基因工程技术范文10篇

摘要:现代生物学和分子生物学的发展,对基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等现代生物技术工程产生重要影响,其在食品发酵生产中的应用越来越广。本文阐述了基因工程、细胞工程、酶工程等现代生物技术在食品发酵业的应用。

关键词:生物技术;基因工程;细胞工程

现代生物技术的迅猛发展,成就非凡,推动着科学的进步,促进着经济的发展,改变着人类的生活与思维,影响着人类社会的发展进程。现代生物技术的成果越来越广泛地应用于医药、食品、能源、化工、轻工和环境保护等诸多领域。生物技术是21世纪高新技术革命的核心内容,具有巨大的经济效益及潜在的生产力。专家预测,到2010～2020年,生物技术产业将逐步成为世界经济体系的支柱产业之一。生物技术是以生命科学为基础,利用生物机体、生物系统创造新物种,并与工程原理相结合加工生产生物制品的综合性科学技术。现代生物技术则包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等领域。在我国的食品工业中,生物技术工业化产品占有相当大的比重;近年,酒类和新型发酵产品以及酿造产品的产值占食品工业总产值的17%。现代生物技术在食品发酵领域中有广阔市场和发展前景,本文主要阐述现代生物技术在食品发酵生产中的应用。

一、基因工程技术在食品发酵生产中的应用

基因工程技术是现代生物技术的核心内容,采用类似工程设计的方法,按照人类的特殊需要将具有遗传性的目的基因在离体条件下进行剪切、组合、拼接,再将人工重组的基因通过载体导入受体细胞,进行无性繁殖,并使目的基因在受体细胞中高速表达,产生出人类所需要的产品或组建成新的生物类型。

发酵工业的关键是优良菌株的获取,除选用常用的诱变、杂交和原生质体融合等传统方法外,还可与基因工程结合,进行改造生产菌种。

摘要:现代生物学和分子生物学的发展,对基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等现代生物技术工程产生重要影响,其在食品发酵生产中的应用越来越广。本文阐述了基因工程、细胞工程、酶工程等现代生物技术在食品发酵业的应用。

关键词:生物技术;基因工程;细胞工程

现代生物技术的迅猛发展,成就非凡,推动着科学的进步,促进着经济的发展,改变着人类的生活与思维,影响着人类社会的发展进程。现代生物技术的成果越来越广泛地应用于医药、食品、能源、化工、轻工和环境保护等诸多领域。生物技术是21世纪高新技术革命的核心内容,具有巨大的经济效益及潜在的生产力。专家预测,到2010～2020年,生物技术产业将逐步成为世界经济体系的支柱产业之一。生物技术是以生命科学为基础,利用生物机体、生物系统创造新物种,并与工程原理相结合加工生产生物制品的综合性科学技术。现代生物技术则包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等领域。在我国的食品工业中,生物技术工业化产品占有相当大的比重;近年,酒类和新型发酵产品以及酿造产品的产值占食品工业总产值的17%。现代生物技术在食品发酵领域中有广阔市场和发展前景,本文主要阐述现代生物技术在食品发酵生产中的应用。

一、基因工程技术在食品发酵生产中的应用

基因工程技术是现代生物技术的核心内容,采用类似工程设计的方法,按照人类的特殊需要将具有遗传性的目的基因在离体条件下进行剪切、组合、拼接,再将人工重组的基因通过载体导入受体细胞,进行无性繁殖,并使目的基因在受体细胞中高速表达,产生出人类所需要的产品或组建成新的生物类型。

