基因工程与荔枝保鲜

第一篇：基因工程与荔枝保鲜

武汉工业学院

研究生课程论文

课程名称

食品生物技术

任课教师

陈 季 旺

考生姓名

李亚楠

考生学号

3201101010

考生专业

食品工程专业

所在院系

食品科学与工程学院

提交日期

2012 年 2 月 26 日

课程论文成绩：

，占

％；平时成绩：

，占

％；总评成绩：。

课程论文评语：

任课教师签名： 年

月

日

基因工程与荔枝保鲜

摘 要：近30年来,植物基因工程的研究进展较快,在植物抗病、抗虫、抗除草剂和改良植物的某些成分方面都已得到了不少转基因植株;为提高植物的产量、抗逆性、改善其品质的良种选育提供了一条新途径。基因工程在动植物育种生物多样性以及医学等方面已经表现出了明显的优势，基因工程在果蔬保鲜方面也已崭露头角。抗坏血酸过氧化物酶（APX）是一种重要的末端氧化酶，能够清除机体内的活性氧，保护延缓机体的衰老。采用基因工程调控APX基因在荔枝中的表达,可达到延长荔枝的贮藏保鲜时间的目的。关键词：基因工程；荔枝；保鲜；抗坏血酸过氧化物酶（APX）

Abstract: For nearly 30 years, the research of plant gene engineering progress become fast, in plant disease resistance, insects resistance, herbicide resistance and improvement of the plant in certain part has been got a lot of transgenic plants;provides a new way for improve the plant production, resistant, improve their quality breeding.Genetic engineering have show great advantages in animal and plant breeding biopersity and medicine, etc, Genetic engineering has also covered in fresh-keeping aspects.Ascorbic acid peroxidase(APX)is a kind of important end oxidase, can remove the reactive oxygen species in plant, delay aging of the plant.Using genetic engineering control the APX gene expression in litchi,To achieve the purpose of Extend the litchi storage time.Key words: genetic engineering;litchi;fresh-keeping;Ascorbic acid peroxidase(APX)

前言

以DNA重组为核心内容的基因工程技术是一种新兴的现代生物技术。利用基因工程技术不但可以提高食品的营养价值，去除食物原料中的有害成分，同时还可以通过对农作物品种改良，减少种植过程中农药、化肥等化学品的使用量。目前，经基因工程改造的产品已在农业、医药、环保等领域占据了重要的地位，特别是在食品工业中越来越显示了它的优越性和发展前景。基因工程技术在食品领域中的作用目前涉及到对食品资源的改造、对食品品质的改造、新产品的开发、食品添加剂的生产以及食品卫生检测等方面。基因工程问世30多年来，无论是基础理论研究领域，还是在生产实际应用方面，都取得了惊人的成绩，给国民经济的发展和人类社会的进步带来了深刻而广泛的影响，同时为食品工业开拓了广阔的发展空间[1]。基因工程技术 1.1 基因工程定义

基因工程(genetic engineering)技术是指按照预先设计好的蓝图，利用现代分子生物学技术，特别是酶学技术，对遗传物质 DNA直接进行体外重组操作与改造，将一种生物（供体）的基因转移到另外一种生物（受体）中去，从而实现受体生物的定向改造与改良。

基因工程的基本程序：（1）从某些生物细胞中获取所需的目的基因，或在人工控制下合成目的基因；（2）把目的基因与选好的载体通过体外重组的方式连接在一起；（3）把重组载体转入宿主细胞；（4）对重组分子进行选择；（5）表达成蛋白，采用合适条件，获得高表达的产品。1.2 基因工程的发展

1857年至1864年，孟德尔通过豌豆杂交试验，提出生物体的性状是由遗传因子控制的。1909年，丹麦生物学家约翰生首先提出用基因一词代替孟德尔的遗传因子。1910年至 1915年，美国遗传学家摩尔根通过果蝇试验，首次将代表某一性状的基因同特定的染色体联系起来，创立了基因学说[2]。

20世纪 50年代初开始，由于分子生物学和生物化学的发展，对生物细胞核中存在的脱氧核糖核酸(DNA)结构和功能有了比较清晰的阐述。70年代初实现了 DNA重组技术或称为克隆技术，逐步形成了以基因工程为核心内容，包括细胞工程、酶工程、发酵工程的生物技术。这一技术发展到今天，正在形成产业化并成为世界领先专业技术领域之一，广泛应用于食品、医药、化工、农业、环保、能源和国防等许多部门，并日益显示出其巨大的潜力，将为全球面临的蛋白质缺乏、能源、环保和癌症治疗等问题的解决提供广阔的应用前景。

1973年美国斯坦福大学和旧金山大学 Coken和 Boyer两位科学家成功地进行了 DNA 分子重组试验，揭开了基因工程发展的序幕。1984年，Bevan报告了从粪链球菌中提取的基因植入烟草(Nicotina plum bag in ifolia)的基因组，开创了转基因生物时代。1994年，美国农业部(USDA)和美国食品与药品管理局(FDA)批准第一个转基因作物产品——延熟保鲜转基因番茄进入市场之后，大量的转基因生物作为食品进入人们的生活[1]。基因工程在食品工业中的应用 2.1 改善食品原料品质

基因工程应用于植物食品原料的生产上，可进行品种改良，新品种开发与原料增产，如选育抗病 植物、耐除草剂植物、抗昆虫或抗病毒植物、耐盐或耐旱植物。除增加产量外，还应用于改良农作物品种特性方面[3]。2.2 改良食品工业用菌种

最早成功应用的基因工程菌是面包酵母菌。人们把编码麦芽糖透性酶及麦芽糖酶的基因转移至该食品微生物中，通过表达使该酵母含有的麦芽糖透性酶及麦芽糖酶的含量大大提高，从而在面包发酵过程中产生较多的 CO2气体,使面包膨发性能良好、松软可口。另据 Meyer报道，由于丝状真菌具有独特的高容量表达和分泌蛋白的能力，可利用其生产真菌或非真菌来源的酶类，通过基因工程技术可以有效地提高产率及减少非需要的副产物的形成。2.3 酶制剂方面的应用

