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1、-应用现代生物技术开展辣椒新品种技术研究与示范可行性研究报告-前言我国是农业大国，调整农业产业结构，增加农民收入，是国家切实关心农民利益的行动之一。我国农业比较落后，其主要原因是优良品种少，作为提高农业效益的品种改良措施不足。利用传统的杂交育种进行品种改良周期长，见效慢，解决这一问题最有效的方法是利用现代生物工程技术，加快品种改良速度，随着基因工程、细胞工程、酶工程在农业生产上应用不断扩展，基因技术已得到广泛应用，成效显著。生物技术在农业生产上的推广和应用，对人类的生产和生活产生了极大的影响。农业生物技术作为生物技术的重要应用领域之一，已经成为农业科技革命的强大推动力。农业生物技术不仅加快了传
2、统农业向现代农业的转变进程，在保障食物安全、保护环境、寻求替代能源等方面更是发挥着越来越大的作用。加速生物产业发展已经成为世界许多国家经济社会发展的战略重点。目前，农业生物技术领域是我国高新技术领域与国外差距最小的领域。我国转基因稻和转基因棉花的研究和开发已达到世界前沿水平，在农业生物技术研究的整体实力上处于发展中国家领先地位。来自自然界中动植物的基因是现代生物技术产业的基础，丰富的生物资源优势带动生物技术的快速发展。我国农业生物技术企业约有200家，正在研究的转基因植物种类达到47种，涉及各类基因103个。我国的杂交水稻技术现已推广到20多个国家，转基因抗虫棉花面积已占棉花总面积的40%，转
3、基因水稻、玉米、大豆、蔬菜等400多个品种进入安全性评价阶段，并有许多品种具备了产业化条件。经过近年来的快速发展，我国在农业生物技术领域已经取得了一系列成就。在应用基因工程技术方面，开展了大豆、水稻、小麦、马铃薯和甜菜等作物转基因技术研究，获得了一批转基因植株。专家分析认为，生物技术是未来农业经济和农产品竞争的重要领域，加快自主创新推动农业生物技术产业化进程，对于促进我国传统农业向现代农业转变、加快建设社会主义新农村具有重大意义。一、项目的目的、意义和必要性辣椒原产于南美和墨西哥等中美洲热带地区及西印度群岛，在明朝末年传入我国，现成为人们喜爱的重要的辛香食料。在甘肃、陕西、湖南、四川、贵州、*
4、等省区栽培甚广，资源丰富。辣椒是*乃至*州、*省的一大特色产业。2007年*州内*、*、*、*四县种植面积超过60万亩，其中*县种植面积达到20.2万亩，总产量2315万公斤，覆盖农户5.3万户、20多万人，种植*辣椒已经成为广大农民增收的主要经济来源。辣椒由规模种植到实现产业化还有较大差距。主要障碍有两个方面：一是辣椒种性退化，严重影响规模效益。由于长期种植种性逐渐退化，加之品种混杂更加剧退化，抗疫病和病毒病的能力较差，亩产仅100公斤左右。辣椒个体大小、色泽差异明显，严重影响了外观质量，出口容易受阻，加之没有在食品生产上形成知名品牌，体现不出规模效益。二是缺乏高辣椒素和辣椒红色素含量的加工
5、专用型品种，是辣椒产业效益最终不高的关键。辣椒中所含有的辣椒红色素是一种优良的天然食用色素，已被FAO、美、英、日、中等国际组织和国家定为无限制性使用的天然食品添加剂，其国际市场非常紧俏，市场前景广阔；而辣椒素则在食品工业、医学和军事上都具有广泛的用途，市场前景广阔。但由于*辣椒其辣椒素含量平均仅为0.24%，约相当于4万“史高维尔”辣度国际单位，色素仅有10个色价左右，致使企业加工微利，严重影响了辣椒产业的发展和效益提升。辣椒种植业规模发展的同时，加工流通企业已得到不断发展，以*天然辣素有限公司为代表的深加工企业，在省科技厅的支持下通过省院省校合作引进辣椒红色素和辣椒素提取技术，形成规模生产