发酵工业的关键是优良菌株的获取,除选用常用的诱变、杂交和原生质体融合等传统方法外,还可与基因工程结合,进行改造生产菌种。

一、实验课教学改革

（一）调整实验课与理论课的设置

根据课程的需要，申请加大了试验课的课时数，加开了基因组DNA提取和RNA提取及RT-PCR试验和体外重组转化试验，使学生完全接触到了分子生物学中的基本操作技术。在毕业设计时就可以独立的进行相关的研究。为了使理论紧密联系实践，加深对基因工程技术的深刻理解，我们根据基因工程课程内容，每一单元授课完毕后安排相应的实验课。调整后的课程安排对同学们加深技术理解起到了重要辅助作用。比如质粒载体讲完后安排了质粒提取和酶切实验。核酸提取技术讲完后安排了大分子DNA提取和RNA提取实验等。每讲授完一门基因工程常用技术即设置一个独立的实验。这样理论紧密联系实践的课程设置，极大加深了学生对课堂授课内容的印象，学习兴趣日渐浓厚，实验课动手操作的主动性较初始明显增强。此外，前期基因工程教学中由于时间限制，往往分大组实验，不能保证每个学生都能参与试验，课时调整后，加了实验考核环节，要求每个实验学生必须亲自操作，从而保证每个人都能掌握基本的操作技能，同时加深理解理论课内容，这在后期的课程结课考试时学生对理论知识尤其与试验相关的部分内容的掌握方面效果非常明显。

（二）设立综合大实验

为了使学生能够更清晰的了解和掌握基因工程的基本路线，依据基因工程的基本操作步骤，在学生毕业前的第六学期，开设了以重组体的构建、转化、筛选和检测以及诱导表达为主线的基因工程综合大实验，锻炼学生整体实验能力。实验中包括目的基因的分离、质粒提取，酶切、目的基因片段的回收等实验操作。通过这一连续实验，学生不仅能够掌握基因工程的实验方法和技术，且对基因工程基本操作路线有了整体的认识和把握。这一整套试验可以锻炼学生对出现的问题进行分析和解决的能力，且能加深理论知识的掌握。根据理论知识调整试验的体系，可以加深理论知识的理解同时，提高了实验的成功率。根据学生的反馈，综合大实验的系统的实验过程培养了学生的动手能力和分析问题解决问题的能力，提高了学生对基因工程课程的热情和兴趣;很多学生因为在该课程教学中对基因工程相关领域内容产生了浓厚兴趣，在课外参加了相关的创新实验研究项目取得了预期的教学效果。

二、理论内容及讲课方法的改革

摘要：生物工程是以生物学、遗传学等学科的理论和技术为基础，加上电子计算机等技术对遗传物质进行操纵，改变生物的性状，使生物产生对人类有用的代谢产物的一门技术。生物工程的应用范围非常广泛，涉及食用、药用、军事、医学等领域。对我们现在面临的许多问题，如环境污染、身体健康、资源短缺等都有着很好的解决办法，生物工程技术的发展对一个国家的发展也起着至关重要的作用，重点针对我国生物工程技术的发展状况进行了研究。

关键词：生物工程技术；进展；现状

生物工程包括基因工程、细胞工程、微生物工程发酵工程、酶工程和生物反应器工程。在这五大领域中，基因工程是根据人类的需要对DNA进行设计，使生物表现出新的性状。细胞工程是根据遗传需要进行细胞培养。酶工程利用生物反应装置，产生人类所需要的产品。近年来，生物工程在农学、医药学、医学等方面都有新的收获，这些收获离不开我国科技工作者的努力，他们充分发挥了自己的潜力，为人们提供了巨大的经济效益和社会效益。

1生物工程技术在农学领域的进展

1.1改良种子的蛋白质储量

生物工程技术近几年来发展迅速，可利用生物工程技术提高农作物中蛋白质的含量，在农业中广泛运用，显示出巨大的经济效益，比如，单双子叶植物中的氨基酸含量不同，双子叶植物的赖氨酸含量高，甲硫氨酸的含量不足，而单子叶植物恰恰相反。利用基因工程将二者的蛋白质基因互换，能够提高单双子叶蛋白质的丰富程度，使二者营养价值更丰富。利用我国丰富的衍生资源，寻找氨基酸蛋白质含量丰富的植物，通过人工改造和合成，将基因转移到需要改进的植物中去。

摘要:在生物工程专业教学中,将“分子生物学实验”“基因工程实验”和“微生物遗传育种实验”等多门实验课程有机地统一成一体,整合为更具连贯性、系统性和设计性的综合性实验———生物工程上游技术实验.改革后的课程在培养学生独立思考、独立实践和综合创新能力及科研兴趣方面,取得了很好的实践效果.

