生物技术概论总结.docx
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生物技术概论总结
第一讲绪论
1、生物技术(biotechnology):
指人们以现代生命科学为基础,结合其他基础学科的科学原理,采用先进的工程技术手段,按照预先的设计改造生物体或加工生物原料,为人类生产出所需要产品或达到某种目的。
2、工程技术手段:
基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程
3、目的:
获得人们所需要的产品,.疾病的预防、诊断与治疗,食品检验,环境污染的检测和治理.
4、根据生物技术操作的对象及操作技术的不同:
(1)基因工程(geneengineering)
(2)细胞工程(cellengineering)
(3)酶工程(enzymeengineering):
将微生物细胞、动植物细胞、细胞器等在一定的生物反应装置中,利用酶所具有的生物催化功能,借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门技术。
(4)发酵工程(fermentationengineering)
利用微生物生长速度快、生长条件简单以及代谢过程特殊等特点,在合适的条件下,通过现代化工程技术手段,由微生物的某种特定功能生产出人类所需要的产品。
(5)蛋白质工程(proteinengineering):
对蛋白质进行修饰、改造和拼接以产生能满足人类需要的新型蛋白质的技术。
5、生物技术之间的关系:
彼此之间是相互联系、相互渗透。
核心技术是基因工程。
6、1996年第一只体细胞克隆
动物(多利)在英国诞生.
1972年美国生物学家Berg首创基因重组技术.
第二讲
(一)
1、细胞全能性概念:
任何具有完整细胞核的植物细胞,都拥有形成一个完整植株所必需的全部遗传信息,即细胞具有全能性。
2、植株再生途径:
器官分化途径、体胚分化途径
3、优良愈伤组织一般应具备的条件
⑴旺盛的自我增殖能力,以便于用这些愈伤组织建立大规模的愈伤组织无性系。
⑵容易散碎,以便于用这些愈伤组织建立优良的悬浮系,并且在需要的时候能从中分离出全能性的原生质体。
⑶高度的胚性或再分化能力,以便于从这些愈伤组织得到再生植株。
⑷经过长期继代培养而不丧失胚性,以便于可能对他们进行各种遗传操作。
4、器官分化途径
①先分化芽,等芽伸长后在其幼茎基部长根,形成完整小植株
②先分化根,再在根上产生不定芽而形成完整植株
3在愈伤组织的不同部位分别形成芽和根,然后二者的维管组织互相连接,成为小植株。
除上述之外,还有两种情况,不经脱分化而直接长成植株:
直接伸长
茎尖培养(较大时)――→完整植株
发育幼胚培养(较大时)――→完整
4细胞全能性所需要的条件
细胞全能性只是一种可能性,要不这种可能性变成现实性,需要什么条件呢?
⑴离体损伤刺激
要使植物组织或细胞经脱分化再生植株,必须从植物体其余部分的抑制性影响下解脱出来,即处于离体条件。
离体损伤刺激是细胞脱分化的重要条件之一。
⑵生长物质的影响
细胞离体后,以异养方式生存,所以必须给与营养物质。
另外,还必须给与激素刺激,以打破抑制力,恢复细胞分裂。
⑶光照和温度的影响
各种植物对光照和温度的要求不同。
有的植物需要在黑暗条件下诱导愈伤组织;但也有的植物在光照条件下诱导愈伤组织,其植株再生率更高。
对温度的要求,往往耐高温植物或起源热带植物,所需培养温度较高(如甘薯);而耐低温植物,培养温度较低。
一般植物培养温度在25℃左右。
•
(二)
一、灭菌技术
•1.培养基灭菌
•2.玻璃器皿灭菌
•3.接种工具灭菌
•4.实验服、口罩、滤纸灭菌
•5.接种室灭菌
