21世纪已经进入了生物技术的时代，各种新型生物技术的应用为整个人类社会增添了丰富新颖的内容。基因工程作为生物技术领域的先导技术，正以日新月异的方式快速发展，已经渗透到了农业和食品工业的相关领域。基因工程是指按照人类的需要，用现代遗传学及分子微生物学的理论与方法，特别是用DNA重组技术，将生物基因组的结构或组成在体内或者体外进行人为修饰、改造或重新组合，然后通过载体把新的DNA重组分子导入另一种生物的细胞中，从而改变生物的结构和功能，改造生物品种或生产新的转基因产品。果蔬加工作为食品工业中的重要领域之一，同时也是基因工程的重要应用领域。基因工程在改良和培育具有优良性状的水果、蔬菜，如培育抗病虫害、抗除草剂、耐盐抗旱的品种，改良果蔬的加工品质，提高营养物质含量以及品质检测等方面应用广泛。

1  基因工程在果蔬种质资源保护中的应用

根据种子法第74条规定，种质资源是指选育新品种的基础材料，包括植物的栽培种、野生种的繁殖材料以及利用上述繁殖材料人工创造的各种植物的遗传材料。20世纪以来，随着新品种的大量推广、人口增长、环境恶化以及经济建设等方面的原因，作物遗传资源多样性不断遭到破坏或丧失，而且数量巨大。利用基因工程技术把禁锢在种质库中的有用基因发掘出来并加以利用，可以有效地保护果蔬种质资源。

1．1  遗传多样性的保护

植物的遗传多样性不但是维持其繁殖活力、抗病虫害能力和适应环境变化的基础，也是人类改良、创造新品种的源泉。保护果蔬遗传的多样性，首先要确定种群保护和利用的优先级，优先保护遗传多样性大的种群；其次，保护具有特殊等位基因的种群；第三，防止近交衰退和远交衰退。研究果蔬的遗传多样性离不开基因工程技术这一主要手段，Prince等用限制性段长度多态性技术(RFLP)和随机扩增多态性技术(RAPD)分析辣椒属中间的遗传多样性，建立了辣椒指纹和鉴定相近的辣椒基因型。Huang等采用简单序列重复技术(SSR)分析了辣椒、烟草和马铃薯的遗传多样性。沈向等通过对43个杏品种进行了RAPD分类研究，表明品种间地理分布集中性十分明显，并且有广泛的遗传信息交流。黄聪丽等利用RAPD方法，对个花椰菜品种的基因组进行遗传多样性分析。选用20个10bp随机引物，共扩增出条175条DNA片段。其中多态性片段118条占67．4％，这表明花椰菜品种间具有丰富的遗传多样性，进一步依据扩增结果进行遗传相似系数分析，构建了聚类分析树状图。宋洪元等利用RAPD标记对17个结球甘蓝品种进行了分析。所有品种经12个引物扩增后，发现利用其中4个引物在17个品种间所扩增出的多态性标记可将全部品种鉴别。17个品种的遗传多样性分析显示，秋冬甘蓝品种内的遗传差异较春甘蓝品种内更大。因此，为保持结球甘蓝多样性，将更多的遗传资源用于春甘蓝品种选育是必要的。

1．2  物种迁移中的应用

植物物种的迁移和定居受人类活动的影响，确定植物种群在源发地和定居地的遗传变异及其原因，有助于种质资源多样性的格局和育种选择的实践。在研究植物物种迁移历史和遗传变异中，基因工程技术是一个有效的研究工具。通过对种子贮藏蛋白的多态性的研究，可以确认大多数自然种群内存在表型无法观察到的大量基因变异，种子蛋白的高度多态性已用于种群内、外遗传多样性及其空间的分布格局。PCR扩增在草本植物和木本植物的地理起源和分类特征研究中也获得了成功的应用。