关键词:生物工程;实验教学;质量工程项目;实践体系

分子生物学以遗传学、生物化学、微生物学等为基础,从分子水平揭示生命现象,是生命科学的核心,已成为当今世界的一个主干学科.基因工程是分子生物学的工程应用,是以分子生物学为基础,对生命现象进行工程改造的新兴技术学科.分子生物学和基因工程是生命科学最重要、发展最快的领域,在医疗、制药、食品、农业、化工、环境保护和能源等行业,已经、正在并将继续产生巨大的效益.例如:基因工程已经广泛应用于制药产业,用于药物和疫苗等的研发、改造和生产,在人类健康领域发挥巨大推动力;植物基因工程在作物育种中,对提高作物产量、品质和抗逆性等方面有重要作用[1].以基因工程为核心的生物技术是当代高新技术,生物技术产业正在成为许多国家的战略性新兴支柱产业.生物工程专业在这些领域有广阔的发展和就业前景,相应地也需要以基因工程为主干内容的生物工程上游技术综合实验不断改革发展,从而更加注重培养学生的综合实践能力和创新能力,以适应不断创新发展的生物工程和生物技术产业需求[2].

1改革的必要性

1．1生物工程上游技术实验概述.生物工程是以现代生命科学为基础,综合基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程等新技术手段而成的,实验性和应用性极强,因此必须加强实验教学,以提高教学质量[3G4].教育部高等学校生物科学与工程教学指导委员会分别在«生物工程专业规范»(2006年)[5]和«生物工程专业介绍»(2011年)中将“分子生物学与基因工程实验”列为核心实验课程,在生命科学另外2个本科专业(生物科学专业、生物技术专业)也被列为核心实验课程.国内外不同大学的生物类学科都开设了分子生物学与基因工程实验课程.分子生物学和基因工程作为生命科学发展的最前沿,研究技术和研究成果日新月异,国内很多高校都在对相应的课程实验的内容和方法进行改革.复旦大学的基因工程实验内容不但包括原核生物,也包括哺乳动物细胞系,并加入基因可变剪接、功能分析和表达水平定量分析等内容,不但将较新的技术引入实验教学,同时也让学生对于基因工程过程有更全面的理解,并激发他们的学习兴趣和科研兴趣[6].湖南师范大学的袁婺洲等利用自身科研平台,将制作转基因斑马鱼引入基因工程实验课,从通过进行动物表达载体构建和通过显微注射进行转基因,到筛选和鉴定转基因或嵌合体后代,让学生系统理解完整的动物基因工程流程[7].内蒙古的林晓飞等,在基因工程实验中加入制作转基因拟南芥的内容[8].这些教学改革注重综合性和创新性,结合科技发展前沿研究成果,教学成效较好.广州大学生命科学学院自2003年起,开始在生物工程专业开设基因工程实验.为了对接生物技术产业,广州大学生命科学学院首创性地提出了生物工程专业实验改革方案,设置了生物工程上游技术实验、生物工程中游技术实验和生物工程下游技术实验,整合取代原有的实验.该方案于2005年4月通过了广州大学教务处组织的“生物工程专业实验体系改革”论证,2名全国高校生物科学与工程教指委成员参加了论证.随后,陆续为生物类不同专业开设了相应的实验课程,包括生物工程上游技术实验(生物工程专业,64学时)、现代生物技术综合实验(生物技术专业,48学时)、分子生物学实验(生物科学专业32学时).其中,后2门实验课程是从生物工程上游技术实验中精选的与专业相关的实验项目.生物工程上游技术实验将“分子生物学实验”“基因工程实验”及“微生物遗传育种实验”等多门实验课程,有机地统一成一体[9].将这些实验课程整合成若干项基础性、设计性和综合性实验,形成一个完整的实验教学体系,既能节约成本,又能使学生更加系统地掌握实验的基本技术.