大麦、啤酒与转基因生物技术

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1、大麦、啤酒与转基因生物技术大麦、啤酒与转基因生物技术大麦、啤酒与转基因生物技术　　一直以来，大麦作为粮食和酿酒原料，在全世界都普遍种植。通过传统的育种方法对大麦进行品种改良所取得的成果并不理想，因此，大麦品种改良研究的重点转向了转基因技术。过去几年里，对转基因大麦的研究主要是提高其抗病毒和抗真菌根腐病的能力及改良其酿造品质方面。德国吉森大学和埃朗根—纽伦堡大学正在合作开展转基因大麦的野外生物安全试验研究，深入研究两种转基因大麦对其寄生及共生有益菌群的效应。其中一种大麦转入来自土壤哈茨木霉菌的壳多糖酶基因，能够表达出可以降解病原菌细胞壁壳多糖的蛋白酶；另一种

2、大麦转入了土壤细菌芽孢杆菌的葡聚糖酶基因，表达出的葡聚糖酶能够提高酿造啤酒的麦芽品质，同时也能降解真菌细胞壁中的葡聚糖。　　此项研究由德国联邦教育与研究部资助，作为生物安全研究项目的一部分。计划将于2008年结束，预计今年将会得出初步的结果。要着手解决以下问题：　　转基因作物是怎样受有害病菌侵染？受侵染程度如何？在野外作物与有益菌群的相互作用是否会受到影响？　　转基因作物中的融合蛋白如何影响作物其他正常基因的表达？是否会影响到大麦谷物的品质及其内含物成分？　　长期不停地耕种对农业耕地脆弱的土壤系统造成了严重地破坏，包括改变碎屑结构，干扰有益菌群，降低土壤有

3、机质含量，导致深层土壤结构紧实，易引起侵蚀等。但是，非农业耕种地也有其缺点，在不破坏土壤有益菌群的同时也为有害根腐菌群提供了良好的生境，如病原菌立枯丝核菌和赤色菌核病菌在这种非农业耕种地区，特别是美国北部和澳洲南部，分布也越来越广泛。从表面上看，由真菌引起的根腐病对作物生长并没有损害，但实质上已明显导致减产。　　为有效的防治丝核菌，农民们采取了多种方法。其中一种是使用杀菌剂，但是与简单的向叶片喷洒农药的操作相比，向土壤中喷洒杀菌剂的操作很复杂，此外，残留在土壤中的杀菌剂还会危害环境。另外，从费用上来说，用杀菌剂来防治丝核菌成本过高。　　有时，作物轮作的方法

4、可以使病原菌因暂时失去寄主而得到防治，但是这种方法会导致丝核菌侵染更多的作物。大多轮作只是简单地修剪掉腐烂的根部，用一种适宜的非作物植物与大麦轮作可能会有一定的作用，但是若是采用这种方法的话，意味着农民这一年都没有收入。　　一直以来，植物育种工作者都企图通过传统的育种方法提高大麦的抗病能力。但是到现在为止，还没有寻找到适宜的可用于育种培养的基因材料。适用于大麦育种杂交的亲本材料较少且其中几乎没有对丝核菌具有较强抗性。　　还有一种生物手段可以用于防治丝核菌，从本质上来说，就是以菌制菌。哈茨木霉菌对其他真菌包括丝核菌，都有较强的拮抗作用。木霉菌含有许多可消化其

5、寄主的物质，包括壳多糖酶，其作用是降解壳多糖，而壳多糖是真菌菌丝细胞壁的主要成分，有多种不同的形式。大麦自身也含有几种壳多糖酶，但是对于丝核菌都不起作用。2003年，美国华盛顿大学科学家报道，已经将来自木霉菌的一个编码壳多糖的基因片断成功的导入到大麦基因中，使大麦获得了对丝核菌的高水平抗性。　　提高啤酒品质的转基因大麦　　今天，德国的酿酒业仍然遵守1516年在Bavaria颁布的啤酒纯度法案，限制酿酒商只能使用三种传统的啤酒酿造原料：水、大麦麦芽和啤酒花。虽然玉米和小麦都可作为酿造啤酒的原料，但是传统的啤酒酿造原料是大麦。使用大麦作为酿酒原料的一个最初解释

6、是为了保留其他更有价值的谷物，如小麦和黑麦作为粮食。此外，大麦含有更多将淀粉水解释放出糖的酶，更适于酿造啤酒。　　麦芽：是啤酒酿造的碳源，由谷物在温水中浸泡发芽干燥后形成。当谷物开始发芽时，会产生将其以难溶性淀粉形式所贮存的能量分解为可利用的简单糖分子的酶。此时，通过加热烘干处理，使萌发的谷物不再发芽但仍能代谢出此种用于后续发酵的可溶性糖类。这些干燥的谷物幼芽即是麦芽。　　啤酒花：主要成分有a-酸和B-酸及未定性的B-组分，以及酒花油和多酚物质，在酿造中利用的是其苦味、香味、防腐力和澄清麦汁的能力。　　酿造水：啤酒的主要成分就是水，水质需洁净且必须去除水中

7、所含的矿物盐成为软水。　　酿造啤酒的另外一种重要物质是酵母，其作用是将糖转化为酒精，虽然传统的酿酒工艺不包括额外添加酵母。但是，酿酒商开始添加不同的酵母菌种以酿造出不同风味的啤酒。　　制造麦芽的时间越长，酶作用产生糖的时间也越长。但是糖化过度的话，幼苗就会生长而消耗掉糖分，所以必须在合适的时间烘干发芽的谷物，终止糖化。但是烘干处理在杀死幼苗的同时，也使酶失活。因此，在加热干燥时，无论剩余多少淀粉和细胞原料，都不能再回收使用。未被分解的胚乳细胞在后续酿造过程中会引起一些问题，包括粘性过大，堵塞过滤器。　　应用现代生物技术可以解决这些问题。分解淀粉和葡聚糖的淀

8、粉酶，其降解胚乳细胞细胞壁的基因，已经成功导入到微生物体中，实现了