1．3  遗传标记技术的应用

遗传标记作为基因型的易于识别的表现形式，在植物种质资源的研究和育种工作中有着十分重要的地位。应用较为广泛的遗传标记有形态标记、细胞标记、生化标记和分子标记。前三种标记都是基因表达的结果，是对基因的间接反映，其可利用的多态位点较少，多态性较差，易受环境条件的影响。分子标记是以DNA多态性为基础的遗传标记，又称为分子诊断技术。由于DNA分子标记相对于传统的遗传标记具有理论上标记数目无限、不受环境因素的影响、可在整个基因组范围内搜索数量性状基因座、可用于研究数量性状遗传规律等优点，使它的应用越来越广泛。目前最常用的分子标记有RFLP、AFLP、RAPD、SSR、ISSR、SNP等。Chyi等利用甘蓝型油菜甘蓝中的10个基因组特异探针对芸薹属6个种进行RFLP分析，发现3个二倍体种的基因组存在部分同源性，并且认为甘蓝型油菜是多元杂交起源的。Warwick和Black用cpDNA探针对芸薹属植物进行了RFLP分析，结果将芸薹和甘蓝归为一个进化谱系，二者的共同祖先与野生甘蓝接近，而黑芥属于另一个进化谱系，并发现黑芥与白芥亲缘关系更近。赵凌侠等对番茄属9个种的43份材料进行了RAPD分析，将番茄属分为4个类群。通过对遗传丰度、遗传离散度、基因杂合度和Shannon表型多样性指数的分析，得出结论为野生类群的遗传多样性大于普通番茄类群，这表明在野生类群中存在着较为丰富的可用于番茄遗传育种的遗传资源。刘杨等应用SSR标记构建了番茄的遗传连锁图谱也鉴定出2个控制每序花数的基因，分别在第2和5染色体上，其结果与很多学者关于控制花数性状定位的研究结果比较彼此之间均有很大的差异，说明数量性状由多基因控制很复杂，研究手段与结果不稳定。卫丽等采用AFLP标记与BSA技术相结合的方法，对由显性核基因控制的番茄野生种抗白粉病抗性进行了研究，找到了与番茄抗白粉病基因连锁的6个AFLP标记。

1.4  基因转化技术的应用

在果蔬生长过程中，病虫害历来都是严重威胁其产量与品质的首要因素。基因转化技术不仅可以加快抗病育种进程，而且可以将多个抗病基因导入目的果蔬中，解决常规育种种质资源匮乏的难题。植物遗传转化技术可分为两大类：一类是直接基因转移技术，包括基因枪法、原生质体法、脂质体法、花粉管通道法、电激转化法、PEG介导转化方法等，其中基因枪转化法是代表。另一类是生物介导的转化方法，主要有农杆菌介导和病毒介导两种转化方法，其中农杆菌介导的转化方法操作简便、成本低、转化率高，广泛应用于双子叶植物的遗传转化。谭洁等人通过农杆菌介导法将烟草NPKI基因导入辣椒中，以增强辣椒抗逆性。丁玉梅等通过农杆菌介导法将Bt基因的CrylAb类型导入马铃薯中，以期获得高抗虫性的马铃薯基因工程植株。孔庆军等采用根癌农杆菌介导法将几丁质酶基因和葡聚糖酶基因导入新疆伽师瓜中，经过卡那霉素的抗性筛选，获得了转化的再生植株。

1．5  基因克隆的应用

基因克隆是利用体外重组技术，将特定基因的DNA顺序插入到载体分子中，并让其表达的一种生物工程技术。基因克隆的主要目标是识别、分离特异基因并获得基因的完整序列，阐明其生化功能，并明确其对特定性状遗传的控制调节关系。运用分子生物学技术克隆与植物抗病、抗虫、抗除草剂、抗逆、高产、高营养、育性及其他与植物发育相关的许多基因。王春香等从感染了病的烟草叶片中分离纯化了马铃薯x病毒，克隆了完整的马铃薯x病毒外壳蛋白基因，并将外壳蛋白基因转入马铃薯中，以期获得抗该病毒的栽培种马铃薯。李季等采用RT—PCR方法从番茄果实cDNA中克隆了番茄LeEILl基因，初步确定了该基因上的DNA结合功能域及其结合激活位点，为该基因的功能研究奠定了基础。许志茹等利用UV．A处理津田芜菁(Tsuda turnip）和赤丸芜菁(Yurugi Akamaru turnfp)块根24h后提取总RNA，通过RT—PCR方法克隆了BrF3H基因。津田芜菁和赤丸芜菁的F3H基因完全相同。BrF3H的开放读码框为1077bp，编码358个氨基酸。氨基酸序列分析显示，BrF3H与甘蓝型油菜(Brassica napus)F3H-1的同源性为99％。王燕等从核桃中克隆得到苯丙氨酸解氨酶基因cDNA片段，并命名为JrPAL，并发现JrPAL与其他植物的PAL基因高度同源。克隆JrPAL，可为利用基因工程技术调控核桃黄酮化合物的代谢提供基因资源。

