轉(zhuǎn)AO基因高植酸酶玉米營養(yǎng)學(xué)評價分析

張 宇，令狐麗琴，胡貽椿，楊曉光，樸建華，張一平，楊麗琛

(1中國疾病預(yù)防控制中心營養(yǎng)與健康所/衛(wèi)生部微量元素營養(yǎng)重點實驗室，北京 100050；2山西省疾病預(yù)防控制中心，太原 030012)

轉(zhuǎn)AO基因高植酸酶玉米營養(yǎng)學(xué)評價分析

張 宇1，令狐麗琴2，胡貽椿1，楊曉光1，樸建華1，張一平1，楊麗琛1

(1中國疾病預(yù)防控制中心營養(yǎng)與健康所/衛(wèi)生部微量元素營養(yǎng)重點實驗室，北京 100050；2山西省疾病預(yù)防控制中心，太原 030012)

目的：評價轉(zhuǎn)AO基因高植酸酶玉米的主要營養(yǎng)學(xué)價值。方法：以國標(biāo)法測定轉(zhuǎn)基因玉米及其親本的主要營養(yǎng)成分。選擇斷乳SD大鼠100只隨機(jī)分為5組，飼養(yǎng)28d。對5組大鼠飼養(yǎng)前、后主要營養(yǎng)學(xué)指標(biāo)、血液和生化學(xué)指標(biāo)，以及蛋白質(zhì)功效比值(PER)進(jìn)行比較。 結(jié)果：轉(zhuǎn)AO基因高植酸酶玉米與非轉(zhuǎn)基因?qū)φ沼衩自谥饕獱I養(yǎng)成分方面均有相似性。各試驗組大鼠的平均增重和平均日增重量均顯著高于對照組(P<0.05)，且A組的平均增重亦顯著高于B組(P<0.05)。雄性試驗組和雌性A、B組的WBC計數(shù)顯著低于對照組(P<0.05)，雄性B、D組的AST，以及A組的CRE均顯著高于對照組(P<0.05)，雄性C組的AST顯著低于D組(P<0.05)。所有試驗組的PER均顯著低于對照組(P<0.05)，轉(zhuǎn)基因玉米與對照玉米在PER和校正PER方面均無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。 結(jié)論：轉(zhuǎn)AO基因高植酸酶玉米在蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值方面與非轉(zhuǎn)基因玉米具有實質(zhì)等同性，從營養(yǎng)學(xué)角度分析該類型玉米是安全的。

轉(zhuǎn)基因玉米；植酸酶；28d喂養(yǎng)試驗；蛋白質(zhì)功效評價；營養(yǎng)成分分析

玉米是我國主糧之一，經(jīng)濟(jì)價值巨大，且在糧食方面具有重要的地位。傳統(tǒng)育種方法已無法滿足現(xiàn)階段對玉米總量和特殊用途的需求。轉(zhuǎn)基因技術(shù)不僅可以滿足玉米產(chǎn)量提升的需求，同時也為特殊品種開發(fā)帶來了機(jī)遇[1]。磷是動物生長所必需的重要元素，盡管在玉米中含量豐富，但約有65%是以植酸鹽的形式存在[2]，消化利用率極低。不僅會造成資源浪費，同時還易引發(fā)環(huán)境污染[3]。植酸酶不僅能夠有效降低植酸對蛋白質(zhì)的螯合作用[4]，更重要的是能夠提高機(jī)體對蛋白質(zhì)、磷及其他礦物質(zhì)元素的利用率。如何增加飼料中植酸酶含量，提升礦物質(zhì)利用率已成為畜牧業(yè)關(guān)注的焦點。傳統(tǒng)方法是在飼料配置過程中人為添加植酸酶，但存在高成本和高風(fēng)險的弊端[5]，因此，在推廣過程中受到限制。

轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米是將黑曲霉素中的植酸酶基因引入玉米中高效表達(dá)，不僅提高了磷、鈣等元素的利用率，降低了外源性磷酸氫鈣的使用，更重要的是能夠有效降低飼料生產(chǎn)成本。目前，轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米的應(yīng)用前景和效果已受到了廣泛的肯定[3，4]。盡管如此，轉(zhuǎn)基因技術(shù)在我國尚處于研究階段，其安全性和營養(yǎng)學(xué)價值仍是世界范圍內(nèi)關(guān)注的焦點[6]。目前，關(guān)于轉(zhuǎn)植酸酶玉米的報道主要集中于毒理學(xué)評價[7]，鮮有關(guān)于營養(yǎng)學(xué)評價的報道。本文擬通過對轉(zhuǎn)AO基因高植酸酶玉米的營養(yǎng)成分，以及蛋白質(zhì)功效比值進(jìn)行評價，旨在為其推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 實驗材料 轉(zhuǎn)AO基因高植酸酶玉米(簡稱轉(zhuǎn)植酸酶玉米)和非轉(zhuǎn)基因?qū)φ沼衩祝杀本W瑞金股份有限公司提供。其中轉(zhuǎn)植酸酶玉米材料包括11TPY001和11TPY050兩個品種。非轉(zhuǎn)基因?qū)φ沼衩装∣SL963和OSL940，二者均為轉(zhuǎn)植酸酶玉米的父本自交系，為生長、加工條件與轉(zhuǎn)基因玉米相同的傳統(tǒng)品種。

清潔級斷乳SD大鼠100只，體重60～80g，雌雄各半，購置于北京維通利華實驗動物技術(shù)有限公司(動物許可證號：SCXK 2006-0009)。

1.1.2 設(shè)備與試劑 GX-200型電子天平，日本A&D公司生產(chǎn)；TE3102S型萬分之一天平，德國賽多利斯公司生產(chǎn)；XT-1800IV型五分類血液分析儀，日本希森美康株式會社生產(chǎn)；7080型全自動生化分析儀，日本株式會社日立高新技術(shù)生產(chǎn)。主要試劑：血紅蛋白檢測試劑，購置于日本希森美康株式會社；生化分析試劑盒，購自中生北控生物技術(shù)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 營養(yǎng)成分檢測 玉米及飼料的營養(yǎng)成分分析由北京市營養(yǎng)源研究所參照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)完成。

1.2.2 飼料 轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因飼料配置：根據(jù)轉(zhuǎn)基因與非轉(zhuǎn)基因玉米營養(yǎng)成分分析結(jié)果，按照飼料中蛋白含量控制在10%的原則，以最大摻入比分別加入玉米蛋白，不足部分以酪蛋白補充(對照組全部為酪蛋白)，其他營養(yǎng)素參照AIN-93G配方[8]完成。飼料由北京華阜康生物科技股份有限公司提供。

1.2.3 實驗動物分組與飼養(yǎng) 適應(yīng)性飼養(yǎng)3d，并依據(jù)體重隨機(jī)分為5組，每組各20只，雌雄各半。其中A和C組為轉(zhuǎn)植酸酶玉米組(簡稱轉(zhuǎn)基因組)，飼喂含轉(zhuǎn)植酸酶玉米飼料；B和D組為非轉(zhuǎn)基因?qū)φ沼衩?簡稱非轉(zhuǎn)基因組)，飼喂含非轉(zhuǎn)基因?qū)φ沼衩罪暳希籈組為對照組，飼喂含酪蛋白飼料。

單籠飼養(yǎng)，溫度設(shè)定21～23℃、濕度控制為55～58%、光照/黑暗12h循環(huán)。連續(xù)喂養(yǎng)28d，動物自由飲水和采食。試驗全程由專人負(fù)責(zé)，參照中國疾病預(yù)防控制中心動物實驗中心大鼠飼養(yǎng)和管理規(guī)程。記錄每日攝食量，每周體重變化，觀察并記錄大鼠外觀和行為異常，毒性表現(xiàn)以及死亡情況。

1.2.4 指標(biāo)檢測 試驗期末，大鼠禁食12h，腹主動脈取血測定血常規(guī)和生化指標(biāo)，包括：血紅蛋白含量(HGB)、紅細(xì)胞計數(shù)(RBC)、白細(xì)胞計數(shù)(WBC)、血小板數(shù)(PLT)和淋巴細(xì)胞百分比(LYMPH)。生化指標(biāo)包括：谷-草轉(zhuǎn)氨酶(AST)、谷-丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)、血清尿素氮(BUN)、白蛋白(Alb)和肌酐(CRE)。計算蛋白質(zhì)功效比值，PER=28d體重增量/28d蛋白質(zhì)攝入總量[9]。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 主要營養(yǎng)成分分析

