第二章 转基因植物的安全性

1、第二章第二章 转基因植物的安全性转基因植物的安全性第一节第一节 转基因植物概况转基因植物概况第二节第二节 转基因植物安全性评价转基因植物安全性评价 第三节第三节 主要转基因植物安全性评价主要转基因植物安全性评价第四节第四节 转基因植物安全管理转基因植物安全管理第一节 转基因植物概述l转基因植物是指采用基因工程手段将外源转基因植物是指采用基因工程手段将外源基因基因( (动物动物, , 微生物微生物, ,或其他植物或其他植物) )导入受体导入受体植物细胞植物细胞, ,并由重组体细胞再生而成的植物并由重组体细胞再生而成的植物体体( (GMP).).转基因植物也称基因修饰植物转基因植物也称基因修饰植物

2、. .l世界上首例转基因植物是世界上首例转基因植物是19831983年问世的转年问世的转基因烟草基因烟草. .l最早进行田间试验的转基因植物是转基因最早进行田间试验的转基因植物是转基因棉花棉花(1986)(1986)l现全球已在现全球已在200200多种植物中实现转基因多种植物中实现转基因. .转基因植物生产疫苗转基因植物生产疫苗一一 转基因植物的应用转基因植物的应用1 全球转基因植物应用的状况全球转基因植物应用的状况l 目前在转基因植物中成功表达的基因主要有目前在转基因植物中成功表达的基因主要有: : 抗抗除草剂基因除草剂基因, , 抗虫基因抗虫基因, , 抗病基因抗病基因, , 抗逆基因抗

3、逆基因, , 品质改良基因品质改良基因, , 雄性不育基因雄性不育基因, , 迟熟基因和改变迟熟基因和改变花色基因等数十种花色基因等数十种. .l 已从这些转基因植物中选育出众多具有丰产、优已从这些转基因植物中选育出众多具有丰产、优质、抗病、抗虫、抗除草剂、抗寒、抗早、耐盐质、抗病、抗虫、抗除草剂、抗寒、抗早、耐盐碱等优良性状的新品种碱等优良性状的新品种. .l 至至20102010年年, , 全球已有全球已有2222个国家共种植个国家共种植1.481.48亿公顷亿公顷转基因作物转基因作物. . 主要种植国家是美国、阿根廷、巴主要种植国家是美国、阿根廷、巴西、加拿大、印度及中国西、加拿大、印度

4、及中国. .2 中国转基因植物应用的现状中国转基因植物应用的现状l 我国从上世纪我国从上世纪9090年代开始转基因植物的研发和应年代开始转基因植物的研发和应用用, , 实现从实现从 跟踪跟踪仿制仿制自主创新自主创新产业化产业化 的的跨越跨越, , 走在发展中国家的前列走在发展中国家的前列. .l 自主克隆的基因已超过自主克隆的基因已超过400400个，其中抗虫基因约个，其中抗虫基因约5050个、抗病基因近个、抗病基因近6060个、抗逆基因个、抗逆基因160160多个、生长发多个、生长发育相关基因近育相关基因近8080个、品质与产量相关基因个、品质与产量相关基因7070多个、多个、抗除草剂基因抗

5、除草剂基因4 4个个, , 共申请专利共申请专利300300多项多项. .l 20102010年年, , 我国共种植转基因植物我国共种植转基因植物350350万公顷万公顷, , 主要主要包括包括: : 棉花、番木瓜、白杨、蕃茄和甜椒等棉花、番木瓜、白杨、蕃茄和甜椒等. . 其其中抗虫棉种植面积占全国棉花总种植面积的中抗虫棉种植面积占全国棉花总种植面积的66%.66%.l 中国已批准进口的转基因农产品包括中国已批准进口的转基因农产品包括: :转基因油菜转基因油菜( (籽籽) )、转基因棉花、转基因玉米、转基因大豆、转基因棉花、转基因玉米、转基因大豆. . 3 转基因植物应用的利弊转基因植物应用的

6、利弊l 中国转基因植物实验品种包括中国转基因植物实验品种包括: : 棉花、木瓜、番棉花、木瓜、番茄、甜椒、杨树、牵牛花、牧草、草莓、葡萄、茄、甜椒、杨树、牵牛花、牧草、草莓、葡萄、甘蔗，可能还有更多甘蔗，可能还有更多. .l 转基因植物的产业化，由于提高产量、品质和节转基因植物的产业化，由于提高产量、品质和节约大量劳力，而带来巨大的经济效益。全球转基约大量劳力，而带来巨大的经济效益。全球转基因植物产品的销售额因植物产品的销售额1995年仅年仅7500万美元，万美元，1996年达年达2.35亿美元，到亿美元，到1999年达到年达到23亿美元亿美元, 预计现已达到预计现已达到35 -45亿美元亿美

7、元.l 种转基因抗病虫和抗逆种转基因抗病虫和抗逆(耐耐)植物可减少农用化学植物可减少农用化学品使用品使用, 有利于改善农业生态环境和农产品安全有利于改善农业生态环境和农产品安全.l 开发利用转基因植物还能够拓展产业形态，提高开发利用转基因植物还能够拓展产业形态，提高产品附加值产品附加值: : 功能性和治疗性转基因食品功能性和治疗性转基因食品; ; 转基因生物能源和环保产品转基因生物能源和环保产品; ; 利用生物反应器生产转基因医药和检测试剂利用生物反应器生产转基因医药和检测试剂. .l 转基因作物及转基因食品的泛滥或失控可能造成转基因作物及转基因食品的泛滥或失控可能造成的对于环境、生态、生物多

8、样性、动物与人类健的对于环境、生态、生物多样性、动物与人类健康的危害或风险康的危害或风险, , 引起越来越多的争议和担扰引起越来越多的争议和担扰. . 转基因植物向外释放对生态环境的风险转基因植物向外释放对生态环境的风险; ; 抗性基因向杂草转移的可能性和潜在危险性抗性基因向杂草转移的可能性和潜在危险性; ; 转基因食品对人体健康的影响转基因食品对人体健康的影响; ; 公众的知情权和消费者权益保护公众的知情权和消费者权益保护. .二二 抗除草剂转基因植物抗除草剂转基因植物1 除草剂的种类及应用除草剂的种类及应用l 除草剂是指能杀死田间杂草的化学药剂除草剂是指能杀死田间杂草的化学药剂. .l 目

