食品生物技术导论 蛋白质工程与食品产业_图文.ppt
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食品生物技术导论ppt
食品生物技术导论
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REPORTING
• 食品生物技术概述 • 食品生物技术的主要技术 • 食品生物技术在食品工业中的应用 • 食品生物技术的安全性 • 未来食品生物技术的发展前景
目录
PART 01
食品生物技术概述
REPORTING
WENKU DESIGN
转基因食品的安全性评估
转基因食品的安全性评估是食品生物技术 安全性评估的重要组成部分，主要评估转 基因食品对人类健康和环境的影响。
经过严格的安全性评估，转基因食品 已被证明是安全的，但仍需继续监测 和评估以确保其安全性和可持续性。
安全性评估的内容包括对转基因食品的成 分、营养价值、毒理学和过敏反应等方面 的评估，以及对环境影响的监测和评估。
纳米技术
03
将纳米材料和纳米技术应用于食品加工和包装，提高食品的保
鲜度和安全性。
食品工业的可持续发展
环保生产
利用生物技术实现食品生产的低能耗、低排放，减少对环境的污 染。
资源循环利用
通过生物技术手段，实现食品生产过程中的废弃物资源化利用， 降低生产成本。
绿色包装
利用可降解、环保的包装材料，减少食品包装对环境的负担。
PART 05
未来食品生物技术的发展 前景
REPORTING
WENKU DESIGN
新技术的研发与应用
基因编辑技术
01
利用CRISPR-Cas9等基因编辑工具，对食品原材料进行精确的
基因改造，提高食品的品质和抗性。
合成生物学
02
通过设计和构建人工生物系统，实现食品原料的高效生产，降
低生产成本，提高产量。
如发酵食品、酶催化等。
食品检测
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REPORTING
• 食品生物技术概述 • 食品生物技术的主要技术 • 食品生物技术在食品工业中的应用 • 食品生物技术的安全性 • 未来食品生物技术的发展前景
目录
PART 01
食品生物技术概述
REPORTING
WENKU DESIGN
转基因食品的安全性评估
转基因食品的安全性评估是食品生物技术 安全性评估的重要组成部分，主要评估转 基因食品对人类健康和环境的影响。
经过严格的安全性评估，转基因食品 已被证明是安全的，但仍需继续监测 和评估以确保其安全性和可持续性。
安全性评估的内容包括对转基因食品的成 分、营养价值、毒理学和过敏反应等方面 的评估，以及对环境影响的监测和评估。
纳米技术
03
将纳米材料和纳米技术应用于食品加工和包装，提高食品的保
鲜度和安全性。
食品工业的可持续发展
环保生产
利用生物技术实现食品生产的低能耗、低排放，减少对环境的污 染。
资源循环利用
通过生物技术手段，实现食品生产过程中的废弃物资源化利用， 降低生产成本。
绿色包装
利用可降解、环保的包装材料，减少食品包装对环境的负担。
PART 05
未来食品生物技术的发展 前景
REPORTING
WENKU DESIGN
新技术的研发与应用
基因编辑技术
01
利用CRISPR-Cas9等基因编辑工具，对食品原材料进行精确的
基因改造，提高食品的品质和抗性。
合成生物学
02
通过设计和构建人工生物系统，实现食品原料的高效生产，降
低生产成本，提高产量。
如发酵食品、酶催化等。
食品检测
六蛋白质工程原理及其在食品工业中的应用PPT课件
高压处理
利用高压处理技术改变蛋白质的结构和性质，如高压凝固、高压变性和高压萃取等，为新型食品加工技术提供可 能。
酶法修饰在食品工业中的应用案例
酶解反应
利用酶催化水解蛋白质，生成氨基酸、肽等小分子物质，广泛应用于食品调味和营养强 化中。
酶转化
利用酶催化蛋白质的特定化学键转移，生成具有特殊性质的蛋白质衍生物，如谷氨酸钠 （味精）的生产。
蛋白质工程在食品工业中的优势与挑战
• 降低生产成本：通过蛋白质工程优化蛋白质的表 达和生产过程，有助于降低生产成本，提高经济 效益。