酶的传统来源是动物脏器和植物种子，随着发酵工程的发展,逐渐出现了以微生物为主要酶源的格局。近年来,基因工程技术的发展，使人们可以按照需要来定向改造酶, 甚至创造出自然界从未发现的新酶种。目前，蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、糖化酶和植物酶等均可利用基因工程技术进行生产[2]。2.4 改良食品加工性能

采用基因工程技术，使大麦中醇溶蛋白含量降低，以适应生产的要求。增加牛乳中增加k—酪蛋白编码基因的拷贝数和置换，使k—酪蛋白分子间斥力增加，以提高牛粗的稳定性，这对防止消毒奶沉淀和炼乳凝结起重要作用。在烘烤工业中，将含有地丝菌属 LIPZ基因的质粒转化到面包酵母中，可以使面包蓬松，内部结构较均匀，优化了加工工艺。2.5 生产保健食品

目前，保健食品的开发可采用转基因手段，在动、植物细胞中得到基因表达而制造有益于人类健康的保健成分或保健因子。此外，基因工程技术还可以用于提高食品中矿物质和天然存在的抗氧化维生素(VA、VC、VE)等保健因子水平，这些物质可以减慢和阻止氧化作用，如在番茄和甜椒中大量存在的番茄红素已经用转基因技术得到生产。2.6 食品检测

近年来 DNA探针杂交技术在食品微生物检测中的应用研究十分活跃，DNA探针杂交技术具有特异性强、灵敏度高及操作简便快速等特点，将是今后食品微生物检测技术的一个重要发展方向。目前该技术已用于多种食品中致病菌的检测。基因工程与果蔬保鲜

如何使果蔬延缓衰老，延长保鲜期一直是人们所研究的重要问题，每天数以万计的水果和蔬菜在贮藏和运输中损耗。近代对果实和蔬菜的保鲜问题，一般以控制采后温度、贮藏环境的气体成分，保鲜剂和抗衰老剂的使用，从而抑制器官的呼吸和乙烯释放来解决，但成本较高，需要如冷库等设备和较高技术。另一方面，为了便于贮运，必须提早采收，从而影响品质和质量，降低商品价值。这些方法都存在自身弱点，保鲜效果不很理想，不能完全从根本上解决问题。

近十年来，植物分子生物学的迅速发展，可运用基因工程技术获得转基因植物，不仅对于研究植物成熟和衰老机理具有重要意义，也为应用基因工程技术为植物延缓成熟和衰老，延长保鲜期和贮藏期具有重要实际意义[4]。

荔枝保鲜的意义

荔枝是深受人们喜爱的亚热带水果，营养丰富，色泽艳美是驰名中外的名贵水果,也是最不耐贮藏的果品之一，由于荔枝果实的结构特殊、代谢旺盛，又因采摘季节极短暂且集中在炎热的夏天，水分蒸发干耗率高，故变质极快，造成荔枝商品性快速降低。烂荔枝素有：“一日而色变，二日而香变，三日而味变，四五日外，色香味尽去矣”的特点。

荔枝历来素有“中华之珍果”的美称，是我国在国际市场上最具有竞争力的水果之一。荔枝有较好的经济效益，刺激了荔枝的发展，全国荔枝栽培面积和产量由1988年的15.66万公顷，12万吨，猛增到2004年的599921.88万公顷，629.32万吨。16年内面积增加了38309倍，产量增加了52倍。据统计，荔枝每年因腐烂变质而造成的损失约占总产量的20%以上。同时，鲜荔枝的贮运保鲜困难，也限制了其长途运输和销售，制约了地域市场的开拓。同时果实销售问题不解决，必将影响到果农的经济收入，挫伤果农的积极性。因此，开展荔枝保鲜技术的研究，对于扩大我国的荔枝外销、扩大出口，丰富广大人民的物质生活，促进果农增入，具有十分重大的现实意义[5]。

荔枝果实的主要生理生化及保鲜特性

荔枝果实属非呼吸跃变型水果。含糖量高(可溶性固形物大多在18%以上，有的可达21-22%)，含酸罩低(约0.1%)的水果。从荔枝采后生理特性(呼吸特性，乙烯释放量及营养成分变化)来看，在常温(25℃)条件下，荔枝鲜果呼吸强度接近直线上升，没有出现明显的呼吸高，贮藏5天就开始腐烂。而在4℃~6℃条件下，呼吸强度大大降低，而且有随着贮藏时间的延长呈逐步下降的趋势。说明低温明显地抑制了呼吸强度，有效地减缓了衰老。可见，低温贮藏保鲜是延长保鲜期的主要手段之一。乙烯一直被人们认为是水果采后的“衰老激素”，但从实验测定数据看，荔枝鲜果乙烯释放量在308毫微升/克·小时以下，比起香蕉等其他水果低得多。

从营养成分来看，荔枝果汁含酸量比柑桔低得多，属低酸高糖水果，因此，维生素在缺乏酸的保护下易被破坏。经贮藏保鲜的荔枝果实，其维生素C含量明显下降。由此可见，荔枝不宜长期贮藏。

荔枝的腐败变质多从果实内部开始，即由荔枝本身酶的作用产生自溶现象，破坏了果肉表面保护膜，果汁外溢，引起各种微生物滋生，从而加速整个果肉腐败，其腐烂进程是：果肉流汁→蒂周腐烂→果肉全部腐烂→整果腐烂长霉。荔枝保鲜新方法探究

荔枝果实采后快速衰老产生大量的活性氧，细胞内的活性氧如不及时清除，就会导致氧化胁迫。植物体内主要通过抗氧化酶和抗氧化物质来清除活性氧。抗氧化物质主要包括抗坏血酸(ascorbate，AsA)和谷胱甘肽(glutathione，GSH)。AsA可以直接与单线态氧、超氧自由基、过氧化氢和羟自由基等活性氧作用而减轻氧化伤害；也可以通过抗坏血酸-谷胱甘肽(ascorbate-glutathione cycle，AsA-GSH)循环分解 H2O2，降低 H2O2对细胞的伤害[6]。6.1 抗坏血酸过氧化物酶(APX)过氧化氢(H2O2)会通过金属催化的 Haber-Weiss 反应生成高度活泼的羟基自由基(·OH)·OH 能氧化几乎所有的细胞组分，并引起细胞的破坏。因此，对于所有的好氧生化过程来说，及时清除H2O2对于维持植物正常的生理功能很重要。植物抗坏血酸过氧化物酶(APX)是植物细胞叶绿体和细胞质 中清除 H2O2的主要酶类，对于延缓机体的衰老起到重要作用。