9、前使用的除草剂可分为选择性除草剂和灭生性目前使用的除草剂可分为选择性除草剂和灭生性除草剂两类除草剂两类, , 后者为非选择性除草剂后者为非选择性除草剂. .l 选择性除草剂可在一定剂量范围内杀死杂草而对选择性除草剂可在一定剂量范围内杀死杂草而对作物无害或低毒作物无害或低毒. . 可在特定农田中防除部分杂草可在特定农田中防除部分杂草. .l 灭生性除草剂能杀死作物和杂草灭生性除草剂能杀死作物和杂草, , 只能用于种植只能用于种植前除草、定向除草或树下除草前除草、定向除草或树下除草. .l 任何除草剂的过量使用都有可能对作物产生毒害任何除草剂的过量使用都有可能对作物产生毒害和残留和残留, , 包括

10、土壤残留包括土壤残留. .2 抗除草剂转基因作物抗除草剂转基因作物l 一些微生物和植物能够产生分解某种除草剂的酶一些微生物和植物能够产生分解某种除草剂的酶, , 其编码基因称为抗除草剂基因其编码基因称为抗除草剂基因. .l 利用基因工程技术将抗除草剂基因转入植物中表利用基因工程技术将抗除草剂基因转入植物中表达而形成的转基因植物达而形成的转基因植物, ,赋予了抗某种除草剂的特赋予了抗某种除草剂的特性性, , 称为抗除草剂转基因植物称为抗除草剂转基因植物. .l 种植抗除草剂转基因植物的农田可在生长期间较种植抗除草剂转基因植物的农田可在生长期间较高剂量地使用除草剂高剂量地使用除草剂. .l 种植抗

11、除草剂转基因植物可简化除草作业、提高种植抗除草剂转基因植物可简化除草作业、提高产量；并有利于推广少耕或免耕技术，从而保护产量；并有利于推广少耕或免耕技术，从而保护土壤，节约能源、肥料和灌溉用水，具有明显的土壤，节约能源、肥料和灌溉用水，具有明显的经济效益和一定的生态效益。经济效益和一定的生态效益。3 抗除草剂转基因植物的抗性机理抗除草剂转基因植物的抗性机理l 提高靶标酶或靶标蛋白基因的表达量，减轻或消提高靶标酶或靶标蛋白基因的表达量，减轻或消除靶标酶或靶标蛋白受抑制，即被除草剂结合后除靶标酶或靶标蛋白受抑制，即被除草剂结合后仍有相当浓度的靶标物，从而产生除草剂耐性仍有相当浓度的靶标物，从而产生

12、除草剂耐性；l 通过基因突变产生对除草剂不敏感的靶标酶或靶通过基因突变产生对除草剂不敏感的靶标酶或靶标蛋白异构体，使其不能与除草剂结合，但生物标蛋白异构体，使其不能与除草剂结合，但生物活性不降低，因而对除草剂具有抗性。活性不降低，因而对除草剂具有抗性。l 抗除草剂基因表达产生能降解（或转化）除草剂抗除草剂基因表达产生能降解（或转化）除草剂的酶或酶系统，将除草剂分解（或转化）为无毒的酶或酶系统，将除草剂分解（或转化）为无毒或低毒的代谢产物，或在一定程度上降低甚至消或低毒的代谢产物，或在一定程度上降低甚至消解除草剂的危害。解除草剂的危害。三 抗虫转基因植物1 抗虫转基因植物的应用状况抗虫转基因植物

13、的应用状况l 害虫是农业的第一危害，引起作物产量下降、品害虫是农业的第一危害，引起作物产量下降、品质降低，而杀虫剂的应用在减少虫害的同时，也质降低，而杀虫剂的应用在减少虫害的同时，也可能导致害虫的抗药性和农药在植物产品和土壤可能导致害虫的抗药性和农药在植物产品和土壤中的残留中的残留. .l 将苏云金芽孢杆菌将苏云金芽孢杆菌(Bt)(Bt)毒蛋白基因转入植物中表毒蛋白基因转入植物中表达达, , 所产生的转基因植物细胞能产生毒蛋白所产生的转基因植物细胞能产生毒蛋白, , 表表现出抗虫性现出抗虫性, , 称为转基因抗虫植物称为转基因抗虫植物. .l 1987年美年美Agracetus公司首获转基因抗

14、虫棉公司首获转基因抗虫棉, 一一 年后年后Monsanto公司获基因改造后的转基因抗虫公司获基因改造后的转基因抗虫棉棉, 1995年获美环保局批准登记进入商业化生产年获美环保局批准登记进入商业化生产.l 已获转已获转Bt抗虫棉的国家有美、中、澳、埃、法、抗虫棉的国家有美、中、澳、埃、法、印、俄、泰等国印、俄、泰等国. .l 中国中国19901990年自主分离获年自主分离获BtBt基因克隆，其后对基因克隆，其后对BtBt基基因进行改造，人工合成因进行改造，人工合成 BtCry IA基因基因. 1993. 1993年将年将BtCry IA基因成功转入中棉基因成功转入中棉12和泗棉和泗棉3号等主栽号

15、等主栽品种品种, 表现对棉铃虫抗虫能力达表现对棉铃虫抗虫能力达90%以上以上.l 此后此后, 我国科学家还将我国科学家还将BtCry IA基因和基因和修饰后的豇修饰后的豇豆胰蛋白酶抑制基因豆胰蛋白酶抑制基因CPTI共导入棉花共导入棉花, 获双价抗获双价抗虫棉虫棉, 1997年农业部批准转基因抗虫棉商业化生年农业部批准转基因抗虫棉商业化生产产, 到目前共审批了到目前共审批了60个单价和双价抗虫棉品种个单价和双价抗虫棉品种.l 我国抗虫棉种植从我国抗虫棉种植从1998年年27万公顷万公顷(5.4%)发展至发展至2005年的年的330万公顷万公顷(70%以上以上), 目前抗虫棉种植目前抗虫棉种植约占

