轉(zhuǎn)基因作物對魚類的生態(tài)毒理效應(yīng)研究綜述

董姍姍,章嫡妮,張振華,于賜剛,劉燕,#,王長永,*

1. 環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所，南京 210042 2. 環(huán)境保護(hù)生物安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210042

轉(zhuǎn)基因作物潛在的健康和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)一直以來頗受爭議，外源基因的隨機(jī)插入可能會(huì)影響轉(zhuǎn)基因作物本身內(nèi)源基因的表達(dá)，進(jìn)而產(chǎn)生非預(yù)期效應(yīng)，例如：改變作物中的大量元素、微量元素、抗?fàn)I養(yǎng)因子或固有植物毒素的表達(dá)水平[1-2]。如果作為動(dòng)物飼料的轉(zhuǎn)基因作物發(fā)生了這些改變，可能會(huì)對動(dòng)物的健康產(chǎn)生潛在影響，而且有研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因作物在加工成飼料后其中的外源蛋白會(huì)有一定量的殘留，可能會(huì)誘導(dǎo)動(dòng)物產(chǎn)生免疫應(yīng)激反應(yīng)[3]，影響動(dòng)物的生長發(fā)育、繁殖等[4]。

目前對轉(zhuǎn)基因作物的飼用安全性評價(jià)多參照經(jīng)典的生態(tài)毒理學(xué)評價(jià)方法，采用不同的飼喂時(shí)間、不同的劑量水平、不同的模式動(dòng)物和毒性參數(shù)(表1)。Kuiper和Kleter[5]建議對于轉(zhuǎn)基因作物飼用安全性全面深入的評估應(yīng)該包括對外源蛋白的毒性、致敏性，外源基因的分子特征、非預(yù)期效應(yīng)及其水平轉(zhuǎn)移到其他物種的潛力等方面的評估。以往對轉(zhuǎn)基因作物飼用安全性的研究中因轉(zhuǎn)基因作物的品種、劑量水平、動(dòng)物種類、實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間、對照組的選擇以及評價(jià)參數(shù)的不同，其結(jié)果會(huì)明顯不同[6-13]，這在一定程度上表明轉(zhuǎn)基因作物飼用安全性評價(jià)的復(fù)雜性，需要個(gè)案分析。

魚類是水體中主要生物之一,是水生脊椎動(dòng)物的代表, 因其對水環(huán)境的物理、化學(xué)及生物變化比較敏感,已被廣泛應(yīng)用于指示水環(huán)境質(zhì)量的變化。目前以魚類為模式動(dòng)物的生態(tài)毒理學(xué)研究主要是水體中農(nóng)藥、抗生素、重金屬以及其他化學(xué)品等有毒物質(zhì)的毒理效應(yīng),轉(zhuǎn)基因作物對魚類的安全性研究相對較少,國外在這方面的研究中較多使用的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是大西洋鮭(Salmosalar)、虹鱒魚(Oncorhynchusmykiss)和斑馬魚(Daniorerio)等[14]。常見的方法是配制含有一定劑量的轉(zhuǎn)基因作物飼料給魚喂食一段時(shí)間，評估魚的健康狀況。常見的毒性參數(shù)為魚的生長率、死亡率、健康指數(shù)、臟器功能及發(fā)育、組織病理學(xué)指標(biāo)、血液學(xué)指標(biāo)、臟器組織中抗氧化酶活性及敏感蛋白的mRNA表達(dá)水平等。