•6.接种材料灭菌
•7.物体表面灭菌
•8.培养室灭菌
•灭菌室的设置及配备
灭菌方法及适用范围
高温湿热灭菌
干热灭菌
过滤灭菌
化学灭菌
紫外灭菌
多数细菌和真菌的营养细胞在60℃左右处理15min后即可杀死。
酵母菌和真菌的胞子要耐热些,要用80℃以上的温度处理才能杀死。
细菌的芽胞更耐热,一般要在120℃下处理15min才能杀死。
高压湿热灭菌:
121℃,0.105MPa,20min左右
•过滤灭菌Ⅰ1.过滤器先灭菌,灭菌温度不超过121℃。
2.溶液先进行初滤(滤膜Ø0.65um)
•1.培养基灭菌
•2.玻璃器皿灭菌
•3.接种工具灭菌
•4.实验服、口罩、滤纸灭菌
•湿热灭菌:
121℃,20-30min
•◆实验服灭菌后置于缓冲间或密封好。
•接种室的灭菌
•5.接种室灭菌
•6.接种材料表面灭菌
•灭菌步骤:
•①材料的表面处理。
•把泥土、杂草等用清水洗掉。
•②在干净的流水中冲30—60min。
•③将材料在70%酒精中浸30s,然后选择适当的灭菌剂对材料灭菌。
•注意:
a灭菌剂的浓度和处理时间(升汞1%,消毒7、8分钟)
•b可以加入Tween-80(表面活化剂,更容易浸人到灭菌的材料表面)
•④无菌水冲洗3-5次。
•接种器皿、用具的灭菌
•用具先用95%酒精浸泡,后于酒精灯外焰灼烧
•一个典型的灭菌流程材料的预处理(剪切、清洗)、70%酒精(20s)、0.1%升汞(15min)、接种、沥干、无菌水冲洗(6次)
•试管苗的生长环境:
无菌异养弱光恒温
移栽前的工作:
(1)培养瓶壮苗
加入生长控制剂,如多效唑,B9,CCC,其作用是使苗粗壮,叶绿素增加。
(2)炼苗
将瓶盖打开,打破无菌环境,湿度逐渐下降,光照逐渐加强,使之形成新的功能强的根和叶片。
一般炼苗时间为10—30天。
移栽时应注意的问题
(1)防止菌类滋生
①苗底部培养基要洗干净
②杀菌剂处理苗的根部
③定时用杀菌剂处理种植基质
植物单细胞培养技术
1、植物悬浮培养时震荡的原因:
(1)防止细胞缺氧死亡
(2)防止大细胞团生成
2、植物单细胞培养的意义
1.1有利于观察细胞个体的分裂、分化、生长和繁殖情况;
1.2有利于获得纯细胞系;
1.3有利于进行细胞特性、细胞生长规律、细胞代谢过程及其调节控制规律等方面的研究;
1.4有利于生物转化和天然化合物的生产。
3植物单细胞的培养方法
3.1平板培养法
操作步骤
1.单细胞的来源:
外植体(叶肉细胞)愈伤组织原生质体
2单细胞悬浮液的密度调整
要求:
调整后的密度为植板细胞密度的2倍
调整方法:
①如果密度过大,加入液体培养基进行稀释;
②如果密度小,通过低速离心使细胞沉降后,再加入适量液体培养基。
3固体培养基的配制
当细胞植板密度过高(104或105个/ml),使用和在悬浮培养中或愈伤组织培养中成分相似的纯合成培养基
当细胞植板密度过小,细胞对培养基的要求就变得越加复杂
注意:
要选择适合单细胞培养的培养基
4单细胞悬浮液与固体培养基等量混合
①当培养基凝固后,细胞能均匀的分布并固定在很薄一层(1mm)培养基中
②在培养皿外对单细胞做标记,便于观察。
5暗培养
注意:
培养期间对细胞频繁的镜检会对细胞的生长产生有害作用,应尽量减少镜检次。
6继代培养
选取生长良好的由单细胞形成的细胞团,可以获得由单细胞形成的细胞系。
3.2看护培养法(1954年,Muir)
3.3微室培养法(1960年,Jones)
3.1平板培养法(1960年,Bergman)
植物原生质体培养技术
1植物原生质提取方法:
1机械分离法(优点:
能排除酶的有害影响;缺点:
(原生质体的产量低方法繁琐费力;局限性大)2酶法分离(纤维素酶类,果胶酶类,半纤维素酶类,崩溃酶蜗牛酶)
3原生质体活力检测:
FDA法:
FDA(二乙酸荧光素)是一种非极性物质,能自由地穿越细胞质膜,在活细胞内,FDA被酯酶裂解即发荧光(荧光素),由于荧光素不能自由通过质膜,因而可以在荧光显微镜下通过具荧光的细胞的观察确定细胞活性。
伊凡蓝法:
伊凡蓝不能穿过质膜,只有质膜受到严重损坏时,细胞才能被染色,因而可以通过细胞被染色与否确定活性。
4原生质体培养方法:
液体浅层培养,固液双层培养,固体平板培养,琼脂糖珠培养(特点、适用性)
植物体细胞杂交技术
1.植物体细胞杂交的意义:
有性杂交是植物遗传改良的一种传统手段。
2.体细胞杂交(somatichybridization):
在离体条件下通过两个亲本体细胞原生质体的融合以及随后将融合产物培养成杂种植株的过程。
3、.体细胞杂交技术的一般步骤:
1)、原生质体的制备
2)、原生质体的融合2.1自发融合2.2诱发融合
3)、杂种细胞选择
4)、杂种细胞培养
5)、由愈伤组织再生植株
6)、杂种植株的鉴定
4、杂种细胞的选择系统
1)根据物理特性选择
1.1根据可见标志选择
主要用于非绿色原生质体与含有叶绿体的原生质体的融合。
(半绿半白)
1.2根据荧光标记选择
将2种原生质体群体分别用不同的荧光染料标记,然后通过荧光显微镜鉴别异核体。
1.3低密度植板选择对细胞进行追踪选择。
2)突变互补选择
2.1隐性突变互补选择
2.2显性抗性互补选择
2.3隐性突变与野生型互补选择
2.4显-隐性双突变体选择
3)根据生长和再生能力的差别选择
3.1根据愈伤组织生长差别选择
在曼陀罗和烟草种间体细胞杂交以及在小麦和某些其他禾谷类植物属间体细胞杂交中,发现杂种愈伤组织表现生长优势现象,因此融合处理后只要挑选生长快、长的最大的愈伤组织,就会从中分化出体细胞杂种
3.2植株再生能力的差别选择
不同来源的原生质体分化再生植株的能力不同。
在体细胞杂交中,只要有一个亲本的原生质体能够再生植株,融合产生的杂种细胞就能再生植株。
3.3根据生长和分化对培养基要求的差别选
不同来源的原生质体对培养基成分和激素的要求不同。
设计的培养基只有杂种细胞能够生长。
5、体细胞杂种和胞质杂种的鉴定
1)形态和育性鉴定株型、叶形、花形,茎、叶茸毛的有无
或多或少有双亲的特点
育性取决于双亲亲缘关系的远近,杂种或是育性很低,或是完全不育。
2)细胞学和分子细胞学鉴定:
通过确定杂种染色体数和染色体形态
3)生化鉴定:
同工酶谱分析法:
将体细胞杂种的同工酶谱与其双亲的酶谱比较:
杂种植株的酶谱可能是双亲酶谱带的总和
可能只出现双亲的部分酶带或缺少双亲的某些酶谱而出现新的谱带。
4)分子生物学鉴定
RAPD(RandomamplifiedpolymorphicDNA,随机扩增多态性DNA)
AFLP(Amplifiedfragmentlengthpolymorphism,扩增片段长度多态性)
SRAP(sequence-relatedamplifiedpolymorphism,序列相关扩增多态性)
SSR(Simplesequencerepeat,简单序列重复)
6体细胞杂种在农业生产上的应用
1)对无性繁殖植物或性不育植物进行遗传重组
对2个不能进行有性繁殖的物种之间实现遗传重组,体细胞融合目前看来是唯一途径。
性不育植物(单倍体、三倍体和非整倍体),融合后产生可育的二倍体或多倍体。
2)克服有性不亲和性障碍
由于存在不亲和障碍,种间或属间有性杂交虽能进行,但难以产生杂种,而通过体细胞融合,有可能突破有性杂交的这种局限性。
3)细胞质遗传性状的转移
细胞质雄性不育(cms)性状的转移
转移由细胞质基因控制的重要农艺性状,如光和速率、对高温和低温的耐性,以及抗病性和抗除草剂特性等。
植物细胞悬浮培养技术
1单细胞的分离:
1.1.1机械法:
(注意:
只有薄壁组织排列松散,细胞间结触点很少时用机械法分离叶肉细胞才能取得成功。
大麦、小麦和玉米很难通过酶解法使细胞分离。
)
1.1.2酶解法
1.1.3机械法和酶解法特点比较
机械法:
1)细胞不受到酶的伤害;2)不用质壁分离;3)细胞产量低;4)细胞易破。
酶解法:
1)细胞受到酶的伤害;2)要质壁分离;3)细胞产量高;4)细胞不易破。
细胞生长的5个时期及其特点
1)滞后期:
细胞很少分裂,其时间长短取决于在继代时原种培养细胞所处的生长期和转入细胞数量的多少。
2)指数生长期:
细胞分裂活跃,细胞数目迅速增加。
3)直线生长期:
细胞生长和发育最快的时期。
4)减慢期:
由于培养基中某些营养物质已经耗尽,或是由于有毒代谢产物的积累,细胞的增长逐渐减慢。
5)静止期:
生长几乎处于停止状态,细胞数目增加极少,甚至开始死亡。
条件培养基:
把在液体培养基里培养4~6周的高浓度细胞滤掉,而用它的培养基制成悬滴或薄层来培养单细胞或低密度细胞群体。
同步培养:
指在培养中大多数细胞都能同时通过细胞周期的各个阶段。
应用:
为了便于研究细胞分裂和细胞代谢
同步培养的方法:
物理方法:
A按细胞团的大小B低温休克法
化学方法:
A饥饿法(使细胞停滞在G1或G2期,)
B抑制法(当细胞受到化学药物抑制时,细胞周期只能进行到G1,细胞滞留在G1期S期的边界上)。
9、植物体细胞遗传学研究
体细胞遗传学:
是遗传学、细胞学和组织培养学相结合的产物。
研究内容:
一般的细胞遗传学研究的内容是染色体在减数分裂过程中的行为及其遗传后果;体细胞遗传学主要研究离体培养的体细胞在有丝分裂过程中的遗传规律。
2.花药培养属于体细胞遗传学研究的范畴吗?
在花药的培养中,花粉粒的发育偏离原来的方向,其结果不是形成雄配子体,而是经过连续的有丝分裂,形成单倍体愈伤组织或花粉胚。
更重要的是,由花药培养产生的单倍体更是体细胞遗传学研究的理想材料。
3、体细胞遗传学分类
1.种间体细胞遗传学:
2.种内体细胞遗传学:
六、影响体细胞遗传与变异的因素
1.供体植物:
(供体植物倍性水平、植物的基因型、外植体细胞分化程度。
)
2培养基及培养方式:
(通过改变培养基成分,可有选择地诱导和保持倍性较高的细胞分裂。
)
3.培养基的物理状态以及培养类型:
(在悬浮培养的条件下,选择压有利于二倍体细胞,而在半固体培养的条件下,四倍体细胞出现的频率较高。
一般来讲,悬浮培养的细胞较半固体培养的细胞易产生变异。
)
4.继代培养的次数:
(一般来讲,继代时间越长,继代次数越多,细胞变异的几率就越高。
)
体细胞变异的细胞遗传学基础
1.DNA核内重复复制:
2.染色体断裂与重组:
3.非正常有丝分裂
4.碱基突变:
5.DNA序列的选择性扩增与丢失6.转座子活化
7.DNA甲基化
体细胞变异诱导材料的选择
1).目标性状的可行性:
2).试验材料的细胞培养技术
3).合适的细胞类型:
是提高体细胞突变系筛选效率的重要条件。
9、培养细胞的诱变
1.物理诱变:
主要是通过射线、磁场以及温度等对培养物进行一定处理,常用的射线处理包括X射线、γ射线、快中子、紫外线等。
3.化学诱变:
常用的化学诱变剂主要有:
烷化剂,碱基类似物
4.复合因子诱变:
诱变处理可以是单因子处理,亦可以是复合因子诱变。
一般来说,复合诱变的效果比单因子诱变好。
5.转座子插入诱变:
可以独立插入通过其转座功能诱导变异。
体细胞突变体的筛选
1直接筛选法:
是在设计的选择条件下,能使培养细胞或再生个体获得直接感官上的差异,因此能将突变个体和非突变个体分离。
(最直接的做法是用一种含有特定物质的选择培养基,在此培养基上只有突变细胞能够生长,而非突变细胞不能生长,从而直接筛选出突变体。
)