1．6  离体培养技术的应用

离体培养又称为植物组织培养，它是以植物生理学为基础发展起来的一项技术。它是指在无菌和人工控制的环境条件下，利用适当的培养基，对离体的植物器官、组织、细胞及原生质体进行培养，使其再生细胞或完整植株的技术。植物的转化基因操作需要高效、稳定的再生体系，因此，在果蔬中通过遗传转化手段进行品种改良时，利用组织培养技术建立果蔬的再生系是十分必要的。陈琴芳等以丰香和章姬叶片为试材，研究影响不定芽再生的诸多因素，建立了简单、快速、高效的叶片离体再生体系，为草莓的遗传转化研究与应用奠定基础。结果表明，对某一特定的基因型来说，外植体类型和外源激素种类对其再生芽发生频率和数量都有明显的影响。余小林等以子叶、叶柄、下胚轴等外植体经直接器官发生途径建立了再生体系。丁建庭在总结茄子离体培养的研究现状中，总结出利用茄子离体培养过程产生的无性变异加以低温选择，增强植物对低温的抗逆性，光照、糖、渗透压等对茄子离体培养也有很大影响。

2  基因工程在果蔬加工原料品质改良中的应用

2．1  抗性改良

2．1．1  抗虫害

全世界每年因虫害所造成的农作物减产损失高达数千亿美元，因此有效防治害虫一直是农业领域的重点。植物基因工程的快速发展为农业虫害的防治带来了革命性的变化，世界范围内已有多种抗虫转基因作物商品化。目、前常用的抗植物虫害基因主要有苏芸金杆菌杀虫结晶蛋白基因、豇豆胰蛋白酶抑制剂基因、植物凝集素基因、淀粉酶抑制剂基因等。1987年研究者将苏云金杆菌的内毒素基因转入番茄、马铃薯等果蔬中，使之具有了自身抗虫能力。宋萍等从土壤中分离得到苏云金芽胞杆菌WZ一9，其对马铃薯瓢虫的幼虫有特异杀虫活性，生物活性测定表明，WZ．9菌对马铃薯瓢虫2龄幼虫72h校正死亡率达100％。Hilder等发现转GNA基因的烟草减少了桃蚜的生长发育和繁殖力，这都表明转植物凝集素基因的植物能够抵抗害虫的侵害。李友莲等研究结果发现，马铃薯凝集素对桃蚜的生长发育有强烈的影响，如能将其基因转入到桃蚜取食为害的植物中，则可大大减少化学农药的使用。抗病虫害基因的植物凝集素基因有雪花莲凝集素、豌豆凝集素、麦胚凝集素、苋菜凝集素基因及核糖体失活蛋白基因、半夏外源凝集素等。

2．1．2  抗微生物病害

病毒、细菌和真菌都是农业生产上的主要病害，据统计，全世界马铃薯每年因细菌性病害减产25％，约损失40亿美元。对于微生物性病害，其途径之一就是将病原菌基因导入植物细胞，使其过量表达或表达式去原有功能的蛋白，从而干扰病原菌的正常生理代谢，使寄主植株表现出抗性。Hamilton于20世纪80年代初首先提出了基因工程保护的设想，在转基因植物中表达病毒基因组序列可能是防御病毒侵染的途径之一。1986年美国把烟草花叶病毒TMV的外壳蛋白基因转移到番茄体内，培育出抗烟草花叶病毒的西红柿之后，抗黄瓜叶病毒的转基因植株也陆续获得成功。王苏燕等利用核酶等策略在转基因油菜中产生了对花椰菜花叶病毒CaMV的高度抗性。

2．1．3  抗寒能力

近年来从冷敏植物中已分离鉴定了许多抗寒有关的基因，但是对这些基因是如何调控的仍然不是很清楚。1993年，Mckersie用根癌农杆菌介导，获得了转Mn sOD的苜蓿，并且转基因植株对冻害的抗性虽增，其后代在冻害胁迫后生长比没有转基因植株快得多，表明Mn SOD抑制无氧自由基产生，从而提高抗寒能力。Hsieh将拟南芥的CBFl基因转入番茄，转基因番茄叶片中的过氧化氢酶的活性比对照显著提高，H20：含量比对照明显降低，转基因番茄的抗寒性和抗旱性也得到明显的根高。