隨著集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，魚用人工配合飼料的應(yīng)用也日漸廣泛，魚粉的需求量激增，由于受全球性的酷漁濫捕及環(huán)境污染等影響，魚粉的產(chǎn)量逐年下降，植物性來源諸如大豆和玉米在魚飼料中的應(yīng)用越來越普遍。自1996年轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化種植以來，其產(chǎn)量相對于作物總產(chǎn)量的比例逐年增加。在2014年，轉(zhuǎn)基因大豆、棉花、玉米和油菜的種植面積分別占比為82%、68%、30%和25%[15]。轉(zhuǎn)基因作物是否與傳統(tǒng)作物具有一樣的營養(yǎng)成分，其中的外源基因及其表達(dá)蛋白是否會(huì)對魚類生長、健康產(chǎn)生潛在風(fēng)險(xiǎn)逐漸成為魚類養(yǎng)殖業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。本文基于轉(zhuǎn)基因作物作為魚飼料原料對魚類生態(tài)毒理學(xué)效應(yīng)的研究現(xiàn)狀，綜述了轉(zhuǎn)基因作物對魚的生長表現(xiàn)、生理生化、臟器功能及發(fā)育、組織病理以及行為活動(dòng)等方面的生態(tài)毒理學(xué)效應(yīng)，分析了當(dāng)前研究中存在的問題，并對今后的研究趨勢進(jìn)行了探討。

1 轉(zhuǎn)基因作物對魚類的生態(tài)毒理效應(yīng)(Ecotoxicological effects of genetically modified crops on fish)

目前以魚類作為模式動(dòng)物進(jìn)行轉(zhuǎn)基因作物飼用安全性評價(jià)的研究還比較少，而且這些研究選取的魚的種類、評價(jià)的毒性參數(shù)、采用的轉(zhuǎn)基因作物品種及其在飼料中的含量，以及實(shí)驗(yàn)持續(xù)的時(shí)間都有所不同，其結(jié)果也不盡相同。

1.1 對生長表現(xiàn)的影響

檢測魚的體重、體長、外形指數(shù)、特定增長率等生長指標(biāo)是評價(jià)轉(zhuǎn)基因作物生態(tài)毒理效應(yīng)的基本手段。例如：Sissener等[8]通過喂食斑馬魚含有25%轉(zhuǎn)基因大豆和20%轉(zhuǎn)基因玉米的人工飼料，調(diào)查了斑馬魚的攝食量、體重、體長和特定增長率等生長指標(biāo)，結(jié)果顯示與非轉(zhuǎn)基因玉米組相比，轉(zhuǎn)基因玉米組斑馬魚體重顯著偏高。Sanden等[6]用含有19%轉(zhuǎn)Bt基因玉米的飼料喂食兩代斑馬魚，研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因玉米組親代斑馬魚的各項(xiàng)生長指標(biāo)與非轉(zhuǎn)基因玉米組相比沒有顯著差異，但轉(zhuǎn)基因玉米組子代斑馬魚的體重、特定增長率和食物轉(zhuǎn)化率都明顯高于非轉(zhuǎn)基因玉米組的，總體來看，喂食轉(zhuǎn)基因玉米飼料的兩代斑馬魚在生長表現(xiàn)上都好于喂食非轉(zhuǎn)基因玉米飼料的，推測這可能與非轉(zhuǎn)基因玉米中的伏馬毒素B1和黃曲酶毒素B1的含量相對偏高有關(guān)。Hemre等[16]在對大西洋鮭喂食轉(zhuǎn)基因玉米(MON810)飼料82 d的研究中發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因玉米組的攝食量、生長率和最終體重與非轉(zhuǎn)基因玉米組相比都顯著偏低。Brown等[17]分別以2種抗除草劑轉(zhuǎn)基因油菜(GT200和GT73)為飼料原料喂食虹鱒魚，實(shí)驗(yàn)中設(shè)置5%～20%這4個(gè)劑量梯度，以非轉(zhuǎn)基因親本材料和不含油菜的飼料為對照，研究發(fā)現(xiàn)GT200轉(zhuǎn)基因油菜組虹鱒的體重、食物轉(zhuǎn)化率、蛋白效率比和蛋白沉積與非轉(zhuǎn)基因組相比無顯著差異，但CT73組虹鱒的體重增加值、食物轉(zhuǎn)化率和蛋白效率比隨著轉(zhuǎn)基因油菜在飼料中含量的增加而減少，而且與非轉(zhuǎn)基因親本組相比CT73組虹鱒魚身體中蛋白、水分及蛋白沉積增加，脂肪含量減少，推測可能由于轉(zhuǎn)基因與非轉(zhuǎn)基因油菜仔本身蛋白含量和溶解度的差異所導(dǎo)致。Chainark等[18]以虹鱒魚幼魚為模式動(dòng)物，通過3個(gè)月的喂養(yǎng)試驗(yàn)評估轉(zhuǎn)基因大豆對其生態(tài)毒理效應(yīng)，在該研究中設(shè)置了15%和30%共2種劑量水平，結(jié)果顯示虹鱒魚的生長和攝食在轉(zhuǎn)基因大豆和非轉(zhuǎn)基因大豆組間沒有顯著差異。Li等[19]通過8周的喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)評估了4種轉(zhuǎn)基因棉花對斑點(diǎn)叉尾鮰的生態(tài)毒理效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)中以非轉(zhuǎn)基因親本和商業(yè)化的飼料為對照，棉花籽在飼料中的含量均為20%，通過對斑點(diǎn)叉尾鮰的生長、存活、飼料轉(zhuǎn)化率和魚體的成分分析，結(jié)果顯示Bollgard×Roundup Ready和BollgardⅡ×Roundup Ready組斑點(diǎn)叉尾鮰的蛋白含量與非轉(zhuǎn)基因親本相比顯著偏低。

