本科《食品生物技术导论》课件序言 食品生物技术原理-本科生2002-

1、食品生物技术原理生吉萍中国农业大学食品学院课程基本情况36学时，必修课，大学3年级第一学期，授课30学时，实验6学时。时间：周二下午56节，2323教室；周四12节,医145, 19周主讲教师：生吉萍，朱本忠主要内容第一章：生物技术发展的概况和趋势第二章：基因工程的基本原理及过程第三章：细胞工程的基本原理过程第四章：食品酶工程课程的主要内容第五章：现代食品发酵工程第六章：生物技术在农业和食品工业中的应用第七章：转基因食品的安全性及相关问题实验及讨论参考书罗云波、生吉萍、陈宗道等。食品生物技术导论。中国农业大学出版社，2002。阎隆飞，张玉麟主编。分子生物学。北京农业大学出版社，1993谢友菊编

2、著。遗传工程概论。北京农业大学出版社，1992彭志英主编。食品生物技术。中国轻工业出版社。1999第一章 食品生物技术的发展现状2002年9月3日评说当代高新科技：世纪是“生物技术”世纪正确理解生物技术BiotechnologyBio-engineering、生物技术的概念广义生物技术:利用生物有机体或其组成部分开发新产品或新工艺的技术。有机体：组成部分：生物技术的概念（续）狭义生物技术 基因重组技术 ， 即基因工程或遗传工程是生物技术的核心。生物技术的研究领域细胞融合和大量培养技术（细胞工程） 胚胎操作和移植技术（胚胎工程） 酶的修饰和利用技术（酶工程） 微生物发酵技术（发酵工程） 生物模拟

3、技术 基因重组技术（基因工程、遗传工程）、生物技术内容基因工程细胞工程酶工程发酵工程、生物技术的优越性（）不可取代（）快速、精确（）低耗、高效（）副产物、副作用小，安全性好4、目前生物工程在世界范围内的基本情况4.1 历史回顾1865年 奥地利科学家孟德尔通过对豌豆的研究，提出生物体内有某种遗传因子1909年 英国科学家摩尔根用研究果蝇的染色体，提出了突变概念1911年 美国科学家约翰生提出把遗传因子重新命名为“基因”历史回顾1953年 美国科学家Waston与英国科学家Crick建立了DNA的双螺旋结构模型，由此奠定了现代分子生物学1984年 利用显微注射法在美英获得转基因兔、鼠及牛、羊19

4、91年 第一个商品化的转基因食品在美国上市4.2 利用基因工程技术较多的国家美国 4000万公顷加拿大 1280万公顷阿根廷 750万公顷澳大利亚、墨西哥、西班牙、法国、南非合计达10万公顷以上美国基因工程应用情况63种动、植物转基因产品通过FDA认证超过60%的加工食品含有转基因成分转基因食品的销售额超过100亿美圆超过64%的大豆为转基因大豆超过50%的玉米、小麦为转基因玉米和小麦英国基因工程应用情况与转基因有关的食品达七千种，包括：婴儿食品。巧克力、冷冻甜品、面包、人造奶油、香肠、肉类及代肉类产品。生物制药的市场美国市场对几种血液蛋白产品的需求及销售状况 年需求量 现价 年销售额 （Kg

5、） （g/$） (M$)第八因子 0.3 2,900,000 882第九因子 4 40,000 160C蛋白 10 10,000 100抗凝血酶 21 7,000 150血纤维蛋白原 150 1,000 150白蛋白 315103 3.56 1120 我国基因工程发展情况 我国生物技术的发展主要是在近十多年，无论在研究水平和开发水平上与发达国家都有很大差距。但在发展中国家中居领先地位。 20世纪90年代初基因工程抗虫棉研究取得重大突破1995年转基因抗病小麦有新的突破 抗黄矮病、白粉病、赤霉病，1995年获国家十大科技成果奖农业重组微生物应用效果显著 开发出联合固氮菌，居国际领先水平，推广面积

6、达400万亩以上。转抗菌肽基因马铃薯获得成功 抗青枯病，先后改造了7个主栽品种1995年转基因耐贮番茄获得成功转基因牛、羊、兔、鱼等获得成功 生长素基因、生长素释放因子基因生物反应器研究有突破进展 获得乳腺特异表达外源基因的转基因羊，首批转基因羊乳汁中分泌生长素的含量达每升400毫克。 获得乳汁分泌人凝血因子的转基因山羊。 6、基因工程在食品工业中的意义及应用6.1 转基因食品 利用分子生物学技术，将某种或某些生物的基因转移到另一种物种中去，改造生物的遗传物质，使该物种表现出被转基因的生物性状（包括改变营养品质，消费品质等），这样的生物被称为转基因生物（GMO）。 以转基因生物直接食用或以之为