2．1．4  抗除草剂

近年来关于除草剂的作用机理和生物对除草剂抗性机理的研究日益深入，这为应用基因工程技术培育抗除草剂植物新品种奠定了坚实的基础。应用基因工程技术培育抗除草剂植物主要有两种策略：(1)修饰除草剂作用的靶蛋白，使其对除草剂不敏感或促使其过量表达以使植物吸收除草剂后仍能正常代谢：(2)引入降解除草剂的酶或酶系统，在除草剂发生作用前将其分解。1986年，Shah从抗草甘膦的碧冬茄MP4-G细胞系中分离到能产生过量EPSPS的aroA基因，与CaMV35S启动子构成嵌合基因后，用土壤农杆菌转化碧冬茄，获得了抗除草剂转基因植株。潘良文等应用PCR技术，测试抗草丁膦杂交油菜籽中转入的外源抗草丁膦除草剂基因，通过PCR产物进行克隆和测序，建立检测转基因抗草丁膦油菜籽的技术和方法。

2．2  组成优化

在植物食品品质的改良上，基因工程技术得到了广泛的应用，并取得了丰硕成果。用基因工程的方法可以方便地改变油料作物的油脂组成及含量，以使其更加适于食用或加工的需要。如通过导入硬脂酸2ACP脱氢酶的反义基因，可使转基因油菜种子中硬脂酸的含量从2％增加到40％。而将硬脂酰CoA脱饱和酶基因导入作物后，可使转基因作物中的饱和脂肪酸(软脂酸、硬脂酸)的含量有所下降，而不饱和脂肪酸(油酸、亚油酸)的含量则明显增加，其中油酸的含量可增加7倍。高油酸含量的转基因大豆及高月桂酸含量的转基因油料作物芥花菜在美国已经成为商品化生产的基因工程油料作物品种。通过基因工程技术也可以改变植物食品中淀粉组成及含量。例如在马铃薯上利用淀粉合成酶GBSS基因的反义基因抑制了该酶的活性，使反义转基因马铃薯中GBSS的活力降低了70％～100％，而另一形式的淀粉合成酶则不受影响，从而获得了支链淀粉含量很高或完全不含直链淀粉的马铃薯，而通过反义基因抑制淀粉分支酶基因则可获得完全只含直链淀粉的转基因马铃薯。向植物导入甜蛋白基因，已在番茄、莴苣中得到表达。这种高甜度、无毒安全、低热量的甜蛋白是食品和饮料工业中理想的甜味剂。Rotino等将丁香假单胞菌的iaaM基因置于金鱼草Def H9启动子控制之下，转化茄子之后，使得转基因茄子在阴性对照植株不能结果实的恶劣环境条件下也能够坐果，而且其果实的体积与重量与对照植株在授粉条件下所产生的果实相同。

2．3  风味改良

基因工程在果蔬产品风味改良上的应用研究较少，还处于起步阶段。在改善草莓风味的研究中，科学家们发现了至少与280种香味化合物有关的基因，其中一种基因可产生出一种酰基转移酶，当与醇酸类物质组合时便可以生成又甜又香的之类化合物；另一种甲基转移酶可有助于产生丁香子酚，其便是野生草莓所散发出的清香气味。应用基因工程改良果蔬类产品的风味，更多的是作用于一些酶类和微生物类，可以通过调控类萜合成酶基因的表达特性以及操纵类萜生物合成途径提高产量，利用代谢调控的方法改良果蔬的风味。在番茄中转入异源仙女扇芳樟醇合成酶(LIS)基因，在果实成熟后期启动子(E8启动子)的调控下引起成熟期s一芳樟醇和8．羟基．芳樟醇的累积。在果蔬的发酵产品中，可以通过乳酸菌风味代谢物质的基因调控来改良产品的风味。美国ESCA Agenetics公司的专利技术Phyto Process，是用离体培养香草植物细胞的方法制备出了含85％香草醛的香料，该产品具有天然香草的香味。

