生菜特殊營養(yǎng)品質(zhì)評價與代謝工程強化研究.pdf

1、植物特殊營養(yǎng)品質(zhì)與人類健康關(guān)系密切。蔬菜中富含維生素類和多種植物化學(xué)物等特殊營養(yǎng)成分。流行病學(xué)研究表明，膳食中攝入適量蔬菜，能夠有效清除體內(nèi)代謝過程產(chǎn)生的自由基，預(yù)防和修復(fù)自由基造成的氧化損傷，延緩細(xì)胞衰老和癌化，降低心血管疾病、癌癥、肥胖癥和衰老相關(guān)疾病等慢性疾病的發(fā)生率。研究和開發(fā)具有特殊營養(yǎng)品質(zhì)和保健價值的“功能性食品”成為目前食品營養(yǎng)學(xué)和遺傳學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的熱點。
　　本研究以豆類芽苗菜和生菜為對象，建立蔬菜特殊營養(yǎng)品質(zhì)評價體

2、系。通過萌芽動力方法對豆類芽苗菜進行發(fā)芽，研究種子萌發(fā)動力對芽苗菜營養(yǎng)品質(zhì)的影響;結(jié)合化學(xué)分析和細(xì)胞模型，建立蔬菜特殊營養(yǎng)品質(zhì)評價體系，研究特殊營養(yǎng)成分與人體健康的關(guān)系;然后以綠葉類蔬菜——生菜為代表，分析蔬菜營養(yǎng)品質(zhì)與植物生長發(fā)育的關(guān)系;對比市場上常見的六種生菜品種，利用已經(jīng)建立好的蔬菜特殊營養(yǎng)品質(zhì)評價體系，對其營養(yǎng)成分和保健價值進行評價;在生菜營養(yǎng)評價的基礎(chǔ)上，選擇遺傳改良的最適品種——羅曼生菜作為改造的對象，采用單基因轉(zhuǎn)化和組合搭

3、配共轉(zhuǎn)化的方式，利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的雙邊界植物表達(dá)載體系統(tǒng)對生菜進行遺傳轉(zhuǎn)化操作，評價維生素C代謝途徑的三個關(guān)鍵酶基因?qū)χ参锶~片維生素C積累的貢獻率，同時對目的產(chǎn)物——維生素C含量高的轉(zhuǎn)基因植株進行營養(yǎng)品質(zhì)評價，研究代謝工程操作對植物代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的影響;針對羅曼生菜的特殊營養(yǎng)成分比例，優(yōu)化設(shè)計植物次生代謝路線，強化生菜的維生素C、葉酸、類胡蘿卜素和乳鐵蛋白等特殊營養(yǎng)品質(zhì)，獲得無選擇標(biāo)記的強化多種營養(yǎng)成分的生菜。研究結(jié)果如下:
　　1)

4、綠豆在萌芽處理的前6天，其營養(yǎng)成分的含量隨萌動時間延長而明顯提高，生物學(xué)活性也明顯增強，隨后綠豆芽出現(xiàn)莖的延長和真葉伸展，朝著幼苗方向發(fā)展，雖然其營養(yǎng)成分含量仍有所提高，但是食用價值逐漸下降，綠豆萌芽處理的最佳時長為6天;
　　2)在綠豆萌芽時間動力學(xué)評價基礎(chǔ)上，運用“特殊營養(yǎng)成分分析→總抗氧化活性→細(xì)胞抗氧化活性→生物學(xué)效價→抗腫瘤細(xì)胞增殖→細(xì)胞毒理學(xué)”的評價體系，對綠豆、大豆、墨西哥黑豆、蠶豆、豌豆、鷹嘴豆六種不同豆類發(fā)芽前后