7、原料，加工生产的食品称为转基因食品。转基因生物，是缓解人口增长与食品匮乏巨大压力的希望所在！6.2 转基因食品的作用6.3 基因工程在食品工业中的应用6.3.1 基因工程在植物性食品中的应用改变油料作物改变淀粉组成及含量增加土豆中氨基酸含量提高谷物食品的赖氨酸含量提高玉米、小麦中的色氨酸含量提高小麦烘焙性能改变大豆中的蛋白质、氨基酸、脱除豆腥味。A. 改良植物食品的食用品质B. 增加果蔬贮藏、保鲜性能植物间基因转移转基因番茄（反义ACS，ACO，PG）转基因香蕉、猕猴桃转基因荔枝动植物间基因转移转鱼抗冻蛋白基因的转基因番茄转细菌脱氨酶的转基因番茄C. 生产特殊食品食品疫苗不耐热肠毒素狂犬病抗原

8、乙肝表面抗原链球菌表面抗原流感表面抗原 将以上基因转移到马铃薯、香蕉、番茄等十多种作物上，生产食用疫苗。6.3.2 基因工程在动物性食品中的应用动物生物反应器制药的优点动物乳腺是一个自我封闭系统乳腺组织是一种有效的蛋白质合成器乳腺可对人体蛋白质进行正确的修饰和后加工，产品的生物学性接近天然产品乳腺所表达的外源基因可以遗传基因工程牛奶增加奶中乳铁蛋白增加奶中的溶菌酶增加奶中有利于吸收钙的蛋白降低奶中的脂肪增加奶中的抗病因子转基因技术在动物上的应用a. 生长素基因GHb. 生长激素释放因子GRF 增重、增速、增加饲料转化率、增瘦肉率 猪、牛、羊、鱼类、禽c. 提高动物食品的品质降低结缔组织的胶联度

9、改善肉质（嫩化肉质）提高饲料转化率 6.3.3 基因工程在微生物中的应用快速灵敏地检测食品中的细菌或致病菌食品微生物的分类和鉴定（PCR技术）A. 用于食品微生物的检验B. 改善发酵食品的品质与风味 酱油风味啤酒风味发酵面食的风味C. 利用基因工程生产食品用酶凝乳酶-淀粉酶葡萄糖氧化酶葡萄糖异构酶溶菌酶半乳糖苷酶第二章基因工程的基本原理及基本过程BiotechnologyBio-engineering基因工程的定义 利用携带一定生物性状的外源基因，通过分离、剪切、组合或拼接等方法，将其转移到另一个生物体内，使其表现该外源基因的的生物性状的方法即为基因工程。中心法则 转录 翻译 DNA RNA

10、蛋白质 反转录 基 因 重 组目的基因与载体基因，标记基因等的连接叫基因重组重组质粒基因包括：标记片段启动子目的基因终止子载 体 基 因 片 段基因工程的一般操作步骤目的基因的获得 载体的选择重组质粒的构建导入目标生物体细胞内转基因重组体的获得转基因生物的鉴定 基 因 工 程 的 特 点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可以大大缩短育种年限。变异可以定向第一节基因工程的基本原理和内容一、基本概念染色体DNA（脱氧核糖核酸）RNA（核糖核酸）基因中心法则人类染色体组示意图细胞核示意图动物细胞示意图植物细胞示意图DNA（脱氧核糖核酸）由两条极性相反并互补的多聚核苷酸链围绕中

11、心轴的双螺旋结构。两条链中的碱基之间按照A配T,G配C的互补原则，以氢键连接。 其中A为：腺嘌呤 T为：胸腺嘧啶 G为：鸟嘌呤 C为：胞嘧啶 U为：尿嘧啶 (RNA)DNA 直线排列于染色体上，存在于细胞核中。DNA有自我复制的能力。DNA双螺旋碱基配对图RNA（核糖核酸）存在于细胞质中分别有三种功能不同的RNA rRNA tRNA rRNAmRNA为遗传密码，由DNA转录而来有关基因的概念基因是含有一定功能的DNA片段，是遗传的基本单位。获取某段有一定生理功能的DNA片段叫基因克隆。找出某段有一定生理功能的DNA片段在染色体上的位置叫基因定位。测定出某段有一定生理功能的DNA片段的碱基序列叫

12、基因测序。按照一定的碱基序列，以核苷酸为原料，合成某段有一定生理功能的DNA片段叫基因合成。中心法则 转录 翻译 DNA RNA 蛋白质 反转录基因工程研究的对象 研究生物大分子，如：蛋白质、核酸、多糖等调节生命过程的物质，包括它们的结构、性状、代谢。 分子生物学是基因工程的基础。基因工程的特点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。变异可以定向。可以大大缩短育种年限。基因工程的定义利用携带一定生物性状的外源基因，通过分离、剪切、组合或拼接等方法，将其转移到另一个生物体内，使其表现该外源基因的的生物性状的方法即为基因工程。 二、基因工程的工具-工具酶（2001年9月18日）

