转基因作物的研究概况、安全性评价、争论问题与发展前景分析

转基因作物的研究概况、安全性评价、争论问题与发展前景分析,提纲,一、全球转基因作物的发展概况二、转基因作物的本质与食用安全性评价三、转基因作物的生态环境安全性评价四、转基因作物的监管和争论问题解读五、我国转基因作物的现状与发展前景,转基因作物研发的历史回顾,1983年世界上首次报道获得转基因作物/植物（烟草再生植株）。1986年首批转基因作物（棉花）被批准进行田间试验。1992年中国成为世界上第一个商品化种植转基因作物（烟草）的国家。1994年美国孟山都公司的延熟保鲜转基因西红柿被批准在美国上市。1996年抗除草剂草甘膦的转基因大豆在阿根廷批准商业化生产。,一、全球转基因作物的发展概况,全球转基因作物的种植面积（1996-2014）,一、全球转基因作物的发展概况,1996年转基因作物种植面积170万公顷，2014年达到1.815亿公顷，19年增长106.7倍；2014年发展中国家面积占53%，发达国家面积占47%。,（数据来源：）,5,各国转基因作物的种植面积（2014）,一、全球转基因作物的发展概况,（数据来源：单位：百万公顷）,2014年共计28个国家种植了转基因作物。此外，越南和印度尼西亚2014年分别批准2015年在本国种植抗虫玉米、耐旱甘蔗。,5,主要种植国种植的转基因作物种类（2014）,一、全球转基因作物的发展概况,（数据来源：单位：百万公顷）,转基因大豆84.5百万公顷,占转基因作物的48.3%。转基因玉米57.4百万公顷,占转基因作物的32.8%。转基因棉花23.9百万公顷,占转基因作物的13.6%。转基因油菜8.2百万公顷,占转基因作物的4.6%。其余5g/kgbw，根据GB15193.3-2003毒性分级，该蛋白属实际无毒。,资料来源：张启发院士,二、转基因作物的本质与食用安全性评价,食用安全性评价2：新表达物质致敏性评价,农业部授权机构检测检测内容：（1）全长序列比对与过敏序列的同源性；（2）连续80个氨基酸序列的同源性；（3）是否存在连续8个相同氨基酸；（4）空间结构分析。检测标准（依据）：在线致敏源数据库TheAllergenOnlineDatabase食品安全致敏源数据库AllergenDatabaseforFoodSecurity致敏蛋白结构数据库StructuralDatabaseofAllergenicProteins,二、转基因作物的本质与食用安全性评价,实例：抗除草剂水稻Bar68-1的致敏性评价,委托有资质的第3方评价,PAT蛋白致敏性评价,全长序列比对没有发现高度序列同源性；连续80个氨基酸序列同源性低于35%；没有发现连续8个相同氨基酸；空间结构分析结果为阴性。因此转基因水稻Bar68外源基因表达蛋白PAT氨基酸序列与已知过敏原序列同源性低。,二、转基因作物的本质与食用安全性评价,食用安全性评价3：关键营养成份与抗营养因子检测,农业部授权机构检测检测内容：全营养成份，抗营养因子检测标准（依据）：转基因植物及其产品食用安全性评价导则（NY/T1101-2006）转基因植物及其产品食用安全检测-抗营养素-第1部分：植酸、棉酚和芥酸的测定（NY/T1103.1-2006）转基因植物及其产品食用安全检测-抗营养素-第2部分：胰蛋白酶抑制剂的测定（NY/T1103.2-2006）,二、转基因作物的本质与食用安全性评价,结论：对转基因稻米的水分、灰分、蛋白质、脂肪、粗纤维、氨基酸、VE、VB1、VB2、铁、锌、钙、钾、钠、磷、铜、锰、镁、胰蛋白酶抑制活性、植酸等营养素和抗营养因子进行了检测，结果未见异常，表明转基因水稻Bar68-1与非转基因水稻D68在关键营养成分和抗营养成分方面具有实质等同性。