表1 轉(zhuǎn)基因作物對魚類的生態(tài)毒理學(xué)效應(yīng)Table 1 Ecotoxicological effects of genetically modified (GM) crops on fish

1.2 對生理生化方面的影響

1.2.1 血液學(xué)

血液學(xué)參數(shù)已被廣泛地用來評價(jià)魚類的健康狀況、營養(yǎng)狀況及對環(huán)境的適應(yīng)狀況，是重要的生理、病理和毒理學(xué)指標(biāo)[20]。研究顯示飼料的配比、添加劑、傳染病以及環(huán)境因子脅迫等都可能對魚的血液參數(shù)產(chǎn)生影響[21-22]。在轉(zhuǎn)基因作物對魚類的生態(tài)毒理學(xué)研究中已有很多采用血液學(xué)指標(biāo)來監(jiān)測魚體的生理變化。例如：Sagstad等[23]發(fā)現(xiàn)喂食轉(zhuǎn)基因玉米的大西洋鮭血液中的粒細(xì)胞與非轉(zhuǎn)基因玉米組的相比比例明顯偏高，推測可能是轉(zhuǎn)Bt基因玉米引起了與細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)的免疫反應(yīng)變化。J?rgensen[24]用含有19%抗蟲轉(zhuǎn)基因玉米的飼料喂食斑馬魚45 d，對白細(xì)胞的數(shù)量檢測發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因玉米組與其非轉(zhuǎn)基因近等系對照組間沒有顯著差異。血液指標(biāo)的改變在一定程度上指示了生物機(jī)體的功能變化，通過檢測血漿中營養(yǎng)素和酶的含量可以對魚進(jìn)行健康篩查，比較不同實(shí)驗(yàn)組間的營養(yǎng)水平。一項(xiàng)用分別含有15%和30%的轉(zhuǎn)基因大豆的飼料喂食大西洋鮭28 d的研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因大豆組大西洋鮭血漿甘油三酯水平與非轉(zhuǎn)基因大豆組相比顯著偏低，推測可能是由于2種大豆中皂苷水平的差異所導(dǎo)致[25]。Sanden等[26]喂食幼年大西洋鮭含有抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆的飼料8個(gè)月，結(jié)果也發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因大豆組的大西洋鮭與常規(guī)大豆組相比血漿甘油三酯顯著偏低。同樣一項(xiàng)用含有轉(zhuǎn)基因大豆的飼料喂食大西洋鮭7個(gè)月的研究顯示，大西洋鮭血漿中的血糖和蛋白質(zhì)含量在轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因大豆組間沒有顯著差異，但轉(zhuǎn)基因大豆組血漿甘油三酯濃度相對于非轉(zhuǎn)基因大豆組偏高，與前人的研究結(jié)果剛好相反，這種差異表明很有可能不是轉(zhuǎn)基因的效應(yīng)引起的，而與不同品種大豆中的抗?fàn)I養(yǎng)因子、抗原、代謝產(chǎn)物或者其他未知因素的差異有關(guān)[27]。丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶(ALAT)和天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶(ASAT)主要存在于動(dòng)物肝臟、心臟和骨骼肌組織細(xì)胞內(nèi)，當(dāng)細(xì)胞膜完整時(shí)它們在血漿中的含量較低，當(dāng)組織細(xì)胞受到損傷或壞死時(shí)血漿中的含量升高，血漿中ALAT和ASAT的含量可以作為診斷魚肝臟和腎臟疾病的指標(biāo)。例如：通過對不同飼料組大西洋鮭血漿中ALAT和ASAT含量的檢測，比較研究轉(zhuǎn)基因大豆對大西洋鮭臟器的影響[26]。