蛋白质工程在食品工业中的优势与挑战
安全性问题
蛋白质工程改造可能会引起食品安全性问题，如过敏反应、毒性 等，需要严格评估和监测。
法规和伦理问题
蛋白质工程涉及到基因改造和生物技术，相关的法规和伦理问题 需要得到关注和解决。
例如，通过蛋白质工程可以制备高活性的新型酶制剂，用于食品加工中的催化反 应，提高食品加工效率和产品质量。
提高食品加工效率
通过蛋白质工程可以设计和改造酶制 剂，提高其催化活性和稳定性，从而 降低食品加工成本和提高加工效率。
例如，通过蛋白质工程改造淀粉酶， 可以提高其催化活性和稳定性，使其 在淀粉加工中具有更好的应用效果， 降低生产成本和提高生产效率。
利用膜分离技术对溶液进行浓缩，提高产品 浓度和纯度，广泛应用于果汁、乳制品和调 味品的加工中。
05
结论与展望
蛋白质工程在食品工业中的优势与挑战
提高食品品质和营养价值
通过蛋白质工程改造蛋白质，可以优化食品 的营养成分和口感、质地等属性，提高食品 品质。
开发新型食品
蛋白质工程有助于开发新型食品，满足消费 者多样化的需求，如植物肉、昆虫蛋白等。
利用高压处理技术改变蛋白质的结构和性质，如高压凝固、高压变性和高压萃取等，为新型食品加工技术提供可 能。
酶法修饰在食品工业中的应用案例
酶解反应
利用酶催化水解蛋白质，生成氨基酸、肽等小分子物质，广泛应用于食品调味和营养强 化中。
酶转化
利用酶催化蛋白质的特定化学键转移，生成具有特殊性质的蛋白质衍生物，如谷氨酸钠 （味精）的生产。
蛋白质工程在食品工业中的优势与挑战
• 降低生产成本：通过蛋白质工程优化蛋白质的表 达和生产过程，有助于降低生产成本，提高经济 效益。
蛋白质工程在食品工业中的优势与挑战
安全性问题
蛋白质工程改造可能会引起食品安全性问题，如过敏反应、毒性 等，需要严格评估和监测。
法规和伦理问题
蛋白质工程涉及到基因改造和生物技术，相关的法规和伦理问题 需要得到关注和解决。
例如，通过蛋白质工程可以制备高活性的新型酶制剂，用于食品加工中的催化反 应，提高食品加工效率和产品质量。
提高食品加工效率
通过蛋白质工程可以设计和改造酶制 剂，提高其催化活性和稳定性，从而 降低食品加工成本和提高加工效率。
例如，通过蛋白质工程改造淀粉酶， 可以提高其催化活性和稳定性，使其 在淀粉加工中具有更好的应用效果， 降低生产成本和提高生产效率。
利用膜分离技术对溶液进行浓缩，提高产品 浓度和纯度，广泛应用于果汁、乳制品和调 味品的加工中。
05
结论与展望
蛋白质工程在食品工业中的优势与挑战
提高食品品质和营养价值
通过蛋白质工程改造蛋白质，可以优化食品 的营养成分和口感、质地等属性，提高食品 品质。
开发新型食品
蛋白质工程有助于开发新型食品，满足消费 者多样化的需求，如植物肉、昆虫蛋白等。
《蛋白质工程》PPT课件 (2)
蛋 在白第质97位晶和体5结4位构残研基究上表是明两，个T4未溶形菌成酶二分硫子键的的一半个胱重氨要酸特，性所是 以，设想通过在分子中增加一对或数对二硫键，来提高酶 热稳定性。
研究表明，采用定位突变技术使该菌肽链第9位和第164位氨 基酸残基转变为半胱氨酸，并形成一对二硫键，获得的突 变体的酶活性高于天然酶6%，熔点温度提高6.4度，显然， 新引入的“工程二硫键”能够稳定两个结构域之间的相对 位置，进而稳定了由两个结构域所形成的活性中心。
反应一段时间后终止反应，再用 Klenow片段补平
用修复后的质粒转化大肠杆菌
整理ppt
大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ 的Klenow片段是完整的 DNA聚合酶Ⅰ的一个片 段，只有在5’→3聚合 酶活性和3’→5’外切 酶活性，失去了5’→3
外切酶活性
22
（4）盒式突变技术
在目标基因中选择合适的限 制性内切酶位点
分离纯化目的蛋白，使之结晶并作X晶体衍射分析，结 合核磁共振等其他方法的分析结果，得到其空间结构 的尽可能多的信息。
对目的蛋白的功能作详尽的研究，确定它的功能域。 通过对蛋白质的一级结构、空间结构和功能之间的相