除水分外，其他營養(yǎng)成分具有可比性(P>0.05)(表1)。除部分品種飼料的水分略高外，其余營養(yǎng)學(xué)指標(biāo)均符合國家標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

表1 轉(zhuǎn)植酸酶玉米與非轉(zhuǎn)基因?qū)φ沼衩字饕獱I養(yǎng)素分析

注：與非轉(zhuǎn)基因?qū)φ沼衩紫啾龋?P<0.05

表2 飼料主要營養(yǎng)成分檢測結(jié)果(%)

2.2 轉(zhuǎn)植酸酶玉米對大鼠生長性能的影響

由表3可見，無論是雄性或雌性大鼠，各組的平均增重和平均日增重均顯著低于對照組(P<0.05)，A組平均增重顯著低于B組(P<0.05)，其余轉(zhuǎn)基因組與非轉(zhuǎn)基因組間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。各組在平均日均采食量間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。各試驗組的料重比均顯著高于對照組(P<0.05)，但轉(zhuǎn)基因組與非轉(zhuǎn)基因組間差異則無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

表3 轉(zhuǎn)植酸酶玉米對大鼠生長性能的影響

注：與對照組相比，*P<0.05；與非轉(zhuǎn)基因組相比，#P<0.05

2.3 轉(zhuǎn)植酸酶玉米對血液學(xué)指標(biāo)影響

由表4可見，雌性大鼠各試驗組，以及雄性A和B組的WBC計算均顯著低于對照組(P<0.05)，但轉(zhuǎn)基因組與非轉(zhuǎn)基因組間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。各試驗組與對照組間在RBC計數(shù)、HGB和淋巴細(xì)胞比例方面差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。A組雌性的PLT計數(shù)顯著高于對照組(P<0.05)，但其余組間則無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。

雄性B、D組的AST，以及A組的CRE均顯著高于對照組(P<0.05)，雄性C組的AST顯著低于D組(P<0.05)，但雌性大鼠無此現(xiàn)象。其余各試驗組與對照組間，以及轉(zhuǎn)基因與非轉(zhuǎn)基因組間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)(表5)。

表4 28d喂養(yǎng)期末血常規(guī)結(jié)果

注：與對照組相比，*P<0.05；與非轉(zhuǎn)基因組相比，#P<0.05

表5 28d喂養(yǎng)期末生化指標(biāo)結(jié)果

注：與對照組相比，*P<0.05；與非轉(zhuǎn)基因組相比，#P<0.05

2.4 蛋白質(zhì)功效比值評價

所有試驗組的PER均顯著低于對照組(P<0.05)，但無論是PER還是校正PER，轉(zhuǎn)基因組與非轉(zhuǎn)基因組間均無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)，提示轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的蛋白質(zhì)功效比等同于親本對照物，但劣于酪蛋白(表6)。

表6 各組PER及以酪蛋白校正

注：與對照組相比，*P<0.05

3 討論

玉米的轉(zhuǎn)基因市場化具有廣闊的發(fā)展前景，其種植面積正以每年6%的速度增長[10]。盡管在我國商業(yè)化種植尚無確切的時間表，但優(yōu)勢性品種的研究正持續(xù)開展，轉(zhuǎn)植酸酶玉米就是其中之一。

傳統(tǒng)飼料加工過程中主要是采用植酸酶外源性添加的方法，解決磷利用率低的問題，但成本較高。梁陳沖等[11]分析幾種不同來源的植酸酶對豬消化率和生長性能的影響時發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)植酸酶玉米來源與外源添加的植酸酶具有相同的效果。

