摘要:現代生物學和分子生物學的發展,對基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程等現代生物技術工程產生重要影響,其在食品發酵生產中的應用越來越廣。本文闡述了基因工程、細胞工程、酶工程等現代生物技術在食品發酵業的應用。

關鍵詞:生物技術;基因工程;細胞工程

現代生物技術的迅猛發展,成就非凡,推動著科學的進步,促進著經濟的發展,改變著人類的生活與思維,影響著人類社會的發展進程。現代生物技術的成果越來越廣泛地應用于醫藥、食品、能源、化工、輕工和環境保護等諸多領域。生物技術是21世紀高新技術革命的核心內容,具有巨大的經濟效益及潛在的生產力。專家預測,到2010～2020年,生物技術產業將逐步成為世界經濟體系的支柱產業之一。生物技術是以生命科學為基礎,利用生物機體、生物系統創造新物種,并與工程原理相結合加工生產生物制品的綜合性科學技術。現代生物技術則包括基因工程、蛋白質工程、細胞工程、酶工程和發酵工程等領域。在我國的食品工業中,生物技術工業化產品占有相當大的比重;近年,酒類和新型發酵產品以及釀造產品的產值占食品工業總產值的17%。現代生物技術在食品發酵領域中有廣闊市場和發展前景,本文主要闡述現代生物技術在食品發酵生產中的應用。

一、基因工程技術在食品發酵生產中的應用

基因工程技術是現代生物技術的核心內容,采用類似工程設計的方法,按照人類的特殊需要將具有遺傳性的目的基因在離體條件下進行剪切、組合、拼接,再將人工重組的基因通過載體導入受體細胞,進行無性繁殖,并使目的基因在受體細胞中高速表達,產生出人類所需要的產品或組建成新的生物類型。

發酵工業的關鍵是優良菌株的獲取,除選用常用的誘變、雜交和原生質體融合等傳統方法外,還可與基因工程結合,進行改造生產菌種。

摘要:現代生物學和分子生物學的發展,對基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程等現代生物技術工程產生重要影響,其在食品發酵生產中的應用越來越廣。本文闡述了基因工程、細胞工程、酶工程等現代生物技術在食品發酵業的應用。

關鍵詞:生物技術;基因工程;細胞工程

現代生物技術的迅猛發展,成就非凡,推動著科學的進步,促進著經濟的發展,改變著人類的生活與思維,影響著人類社會的發展進程。現代生物技術的成果越來越廣泛地應用于醫藥、食品、能源、化工、輕工和環境保護等諸多領域。生物技術是21世紀高新技術革命的核心內容,具有巨大的經濟效益及潛在的生產力。專家預測,到2010～2020年,生物技術產業將逐步成為世界經濟體系的支柱產業之一。生物技術是以生命科學為基礎,利用生物機體、生物系統創造新物種,并與工程原理相結合加工生產生物制品的綜合性科學技術。現代生物技術則包括基因工程、蛋白質工程、細胞工程、酶工程和發酵工程等領域。在我國的食品工業中,生物技術工業化產品占有相當大的比重;近年,酒類和新型發酵產品以及釀造產品的產值占食品工業總產值的17%。現代生物技術在食品發酵領域中有廣闊市場和發展前景,本文主要闡述現代生物技術在食品發酵生產中的應用。

一、基因工程技術在食品發酵生產中的應用

基因工程技術是現代生物技術的核心內容,采用類似工程設計的方法,按照人類的特殊需要將具有遺傳性的目的基因在離體條件下進行剪切、組合、拼接,再將人工重組的基因通過載體導入受體細胞,進行無性繁殖,并使目的基因在受體細胞中高速表達,產生出人類所需要的產品或組建成新的生物類型。