APX转基因的正义表达，可以提高转基因植物的抗逆性。近年来，其重要的生理生化功能已得到广泛关注。例如转基因烟草过量表达的 tAPX活性比野生型的提高了 37倍，能有效地抗氧化胁迫。拟南芥中 tAPX的过量表达增强了对除草剂 Paraquat(1，1 二甲基 4，4 联吡啶二氯化物)诱导的光合氧化胁迫和氧化氮诱导的细胞死亡的抗性。除植物因遇逆境而产生的过量活性氧，外源 APX基因的表达还可能会激发内源 SOD 基因的超量表达，因而转APX基因品系的SOD活性得以提高。提高植物体内抗氧化酶活性和增强抗氧化代谢的水平是提高植物抗逆性的有效途径之一。APX能提高氧化耐受性的作用已有报道。6.2 APX基因的克隆

人们已从棉花、拟南芥等植物中克隆了APX基因，并进行了部分转基因植物的研究。Kornyeyev等获得了转叶绿体APX基因的棉花植株，APX在植物体内过量表达，其叶片中 APX活性比野生型的提高了5倍。王庆斌等获得了转APX基因的水稻植株并研究了其功能，发现 APX基因植株中可能表达 APX的相关蛋白，可以抵抗甲基紫精的氧化胁迫，有效保护膜系统。Kornyeyev 等将SOD、tAPX、谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase，GR)基因分别导入棉花中，得到过量表达，所有转基因棉花具有较高的PSⅡ光化学活性和抗氧化能力。Wang 等获得的转 tAPX 烟草植株，其APX活性明显提高，抗低温的能力也增强。Charles 等在研究大豆 cAPXs 中观察到，APX 的转录、翻译和翻译后调控可能增强农作物抵抗环境胁迫的能力。从荔枝果皮中克隆 APX基因 cDNA序列的结果也已见报道[7]。

6.3 荔枝中APX基因的表达

对荔枝抗坏血酸过氧化物酶基因进行初步的表达分析，得到的结果显示，在采后 24~48h基因表达量迅速升高，可能是这时活性氧积累到达一定的程度，诱导抗坏血酸过氧化物酶高表达。在48h后升高幅度减缓，说明在前期24~48h酶基因的表达产生大量的酶蛋白，清除活性氧。对此认为抗坏血酸过氧化物酶基因的变化在对荔枝果皮抗衰老过程中较敏感。在以后的研究中，可考虑将APX基因转入中间载体后，进行转基因植物的研究，探讨外源或内源APX基因对植物采后衰老和荔枝果皮褐变的影响[8]。

展

望

植物果实的衰老是由多种基因控制和调节的，要想有效的提高植物的这些性状，对于植物感受和传单信息的机制，以及调控植物衰老确切的复杂分子机理尚需深入研究，转录因子怎样调控各种抗性基因的表达，这些基因如何发挥活性。只有弄清这些分子机理，进一步利用现有的生物化学及分子生物手段分离，鉴定基因所有成员，才能更有效的应用到植物保鲜中。

与果实成熟的相关基因已陆续被研究，转基因技术和反义RNA技术在延长果实保鲜期方面的应用已逐渐成熟。采用基因工程技术能从根本上延长果实货架期，防止果实腐烂，提高经济效益，在将来必将有非常好的应用前景。

参考文献：

[1] 张占军, 王富花.基因工程技术在食品工业中的研究进展[J].生物技术通报, 2011(2)75-79 [2] 邵学良, 刘志伟.基因工程在食品工业中的应用[J].生物技术通报, 2009(7)1-4 [3] 李志军, 薛长湖, 李八方, 等.基因工程技术在食品工业中的应用[J].食品科技, 2002(6): 12 [4] 金勇丰, 张上隆, 张耀洲.基因工程在园艺作物采后保鲜中的应用[J].生命科学, 1996 8(4): 46-48 [5] 樊刚伦.荔枝保鲜技术的现状及其发展方向[J].科技资讯, 2006(28): 254-255 [6] Foyer C H，Halliwell B．Presence of glutathione and glutathione reductase in chloroplasts：A proposed role in ascorbic acid metabolism[J]．Planta，1976，(167)：521-526．

[7] 赖建勋, 金志强, 王家保.荔枝抗坏血酸过氧化物酶cDNA的克隆和分析[J].安徽农业科学，2007 35(26): 8164-8167 [8] 赖建勋, 金志强, 王家保.采后荔枝果皮抗坏血酸过氧化物酶基因的差异表达试验初报[J].现代农业科技, 2007(14): 7-9

第二篇：揭秘杨贵妃的荔枝保鲜法

揭秘杨贵妃的荔枝保鲜法

1000多年前，大唐皇妃杨玉环香消玉殒，命丧马嵬驿，但她和唐玄宗的爱情故事并未随着时间的流逝被人们渐忘。相传唐玄宗为了讨得杨贵妃的欢心，不惜千里迢迢，从遥远的南方为她运来新鲜荔枝，为此，杜牧留下了千年传诵的古诗“一骑红尘妃子笑，无人知是荔枝来”。

长安及其附近皆不产荔枝，荔枝必然来自长安以南的地方。这盛产荔枝的南方，不外乎以下几处：其一，福建；其二，两广；其三，四川。

多年以来，几乎每个盛产荔枝的地方，都试图把自己和杨贵妃联系在一起。那么，杨贵妃为之一笑倾城的荔枝，它到底来自哪里？

产地之说

福建？两广？四川？谁才是荔枝“娘家”

8天时间，1500公里行程，十多人组成的探秘团队，从古长安(陕西西安)出发，沿着西南方向，重走荔枝古道，只为溯本正源，寻找杨贵妃喜欢的味道，解开争论千年的贵妃所食荔枝产地之谜。

唐代诗人白居易曾描绘荔枝的保鲜很困难，采摘后“一日色变，二日香变，三日味变，四五日外香味尽去矣”。这样说来，荔枝必须在采摘后的几天内送到。

长安及其附近皆不产荔枝，荔枝必然来自长安以南的地方。这盛产荔枝的南方，大抵不外乎以下几处：其一，福建；其二，两广；其三，四川。本次探秘活动策划人、陕西电视台节目制作人史睿介绍了这三种说法。