FAO/WHO專家咨詢委員會認(rèn)為考慮到非期望效應(yīng)的影響，轉(zhuǎn)基因作物即便是在營養(yǎng)成分上與傳統(tǒng)作物一致，仍需考慮進(jìn)行安全性評價。毒理學(xué)、致敏性和營養(yǎng)學(xué)評價都是安全評價的重要組成部分，但目前關(guān)于轉(zhuǎn)植酸酶玉米的報道主要集中于利用率和毒理學(xué)評價[12]。本研究立足于此，首先對轉(zhuǎn)植酸酶玉米與非轉(zhuǎn)基因?qū)φ沼衩椎臓I養(yǎng)素含量進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，兩種轉(zhuǎn)植酸酶玉米在蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)元素和維生素等主要營養(yǎng)素方面與親本間并無差異。國內(nèi)報道稱植酸酶添加有助于提高采食量和采食量[11]，但本結(jié)果中未得到相應(yīng)結(jié)論。轉(zhuǎn)基因組與非轉(zhuǎn)基因組在平均增重、采食和料重比方面均無差異，這可能與飼料中添加的轉(zhuǎn)植酸酶玉米總量有限，且觀察時間較短有關(guān)。此外，試驗組的料重比均顯著低于對照組，提示玉米蛋白的增重效果略差于酪蛋白，這也與國內(nèi)報道一致[2-4]。血液生化指標(biāo)改變是轉(zhuǎn)基因作物非期望效應(yīng)的主要標(biāo)志，陳小萍等[9]以轉(zhuǎn)豇豆胰蛋白酶抑制劑大米喂養(yǎng)大鼠時也發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因組的AST和ALT等指標(biāo)也出現(xiàn)升高現(xiàn)象。本研究中除試驗組的WBC計數(shù)出現(xiàn)升高外，其他指標(biāo)與對照組均無差異，且轉(zhuǎn)基因與非轉(zhuǎn)基因組間并無差異，提示轉(zhuǎn)植酸酶玉米對血常規(guī)并無明顯影響。生化指標(biāo)方面，雄性A組的CRE顯著高于對照組，但與非轉(zhuǎn)基因組間無差異，提示這可能與飼料中蛋白質(zhì)組成不同有關(guān)。此外，雄性C組的AST顯著低于非轉(zhuǎn)基因組(D組)，但與對照組間無差異，且雌性大鼠則無此現(xiàn)象。提示盡管C組AST有升高，但仍在正常范圍內(nèi)，其升高可能與進(jìn)食量和飼料組成有，暫不能確定是否與轉(zhuǎn)植酸酶基因有關(guān)。

非期望效應(yīng)的發(fā)生，一方面是特異性蛋白進(jìn)入體內(nèi)后生的病理生理反應(yīng)，另一方面則是與轉(zhuǎn)入基因所表達(dá)蛋白的種類和數(shù)量改變有關(guān)。毒理和致敏性評價主要是針對第一方面，PER則是對第二方面評價的最佳辦法。本組研究發(fā)現(xiàn)與酪蛋白相比，試驗組的PER均較低，提示無論是轉(zhuǎn)基因或非轉(zhuǎn)基因玉米，其蛋白質(zhì)的利用率均較酪蛋白差。另一方面，經(jīng)酪蛋白校正后，各轉(zhuǎn)基因組與非轉(zhuǎn)基因組的PER均無差異，提示兩種轉(zhuǎn)AO高植酸酶基因玉米與非轉(zhuǎn)基因?qū)φ沼衩自诘鞍踪|(zhì)利用率等方面具有相同的營養(yǎng)學(xué)價值，同時轉(zhuǎn)AO高植酸酶基因也未對其他營養(yǎng)素的吸收產(chǎn)生影響。

綜上所述，本實驗所檢測的轉(zhuǎn)AO基因高植酸酶玉米品種11TPY001和11TPY050，在蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值方面與非轉(zhuǎn)基因?qū)φ沼衩拙哂袑嵸|(zhì)等同性。從營養(yǎng)學(xué)角度分析認(rèn)為，這兩個轉(zhuǎn)基因品種是安全的。◇

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(責(zé)任編輯 李婷婷)

Nutritional Evaluation onAOTransgenic High Phytase Maize

ZHANG Yu1, LINGHU Li-qin2, HU Yi-chun1, YANG Xiao-guang1, PIAO Jian-hua1, ZHANG Yi-ping1,YANG Li-chen1

(1National Institute for Nutrition and Health, Chinese Center for Disease Control and Prevention/Key Laboratory of Trace Element Nutrition, National Health and Family Planning Commission, Beijing 100050, China;2Shanxi Center for Disease Control and Prevention, Taiyuan 030012, China)

genetically modified maize; phytase; 28 days feeding test; protein efficacy evaluation; nutrients anlysis

轉(zhuǎn)基因生物新品種培育科技重大專項“優(yōu)質(zhì)功能型轉(zhuǎn)基因玉米新品種培育”(項目編號：2014ZX08003-002)。

張 宇(1982— )，男，博士，副研究員，研究方向：營養(yǎng)與食品安全。

楊麗琛(1974— )，女，碩士生導(dǎo)師，研究員，研究方向：營養(yǎng)與食品安全。