实验技术也更加接近本学科的前沿,包括:感受态细胞的制备和转化;转化子的筛选;DNA和RNA的提取;基因表达的RTGPCR分析;质粒的提取、酶切和凝胶电泳;多聚酶链式反应(PCR);PCR产物的纯化、克隆和转化;转化子的鉴定等.实验上一环扣一环,前一次实验的结果是后一次实验的材料.所以学生对待每次实验,都必须小心谨慎,课前需认真预习,实验需严格操作,学生的学习习惯和科研态度明显改善.通过本课程的学习,学生可系统掌握很多分子生物学的基本实验技术,包括:DNA、RNA提取和质量分析;DNA的限制性酶切和目的片段的分离;质粒的扩增和提取等.这些基本实验技术将为后续的基因工程等实验课程奠定良好基础.在基因工程和微生物遗传育种实验技术方面,始终围绕本实验室研究较多的蛋白质(如拟南芥生长素反应因子8或钙调素5的生物工程实验技术而展开,从蛋白质的编码基因着手,利用PCR扩增该基因,将该基因克隆于适合在受体菌中表达的载体,并将表达载体导入到受体菌,然后利用表型、选择标记或者分子标记进行转基因后代的筛选和鉴定.学生通过实验,可清晰掌握上游技术实验的精髓.以此为基础,田长恩主编的«生物工程上游技术实验手册»,作为“十一五”国家重点图书出版规划项目———应用生物技术大系系列图书在科学出版社出版[10].1．2目前生物工程上游技术实验的问题及改革设想.尽管如此,目前的生物工程上游技术实验尚存在一些问题.首先,在初步建立的实验项目体系中,使用拟南芥生长素反应因子8基因的片段作为实验对象,尽管可方便基因克隆和鉴定,但却无法通过方便的RTGPCR和表型观察分析其表达情况.在优化的实验项目体系中,用拟南芥钙调素5基因作为实验对象,既可方便基因克隆和鉴定,也可用RTGPCR分析其表达,但却无法方便地进行表型观察.因此,找到一个方便观察表型的基因十分重要.绿色荧光蛋白基因分子不大,其编码蛋白在蓝光下具有绿色荧光,观察十分方便,设备要求简单.故本研究在实验项目优化中首先构建方便遗传操作和转基因产物观察的、载有绿色荧光蛋白基因的表达载体,转化、鉴定获得转绿色荧光蛋白基因的大肠杆菌,用于实验教学.其次,原实验课程主要内容包括原核表达质粒的构建、大肠杆菌感受态细胞的制备和转化,以及对受体菌的筛选和鉴定,均是原核生物基因工程的内容,而没有包括真核生物基因工程的内容.因此,在对实验内容进行优化过程中,加入高等植物的基因工程,利用原生质体转化,将绿色荧光蛋白基因转入水稻,构建外源目的基因的瞬时表达体系,并对目的基因的表达产物进行鉴定,利用荧光显微镜表型直观观察绿色荧光.再次,实验课程教学方式也可进一步优化.目前除最后一次为设计性实验外,本课程大部分实验教学方式较为传统,学生参与文献查阅、实验方案设计、预实验和实验准备不够,造成部分学生学习被动,机械重复实验方案,求知欲不强,学习主动性未能充分发挥,影响学生对分子生物学和基因工程相关学科理论知识的掌握和对实验整体技术路线和原理的理解,造成学生对实验设计的可靠性和科学性理解不够,解决问题能力和数据分析能力较差.

2改革内容

摘要:近年来，随着科技的快速创新与发展，产生了诸多的新型技术，生物工程技术作为其中之一，当前在各个领域中实现了广泛的应用，尤其是在食品领域中，发挥着至关重要的作用，为食品生产制作提供了巨大的便利，推动了生产力的提升，促进了食品行业的快速发展。基于此，本文首先分析了生物工程技术在食品领域中的应用价值;其次着重探讨了生物工程技术在食品领域中的具体应用。

关键词:生物工程技术;食品领域;应用;探讨

在人们生活中，食品是必需品，是重要的能量来源。新时期，随着人们的生活条件的不断提升，对于食品质量、种类提出了更高的要求。当前传统技术已经逐渐无法满足食品领域发展需求，生物工程技术的出现与应用，为食品领域的发展带来了契机。