抽丝剥茧

两广福建距离过远难成立

史睿介绍，福建说源于宋代，一个叫蔡襄的福建人写有一部荔枝专著，认为福建所产荔枝天下第一，所产之地则“福漳亦知名”。但唐朝时，福建离长安至少两千多公里路程，即便以每天250公里的速度昼夜兼程，也得在10天以上。运输时间需要10天的荔枝，显然已不能食用。

为两广说法提供最原始依据的是唐人李肇《国史补》：“杨贵妃生于蜀，好食荔枝。南海所生，尤胜蜀者，故每岁飞驰以进。”同理，在没有高铁、没有飞机、没有高速路的唐朝，两广到长安的路线，仍是两千多公里的路程，同样无法保证在荔枝色味变之前安全运抵帝国中心长安。

持两广说者在意识到距离问题后，提出了两种假设：假设之一，杨贵妃所食的不是新鲜荔枝，而是用荔枝酿成的酒，但如果真是荔枝酒，则不要需要赶时间，那么无论如何也不会用加急文书的方式送往长安；假设之二，当荔枝成熟时，把整棵荔枝伐倒，连枝带叶全部运往长安，以增长其保鲜期。但是，唐代的驿路许多路段都是崎岖小径，这不仅给运输平添麻烦，也使速度变得缓慢；此外，如果真是把整树运往长安，那么杜牧不可能说“一骑红尘妃子笑，无人知是荔枝来”。

巴蜀之说离真相更近一步

在史睿看来，巴蜀说虽然同样找不到正史上的证据，但其更接近历史真相。“今天的巴蜀之地距离古长安只有1000多公里，相较于两广福建一带，距离缩短了一半。”史睿说。

此外，宋代的《鹤林玉露》载有：“唐明皇时，一骑红尘妃子笑，谓泸戎产也，故杜子美有„忆向泸戎摘荔枝‟之句。”另外，对家乡福建荔枝赞不绝口的蔡襄也认为，杨贵妃所食荔枝，就是来自四川。那么，这些荔枝到底是从四川哪个地区运往长安的呢？以下两个地方皆有可能，那就是四川的涪陵(今属重庆)和四川合江。在今天的合江和涪陵，还有暗香浮动的古道作为历史的见证……

真相追踪到底产自四川何地？水路+荔枝古道合江荔枝到长安

史睿介绍，杜甫流落四川期间，曾游历到今天宜宾一带，他在一次宴会上吃到了鲜荔枝，为此作诗说“重碧拈春酒，轻红擘荔枝”。“在邻近戎州的州县中，居于其下游的合江是一个有2130年历史的古县，也是四川最重要的荔枝产地，而杨贵妃的荔枝，可能就是从这里运往长安的。”

史睿说，杨贵妃乃四川人，其父曾在四川做过多年地方官，正是在四川吃过荔枝，杨贵妃才对荔枝依依不忘，以至于才有后来的唐玄宗为博美一笑而不惜劳民伤财。来到合江，提起妃子笑，众人都知道这是因与贵妃结缘而得来的品名。合江虎头镇，仍保留着树龄达千年以上的老荔树，种植历史可谓源远流长。

合江地处长江之畔，历来为交通要道。合江县新闻中心副主任梁明春介绍，当年，从这里摘下的荔枝，“统一集中在合江白米镇的史坝，从这里的史坝水驿站顺江而流，到达涪陵。期间250公里的水路，古时需一天一夜到达。”荔枝到达涪陵后，那些强壮的驿卒和驿马一站接一站，沿着荔枝古道以每天250公里的速度飞奔，大约4到5天即可抵达长安。

专家说法

民史专家：比四川再南是误区

八天时间重走荔枝古道，随同探秘团队一行的还有中国著名明史专家商子雍先生。这位70多岁的老人跟随着探秘团队爬过数小时的山路，一路行程下来，商老师表示，确实很辛苦，但这一趟意义有加。“重走荔枝古道才明白，除了岭南产荔枝(广东、广西和海南)之外，四川在唐代也是产荔枝的，而且直到现在，在泸州这一带，在合江仍然生产比较好的荔枝。”

商老师说，苏东坡的两句诗“日啖荔枝三百颗，不辞长作岭南人”让很多人都误认为当初杨贵妃吃的荔枝是从岭南运过来的。但此次重走荔枝古道可以纠正前人或是学者的一个误解，“两广荔枝不管怎么好，在唐代的交通条件下，两千多公里的距离，是没有办法几日运到长安的。”

穿越千年

当年皇家贡品果今入寻常百姓家

如今，合江荔枝中的名品不仅有妃子笑，还有带绿、陀缇等数十种。合江县农工办主任向贵权说，合江荔枝栽培历史可上溯到近2000年的汉武帝时期，直至今日，当地仍有30余万亩的荔枝种植基地，占据了四川90%的荔枝产量。此地亦为全世界最高纬度的荔枝集中生长区，果实成熟期比沿海的两广和福建晚2个多月，当沿海荔枝早已不见踪影时，这里的晚熟荔枝方才渐次成熟。以前作为皇家贡品的荔枝，现如今已经走进了寻常百姓家。

多年来，合江民间一直流传着一种荔枝保鲜法，据传说就是当年为杨贵妃运送荔枝而发明的：把刚摘下来的荔枝放进巨竹筒内，两侧用湿泥巴封住，这样便能以竹的生气使荔枝的保鲜期得以延长。

第三篇：基因工程与生物材料

转基因与生物材料相似的忧虑

学号：11311060 专业：生物医学工程 姓名：周炜红

摘要：转基因技术与生物材料学都是当前新兴的产业，其发展都面临着一定的阻力，特别是在安全性上引起公众的热议。但是转基因技术与生物材料学都有着优越性，因此我们应该扬长避短，把这两个产业发展起来，而不是因噎废食。

关键词：转基因，生物材料，应用以及安全性，忧虑，发展

在当今日新月异的社会中，科技技术的更新换代越来越快。短短几年间，各种各样的科技成果展现在人们面前。或喜或忧，但是这些科学技术给人类社会的影响却是实实在在的。无论是学习方式或是生活方式，都发生了重大的改变。而转基因技术就是时代的产物了，与这非常相似或某种程度上出现概念交叉的生物材料也正被推到了时代的浪尖上，引起了当代人们的热议。尽管转基因产品和生物材料有着种种不确定性，但是社会总是向前发展的。我们应该充分挖掘两者的有益性，尽量避免其祸害。而不是盲目的阻止其发展，因噎废食未免不理智