互关系的分析，找出关键的基团和结构。 在蛋白质结构与功能研究的基础上，借助于计算机图
10
内容
一、蛋白质的功能与结构 二、蛋白质工程的诞生 三、蛋白质工程的基本步骤和改造方法 四、蛋白质工程在食品产业中的应用
整理ppt
11
二、蛋白质工程的诞生
蛋白质工程是指基于蛋白质结构功能的 研究结果，通过基因工程技术，改造现 有蛋白质和设计制造新蛋白质，因而也 称为第二代基因工程。
整理ppt
整理ppt
26
金属硫蛋白是一类小分子量的球蛋白，哺乳动物中的金属 硫蛋白分子由61个氨基酸残基组成，分为两个结构域，分 别叫α结构域和β结构域。α结构域能结合4个金属离子，趋向 于与镉和汞结合；而β结构域能结合3个金属离子，趋向于 与锌和铜结合。实验表明，α结构域结合镉的能力比β结构 域高出1000倍以上。
研究表明，采用定位突变技术使该菌肽链第9位和第164位氨 基酸残基转变为半胱氨酸，并形成一对二硫键，获得的突 变体的酶活性高于天然酶6%，熔点温度提高6.4度，显然， 新引入的“工程二硫键”能够稳定两个结构域之间的相对 位置，进而稳定了由两个结构域所形成的活性中心。
反应一段时间后终止反应，再用 Klenow片段补平
用修复后的质粒转化大肠杆菌
整理ppt
大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ 的Klenow片段是完整的 DNA聚合酶Ⅰ的一个片 段，只有在5’→3聚合 酶活性和3’→5’外切 酶活性，失去了5’→3
外切酶活性
22
（4）盒式突变技术
在目标基因中选择合适的限 制性内切酶位点
分离纯化目的蛋白，使之结晶并作X晶体衍射分析，结 合核磁共振等其他方法的分析结果，得到其空间结构 的尽可能多的信息。
对目的蛋白的功能作详尽的研究，确定它的功能域。 通过对蛋白质的一级结构、空间结构和功能之间的相
互关系的分析，找出关键的基团和结构。 在蛋白质结构与功能研究的基础上，借助于计算机图
10
内容
一、蛋白质的功能与结构 二、蛋白质工程的诞生 三、蛋白质工程的基本步骤和改造方法 四、蛋白质工程在食品产业中的应用
整理ppt
11
二、蛋白质工程的诞生
蛋白质工程是指基于蛋白质结构功能的 研究结果，通过基因工程技术，改造现 有蛋白质和设计制造新蛋白质，因而也 称为第二代基因工程。
整理ppt
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26
金属硫蛋白是一类小分子量的球蛋白，哺乳动物中的金属 硫蛋白分子由61个氨基酸残基组成，分为两个结构域，分 别叫α结构域和β结构域。α结构域能结合4个金属离子，趋向 于与镉和汞结合；而β结构域能结合3个金属离子，趋向于 与锌和铜结合。实验表明，α结构域结合镉的能力比β结构 域高出1000倍以上。
《蛋白质工程》PPT课件
➢基因重组技术：如定位突变技术，盒式突变， PCR技术
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14
定向进化 Directed evolution
• 定向进化是一种用在蛋白质工程中的方法
• 利用定向进得到在自然界中未发现发现蛋 白质或RNA。
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15
定向进化实验步骤
• 多样化，Diversification: 在此步骤中常用的 技术是易错PCR和DNA改组。突变库
包括数据分析处理算法的研究，蛋白质设计
模拟模型的建立以及计算机程序编写和软件
可用性的研究
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12
Protein design
• Protein design is the design of new protein molecules from scratch, or the deliberate design of a new molecule by making calculated variations on a known structure.