發酵工業的關鍵是優良菌株的獲取,除選用常用的誘變、雜交和原生質體融合等傳統方法外,還可與基因工程結合,進行改造生產菌種。

一、實驗課教學改革

（一）調整實驗課與理論課的設置

根據課程的需要，申請加大了試驗課的課時數，加開了基因組DNA提取和RNA提取及RT-PCR試驗和體外重組轉化試驗，使學生完全接觸到了分子生物學中的基本操作技術。在畢業設計時就可以獨立的進行相關的研究。為了使理論緊密聯系實踐，加深對基因工程技術的深刻理解，我們根據基因工程課程內容，每一單元授課完畢后安排相應的實驗課。調整后的課程安排對同學們加深技術理解起到了重要輔助作用。比如質粒載體講完后安排了質粒提取和酶切實驗。核酸提取技術講完后安排了大分子DNA提取和RNA提取實驗等。每講授完一門基因工程常用技術即設置一個獨立的實驗。這樣理論緊密聯系實踐的課程設置，極大加深了學生對課堂授課內容的印象，學習興趣日漸濃厚，實驗課動手操作的主動性較初始明顯增強。此外，前期基因工程教學中由于時間限制，往往分大組實驗，不能保證每個學生都能參與試驗，課時調整后，加了實驗考核環節，要求每個實驗學生必須親自操作，從而保證每個人都能掌握基本的操作技能，同時加深理解理論課內容，這在后期的課程結課考試時學生對理論知識尤其與試驗相關的部分內容的掌握方面效果非常明顯。

（二）設立綜合大實驗

為了使學生能夠更清晰的了解和掌握基因工程的基本路線，依據基因工程的基本操作步驟，在學生畢業前的第六學期，開設了以重組體的構建、轉化、篩選和檢測以及誘導表達為主線的基因工程綜合大實驗，鍛煉學生整體實驗能力。實驗中包括目的基因的分離、質粒提取，酶切、目的基因片段的回收等實驗操作。通過這一連續實驗，學生不僅能夠掌握基因工程的實驗方法和技術，且對基因工程基本操作路線有了整體的認識和把握。這一整套試驗可以鍛煉學生對出現的問題進行分析和解決的能力，且能加深理論知識的掌握。根據理論知識調整試驗的體系，可以加深理論知識的理解同時，提高了實驗的成功率。根據學生的反饋，綜合大實驗的系統的實驗過程培養了學生的動手能力和分析問題解決問題的能力，提高了學生對基因工程課程的熱情和興趣;很多學生因為在該課程教學中對基因工程相關領域內容產生了濃厚興趣，在課外參加了相關的創新實驗研究項目取得了預期的教學效果。

二、理論內容及講課方法的改革

摘要：生物工程是以生物學、遺傳學等學科的理論和技術為基礎，加上電子計算機等技術對遺傳物質進行操縱，改變生物的性狀，使生物產生對人類有用的代謝產物的一門技術。生物工程的應用范圍非常廣泛，涉及食用、藥用、軍事、醫學等領域。對我們現在面臨的許多問題，如環境污染、身體健康、資源短缺等都有著很好的解決辦法，生物工程技術的發展對一個國家的發展也起著至關重要的作用，重點針對我國生物工程技術的發展狀況進行了研究。

關鍵詞：生物工程技術；進展；現狀

生物工程包括基因工程、細胞工程、微生物工程發酵工程、酶工程和生物反應器工程。在這五大領域中，基因工程是根據人類的需要對DNA進行設計，使生物表現出新的性狀。細胞工程是根據遺傳需要進行細胞培養。酶工程利用生物反應裝置，產生人類所需要的產品。近年來，生物工程在農學、醫藥學、醫學等方面都有新的收獲，這些收獲離不開我國科技工作者的努力，他們充分發揮了自己的潛力，為人們提供了巨大的經濟效益和社會效益。

1生物工程技術在農學領域的進展

1.1改良種子的蛋白質儲量

生物工程技術近幾年來發展迅速，可利用生物工程技術提高農作物中蛋白質的含量，在農業中廣泛運用，顯示出巨大的經濟效益，比如，單雙子葉植物中的氨基酸含量不同，雙子葉植物的賴氨酸含量高，甲硫氨酸的含量不足，而單子葉植物恰恰相反。利用基因工程將二者的蛋白質基因互換，能夠提高單雙子葉蛋白質的豐富程度，使二者營養價值更豐富。利用我國豐富的衍生資源，尋找氨基酸蛋白質含量豐富的植物，通過人工改造和合成，將基因轉移到需要改進的植物中去。

摘要:在生物工程專業教學中,將“分子生物學實驗”“基因工程實驗”和“微生物遺傳育種實驗”等多門實驗課程有機地統一成一體,整合為更具連貫性、系統性和設計性的綜合性實驗———生物工程上游技術實驗.改革后的課程在培養學生獨立思考、獨立實踐和綜合創新能力及科研興趣方面,取得了很好的實踐效果.

