生物工程技術在茶學領域中的應用研究

陳君君

摘要隨著現代消費的轉變,高效生態茶業成為了現代茶產業發展的主攻方向。介紹了基因工程、細胞工程、發酵工程和酶工程在茶學領域的應用,以推動茶葉科學的發展。

關鍵詞生物工程技術;茶學;應用

中圖分類號S571.1文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)22-0362-02

ApplicationResearchofBiotechnologyonTeaScience

CHEN Jun-jun

(Horticulture and Gardening Department,Suzhou Polytechnic Institute ofAgriculture,Suzhou Jiangsu 215008)

AbstractWith changing of modern consumption,high-effecient ecological tea industry turns to the main direction of morden tea industry development.In the paper,application of genetic engineering,cell engineering,fermentation engineering and enzyme engineering were introduced,so as to drive the development oftea science.

Key wordsbiotechnology;tea;application

生物工程是生物學與工程學的有機結合,或生物科學原理在產業方面的實際應用,是現代生物學,特別是微生物學、生物化學、遺傳學和加工工藝學等綜合應用于生物系統的一門交叉科學技術。它由基因工程、細胞工程、微生物發酵工程、酶工程四大工藝子系統組成。基因工程和細胞工程使被改造的生物具有人們所期望的新性狀和新功能,它們是生物工程的基礎和技術源頭;發酵工程、酶工程則是上述新的生物或其新性狀和新功能企業化與商品化的工藝技術。

自20 世紀70 年代以來,生物工程已在農業、醫藥、畜牧業、食品、能源開發、環境保護等許多領域取得了可喜的研究進展,并有躍居于當今世界各學科、各產業榜首的趨勢。生物工程雖然在茶學領域的應用起步較晚,但近幾年來卻在很大程度上推動了茶葉科學的發展。

1基因工程在茶學領域中的應用

基因工程是在分子水平上對基因進行操作的復雜技術,是將外源基因通過體外重組后導入受體細胞內,使基因能在受體細胞內復制、轉錄、翻譯表達的操作。基因工程技術在茶業上的應用較滯后,目前還處于基因組DNA 提純和鑒定階段,其應用主要包括:RAPD分子標記技術、茶樹基因的分離和克隆、茶樹遺傳轉化系統。DNA分子標記技術能直接反映出茶品種基因組DNA間的差異。目前在茶研究中應用比較多的是RAPD、AFLP。目前,一些與茶葉品質密切相關的基因已被克隆。轉基因技術在茶研究中起步較晚。據報道,用農桿菌介導法將Bt 基因、Intron GUS 基因和NPT1 基因轉入茶樹中,獲得了GUS 瞬間表達。通過對根癌農桿菌介導茶樹轉化研究,報道了茶樹較為適宜的農桿菌轉化系統。然而由于茶樹原生質體培養尚處在研究階段,農桿菌介導法等轉基因技術目前難以取得更大的進展,還沒有轉基因茶樹的報道。

2細胞工程在茶學領域中的應用

細胞工程是指應用細胞生物學和分子生物學的原理和方法,通過某種工程學手段,在細胞整體水平或細胞器水平上,按照人們的意愿來改變細胞內的遺傳物質或獲得細胞產品的一門綜合科學技術。現今在茶學領域中主要應用的有組織培養快速繁殖技術、細胞融合或體細胞雜交技術。

2.1組織培養快速繁殖技術

利用“植物細胞具有全能性”的組織培養可以快速進行植物繁殖,這種微繁殖技術是在人工無菌條件下的微型扦插技術,其最大特點就是可以用盡可能少的植物材料,在有限的時間內獲得大量植株。早在1990 年Sarathchandrs 等就建立了實用的茶樹體外繁殖方法。現今用茶樹子葉、成熟胚、成熟胚、莖尖、葉片、花粉等培養成植株均有成功的報道。目前對一株優異的茶樹無性系利用微繁殖技術進行快速繁殖已經成為可能,但由于成本較高,尚未成為茶樹繁殖的主要方法。

2.2細胞融合或體細胞雜交技術

植物體細胞雜交是用2個來自于不同植物的體細胞融合成一個雜種細胞,并且把雜種細胞培育成新的植物體的方法。茶樹因為結實率太低,常常得不到雜交種子,而給育種研究帶來很大困難,因而茶樹育種至今仍以單株選育為主。將2個不同品種來源的細胞融合而成為一個具有2個品種各自優良性狀的新品種的體細胞雜交技術則是克服此困難的最佳手段。由于其諸多優點在茶學領域中已引起重視,但這項技術還遠未成熟,因此未能投入生產實踐。

3發酵工程在茶學領域中的應用

發酵工程是指采用工程技術手段,利用生物(主要是微生物)和有活性的離體酶的某些功能,為人類生產有用的生物產品,或直接用微生物參與控制某些工業生產過程的一種技術。發酵工程是最先用在茶學上的生物技術,也是形成紅茶特有品質風味的關鍵。我國傳統黑茶加工中渥堆過程就利用了微生物分泌胞外酶及釋放的生物熱,促使茶葉中的內含物質發生復雜的變化,從而形成黑茶特有的品質風味。近年來,茶葉深加工急劇升溫,利用食用菌及有益微生物發酵開發具有特殊風味及營養保健功效的新型茶葉制品受到人們的重視。

4酶工程在茶學領域中的應用

主要是利用酶的高效生物催化功能,促進茶葉內不利成分及無效成分的有益轉化,改善茶葉綜合品質。目前,用于茶學領域的酶類主要有多酚氧化酶、單寧酶、β-葡萄糖苷酶、多糖水解酶和蛋白酶。多酚氧化酶主要用于催化茶葉中多酚類氧化生成茶黃素和茶紅素,同時使香氣前體物質發生偶聯氧化,產生各種香氣成分形成紅茶基本風味;單寧酶是一種水解酶,可促使茶葉多酚類化合物中的沒食子類水解,主要用于處理在速溶茶和液體茶飲料生產中出現的“冷后渾”現象;多糖水解酶用于水解茶葉中多糖類物質,而生成各種單糖和寡糖;β-葡萄糖苷酶主要用于釋放香氣,是將茶鮮葉中香氣前體物質轉化成游離態香氣的關鍵酶,是烏龍茶花果香氣物質形成的基礎;蛋白酶主要用于降解茶葉中蛋白質而生成各種氨基酸,從而改善茶葉的香氣和鮮爽度。

生物技術在茶學中的應用起步較晚,但是在茶學領域中的應用前景是非常廣闊的。隨著消費者消費水平的提高,我國的傳統技術已很難滿足需要,應充分利用生物技術,提高茶葉品質,促進我國傳統茶業的改革及產業化,鞏固和提高我國茶葉的國際地位及市場競爭力。

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