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苜蓿中酶製劑的開發

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  一、現狀

  傳統上,絕大多數工業酶製劑的生產是通過特殊微生物的大規模發酵培養,經收集、提取、加工和純化而成的。這需要複雜昂貴的設備投資及工藝操作,因而生產成本較高。近十年來,隨着以基因工程為核心的生物技術的迅猛發展,科學家們通過應用轉基因技術,將轉基因苜蓿作為一種生物反應器,用來生產特殊的工業酶製劑,開闢了苜蓿開發利用的一個新領域,展示出其潛在的商業價值。

  苜蓿作為生物反應器作物,具有其一定的優勢。主要表現在:種植面積大(曾是種植面積排列第四位的作物,其種植面積約1.6億畝。現在我國的種植面積也已達2000多萬畝)、多年生的習性可使其一次播種連續多年利用、再生性好、產量高、每年收割三茬以上、耕種管理條件要求較低、使用肥料和農藥較少、生產成本低、固氮特性利於培肥封、保護環境等;同時作為轉基因的受體植物,在其基因的轉化和組織培養再生植株等技術方面均已建立了較好的研究基礎。

  由於工業、環保等領域快速發展,工業酶製劑的需求量正在劇增。如應用於生物製漿、食品加工、碳水化合物及化學品的合成轉化、人和動物的食品添加劑、環境中有毒或污染物的降解去毒等。當前在工業上常用的酶類中,約有20種可以做到比較便宜地大規模生產。但有些酶的生產成本是非常高昂的。美國Wisconsin大學的研究人員正在研究使用從微生物中克隆目的基因轉化苜蓿,然後從轉基因苜蓿中提取純化目標酶,從而大大地降低了一些特殊酶的生產成本。

  二、木質素過氧化物酶和α-澱粉酶

  目前研究較為成功的例子有如下兩種酶:第一是Mn依賴型的木質素過氧化物酶(Mn-P)。其編碼基因是從一種叫PhanerochaeteChrysosporium的微生物基因組中克隆的。它實際上是一種真菌木質素降解酶。在工業上可用於生物製漿和生物漂白。它的表達還可對苜蓿中木質素含量產生影響,因而對提高反芻動物的消化率具有意義。同時該基因的表達對苜蓿的生長發育有不利影響。主要是引起葉片發黃、植株變矮和產量下降。可能是由於Mn-P酶活性,需要將Mn2+轉化成Mn3+,使葉片中缺乏Mn2+或是Mn3+的積累效應危害所致。將所構建的外源基因載體上的組成型啟動子替換成誘導型的啟動子,解決了這一矛盾。利用誘導型啟動子,平時關閉該基因,在苜蓿收穫前數天噴施特殊的化學藥品,誘導該基因的高效表達,就避免了其對苜蓿生長發育的不利影響。又可高效提取該基因表達的特異蛋白質。

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