關鍵詞:生物工程;實驗教學;質量工程項目;實踐體系

分子生物學以遺傳學、生物化學、微生物學等為基礎,從分子水平揭示生命現象,是生命科學的核心,已成為當今世界的一個主干學科.基因工程是分子生物學的工程應用,是以分子生物學為基礎,對生命現象進行工程改造的新興技術學科.分子生物學和基因工程是生命科學最重要、發展最快的領域,在醫療、制藥、食品、農業、化工、環境保護和能源等行業,已經、正在并將繼續產生巨大的效益.例如:基因工程已經廣泛應用于制藥產業,用于藥物和疫苗等的研發、改造和生產,在人類健康領域發揮巨大推動力;植物基因工程在作物育種中,對提高作物產量、品質和抗逆性等方面有重要作用[1].以基因工程為核心的生物技術是當代高新技術,生物技術產業正在成為許多國家的戰略性新興支柱產業.生物工程專業在這些領域有廣闊的發展和就業前景,相應地也需要以基因工程為主干內容的生物工程上游技術綜合實驗不斷改革發展,從而更加注重培養學生的綜合實踐能力和創新能力,以適應不斷創新發展的生物工程和生物技術產業需求[2].

1改革的必要性

1．1生物工程上游技術實驗概述.生物工程是以現代生命科學為基礎,綜合基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程和蛋白質工程等新技術手段而成的,實驗性和應用性極強,因此必須加強實驗教學,以提高教學質量[3G4].教育部高等學校生物科學與工程教學指導委員會分別在«生物工程專業規范»(2006年)[5]和«生物工程專業介紹»(2011年)中將“分子生物學與基因工程實驗”列為核心實驗課程,在生命科學另外2個本科專業(生物科學專業、生物技術專業)也被列為核心實驗課程.國內外不同大學的生物類學科都開設了分子生物學與基因工程實驗課程.分子生物學和基因工程作為生命科學發展的最前沿,研究技術和研究成果日新月異,國內很多高校都在對相應的課程實驗的內容和方法進行改革.復旦大學的基因工程實驗內容不但包括原核生物,也包括哺乳動物細胞系,并加入基因可變剪接、功能分析和表達水平定量分析等內容,不但將較新的技術引入實驗教學,同時也讓學生對于基因工程過程有更全面的理解,并激發他們的學習興趣和科研興趣[6].湖南師范大學的袁婺洲等利用自身科研平臺,將制作轉基因斑馬魚引入基因工程實驗課,從通過進行動物表達載體構建和通過顯微注射進行轉基因,到篩選和鑒定轉基因或嵌合體后代,讓學生系統理解完整的動物基因工程流程[7].內蒙古的林曉飛等,在基因工程實驗中加入制作轉基因擬南芥的內容[8].這些教學改革注重綜合性和創新性,結合科技發展前沿研究成果,教學成效較好.廣州大學生命科學學院自2003年起,開始在生物工程專業開設基因工程實驗.為了對接生物技術產業,廣州大學生命科學學院首創性地提出了生物工程專業實驗改革方案,設置了生物工程上游技術實驗、生物工程中游技術實驗和生物工程下游技術實驗,整合取代原有的實驗.該方案于2005年4月通過了廣州大學教務處組織的“生物工程專業實驗體系改革”論證,2名全國高校生物科學與工程教指委成員參加了論證.隨后,陸續為生物類不同專業開設了相應的實驗課程,包括生物工程上游技術實驗(生物工程專業,64學時)、現代生物技術綜合實驗(生物技術專業,48學時)、分子生物學實驗(生物科學專業32學時).其中,后2門實驗課程是從生物工程上游技術實驗中精選的與專業相關的實驗項目.生物工程上游技術實驗將“分子生物學實驗”“基因工程實驗”及“微生物遺傳育種實驗”等多門實驗課程,有機地統一成一體[9].將這些實驗課程整合成若干項基礎性、設計性和綜合性實驗,形成一個完整的實驗教學體系,既能節約成本,又能使學生更加系統地掌握實驗的基本技術.