转基因植物的安全性评价

第5讲转基因植物的安全性评价一、 21世纪农业生物技术的发展趋势1．基因组学将得到前所未有的发展20世纪80年代未出现了一个新的研究领域——基因组学（genomics）。

基因组研究被认为是20世纪最大的科研计划之一。

除了人类基因组计划外，包括细菌、线虫、拟南芥等在内的基因组计划也先后开始实施。

1998年，美国启动了以玉米为主，包括棉花、大豆、高粱和番茄在内的农作物基因组计划。

线虫（C. elegans）基因组全序列已经完成，共计97Mb，含有19000多个基因。

人类、拟南芥的基因组测序已在2000年7月完成，比原计划提前3年完成；水稻基因组测序工作于2002年完成，玉米基因组测序于2003年12月完成，葡萄基因组测序于2007年8月完成（法国）。

据了解，下列生物基因组测序也已经完成：小麦、灰色短尾负鼠（Monodelphis domestica）、家猫、马、传播登革热的伊蚊、按蚊（Anopheles gambiae）、库蚊（Culex quinquefasciatus），黑曲霉（Aspergillus niger CBS513.88）、团藻（生物燃料）、脑癌细胞系。

值得注意的是， 21世纪，基因组的研究将由“结构基因组”向“功能基因组”转变。

还有诸如蛋白质组学（proteomics）、转录组学（transcriptomics）、代谢组学（metabolomics）等。

2．单基因生物性抗逆向持久性抗逆转变分子标记辅助选择育种可以实现多种基因的累加，培育出多抗或广谱抗性的种质或品种：国际水稻所已通过分子标记辅助选择将4种不同的抗稻瘟病基因累加到同一水稻品种中，获得了广谱抗稻瘟病材料。

另外，基因工程育种也可以采取多基因策略来培育持久性抗逆的新品种。

以抗虫基因工程为例，转基因植物在推广应用的过程中害虫容易对单杀虫基因产生抗性，针对这一问题，将具有不同杀虫机理的基因组合进同一植物以延缓害虫的抗性发展，是一种行之有效的策略。

因此需要不断寻找杀虫活性更强的新基因。

从寄生在异小杆线虫消化道内的一种发光杆菌（Photorhabdus luminescens）中找到一个蛋白复合物，它由A、B、C、D 4种成分组成，除了对鳞翅目具有杀虫活性外，对鞘翅目和双翅目也都有很强的毒杀活性，是一种广谱杀虫基因。

3．抗生物逆境性向非生物逆境转变农作物所处的非生物逆境包括干旱、盐渍、冷冻、高温、营养贫瘠、重金属胁迫、水灾、紫外线等。

农作物基因工程已经在抗生物逆境（如抗虫）方面取得了相当的成就。

随着人们对非生物逆境的作用机制和植物对非生物逆境信号的反应分子机制的了解，克隆与非生物逆境信号传导（signal transduction）相关的基因并转入植物，将可能使转基因植物获得对非生物逆境的抗性。

植物抗土壤营养逆境基因工程研究已经取得了一定的效果：转谷氨酸脱氢酶基因玉米可以大大提高对氮肥的利用率，其生长量提高了10%，植物根表氮肥残留物降低50%。

转基因植物在清除重金属污染物方面已经表现出一定的作用：高表达谷胱甘肽合成酶的油菜可以在体内积累镉，高表达锌转运蛋白的拟南芥可以大量积累锌，因而这些转基因植物将有望用于抵抗诸如镉、锌等重金属离子的毒害，并有效清除环境中的重金属污染物。

通过基因工程手段可以使植物获得抵抗无机盐缺乏逆境的能力：山梨醇合成能力强的转基因烟草对于硼缺乏具有一定的抗性。

4．目标性状研究重点由“抗性”转向“品质”所谓的品质改良内容包括：水果蔬菜的延熟保鲜、有益于健康的植物油（如不饱和脂肪酸），增加营养价值（如维生素），富含抗癌蛋白质的大豆，高营养的饲料（如高赖氨酸、表达植酸酶的玉米）等方面。