16、棉花总种植面积的约占棉花总种植面积的80%左右左右.l 除抗虫棉除抗虫棉, , 我国还批准转我国还批准转Bt玉米进行环境释放试玉米进行环境释放试验验; ; 抗虫稻已完成实验室研制抗虫稻已完成实验室研制, , 尚未商业化种植尚未商业化种植. .2 抗虫转基因植物的抗虫机理抗虫转基因植物的抗虫机理- Bt- Bt毒蛋白毒蛋白l BtBt毒蛋白对鳞翅目、双翅目、鞘翅目等毒蛋白对鳞翅目、双翅目、鞘翅目等9 9个目的昆个目的昆虫，螨类、寄生性线虫、原生动物、扁形动物等虫，螨类、寄生性线虫、原生动物、扁形动物等有特异性毒性，对人畜安全，害虫不易产生抗毒有特异性毒性，对人畜安全，害虫不易产生抗毒性，易于工业

17、化生产性，易于工业化生产( ( BtBt 杀虫剂杀虫剂).).l BtBt毒蛋白毒蛋白( (ICP) )由由N端活性片段和端活性片段和C端结构片段构端结构片段构成成, , 为碱溶性蛋白为碱溶性蛋白, , 被敏感昆虫取食后被敏感昆虫取食后, , 由于其由于其肠道的碱性条件肠道的碱性条件, ICP, ICP受消化酶的作用受消化酶的作用, , 产生有活产生有活性的毒性肽性的毒性肽, , 作用于昆虫中肠上皮细胞作用于昆虫中肠上皮细胞, , 与膜上与膜上特异受体结合特异受体结合, , 使细胞穿孔使细胞穿孔, , 细胞结构受破坏而细胞结构受破坏而丧失吸收功能丧失吸收功能, , 最终导致昆虫死亡最终导致昆虫

18、死亡. .l 目前已发现有多种功能不同的目前已发现有多种功能不同的BtBt毒蛋白毒蛋白, , 其毒力其毒力和杀虫的特异性有一定差异和杀虫的特异性有一定差异. .2 抗虫转基因植物的抗虫机理抗虫转基因植物的抗虫机理-蛋白酶抑制剂蛋白酶抑制剂l 蛋白酶抑制剂是由植物组织细胞产生并储存的一蛋白酶抑制剂是由植物组织细胞产生并储存的一类天然蛋白质类天然蛋白质. .l 蛋白酶抑制剂能与蛋白酶的活性部位或变构部位蛋白酶抑制剂能与蛋白酶的活性部位或变构部位特异性结合特异性结合, , 抑制其催化活性抑制其催化活性, , 或阻止蛋白酶原或阻止蛋白酶原转化为有活性的蛋白酶转化为有活性的蛋白酶, , 从而调节蛋白质代

19、谢从而调节蛋白质代谢. .l 当植物组织受损伤时当植物组织受损伤时, , 细胞内蛋白酶抑制剂的表细胞内蛋白酶抑制剂的表达量剧增达量剧增. .l 昆虫取食植物组织昆虫取食植物组织, , 植物组织中的蛋白酶抑制剂植物组织中的蛋白酶抑制剂与其消化道中的蛋白酶特异结合与其消化道中的蛋白酶特异结合, , 抑制蛋白酶活抑制蛋白酶活性性, , 影响昆虫对食物中蛋白质的消化吸收影响昆虫对食物中蛋白质的消化吸收, , 扰乱扰乱昆虫的正常代谢昆虫的正常代谢, , 导致其发育异常导致其发育异常, , 最终致死最终致死. .2 抗虫转基因植物的抗虫机理抗虫转基因植物的抗虫机理外源凝集素外源凝集素l 外源凝集素是一组广

20、泛存在于植物组织中的蛋白外源凝集素是一组广泛存在于植物组织中的蛋白质质, , 在不同植物及植物的不同器官中的分布有一在不同植物及植物的不同器官中的分布有一定差异定差异, , 以种子中含量最高以种子中含量最高. .l 植物组织被昆虫取食后植物组织被昆虫取食后, ,外源凝集素释放出来外源凝集素释放出来, , 与与肠道围食膜上的糖蛋白结合肠道围食膜上的糖蛋白结合, , 影响昆虫的营养吸影响昆虫的营养吸收收. . 此外此外, , 外源凝集素还可诱发昆虫消化道的病外源凝集素还可诱发昆虫消化道的病灶灶, , 促进肠道有害细菌的增生促进肠道有害细菌的增生, , 对虫体造成危害对虫体造成危害. .l 外源凝集

21、素对人畜有毒副作用外源凝集素对人畜有毒副作用, , 应用于转基因食应用于转基因食品生产有难度品生产有难度, , 但豌豆和雪花莲的外源凝集素对但豌豆和雪花莲的外源凝集素对人毒性极低人毒性极低, , 对昆虫强毒对昆虫强毒, , 因而受到重视因而受到重视. .四四 抗病转基因植物抗病转基因植物1 植物病害与抗病性植物病害与抗病性l 植物病害的病原生物包括真菌、细菌、病毒、支植物病害的病原生物包括真菌、细菌、病毒、支原体和线虫等。原体和线虫等。l 植物病害可导致植物体组织细胞受损、新陈代谢植物病害可导致植物体组织细胞受损、新陈代谢异常、生长发育不正常、种性退化等症状，严重异常、生长发育不正常、种性退化

22、等症状，严重的可导致死亡。的可导致死亡。l 在农业生产上，植物病害可引起严重减产、品质在农业生产上，植物病害可引起严重减产、品质降低降低、甚至使农产品带病菌毒素甚至使农产品带病菌毒素, , 影响人体健康影响人体健康. .l 抗病育种一直是主要的育种目标，其中抗病转基抗病育种一直是主要的育种目标，其中抗病转基因植物的选育越来越受重视。因植物的选育越来越受重视。平整土地平整土地2 抗病基因的抗病机理抗病基因的抗病机理l 植物抗病基因：来自植物，在植物生长发育的某植物抗病基因：来自植物，在植物生长发育的某个阶段或全生长期组成性表达，其表达产物能抑个阶段或全生长期组成性表达，其表达产物能抑制病原生物的