實驗技術也更加接近本學科的前沿,包括:感受態細胞的制備和轉化;轉化子的篩選;DNA和RNA的提取;基因表達的RTGPCR分析;質粒的提取、酶切和凝膠電泳;多聚酶鏈式反應(PCR);PCR產物的純化、克隆和轉化;轉化子的鑒定等.實驗上一環扣一環,前一次實驗的結果是后一次實驗的材料.所以學生對待每次實驗,都必須小心謹慎,課前需認真預習,實驗需嚴格操作,學生的學習習慣和科研態度明顯改善.通過本課程的學習,學生可系統掌握很多分子生物學的基本實驗技術,包括:DNA、RNA提取和質量分析;DNA的限制性酶切和目的片段的分離;質粒的擴增和提取等.這些基本實驗技術將為后續的基因工程等實驗課程奠定良好基礎.在基因工程和微生物遺傳育種實驗技術方面,始終圍繞本實驗室研究較多的蛋白質(如擬南芥生長素反應因子8或鈣調素5的生物工程實驗技術而展開,從蛋白質的編碼基因著手,利用PCR擴增該基因,將該基因克隆于適合在受體菌中表達的載體,并將表達載體導入到受體菌,然后利用表型、選擇標記或者分子標記進行轉基因后代的篩選和鑒定.學生通過實驗,可清晰掌握上游技術實驗的精髓.以此為基礎,田長恩主編的«生物工程上游技術實驗手冊»,作為“十一五”國家重點圖書出版規劃項目———應用生物技術大系系列圖書在科學出版社出版[10].1．2目前生物工程上游技術實驗的問題及改革設想.盡管如此,目前的生物工程上游技術實驗尚存在一些問題.首先,在初步建立的實驗項目體系中,使用擬南芥生長素反應因子8基因的片段作為實驗對象,盡管可方便基因克隆和鑒定,但卻無法通過方便的RTGPCR和表型觀察分析其表達情況.在優化的實驗項目體系中,用擬南芥鈣調素5基因作為實驗對象,既可方便基因克隆和鑒定,也可用RTGPCR分析其表達,但卻無法方便地進行表型觀察.因此,找到一個方便觀察表型的基因十分重要.綠色熒光蛋白基因分子不大,其編碼蛋白在藍光下具有綠色熒光,觀察十分方便,設備要求簡單.故本研究在實驗項目優化中首先構建方便遺傳操作和轉基因產物觀察的、載有綠色熒光蛋白基因的表達載體,轉化、鑒定獲得轉綠色熒光蛋白基因的大腸桿菌,用于實驗教學.其次,原實驗課程主要內容包括原核表達質粒的構建、大腸桿菌感受態細胞的制備和轉化,以及對受體菌的篩選和鑒定,均是原核生物基因工程的內容,而沒有包括真核生物基因工程的內容.因此,在對實驗內容進行優化過程中,加入高等植物的基因工程,利用原生質體轉化,將綠色熒光蛋白基因轉入水稻,構建外源目的基因的瞬時表達體系,并對目的基因的表達產物進行鑒定,利用熒光顯微鏡表型直觀觀察綠色熒光.再次,實驗課程教學方式也可進一步優化.目前除最后一次為設計性實驗外,本課程大部分實驗教學方式較為傳統,學生參與文獻查閱、實驗方案設計、預實驗和實驗準備不夠,造成部分學生學習被動,機械重復實驗方案,求知欲不強,學習主動性未能充分發揮,影響學生對分子生物學和基因工程相關學科理論知識的掌握和對實驗整體技術路線和原理的理解,造成學生對實驗設計的可靠性和科學性理解不夠,解決問題能力和數據分析能力較差.

2改革內容

摘要:近年來，隨著科技的快速創新與發展，產生了諸多的新型技術，生物工程技術作為其中之一，當前在各個領域中實現了廣泛的應用，尤其是在食品領域中，發揮著至關重要的作用，為食品生產制作提供了巨大的便利，推動了生產力的提升，促進了食品行業的快速發展。基于此，本文首先分析了生物工程技術在食品領域中的應用價值;其次著重探討了生物工程技術在食品領域中的具體應用。

關鍵詞:生物工程技術;食品領域;應用;探討

在人們生活中，食品是必需品，是重要的能量來源。新時期，隨著人們的生活條件的不斷提升，對于食品質量、種類提出了更高的要求。當前傳統技術已經逐漸無法滿足食品領域發展需求，生物工程技術的出現與應用，為食品領域的發展帶來了契機。