一、生物工程技术在食品领域中的应用价值分析

(一)优化和改善了食品原料性能。现阶段，生物工程技术在食品领域实现了广泛应用，极大的提升了食品生产、加工水平，同时也在一定程度上优化了食品原料性能。以转基因技术为例，利用转基因技术重组转化食品原料DNA，改良食品原料的性能，能够达到更高的食品口感、质量及营养价值。例如:以玉米为原材料的食品为例，应用转基因技术进行处理，改变其营养结构及成分，改变过去单一的口味，使得玉米类食品具备更好的口感、柔软度，同时要更好地保留了食品的原有营养价值，进而满足消费者对于食品的多元化需求。不仅如此，当前转基因技术在豆类食品生产加工中也有着较为广泛的应用，将转基因技术应用于大豆油生产中，能够提升其蛋白质含量，科学调整酶比例，增加淀粉含量，使其具备更高的营养价值，保证产品质量。以防腐技术为例，在食品生产中的应用也越来越广泛，在防腐技术的支撑下，延长了食品的保鲜期，避免过早的损坏，不仅能够保持原有的颜色，而且食品的口感及营养价值也不会被破坏。(二)极大地丰富了食品的种类。现阶段，人们的生活条件显著提升，对于食品的种类、颜色、质量等方面的要求越来越高，为更好地满足广大消费者的多元化需求，食品领域逐渐加强了对食品种类、功能等方面的研发。在过去的一段时间里，食品开发主要依靠的是分离提取技术先和化学合成技术，虽然在食品开发中起到了一定的效果，但是在功能性食品开发中却具备较强的局限性，应用效果较差。然而生物工程技术的出现与应用，使得食材配置更加的多元化，使得食品种类更加的丰富，这样一来，就更好地满足了广大消费者的需求，提升了食品企业的市场核心竞争力。(三)提高了食品品质。近年来，食品安全问题的频频发生，为人们敲响了警钟，当前人们越来越重视食品质量安全问题。在过去，食品生产大多依靠的人工和机械设备进行生产加工的，所应用的技术及制作方法较为落后，整个生产过程由于受到环境、人为因素的影响，导致食品质量得不到保障。将生物工程技术应用于食品领域中，能够更好地保证食品质量安全。以微生物发酵技术为例，在豆制品、面包、发酵饮料的生产制作中，均发挥着至关重要的作用。这些发酵型食品，需要筛选并培养无害类生物菌群，借助发酵技术、基因改良技术，则能够改善食品的pH值和水活性，阻碍腐败微生物的生长，促进食品核苷酸和氨基酸等有益物质的生成，使得食品具备更加良好的色泽及口感。

二、生物工程技术在食品领域中的具体应用探讨

我国生物制药行业现状

我国生物技术药物的研究和开发起步较晚，公务员之家，全国公务员公同的天地直到年代初才开始将重组技术应用到医学上，但在国家产业政策特别是国家“”高技术计划的大力支持下，使这一领域发展迅速，逐步缩短了与先进国家的差距，产品从无到有，基本上做至了国外有的我国也有，目前己有种基因工程药物和若干种疫苗批准上市，另有十几种基因工程药物正在进行临床验证，还在研究中的药物数十种。国产基因工程药物的不断开发生产和上市，打破了国外生物制品长期垄断中国临床用药的局面。目前，国产干扰素α的销售市场占有率已经超过了进口产品。我国首创的一种新型重组人γ干扰素并已具备向国外转让技术和承包工程的能力，新一代干扰素正在研制之中。

我国目前登记在册的生物技术企业共有家，但其业务真正涉及到基因工程的企业只有家，其中已向上级部门申报基因药物、并登记立项的企业只有家左右，而已经取得生产生物基因工程药物试产或生产批文的制药企业仅为家。

目前，国内市场上国产生物药品主要是基因乙肝疫苗、干扰素、白细胞介素⒉增白细胞、重组链激酶、重组表皮生长因子等种基因工程药物。组织溶纤原激活剂、白介素⒊重组人胰岛素、尿激酶等十几种多肽药品还进行临床、Ⅱ期试验，单克隆抗体研制已由实验进入临床，型血友病基因治疗已初步获得临床疗效，遗传病的基因诊断技术达到国际先进水平。重组凝乳酶等多种基因工程新药正在进行开发研究。根据有关部门预测，未来我国生物技术药物年均增长率不低于，到××年总产值可达亿元人民币，利润可达亿元人民币。