23、生长或消解病原毒素的作用。制病原生物的生长或消解病原毒素的作用。l 抗真菌病害机理：病程相关蛋白抗真菌病害机理：病程相关蛋白PR, PR, 核糖体大亚核糖体大亚单位灭活蛋白单位灭活蛋白, , 植物凝集素植物凝集素( (与胞壁几丁质结合与胞壁几丁质结合),), 次生代谢物关键酶次生代谢物关键酶( (产生植保素的酶或酶系产生植保素的酶或酶系),), 真真菌酶菌酶, , 毒素抑制剂毒素抑制剂. .l 抗细菌病害机理抗细菌病害机理: : 抗菌肽抗菌肽( (破坏细胞膜破坏细胞膜),), 溶菌酶溶菌酶 ( (破坏细胞壁破坏细胞壁).).l 抗病毒病害机理抗病毒病害机理: : 抗外壳蛋白基因抗外壳蛋白基因(

24、 (抑制细胞合成抑制细胞合成外壳蛋白外壳蛋白),), 复制酶介导的抗性复制酶介导的抗性( (抑制病毒抑制病毒RNARNA复制复制酶基因表达酶基因表达),), 小分子小分子RNARNA介导的抗病性介导的抗病性(RNA(RNA干扰干扰) )五五 利用转基因植物的优势利用转基因植物的优势l改良植物性状改良植物性状: : 打破物种间的生殖隔离打破物种间的生殖隔离, , 实现无障碍基因重组实现无障碍基因重组, , 产生新性状产生新性状. .l改善植物产品品质改善植物产品品质: : 获得本物种所不具备获得本物种所不具备的蛋白质、氨基酸、脂肪酸、糖成份等。的蛋白质、氨基酸、脂肪酸、糖成份等。l改良花色：新花

25、叶颜色、荧光色等改良花色：新花叶颜色、荧光色等l生物反应器：培养细胞分离次生代谢物、生物反应器：培养细胞分离次生代谢物、生产药品、酶制剂、以及其他生物制品。生产药品、酶制剂、以及其他生物制品。l改良产品货架期和贮运品质：迟熟蕃茄。改良产品货架期和贮运品质：迟熟蕃茄。 第二节第二节 转基因植物安全性评价转基因植物安全性评价 l所谓安全性，是指某一事物或事件在一定所谓安全性，是指某一事物或事件在一定条件下所造成的危害程度条件下所造成的危害程度( (是否危险是否危险? ? 危险危险性多大性多大?)?)和公众对风险的接受程度。和公众对风险的接受程度。l安全性评价是对某一事物或事件的安全性安全性评价是对

26、某一事物或事件的安全性进行权衡，了解是否有害、发生概率和危进行权衡，了解是否有害、发生概率和危害的可接受程度。害的可接受程度。l转基因植物的安全性评价应贯穿从研发到转基因植物的安全性评价应贯穿从研发到应用的全过程应用的全过程, , 不仅是对当前的评价不仅是对当前的评价, , 也也应包括对将来的评价，既针对转基因植物应包括对将来的评价，既针对转基因植物本身，也针对其衍生产品本身，也针对其衍生产品. .1 转基因植物杂草化转基因植物杂草化l 杂草是适应人工环境、持续危害栽培植物和耕作的杂草是适应人工环境、持续危害栽培植物和耕作的非目标栽培植物的统称。非目标栽培植物的统称。l 杂草在漫长进化中由于自

27、然选择作用，适应了耕地杂草在漫长进化中由于自然选择作用，适应了耕地生态环境，具有对目标栽培植物的自然竞争优势：生态环境，具有对目标栽培植物的自然竞争优势： 旺盛而顽强的生命力旺盛而顽强的生命力 抗抗( (耐耐) )逆性和繁殖力极强逆性和繁殖力极强 可塑性大可塑性大 在不同生境下的生长发育和繁殖调节在不同生境下的生长发育和繁殖调节 繁衍的复杂性和强势性繁衍的复杂性和强势性 结实率高、种子寿命长结实率高、种子寿命长 繁殖方式多样繁殖方式多样、有利传播有利传播 种子成熟度参差不齐种子成熟度参差不齐 再生能力强再生能力强一一 转基因植物的生态风险转基因植物的生态风险l 杂草化是原本自然分布或被栽培的植

28、物在人工生杂草化是原本自然分布或被栽培的植物在人工生境中演化成为杂草的过程。理论上，野生植物和境中演化成为杂草的过程。理论上，野生植物和栽培植物如果在人工生境中不受控制，都有演化栽培植物如果在人工生境中不受控制，都有演化为杂草的潜力。为杂草的潜力。l 转基因植物由于导入新基因，有可能改变其生存转基因植物由于导入新基因，有可能改变其生存竞争力，或产生更强的抗逆性和适应性，释放到竞争力，或产生更强的抗逆性和适应性，释放到环境中如果管控不当，就有可能演化为杂草。环境中如果管控不当，就有可能演化为杂草。l 许多性状的改变都可能增加转基因植物演化为杂许多性状的改变都可能增加转基因植物演化为杂草的潜力和趋

29、势：草的潜力和趋势： 对有害生物和逆境的抗对有害生物和逆境的抗( (耐耐) )性的提高；性的提高； 种子休眠期改变、萌发率提高、繁殖力增强；种子休眠期改变、萌发率提高、繁殖力增强； 转基因植物的自然突变产生新的有利性状。转基因植物的自然突变产生新的有利性状。2 转基因植物的基因漂移转基因植物的基因漂移l 基因漂移或转基因逃逸是指由遗传工程方法转移基因漂移或转基因逃逸是指由遗传工程方法转移到某一生物体的遗传信息到某一生物体的遗传信息( (目标基因目标基因) )在非转基因在非转基因生物的个体生物的个体、种群乃至物种之间自发移动的过程种群乃至物种之间自发移动的过程. .l 基因漂移包括：目标基因在转