3  基因工程在果蔬加工工艺改进中的应用

采用转基因方法可以控制果实软化、延缓蔬果成熟，从而影响后续的加工工艺。1988年，美国Calgene公司Sheey等将构建了含35SCaMV和反义PGDNA基因，先导入农杆菌中，再以这种菌感染子叶，基因转至番茄染色体中，转基因后的再生植株能产生反义PGRNA，其纤维素酶的活性降低70％～90％，而且易于保存，无需冷藏，货架期延长，风味增加，并有抗虫害能力。在果蔬加工工艺的改进中，可以通过基因工程技术改变加工中所使用的微生物和酶的性质来实现。在果蔬中用量较大的复合酶制剂是软化酶，又名粥化酶，其包含了果胶酶、纤维素酶、木聚糖酶、蛋白酶、淀粉酶等，为提高该酶生产得率，通常采用的方法是对产生该酶的黑曲霉进行常规诱变，其随机性和不稳定性给研究带来了很多不确定性。针对该种情况，基因工程技术便显现出其专一、高效的特点。通过对特定基因功能的鉴别，使用基因工程来诱变育种或导入相关的基因，以靶向改良酶的活力。在葡萄酒的生产中，研究者把乳酸菌的苹果酸一乳酸酶(MLE)基因通过遗传转化导入酿酒酵母中，使酿酒酵母同时具有了酒精发酵和苹果酸．乳酸发酵的能力。

4  基因工程在果蔬加工产品检测中的应用

基因工程在果蔬加工品的监测中应用广泛，目前应用最多的是PCR技术和基因芯片技术。PCR技术主要通过PCR扩增相应的DNA片段，可以快速、灵敏地检测果蔬产品中的有害微生物和植物源性成分。朱海等采用荧光定量PCR检测与传统分离培养法检测果蔬中的O a57：H7，结果表明PCR更加灵敏，检出率比传统方法更高。陈文炳等应用PCR技术鉴定果蔬和果汁饮料中成分，研究结果表明单PCR技术和二重PCR技术具有快速、简便、灵敏度高、特异性强等优点。基因芯片因其信息量大、操作简单、可靠性好，重复性强等优点，应用在果蔬产品的快速检测中，是鉴别有害微生物和转基因成分最有效的手段之一。Volokhov等通过单管复合体扩增和基因芯片技术检测和鉴别6种李斯特菌。徐晓静等应用基因芯片对涉及4个菌属的23株肠道菌在相同的条件下进行了杂交检测，得到菌属特异性的杂交图谱，从而达到对细菌进行检测鉴定的。

转基因食品的安全性一直以来都是人们争论的焦点，其安全性备受关注。要测试果蔬中是否含有基因改造成分或是否经基因改造，主要有两个方法：(1)找出是否具有外来的基因或DNA；(2)找出是否具有外来的蛋白质。目前使用最多的是第一种方法。具体的检测方法主要有：PCR技术、斑点印迹法、Southern印迹法、基因芯片法以及从蛋白质水平出发的ELISA方法。

5  基因工程在果蔬资源综合利用的应用

果蔬综合利用是根据各种果蔬不同部份所含成分及特点，对其进行全植株的高效利用。使原料各部分所含有的有用成分，都能被充分合理地利用。利用果蔬加工业的下脚料果渣果皮，可以制备有机酸如柠檬酸等，制备果醋，生产乙醇、甲烷等燃料。在综合利用体系中，其主要作用的微生物、酶制剂的品质决定了果蔬下脚料的利用效率，基因工程技术通过构建基因工程菌，可以提高发酵工艺的底物利用率，得到更多的高质量产品。

6  展  望

基因工程在果蔬加工中的广泛应用为果蔬加工业带来新的变化，由此而引发的技术变革正在各个领域进行着新旧更替。基因工程在果蔬原料的改良上开辟了新的途径，一批导入了功能基因的植物品种在果蔬加工业中显示了更多的优势。

基因工程在果蔬加工业中的应用主要应向以下方面发展：(1)提高植物基因转化率，建立一套高效的基因转化技术体系，以更加有效地将植物基因工程技术应用到植物品种遗传改良中。(2)根据果蔬加工业中的需求，利用基因工程构建活性基因工程菌并应用于果蔬加工中。(3)大力拓宽PCR技术、基因芯片技术在果蔬原料、半成品以及成品检测中的应用，实现果蔬类产品的快速检测。(4)建立完善的植物源性转基因食品的安全评价体系。

唐劲松，刘靖，张璟晶，殷尔康

(食品科学2008年第12期第29卷)