轉基因作物安全性探討

2009-07-07 10:02:10過曉明馬代夫

現代農業科技 2009年21期

過曉明馬代夫

摘要轉基因作物具有傳統農作物無法比擬的優越性,對人類未來生活生產產生了重要影響,但轉基因作物對環境和人類健康等方面可能存在風險。在此背景下,論述了轉基因作物的發展現狀、優越性、安全性問題、管理和發展策略,旨在說明轉基因作物在農業發展中的重要地位,促進其今后的發展。

關鍵詞轉基因作物;優越性;潛在風險;發展對策

中圖分類號 S181 文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)21-0322-03

轉基因作物是指采用基因工程手段,將外源基因在體外進行酶切和連接,構成重組DNA分子,然后導入受體細胞,使新的基因在受體內整合、表達,并通過無性或有性增殖過程,將外源基因遺傳給后代,由此獲得基因改良作物。利用此技術有利于解決人類所面臨的食物供應短缺、資源匱乏、環境污染等問題,并能為醫藥、農業、畜牧業、食品工業、環境保護等領域創造巨大的發展機會和產生極大的經濟效益。但在轉基因作物取得驚人發展的同時,其安全性問題受到人們的普遍關注。

1轉基因作物的發展狀況

目前,全球共有45個國家25 000多例轉基因植物進入田間試驗,轉基因產品的種類已達到4 500種,其中已批準商業化種植的接近90種。據國際農業生物技術產業應用服務中心統計,轉基因作物種植大國已發展至14個(包括9個發展中國家和5個發達國家),2007年全球轉基因作物種植面積擴大了1 230萬公頃,達到1.143億公頃,比2006年度增加12.1%,是過去5年來的第二大增幅。至此,過去12年來轉基因作物的累計種植總面積達到6.909億公頃。根據農業生物技術應用國際服務組織(ISAAA)的報告預計,到2010年底,世界上將有30多個國家的1 500萬農民種植轉基因作物。

2轉基因作物的優越性

2.1目的基因能在后代中穩定遺傳

轉基因作物目的基因來源廣泛,可以來自植物、動物、細菌真菌和病毒。這對遺傳資源受到限制的常規育種而言是極大的改進。同時轉基因植物在導入目的基因之前還可以通過DNA重組技術對目的基因按人們的需要進行體外修飾。因此,所獲得的轉基因植物經篩選后能直接表現出所需要的優良性狀,這是常規育種難以克服的障礙,并大

大縮短了育種的時間。

2.2提高產量和增加經濟效益

現在通過轉基因技術培育的具備高產、優質、抗病蟲、抗逆境、抗除草劑等特性的作物新品種,能減少對農藥、化肥和水的依賴,有益于環境的保護和降低農業成本。那些能抗干旱、高鹽度以及重金屬毒害的轉基因作物,可以使目前生活在不可耕地區的人們耕作自己的土地,這樣就可減輕世界上諸如熱帶雨林地區的壓力,大幅度地提高單位面積的產量,緩解世界糧食短缺的矛盾。同時還能顯著提高經濟效益,1996年加拿大抗除草劑油菜增加收益600萬美元[3]。從全球角度看,1995~1999年5年間轉基因作物銷售收入增加近30倍,至2002年銷售收入達42.5億美元。至2009年3月,美國農業部稱,美國大豆種植面積將創有史以來最高,在對農場主調查后的報告中稱,大豆種植面積將達創紀錄的3 135.6萬公頃,較之2008年同期的3 064.1萬公頃高出2.3%。3月調查報告顯示農場主計劃種植3 076.5萬公頃,分析師預測為3 163.60萬公頃。

2.3 改善農作物、食品品質,提高營養

目前,轉基因作物的種類多種多樣,有的含有大量人類必需的某種氨基酸和維生素,有些含有較低脂肪酸和較高品質的油分,甚至有些含有抗癌物質。近年來,瑞士聯邦工業研究所和Friberg大學共同開展運用基因工程技術培育出一種“金稻”的稻米,這種水稻新品種既含有β-胡蘿卜素(VA的前體),又含有鐵。這種新品種水稻的產生,有可能解決普遍缺少VA的問題。

2.4轉基因作物生產藥用蛋白

經動物試驗表明,轉基因植物表達的抗原蛋白經純化后仍保留免疫學活性,注射入動物體內能產生特異性抗體。美國Virginia Polytechnic Institute(PVI)已把克隆出能治療遺傳病高歇斯癥(Gausher disease)的葡萄糖腦苷脂酶(hGC)基因經改造后成功地導入煙草并得到表達,這樣1株轉基因植株的產酶量相當于2 000~8 000個胎盤生產出的藥物。新的藥用蛋白在不斷產生,目前已生產的主要藥用蛋白有人表皮生長因子、紅細胞生長素、人生長激素腦啡膚、胰島素、干擾素、免疫球蛋白、尿激酶、人紅細胞生成素、人血紅蛋白等。