,实例：抗除草剂水稻Bar68-1的关键营养成份与抗营养因子检测,提供150公斤糙米给具有资质的检测机构，按照国标方法检测主要营养成分和抗营养因子。,二、转基因作物的本质与食用安全性评价,食用安全性评价4：新表达物质热稳定性和可消化性检测,农业部授权机构检测检测内容：（1）热稳定性；（2）可消化性。检测标准（依据）：转基因生物及其产品食用安全检测模拟胃肠液外源蛋白质消化稳定性试验方法（农业部869号公告-2-2007），等。,二、转基因作物的本质与食用安全性评价,实例1：转基因水稻Bar68-1的外源表达蛋白质的热稳定性检测,结论：对转基因水稻Bar68-1中的外源Bar基因进行原核表达所得PAT蛋白进行热稳定试验，结果表明该蛋白在加热条件下至少稳定存在60min，具有较强的热稳定性。,委托具有资质的检测单位，检测体外表达的PAT蛋白质的热稳定性。,二、转基因作物的本质与食用安全性评价,实例2：转基因水稻Bar68-1的PAT蛋白可消化性检测,结论：转基因水稻Bar68-1中的外源基因原核表达PAT蛋白进行模拟胃肠道消化稳定性试验。试验结果表明该蛋白在模拟胃液与模拟肠液中均在15秒内迅速被消化，不具有消化稳定性。,委托具有资质的检测单位，检测体外表达的PAT蛋白质的可消化性。,二、转基因作物的本质与食用安全性评价,食用安全性评价5：新表达物质含量（表达量）检测,农业部授权机构检测检测内容：外源基因产物检测方法：酶联免疫法（检测试剂盒）,二、转基因作物的本质与食用安全性评价,实例1：转基因水稻Bar68-1的外源蛋白含量检测,结论：用EnviroLogix-Pat/Bar蛋白检测试剂盒对转基因稻谷Bar68-1进行检测，检测结果表明稻谷中的PAT蛋白含量均低于试剂盒的最低检出限。,委托具有资质的检测单位，检测稻谷中PAT蛋白质的含量。,二、转基因作物的本质与食用安全性评价,实例2：抗虫水稻华恢1号的外源蛋白含量检测,经农业部农产品质量监督检验测试中心（北京）检测，种植在三个地区的华恢1号稻米中抗虫蛋白Cry1Ab/Cry1Ac的含量相近，平均为2.3mg/kg。,资料来源：张启发院士,有害物质的LD50和食品、粮食中国家规定最大残留量,转基因稻米中的杀虫蛋白为实际无毒、可消化，理论上LD50为无穷大，且含量低于有毒物质，可见转基因抗虫稻米安全性不低于普通稻米。,二、转基因作物的本质与食用安全性评价,食用安全性评价6：全食品安全性检测,农业部授权机构检测检测内容：大鼠90天喂养试验检测标准：转基因植物及其产品食用安全检测-大鼠90天喂养试验（NY/T1102-2006）,Sprague-Dawleyrat,二、转基因作物的本质与食用安全性评价,实例：转基因水稻Bar68-1的全食品安全性检测,结论：转基因大米组与非转基因大米组相比，大鼠的体重与食物利用率、总进食量等指标无剂量相关性或性别相关性差异，主要脏器亦未出现特异性病理改变；脏器重量、脏体比、血液学指标、血液生化学指标、尿常规检测虽有少数指标出现差异，但是不具有剂量相关性与性别相关性。,委托具有资质的检测单位，进行大鼠90天喂养试验。,二、转基因作物的本质与食用安全性评价,食用安全性评价8：生产加工对食用安全性影响的评价,一般来说加工过程可以增加食用安全性,三、转基因作物的生态环境安全性评价,环境安全性评价1：转基因作物生存竞争能力评价,检测机构：指定单位/研发单位评价内容：种子活力，种子休眠特性，越冬越夏能力，抗病虫能力，生长势，生育期，产量，落粒性，杂草化风险。若目标性状增强生存竞争力，如抗旱、耐盐等，应根据个案分析原则提出有针对性的补充资料。检测标准：农业部953号公告8.22007转基因植物及其产品环境安全检测抗虫水稻第2部分：生存竞争能力，等。