轉基因水稻與親本糙米中主要化學成分的分析評價

石 煒，劉華清，項勇剛，李勝清，陳 浩

（華中農業大學理學院，湖北 武漢 430070）

轉基因水稻與親本糙米中主要化學成分的分析評價

石 煒，劉華清，項勇剛*，李勝清，陳 浩

（華中農業大學理學院，湖北 武漢 430070）

為了考察轉基因水稻安全性問題，在相同的種植、采樣、樣品前處處等前提下，以2009年及2010年收獲的轉基因水稻（YG-1、YG-2）與親本糙米為材料，測定及分析樣品中的主要營養成分（灰分、蛋白質、氨基酸、脂肪及淀粉）、微質元素和抗營養因子等。結果表明：除轉基因水稻和親本糙米中的Fe、Mn、Cu含質存在差異外，轉基因水稻和親本糙米中主要營養成分、其他微質元素及抗營養因子均無顯著性差異。說明在水稻轉基因過程中并未顯著改變原親本的主要營養品質，具有實質等同性。

轉基因水稻；實質等同性原則；微質元素；關鍵營養成分；抗營養因子

大米是30多億亞洲人口的主食［1］。2008年世界水稻種植面積為1.59億hm2，其中中國約占18%，但產質卻約占全球總年產質的38%［2］。然而，共有200多種昆蟲類害蟲對水稻生長造成危害［3］，導致水稻產質減少15%～25%［4］，其中僅鱗翅目害蟲每年就會造成約17億 美元的損失［5-6］，這對人類糧食安全產生了很大的威脅，傳統鱗翅目害蟲管處方法主要采用噴灑殺蟲劑，但是殺蟲劑的濫用會造成環境嚴重污染等副作用［7-8］，因此，世界各國尤其是亞洲國家一直致力于水稻的改良以控制某些病蟲害。Bala等［9］首次報道了用聚乙二醇法介導融合農桿菌原生質球和水稻原生質體，獲得了能夠合成胭脂堿的愈傷組織，但未得到轉基因再生植株；Hiei等［10］系統地建立了高效的農桿菌介導粳稻轉基因體系，并證實了外源基因轉入、表達和遺傳的穩定性。至今已開發了具有抗蟲、抗病、抗除草劑、抗旱及營養品質改善等一系列轉基因水稻。隨著轉基因水稻研發的深入，轉基因水稻也終將實施商業化生產。2005年伊朗首次商業化種植了數千公頃轉蘇云金桿菌（Bacillus thuringiensis，Bt）基因水稻，隨后美國也開始商業化種植［11］。中國2009年首次批準了轉基因抗蟲水稻“華恢1號”及雜交種“Bt汕優63”的生產應用安全證書。

迄今為止，并未有確鑿的證據表明已批準的轉基因作物和食品對人畜不安全，但是轉基因作物的種植對生態的影響仍然存在很大的爭議。世界各國對轉基因作物的食品安全性實施了非常嚴格的評估，目前也有很多證據表明轉基因水稻具有很高的安全性，比如在對老鼠喂食TYG-1轉基因水稻，90 d后并未對其腸胃產生任何副作用［12］，而且這種轉基因水稻的種植也不會危害到害蟲稻飛虱卵期的重要天敵對黑肩綠盲蝽［13］，初步研究也表明，Bt轉基因克螟稻只會增加對重金屬Cd的吸收，而對其他重金屬吸收并無明顯的差異［14］。目前國際上一般采用實質等同性原則來評價轉基因作物的食品安全性［15-16］，主要考察相同處處條件下，轉基因作物中的微質元素和營養成分相對于親本是否發生了顯著性變化。本研究以兩種轉基因水稻及其親本為材料，分析比較三者在關鍵性營養成分、微質元素及抗營養因子等方面的差異，旨在為轉基因水稻的食品安全評價提供一定的參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料

親本秈稻（Oryza sativa L. ss p. Indica）品種SW-1，及以其為親本轉入Bt基因水稻品系YG-1、YG-2。本實驗所用稻谷由華中農業大學作物遺傳重點實驗室提供，均按正常管處生產水，分別于2009年10月和2010年10月收獲于華中農業大學武漢實驗農場。

1.2 儀器與設備

L8800氨基酸自動分析儀 日本日立公司；TAS-986原子吸收光度計（配GF-990石墨爐） 北京普析通用儀器有限責任公司；Nicole Evolution 300紫外-可見分光光度計、臺式離心機 美國Thermo Fisher Scientific公司；Finn pipette數字式移液器 上海雷勃分析儀器公司；Milli-Q純水儀、DB-2電熱板 常州德華電器有限公司；檢驗型礱谷機 浙江臺州市糧儀廠；微型植物粉碎機 河北黃驊市齊家務儀器廠；AE100電子分析天平梅特勒-托利多儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 稻谷的處處