3轉基因作物存在的問題

3.1轉基因作物對生態系統的影響

3.1.1破壞生物多樣性。轉基因生物體引入自然環境后,可通過基因遺傳、變異影響后代的繁殖與發育,通過改變物種間的競爭關系形成優勢種,這些優勢種進入新的棲息地后,將排擠原有的植物類型,改變新生態區中的生態動力學;并通過食物鏈間接影響群落結構、生態系統中的能量流動和物質循環,這將可能嚴重擾亂自然環境的穩定性和有序性,破壞原有的生態平衡,對生物多樣性構成潛在風險,導致生態系統結構簡單,自我調節能力減弱。

3.1.2對非靶生物的影響。轉基因植物對非目標生物的影響是引人注目的重要生態學問題。Bt轉基因作物一方面會使害蟲數量達到極低水平,影響其天敵的食物來源,另一方面Bt毒素會對非靶生物的生長發育產生影響,這種毒素會殺害有益的草蜻蛉,導致君皇蝴蝶的死亡和對蚯蚓等無脊椎動物產生影響。有研究表明,含有Bt毒素基因的抗蟲棉花大面積推廣后,棉鈴蟲很快就會對Bt毒素產生抗性,害蟲天敵因捕食帶毒的棉鈴蟲而數量減少甚至消失。

3.1.3對土壤微生物的影響。土壤擁有種類繁多的低等生物群落,是一種復雜的特殊生態系統。種植Bt轉基因農作物大田土壤的Bt毒素含量往往超過土壤自然背景水平或正常值。Bt轉基因生物能產生晶體蛋白毒素(ICPs)和孢子,許多已知和未知的土壤生物所構成的土壤食物網中的物種會受這種毒素的影響,產生連鎖反應。同時,轉基因作物根系分泌物進入土壤微生物圈,作物含Bt蛋白的根部滲出物與根表面土壤顆粒物結合,Bt毒素在土壤中可以保持很強的殺蟲活性,最高可達234d,殺死土壤中的生物。

3.2轉基因作物會造成基因污染

3.2.1可能產生“超級害蟲”。轉基因技術主要是制造一些能抵抗某些除草劑和抵御某些害蟲、病毒、細菌、真菌的作物,可能會出現某些能夠抵御本身能產生殺蟲劑的轉基因作物的“超級害蟲”。在世界范圍內至少發現有500多種昆蟲和螨類對農藥產生了抗性。轉基因作物的抗性基因對害蟲的抗性突變做了定向選擇作用,使得能產生抗性的害蟲存活下來并大量繁殖,從而使得抗性作物失去“抗性”。

3.2.2可能產生“超級雜草”。轉基因作物“雜草化”主要表現在兩方面:一是轉基因作物本身可以帶來“雜草化”潛在風險,包括轉基因作物逸生成雜草和自身苗對再茬作物的危害;二是轉基因作物可能通過“基因漂移”對物種帶來影響,把抗除草劑、殺蟲劑和病毒的變性基因通過花粉雜交傳播到雜草的染色體中去,可能給雜草種群帶來生物學上的優勢,從而制造出一些可抗除草劑、殺蟲劑和病毒的“超級雜草”,甚至產生“廣譜抗除草劑雜草”。研究已經證實,油菜、甘蔗、萵苣、草莓、向日葵、馬鈴薯以及禾本科作物均有向其近緣野生種自發基因轉移。

3.2.3轉基因作物可能產生新的病毒。抗病毒轉基因作物的抗病毒基因與作物自身的基因進行重組,有可能產生新的、更具有危害性的病毒,并導致難以防治的新病害。病毒基因被轉移到植物細胞之后,有可能被轉移到植物隨后接觸的其他病毒的基因組中,這就有可能無意中創造出一種新的、也許更具有毒性的植物病毒。這種新的病毒不僅可以更好的適應“抗性”的生長,還可能擴大寄主的范圍及引起與其他病毒的協同作用。

