安全生产_浅谈转基因水稻技术及安全性

浅谈转基因水稻技术及安全性 主要内容 转基因技术的简要介绍 一篇 Science 引发的思考 我国水稻种植的现状 有关转基因水稻的争论 黔之驴与 转基因水稻 转基因水稻的 冤情 小结 什么是转基因技术 将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中 由于导入基因的表达 引起生物体的性状的可遗传的修饰 这一技术称之为转基因技术 人们常说的 遗传工程 基因工程 遗传转化 均为转基因的同义词 经转基因技术修饰的生物体在媒体上常被称为 遗传修饰过的生物体 Geneticallymodifiedorganism 简称GMO 植物转基因技术的主要方法 1 农杆菌介导转化法2 基因枪介导转化法3 花粉管通道法 农杆菌介导转化法 农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌 它能在自然条件下趋化性地感染大多数双子叶植物的受伤部位 并诱导产生冠瘿瘤或发状根 根癌农杆菌和发根农杆菌中细胞中分别含有Ti质粒和Ri质粒 其上有一段T DNA 农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后 可将T DNA插入到植物基因组中 因此 农杆菌是一种天然的植物遗传转化体系 人们将目的基因插入到经过改造的T DNA区 借助农杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移与整合 然后通过细胞和组织培养技术 再生出转基因植株 农杆菌介导法起初只被用于双子叶植物中 近年来 农杆菌介导转化在一些单子叶植物 尤其是水稻 中也得到了广泛应用 基因枪介导转化法 利用火药爆炸或高压气体加速 这一加速设备被称为基因枪 将包裹了带目的基因的DNA溶液的高速微弹直接送入完整的植物组织和细胞中 然后通过细胞和组织培养技术 再生出植株 选出其中转基因阳性植株即为转基因植株 与农杆菌转化相比 基因枪法转化的一个主要优点是不受受体植物范围的限制 而且其载体质粒的构建也相对简单 因此也是目前转基因研究中应用较为广泛的一种方法 花粉管通道法 在授粉后向子房注射合目的基因的DNA溶液 利用植物在开花 受精过程中形成的花粉管通道 将外源DNA导入受精卵细胞 并进一步地被整合到受体细胞的基因组中 随着受精卵的发育而成为带转基因的新个体 该方法于80年代初期由我国学者周光宇提出 我国目前推广面积最大的转基因抗虫棉就是用花粉管通道法培育出来的 该法的最大优点是不依赖组织培养人工再生植株 技术简单 不需要装备精良的实验室 常规育种工作者易于掌握 水稻是最重要的粮食作物之一 为世界上近一半的人口提供了主食 虫害一直是水稻减产减收的主要原因之一 中国水稻虫害种类繁多 每年因虫害造成的产量损失占水稻总产的5 以上 给粮食生产带来了极大危害 目前 控制水稻虫害最主要的方法是使用化学杀虫剂 但化学防治带来的环境很大 而且不利人们的健康 目前 螟虫和稻纵卷叶螟等鳞翅目害虫是水稻生产上的主要害虫 是导致水稻减产的主要原因之一 大量使用化学杀虫剂 严重影响生态环境和生物多样性 增加了生产成本和劳动强度 加大人体中毒几率 大规模的水稻种质资源筛选尚未发现有效抗水稻鳞翅目害虫的基因资源 转基因抗虫水稻可高效专一控制水稻鳞翅目害虫 是防治水稻鳞翅目虫害的新途径 大规模的水稻种质资源筛选尚未发现有效的抗水稻鳞翅目害虫的基因资源 转Bt基因抗虫水稻可高效专一控制二化螟 三化螟和稻纵卷叶螟等害虫 是防治水稻鳞翅目虫害的新途径 Insect resisitantGMriceinfarmers fields AssessingproductivityandhealtheffectsinChina 