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5
实际应用
• 提高蛋白质的稳定性 • 融合蛋白质 • 蛋白质活性的改变 • 治疗酶的改造 • 嵌合抗体和人缘化抗体
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6
蛋白质工程的研究策略
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7
蛋白质工程的基本途径
• 蛋白质结构分析 • • 结构、功能的设计和预测
• 创造和改造
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8
两个战略
➢合理设计 蛋白质计算机设计。使用计算机的方 法设计蛋白质是最具挑战性的工作。
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24
定向进化的历史
• 1981年，B.G.Hall等定向改变E.coliK12中 ebg酶的底物专一性，开发出对几种糖苷键有 水解能力的酶。
《食品生物技术导论》课件
生物改造、代谢工程等。
微生物改造则可以生产出新型 的食品添加剂、酶制剂等，改 善食品的口感、营养价值等。
通过基因编辑技术，可以精确 地改造食品原料的性状，提高
其品质和产量。
代谢工程则可以通过优化微生 物代谢途径，提高食品原料的 生产效率，降低生产成本。
人工智能在食品生物技术中的应用
01
人工智能在食品生物技术中的应用主要包括机器学习、深度学习、数 据挖掘等。
《食品生物技术导论 》ppt课件
目 录
• 食品生物技术概述 • 食品生物技术的基本原理 • 食品生物技术的应用实例 • 食品生物技术的安全性评估 • 食品生物技术的法规与伦理问题 • 未来食品生物技术的发展方向
01
食品生物技术概述
定义与特点
定义
食品生物技术是指利用生物学原 理和技术，通过生物或生物代谢 过程来生产食品和其他产品的技 术。
细胞培养
利用细胞培养技术，在体 外培养出具有特定功能的 细胞，用于生产食品添加 剂、药物等。
细胞融合
通过细胞融合技术，将不 同物种或同一物种不同品 系的细胞融合，以获得具 有新性状的细胞系。
胚胎工程
利用胚胎工程技术，对动 物胚胎进行操作，以实现 动物品种的改良和繁殖。
酶工程原理
酶的分离与纯化
01
利用酶的分离纯化技术，从生物材料中提取和纯化出具有催化
利用基因工程、细胞培 养等技术开发具有特定 功能和营养价值的食品
。
农业生物技术
利用基因工程、细胞培 养等技术改良农作物和 畜禽品种，提高产量和
抗性。
食品生物技术的发展趋势
基因组学和蛋白质组学在食品生物技术中的应用
随着基因组学和蛋白质组学的发展，将会有更多的基因和蛋白质被用于食品生物技术的开 发和应用。
微生物改造则可以生产出新型 的食品添加剂、酶制剂等，改 善食品的口感、营养价值等。
通过基因编辑技术，可以精确 地改造食品原料的性状，提高
其品质和产量。
代谢工程则可以通过优化微生 物代谢途径，提高食品原料的 生产效率，降低生产成本。
人工智能在食品生物技术中的应用
01
人工智能在食品生物技术中的应用主要包括机器学习、深度学习、数 据挖掘等。
《食品生物技术导论 》ppt课件
目 录
• 食品生物技术概述 • 食品生物技术的基本原理 • 食品生物技术的应用实例 • 食品生物技术的安全性评估 • 食品生物技术的法规与伦理问题 • 未来食品生物技术的发展方向
01
食品生物技术概述
定义与特点
定义
食品生物技术是指利用生物学原 理和技术，通过生物或生物代谢 过程来生产食品和其他产品的技 术。
细胞培养
利用细胞培养技术，在体 外培养出具有特定功能的 细胞，用于生产食品添加 剂、药物等。
细胞融合