3.3轉基因食品存在健康安全問題

3.3.1過敏反應問題。過敏性風險即醫學上的變應原性風險,它同免疫系統有密切關系。而轉基因作物引入外源性的基因后,會使轉基因生物帶上新的遺傳密碼而產生一種新的蛋白質,這些新蛋白質可能引起食用者或接觸者出現過敏反應。人類在自然環境中發育進化而成的人體免疫系統可能難以或無法適應轉基因生成的新型蛋白質而誘發過敏癥。轉基因食品中引入的新基因蛋白質有可能是食品致敏原。人食用轉基因食品后,可能引起腸胃或皮膚過敏,嚴重的可能危及生命。轉基因食品過敏原對嬰兒和兒童危害很大,成年人中食品過敏癥發病率為1%~2%,而兒童則上升為6%~9%。

3.3.2產生有毒物質。盡管迄今還無有說服力的研究表明轉基因食品的毒性,但轉基因作物可能存在潛在的健康風險,還可能會無意中提高天然植物毒素的含量,如芥酸、黃豆毒素、番茄毒素、茄堿等。蘇格蘭Rowett研究所(RRI)的一項研究表明,一種抗蟲轉基因馬鈴薯所產生的雪花蓮外源凝集素能對大鼠的內臟器官和免疫系統產生損傷。類似的影響可能會導致人類癌癥發病率和死亡率的大幅度上升。因此,對轉基因食品(GMF)的安全性問題不容忽視,應該對GMF的代謝生化過程、毒理學、毒物動力學、慢性毒性、致畸、致癌、致突變、生殖功能、內分泌作用、免疫學等多方面做安全評估。

3.3.3抗藥性問題。抗生素抗性基因是目前轉基因植物食品中常用的標記基因。抗生素都是用來治療各種非常嚴重疾病的物藥,如氨芐青霉素常用于治療肺炎、支氣管炎、白喉等。已有幾種轉基因作物用卡那霉素抗性基因作為標記基因,這種基因只要有單一突變也可產生氨基丁卡霉素抗性。氨基丁卡霉素被認為是人類醫藥中“急救”抗生素,而現在卻為轉基因作物捷足先登,并濫用于多種轉基因作為標記基因,廣泛在環境中釋放,在各種動物機體內產生抗性。雖然抗生素抗性基因對人體的健康是否會造成不利的影響,尚還沒有明確的定論。但這些標記基因有可能傳遞給人腸道正常微生物群,引起菌群譜和數量的改變,從而影響人的正常消化功能。

3.3.4營養成分的改變。新基因的編碼過程可能會造成現有基因產物水平的改變,導致轉基因產品中的主要營養成分、微量營養成分及抗營因子發生變化,從而降低食品的營養價值。英國倫理和毒性中心的實驗報告稱,與一般大豆相比,耐除草劑或耐除銹劑的轉基因大豆中防癌的成分異黃酮分別減少了14%和12%。在炎熱干燥氣候條件下,轉基因大豆發生大規模莖桿爆裂事件,大豆體內木質素含量增加,而大豆中生長激素的含量比普通大豆要低12%~14%,這意味著大豆營養質量下降。

3.3.5免疫力問題。轉基因作物及其產品有可能降低動物乃至人類的免疫能力,從而對動物和人類健康安全甚至生存能力產生影響。1998年8月英國科學家披露,試驗白鼠在食用轉基因大豆后,器官生長異常,體重減輕,免

疫系統遭受破壞。

4中國轉基因作物的管理對策

4.1加強食品安全管理,實行標簽制度

在轉基因食品對人體的安全性問題尚未得到明確結論之前,加強對轉基因食品的管理非常重要。目前,針對轉基因生物的管理、安全性評價和監控等存在的問題,很多國家都制定了相應的法規。雖然人們對于轉基因食品可以實行嚴格的安全評估審批制度,但卻有可能引起個別的過敏反應。因此,標簽標示制度的實行顯得尤為必要。我國在這方面的管理還比較薄弱,轉基因產品雖確實貼有標簽,但標簽的醒目程度還有欠缺。

4.2加強生物安全立法

同國際社會生物安全法的發展相比,中國生物安全性的法治理念和法律意識相對薄弱,生物安全理念比較缺乏,立法遠遠落后于生物安全管理的需要。《農業轉基因生物安全管理條例》是我國最高層次上對轉基因作物實施全面監管的法規,條例內容體現了法治精神與原則,并與國際規則相融。但是面對基因工程技術的迅速發展,中國還必須全面規劃制定有關生物安全的法律體系。對生物安全性要求必須采取預防為主的原則和科學合理的謹慎態度,不能套用“實質等同”概念,要堅持科學評估程序,但也不宜要求過高或控制不嚴。