2间接筛选法:
是一种借助于与突变表现型有关的性状作为选择指标的筛选方法。
(当缺乏直接选择表型指标或直接选择条件对细胞生长不利时,可考虑采用间接筛选法。
)
农业发展的阶段及其特点
人类农业发展经历了原始农业,传统农业和现代农业三个阶段。
原始农业主要特征:
人类使用石器、棍棒等简单工具,有目的地种植和养殖以获得食物。
生产技术十分落后,产量低,只能依靠集体劳动,只能提供维持生存需要的食物。
传统农业主要特征:
⑴技术停滞⑵传统农业的生产率很低。
但是资源配置却已经达到了最优,只是处于一种低水平的均衡。
⑶自给自足的自然经济
现代农业的特点:
科学化,机械化,专业化,社会化,市场化,高农业劳动生产率,城乡差别缩小
农业现代化的内容:
(1)农业生产手段现代化。
(2)农业生产技术现代化。
(3)农业劳动者现代化。
(4)农业组织管理现代化。
农业可持续发展的支持系统及其建设
①环境与资源支持系统(资源与环境的保护、培育与合理利用是实施农业可持续发展的重要内容,保护自然资源和生态环境实际上就是保护农业生产力。
对水资源、土地资源、林地资源、海洋渔业资源、草地资源等的保护与可持续利用。
)
②生产与管理支持系统(包括:
农业资源环境管理、农业组织与经营管理、农产品生产过程管理与田间管理。
)
③经济与市场支持系统:
经济与市场是农业发展的两大驱动力,制约着农业生产的规模与发展方向.
④技术与信息支持系统(目前世界上以生物技术、信息技术、计算机技术和遥感技术为代表。
)
⑤政策与法律支持系统(建立可持续发展的立法工作;加大可持续发展的政策与法律的宣传、教育与执法力度。
)
⑥社会与伦理支持系统:
(可持续发展需要社会安定、持续的消费模式、健康稳定的社会关系和组织模式等)
热处理结合茎尖脱毒的特点:
既可缩短热处理时间,提高植株成活率,又可剥离较大的茎尖,提高茎尖培养的成活率和脱毒率。
脱毒苗的鉴定方法:
(1)直接检查法
(2)指示植物法(3)抗血清鉴定法(4)电镜检测法
无病毒苗的繁殖方法:
1、嫁接繁殖2、扦插繁殖3、压条繁殖4、匍匐茎繁殖5、微型薯块繁殖
种质资源的保存方式:
(1)就地保存(指在植物生长所处的自然环境中采取措施,来保护和保存种质资源。
建立自然保护区、人为圈护古树和名花)
(2)迁地保存(指将植物由原产地或次生地整株迁离,移栽在资源圃等圃中加以保存)
(3)种子保存(建立植物种子库保存种子,这是目前以种子为繁殖材料的植物应用最普通的资源保存方法。
)
(4)离体保存(离体条件下,保存植物的细胞、组织或器官等方式保存种质资源。
)
(5)基因文库保存(从植物中提取大分子量的DNA,用限制性内切酶将其切成许多DNA片段。
然后再通过载体把该DNA片段转移到繁殖速度快的大肠杆菌中去,通过大肠杆菌的无性繁殖,产生大量的、生物体中的单拷贝基因)
19第十讲
(1)绿色食品标志管理
1.绿色食品标志:
是中国绿色食品发展中心在国家工商行政管理局商标局注册的产品质量证明商标,用以证明绿色食品无污染、安全、优质的品质特征。
绿色食品标准
1、绿色食品标准体系
绿色食品标准:
是应用科学技术原理,结合绿色食品生产实践,在绿色食品生产中必须遵守、在绿色食品质量认证时必须依据的技术文件。
1.1绿色食品标准制定的目的
⑴保证绿色食品标准的质量
⑵合理选择符合绿色食品生产要求的环境条件
⑶防止人类生产和生活活动产生的污染对绿色食品产地的影响
⑷促进生产者通过综合措施改进土壤肥力。
1.2绿色食品标准制定的依据
欧共体关于有机农业及其有关农产品和食品条例(第2092/91);IFOAM(国际有机农业运动联盟)有机农业和食品加工基本标准;联合国食品法典委员会(CAC)标准;我国国家环境标准;我国食品质量标准;我国绿色食品生产技术研究成果。