1.2.2 敏感基因和蛋白

分子生物標(biāo)志物直接反映外界因素與細(xì)胞靶分子，特別是生物大分子如核酸和蛋白質(zhì)的相互作用及其后果，具有較高的敏感性。目前，在轉(zhuǎn)基因作物對魚類生態(tài)毒理效應(yīng)研究中應(yīng)用較多的分子指標(biāo)主要是與免疫應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)的熱休克蛋白、抗氧化酶及其mRNA轉(zhuǎn)錄水平。

熱休克蛋白(HSPs)是一類在遺傳上高度保守的分子，能保護(hù)細(xì)胞并促進(jìn)細(xì)胞對各種刺激所造成的損傷進(jìn)行自身修復(fù)，具有重要的生物學(xué)功能。在不受脅迫的細(xì)胞中它們能夠維持蛋白質(zhì)的穩(wěn)態(tài),參與細(xì)胞內(nèi)新合成蛋白質(zhì)的折疊、加工和轉(zhuǎn)運(yùn)；在有脅迫因子存在的情況下HSPs會(huì)被誘導(dǎo)合成,保護(hù)細(xì)胞免受損傷。研究顯示魚肝臟中的熱休克蛋白似乎對外界環(huán)境的刺激更加敏感[28]。例如：Sagstad等[23]等發(fā)現(xiàn)喂食大西洋鮭轉(zhuǎn)基因玉米飼料82 d，其肝臟中的HSP70蛋白含量與魚粉對照組相比顯著偏高，而非轉(zhuǎn)基因玉米組的處于中間水平，HSP70的mRNA轉(zhuǎn)錄水平在各組間沒有顯著差異。Sissener等[8]通過20 d的喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，調(diào)查了抗蟲轉(zhuǎn)基因玉米對斑馬魚肝臟中HSP70 mRNA轉(zhuǎn)錄水平的影響，結(jié)果顯示非轉(zhuǎn)基因組斑馬魚肝臟中的HSP70 mRNA轉(zhuǎn)錄水平比轉(zhuǎn)基因玉米組的高出6.5倍，盡管統(tǒng)計(jì)上不顯著。