一、生物工程技術在食品領域中的應用價值分析

(一)優化和改善了食品原料性能。現階段，生物工程技術在食品領域實現了廣泛應用，極大的提升了食品生產、加工水平，同時也在一定程度上優化了食品原料性能。以轉基因技術為例，利用轉基因技術重組轉化食品原料DNA，改良食品原料的性能，能夠達到更高的食品口感、質量及營養價值。例如:以玉米為原材料的食品為例，應用轉基因技術進行處理，改變其營養結構及成分，改變過去單一的口味，使得玉米類食品具備更好的口感、柔軟度，同時要更好地保留了食品的原有營養價值，進而滿足消費者對于食品的多元化需求。不僅如此，當前轉基因技術在豆類食品生產加工中也有著較為廣泛的應用，將轉基因技術應用于大豆油生產中，能夠提升其蛋白質含量，科學調整酶比例，增加淀粉含量，使其具備更高的營養價值，保證產品質量。以防腐技術為例，在食品生產中的應用也越來越廣泛，在防腐技術的支撐下，延長了食品的保鮮期，避免過早的損壞，不僅能夠保持原有的顏色，而且食品的口感及營養價值也不會被破壞。(二)極大地豐富了食品的種類。現階段，人們的生活條件顯著提升，對于食品的種類、顏色、質量等方面的要求越來越高，為更好地滿足廣大消費者的多元化需求，食品領域逐漸加強了對食品種類、功能等方面的研發。在過去的一段時間里，食品開發主要依靠的是分離提取技術先和化學合成技術，雖然在食品開發中起到了一定的效果，但是在功能性食品開發中卻具備較強的局限性，應用效果較差。然而生物工程技術的出現與應用，使得食材配置更加的多元化，使得食品種類更加的豐富，這樣一來，就更好地滿足了廣大消費者的需求，提升了食品企業的市場核心競爭力。(三)提高了食品品質。近年來，食品安全問題的頻頻發生，為人們敲響了警鐘，當前人們越來越重視食品質量安全問題。在過去，食品生產大多依靠的人工和機械設備進行生產加工的，所應用的技術及制作方法較為落后，整個生產過程由于受到環境、人為因素的影響，導致食品質量得不到保障。將生物工程技術應用于食品領域中，能夠更好地保證食品質量安全。以微生物發酵技術為例，在豆制品、面包、發酵飲料的生產制作中，均發揮著至關重要的作用。這些發酵型食品，需要篩選并培養無害類生物菌群，借助發酵技術、基因改良技術，則能夠改善食品的pH值和水活性，阻礙腐敗微生物的生長，促進食品核苷酸和氨基酸等有益物質的生成，使得食品具備更加良好的色澤及口感。

二、生物工程技術在食品領域中的具體應用探討

我國生物制藥行業現狀

我國生物技術藥物的研究和開發起步較晚，公務員之家，全國公務員公同的天地直到年代初才開始將重組技術應用到醫學上，但在國家產業政策特別是國家“”高技術計劃的大力支持下，使這一領域發展迅速，逐步縮短了與先進國家的差距，產品從無到有，基本上做至了國外有的我國也有，目前己有種基因工程藥物和若干種疫苗批準上市，另有十幾種基因工程藥物正在進行臨床驗證，還在研究中的藥物數十種。國產基因工程藥物的不斷開發生產和上市，打破了國外生物制品長期壟斷中國臨床用藥的局面。目前，國產干擾素α的銷售市場占有率已經超過了進口產品。我國首創的一種新型重組人γ干擾素并已具備向國外轉讓技術和承包工程的能力，新一代干擾素正在研制之中。

我國目前登記在冊的生物技術企業共有家，但其業務真正涉及到基因工程的企業只有家，其中已向上級部門申報基因藥物、并登記立項的企業只有家左右，而已經取得生產生物基因工程藥物試產或生產批文的制藥企業僅為家。

目前，國內市場上國產生物藥品主要是基因乙肝疫苗、干擾素、白細胞介素⒉增白細胞、重組鏈激酶、重組表皮生長因子等種基因工程藥物。組織溶纖原激活劑、白介素⒊重組人胰島素、尿激酶等十幾種多肽藥品還進行臨床、Ⅱ期試驗，單克隆抗體研制已由實驗進入臨床，型血友病基因治療已初步獲得臨床療效，遺傳病的基因診斷技術達到國際先進水平。重組凝乳酶等多種基因工程新藥正在進行開發研究。根據有關部門預測，未來我國生物技術藥物年均增長率不低于，到××年總產值可達億元人民幣，利潤可達億元人民幣。