13、(一)、限制性内切酶Restriction Enzyme1）入-噬菌体 (2001.9.25)主要载体。失去某一部分达总量20%的DNA仍不失活，这部分的空间可作为运载其他DNA之用。目前有100多种入-噬菌体载体。入-噬菌体类型插入型载体（insertion vector）：入-DNA基因组中缺失部分非必要基因，只含有1个可供外源DNA插入的RE位点。如：charon6、入-NM641的单切点是EcoRI，入-NM728的单切点是HindIII。替换型载体（Replacement vector）在可替换片段两端有2个RE酶切位点，酶切后替换片段与带有所有必需基因的左右双臂分开，由外源DNA取

14、代之。3）M13噬菌体环状单链DNA分子由6407个核苷酸组成，8个基因雄性专一，仅在带有F质粒的雄性大肠杆菌（F+）的性纤毛上而引起感染。DNA可通过转染进入雌性细胞（F-）。感染细菌时， 可分离单菌落而纯化，可提纯RF-DNA作为克隆载体用。4）动植物病毒向真核细胞运载基因的新载体。在昆虫细胞表达蛋白质的杆状病毒载体；应用于恒河猴肾细胞表达的SV40病毒载体。猕猴桃、番茄转基因病毒载体。五、基因重组目的基因与载体基因，标记基因等的连接叫基因重组。重组质粒基因包括： 标记片段启动子目的基因终止子载 体 基 因 片 段基因重组的过程粘性末端连接法和平头连接法前者最常用。1）直接粘接法：利用RE

15、切割双链DNA形成25个核苷酸的粘性末端，在适宜条件下，与用同一种RE切割的不同来源的、带有与之互补的粘性末端DNA片段配对，T4 DNA连接酶共价连接，形成重组子。2）加尾粘接法利用末端核苷酸转移酶在DNA片段上制造一个粘性末端，再进行粘接的方法，叫。例如：外源DNA加polyA，载体上加polyT，形成 polyA：polyT，最后用T4 DNA连接酶连接形成重组子。基因工程的一般操作步骤目的基因的获得 载体的选择重组子的构建导入目标生物体细胞内转基因重组体的获得转基因生物的鉴定基因工程的四个关键步骤1）目的基因的获得2）体外重组DNA3）基因转移4）筛选与鉴定六、实现基因转移的若干方法转

16、基因技术(gene transplant technology)利用生物、物理或化学的手段，将外源基因导入受体细胞，以获得转基因体的技术。方法一类：载体为媒介的基因转移另一类：直接导入法常见的具体方法介绍：叶盘法：以农杆菌Ti质粒为载体，将植物组织切成叶片进行短暂浸泡的方法。基因枪法（gene gun）：又叫粒子轰击法。将载有外源DNA的钨或金等金属颗粒加速，穿过植物细胞壁进入细胞质的方法。显微注射法花粉管法原生质体（protoplast）直接转基因技术：细胞质，PEG或电场刺激下，外源DNA进入原生质体，选择培养，再生植株。七、基因表达与转基因生物的检测方法Southern blot 检测

17、( DNA水平 ) ( DNA检测法）Northern blot 检测 ( RNA水平 ) ( RNA检测法）Western Blot 检测 （ 蛋白质水平 ） （表达产物检测法）标记基因的表达法：利用标记基因表达性状来鉴定和检测的方法。如GUS基因，荧光标记思考题1、限制性内切酶的种类与作用2、分离目的基因的方法有哪些？3、常用到的载体的种类与特点。4、简述基因工程的过程。第二节 反义基因技术 将基因片段反向插入生物体的基因组中，以便抑制某一基因的表达，这一技术叫反义基因技术。 1、应 用1）转基因动物、植物、微生物2）进行基因定位3）控制病毒感染2、反义RNA表达载体的构建反义DNA：形成

18、mRNA的DNA。反义RNA：与mRNA配对的另一条RNA。构建：1）分离得到mRNA，作模板制造反义DNA2）以反义DNA链为模板合成有义DNA链3）RE切割载体4）将2）中的双链DNA反向插入载体，即为反义载体，制造反义RNA。作用原理一般认为，反义RNA与靶DNA具有特异互补性，通过碱基配对结合的方式在复制、转录、翻译等过程中对目的基因起着负调控作用。4、反义基因技术的特点1）可以高度专一地调节某一特定基因的表达。2）反义基因的不同区段抑制效率不同，基因的部分片段（小至41bp）就可起到抑制效果，抑制程度理论上为0100%。3）转化到植物中的反义RNA的作用类似于遗传上的缺陷型，表现为显型性状。所以，被转化的材料不必为纯合体就可表现出相应性状，从而避免了二倍体内等位基因的显隐干扰。4）反义基因整合到植物的染色体中，可独立表达和稳定遗传，后代符合孟德尔遗传规律。5）利用反义基因可不必了解靶蛋白的结构，可省去对基因产物的研究工作。6）反义基因不改变靶基因的结构，在应用上更加安全。事实事实反义基因技术的应用举例Central Dogma transcript translation DNA RNA Protein reversal transcript Antisene Genemarkerterm