苜蓿中酶制剂的开发

一、现状

传统上，绝大多数工业酶制剂的生产是通过特殊微生物的大规模发酵培养，经收集、提取、加工和纯化而成的。这需要复杂昂贵的设备投资及工艺操作，因而生产成本较高。近十年来，随着以基因工程为核心的生物技术的迅猛发展，科学家们通过应用转基因技术，将转基因苜蓿作为一种生物反应器，用来生产特殊的工业酶制剂，开辟了苜蓿开发利用的一个新领域，展示出其潜在的商业价值。

苜蓿作为生物反应器作物，具有其一定的优势。主要表现在：种植面积大（曾是种植面积排列第四位的作物，其种植面积约1.6亿亩。现在我国的种植面积也已达2000多万亩）、多年生的习性可使其一次播种连续多年利用、再生性好、产量高、每年收割三茬以上、耕种管理条件要求较低、使用肥料和农药较少、生产成本低、固氮特性利于培肥封、保护环境等；同时作为转基因的受体植物，在其基因的转化和组织培养再生植株等技术方面均已建立了较好的研究基础。

由于工业、环保等领域快速发展，工业酶制剂的需求量正在剧增。如应用于生物制浆、食品加工、碳水化合物及化学品的合成转化、人和动物的食品添加剂、环境中有毒或污染物的降解去毒等。当前在工业上常用的酶类中，约有20种可以做到比较便宜地大规模生产。但有些酶的生产成本是非常高昂的。美国Wisconsin大学的研究人员正在研究使用从微生物中克隆目的基因转化苜蓿，然后从转基因苜蓿中提取纯化目标酶，从而大大地降低了一些特殊酶的生产成本。

二、木质素过氧化物酶和α-淀粉酶

目前研究较为成功的例子有如下两种酶：第一是Mn依赖型的木质素过氧化物酶（Mn-P）。其编码基因是从一种叫PhanerochaeteChrysosporium的微生物基因组中克隆的。它实际上是一种真菌木质素降解酶。在工业上可用于生物制浆和生物漂白。它的表达还可对苜蓿中木质素含量产生影响，因而对提高反刍动物的消化率具有意义。同时该基因的表达对苜蓿的生长发育有不利影响。主要是引起叶片发黄、植株变矮和产量下降。可能是由于Mn-P酶活性，需要将Mn2+转化成Mn3+，使叶片中缺乏Mn2+或是Mn3+的积累效应危害所致。将所构建的外源基因载体上的组成型启动子替换成诱导型的启动子，解决了这一矛盾。利用诱导型启动子，平时关闭该基因，在苜蓿收获前数天喷施特殊的化学药品，诱导该基因的高效表达，就避免了其对苜蓿生长发育的不利影响。又可高效提取该基因表达的特异蛋白质。