我国生物医药产业虽然发展较快，但也存在着严重的问题，突出的问题表现在研制开发力量薄弱，技术水平落后项目重复建设现象严重企业规模小，设备落后等几个方面。目前国内基因工程药物大多数是仿制而来，国外研制一个新药需要年的时间，平均花费亿美元，而我国仿制一个新药只需几百万元人民币，年左右时间再加上生物药品的附加值相当高，如诊断试剂成本仅十几元，但市场上却卖到一百多元，因此许多企业包括非制药类企业纷纷上马生物医药项目，造成了同一种产品多家生产的重复现象。我国生物技术制药公司虽然已有多家，但真正取得基因工程药物生产文号的不足家。全国生产基因工程药物的公司总销售额不及美国或日本一家中等公司的年产值。企业规模过小，无法形成规模经济参与国际竞争。

“入世”以来对我国生物制药行业造成的冲击

论文关键词花色；基因工程；花色苷；植物色素

论文摘要基因工程在植物花色改良中正发挥着越来越来重要的作用，综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离克隆、基因的遗传转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种的重要手段，不再受植物亲缘关系的限制，花色改良的效果通过目测和少量辅助手段即可判断[1]。花色苷是植物次生代谢过程中产生的黄酮类物质，它是花色素与糖以糖苷键结合而成的一类化合物，广泛存在于植物各组织细胞的细胞液中，使植物呈现从红、紫到蓝等的不同颜色[2]。花色苷的生物合成途径是被最为广泛而深入研究的植物次生代谢途径，特别在主要模式植物中，已经有了清楚的认识[3]。许多花色苷生物合成途径中的关键酶基因和调节基因均已经从不同植物中克隆到[3，4]。转基因花卉主要用于观赏，易被公众接受，具有传统育种手段难以比拟的优越性，必将给花色改良带来革命性的影响，已成为当前花卉育种研究的热点。

1花色苷生物合成基因的分离和克隆

植物花色苷基因工程改良遵循一般植物基因工程规律，了解特定色素生物合成途径、克隆关键酶的基因是植物花色基因工程改良理论依据和前提。首先是花色苷生物合成途径基因的克隆，第1个被分离的花色苷合成酶基因是CHS基因，它是从欧芹（Petroselinumcnispum）悬浮细胞用差异杂交分离到的[5]；以后利用转座子标签、PCR扩增、异源杂交、差异cDNA克隆、电子克隆、蛋白质纯化与差异筛选等方法分离克隆到了多个花色苷生物合成相关基因。花色苷的生物合成是从莽草酸代谢途径合成苯丙氨酸和脂肪酸合成代谢合成丙二酰CoA开始，经苯丙烷类途径合成[6]。根据基因对花色苷生物合成的作用可分为结构基因和调节基因[7]。结构基因直接编码花色苷生物合成途径中的生物合成酶类，如PAL、4CL、CHS、CHI、F3H、DFR、F3′H、F3′5′H、ANS、3GT等基因；另一类是调节基因，它们调控花色苷生物合成基因的表达强度和模式，同时控制花色苷在时空上的变化，如AN1、AN2、JAFl3和AN11等[8]。

2基因遗传转化的方法

摘要：钾离子通道是植物钾离子吸收的重要途径之一。近年来，已从多种植物或同种植物的不同组织器官中分离到多种钾离子通道基因，包括内向整流型钾离子通道基因(如OsAKT1，DKT1，Ktrrl，KIll，KZM1，ZMK2等)和外向整流型钾离子通道基因(如CORK，PTORK，STORK等)。文章分别从结构、功能以及相关基因等三方面综述了关于植物钾离子通道的分子生物学研究进展，并对应用生物工程技术改良植物的钾营养性状进行了讨论。