6、，年生产能力达到240吨，由于采取三种溶剂同时萃取，一次投料可以同时获得辣椒素和辣椒红色素两个产品，其辣椒素和辣椒红色素的提取工艺技术先进，该公司是*省首家获得国家颁发的食品添加剂工业品生产许可证的企业，并通过了ISO9001：2000质量管理体系认证、食品安全体系HACCP的认证，也是国内食品添加剂行业第二家通过以上认证的企业，现已成为国内食品添加剂行业的知名企业，所生产产品辣椒素和辣椒红色素品质优良，一直处于供不应求状态。辣椒中的辣味成分为辣椒素类物质，是具有辛辣剌激性的活血管香草胺合成的衍生物, 主要成分之一为辣椒素。辣椒中的主要辣味成分辣椒素(Capsaicin)，又名辣椒碱、辣椒辣素
7、，最早由Thres(1876)从辣椒果实中分离出来，并为它命名。其化学名称为8-甲基-6-癸烯香草基胺，分子式为C18H27NO3, 是香草基胺的酰胺衍生物，其化学结构式为：H3CO(HO)-C6H3-CH2-NH-CO-(CH2)4CH=CHCH(CH3)2。此后又有一些辣椒素的同系物从辣椒果实中被发现，它们统称为辣椒素类物质。迄今为止，已发现辣椒素同系物约十四种以上，其同系物结构类似辣椒素，为：H3CO(HO)-C6H3-CH2-NH-CO-R，相互之间只是R基团有所不同。其中辣椒素(75%)辣味最强(郭建明等，1998)，与二氢辣椒素(Dihydrocapsaicin)共占辣椒所含辣味物
8、质的90%以上，其余同系物仅占少量(Constant et al,1996)。最近在甜椒果实中发现两种无辣味的类辣椒素物质辣椒素酯(Capsiate) 和二氢辣椒素(Dihydrocapsiate)，研究者推测是辣椒素类物质合成的前体物，但还需要进一步研究证实（Kenji Kobata,et al,1998）。辣椒素纯品呈单斜长方形片状无色结晶，熔点65，沸点65220，易溶于乙醇、乙醚、苯以及氯仿，微溶于二硫化碳。辣椒素可被水解为香草基胺和癸烯酸，因其具有酚羟基而呈弱酸性，并可以与斐林试剂(Folin)发生呈色反应。八十年代初，Iwai(1979)等人利用同位素示踪技术、电子密度扫描显微镜等
9、先进技术对辣椒素的形成做了详细研究，认为辣椒素主要在果实胎座表皮细胞的液泡中形成积累，并通过子房隔膜运输到果肉表皮细胞的液泡中积累。同时Jinap(1992)研究认为，辣椒素在果实中的含量极不均匀，胎座中含量最高，果肉次之，种子中含量最低。而且不同辣椒品种的总辣椒素含量变化非常大，大多数品种辣椒鲜果中的辣椒素含量在0.21.0%之间。辣椒素是由香草基胺和C9支链脂肪酸两部分组成。香草基胺部分是由芳香族氨基酸苯丙氨酸衍生而来，支链脂肪酸部分则是由缬氨酸衍生而来。由于辣椒素合成的酚类前体物：对香豆酸(Coumaricacid)、苯丙氨酸、咖啡酸(Caffic acid)、3-甲氧基-4-羟基肉桂酸
10、(Ferulic)、香草醛(Vanillin)等同时是蛋白质、生物碱、类黄酮以及木质素的合成前体物(Hall and Yeoman,1991)，因此辣椒素的生物合成与其它生物合成途径存在着竞争共同前体的问题，所以如能通过代谢调节或基因调控最大限度地促进辣椒素的生物合成，则对辣椒素的生产具有重大意义。Fujiwake(1980)研究认为，辣椒素合成酶是辣椒素合成中的关键酶主要定位于果实胎座表皮细胞的液泡膜上，同时是辣椒素合成过程中最后一个酶，也是关键性的限速酶，因此如能对辣椒素合成酶进行基因克隆，促使其在果实和细胞中充分表达，然后筛选出高辣椒素的突变体，培育出转基因高辣椒素的辣椒品种等将成为可能
11、，这也会大大促进辣椒素的生产，满足社会需求。辣椒素的降解主要是通过辣椒果实中过氧化酶(Peroxidase)氧化而完成的。Bernal等(1993)研究发现，辣椒素在过氧化物酶(POD)的作用下，转化为其它次生物质，降低辣椒果实中辣椒素的含量。他进一步研究发现过氧化物酶，特别是碱性过氧化酶同工酶B6与辣椒素共同定位于胎座表皮细胞的液泡中，它能强烈氧化辣椒素及其酚类前体物。Bernal等(1995)用凝胶渗透层析柱分析了过氧化物酶氧化辣椒素的产物特性。结果表明：辣椒素的氧化产物主要有5，5-二辣椒素聚合体(5，5-dicapsaicin)、4-0-5二辣椒素酯(4-0-5 dicapsineth