4.3重視生物安全科學普及和培訓教育工作

公眾參與既是生物安全管理的重要組成部分,又是生物技術產業健康發展的重要保證,一方面,掌握必要安全知識的公眾是安全管理的一個重要監督力量,另一方面,了解現代生物技術知識可以避免對新生事物的盲目恐懼,從而將為生物技術產業的發展創造一個良好的社會和市場環境。

具體從事相關工作的單位,從業人員的安全知識、技能、責任心直接關系到生物安全管理目標的實現。應針對不同人員舉辦不同形式、不同層次的培訓班、研討班,不斷提高、更新他們的安全知識水平、安全防范意識與事故處理技能;應考慮將生物安全列入相關教學計劃并在具有一定基礎條件時設立專門的生物安全專業,培養專門人才。

4.4加強國際之間的交流

隨著生物技術的突飛猛進,生物安全已經成為國際生物技術研究開發和技術合作與交流的重要內容。通過開展積極、廣泛、卓有成效的國際合作與交流,不僅可以借鑒國外在評審、檢測、評價、監督以及技術支撐能力等方面的經驗和教訓,全面提高我國生物安全管理的水平和效能,并且有助于加強對外宣傳,樹立我國生物安全管理的良好形象,保障我國生物技術從研究開發到商業化生產以及對外經貿工作的順利開展,同時為全球生物安全管理體系的建立和完善做出貢獻。

4.5加強轉基因產品的安全性評估

1993年提出了轉基因食品是否與目前市場上銷售的傳統食品具有實質等同性的“實質等同性”概念。隨后,FAO(世界糧農組織)、WHO(世界衛生組織)公布了致敏性評估程序。目前,食品安全與環境檢測的管理機構和安全標準在美國、加拿大、澳大利亞等國都已建立了健全的規定。入世之后,隨著大量轉基因產品流入我國,中國應加強轉基因產品的安全性檢測,以對本國的物種和生態進行有效的保護。

5參考文獻

[1] 閆新甫.轉基因植物[M].北京:科學出版社,2003.

[2] 孫雷心.2004年全球生物技術作物商業化形勢持續看好[J].生物技術通報,2005(1):57-58.

[3] 王愛娥.ISAA報告稱:去年全球轉基因作物面積8100萬公頃[J].山東農藥信息,2005(2):31.

[4] 雷茂良,程金根.全球轉基因植物發展現狀[J].生物技術通報,1998(6):30-32

[5] 楊俊海.種植轉基因作物的益處[J].甘肅科技,2004,20(2):145-147.

[6] GIDDING G,ALLISON G,BROOKS D. Transgenic plants as factories for biopharmaceuticals[J].Nat Biotechnol,2000(18):1151-1155.

[7] SHARP J M,DORAN P M. Characterization of monoclonal antibody fragments produced by plant cell[J].Biotechnol.Bioeng,2001(73):338-346.

[8] BIRCH A N E.Interactions between plant resistance genes,pest aphid populations and beneficial aphid predators[R].Scottish Crops Research Institute(SCRI)Annual Report,1996-1997:70-72.

[9] GOULD F.Potential and problems with high dose strategies forpesticidal engineered crops[J].Biocontrol Science and Technology,1994(4):451-461.

[10] 劉衛東.植物轉基因技術及安全性研究進展[J].南京農專學報,2002, 1(51):8-11.

[11] 王景雪,孫毅,杜建中.玉米轉基因研究進展[J].生物技術通報,2001(2):13-16.

[12] GREENE A E,ALLISON R F.Recombination between viral RNA and transgenic plant transcripts[J].Science,1994 (263):11-19.

[13] 楊曉泉,卞華偉.食品毒理學[M].北京:中國輕工業出版社,1999.

[14] DOMMELEN V.Scientific Requirements for the Assessment of Food Safety[J].Biotechnology and Development Monitor,1999(8):2-7.

[15] 賈士榮.轉基因作物的安全性爭論及對策[J].生物技術通報,1999(6):1-8.

[16] 王艷輝,張曉東.轉基因作物安全性的解決方法研究進展[J].生物技術通報,2009(8):50-55,75.

[17] 張亞煒,姜美麗,于紹山,等.關于轉基因食品的安全性評價[J].農業工程技術(農產品加工業),2009(8):50-53.

[18] 石旺榮,劉曉宇.轉基因水稻的安全性問題及其檢測方法[J].農產品加工(學刊),2009(5):72-75.

[19] 張建華.轉基因農產品安全性分析與對外貿易[J].中國新技術新產品,2009(9):214.

[20] 鄧志安,于衛華.轉基因食品安全性分析及其政策完善環節[J].中國科技論壇,2008(6):104-108.