30、基因作物同品种个基因漂移包括：目标基因在转基因作物同品种个体间移动体间移动；在该作物不同品种间移动；在该作物在该作物不同品种间移动；在该作物的野生近缘种的野生近缘种( (包括其杂草类型包括其杂草类型) )间移动间移动. . 在同一在同一转基因品种个体间的基因漂移不会造成生物安全转基因品种个体间的基因漂移不会造成生物安全问题问题，但转基因流向非转基因品种或其野生近缘但转基因流向非转基因品种或其野生近缘种可能带来一系列的生物安全问题种可能带来一系列的生物安全问题. .l 基因漂移主要通过以下两种方式实现：一是种子基因漂移主要通过以下两种方式实现：一是种子传播传播；二是花粉流即有性杂交二是花粉流即有

31、性杂交. .l 转基因植物的种子传播是指其种子传播到另一个转基因植物的种子传播是指其种子传播到另一个品种或其野生近缘种的种群内品种或其野生近缘种的种群内, , 并建立能自我繁并建立能自我繁育的个体育的个体. . 种子传播导致基因逃逸的距离较近种子传播导致基因逃逸的距离较近. .l 转基因植物的花粉流传播是通过花粉与其他非转转基因植物的花粉流传播是通过花粉与其他非转基因品种或其野生近缘种进行杂交和回交基因品种或其野生近缘种进行杂交和回交, , 而在而在非转基因品种非转基因品种、野生近缘种的种群中建立可育的野生近缘种的种群中建立可育的杂交和回交后代的过程杂交和回交后代的过程. . 通过花粉传播而导

32、致的通过花粉传播而导致的基因漂移可以是远距离的基因漂移可以是远距离的. .l 通过花粉流发生的基因漂移的转基因必须是位于通过花粉流发生的基因漂移的转基因必须是位于细胞核内，即染色体基因组上细胞核内，即染色体基因组上. . 细胞质基因组上细胞质基因组上的基因通常不能通过花粉传播的基因通常不能通过花粉传播. .l 发生花粉流基因漂移的基本条件发生花粉流基因漂移的基本条件: : 亲和性亲和性; ; 花期花期一致一致; ; 空间距离空间距离; ; 杂交后代的适合度杂交后代的适合度. .3 对非目标生物的影响对非目标生物的影响l 对传粉昆虫的影响对传粉昆虫的影响: : 包括对取食花粉和花蜜行为包括对取食

33、花粉和花蜜行为的影响的影响, , 花粉花蜜成份变化对其生长发育的影响花粉花蜜成份变化对其生长发育的影响. .l 对天敌昆虫的影响对天敌昆虫的影响: : 即转基因植物影响取食害虫即转基因植物影响取食害虫的生长发育的生长发育, , 进而对取食昆虫的天敌发生影响进而对取食昆虫的天敌发生影响, , 或者发生毒性转移或者发生毒性转移. .l 对次要害虫的影响对次要害虫的影响: : 由于转基因抗虫植物使主要由于转基因抗虫植物使主要害虫受抑制害虫受抑制, , 导致次要害虫的数量增加导致次要害虫的数量增加. .l 对非靶标生物影响对非靶标生物影响: : 指转基因抗除草剂植物的应指转基因抗除草剂植物的应用导致除

34、草剂使用增加，杀灭杂草后用导致除草剂使用增加，杀灭杂草后, , 使以其为使以其为食的昆虫、鸟类、爬行类和哺乳动物成为受害者食的昆虫、鸟类、爬行类和哺乳动物成为受害者. .l 目标害虫对转基因植物的抗性目标害虫对转基因植物的抗性. .4 对土壤生态系统的影响对土壤生态系统的影响l 转基因植物影响土壤生物（动植物和微生物）群转基因植物影响土壤生物（动植物和微生物）群落的结构，最终导致土壤生态系统功能的改变落的结构，最终导致土壤生态系统功能的改变. .l 种植转基因植物后种植转基因植物后, ,留在土壤中的植物残体和植物留在土壤中的植物残体和植物根系分泌物在一定程度上影响土壤微生物的数量根系分泌物在一

35、定程度上影响土壤微生物的数量的增减的增减, , 且对不同种类的微生物的影响可能不同且对不同种类的微生物的影响可能不同. .l 转基因植物残体转基因植物残体( (成份变化成份变化) )也可能影响土壤中或也可能影响土壤中或地表上取食动物的代谢和生长发育地表上取食动物的代谢和生长发育. .l 地表动植物、土壤动物和微生物的变化直接或间地表动植物、土壤动物和微生物的变化直接或间接影响土壤理化特性接影响土壤理化特性. .l 土壤生物和土壤理化特性的变化导致土壤生态系土壤生物和土壤理化特性的变化导致土壤生态系统结构和功能的变化统结构和功能的变化. .5 转基因植物的其他安全性问题转基因植物的其他安全性问题

36、l 抗病毒转基因植物可能引起的潜在风险抗病毒转基因植物可能引起的潜在风险: : 病毒基病毒基因组之间的重组因组之间的重组, , 病毒基因组与外壳蛋白的重组病毒基因组与外壳蛋白的重组. .l 对农田杂草群落的影响对农田杂草群落的影响: : 除草剂使用后使出苗杂除草剂使用后使出苗杂草被杀死草被杀死, , 但未出苗种子不受损害但未出苗种子不受损害, , 导致后期杂导致后期杂草群落的变化草群落的变化; ; 重复多次使用同类除草剂会诱发重复多次使用同类除草剂会诱发杂草的抗药性杂草的抗药性; ; 抗除草剂基因的漂移可能会产生抗除草剂基因的漂移可能会产生抗除草剂的杂草抗除草剂的杂草. .l 推广抗除草剂转基

37、因植物可能增加除草剂的使用推广抗除草剂转基因植物可能增加除草剂的使用, , 加重对土壤环境的污染加重对土壤环境的污染, ,也加重对除草剂使用的依也加重对除草剂使用的依赖性赖性, , 从而加速抗性杂草的演化从而加速抗性杂草的演化. .l 转基因植物产品特别是食品对人体健康的风险转基因植物产品特别是食品对人体健康的风险. .转基因植物的生态风险转基因植物的生态风险 对环境的不利影响对环境的不利影响 造成影响的过程造成影响的过程农田农田 增加杀虫剂使用增加杀虫剂使用 抗虫基因转移而致害虫危害作物抗虫基因转移而致害虫危害作物生态生态 产生新的农田杂草产生新的农田杂草 基因漂移和杂交而致杂草化基因漂移和