转基因技术也许还不是很成熟，但是它几乎渗入到人们生活的方方面面，不管人们是否愿意接受。转基因技术是将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中，由于导入基因的表达，引起生物体性状的可遗传的修饰。而人们常说的“遗传工程”、“基因工程”、“遗传特化”均为转基因的同义词。利用转基因技术可以改变动植物性状，培育新品种。也可以利用其他生物体培育出期望的生物制品，用于医药、食品等方面。

在我们国家，植物的转基因做得相对成功。研究转基因植物的主要目的是培育高产、优质、抗病毒、抗虫、抗寒、抗旱、抗涝、抗盐碱、抗除草剂等的作物新品种，改善食品质量，提高农作物对虫害及病原体的抵抗力。例如转基因玉米、转基因番茄、转基因棉花等等。特别是抗虫棉花的研制，长期以来，棉铃虫是我国棉花重大害虫之一，每年都给国家带来重大的经济损失。而棉农频繁地使用杀虫剂，不仅增加棉花的生产成本和棉农的劳动强度，也破坏了生态环境。经过科学家长时间的辛勤攻坚，到了2002年左右，转基因棉花的生产实现了流水线操作，年产转基因植株8000株以上，真正做到了棉花转基因规模化和工厂化。可见转基因植物确实在性状和适应环境的能力方面比常规植物更有优越性。

转基因除了在植物抗虫基因方面有所成就，在抗除草剂工程、抗逆工程、植物品质改良工程、植物疫苗等方面都有很大的进步。对于改进人类的生活，转基因植物确实起到了很大的作用，在一些粮食问题突出的地方，能大量生产的转基因植物无疑是福音。转基因食品也因此有着合理的存在性，它能减少饥饿与贫困，减少农业生产对环境的影响，提高生产率从而降低成本，提高耕地生产率从而可以少砍伐土地，并可以获得持续的经济效益。因此说，它的应用前景目前还是比较乐观的。

然而转基因植物是一把双刃剑，利害共存在所难免。以转基因植物为原料的转基因食物在当前世界上还是备受争议的，因为在科学上还是有着很多不确定性，有相当一部分的地方例如西欧就抵制绝大部分的转基因食品。转基因作物往往是过量地制造某种蛋白质，如果该蛋白质是对人体有害的，它很容易成为过敏原，让部分人群出现过敏。而且目前的技术基础还不能预测外来基因的插入会给身体机能带来怎样的危害。因为到至今为止，科学家们虽然能测定DNA序列，了解一些基因表达的性状功能等，但不能完全掌握及相互作用和在宿主生命各阶段中表达或沉默的准确遗传信息。

同时，转基因作物存在着各种各样潜在的生态风险。例如影响作物的生态多样性，野生种被转基因材料污染，影响自然生态系统，对非目标生物的伤害。其中比较经典的是咖啡绣的故事了。1864年，爱尔兰土豆枯死病，造成了100多万人死亡，几百万人流离失所，原因就是当地的人们只种植两个土豆品种，而这两个品种又特别脆弱，发生意外后无法挽救。与此相反，1970年在斯里兰卡、巴西和中美洲地区，咖啡作物爆发了咖啡绣，而在咖啡故乡埃塞俄比亚却发现了一种具有抵抗性的品种，从而挽救了全球咖啡农业全军覆没的的命运。而由于转基因植物的入侵性和污染性，大面积推广转基因植物将导致生物多样性尤其是食物种植品种多样性降低，从而加大食物安全隐患。

综上所述，转基因植物及其相关产品都有着对立性和统一性。人们对转基因技术应该可以说是存在着敬畏的心态，想去接触但又害怕去接触，这就是人们的忧虑吧。

与此同时，与基因产品相得益彰的是生物材料。在生物医学工程学中，生物材料是制作各种人工器官的物质基础，它必须满足各种器官对材料的各项要求，包括强度、硬度、韧性、耐磨性、挠度及表面特性等各种物理、机械等性能。由于这些人工器官大多数是植入体内的，所以要求具有耐腐蚀性、化学稳定性、无毒性，还要求与机体组织或血液有相容性。这些材料包括金属、非金属及复合材料、高分子材料等；目前轻合金材料的应用较为广泛.生物材料的应用主要体现在人体内的各种替代产品或与其相关的产品。例如人工皮肤、人工食道、人工心肺气管、烧伤保护膜、手术缝合线、填充物、注射针筒、血袋、引流插管及植入体、人工脏器止血剂（如止血绵）、微胶囊、皮下注射剂、避孕海绵等，其在国外发达国家中已进入运用普及阶段。随着经济的快速发展，中国生物医学材料领域这片“热土”引起国际上一些主要研究机构和越来越多的世界500强企业的关注，日本和韩国的生物医学材料领域近年来也呈现出强劲增长态势。有人预言，未来10年，生物材料将步入“亚洲世纪”。在第四届中国生物产业大会召开前夕，华中科技大学先进生物材料与组织工程研究中心主任张胜民教授在接受记者采访时表示，我国在生物医学材料研究的若干新领域有待实现突破。随着政府的重视和投入的不断增加，取得一批较高水平的研究和科研成果，如生物活性骨、关节系统替换材料、人上一心脏瓣膜等心血管替换材料以及眼科手术用高分子复合材料等。

随着基于新原理的产品的不断涌现、大众对产品质量的深度关切，人们对材料生物相容性、安全性、有效性及时效性等的评价方法和产品标准提出了更高要求，并期待突破。例如有学者指出纳米级的生物医学材料可能会对生殖系统有害：医用金属材料如镍元素由于腐蚀溶出，除了对人体产生过敏反应外，还存在致畸、致癌的危害性。各种生物材料由于在国内的发展不太成熟，总会遇到种种质疑。无论是经济成本还是其安全性，生物医学材料都需要更大的发展空间。这就需要有社会公众的支持和开明的科研氛围。

此外，美国著名的《Science》杂志对生物医学材料有关“代”的划分有不同描述：将生物惰性材料归为第一代生物材料，将生物活性和可降解吸收材料归为第二代生物材料，将细胞和基因材料归为第三代生物材料。