在油料作物（大豆、油菜、棉籽、玉米）中表达γ-维生素E甲基转移酶，可以将种子中大量的γ-维生素E转化成α-维生素E，提高α-维生素E的水平，从而改善油料作物的营养价值。

5．由质量性状向数量性状转变科学家们正在通过分子标记等技术寻找与产量相关的QTLs，最终有可能通过育种程序将这些QTLs集中起来加以利用。

科学家们也正在试图通过分子生物学策略对与产量相关的某些生理化过程进行修饰改造，从而达到作物增产的目的。

其一，通过控制植物叶片表面的气孔的开闭使植物更加有效地利用氧、二氧化碳和水分。

其二，提高光合作用的效率。

日本科学家最近发现，一种红藻中的RuBisCO（核酮糖1, 5二磷酸羧化酶/加氧酶）的活性比一般植物中的RuBisCO高3倍，他们正利用叶绿体转化技术将该基因导入植物，以使植物具有更高的RuBisCO活性。

科学家也正试图在水稻（C3植物）中表达来自玉米（C4植物）的与C4循环有关的基因（这些基因在水稻中是不表达的），包括PEP (磷酸烯醇式丙酮酸)羧化酶（Phosphoenolpyruvate carboxylase）。

6．利用转基因植物生产稀有蛋白植物生物反应器将是未来基因工程发展的另一个重要领域。

它具有如下两个明显的优点：投资少，成本低；避免微生物（大肠杆菌）发酵系统中容易出现的产物聚集不溶的现象。

利用植物生产口服疫苗、工业用酶、脂肪酸、药物等已成为人们关注的热点和工作重心。

通过基因工程的方法可以用植物生产用来制造生物塑料的底物多羧基丁酸（polyhydroxbutyrate），从而最终避免目前所谓的“白色污染”问题。

二、 转基因植物的安全性评价（一）问题的产生随着转基因作物快速发展，近年在国际上引发了一场争论。

这场争论首先发自英国和欧盟，继而波及美国及世界各地，我国的新闻媒体也及时做了报道。

围绕转基因作物安全性的争论主要来自以下几个方面。

（1）1998年苏格兰Rowett研究所的Arpad Pusztai用转雪花莲凝集素（GNA）基因的马铃薯喂大鼠，食用10天后，其肾脏、脾和消化道部出现损伤，而且免疫系统也遭到破坏。

此事引起国际轰动。

英国皇家学会组织同行评审，1999年5月作出Pusztai的试验有6条缺陷的结论，Pusztai被Powett研究所解雇。

尽管如此，绿色和平组织等至今仍以此为口舌喋喋不休。

（2）1999年5月康奈尔大学一个研究小组报道, 普累克西普斑蝶食用Bt玉米花粉后44%死亡,引起了对Bt作物是否会破坏生态环境的争论。

事实上这并不意外，因为Bt玉米中的杀虫晶体蛋白CrylA是特异地毒杀鳞翅目害虫的，斑蝶属鳞翅目昆虫，自然会受到Bt蛋白的影响。

事实上Science、Nature拒发斑蝶文章，审稿人认为这并不能反映田间的情况，最后才在Nature上以简讯的形式报道。

（3）1999年7月美国研究人员又通过一项最新研究发现，一种抗虫转基因玉米的花粉在散落到周围野草（马利筋属）上后，野草成了美洲大蝴蝶的杀手。

一些科学家因此反对开发转基因作物，认为这将破坏生态平衡，引发生态灾难。

而美国生物技术产业组织的食品和农业部门负责人说，上述结论以实验室研究而非野外研究为基础，自然界里的蝴蝶幼虫不会接触到实验室条件下的大量花粉。

事实上，1998年转基因玉米种植量在上升，美洲大蝴蝶的数量也在增长。

（二）安全性评价的依据1 1993年12月24日，国家科技部：基因工程安全管理办法2 1996年7月10日，农业部：农业生物基因工程安全管理实施办法3 1998年3月25日，国家烟草专卖局：烟草基因工程研究及其应用管理办法4 2001年5月9日，国务院通知公布：农业转基因生物安全管理条例按照《农业生物基因工程安全管理实施办法》，农业部设立了农业生物基因工程安全管理办公室，主管《实施办法》的施行；成立了农业生物基因工程安全委员会，负责全国农业生物遗传工程体及其产品的中间试验、环境释放和商品化生产的安全性评价。