12、er)以及一些高度聚合的脱氢产物(Bernal and Ros Barcelo,1996)。这些氧化产物都具有类木质素(Lignin-like)特性，说明在辣椒素的降解代谢中存在着氧化竞争库，辣椒素合成的酚类前体物于辣椒素竞争氧化产生了类木质素物质，用于细胞壁的构成。辣椒素可以促进肾上腺分泌儿茶酚胺并显著抑制蜡性芽孢杆菌及枯草杆菌，具有抗病菌、抗肿瘤和镇痛消炎作用，还可作为健胃剂，促进食欲、改善消化等生物学功能（狄云等，2000）。动物采食后，能促进胃液分泌、增强食欲，促进血液循环，提高机体的抗病能力，还有驱虫、发汗等功效，可用于动物的腹泻、炎症等疾病防治(郭建明等，1998)。郑春泉等(20
13、00) 还研究发现，应用辣椒素局部治疗有抑制或延缓鼻息肉术后复发的作用。因此，辣椒素在食品餐饮、畜禽饲料与医疗药品等方面具有较高的应用价值。辣椒素广泛应用于食品、医学、军事和环保等领域，保守估计，目前世界上对辣椒素的市场需求量已超过4000吨/年，而世界总生产能力不足2000吨，需求缺口高达50；而辣椒红色素作为一种优良的天然食用色素广泛运用于人们生活的各个领域，目前在发达国家已限制使用甚至明令不得使用，其国际市场非常紧俏，市场前景广阔，预计全世界对辣椒红色素的需求已达3000吨/年。色素分为天然色素和合成色素两类。合成色素长期食用将影响人体健康甚至致癌，而天然色素是以自然界的各种无毒植物为原
14、料，用提取、分离、精制的方法获得，它无毒、无害，含有各种维生素和氨基酸，是我国色素工业发展的必然趋势。而辣椒红色素则是国际上公认的最安全、用途最广的天然食用色素。辣椒素和辣椒红色素是以辣椒为原料,运用溶剂萃取法提取纯化而得的产品，是具有广阔市场前景的绿色产品。根据农业生物技术应用国际服务组织（ISAAA）在北京发布的全球转基因作物概况报告，转基因生物育种已成为最具活力的一项现代农业技术，其发展势头已不可逆转。基因是一切生物细胞内决定遗传特性的最小单位。在原有品种基础上对遗传基因进行改造和转移，基因工程能使育种过程更为精确、更有预见性、效率更高，因而更具发展潜力，现已成为新品种培育的重要途径。目
15、前国内外均缺乏辣椒红色素和辣椒素含量高的专用型辣椒加工品种，尤其是缺乏两素含量都高的品种，其选育种工作也一直是国内外该领域中一项十分薄弱的环节，因而难以通过一般育种方法解决解决这个问题。拟应用现代生物技术定向培育辣椒加工专用新品种，解决好辣椒原料种植问题，满足企业加工需求，做大做强辣椒产业。为适应市场要求，提高辣椒产业效益，充分利用*丰富的辣椒资源，*天然辣素有限公司和项目合作单位、项目参与单位提出应用现代生物技术加快辣椒产业化进程技术研究与示范项目。项目的实施可以促进辣椒种植业高效发展，辣椒初加工向深加工发展，延长辣椒产业链，加快产业化进程。项目建设紧紧依托当地资源，发展特色经济、开发特色农
16、业，符合*省委、省政府提出的“绿色经济强省”思路和国家加快现代农业产业化建设要求，其项目建设具有区域性经济和社会发展的必要性。二、项目主要申请单位概况（一）*天然辣素有限*天然辣素有限公司成立于2003年，公司位于*县*镇，占地面积45亩，注册资金500万元，总资产3700万元。拥有职工队伍95人，其中：高级职称4人，中级职称9人。公司拥有自主知识产权的提取工艺及配方。主要产品有：辣椒碱、辣椒精、红辣素、辣椒红色素等。是国内第一家以生产辣素为主的高科技企业，是*省首家、国内第二家食品添加剂行业获得国家颁发的食品添加剂工业品生产许可证的企业，已通过ISO9001：2000质量管理体系认证、食品安全体系HACCPEC01的认证。目前已形成辣椒素300吨，辣椒红色素450吨生产能力。截止2007年11月底，公司已生产销售辣椒辣素和红色素148吨,产品符合GB10783-1996标准、实现产值