我國生物醫藥產業雖然發展較快，但也存在著嚴重的問題，突出的問題表現在研制開發力量薄弱，技術水平落后項目重復建設現象嚴重企業規模小，設備落后等幾個方面。目前國內基因工程藥物大多數是仿制而來，國外研制一個新藥需要年的時間，平均花費億美元，而我國仿制一個新藥只需幾百萬元人民幣，年左右時間再加上生物藥品的附加值相當高，如診斷試劑成本僅十幾元，但市場上卻賣到一百多元，因此許多企業包括非制藥類企業紛紛上馬生物醫藥項目，造成了同一種產品多家生產的重復現象。我國生物技術制藥公司雖然已有多家，但真正取得基因工程藥物生產文號的不足家。全國生產基因工程藥物的公司總銷售額不及美國或日本一家中等公司的年產值。企業規模過小，無法形成規模經濟參與國際競爭。

“入世”以來對我國生物制藥行業造成的沖擊

論文關鍵詞花色；基因工程；花色苷；植物色素

論文摘要基因工程在植物花色改良中正發揮著越來越來重要的作用，綜述了植物花色苷基因工程所采用的方法和策略，包括花色苷生物合成基因的分離克隆、基因的遺傳轉化和基因工程改良的基本策略。

利用基因工程改良花色是花卉分子育種的重要手段，不再受植物親緣關系的限制，花色改良的效果通過目測和少量輔助手段即可判斷[1]。花色苷是植物次生代謝過程中產生的黃酮類物質，它是花色素與糖以糖苷鍵結合而成的一類化合物，廣泛存在于植物各組織細胞的細胞液中，使植物呈現從紅、紫到藍等的不同顏色[2]。花色苷的生物合成途徑是被最為廣泛而深入研究的植物次生代謝途徑，特別在主要模式植物中，已經有了清楚的認識[3]。許多花色苷生物合成途徑中的關鍵酶基因和調節基因均已經從不同植物中克隆到[3，4]。轉基因花卉主要用于觀賞，易被公眾接受，具有傳統育種手段難以比擬的優越性，必將給花色改良帶來革命性的影響，已成為當前花卉育種研究的熱點。

1花色苷生物合成基因的分離和克隆

植物花色苷基因工程改良遵循一般植物基因工程規律，了解特定色素生物合成途徑、克隆關鍵酶的基因是植物花色基因工程改良理論依據和前提。首先是花色苷生物合成途徑基因的克隆，第1個被分離的花色苷合成酶基因是CHS基因，它是從歐芹（Petroselinumcnispum）懸浮細胞用差異雜交分離到的[5]；以后利用轉座子標簽、PCR擴增、異源雜交、差異cDNA克隆、電子克隆、蛋白質純化與差異篩選等方法分離克隆到了多個花色苷生物合成相關基因。花色苷的生物合成是從莽草酸代謝途徑合成苯丙氨酸和脂肪酸合成代謝合成丙二酰CoA開始，經苯丙烷類途徑合成[6]。根據基因對花色苷生物合成的作用可分為結構基因和調節基因[7]。結構基因直接編碼花色苷生物合成途徑中的生物合成酶類，如PAL、4CL、CHS、CHI、F3H、DFR、F3′H、F3′5′H、ANS、3GT等基因；另一類是調節基因，它們調控花色苷生物合成基因的表達強度和模式，同時控制花色苷在時空上的變化，如AN1、AN2、JAFl3和AN11等[8]。

2基因遺傳轉化的方法

摘要：鉀離子通道是植物鉀離子吸收的重要途徑之一。近年來，已從多種植物或同種植物的不同組織器官中分離到多種鉀離子通道基因，包括內向整流型鉀離子通道基因(如OsAKT1，DKT1，Ktrrl，KIll，KZM1，ZMK2等)和外向整流型鉀離子通道基因(如CORK，PTORK，STORK等)。文章分別從結構、功能以及相關基因等三方面綜述了關于植物鉀離子通道的分子生物學研究進展，并對應用生物工程技術改良植物的鉀營養性狀進行了討論。