1.3绿色食品标准结构体系
绿色食品标准以全程质量控制为核心
绿色食品标准包括:
⑴产地环境质量标准
⑵生产技术标准
⑶最终产品标准
⑷包装与贮藏运输标准
⑸相关标准
包括“绿色食品生产资料”认定标准、“绿色食品生产基地”认定标准等。
构成一个“从土地到餐桌”的全程质量控制标准体系。
1.3.2绿色食品生产技术标准
绿色食品生产技术标准是绿色食品标准体系的核心,它包括绿色食品生产资料使用准则和绿色食品生产技术操作规程两部分。
1.3.5绿色食品贮藏运输标准
1、贮藏环境必须洁净卫生
2、选择的贮藏方法不能使绿色食品品质发生变化、引入污染
3、在贮藏中,绿色食品不能与非绿色食品混堆贮存
4、A级绿色食品与AA级绿色食品必须分开贮藏
1.3.6绿色食品其它相关标准
包括“绿色食品生产资料”认定标准、“绿色食品生产基地”认定标准等,这些标准都是促进绿色食品质量控制管理的辅助标准。
以上六项标准对绿色食品产前、产中和产后全过程质量控制技术和指标作了全面的规定,构成了一个科学、完整的标准体系。
2.绿色食品分级标准
在参照国外与绿色食品相类似的有关食品标准的基础上,结合我国国情,将绿色食品分为两类,即AA级绿色食品和A级绿色食品。
AA级和A级绿色食品的主要区别
AA级绿色食品
A级绿色食品
环境评价
采用单项指数法,各项数据均不得超过有关标准。
采用综合指数法,各项环境监测的综合污染指数不得超过1。
生产过程
生产过程中禁止使用任何化学合成肥料、化学农药、及化学合成食品添加剂。
生产过程中允许限量、限时间和限定方法使用限定品种的化学合成物质。
产 品
各种化学合成农药及合成食品添加剂均不得检出。
允许限定使用的化学合成物质的残留量仅为国家或国际标准1/2,其它禁止使用的化学物质残留不得检出。
包装标识标志编号
标志和标准字体为绿色,底色为白色,防伪标签的底色为蓝色,标志编号以双数结尾
标志和标准字体为白色,底色为绿色,防伪标签底色为绿色,标志编号以单数结尾
作业
绿色食品标准的概念?
AA级和A级绿色食品标准的区别?
绿色食品的质量标准包括哪些内容?
第十讲(3)绿色食品产地选择和环境质量评价
Ø绿色食品产地:
是指绿色食品的初级农产品和农产品深加工原料的生长地,比如小麦、蔬菜的种植地块,畜禽养殖场地和渔业养殖场地等。
产地要素:
生物、空气、水、土壤等环境要素组成
Ø绿色食品产地的选择:
是指在绿色食品开始生产之前,对产地生态环境条件的调查和现场考察,对场地的环境监测和环境现状质量评价,并通过环境质量的现状评价,对产地环境质量是否适合生产绿色食品作出合理的判断。
Ø绿色食品产地的建设:
绿色食品产地的建设是指对已经确定为绿色食品的产地或备用产地进行生态建设与环境污染控制,使其保持良好的生态环境质量。
二、绿色食品产地选择的要求
一般来说,绿色食品产地应选择空气清新,水质纯净,土壤未受污染、农业生态环境质量良好的地区,应尽量避开繁华都市、工业区和交通要道。
边远省份农村农业生态环境相对良好,是绿色食品产地的首要选择。
对大气的要求:
产地及产地周围不得有大气污染,特别是产地上风头不得有污染源。
对水质的要求:
产地应在地表水、地下水质清洁且无污染的地区;水域、上游没有对该产地构成污染威胁的污染源;要远离对水体容易造成污染的工矿企业,符合绿色食品水质环境质量标准。
对土壤质量的要求:
产地及产地周围没有金属或非金属矿山,没受到人为污染,土壤中没有农药残留,特别是没有使用过DDT或六六六的地块,且要求土壤肥力较高。
功能性食品
1功能性食品
1.1概念:
是指具有特定功能的食品,适宜于特定人群食用,可调节机体的功能,又不以治疗为目的。
1.2分类
根据消费对象分:
日常功能性食品
特殊功能性食品
根据科技含量的分类
第一代产品