,三、转基因作物的生态环境安全性评价,实例1：抗除草剂水稻Bar68-1的生存竞争能力评价（农艺性状检测）,三、转基因作物的生态环境安全性评价,实例1：抗除草剂水稻Bar68-1的生存竞争能力评价（繁殖力和生物量检测）,三、转基因作物的生态环境安全性评价,实例2：转Bar基因抗除草剂水稻杂草化风险评估,禾本科：稗、无芒稗、西来稗、旱稗、长芒稗，等莎草科：水莎草、异形莎草、牛毛毡，等雨久花科：鸭舌草、雨久花，等千屈菜科，眼子菜科，萍科，泽泻科，柳叶菜科，鸭跖草科，茨萍科，等,稻田生态系统主要杂草种类,与水稻亲缘关系最近的是稗草，水稻基因能否转入稗草？,稗草,稗草,稗草,Bar基因水稻,1-4小时,1-4小时,（宋小玲等，2002）,三、转基因作物的生态环境安全性评价,水稻花粉在稗草柱头上不能萌发、生长,因此，转基因水稻不可能把外源基因转入杂草中,实例2：转Bar基因抗除草剂水稻杂草化风险评估,三、转基因作物的生态环境安全性评价,外源基因加入没有显著改变转Bar基因水稻的生存竞争能力，因此，转基因水稻本身不可能转变为杂草。,实例2：转Bar基因抗除草剂水稻杂草化风险评估,（崔荣荣等，2012）,三、转基因作物的生态环境安全性评价,环境安全性评价2：转基因作物基因飘移的环境影响,检测机构：指定单位/研发单位评价内容：（1）提供野生近缘种的地理分布、发生频率、生物学特性，以及与野生近缘种的亲缘关系资料。（2）设计试验评估外源基因漂移风险及可能造成的生态后果。检测标准（依据）：农业部953号公告8.32007转基因植物及其产品环境安全检测抗虫水稻第3部分：外源基因漂移，等。,三、转基因作物的生态环境安全性评价,实例1：转Bar基因抗除草剂水稻种间基因飘移风险评估,三、转基因作物的生态环境安全性评价,转基因水稻向普通野生稻基因飘移的频率大部分报道0.05）,三、转基因作物的生态环境安全性评价,实例2：转Cry2Aa基因抗虫水稻对中华通草蛉的影响,三、转基因作物的生态环境安全性评价,实例2：转Cry2Aa基因抗虫水稻对中华通草蛉的影响,取食Bt水稻花粉和非水稻花粉的中华通草蛉平均每天产卵量,结论：种植表达Cry2Aa蛋白的转Bt水稻对中华通草蛉的幼虫和成虫均无直接的负面影响。,四、转基因作物的监管和争论问题解读,转基因作物的安全管理规章（国际）,1976年美国国立卫生研究院(NIH)发布重组DNA研究准则。随后，许多国家与组织相继发布类似条例/指南。1986年美国政府颁布了生物技术法规协调框架，规定美国农业部、环境保护署和食品和药物管理局根据各自的职能对基因工程工作及其产品实施安全性管理。1993年经合组织（OECD）在“现代生物技术安全性评价：概念和原则”的报告中提出了“实质等同性”的概念，即转基因食品是否与目前市场上销售的传统食品具有实质等同性。1996年在世界粮农组织卫生组织（WHO）专家咨询会上，专家建议“实质等同性”的原则适应于所有转基因生物的安全性评价。2003年国际食品法典委员会(CAC)发布了来源于重组DNA植物的食品安全评估准则：CAC/GL45-2003,四、转基因作物的监管和争论问题解读,安全性评价的一般原则,实质等同原则：转基因食品是否与目前市场上销售的传统食品具有实质等同性。主要从生物学特性(生长、发育、形态、产量、抗性及其它农艺性状)、营养成分(营养素、抗营养因子、毒素、过敏原)两方面比较，结果：与对照食品实质等同（西红柿），与对照食品除了个别差异外实质等同（大豆），与对照食品实质不等同（白蛋白米）。预先防范原则：科学技术是一把双刃剑，它在作出贡献的同时也会带来问题，预先防范风险是必须遵循的原则。大豆蛋白质的限制性氨基酸为含硫氨基酸。巴西坚果有一种富含甲硫氨酸和半胱氨酸的蛋白质-2S清蛋白（辛世文SMSun）。美国先锋种子公司将该基因转入大豆，提高了转基因大豆中含硫氨基酸的含量。但随后发现，2S清蛋白是巴西坚果中的主要过敏原，于是果断终止了该转基因大豆的研究和商业化进程。