關鍵詞：鉀離子通道；結構；基因

離子通道(ionchanne1)是跨膜蛋白，每個蛋白分子能以高達l08個／秒的速度進行離子的被動跨膜運輸，離子在跨膜電化學勢梯度的作用下進行的運輸，不需要加入任何的自由能。一般來講，離子通道具有兩個顯著特征：

一是離子通道是門控的，即離子通道的活性由通道開或關兩種構象所調節，并通過開關應答相應的信號。根據門控機制，離子通道可分為電壓門控、配體門控、壓力激活離子通道。

二是通道對離子的選擇性，離子通道對被轉運離子的大小與電荷都有高度的選擇性。根據通道可通過的不同離子，可將離子通道分為鉀離子(potassiumion，K)通道、鈉離子(natriumion，Na)通道、鈣離子(calciumion，Ca2)通道等。其中，K通道是種類最多、家族最為多樣化的離子通道，根據其對電勢依賴性及離子流方向的不同，可把K通道分為兩類：①內向整流型K通道(inwardrectifierKchannel；Kin)，②外向整流型K通道(outwardrectifierKhannel；Kout)。K是植物細胞中含量最為豐富的陽離子，也是植物生長發育所必需的唯一的一價陽離子，它在植物生長發育過程中起著重要的作用，具有重要的生理功能。植物中可能存在K通道，這一點早在20世紀6o年代植物營養學界就有人提出，而一直到80年代才被Schroeder等人[23證實，他們利用膜片鉗(patchchmp)技術，首先在蠶豆(V／c／afaba)的保衛細胞中檢測出了K通道鉀離子通道的結構單個鉀離子通道是同源四聚體，4個亞基(subunit)對稱的圍成一個傳導離子的中央孔道(pore)，恰好讓單個K通過。對于不同的家族，4"亞基有不同數目的跨膜鏈(membrane。span。ningelement)組成。兩個跨膜鏈與它們之間的P回環(porehelixloop)是K通道結構的標志2TM／P)，不同家族的K通道都有這樣一個結目前從植物體中發現的K通道幾乎全是電壓門控型的，如保衛細胞中的K外向整流通道等，其結構模型如圖2一a所示。離子通透過程中離子的選擇性主要發生在狹窄的選擇性過濾器(selectivityfilter)中(圖2一b)，X射線晶體學顯示選擇性過濾器長1．2nIll，孔徑約nIll，K鉀離子通道的作用.有關K通道在植物體內的作用研究并不多。

從目前的結果來看，認為主要是與K吸收和細胞中的信號傳遞(尤其是保衛細胞)有關。小麥根細胞中過極化激活的選擇性內流K通道的表觀平衡常數Km值為8．8mmol／L，與通常的低親和吸收系統Km值相似[。近年來，大量K通道基因的研究表明，K通道是植物吸收轉運鉀離子的重要途徑之一。保衛細胞中氣孔的開閉與其液泡中的K濃度有密切關系。質膜去極化激活的K外向整流通道引起K外流，胞質膨壓降低，導致氣孔的關閉。相反，質膜上H．ATPase激活的超極化(hyperpolarization)促使內向整流鉀離子通道(Kin)的打開，引起K的內流，最終導致氣孔的張開鉀離子通道相關基因及其功能特征迄今，已從多種植物或同種植物的不同組織器官中分離得到多種K通道基因(圖3)，根據對其結構功能和DNA序列的分析，可以把它們分為5個大組：工，Ⅱ，Ⅳ組基因屬于內向整流型通道；m組屬于弱內向整流型通道(weaklyinwardAKT1ArabidopsisKTransporter1)是第一個克隆到的植物K通道基因，采用酵母雙突變體互補法從擬南芥cDNA文庫中篩選出來cDNA序列分析表明，AKT1長2649bp，其中的閱讀框為2517bp，編碼838個氨基酸殘基組成的多肽，相對分子質量約為95400Da。AKT1編碼的K通道，對K有極高的選擇性，其選擇性依次是K>Rb>>Na>Li。