这项研究是由中科院地理科学与资源研究所农业政策研究中心黄季焜主任和胡瑞法研究员 美国加利福尼亚大学戴维斯分校ScottRozelle教授 美国Rutgers大学CarlPray教授合作完成的 并于2005年4月29日的 科学 杂志上发表 据悉 他们深入分析了正处于生产性试验的转基因抗虫水稻品种 转基因汕优63和II 优明86 这两个品种分别转入了Bt基因和CpTI基因 用以抗钻茎虫和磷翅目螟虫等害虫 他们的随机样本来自三类农户 完全采纳户 仅种转基因水稻 部分采纳户 既种转基因水稻又种非转基因水稻 和未采纳户 仅种非转基因水稻 他们的研究表明 转基因抗虫水稻比非转基因水稻产量高出6 9 农药施用量减少80 同时还降低了其对农民健康的不良影响 他们的论文提出 如此高的潜在效益显示出中国转基因作物产品可能是增加国际竞争力和农民收入的有效方式 如果考虑对健康的影响 收益还将扩大 转基因水稻商业化的实施给中国带来的影响可能远远超过对生产者自身的生产力和健康影响 以转基因水稻 Bt汕优63 为研究对象 利用普通PCR 长链PCR 反转录PCR和荧光定量PCR等方法 从其DNA水平 RNA水平进行研究 主要研究内容和结果有以下四个方面 1 验证了基因枪转化的转cry1Ab c融合基因水稻品系 Bt汕优63 的外源插入DNA的结构 证明其确实有部分标记基因片段存在 验证了其转化事件定性检测体系 并检测了其自交产生的下一代植株的外源插入结构 发现标记基因部分片段依然存在 外源基因的分离比符合单位点的孟德尔遗传 2 根据侧翼序列优化设计特异性引物 以转基因水稻种属特异性基因作为PCR扩增的内源参照 建立转化事件特异性定量检测体系 结果表明 定量体系具有较好的重复性 用标准分子确定的转基因水稻 Bt汕优63 的检测极限为100个拷贝数 3 利用RT PCR的方法检测了转基因水稻 Bt汕优63 整个生育期外源标记基因 目的基因在mRNA水平上的表达情况 检测结果显示 外源标记基因在整个生育期没有表达 目的基因稳定表达 在此基础上 建立目的基因在mRNA水平上表达的定量检测体系 实验结果表明 定量体系重复性较好 苗期目的基因表达的量较少 其他生育期目的基因稳定表达 4 以标准分子作为定量PCR外部标准品并建立标准曲线 利用重组PCR的技术构建了标准分子 检测含有转基因成分的混合样品 根据标准曲线计算转基因成分的含量 区分转基因水稻 Bt汕优63 与 华恢1号 样品 以构建好的标准曲线检测目的基因在mRNA水平上的表达量 结果表明 以标准分子作为定量标准品的检测结果具有较好重复性和再现性 重组PCR技术用于构建标准分子是可行的 第一 主要作物的病虫危害逐年加重 每年喷施的大量农药既加重了农民负担 使农民增产不增收 又严重破坏了人类赖以生存的生态环境 还造成了食物中的大量农药残留 危害人类健康 因此 增加品种的抗虫性 减少农药的施用量是一个十分紧迫的问题 我国水稻种植的现状 第二 高产品种需肥量大 目前我国大部分地区作物生产的施肥量已经超过了土地的承受能力 大量施肥除加重农民负担外 土壤退化 江河湖海的富营养化正成为农业和环境可持续发展的严重障碍 培育肥料高效利用的品种 在保持高产稳产的同时降低肥料用量也已迫在眉睫 第三 水资源日趋短缺 除西北长期缺水 华北旱灾频繁外 旱灾在长江流域发生的频率近年也有很大提高 据统计 我国农业耗水约占全国总耗水量的70 而水稻的用水几乎占整个农业耗水的70 在水资源日益短缺的今天 培育耐旱品种 降低水稻的用水对国民经济乃至人类社会的生存和发展均有着十分重要的意义 第四 我国北方的盐碱地面积很大 南方热带 亚热带土壤普遍为酸性 铝离子的毒害是一个严重问题 这些不良环境对作物的种植和产量潜力的发挥均有限制作用 