《实施办法》规定，在申报品种等的登记、审定前，先申报基因安全性评价，在获准基因安全评价的商品化生产许可后，按照 《种子法》等有关规定，到农业部相关的管理部门去申报转基因作物品种和种苗的登记和审定。

1. 《实施办法》的适用范围（1）适用的生物种类 是中国农业部管辖范围内与农业有关的植物、动物、微生物和水生生物等。

国家林业局所辖的林业、野生动物和卫生部、国家医药局所管辖的药用植物、微生物等不属于这一范围。

（2）适用的技术类型 适用的技术类型是基因工程，即仅限于利用载体系统的重组DNA 技术，以及利用物理、化学和生物等方法把重组DNA导入有机体的技术。

不包含细胞融合、染色体倍性操作和常规杂交技术等其他遗传操作技术。

（3）适用的阶段 对农业生物基因工程工作的全过程实行管理，包括试验研究、中间试验、环境释放和商品化生产各个阶段。

（4）适用的地域 涵盖中国境内进行的所有农业生物基因工程植株，包括外国研制的农业生物遗传工程体及其产品拟在中国境内进行试验研究、中间试验、环境释放和商品化生产。

对国外的转基因植物，需持有该国允许进行同类工作的证书，方可按《实施办法》所规定的程序进行安全性评价申请。

2. 农业生物基因工程安全等级的划分和审批（1）安全等级的划分 按照农业生物基因工程体及其产品潜在的危险程度，安全评价分为四个等级。

安全等级1——对人类健康和生态环境尚不存在危险；安全等级2——对人类健康和生态环境具有低度危险；安全等级3——对人类健康和生态环境具有中度危险；安全等级4——对人类健康和生态环境具有高度危险。

在实施安全性评价时，首先确定受体生物的安全等级标准，同时确定基因操作对其安全等级的影响，据此确定遗传工程体的安全等级。

（2）申报和审批 中国境内外从事基因工程工作的单位，可以根据基因工程工作的安全性等级，分类分级向农业部申报，经审查后方能进行相应的工作。

农业部每年分两次受理 "农业生物遗传工程体及其产品安全性评价申报书"，截止日期分别为3月31日和9月30日。

农业部召开农业生物基因工程安全委员会，按照个案的方式，逐项进行安全性评审，并在每次受理截止日期后的3个月内，向申请人签发农业生物基因工程安全审批书。

审批书对是否获得批准、批准的安全等级、时段、实施的地点、规模、范围，防范措施作出明确批复。

（三）转基因植物的安全性评价——以烟草为例从本质上讲，转基因烟草品种和常规育成的品种是一致的。

二者都是通过基因添加、替换或去除，在原有品种的基础上对部分性状进行修饰或增加新性状，或者消除原来不利的性状。

一些目标性状如抗病、抗虫、除草抗性等由于烟草中缺乏天然抗源，或目的基因与劣质基因紧密连锁等原因，用常规育种技术难以成功，而用植物基因工程技术更容易成功。

常规育种一般通过种内有性杂交或选择自然变异来实现。

常规育种技术具有较大的随机性。

植物基因工程是利用农杆菌、基因枪、微注射、花粉管通道、电激法等将外源重组DNA 导入植物基因组中。

植物基因工程具有很强的目的性和精确性，它是将已知功能的遗传物质导入植物染色体中，在应用上应该更加安全。