关键词：钾离子通道；结构；基因

离子通道(ionchanne1)是跨膜蛋白，每个蛋白分子能以高达l08个／秒的速度进行离子的被动跨膜运输，离子在跨膜电化学势梯度的作用下进行的运输，不需要加入任何的自由能。一般来讲，离子通道具有两个显著特征：

一是离子通道是门控的，即离子通道的活性由通道开或关两种构象所调节，并通过开关应答相应的信号。根据门控机制，离子通道可分为电压门控、配体门控、压力激活离子通道。

二是通道对离子的选择性，离子通道对被转运离子的大小与电荷都有高度的选择性。根据通道可通过的不同离子，可将离子通道分为钾离子(potassiumion，K)通道、钠离子(natriumion，Na)通道、钙离子(calciumion，Ca2)通道等。其中，K通道是种类最多、家族最为多样化的离子通道，根据其对电势依赖性及离子流方向的不同，可把K通道分为两类：①内向整流型K通道(inwardrectifierKchannel；Kin)，②外向整流型K通道(outwardrectifierKhannel；Kout)。K是植物细胞中含量最为丰富的阳离子，也是植物生长发育所必需的唯一的一价阳离子，它在植物生长发育过程中起着重要的作用，具有重要的生理功能。植物中可能存在K通道，这一点早在20世纪6o年代植物营养学界就有人提出，而一直到80年代才被Schroeder等人[23证实，他们利用膜片钳(patchchmp)技术，首先在蚕豆(V／c／afaba)的保卫细胞中检测出了K通道钾离子通道的结构单个钾离子通道是同源四聚体，4个亚基(subunit)对称的围成一个传导离子的中央孔道(pore)，恰好让单个K通过。对于不同的家族，4"亚基有不同数目的跨膜链(membrane。span。ningelement)组成。两个跨膜链与它们之间的P回环(porehelixloop)是K通道结构的标志2TM／P)，不同家族的K通道都有这样一个结目前从植物体中发现的K通道几乎全是电压门控型的，如保卫细胞中的K外向整流通道等，其结构模型如图2一a所示。离子通透过程中离子的选择性主要发生在狭窄的选择性过滤器(selectivityfilter)中(图2一b)，X射线晶体学显示选择性过滤器长1．2nIll，孔径约nIll，K钾离子通道的作用.有关K通道在植物体内的作用研究并不多。

从目前的结果来看，认为主要是与K吸收和细胞中的信号传递(尤其是保卫细胞)有关。小麦根细胞中过极化激活的选择性内流K通道的表观平衡常数Km值为8．8mmol／L，与通常的低亲和吸收系统Km值相似[。近年来，大量K通道基因的研究表明，K通道是植物吸收转运钾离子的重要途径之一。保卫细胞中气孔的开闭与其液泡中的K浓度有密切关系。质膜去极化激活的K外向整流通道引起K外流，胞质膨压降低，导致气孔的关闭。相反，质膜上H．ATPase激活的超极化(hyperpolarization)促使内向整流钾离子通道(Kin)的打开，引起K的内流，最终导致气孔的张开钾离子通道相关基因及其功能特征迄今，已从多种植物或同种植物的不同组织器官中分离得到多种K通道基因(图3)，根据对其结构功能和DNA序列的分析，可以把它们分为5个大组：工，Ⅱ，Ⅳ组基因属于内向整流型通道；m组属于弱内向整流型通道(weaklyinwardAKT1ArabidopsisKTransporter1)是第一个克隆到的植物K通道基因，采用酵母双突变体互补法从拟南芥cDNA文库中筛选出来cDNA序列分析表明，AKT1长2649bp，其中的阅读框为2517bp，编码838个氨基酸残基组成的多肽，相对分子质量约为95400Da。AKT1编码的K通道，对K有极高的选择性，其选择性依次是K>Rb>>Na>Li。

摘要：钾离子通道是植物钾离子吸收的重要途径之一。近年来，已从多种植物或同种植物的不同组织器官中分离到多种钾离子通道基因，包括内向整流型钾离子通道基因(如OsAKT1，DKT1，Ktrrl，KIll，KZM1，ZMK2等)和外向整流型钾离子通道基因(如CORK，PTORK，STORK等)。文章分别从结构、功能以及相关基因等三方面综述了关于植物钾离子通道的分子生物学研究进展，并对应用生物工程技术改良植物的钾营养性状进行了讨论。