试验证明转基因抗虫水稻有以下优点 1 节省投入成本 减少劳动强度 避免由此造成的人体中毒 中暑风险 2 种植转基因抗虫杂交稻可以大幅减少杀虫剂的用量 降低农药对田间益虫的影响 维持稻田生物种群动态平衡 3 减少农药对自然生态环境的污染 张启发在示范吃转基因大米制成的酱油饭 人们更关心转基因大米是不是他和他家人的日常食物 转基因水稻之父 被称为 转基因水稻之父 的中国科学院院士张启发 在中国 张启发是转基因水稻最坚定的旗手 1999年 年仅46岁的张启发当选为中国科学院院士 是当时最年轻的科学院院士 2007年 张启发被选为美国国家科学院外籍院士 与他同年入选的还有 杂交水稻之父 袁隆平 张启发研制的是将特定的BT基因转入到普通的水稻中去 从而产生抗虫 增产的效果 他曾经多次回应媒体称 转基因农作物在全球大面积种植已有14年 食用转基因食品的人群超过数十亿 至今还没有关于转基因食品不安全的任何证据 为了证明安全性 张启发及其同事还亲自食用转基因水稻多年 但仍有不少人担心 转入BT毒蛋白基因的水稻连虫子都不敢吃 人类能吃吗 对于转基因水稻的安全性 杂交水稻之父 袁隆平曾表示 转基因抗虫水稻 实验室里非常成熟 对人类可能造成的影响 或许要在未来几代人后才会显现 转基因水稻最迟5年上中国人的餐桌 来自 农业转基因生物安全管理条例 实验研究 环境释放 中间试验 生产性试验 申请领取安全证书 转基因水稻 华恢1号 和 Bt汕优63 正是依据 农业转基因生物安全管理条例 农业转基因生物安全评价管理办法 转基因植物安全评价指南 经过相关食品安全检测机构多年科学 规范的安全检测 以及通过中国疾病预防控制中心和农业部农产品质量监督检验测试中心 北京 的检测验证 科学地证明了转基因水稻 华恢1号 和 Bt汕优63 与非转基因水稻同样安全 消费者可以放心食用 评价指标全面规范 评价过程科学严谨 评价数据真实全面 2009年8月 农业部批准了转基因抗虫水稻 华恢1号 和 Bt汕优63 的生产应用安全证书 2008年10月 华恢1号 和 Bt汕优63 出现在中国生物安全网公布的 2009年第二批农业转基因生物安全证书批准清单 中 引来专业人士及民间组织的激烈争辩 什么叫做食品安全 经合发展组织 1991年将 安全 的食物定义为 如果能合理地肯定 在预期的条件下消费某食品不会有害 则该食品就被认为是安全的 在如何对转基因生物作安全性评价 国际上有一个广泛接受和采用的 实质等同 Substantialequivalence 原则 这一原则强调 评价转基因食品安全性的目的 不是要了解该食品的绝对安全性 而是评价它与非转基因的同类食品比较的相对安全性 在评价时注重 个案分析 即对转基因食品的安全性不一概而论 CompanyLogo 黔之驴与 转基因水稻 CompanyLogo 小鼠灌胃实验 的结论可供参考讨论 该实验按照大鼠体重 每千克用5克抗虫BT蛋白每天两次灌食 8天后 各组动物体重和脏器重量无生物学意义上的差异 华恢1号 稻米中抗虫蛋白含量 2 5微克 克 要达到5克 千克 抗虫蛋白与体重的比率 的接受试验的剂量 体重60公斤的人需要吃120吨稻米 按照这个实验结果推理 如果按照每天吃500克稻米计算 一个成年人即使吃 华恢1号 转基因稻米657年也应该是安全的 CompanyLogo 黔之驴与 转基因水稻 CompanyLogo 抗虫基因的杀虫机理 目前已培育出的转基因抗虫作物 大都带有一个苏云金芽孢杆菌 Bt 的杀虫蛋白基因 苏云金杆菌是自然界中普遍存在的一类细菌 苏云金杆菌中存在一大类杀虫基因 已被作为生物杀虫剂广泛应用了60多年 国内外对其杀虫机理进行了比较透彻的研究 Bt基因编码产生的杀虫蛋白存在于伴胞晶体中 当害虫取食后 在昆虫中肠的碱性 pH10 12 条件下晶体溶解产生原毒素 