可见基因技术和生物医学材料有其概念的交叉，在应用前景上，也有着类似的情况。这也是与其技术基础分不开的，两者都走在科技前沿上，而且在国内的发展也较西方国家晚，在技术投资上，也稍逊于西方的发达国家，但是我国已经在加大力度发展这两个新兴产业。中国的科技发展也日新月异，我们完全可以乐观地预测这两个产业将会向前发展。任何一种新兴技术的发展都面临着喜与忧，只要它有益于人类，并能与环境友好相处，我们就应该理智谨慎地、开明地研究下去，以期推动人类的社会发展。

第四篇：基因工程

《基因工程论文》

嗜热解烃基因工程菌SL-21的构建

学

院：生命科学学院 班

级：生物技术12-2 学

号：7011208209 姓

名：陈 昆 任课教师：张锐

嗜热解烃基因工程菌SL-21的构建

摘要﹕从以C15—C36直链烷烃为惟一碳源生长的解烃菌———地芽孢杆菌MD-2细胞中获得了1个新的烃降解基因———烷烃单加氧酶基因sladA。将基因sladA克隆到质粒pSTE33上,构建了重组质粒pSTalk。通过电转化将pSTalk转化入嗜热脱氮土壤芽孢杆菌ZJ-3内,构建了基因工程菌SL-21。SL-21兼具嗜热和解烃的功能,在70℃条件下,14d后对原油的降解率达75.08%。研究结果表明,可以通过体外重组的方式向嗜热菌中引入烃降解基因,从而构建嗜热解烃基因工程菌。关键词:微生物采油;烃类降解菌;嗜热解烃基因;质粒;基因工程菌

微生物降解原油是微生物提高原油采收率的主要机理之一。研究结果表明,在解烃菌作用下原油的族组分发生变化,轻质组分增加,粘度下降,改善了原油的流动性;同时,解烃菌还可以将烃类分子转化成有机溶剂、表面活性剂、酸和气体等驱油物质。迄今为止,从自然界筛选的高效解烃菌绝大多数为嗜温微生物,最适合生长温度一般为20-45℃,很难适应油藏的高温环境。笔者从1株解烃菌细胞中分离出1个新的烃降解基因———烷烃单加氧酶基因sladA,并采用基因工程手段将此基因转化到另外1株最适合生长温度为70℃的嗜热菌体内,构建了嗜热解烃基因工程菌SL-21。该基因工程菌既具有高效的解烃功能,又能适应油藏高温环境,在微生物采油中具有良好的应用前景。1.1 实验材料

实验材料包括限制性内切酶EcoRⅠ和XhoⅠ;UNIQ-10柱式DNA胶回收试剂盒、PCR片断回收试剂盒;大肠杆菌感受态细胞E.coliDH5α;pGEM-T easy载体;质粒pSTE33 kanr,Ampr,EcoRⅠ/XhoⅠ;异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)、十二烷基硫酸钠(SDS)、氨苄青霉素(Amp)、卡那霉素(Kan)。LB培养基按文献配制。无机盐培养基组成:Na2HPO40.06g;KH2PO40.02g;NaNO30.2g;CaCl20.001g;FeSO40.001g;MgSO4 0.03g;蒸馏水100mL;pH值为7.2。嗜热脱氮土壤芽孢杆菌ZJ-3,分离自胜利油区孤岛油田中一区馆3区块采出液,最适合生长温度为70℃;地芽孢杆菌MD-2,以C15—C36直链烷烃为惟一碳源生长,分离自胜利油区原油污染土壤。1.2 实验方法

DNA的操作 基因组DNA小量提取,利用聚合酶链式反应(PCR)对DNA扩增、PCR产物的回收、酶切与连接,质粒DNA提取和基因序列测定等均按文献[13-14]方法进行。菌株培养 所涉及到的菌株培养均在温度为70℃,转速为180r/min的条件下进行振荡培养。基因工程菌的构建和筛选方法 ZJ-3感受态细胞的制备按文献[13-14]方法进行。用构建的重组质粒pSTalk在最佳条件下电转化ZJ-3感受态细 胞构建基因工程菌。在含有50μg/mL Kan的LB琼脂平板上挑选10个阳性克隆接种到5mL LB培养基中,培养过夜,获得种子液。将该种子液接种到200mL以液蜡为惟一碳源的无机盐培养基中,培养5d后用CCl4抽提剩余的液蜡,用红外测油仪测定烃的剩余量,根据菌株降解液蜡的速率筛选出目的基因工程菌。基因工程菌的诱导表达及SDS-PAGE检测挑取阳性克隆接种于含100μg/mL Amp的10mL的LB液体培养基中,180r/min下振荡培养至光密度值达到0.6(检测光波波长为600nm),加诱导物IPTG至终浓度为1mmol/L,振荡培养8h,收集表达菌体,加SDS上样缓冲液,于100℃水浴10min后上样,用12%的SDS-PAGE电泳检测。基因工程菌降油能力测试 将基因工程菌接入20mL LB培养基中,培养12h,以5 000r/min的速度离心5min收集菌体,用无菌生理盐水洗涤菌体1次,加20mL无菌生理盐水悬浮,作为菌株利用烷

烃生长的种子液。取菌悬液按1%接种量接入200mL无机盐培养基中,加入2%孤岛油田中一区馆3区块原油或2%的液体石蜡作为惟一碳源培养,取样稀释涂布计数。原油降解实验 在无机盐培养基中添加2%的原油,按1%接种量接入基因工程菌,培养14d。用正己烷萃取降解后的原油,用气相色谱仪测定原油饱和烃组分的降解情况。原油降解率为菌株降解前、后原油量的差值与菌株降解前原油量的比值。2 实验结果与分析