关键词：钾离子通道；结构；基因

离子通道(ionchanne1)是跨膜蛋白，每个蛋白分子能以高达l08个／秒的速度进行离子的被动跨膜运输，离子在跨膜电化学势梯度的作用下进行的运输，不需要加入任何的自由能。一般来讲，离子通道具有两个显著特征：

一是离子通道是门控的，即离子通道的活性由通道开或关两种构象所调节，并通过开关应答相应的信号。根据门控机制，离子通道可分为电压门控、配体门控、压力激活离子通道。

二是通道对离子的选择性，离子通道对被转运离子的大小与电荷都有高度的选择性。根据通道可通过的不同离子，可将离子通道分为钾离子(potassiumion，K)通道、钠离子(natriumion，Na)通道、钙离子(calciumion，Ca2)通道等。其中，K通道是种类最多、家族最为多样化的离子通道，根据其对电势依赖性及离子流方向的不同，可把K通道分为两类：①内向整流型K通道(inwardrectifierKchannel；Kin)，②外向整流型K通道(outwardrectifierKhannel；Kout)。K是植物细胞中含量最为丰富的阳离子，也是植物生长发育所必需的唯一的一价阳离子，它在植物生长发育过程中起着重要的作用，具有重要的生理功能。植物中可能存在K通道，这一点早在20世纪6o年代植物营养学界就有人提出，而一直到80年代才被Schroeder等人[23证实，他们利用膜片钳(patchchmp)技术，首先在蚕豆(V／c／afaba)的保卫细胞中检测出了K通道钾离子通道的结构单个钾离子通道是同源四聚体，4个亚基(subunit)对称的围成一个传导离子的中央孔道(pore)，恰好让单个K通过。对于不同的家族，4"亚基有不同数目的跨膜链(membrane。span。ningelement)组成。两个跨膜链与它们之间的P回环(porehelixloop)是K通道结构的标志2TM／P)，不同家族的K通道都有这样一个结目前从植物体中发现的K通道几乎全是电压门控型的，如保卫细胞中的K外向整流通道等，其结构模型如图2一a所示。离子通透过程中离子的选择性主要发生在狭窄的选择性过滤器(selectivityfilter)中(图2一b)，X射线晶体学显示选择性过滤器长1．2nIll，孔径约nIll，K钾离子通道的作用.有关K通道在植物体内的作用研究并不多。

从目前的结果来看，认为主要是与K吸收和细胞中的信号传递(尤其是保卫细胞)有关。小麦根细胞中过极化激活的选择性内流K通道的表观平衡常数Km值为8．8mmol／L，与通常的低亲和吸收系统Km值相似[。近年来，大量K通道基因的研究表明，K通道是植物吸收转运钾离子的重要途径之一。保卫细胞中气孔的开闭与其液泡中的K浓度有密切关系。质膜去极化激活的K外向整流通道引起K外流，胞质膨压降低，导致气孔的关闭。相反，质膜上H．ATPase激活的超极化(hyperpolarization)促使内向整流钾离子通道(Kin)的打开，引起K的内流，最终导致气孔的张开钾离子通道相关基因及其功能特征迄今，已从多种植物或同种植物的不同组织器官中分离得到多种K通道基因(图3)，根据对其结构功能和DNA序列的分析，可以把它们分为5个大组：工，Ⅱ，Ⅳ组基因属于内向整流型通道；m组属于弱内向整流型通道(weaklyinwardAKT1ArabidopsisKTransporter1)是第一个克隆到的植物K通道基因，采用酵母双突变体互补法从拟南芥cDNA文库中筛选出来cDNA序列分析表明，AKT1长2649bp，其中的阅读框为2517bp，编码838个氨基酸残基组成的多肽，相对分子质量约为95400Da。AKT1编码的K通道，对K有极高的选择性，其选择性依次是K>Rb>>Na>Li