38、杂交而致杂草化系统系统 自身变为杂草自身变为杂草 转基因植物自然竞争优势转基因植物自然竞争优势 产生新病毒产生新病毒 其他病毒基因组与外壳蛋白组装其他病毒基因组与外壳蛋白组装 产生新病虫害产生新病虫害 新原新原- -植物互作，昆虫植物互作，昆虫- -植物互作植物互作 对非目标生物伤害对非目标生物伤害 食草动物误食食草动物误食自然自然 成为新的入侵生物成为新的入侵生物 花粉花粉/ /种子传播、竞争、失控种子传播、竞争、失控生态生态 生物遗传多样性的生物遗传多样性的 基因流基因流、杂交杂交、竞争竞争、胁迫、胁迫、系统系统 下降或丧失下降或丧失 迅速扩繁迅速扩繁 对非目标生物伤害对非目标生物伤害 改

39、变互生、共生关系改变互生、共生关系 初级生产力的改变初级生产力的改变 物种组成或种群结构改变物种组成或种群结构改变 土壤流失增加土壤流失增加 群落结构与环境互作群落结构与环境互作 二二 转基因植物安全性评价简介转基因植物安全性评价简介概述概述：l 依据我国依据我国农业转基因生物安全评价管理办法农业转基因生物安全评价管理办法, 对转基因植物的安全性实行分级评价和管理对转基因植物的安全性实行分级评价和管理.l 农业转基因生物安全评价管理办法农业转基因生物安全评价管理办法规定规定, 按按照转基因植物对人、动植物、微生物和生态环境照转基因植物对人、动植物、微生物和生态环境的危险程度，从不存在危险、低度

40、危险、中度危的危险程度，从不存在危险、低度危险、中度危险至高度危险，分为四个安全等级险至高度危险，分为四个安全等级.l 转基因植物安全性评价主要包括转基因植物安全性评价主要包括: 受体植物的安受体植物的安全性评价、基因操作的安全性评价、转基因植物全性评价、基因操作的安全性评价、转基因植物的安全性评价和转基因植物产品的安全性评价的安全性评价和转基因植物产品的安全性评价.1 1 受体植物的安全性评价受体植物的安全性评价l 受体植物的安全性评价首先需了解其背景资料受体植物的安全性评价首先需了解其背景资料, , 包括包括: : 学名和俗名学名和俗名, , 分类地位分类地位, , 品种或品系品种或品系,

41、 ,野生野生还是栽培还是栽培, , 原产地及引种时间原产地及引种时间, , 用途及种植加工用途及种植加工历史历史, , 应用期间的安全记录应用期间的安全记录, , 杂草化的可能性等杂草化的可能性等. .l 受体植物的生物学特性受体植物的生物学特性: : 生长发育特性生长发育特性, , 毒性及毒性及存在部位存在部位, , 致敏性及敏原部位致敏性及敏原部位, , 繁殖方式繁殖方式, , 品种品种间或种间异交率间或种间异交率, , 育性育性, , 耐逆性耐逆性, , 适应性等适应性等. .l 受体植物的生态环境受体植物的生态环境: : 地理分布地理分布, , 自然生境自然生境, , 生生长发育的环境

42、要求长发育的环境要求, , 与其他生物的生态关系与其他生物的生态关系. .l 受体植物遗传变异性及其可能对人体健康和生态受体植物遗传变异性及其可能对人体健康和生态环境的不利影响。环境的不利影响。 2 基因操作的安全性评价基因操作的安全性评价l 目的基因性状表现：基因、性状与功能的关系；目的基因性状表现：基因、性状与功能的关系；目的基因的物理图谱和遗传图谱；对受体植物其目的基因的物理图谱和遗传图谱；对受体植物其他基因功能作用的影响。他基因功能作用的影响。l 插入插入( (删除删除) )序列及其大小和结构、所在基因组及序列及其大小和结构、所在基因组及其定位、拷贝数。其定位、拷贝数。l 载体的名称、

43、来源、结构、特性、安全性、漂移载体的名称、来源、结构、特性、安全性、漂移性，以及演变为致病性的可能性；载体上标记基性，以及演变为致病性的可能性；载体上标记基因、报告基因、酶切位点、表达和调控序列。因、报告基因、酶切位点、表达和调控序列。l 插入序列表达的资料：表达的器官和组织，表达插入序列表达的资料：表达的器官和组织，表达量及表达的稳定性，表达产物的生物活性。量及表达的稳定性，表达产物的生物活性。3 转基因植物及其产品的安全性评价转基因植物及其产品的安全性评价l 转基因植物的安全性。包括：转基因植物与受体转基因植物的安全性。包括：转基因植物与受体植物在环境安全性方面的差异；转基因植物与受植物在

44、环境安全性方面的差异；转基因植物与受体植物在对人体健康影响方面的差异，以及食用体植物在对人体健康影响方面的差异，以及食用转基因植物的安全性差异。转基因植物的安全性差异。l 转基因植物产品的安全性。包括：生产、加工活转基因植物产品的安全性。包括：生产、加工活动对转基因植物安全性的影响；转基因植物产品动对转基因植物安全性的影响；转基因植物产品的稳定性；转基因植物与转基因植物产品在环境的稳定性；转基因植物与转基因植物产品在环境安全性上的差异；转基因植物与转基因植物产品安全性上的差异；转基因植物与转基因植物产品对人体健康影响方面的差异。对人体健康影响方面的差异。l 对人体健康的影响包括：致病性、致敏性

45、、营养对人体健康的影响包括：致病性、致敏性、营养性、是否存在抗营养因子、抗生素抗性，等等。性、是否存在抗营养因子、抗生素抗性，等等。三三 转基因植物杂草化的安全性评价转基因植物杂草化的安全性评价1 转基因植物杂草化的评价方法转基因植物杂草化的评价方法l Rissler and Mellon 提出三步式评估法提出三步式评估法( (1996).). 第一步第一步: : 转基因植物的亲本是否具有杂草性转基因植物的亲本是否具有杂草性, , 是是 否有近缘杂草物种否有近缘杂草物种? ? 是是较高风险较高风险 否否无或低风险无或低风险 第二步第二步: : 转基因植物与亲本植物相比是否具有转基因植物与亲本植

