.2改良啤酒酵母菌的性能国外专家采用基因工程技术将大麦中的淀粉酶基因转入啤酒酵母中后,即可直接利用淀粉发酵,使生产流程缩短,工序简化,啤酒生产方式革新。根据同源重组的原理,通过自克隆技术改造啤酒酵母工业菌株G03,工程菌的谷胱甘肽含量比受体菌株提高166%,啤酒的抗老化能力得到了显著提高,而常规指标没有发生显著变化。,2019/12/19,2.3.3改良酿酒酵母菌的性能,应用基因克隆技术将黑曲霉产糖化酶基因cDNA转入经优化的受体菌(酿酒酵母京龙JL108号),再经反复筛分、驯化获得JL1(Yip128D17N),经包埋制得具有糖化酒化双功的固定化酵母,载体产酶能力在10u/gh以上,酒精发酵醪液中酶活达20u/mL以上。,2019/12/19,2.4开发保健食品和食品疫苗,食品疫苗就是将致病微生物的有关蛋白(抗原)基因,通过转基因技术导入植物受体中进行表达,得到具有抵抗相关疾病的疫苗。已获成功的有狂犬病病毒、乙肝表面抗原、链球菌突变株表面蛋白等10多种转基因马铃薯、香蕉番茄的食品疫苗。英国科学家宣布,未来几年内,他们将培养一种新型生物鸡,这种鸡所产的鸡蛋里具有抗肿瘤因子,癌症患者食用鸡蛋后体内癌细胞的扩散就会受到抑制。,2019/12/19,2.5改善食品风味,利用基因工程技术还可以生产独特的食品香味剂和风味剂,如香草可可香素、菠萝风味剂,以及高级的天然色素,如类胡萝卜素、花色苷素、咖喱黄、紫色素、辣椒素和靛蓝等,并且通过杂种选育的色素含量高、色调和稳定性好。例如转基因的Ecoli的玉米黄素最高产量达289g/g。通过把风味前体转变为风味物质的酶基因的克隆或通过发酵产生风味物质都可使食品芳香风味得以增强。另外VB2和VC也都有已经商品化的基因工程产品。,2019/12/19,随着生物化学和分子生物学的进一步发展,基因工程技术在食品工业中的应用日益广泛,这极大促进食品工业的发展,也为人类最终解决食物短缺、消除饥饿带来了希望,在食品工业上的应用具有极为广阔的前景和美好的未来。但对于发展基因工程技术必须持有谨慎的态度,因为这一高新技术的发展也有可能给人类带来潜在的负面影响。对于基因工程食品来讲,在进人市场之前必须经过充分的毒理学鉴定及安全性评价,向消费者确保它们的质量和安全,同时也需要考虑伦理道德方面的因素,充分尊重消费者的生活习惯。,三、展望,2019/12/19,谢谢观看！欢迎老师、同学批评指正！,