5、的特殊營養(yǎng)品質(zhì)進行綜合評價，經(jīng)過萌芽處理，綠豆的抗氧化活性和抗增殖效果隨特殊營養(yǎng)成分變化最明顯，依次為黑豆和大豆，而蠶豆在發(fā)芽前后其抗氧化活性和抗增殖活性沒有明顯改變;豌豆和鷹嘴豆雖然經(jīng)過發(fā)芽處理之后出現(xiàn)了較為明顯的抗氧化活性和抗增殖效果，但是其抗氧化活性與其他四種豆類相比依然很低;
　　3)評估羅曼生菜、波士頓生菜、紅葉生菜和綠葉生菜四個品種在三個不同生長時期的特殊營養(yǎng)品質(zhì)隨生長時間的變化規(guī)律，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，維生素C和多酚的含量

6、在羅曼生菜、紅葉生菜和綠葉生菜這三個生菜品種中均隨生長時間的延長而降低，黃酮含量的變化則恰好相反，波士頓生菜的特殊營養(yǎng)成分含量平緩增加，總抗氧化活性隨生長時間的變化受維生素C、多酚和黃酮類物質(zhì)的含量影響明顯;
　　4)對羅曼生菜、波士頓生菜、紅葉生菜、綠葉生菜、玻璃卷心生菜和紅葉卷心生菜六個品種生菜在新鮮貨架的特殊營養(yǎng)品質(zhì)進行比較，研究結(jié)果表明:各品種間的維生素C含量相對穩(wěn)定，而多酚和黃酮含量在不同品種間的變化較大，總抗氧化活性受

7、多酚和黃酮含量的影響明顯，細(xì)胞抗氧化活性受生物利用率的影響較大，抗腫瘤細(xì)胞增殖與抗氧化活性之間并非線性相關(guān);
　　5)以羅曼生菜為遺傳改造對象，選擇維生素C代謝途徑中的三個關(guān)鍵酶基因VTC2，GLDH和DHAR進行單基因過表達(dá)和共轉(zhuǎn)化過表達(dá)的方式評價不同基因在目標(biāo)產(chǎn)物——維生素C積累和非靶向代謝途徑中的貢獻，運用化學(xué)分析和細(xì)胞模型評價生菜特殊營養(yǎng)品質(zhì)的改良對其抗氧化活性、細(xì)胞毒性和細(xì)胞利用率方面的影響，研究結(jié)果表明，單轉(zhuǎn)VTC2對

8、生菜維生素C代謝的調(diào)控作用明顯，而對其他非目標(biāo)代謝途徑?jīng)]有顯著影響，基因工程技術(shù)提高生菜維生素C含量能夠明顯增強生菜的總抗氧化活性、細(xì)胞抗氧化活性和生物利用率;
　　6)培育出了強化維生素C、葉酸、類胡蘿卜素和人乳鐵蛋白四種營養(yǎng)成分的蔬菜材料，無選擇標(biāo)記的生菜植株LsPVFH3株系的維生素C、葉酸和類胡蘿卜素分別為:32.6mg/100g FW，207.3μg/100g FW和13.3 mg/100g FW，相當(dāng)于野生型的3，1.

9、9和2.4倍，乳鐵蛋白的表達(dá)量也高達(dá)396.5μg/100 g FW，占總蛋白含量的3.3％，為人類膳食提供營養(yǎng)均衡的“健康蔬菜”，滿足不同層次消費者的需求。
　　本研究首次將食品營養(yǎng)學(xué)與植物遺傳學(xué)結(jié)合，利用食品學(xué)的分析方法，對蔬菜的特殊營養(yǎng)品質(zhì)進行了評價，建立了作物特殊營養(yǎng)品質(zhì)的評價體系:特殊營養(yǎng)成分分析→總抗氧化活性→細(xì)胞抗氧化活性→生物學(xué)效價→抗腫瘤細(xì)胞增殖→細(xì)胞毒理學(xué)，為作物營養(yǎng)品質(zhì)改良提供方向;運用植物雙邊界表達(dá)載體進行