（蝎子毒素基因、半夏凝集素基因转化水稻等）,四、转基因作物的监管和争论问题解读,安全性评价的一般原则,个案评估原则：转基因作物不仅存在外源基因、受体、导入方法等不同，而且相同外源基因、相同受体、相同转化方法产生的转基因个体间由于外源基因插入位点的随机性，也存在很大的个体差异。因此，必须坚持个案评估的原则，对每个转化事件逐个进行评价。如：Cry1Ca#基因转化水稻恢复系R106，产生的3个转化事件在形态、育性、表达量等方面均存在明显差异，需要个案分析，以获得农艺性状优良、营养品质合格的最佳转化事件。,四、转基因作物的监管和争论问题解读,安全性评价的一般原则,逐步评估原则：转基因作物研发过程漫长，分为实验室研究、中间试验、环境释放、生产性试验、安全证书审批共5个阶段，每个阶段评价和考虑的重点不同，并且前一阶段的结果要作为判定是否进入下一阶段评价的依据。,各试验阶段的食用安全性评价内容,四、转基因作物的监管和争论问题解读,安全性评价的一般原则,风险效益平衡原则：转基因作物及其食品的研发是以商业化应用为目标的，除了要进行技术性评估外，还需要进行商业效益评估，以使利益最大化、风险最小化。美国于2001年颁发了转基因小麦安全证书，但2004年孟山都公司主动撤回了商业化种植申请。原因是：小麦是密植冬季作物，草不多、虫害少，转基因抗除草剂、抗虫小麦的外源基因作用有限，性价比不高；美国小麦大量出口，但国外消费者接受转基因小麦程度低，商业前景不明确。熟悉性原则：熟悉外源基因供体生物、外源基因及其目标性状，熟悉受体生物的生物学、生态学、农艺学特征，熟悉转基因产物对健康、环境的作用和影响，有利于判断转基因作物的风险大小。熟悉业已存在转基因作物特征，为类似的转基因作物安全性评价提供借鉴。,四、转基因作物的监管和争论问题解读,美国转基因作物及转基因食品的监管体系,美国转基因安全管理以产品的特性和用途为基础，按照1986年颁布的生物技术法规协调框架，分别由农业部(USDA)、环境保护署(EPA)、食品和药物管理局(FDA)根据各自的职能对基因工程工作及其产品实施安全性管理。USDA的职责是依照联邦植物病虫害法和联邦植物检疫法等法规对转基因作物进行管理，负责转基因产品的种植安全，如审查转基因生物是否会成为有害生物（超级杂草、新病原载体等）。EPA依照联邦杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂法、联邦食品、药物和化妆品法等法规对转基因杀虫(菌/病毒)剂进行管理。一是评估种植该转基因作物对当地生态环境产生的可能影响，二是评估该转基因作物或其产物作为食品，对人体健康产生的可能影响（如毒性、过敏性等）。,四、转基因作物的监管和争论问题解读,美国转基因作物及转基因食品的监管体系,FDA依照联邦食品、药物和化妆品法等法规，评估转基因产品作为食品和食品添加剂的安全性以及标识管理。FDA关注的是成品食物中是否含有有毒、有害成分或潜在有毒、有害成分。如有，是否含量在合理限度以下。另外，就是该食品成分是否与众不同，是否需要标记，以及怎样标记等。,FDA只要求在营养素组成、营养价值或安全性具有明显不同的转基因产品标识，如：不需标识：通过安评的Bt蛋白、油脂；需要标识：新过敏原、维生素高于正常范围。,四、转基因作物的监管和争论问题解读,美国转基因作物及转基因食品的监管体系,四、转基因作物的监管和争论问题解读,我国转基因作物安全管理的法规体系,国家科学技术委员会于1993年颁布了“基因工程安全管理办法”。根据这个办法，农业部1996年制定了“农业生物基因工程安全管理实施办法”。国务院于2001年5月23日颁布了“农业转基因生物安全管理条例”，一直援用至今。