美國中學實驗：PCR法檢測轉基因食品

黃一平

基因工程使得科學家們能夠在生物中表達特定的基因，通過外源基因的植入和表達提高農作物抗病蟲害、耐酸堿鹽、耐除草劑、耐貯藏等能力，從而提高品質、增加產量、降低生產成本。世界人口不斷增長的壓力促使許多國家投入大量人力、物力、財力發展轉基因農產品。自1983年第一株轉基因植物誕生以來，轉基因作物正源源不斷地走出實驗室進入大田并商品化。

轉基因食品在食品市場中的份額不斷加大，這一方面展示出現代科技在農業生產上的巨大應用前景，另一方面也引發了轉基因作物對人體健康和生態環境影響的爭論。歐盟、美國、日本等發達國家地區都制定了相應的法規，我國國務院也早在2001年就出臺了《農業轉基因生物安全管理條例》，并在2011年進行修正和頒布實施。然而要使消費者更加了解和接受轉基因食品，除了相關部門頒布的法律法規之外，民眾對于商品標識的透明度和信任度也至關重要。

美國作為世界上最發達的國家，同時也是轉基因農產品種植面最廣的國家之一，其國內民眾和科學家從很早就開始關注轉基因食品的安全性。下面介紹了美國中學階段推薦進行的一項學生探究實驗“PCR法檢測轉基因食品”，旨在讓學生了解轉基因生物的檢測原理。

實驗中學生們可以用試劑盒檢測玉米（或是大豆）制品是否為轉基因食品，以非轉基因大豆作為對照。實驗涉及DNA的提取、PCR（聚合酶鏈式反應）、凝膠電泳等實驗技術和分析方法。

1 材料和準備

1.1 試劑盒

由美國多蘭DNA學習中心（生物教育項目及資源研究組織，www.dnalc.org）設計，并附有評估學生的問題設計、拓展活動、講義光盤、動畫演示等材料。每個試劑盒足夠進行10組食物樣本和2組對照的反應（共24組PCR反應）。試劑盒包含的大豆樣本需要在實驗前2～3周進行播種，以獲取其葉片進行檢測。

1.2 實驗樣本

實驗前，學生們可以收集和購買他們想要檢測的食物樣本。實驗需要的材料量很少，不過是一片薯片或是幾顆花生豆。

1.3 儀器

PCR儀、凝膠電泳裝置、微量移液器及微量移液管等。

2 實驗步驟

（1） 從食物和對照樣本中提取DNA。2個對照組的DNA可以根據實際情況由教師或學生提取。

（2） 每組樣本分別用兩種引物進行PCR擴增反應。第一種是用微管蛋白基因（所有植物中都含有）引物進行擴增，以證明提取出了樣本的DNA。第二種用植物轉基因工程中常用花椰菜花葉病毒35S啟動子序列引物進行擴增，用以鑒定是否為轉基因生物。

（3） PCR反應的產物用凝膠電泳及顯色法進行分析。

試劑盒手冊中包括所需材料儀器清單、每個步驟大致需要的準備時間等，方便教師計劃和安排。由于DNA的提取和PCR反應都可以進行冷凍貯藏，以上的步驟可以在實際運用時進行一定的調整。

3 實驗討論

目前被批準商品化生產的轉基因食品中90%以上為轉基因植物及其衍生品，因此現在所說的轉基因食品基本上是指轉基因植物性食品。課堂實驗中能夠利用試劑盒做出膨化食品、麥片以及含花生的能量棒等食物的檢測結果。但應注意大多數轉基因作物是用煙草花葉病毒35S作為啟動子的，因此將它作為轉基因產品檢測的常用指標。而植物在正常情況下也可能受到花椰菜病毒侵染而被檢出35S的情況；又由于食用油的加工步驟使得原本含量就較低的核酸被嚴重破壞成碎片狀，因此對食品中食用油等深加工原料的檢測并不一定準確。據此，教師應注意對學生結果討論的適當引導和解釋。

試劑盒的最大優點在于學生能夠很容易使用并親自動手檢測，而不是從教師和書本中獲得知識。本實驗還可以進行一系列的拓展，如試劑盒說明中給定的引物序列，可用本地基本序列檢測工具（BLAST）檢測PCR使用的35S啟動子及微管蛋白基因的序列。學生也可以對不夠確定的結論進行質疑。由于實驗中涉及到多種食品，不難發現其中可能含有對DNA的提取或是PCR擴增的抑制成分。

對食品的分析結果還能夠用以推動關于轉基因商品的標識政策的討論。學生們可以通過調查其他國家的標識政策進行討論，甚至可以分組設計食品的轉基因產品標簽。在富有創造力及批判精神的環境中，學生們能夠進行開放的思維，得出各種合理的結論。

4 總結與反思

為了引起學生們的興趣，教師可以讓他們選取經常購買的一些品牌食品，并且盡可能多樣化。如果只對一種食品做檢測，課堂中能夠得出的數據難以說明市場現狀。

總的來說，PCR法檢測轉基因食品是一個以學生探究為目的的實驗。試劑盒使用方便，實驗也可根據情況修改和拓展，能夠讓學生體驗課本經典實驗之外的探究方法。通過本實驗，學生們對DNA的提取、PCR擴增、凝膠電泳等分子生物學知識的實驗技術有更深刻的了解。考慮到探究實驗涉及諸多分子生物學的原理技術和儀器，此實驗在有條件的高中實施較為適宜。

我國雖然也有多家生物試劑公司代理轉基因檢測的試劑盒，但基本用于高等教育科研層面，并沒有專門針對中學教育階段學生利用現代生物技術進行探究的相關公司或教育機構。我國中學生物教學中的技術性突破往往只能依托生物教師自身的科研背景和資源，無法給大多數奮戰在教學一線的普通教師良好的背景支持。