46、物相比是否具有更更 高的生态上的行为表现高的生态上的行为表现, , 如生长优势如生长优势、 适应性强、繁殖率高等适应性强、繁殖率高等. .有有较高风险较高风险 无无较低风险较低风险 第三步第三步: : 转基因植物与亲本植物相比转基因植物与亲本植物相比, , 其杂草其杂草化化 趋势是否增加趋势是否增加. . 是是较高风险较高风险 否否较低风险较低风险l 种群替代种群替代 指当年种群被自已产生后代或被另一指当年种群被自已产生后代或被另一类更有活力植物后代所取代的过程类更有活力植物后代所取代的过程. . 种群替代实种群替代实验可检验转基因植物不同世代间其基因型的增减验可检验转基因植物不同世代间其基因

47、型的增减变化变化( (生态行为表现生态行为表现): ): 即转基因植物种群自身被即转基因植物种群自身被替代的频率和种群种子库的持久性替代的频率和种群种子库的持久性. .净替代率净替代率 R = R = 后代产生的种子数后代产生的种子数/ /播种的种子数播种的种子数 若若 R 1, , 则种群不能自我更新维持则种群不能自我更新维持, , 需人工种植需人工种植 若若 R 1, , 则种群刚好能够自我更新维持则种群刚好能够自我更新维持 若若 R 1, , 则种群能自我扩增维持则种群能自我扩增维持, , 扩增倍数扩增倍数 R-1l 种子半衰期种子半衰期 指达到种子库中有一半种子死亡或只指达到种子库中有

48、一半种子死亡或只有一半种子萌发时所需要的时间有一半种子萌发时所需要的时间. .l 第一步 转基因植物的亲本是否具有杂草性转基因植物的亲本是否具有杂草性, , 亲本植物是否有近缘杂草物种亲本植物是否有近缘杂草物种? ? 是 否 较高风险 较低或无风险 进入第二步 进入第二步 标准的实验评估 简化的实验评估l 第二步 转基因植物与亲本植物相比是否具有转基因植物与亲本植物相比是否具有 更高的生态行为上的表现更高的生态行为上的表现? ? 种群替代实验种群替代实验 种群替代实验种群替代实验 是 否 较高风险较高风险 较低风险较低风险 进入第三步进入第三步 分析结束分析结束 或对其商业化或对其商业化 生产

49、重新考虑生产重新考虑l 第三步第三步 转基因植物的杂草化趋势是否增加转基因植物的杂草化趋势是否增加? ? 杂草化实验杂草化实验 是是 否否 较高风险较高风险 较低风险较低风险 对其商业化对其商业化 分析结束分析结束 生产重新考虑生产重新考虑2 转基因植物杂草化的风险评估转基因植物杂草化的风险评估l 生存竞争力生存竞争力: : 竞争力竞争力( (与受体品种和当地常规品种与受体品种和当地常规品种相比较的萌发率和生长势相比较的萌发率和生长势) )强则杂草化潜力大强则杂草化潜力大. .l 繁殖能力繁殖能力: : 包括结实率和无性繁殖能力包括结实率和无性繁殖能力, , 繁殖能繁殖能力越强则其种群替代能力

50、也越强力越强则其种群替代能力也越强. .l 在野生环境和人工生境中的持续性在野生环境和人工生境中的持续性: : 转基因植物转基因植物能否在不同生境中自生繁衍是其杂草化潜力的重能否在不同生境中自生繁衍是其杂草化潜力的重要因素要因素. .l 落粒性及种子在土壤中的存活时期落粒性及种子在土壤中的存活时期: : 杂草具有果杂草具有果实种子成熟期相差较大实种子成熟期相差较大, , 边成熟边落粒边成熟边落粒, , 种子在种子在土壤中保持长时期活力的特性土壤中保持长时期活力的特性. .l 适应性和抗适应性和抗( (耐耐) )逆性逆性: : 杂草的适应性和抗杂草的适应性和抗( (耐耐) )逆逆性是否强于栽培植

51、物性是否强于栽培植物. .四四 抗性基因漂移的安全性评价抗性基因漂移的安全性评价1 通过有性杂交发生的抗性基因漂移通过有性杂交发生的抗性基因漂移l 转基因植物花粉传播距离的测定转基因植物花粉传播距离的测定 确定安全距离和设置隔离带的依据确定安全距离和设置隔离带的依据 研究传粉距离的方法研究传粉距离的方法: : 直接观察法直接观察法 诱饵植物检测法诱饵植物检测法l 转基因植物传粉距离及影响因子转基因植物传粉距离及影响因子 不同转基因植物的传粉特性对传粉距离的影响不同转基因植物的传粉特性对传粉距离的影响 转基因植物在不同环境条件下传粉距离的差异转基因植物在不同环境条件下传粉距离的差异 转基因植物在

52、不同气象条件下传粉距离的差异转基因植物在不同气象条件下传粉距离的差异 转基因植物释放规模对传达粉距离的影响转基因植物释放规模对传达粉距离的影响直接观察法：直接观察法： 以转基因植物样方为中心，在不同方向以相同的以转基因植物样方为中心，在不同方向以相同的 距离一般为距离一般为1010米）设置花粉收集器，使其中之米）设置花粉收集器，使其中之 一正对风向一正对风向( (以此计算收集的花粉粒数量以此计算收集的花粉粒数量) )； 在盛花期计算每天每立方米空气中的花粉粒数量在盛花期计算每天每立方米空气中的花粉粒数量 收集器花粉量收集器花粉量 / /( (收集器面积收集器面积风速风速时间时间) ) 诱饵植物