通过细胞融合技术，将不 同物种或同一物种不同品 系的细胞融合，以获得具 有新性状的细胞系。
胚胎工程
利用胚胎工程技术，对动 物胚胎进行操作，以实现 动物品种的改良和繁殖。
酶工程原理
酶的分离与纯化
01
利用酶的分离纯化技术，从生物材料中提取和纯化出具有催化
利用基因工程、细胞培 养等技术开发具有特定 功能和营养价值的食品
。
农业生物技术
利用基因工程、细胞培 养等技术改良农作物和 畜禽品种，提高产量和
抗性。
食品生物技术的发展趋势
基因组学和蛋白质组学在食品生物技术中的应用
随着基因组学和蛋白质组学的发展，将会有更多的基因和蛋白质被用于食品生物技术的开 发和应用。
《蛋白质工程概述》PPT课件
采用基因重组技术获取该目的基因，表达新蛋白 产物 分离提纯新蛋白并对功能监测后投入应用
整理ppt
9
蛋白质改造常用方法
生物技术制药
理性方法
定位突变 区域性定向突变 从头设计
非理性方法 随机广泛突变 分子重排
整理ppt
10
生物技术制药
（一）定点突变改进蛋白质
基因人工定点突变是通过取代、插入或缺失 基因DNA序列中任一特定的核苷酸序列来 改造蛋白质的方法。
整理ppt
2
基因工程与蛋白质工程的区别：
基因工程通过分离目的基因重组DNA分子，使目的 基因更换宿主得以异体表达，从而创造新类型， 但这只能合成自然界固有的蛋白质。
蛋白质工程则是运用基因工程的DNA重组技术，将 克隆后的基因编码序列加以改造，或者人工合成 新的基因，再将上述基因通过载体引入适宜的宿 主系统内加以表达，从而产生数量几乎不受限制、 有特定性能的“突变型”蛋白质分子，甚至全新 的蛋白质分子。
蛋白基因
新突变质粒
核苷酸片段
整理ppt
14
PCR诱变
双链DNA变性
94 oC，1 min
退火，引物结合
54 oC，45 s
链延伸
72 oC，2 min
整理ppt
15
生物技术制药
依赖高保真 DNA高温聚 合酶的PCR 直接点突变
整理ppt
16
（二）采用融合蛋白技术改进蛋白 质
概念：是由一条短的原核多肽和真核蛋白 结合在一起所形成的蛋白质，其氨基端是 原核序列，羧基端是真核序列。
原则：将一个蛋白质基因序列的终止密码 子删除，在接上带有密码子的第二个蛋白 质基因，可实现2个基因的融合表达。
整理ppt
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9
蛋白质改造常用方法
生物技术制药
理性方法
定位突变 区域性定向突变 从头设计
非理性方法 随机广泛突变 分子重排
整理ppt
10
生物技术制药
（一）定点突变改进蛋白质
基因人工定点突变是通过取代、插入或缺失 基因DNA序列中任一特定的核苷酸序列来 改造蛋白质的方法。
整理ppt
2
基因工程与蛋白质工程的区别：
基因工程通过分离目的基因重组DNA分子，使目的 基因更换宿主得以异体表达，从而创造新类型， 但这只能合成自然界固有的蛋白质。
蛋白质工程则是运用基因工程的DNA重组技术，将 克隆后的基因编码序列加以改造，或者人工合成 新的基因，再将上述基因通过载体引入适宜的宿 主系统内加以表达，从而产生数量几乎不受限制、 有特定性能的“突变型”蛋白质分子，甚至全新 的蛋白质分子。
蛋白基因
新突变质粒
核苷酸片段
整理ppt
14
PCR诱变
双链DNA变性
94 oC，1 min
退火，引物结合
54 oC，45 s
链延伸
72 oC，2 min
整理ppt
15
生物技术制药
依赖高保真 DNA高温聚 合酶的PCR 直接点突变
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16
（二）采用融合蛋白技术改进蛋白 质
概念：是由一条短的原核多肽和真核蛋白 结合在一起所形成的蛋白质，其氨基端是 原核序列，羧基端是真核序列。
原则：将一个蛋白质基因序列的终止密码 子删除，在接上带有密码子的第二个蛋白 质基因，可实现2个基因的融合表达。