根据这个条例，农业部于2002年1月5日发布了“农业转基因生物安全评价管理办法”、“农业转基因生物进口安全管理办法”和“农业转基因生物标识管理办法”3个配套规章，自2002年3月20日起实行。2004年国家质检总局颁布了“进出境转基因产品检验检疫管理办法。之后，以农业部为主，相继建立了农业转基因生物安全评价体系、技术检测体系、监测体系、技术标准化体系。,四、转基因作物的监管和争论问题解读,我国转基因作物的安全管理和评价程序,四、转基因作物的监管和争论问题解读,转基因作物的争论问题：安全性,交锋观点安全未定论：转基因作物安全性尚不确定，现在吃了安全，但不能确认是否存在潜在长期影响，特别是对生殖系统的影响。实质等同论：转基因作物与传统作物没有本质区别，作为食物的成份具有实质等同性，长期食用安全。,分析解读从1994年算起，转基因作物在美国生产和食用已经21年了，安全性评价严格，没有出现安全问题。外源基因、蛋白质在人体内被消化成了与传统食物相同的核苷酸、氨基酸，外源基因进入不了循环系统，更进入不了生殖系统，无从影响后代。吃转基因食品被转基因的观点是站不住脚的。（吃猪肉变猪？）,四、转基因作物的监管和争论问题解读,“吃转基因玉米导致肿瘤”论文的数据分析,Gilles-EricSraliniFoodChemToxi,2012,50:4221-4231,试验设计的缺陷：对照样本少，每个处理样本小。喂600多天，时间太长。试验设计不适合进行统计分析。,四、转基因作物的监管和争论问题解读,“吃转基因玉米导致肿瘤”论文的数据分析,喂非转基因玉米的雄性总死亡率还高些！喂非转基因玉米死亡率3/10=30.0%喂转基因玉米死亡率7/30=23.3%,四、转基因作物的监管和争论问题解读,“吃转基因玉米导致肿瘤”论文的数据分析,四、转基因作物的监管和争论问题解读,转基因作物的争论问题：专利陷阱,反转观点国外大公司拥有大量生物技术专利，其他国家、单位、个人进行研发会掉入其“专利陷阱”，转基因作物研发是为人作嫁，转基因作物推广需要支付巨额专利费。分析解读专利具有时效性、地域性。现在广泛应用的外源基因均在上个世纪发现，专利即将或已经失效；上世纪国外基因专利很少在中国申请保护，这些转基因专利技术在国内是可以自由利用的。国外大公司拥有较多转基因专利，我们就不研发、不涉及转基因技术，结果只会是在转基因技术方面越来越落后。落后就要挨打的历史教训应该牢记!,2008年国家转基因生物新品种培育科技重大专项启动时，绿色和平组织就提出了“谁是中国转基因水稻的真正主人？”的疑问。,四、转基因作物的监管和争论问题解读,绿色和平组织例举侵权专利的分析,宣传文章长达56页，指出中国最接近商业化种植的转基因水稻中，转Bt基因水稻至少涉及11-12项国外专利，转CpTI基因水稻至少涉及5-7项国外专利，转CpTI/Bt基因水稻至少涉及10-11项国外专利。,分析：宣传文章附件12中汇总了中国即将商业化的转基因水稻涉及的国外专利共计171件，调查发现其中有163件没有在中国进行专利申请，只有8件在中国申请了专利保护。（专利分析：谁是中国转基因水稻的真正主人？杂交水稻,2011,26(6):1-5.）,四、转基因作物的监管和争论问题解读,绿色和平组织例举侵权专利的分析,四、转基因作物的监管和争论问题解读,如何避免“专利陷阱”保护知识产权,为何会有“专利陷阱”论蛊惑人心的心理战(造成公众怀疑、反对)，干扰方向的“麻雀战”(沉迷现有杂交育种技术，不进取)，阻碍发展的“阵地战”(延缓研发、阻止商业化应用)。如何保护知识产权基因专利：转基因作物中利用的基因数量不多，且专利老、一般未在中国申请，可利用；我国水稻分子生物学技术领先，具有申请自己新专利的条件。转化事件专利：水稻转化技术领先，具备获得大量转化事件、并申报专利的条件。转基因作物安全证书：政府颁发，可操控余地大。