曹 南

(長江大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,湖北 荊州 434000)

生物技術(shù)是當(dāng)今迅速發(fā)展的一個高新技術(shù)領(lǐng)域，是21世紀(jì)最具有發(fā)展?jié)摿Φ男屡d產(chǎn)業(yè)，它涵蓋了基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程和生物化學(xué)工程，其中基因工程發(fā)展迅猛，已經(jīng)成為生物科學(xué)領(lǐng)域最有生命力、最引人注目的前沿科學(xué)。目前，生物技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、化工、環(huán)保等工業(yè)部門，而且隨著生物分子認(rèn)識水平和改造生物遺傳物質(zhì)手段的提高，生物技術(shù)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(jī)、環(huán)境污染等問題帶來美好的前景。

1 基因工程的發(fā)展

基因工程是在分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)綜合發(fā)展的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的，現(xiàn)代分子生物學(xué)領(lǐng)域理論上的三大發(fā)現(xiàn)和技術(shù)上的系列發(fā)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(xué)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(xué)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(lián)系起來，創(chuàng)立了基因?qū)W說。直到1944年，美國微生物學(xué)家埃坲利等通過細(xì)菌轉(zhuǎn)化研究，證明基因的載體是DNA而不是蛋白質(zhì)，從而確立了遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。1953年，美國遺傳學(xué)家華生和英國生物學(xué)家克里克揭示DNA分子雙螺旋模型和半保留復(fù)制機(jī)理，解決了基因的自我復(fù)制和傳遞問題，開辟了分子生物學(xué)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(xué)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(dá)問題，為基因工程的發(fā)展奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

2 基因工程在食品中的應(yīng)用

運(yùn)用基因工程技術(shù)對動物、植物、微生物的基因進(jìn)行改良，不僅可以為食品工業(yè)提供營養(yǎng)豐富的動植物原材料、性能優(yōu)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(yōu)化生產(chǎn)工藝和開發(fā)新型功能性食品?；蚬こ陶谑故称窐I(yè)發(fā)生著深刻的變革。

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

（2）改良果蔬采收后品質(zhì)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(jī)理的深入研究和基因工程技術(shù)的迅速發(fā)展，使通過基因工程的方法直接生產(chǎn)耐儲藏果蔬成為可能。事實(shí)上，現(xiàn)在無論在國外還是國內(nèi)都已經(jīng)有了商品化的轉(zhuǎn)基因番茄。促進(jìn)果實(shí)和器官衰老是乙烯最主要的生理功能。在果實(shí)中乙烯生物合成的關(guān)鍵酶主要是乙烯的直接前體——1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸合成酶（ACC合成酶）和ACC氧化酶。在果實(shí)成熟中這兩種酶的活力明顯增加，導(dǎo)致乙烯產(chǎn)生急劇上升，促進(jìn)果實(shí)成熟。在對這兩種酶基因克隆成功的基礎(chǔ)上，可以利用反義基因技術(shù)抑制這兩種基因的表達(dá)，從而達(dá)到延緩果實(shí)成熟，延長保質(zhì)期的目的。利用反義RNA技術(shù)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(zhuǎn)基因番茄。Hamilton等于1990年首次構(gòu)建了ACC氧化酶反義RNA轉(zhuǎn)基因番茄，在純合的轉(zhuǎn)基因番茄果實(shí)中，乙烯的合成被抑制了97%，從而使果實(shí)的成熟延遲，儲藏期延長。導(dǎo)入ACC合成酶反義基因的番茄也得到了類似的結(jié)果。轉(zhuǎn)基因番茄的乙烯合成也被抑制了99.5%，果實(shí)中不出現(xiàn)呼吸躍變，葉綠素降解和番茄紅素合成也都被抑制。果實(shí)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(zhuǎn)基因番茄恢復(fù)正常成熟。因此，利用反義基因技術(shù)可以成功的培育耐儲藏果蔬。目前，有關(guān)的研究正在繼續(xù)進(jìn)行，并已擴(kuò)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(xì)胞壁代謝有關(guān)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(zhuǎn)基因番茄還具有更強(qiáng)的抗機(jī)械損傷和真菌侵染能力，且有更高的果醬產(chǎn)率。

（3）開發(fā)新型功能性食品。利用基因工程技術(shù)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(jié)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(chǎn)生這種酶。1997年9月上海醫(yī)學(xué)遺傳所與復(fù)旦大學(xué)合作的轉(zhuǎn)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(chǎn)人類的新型功能性食品和藥品邁出了重要的一步。

3 結(jié)語

從技術(shù)的應(yīng)用角度講，基因工程已經(jīng)給人類帶來了巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。但由于基因工程技術(shù)打破了物種間難以雜交的天然屏障，這種轉(zhuǎn)移對生態(tài)環(huán)境和人類健康可能帶來什么樣的后果難以預(yù)料，至少現(xiàn)在的科學(xué)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(guān)注的焦點(diǎn)。對此，采取科學(xué)、認(rèn)真、務(wù)實(shí)的態(tài)度，并吸收國際組織的研究結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)，制定相關(guān)的法規(guī)加強(qiáng)管理，以保證轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)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(yè)，2003，（6）：5-6.

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