2.1 MD-2基因组DNA的检测

对MD-2基因组进行提取和纯化。提取后的染色体DNA经0.8%的琼脂糖凝胶电泳检测,相对分子质量不小于23kb,说明提取的DNA完好。在检测光波波长为260280nm条件下分别测出DNA的光密度,其比值为1.95,换算出DNA的质量浓度为1 400g/mL,表明DNA纯度较好,无蛋白、RNA、酚和多糖物质的干扰。2.2 烷烃单加氧酶基因的克隆与序列分析依据美国国立卫生研究院基因序列数据库(Genbank)中的烷烃单加氧酶基因开放阅读框两端保守序列,设计了一对兼并引物以MD-2基因组DNA为模板进行PCR扩增,将约1.3kb的PCR产物回收后连接到pGEM-T easy载体上,转入E.coliDH5α,挑取阳性克隆质粒进行测序。测序结果经Genbank检索,表明该DNA序列是个新的烷烃单加氧酶基因,命名为sladA。2.3 基因工程菌的构建及筛选

通过PCR扩增sladA后,将PCR产物用EcoRⅠ或XhoⅠ消化,分离纯化出1 329bp的片断,与经EcoRⅠ或XhoⅠ消化的pSTE33质粒连接,构建成含sladA的重组质pSTalk。经电泳鉴定表明(图1),重组质粒构建成功。

2.4 基因sladA在基因工程菌SL-21中的诱导表达

由基因工程菌SL-21全蛋白的SDS-PAGE图谱可见(图2),在烷烃单加氧酶基因sladA对应蛋白大小的地方扫描到高信号强度,表明sladA基因在SL-21中得以表达。2.5 基因工程菌SL-21碳源生长

基因工程菌SL-21在以原油和液体石蜡为惟一碳源的无机盐培养基中培养,在70℃和180r/min条件下,经过3d的延滞期后进入对数期,菌体数增加。17d后,菌体数为接菌初期的5倍,表明SL-21能够利用原油或液体石蜡作为惟一碳源生长。2.6 对原油的降解作用

由原油饱和烃组分的降解情况可看出(图3),基因工程菌对原油有很明显的降解效果,几乎将饱和烃降解完全。经对气相色谱各峰面积对比,计算出各峰面积的含

量和饱和烃组分降解率(表2)。基因工程菌SL-21对原油的降解率为75.08%。

实验结果表明,烃类降解菌地芽孢杆菌MD-2细胞提取的烷烃单加氧酶基因sladA可以在嗜热脱氮土壤芽孢杆菌ZJ-3中表达。但不同的基因工程菌株中烷烃单加氧酶基因sladA表达的效率不同,需要通过菌株对原油的降解评价进一步筛选。获得的对原油降解速率最高的基因工程菌SL-21能在70℃高温条件下生长,并且对原油降解效果明显。因此以体外重组方式向嗜热菌中引入烃类降解基因构建嗜热解烃基因工程菌在技术上是可行的。3 结论

以地芽孢杆菌MD-2为目标菌株,克隆和表达了降解长链烷烃的单加氧酶基因sladA,并在嗜热脱氮土壤芽孢杆菌ZJ-3中正确表达了基因sladA,构建了基因工程菌SL-21。基因工程菌SL-21在70℃条件下,能以原油或液体石蜡为惟一碳源生长。14d对原油的降解率为75.08%,对原油饱和烃组分均有明显的降解效果。该基因工程菌既可以用于微生物驱油技术,又可以用于高温油田污水的生物处理。利用基因工程的方法可以获得既能耐受极端环境,又具有良好功能的基因工程菌株,是石油微生物菌种选育的重要方向。参考文献: [1] 周金葵,王大威,廖明清,等.一株石油烃降解菌的筛选及性能研究[J].大庆石油地质与开发,2007,26(6):119-123.[2] 汪卫东,汪竹,耿雪丽,等.美国微生物采油技术现场应用效果分析[J].油气地质与采收率,2002,9(6):75-76.[3] 袁长忠,宋永亭,段传慧.微生物采油用营养物质在石英砂上的静态和动态吸附规律[J].油气地质与采收率,2009,16(4):74-76.[4] 修建龙,董汉平,俞理,等.微生物提高采收率数值模拟研究现状[J].油气地质与采收率,2009,16(4):86-89.[5] 路璐,向廷生,黑花丽.本源微生物降解原油的饱和烃色谱分析[J].油气地

质与采收率,2008,15(1):77-79.[6] 宋智勇,张君,马继业,等.微生物菌液的界面特性[J].油气地质与采收率,2008,15(3):73-75.[7] 蒋焱,曹功泽,赵凤敏,等.聚合物驱后微生物提高采收率的可行性分析[J].油气地质与采收率,2008,15(5):63-65,68.[8] 陈爱华,方新湘,吕秀荣,等.克拉玛依油田内源微生物驱油机理探索[J].油气地质与采收率,2008,15(5):75-77.[9] 宋绍富,刘菊荣,张忠智.微生物采油替代营养源的研究[J].油气地质与采收率,2007,14(2):96-98.[10]李希明.微生物驱替盲端类剩余油的微观实验[J].油气地质与采收率,2008,15(3):91-92.[11]沈萍.微生物学[M].北京:高等教育出版社,2000:143.[12]唐赟,冯露,刘沐之,等.嗜热解烃菌NG80-2的鉴定及其特[J].南开大学学报,2006,39(2):46-50,70.[13] Sambrook J,Fritsch E F,Maniatis T.分子克隆实验指南[M].金冬雁,译.北京:科学出版社,1992.[14]卢圣栋.现代分子生物学实验技术[M].2版.北京:高等教育出版社,1993.4

第五篇：基因工程

宁波大学科学技术学院考核答题纸

（2011--2012学年第 学期）

课号：:EK5G04A00

课程名称：现代生物技术概论

阅卷教师：

班级：10级生物工程

学号：104177306

姓名：郭兆峰

成绩：

基因工程

摘要：基因工程是20世纪70年代在分子遗传学、细胞生物学基础上发展起来的，是一种可以按照人们的意愿设计、改造和组建生物品种的新技术。包括它通过基因操作，将目的基因活DNA片段与合适的载体连接转入目标生物细胞，通过复制、转录、翻译外源目的基因以及蛋白质的活性表达，使转基因生物获得新的遗传性状。

关键词：生物技术；基因工程

一、基因工程的诞生：

从20世纪40年代开始，受分子生物学、分子遗传学发展的影响，基因分子生物学取得巨大进步，为基因工程的诞生奠定了基础。现在人们公认的诞生日期是1973年，其中现代分子生物学领域上的三大发现及技术上的三大发明起了决定性作用。