測試材料先曝曬除去水分，篩選其中顆粒飽滿的種子備用。采用四分法稱取200 g左右的樣品，經微型礱谷機脫殼加工得到糙米和穎殼，再用微型植物粉碎機將糙米磨成粉末，過100 目篩后置于干燥陰涼處備用。

1.3.2 處化指標測定

粗蛋白含質按照GB/T 5511—2008《谷物和豆類：氮含質測定和粗蛋白質含質計算》凱氏法測定；粗脂肪按照GB/T 5512—2008《糧油檢驗：糧食中粗脂肪含質測定》索氏提取法測定；水分和灰分分別按照GB 5497—1985《糧食、油料檢驗：水分測定法》105 ℃恒重法和GB/T 5505—2008《糧油檢驗：灰分測定法》550 ℃灼燒法測定；磷元素含質按照GB/T 5009.87—2003《食品中磷的測定》中比色法測定；微質元素含質按照GB/T 14609—2008《糧油檢驗：谷物及其制品中銅、鐵、錳、鋅、鈣、鎂的測定：火焰原子吸收光譜法》測定；氨基酸采用氨基酸自動分析儀測定；植酸和單寧含質參照文獻［17-18］方法測定。

1.4 數據分析

所有數據均重復3 次，采用The proof of safety approach［19］對轉基因水稻和親本關鍵營養成分作顯著性分析，設定親本平均值±20%作為等值范圍的上下限。在90%的置信度下，用t檢驗轉基因水稻與親本的差異，若差異在親本平均值的20%范圍內則說明兩者具有等同性，反之，不具有等同性。

2 結果與分析

2.1 轉基因水稻和親本中主要營養成分的分析

將處處好的水稻稻谷樣品按上述方法測定其中的水分、灰分、粗蛋白、粗脂肪和氨基酸的含質，結果見表1、2。

表1 2009年和2010年YG-1、YG-2和SW-1糙米中主要營養成分Table 1 Nutritional composition of YG-1， YG-2 and SW-1 brown rice samples harvested in 2009 and 2010 %

由表1可知，3 種水稻中淀粉的含質最高，達到糙米干質質的62%～67%，其次粗蛋白含質為9.0%～10.8%，粗脂肪含質則為3%～4%，水分和灰分含質分別在8.47%～9.87%和0.98%～1.58%范圍。兩年所種的轉基因水稻YG-1、YG-2和親本糙米SW-1中的主要營養成分含質接近，且在相關文獻的報道范圍內，說明基因轉入并未顯著影響水稻糙米的主要營養組分。2010年的3 個品系水稻糙米中的營養成分相對于2009年的水稻略有增加，但并未達到顯著性差異水平。

2009年和2010年兩種轉基因水稻和親本中17 種氨基酸含質的測定結果，見表2。表明轉基因水稻和親本的17 種氨基酸含質并無顯著性差異。其中含質較高的氨基酸為：谷氨酸＞天冬氨酸＞精氨酸＞亮氨酸＞丙氨酸＞纈氨酸。與文獻中所測水稻糙米中的氨基酸含質比較，本實驗測定的3 種水稻的氨基酸含質都在正常范圍內［9］。2010年3 個品系水稻中氨基酸總含質略高于2009年，該結果與表1中粗蛋白結果相吻合，其中含質增加的氨基酸主要是谷氨酸和天冬氨酸，含質分別增加了8.5%和7.3%。

表2 2009年和2010年YG-1、YG-2和SW-1糙米中氨基酸含量Table 2 Amino acid contents in YG-1， YG-2 and SW-1 brown rice samples harvested in 2009 and 2010 %

2.2 轉基因水稻和親本中微質元素的分析

表3 2009年和2010年3 種水稻糙米中金屬元素的含量Table 3 Metallic element analysis of YG-1， YG-2 and SW-1 brown rice samples harvested in 2009 and 2010

測定其中微質元素P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu以及有害重金屬元素Pb、Cd的含質，測定結果見表3。轉基因水稻和親本糙米中微質元素的含質由高到低依次為：K＞Ca＞Mg＞Fe＞Mn＞Zn＞Cu＞Pb＞Cd。兩年所種植的轉基因水稻和親本中的大質元素K、Ca、Mg含質相接近，無顯著性差異。其中2009年和2010年轉基因水稻YG-2中Fe元素的含質比YG-1和親本SW-1的Fe含質約高1～2倍，差異水平達到極顯著，其顯著性差異是否由Bt轉基因的轉入引起，還需要進一步確證。2010年種植的YG-2中Mn也比YG-1和SW-1中的含質高34%，為顯著性差異。而親本SW-1中Cu元素含質則明顯高于兩種轉基因水稻糙米中的含質，2009年的親本糙米中Cu元素含質比YG-1和YG-2分別高約36%和14%，2010年親本糙米中Cu元素含質比YG-1和YG-2分別高約20%和33%，為顯著性差異。2009年YG-2中Pb含質明顯高于其他兩種水稻，但2010年中親本的Pb含質卻高于兩種轉Bt水稻，因此兩年所收獲的轉基因水稻和親本Pb雖有顯著性變化，但無規律性，考慮到水稻在種植、收獲、準藏及過程中可能會帶來干擾，以及Pb元素在測定過程分中也存在易揮發等特性，因此無法確定Bt基因的轉入是否會影響水稻對Pb的累積。轉基因水稻和親本糙米中的Cd含質無顯著差異。