由中肠内酶系统的作用 释放出活性毒素 由毒素与昆虫中肠内特异的受体结合而产生毒杀作用 这一杀虫机理使得某一特定的Bt基因只对某一类昆虫有特异的毒杀作用 而哺乳动物的胃液为强酸性 pH1 2 而肠胃中也不存在着与Bt毒素结合的受体 当Bt蛋白进入到哺乳动物肠胃中后 在胃液的作用下几秒钟之内全部降解 多年的研究已反复证实这种Bt毒蛋白对哺乳动物 鸟 鱼以及非目标昆虫无害 美国多年大面积种植转基因抗虫的玉米 棉花未出现过一例人畜中毒的报道 而且 现在的技术还允许转基因在特定的组织 特定的条件下表达 如培育抗螟虫水稻 可让植株仅在茎秆中 仅在受到昆虫取食时产生杀虫蛋白 在种子中不产生杀虫蛋白 因此 我们完全可以放心地食用转Bt基因的抗虫作物生产的食品 CompanyLogo 黔之驴与 转基因水稻 CompanyLogo 每个生物细胞中都有几千至几万个基因 我们每吃一口食物都要吃进数亿个基因 人类社会生存 繁衍了数百万年 从来没有人担心食物中的动物 植物 微生物基因会影响人的遗传 还有一个需要知道的事实是 近几年的大规模基因组测序发现 在动物 植物 微生物的基因组间 大量的基因存在同源性 换句话说 我们平常所说的动物 植物 微生物是指生物的整体而言 在基因的水平上看 很多基因都不是动物或植物所特有的 CompanyLogo 黔之驴与 转基因水稻 CompanyLogo 这里有个严重的误解 首先 遗传修饰并非自转基因开始 媒体普遍将转基因作物称为GMO而不将传统作物品种称为GMO 本身就是一个概念错误 而且容易引起误会 作为我们食物的主要农作物 都经过了近万年的人工遗传修饰 修饰的基因数以千计 在人类的食物中很少还有 自然 食品 其次 自然的不一定是安全的 自然界的大多数植物都不同程度的产生毒素 作为在进化过程中形成的一种防卫机制 来抵御那些危害它们的动物和昆虫 人类对动植物的几千年的改良巳经大大减少了食物中的毒素水平 但众所周知很多食品仍对人体有着不同程度的不良影响 人类的很多疾病都与食品有关 此外 安全性只是相对的 对于一部分人群安全的食品 对另外一部分人不一定安全 如虾 蟹等海鲜食品是大多数人的美味佳肴 但对少数人则产生过敏反应 CompanyLogo 黔之驴与 转基因水稻 CompanyLogo 人类历史上几千年的作物改良 所产生的一个总体效应是 作物遗传改良的程度越高 对人类创造的环境的依赖性就越大 在自然条件下越难生存 现代的作物与其野生亲缘相比在很多性状上都发生了改变 这种改变涉及到大量基因 农作物尤其是优良的农作物品种不可能因为导入一个或几个与杂草无关的基因而变成杂草 但值得注意的是 有证据表明农作物的基因向杂草转移的现象是存在的 因此应该防止转基因向杂草的转移 对转抗除草剂基因的作物 尤其应该防止抗除草剂基因向杂草的转移而使得杂草无法控制 即成为所谓的超级杂草 在有作物野生亲缘群落和作物近缘杂草的地区应注意监测基因的转移 采取相应的防范措施 CompanyLogo 黔之驴与 转基因水稻 CompanyLogo 按国家法规规定的程序批准商品化生产的转基因作物 不会比非转基因的农作物对生态环境产生更大的不良效应 例如前述的耐储存番茄 以及一些类似的品质改良的转基因作物 与其原来的品种比 没有任何添加成分 对环境中性 而另外一些转基因作物则对生态环境有益 如抗虫作物 对我国抗虫棉田间调查数据表明 由于对棉铃虫不打或少打药 害虫天敌大量增加 对蚜虫类的害虫也得到了有效控制 因此对蚜虫也可不打或少打药 预期其它抗虫转基因作物的推广也会得到类似的效果 如果在主要作物和蔬菜的生产中能显著减少农药用量 我国的生态环境将会得到极大的改善 CompanyLogo 黔之驴与 转基因水稻 CompanyLogo 有人担心转基因作物替代传统作物品种的结果会减少品种的多样性 