理论上的三大发现包括：第一，20世纪40年代，Avery 在美国的一次学术会上报道了肺炎球菌的转化，证明了遗传信息的携带者是DNA而不是蛋白质；第二，1953年，Watson 和 Crick 提出的DNA分子的双螺旋结构以及半保留复制机理，解决了基因的自我复制和传递问题；第三，20世纪50年代末的“中心法则”，60年代由Monod 和 Jacob 提出的操纵分子学说，并成功的由一批科学家破译了遗传密码从而阐明了遗传信息的流向和表达问题。

以上问题的解决使得人们自主改造生物遗传性状从理论上成为现实。

技术上的三大发明：第一，1967年发现的DNA连接酶，以及1979年发现的具有更高活性的T4 DNA连接酶。在1970年Smith和 Wilcox从流感嗜血杆菌中分离并纯化的限制性核酸内切酶HindⅡ和1972年发现的EcoRⅠ核酸内切酶。后来发现的大量的限制性核酸内切酶。第二，一些病毒、质粒和噬菌体等载体技术的发现使把目的基因的导入更加容易。第三，DNA分子序列分析及琼脂糖凝胶电泳、Southern杂交技术的发展使得基因工程的诞生越来越近。1973年，斯坦福大学将抗四环素质粒和抗新霉素的质粒用限制性内切酶切割并连接成重组质粒导入到大肠杆菌中是基因工程诞生的标志。

二、基因工程有几个重要特征：（1）、打破了物种的界限，实现跨物种的基因转移；（2）、通过已知功能基因的遗传转化，进行物种的定向改良；（3）、创造出自然界中本来不存在的物种。

三、基因工程技术流程包括：（1）、目的基因克隆，即从特定生物基因组和cDNA中分离提纯和扩大繁殖目的基因；（2）、选择合适的载体，并对载体DNA进行克隆；（3）、将目的基因与载体宁波大学科学技术学院考核答题纸

（2011--2012学年第 学期）

课号：:EK5G04A00

课程名称：现代生物技术概论

阅卷教师：

班级：10级生物工程

学号：104177306

姓名：郭兆峰

成绩：

连接；（4）、将重组DNA导入到大肠杆菌或酵母菌体内培养；（5）、利用载体上的标记基因进行筛选，获得转目的基因的细胞或植株。

四、基因工程的应用：

（1）基因工程应用于农业生产方面：农业领域是目前转基因技术应用最为广泛的领域之一。农作物生物技术的目的是提高作物产量，改善品质，增强作物抗逆性、抗病虫害的能力。基因工程在这些领域已取得了令人瞩目的成就。

（2）基因工程应用于医药方面：目前，以基因工程药物为主导的基因工程应用产业已成为全球发展最快的产业之一，发展前景广阔。基因工程药物主要包括细胞因子、抗体、疫苗、激素和核苷酸药物等。它们对预防人类的肿瘤、心血管疾病、遗传病、糖尿病、包括艾滋病在内的各种传染病、类风湿疾病等有重要作用。在很多领域特别是疑难病症上，基因工程工程药物起到了传统化学药物难以达到的作用。我们最为熟悉的干扰素(IFN)就是一类利用基因工程技术研制成的多功能细胞因子，在临床上已用于治疗白血病、乙肝、丙肝、多发性硬化症和类风湿关节炎等多种疾病。

（3）基因工程应用于环保方面：基因工程技术可提高微生物净化环境的能力。美国利用DNA重组技术把降解芳烃、萜烃、多环芳烃、脂肪烃的4种菌体基因链接，转移到某一菌体中构建出可同时降解4种有机物的“超级细菌”，用之清除石油污染，在数小时内可将水上浮油中的2/3烃类降解完，而天然菌株需要1年之久。也有人把Bt蛋白基因、球形芽孢杆菌、且表达成功。它能钉死蚊虫与害虫，而对人畜无害，不污染环境。现已开发出的基因工程菌有净化农药的DDT的细菌、降解水中的染料、环境中有机氯苯类和氯酚类、多氯联苯的工程菌、降解土壤中的TNT炸药的工程菌及用于吸附无机有毒化合物(铅、汞、镉等)的基因工程菌及植物等。90年代后期问世的DNA改组技术可以创新基因，并赋予表达产物以新的功能，创造出全新的微生物，如可将降解某一污染物的不同细菌的基因通过PCR技术全部克隆出来，再利用基因重组技术在体外加工重组，最后导入合适的载体，就有可能产生一种或几种具有非凡降解能力的超级菌株，从而大大地提高降解效率。

五、基因工程的安全性问题：

自基因工程诞生以来，基因工程的安全性问题就受到人们极大的关注，关于重组DNA潜在的危险性问题的争论，在基因工程还处于酝酿阶段的时候就已经开始。争论的焦点是担心基因工程宁波大学科学技术学院考核答题纸

（2011--2012学年第 学期）

课号：:EK5G04A00

课程名称：现代生物技术概论

阅卷教师：

班级：10级生物工程

学号：104177306

姓名：郭兆峰

成绩：的杂种生物会从实验室溢出，在自然界造成难以抑制的灾难，有害的杂种菌或病毒与化学物质不同，它们会在自然界不断繁殖，造成的危害更大。

在1975年2月，美国国立卫生研究院（NIH）在加利福尼亚州的Asilomar 会议中心内，160名来自美国和16个国家的专家学者对重组DNA的危害辩论，虽然与会代表分歧挺大，但最后也达成了一些重要的共识，在1976年6月23日美国NIH制定并公布了《重组DNA研究准则》。为了避免可能造成的危害，除了规定禁止若干类型的重组DNA实验外，还制定了许多具体的规定条文。

六、基因工程的前景展望：基因工程技术是继工业革命、信息革命之后 对人类社会产生深远影响的一场革命。它在基因制药、基因诊断、基因治疗、基因芯片和基因克隆等技术方面取得的革命性成果，将极大地改变人类生命和生活面貌。

参考文献：

1、基因工程/楼士林，杨盛昌，龙敏南等主编.—北京：科学出版社，2002

2、基因工程技术/钟卫鸿主编.—北京：化学工业出版社，2007.6

3、基因工程/何水林主编.—北京：科学出版社，2008

4、基因工程原理与技术/刘志国主编.—2版.—北京：化学工业出版社，2010,12

5、基因工程：原理、方法与应用/徐煜泉等编著.—北京：北京大学出版社，2008.12