53、检测法：诱饵植物检测法： 以转基因植物样方为中心以转基因植物样方为中心, , 在不同方向和不同距在不同方向和不同距 离取一定面积种植诱饵植物离取一定面积种植诱饵植物; ; 收获成熟的诱饵植物种子收获成熟的诱饵植物种子, , 分析其中转基因存在分析其中转基因存在 的频率的频率(DNA(DNA分析分析, ,或后代性状分析或后代性状分析).).不足：不足：前者包括了死花粉前者包括了死花粉, , 后者则受到亲和性影响后者则受到亲和性影响2 转基因植物与野生近缘种杂交结实率研究转基因植物与野生近缘种杂交结实率研究 - -花粉萌发花粉萌发、杂交结实率杂交结实率、杂种后代育性杂种后代育性l 人工授粉条件下的

54、杂交亲和性研究人工授粉条件下的杂交亲和性研究 人工去雄人工去雄-套袋套袋-人工授粉人工授粉-套袋防串粉套袋防串粉 亲和性指数：饱满种子粒数亲和性指数：饱满种子粒数/ /授粉花蕾数授粉花蕾数l 杂交不亲和性的表现程度：杂交不亲和性的表现程度： 花粉不萌发花粉不萌发 高不亲和性高不亲和性 花粉管不能穿过柱头花粉管不能穿过柱头 花粉管在花柱不同位置停止生长花粉管在花柱不同位置停止生长 不能受精不能受精 杂种胚乳败育，杂种胚生长停滞杂种胚乳败育，杂种胚生长停滞 杂种结实，但杂种后代不育杂种结实，但杂种后代不育 低不亲和性低不亲和性l 克服杂交不亲和性克服杂交不亲和性-胚胎抢救胚胎抢救 人工授粉后子房离

55、体培养技术人工授粉后子房离体培养技术 -杂种杂种 杂种杂种 人工授粉后胚珠离体培养技术人工授粉后胚珠离体培养技术 -幼苗幼苗 育性育性 人工授粉后幼胚离体培养技术人工授粉后幼胚离体培养技术 -鉴定鉴定 观察观察l 抗性基因流动率估算抗性基因流动率估算-开放授粉开放授粉 转基因植物与野生近缘种混合种植转基因植物与野生近缘种混合种植 收集野生收集野生 转基因植物与野生近缘种隔行种植转基因植物与野生近缘种隔行种植 近缘植物近缘植物 野生近缘植物围绕转基因植物种植野生近缘植物围绕转基因植物种植 全部种子全部种子 携抗性基因株数携抗性基因株数 抗性基因流动率计算：流动率抗性基因流动率计算：流动率 = =

56、 被检则的植株数被检则的植株数3 基因渗入基因渗入基因渗入是转基因及其控制的性状从转基因植物进入基因渗入是转基因及其控制的性状从转基因植物进入非转基因植物非转基因植物( (同品种同品种, , 异品种异品种, , 异种异种) )的过程的过程. .向向转基因植物近缘野生种的基因渗入转基因植物近缘野生种的基因渗入, , 决定于决定于: :l 转基因植物与野生近缘种的杂交和回交转基因植物与野生近缘种的杂交和回交 只有实现杂交才有可能向近缘野生植物基因渗入只有实现杂交才有可能向近缘野生植物基因渗入; ; 通过多次回交可使转基因向近缘野生种扩散通过多次回交可使转基因向近缘野生种扩散; ; 杂交和回交后代适

57、合度较高时基因漂移才稳定杂交和回交后代适合度较高时基因漂移才稳定. .l 杂交和回交后代的适合度杂交和回交后代的适合度适合度实际上就是一种适合度实际上就是一种( (类类) )生物与其他生物相比较生物与其他生物相比较 时的竞争力时的竞争力. . 可分为营养适合度和生殖适合度可分为营养适合度和生殖适合度. .营养适合度：种子萌发营养适合度：种子萌发、生长势生长势、营养体营养体、光合能力光合能力. .生殖适合度生殖适合度: : 开花结实开花结实、花粉活力花粉活力、种子数种子数、种子活力种子活力. .五五 转基因植物花粉漂移的三步评估法转基因植物花粉漂移的三步评估法1 基因流分析基因流分析转基因能否流

58、向近缘种杂草转基因能否流向近缘种杂草? ?l 转基因植物与近缘杂草能否具备有性生殖能力转基因植物与近缘杂草能否具备有性生殖能力 不具有不具有-较低风险较低风险, , 分析终止分析终止; ; 有或难确定有或难确定-不能有性杂交不能有性杂交, , 分析终止分析终止; ; 能有性杂交能有性杂交, , 进入下一步进入下一步. .l 是否存在与转基因植物有杂交亲和性的近缘种是否存在与转基因植物有杂交亲和性的近缘种 不存在不存在-较低风险较低风险, ,分析终止分析终止; ; 存在或难确定存在或难确定-进入下一步进入下一步. .l 转基因植物与近缘种授粉方式是否利于基因流出入转基因植物与近缘种授粉方式是否利

59、于基因流出入 否否-较低风险较低风险, ,期分析终止期分析终止; ; 是或不确定是或不确定-进入下一步进入下一步. .l 转基因植物与近缘种是否花期相遇转基因植物与近缘种是否花期相遇 否否-较低风险较低风险, , 分析终止分析终止; ; 是或难确定是或难确定-进入下一步进入下一步. .l 转基因植物与近缘种是否相同转基因植物与近缘种是否相同 否否-较低风险较低风险, , 分析终止分析终止; ; 是或难确定是或难确定-进入下一步进入下一步. .l 转基因植物与近缘种在田间条件下能否自然异花转基因植物与近缘种在田间条件下能否自然异花传粉、受精并产生有活力的可育后代传粉、受精并产生有活力的可育后代

60、不能不能-较低风险较低风险, , 分析终止；分析终止； 能或不确定能或不确定-进入下一步分析进入下一步分析. . 杂种杂种 间隔种植间隔种植收集种子收集种子寻杂种种子寻杂种种子确定确定 杂交率杂交率 ( (实验至少进行两年实验至少进行两年) ) 杂种活力杂种活力2 野生杂草转入基因后的生态行为分析野生杂草转入基因后的生态行为分析l转入基因后在种群替代实验中是否比原杂转入基因后在种群替代实验中是否比原杂草有更好的表现草有更好的表现? ?l否否-风险较低风险较低, , 终止分析终止分析; ;l是是-风险较高风险较高, , 重新考虑其商业应用重新考虑其商业应用 或进入第三步或进入第三步. .3 3