这种可能性显然是存在的 不过这种可能性不仅限于转基因作物 优良品种的应用导致种植品种多样性的减少是农业生产的一个普遍现象 而从技术上讲 转基因只是向生物体添加了个别基因 基因添加的本身并不改变生物多样性 应该说 从长远看 转基因作物将会增加作物的生产力 从而少用农田 少用农药 有助于保护生物多样性 为防止作物品种多样性的减少 应注意作物品种资源的保护 以保证各种基因资源被保存下来 在农业生产中还应注意作物品种的合理搭配 避免大面积地种植单一品种给作物造成可能的病虫危害 CompanyLogo 为什么那么多反对转基因争论 英国苏格兰Rowett研究所的研究人员ArpadPusztai1998年秋在电视台宣称 他用转雪花莲凝集素基因的马铃薯饲喂大鼠 导致大鼠体重及器官重量严重减轻 免疫系统被损坏 此事引起轰动 从此引发了国际上对转基因作物安全性的争论 英国皇家学会对此十分重视 组织了专门的同行评议 并于1999年5月公布报告 指出Pusztai的研究从试验设计 方法 到研究结果及数据分析都有严重缺陷 Pusztai本人也因此而被劝提前退休 Pusztai事件 1999年美国康奈尔大学Losey等报道在实验室内以拌有转Bt基因抗虫玉米花粉的马利筋草喂养帝王蝶幼虫可导致死亡 这一结果被解释为转基因威胁非目标昆虫 环境主义 组织据此提出应限制转基因玉米的生产与销售 当年夏天 美国环境保护局 EPA 组织昆虫专家们对帝王蝶问题进行了专题研究 结论是 抗虫玉米花粉在田间对帝王蝶并无威胁 其原因是 1 玉米花粉大而重 扩散不远 在田间所有花粉只落在10码以内 在距玉米5米的马利筋杂草上 每平方米叶子上只发现一粒玉米花粉 2 帝王蝶通常并不吃玉米花粉 它们在玉米散完粉后才大量产卵 3 在经调查的美国中西部转Bt基因玉米占玉米面积的25 但田间的帝王蝶数量却很大 美国环境保护局在最近的一个报告中指出 评价转基因作物对非靶标昆虫的影响 应以野外实验为准 而不能仅仅依靠试验室的数据 帝王蝶事件 大老鼠消失 母猪爱生死胎 狗肚子里都是水 羊也出现异常情况 国际先驱导报 日前发表署名文章称 山西 吉林等地出现的以上动物异常 与这些动物吃过的食物 先玉335玉米有关 而该报记者调查发现 先玉335与转基因技术之间有着种种联系 看到平时熟悉的动物出现问题 网友们首先的感觉就是 恐怖 网友 荷塘秋色 觉得 看了这则新闻真叫人提心吊胆 转基因食品难道就在我们的身边 太可怕了 这则报道 让一些平时就不赞成转基因食品的人找到了有力的 武器 一时间网上一片 讨伐 转基因食品的声音 先玉335非转基因水稻 就在大家对转基因玉米充满恐惧的时候 方舟子在其微博上公开驳斥转基因玉米让大老鼠消失的报道是谣言 他指出 先玉335不是转基因玉米 是杂交玉米 其父本PH4CV是自交系 天然 玉米 只不过在专利里可作为转基因材料 被歪曲成是转基因玉米 美国种植转基因玉米十多年 种的玉米80 以上是转基因的 从未发现任何异常现象 方舟子的发言 让很多人开始冷静下来 大家开始求证先玉335究竟是什么出身 网友Unicept认为 国际先驱导报 的报道中有好多问题需要澄清的 纠结于先玉335是不是转基因的是后续问题 先要明白记者的报道的现状是否属实 然后明确是否真与这种玉米有关 再来谈论是不是转基因的 是不是因为转基因才造成的 现在本末倒置 就缺乏逻辑和说服力了 转基因研究从一开始就遇到了不少的非难 但这些非难所提出的基本上都不是科学问题 孟三都等跨国公司在北美和南美大面积推广转基因作物的过程中 就一直受到 绿色和平组织 等民间组织及宗教团体的批评 在这些跨国公司拟将转基因作物进入欧洲市场时 引发了世界性的对转基因作物的争议 引起争议的原因十分复杂 包括 欧洲相对落后的技术成熟度 被媒体和一些民间组织夸大了的Pusztai