基因工程在食品中的應用分析

曹 南

(長江大學 生命科學學院,湖北 荊州 434000)

生物技術是當今迅速發展的一個高新技術領域，是21世紀最具有發展潛力的新興產業，它涵蓋了基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程和生物化學工程，其中基因工程發展迅猛，已經成為生物科學領域最有生命力、最引人注目的前沿科學。目前，生物技術已被廣泛應用于食品、醫藥、農業、化工、環保等工業部門，而且隨著生物分子認識水平和改造生物遺傳物質手段的提高，生物技術必將為有效解決長期困擾人類的糧食短缺、疑難病癥、能源危機、環境污染等問題帶來美好的前景。

1 基因工程的發展

基因工程是在分子生物學和分子遺傳學綜合發展的基礎上逐步發展起來的，現代分子生物學領域理論上的三大發現和技術上的系列發明對基因工程的誕生起了決定性的作用。

1857年至1864年，孟德爾通過豌豆雜交試驗，提出生物體的性狀是由遺傳因子控制的。1909年，丹麥生物學家約翰生首先提出用基因一詞代替孟德爾的遺傳因子。1910年至1915年，美國遺傳學家莫爾根通過果蠅試驗，首次將代表某一性狀的基因同特定的染色體聯系起來，創立了基因學說。直到1944年，美國微生物學家埃坲利等通過細菌轉化研究，證明基因的載體是DNA而不是蛋白質，從而確立了遺傳的物質基礎。1953年，美國遺傳學家華生和英國生物學家克里克揭示DNA分子雙螺旋模型和半保留復制機理，解決了基因的自我復制和傳遞問題，開辟了分子生物學研究的時代。之后，1958年克里克確立的中心法則、1961年雅各和莫諾德提出的操縱子學說以及所有64種密碼子的破譯，成功揭示了遺傳信息的流向和表達問題，為基因工程的發展奠定了堅實的基礎。

2 基因工程在食品中的應用

運用基因工程技術對動物、植物、微生物的基因進行改良，不僅可以為食品工業提供營養豐富的動植物原材料、性能優良的微生物菌種以及高活而價格便宜的酶制劑，而且還可以賦予食品多種功能、優化生產工藝和開發新型功能性食品。基因工程正在使食品業發生著深刻的變革。

（1）改良食品原料品質和加工性能。在植物食品品質的改良上，基因工程技術得到了廣泛的應用，并取得了豐碩的成果。主要集中于改良蛋白質、碳水化合物及油脂等食品原料的產量和質量。

（2）改良果蔬采收后品質增加其儲藏保鮮性能。隨著對番茄、香蕉、蘋果、菠菜等果蔬成熟及軟化機理的深入研究和基因工程技術的迅速發展，使通過基因工程的方法直接生產耐儲藏果蔬成為可能。事實上，現在無論在國外還是國內都已經有了商品化的轉基因番茄。促進果實和器官衰老是乙烯最主要的生理功能。在果實中乙烯生物合成的關鍵酶主要是乙烯的直接前體——1-氨基環丙烷-1-羧酸合成酶（ACC合成酶）和ACC氧化酶。在果實成熟中這兩種酶的活力明顯增加，導致乙烯產生急劇上升，促進果實成熟。在對這兩種酶基因克隆成功的基礎上，可以利用反義基因技術抑制這兩種基因的表達，從而達到延緩果實成熟，延長保質期的目的。利用反義RNA技術抑制酶活力已有許多成功的例子，其中最為成功的就是延緩成熟和軟化的反義RNA轉基因番茄。Hamilton等于1990年首次構建了ACC氧化酶反義RNA轉基因番茄，在純合的轉基因番茄果實中，乙烯的合成被抑制了97%，從而使果實的成熟延遲，儲藏期延長。導入ACC合成酶反義基因的番茄也得到了類似的結果。轉基因番茄的乙烯合成也被抑制了99.5%，果實中不出現呼吸躍變，葉綠素降解和番茄紅素合成也都被抑制。果實不能自然成熟，不變紅，不變軟，只有用外源乙烯處理6d后才能使轉基因番茄恢復正常成熟。因此，利用反義基因技術可以成功的培育耐儲藏果蔬。目前，有關的研究正在繼續進行，并已擴大到了草莓、梨、香蕉、芒果、甜瓜、桃、西瓜、河套蜜瓜等，所用的目的基因包括與細胞壁代謝有關的多聚半乳糖醛酸酶（PG)、纖維素酶和果膠甲脂酶基因。反義PG轉基因番茄還具有更強的抗機械損傷和真菌侵染能力，且有更高的果醬產率。

（3）開發新型功能性食品。利用基因工程技術可以研制特種保健食品的有效成分。例如將一種有助于心臟病患者血液凝結溶血作用的酶基因克隆至羊或牛中，便可以在羊乳或牛乳中產生這種酶。1997年9月上海醫學遺傳所與復旦大學合作的轉基因羊的乳汁中含有人的凝血因子，為通過動物大量廉價生產人類的新型功能性食品和藥品邁出了重要的一步。

3 結語

從技術的應用角度講，基因工程已經給人類帶來了巨大的社會效益和經濟效益。但由于基因工程技術打破了物種間難以雜交的天然屏障，這種轉移對生態環境和人類健康可能帶來什么樣的后果難以預料，至少現在的科學還難以回答人們對基因工程提出的各種各樣的安全性問題，因而基因工程食品的安全性一直成為人民關注的焦點。對此，采取科學、認真、務實的態度，并吸收國際組織的研究結果與標準，制定相關的法規加強管理，以保證轉基因產品在農業生態環境、人類食物的安全與健康等方面的安全性。

[1]汪秋安.基因工程食品[J].廣西輕工業，2003，（6）：5-6.

[2]尹國，劉振華，曾姍姍，等.基因工程在食品中的應用進展[J]食品科技，2001,（2）.