整理ppt
食品生物技术导论ppt
实用精品课件PPT
7
七、食品与食品安全
生物技术的发展为食品安全的检测提供高速高效的PCR系统检测技术。 为 加 强 食 品 安 全 在 食 品 加 工 过 程 除 必 须 严 格 执 行 CAC 、 HACCP 、 GMP和ACP安全体系外。还必须制订切实可行的食品安全监督管理 体系。
实用精品课件PPT
第四节 食品生物技术发展简史
一、史前时期
从出土文物发现，追溯至距今数千多年前的龙山文化时期。酿酒、制 醋和制酱等发酵技艺已经发展到世界一流水平。
实用精品课件PPT
11
二、近代时期
从19世纪50年代开始，伴随着欧洲的文艺复兴带来科学和工业的繁荣。 由于法国科学家巴斯德（Pasteur）对微生物学创立的贡献，德国科 学家柯赫（Koch）发明了微生物的分离和纯种培养技术和法国学者 布合乃尔（Buchner）兄弟俩通过实验揭示了发酵本质是细胞中酶的 作用。标志着传统食品生物技术向近代食品生物技术的发展。从传统 发酵食品的生产靠天然微生物作用 。
六、食品与后基因组学
2003 年 随 着 人 类 基 因 组 图 谱 草 图 绘 制 成 功 ， 为 后 基 因 组 学 （ postgenomics）的诞生拉开了序幕。而现代研究认为，一个基因可以编码数 个 蛋 白 质 ， 随 之 形 成 所 谓 基 因 组 学 （ genomics ） 和 蛋 白 质 组 学 （proteomics），近年来，在日本、美国和德国等国又启动了营养基因 组学（nutrigenomics）的研究。
二、生物进化论
奥地利学者格里哥尔.孟德尔（Gregor Mendel）研究认为，遗传性状 是由一对遗传因子决定的，
四、食品与细胞工程
应用细胞生物学方法，按照人们预定的设计，有计划地改造遗传物质 和细胞培养技术，包括细胞融合技术、细胞拆合技术以及动物、植物 大量控制性培养技术，还包括染色体工程和细胞质工程等内容。
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二、细胞培养一般步骤
1.首先，要取材和除菌。用一定的化学试剂对 材料进行严格的表面清洗、消毒。有时还要借助某 些特定的酶，对材料进行预处理，以期得到分散生 长的细胞。
常用的消毒灭菌剂:效果较好的有几种化学试剂， 如次氯酸钙、次氯酸钠和氯化汞等。
2.其次，根据各类细胞的特点，配制细胞培养 基，对培养基进行灭菌或除菌。采用无菌操作技术， 将生物材料接种于培养基中。
优点： 简便易行，效果好。 缺点： 不能在显微镜下追踪细胞分裂、生长过程。
平板培养
将悬浮单细胞与融化的琼脂培养基均匀混 合后平铺一薄层在培养皿底上的培养法。
平板培养
平板培养植板率
优点： 单细胞在培养基中分布均匀，便于在显
镜下对细胞进行定点观察。筛选效率高、筛 选量大、操作简便。 缺点：
通气状况不好，排泄物质易积累造成 毒 害或影响组织吸收。
2)固定化细胞生物反应器
固定化细胞：将一定生理功能的生物体用物理或 化学方法使其与适当载体相结合，作为固体催化 剂利用。
填充床反应器
优点：单位体积细胞多，受剪切力小。 缺点：由于其混合效果低，对必要的氧 传递，pH值、温度控制和气体产物(如 C02)的排除造成了困难。再者支持物颗 粒破碎易堵塞填充床。
氨基酸
虽然植物细胞在培养过程中一般都能合成所需 的氨基酸，但加入L-谷氨酰胺或其他氨基酸混合物 是很有好处的。此外，还使用蛋白酶解产物，如酪 蛋白或酪蛋白水解氨基酸。其它有机添加剂还有如 乳蛋白水解物，酵母提取物等
植物生长激素
激素分为两类，生长素和分裂素。生长素促进 细胞生长，最有效和最常用的是吲哚乙酸和萘乙酸； 分裂素促进细胞分裂，常用的是腺嘌呤衍生物。使 用最多的是6-苄氨基嘌呤和玉米素，对芽的诱导 具有重要作用。分裂素和生长素通常一起使用，来 促进细胞的分裂、生长。