摘要：鉀離子通道是植物鉀離子吸收的重要途徑之一。近年來，已從多種植物或同種植物的不同組織器官中分離到多種鉀離子通道基因，包括內向整流型鉀離子通道基因(如OsAKT1，DKT1，Ktrrl，KIll，KZM1，ZMK2等)和外向整流型鉀離子通道基因(如CORK，PTORK，STORK等)。文章分別從結構、功能以及相關基因等三方面綜述了關于植物鉀離子通道的分子生物學研究進展，并對應用生物工程技術改良植物的鉀營養性狀進行了討論。

關鍵詞：鉀離子通道；結構；基因

離子通道(ionchanne1)是跨膜蛋白，每個蛋白分子能以高達l08個／秒的速度進行離子的被動跨膜運輸，離子在跨膜電化學勢梯度的作用下進行的運輸，不需要加入任何的自由能。一般來講，離子通道具有兩個顯著特征：

一是離子通道是門控的，即離子通道的活性由通道開或關兩種構象所調節，并通過開關應答相應的信號。根據門控機制，離子通道可分為電壓門控、配體門控、壓力激活離子通道。

二是通道對離子的選擇性，離子通道對被轉運離子的大小與電荷都有高度的選擇性。根據通道可通過的不同離子，可將離子通道分為鉀離子(potassiumion，K)通道、鈉離子(natriumion，Na)通道、鈣離子(calciumion，Ca2)通道等。其中，K通道是種類最多、家族最為多樣化的離子通道，根據其對電勢依賴性及離子流方向的不同，可把K通道分為兩類：①內向整流型K通道(inwardrectifierKchannel；Kin)，②外向整流型K通道(outwardrectifierKhannel；Kout)。K是植物細胞中含量最為豐富的陽離子，也是植物生長發育所必需的唯一的一價陽離子，它在植物生長發育過程中起著重要的作用，具有重要的生理功能。植物中可能存在K通道，這一點早在20世紀6o年代植物營養學界就有人提出，而一直到80年代才被Schroeder等人[23證實，他們利用膜片鉗(patchchmp)技術，首先在蠶豆(V／c／afaba)的保衛細胞中檢測出了K通道鉀離子通道的結構單個鉀離子通道是同源四聚體，4個亞基(subunit)對稱的圍成一個傳導離子的中央孔道(pore)，恰好讓單個K通過。對于不同的家族，4"亞基有不同數目的跨膜鏈(membrane。span。ningelement)組成。兩個跨膜鏈與它們之間的P回環(porehelixloop)是K通道結構的標志2TM／P)，不同家族的K通道都有這樣一個結目前從植物體中發現的K通道幾乎全是電壓門控型的，如保衛細胞中的K外向整流通道等，其結構模型如圖2一a所示。離子通透過程中離子的選擇性主要發生在狹窄的選擇性過濾器(selectivityfilter)中(圖2一b)，X射線晶體學顯示選擇性過濾器長1．2nIll，孔徑約nIll，K鉀離子通道的作用.有關K通道在植物體內的作用研究并不多。

從目前的結果來看，認為主要是與K吸收和細胞中的信號傳遞(尤其是保衛細胞)有關。小麥根細胞中過極化激活的選擇性內流K通道的表觀平衡常數Km值為8．8mmol／L，與通常的低親和吸收系統Km值相似[。近年來，大量K通道基因的研究表明，K通道是植物吸收轉運鉀離子的重要途徑之一。保衛細胞中氣孔的開閉與其液泡中的K濃度有密切關系。質膜去極化激活的K外向整流通道引起K外流，胞質膨壓降低，導致氣孔的關閉。相反，質膜上H．ATPase激活的超極化(hyperpolarization)促使內向整流鉀離子通道(Kin)的打開，引起K的內流，最終導致氣孔的張開鉀離子通道相關基因及其功能特征迄今，已從多種植物或同種植物的不同組織器官中分離得到多種K通道基因(圖3)，根據對其結構功能和DNA序列的分析，可以把它們分為5個大組：工，Ⅱ，Ⅳ組基因屬于內向整流型通道；m組屬于弱內向整流型通道(weaklyinwardAKT1ArabidopsisKTransporter1)是第一個克隆到的植物K通道基因，采用酵母雙突變體互補法從擬南芥cDNA文庫中篩選出來cDNA序列分析表明，AKT1長2649bp，其中的閱讀框為2517bp，編碼838個氨基酸殘基組成的多肽，相對分子質量約為95400Da。AKT1編碼的K通道，對K有極高的選擇性，其選擇性依次是K>Rb>>Na>Li