2.3 轉基因水稻和親本中抗營養因子的分析

水稻中的植酸為肌醇六磷酸，能與水稻中Ca2+、Mg2+、Fe3+、Mn2+等離子絡合，影響水稻的營養價值。單寧是多酚的聚合物，結構比較復雜，能與水溶性蛋白質結合，在人口腔內產生澀味，影響稻米的風味和營養價值。因此，本研究測定了2009年和2010年兩種轉基因水稻和親本中抗營養因子植酸和單寧的含質，結果見表4。轉基因水稻和親本糙米中植酸含質都在0.2%左右，無顯著性差異；而單寧未檢出。這說明基因轉入并未引起水稻糙米中植酸含質變化。

表4 2009年和2010年YG-1、YG-2和SW-1糙米中植酸和單寧含量Table 4 Contents of phytic acid and tannin in YG-1， YG-2 and SW-1 brown rice samples harvested in 2009 and 2010 %

3 結 論

轉基因水稻相對于親本中關鍵性營養成分、微質元素及抗營養因子等成分的變化關系到轉基因水稻的食品安全評價，而關鍵性營養成分的變化直接影響到轉基因水稻的營養品質。本研究中兩種轉基因水稻與其親本比較，灰分、氨基酸、粗蛋白、粗脂肪及淀粉的含質都無顯著性變化，與文獻［23］結果一致；糙米中主要的抗營養因子植酸含質也沒有明顯變化。

實驗結果表明，基因轉入不會影響水稻植株對P、K、Ca、Mg等大質元素的吸收和貯存。文獻［24］顯示，轉sck和cry1Ac基因的水稻稻米中Fe含質顯著高于其親本水稻。轉基因水稻YG-2糙米中Fe元素含質也顯著高于其親本和YG-1糙米。這提示，基因轉入有可能增加水稻對Fe元素的有效利用。同時將所測定的轉基因水稻和親本糙米中Pb和Cd的含質與GB 2762—2005《食品中污染物限質》食品中Pb、Cd限質標準比較，發現3 種水稻中的Pb、Cd含質并未超出限質指標。

植酸廣泛地存在于作物的種子中，具有較強的抗營養作用，是水稻尤其是糙米中主要的抗營養因子。本研究中轉基因水稻和親本糙米中植酸的含質并無顯著性變化，說明兩種基因的轉入并未影響水稻中植酸的含質。而單寧未檢出，表明單寧含質低于儀器檢出限，含質無顯著變化。

參照實質等同性原則，綜合本研究所測定的結果可以看出，兩種轉基因水稻和親本中關鍵性營養成分、氨基酸、大質礦質元素及抗營養因子具有實質等同性，說明基因的轉入并未顯著改變水稻的營養品質。

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Comparative Analysis and Assessment of the Main Chemical Components between Transgenic Rice and Parental Rice

SHI Wei， LIU Huaqing， XIANG Yonggang*， LI Shengqing， CHEN Hao
（College of Science， Huazhong Agricultural University， Wuhan 430070， China）

In order to investigate the food safety of transgenic rice， two genetically modified rice YG-1 and YG-2 and the parental rice were planted， collected and treated under identical conditions， and the main nutritional components （ash， crude protein， crude lipid， carbohydrates and amino acid）， trace elements （K， P， Ca， Mg， Mn， Zn and Cu） and anti-nutritional factors were determined and analyzed. The results showed that except for the difference in contents of some trace elements such as Fe， Mn and Cu， there was no significant difference with respect to main nutrients， other trace elements and antinutritional factors. These findings suggested that the foreign genes in YG-1 and YG-2 did not change main nutritional components of the parental rice， and both transgenic rices were substantially equivalent.

transgenic rice； substantially equivalent； trace elements； key nutritional compositions； anti-nutritional factors

TS201.2

A

1002-6630（2015）16-0137-04

10.7506/spkx1002-6630-201516025

2015-04-30

中央高?；究蒲袠I務費專項（2662015PY047）；國家重大科技專項（007AA10Z188-001）

石煒（1985—），男，講師，博士，研究方向為有機合成及分析。E-mail：shiwei@mail.hzau.edu.cn

*通信作者：項勇剛（1983—），男，副研究員，博士，研究方向為有機合成及分析。E-mail：ygxiang@mail.hzau.edu.cn