植物新品种权：水稻育种技术领先，具有优势。,四、转基因作物的监管和争论问题解读,转基因作物的争论问题：大公司垄断,反转观点国际大公司凭借资金、人才、技术、市场等各方面的优势垄断转基因作物，让中国成为转基因产品倾销市场，进而操控粮油价格，左右政局。分析解读破除垄断的最佳方法是竞争。大公司具有优势的领域不涉足就永远打不破垄断。加强研发，获得自己的专利、开发自己的优势产品，才能打破垄断，避免受制于人。转基因棉花就是成功的实例（1998年国产占有率5%，2004年国产70%，2012年国产95%以上）。提高技术门槛、限制研发、限制种植等政策性措施是把双刃剑，也是政府被攻击的软肋。,进口转基因大豆的是与非分析进口转基因大豆含油量高、含蛋白质量高、价格较低，具有竞争优势，企业有需求。我国大豆外贸依从度日益提高，但至今没有出现食用油价格和饲料价格的大幅度波动，或被操控的现象。可以预见，我国不仅转基因抗除草剂大豆进口不会减少，转基因抗虫玉米、转基因抗除草剂油菜还将陆续加入进口行列。2014年我国进口大豆超过7100万吨，如不进口就要额外增加3.55亿亩土地来生产（按大豆200kg/亩计算）。保证了生产大豆的土地，那生产水稻、小麦等口粮的土地就失去了保证。因此，进口转基因大豆失去的是大豆产业，保障的是我国主粮安全。,四、转基因作物的监管和争论问题解读,转基因作物的争论问题：进口转基因大豆危及产业安全,反转观点转基因作物安全性不确定，主粮不能贸然推广转基因技术。美国也没有在主粮（小麦）上推广转基因技术。转基因主粮作物一旦放开种植，就会步大豆后尘，导致水稻、小麦、玉米产业的崩溃，危及国家粮食安全。,四、转基因作物的监管和争论问题解读,转基因作物的争论问题：主粮不能转基因,四、转基因作物的监管和争论问题解读,转基因作物的争论问题：主粮不能转基因,分析解读通过安全评价的转基因作物安全性是有保障的，应用20年来没有出现安全性问题。美国2001年就允许转基因小麦（美国的主粮）商业化应用，只是企业觉得性价比不高而放弃了。可以吃转基因副食，不能吃转基因主食，逻辑上不通。,张启发院士,辛世文院士,四、转基因作物的监管和争论问题解读,转基因作物的争论问题：主粮不能转基因,分析解读非转基因大豆产业是无奈的主动放弃，不是被打败了。水稻是我国优势产业，在生产、科研方面均居世界领先地位，国内转基因水稻研究也具有优势，转基因水稻放开后现在不可能被国外转基因水稻打垮。水稻矮化育种、杂种优势利用带来了水稻产量的2次飞跃，但如果不采用新技术，现在的领先地位就会被超越，水稻产业就有被打垮的危险，其它作物也是如此。现在还没有性价比很高的转基因小麦，国内常规小麦育种具有本土优势，现阶段放开转基因小麦问题不大。转基因玉米方面相对落后，现阶段还需要加强技术创新、技术储备和政策保护。,中国转基因作物概况,五、我国转基因作物的现状与发展前景,中国批准商业化种植的转基因作物种类：棉花，西红柿，杨树，番木瓜，甜椒。转基因棉花：转Bt、Sck基因抗棉铃虫棉花。转基因西红柿：转ACC氧化酶反义基因的延迟成熟西红柿；转病毒外壳蛋白基因的抗黄瓜花叶病毒西红柿。转基因杨树：转Bt基因的抗虫杨树。转基因番木瓜：转木瓜环斑病毒复制酶基因的抗环斑花叶病毒木瓜。转基因甜椒：转病毒外壳蛋白基因的抗黄瓜花叶病毒甜椒。,转Bt基因棉花,五、我国转基因作物的现状与发展前景,2014年中国转基因作物的种植面积为390万公顷，主要是转基因棉花。转基因棉花面积从1997年的3.4万公顷，增长到2014的390万公顷，18年增长约115倍。,五、我国转基因作物的现状与发展前景,转基因抗虫棉的推广减少我国农药的使用量(1999-2001),资料来源：摘自Prayetal.2002PlantJ,转Bt基因棉花,郭三堆研究员,五、我国转基因作物的现状与发展前景,我国农民种植抗