1.3 對臟器功能及發(fā)育的影響

臟器系數(shù)是毒理實(shí)驗(yàn)中常用的檢測指標(biāo)，臟器系數(shù)的變化可以在一定程度上反映動(dòng)物臟器的受損情況，為我們比較實(shí)驗(yàn)組與對照組間的差異提供線索。已有大量研究通過調(diào)查魚的肝臟、脾臟、腎臟或腸道等臟器系數(shù)及臟器功能，監(jiān)測轉(zhuǎn)基因作物對魚類的生態(tài)毒理效應(yīng)[4,25,27,35]。例如，Sagstad等[25]和Hemre等[36]在用抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆配制的飼料喂食大西洋鮭時(shí)都發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因大豆組的大西洋鮭脾臟系數(shù)相對于非轉(zhuǎn)基因大豆組的顯著偏高，推測可能與白細(xì)胞的激活和增殖有關(guān)，這是機(jī)體在受到外界抗原刺激后普遍的免疫反應(yīng)。在一項(xiàng)同樣是喂食大西洋鮭轉(zhuǎn)基因大豆飼料的研究中，對大西洋鮭的臟器系數(shù)和功能檢測發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因組與非轉(zhuǎn)基因組的脾臟系數(shù)相似，但轉(zhuǎn)基因大豆組的中腸系數(shù)與非轉(zhuǎn)基因?qū)φ战M相比顯著偏低[27]。

腸道是營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的重要器官，在轉(zhuǎn)基因作物對魚類的生態(tài)毒理學(xué)研究中，通常會(huì)把腸道中的消化酶活性作為監(jiān)測指標(biāo)之一。Bakke-McKellep等[35]用含有抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆的飼料對大西洋鮭幼魚進(jìn)行8個(gè)月的喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，對不同腸道片段中的消化酶活性、活性葡萄糖攝取和鈉-葡萄糖共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(SGLT1)水平的檢測結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)基因大豆組大西洋鮭幽門垂中的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)率和SGLT1蛋白水平顯著偏高，非轉(zhuǎn)基因大豆組的處于中間水平，而魚粉組的最低。與非轉(zhuǎn)基因大豆組相比，轉(zhuǎn)基因大豆組大西洋鮭幽門垂中的麥芽糖酶活性明顯偏低。一項(xiàng)用分別含有15%和30%轉(zhuǎn)Bt基因玉米(MON810)的飼料喂食大西洋鮭的研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因玉米組大西洋鮭中腸片段的麥芽糖酶活性顯著偏高，幽門垂中的葡萄糖攝取量也顯著偏高[16]。Gu等[37]通過99 d的喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)調(diào)查了轉(zhuǎn)Bt基因玉米(MON810)對大西洋鮭消化功能的效應(yīng)，結(jié)果顯示轉(zhuǎn)基因組大西洋鮭腸道中亮氨酸氨基肽酶和麥芽糖酶活性顯著降低，而且腸道中的膽汁鹽濃度也明顯偏低，該研究表明轉(zhuǎn)基因玉米中的Cry1Ab蛋白或其他成分上的差異可能會(huì)引起大西洋鮭幼魚腸道反應(yīng)的變化。

1.4 對組織病理學(xué)指標(biāo)的影響

組織病理參數(shù)是生態(tài)毒理學(xué)研究中的重要指標(biāo)之一，目前在轉(zhuǎn)基因作物的飼用安全性評價(jià)中也已廣泛應(yīng)用。Sissener等[7]對喂食了7個(gè)月轉(zhuǎn)基因大豆飼料的大西洋鮭的脾、頭腎和中腸的組織形態(tài)檢測發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因大豆組與非轉(zhuǎn)基因大豆組大西洋鮭的組織形態(tài)沒有明顯差異，但兩組的所有樣本都出現(xiàn)了腸道炎癥，推測這可能與飼料中的大豆含量水平有關(guān)。在一項(xiàng)以幼年大西洋鮭為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，以含有12.5%抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆的飼料為實(shí)驗(yàn)組，以商業(yè)化的非轉(zhuǎn)基因大豆和魚粉飼料為對照組，喂食8個(gè)月的研究顯示2種大豆組大西洋鮭的腸道、脾臟、肝臟、心臟和腦的臟器系數(shù)沒有顯著差異，在對腸道的進(jìn)一步研究中發(fā)現(xiàn)，非轉(zhuǎn)基因大豆組腸道組織中增殖細(xì)胞核抗原(PCNA)陽性細(xì)胞增加，而且與魚粉組相比，2種大豆組都明顯提高，這可能是大豆中的抗?fàn)I養(yǎng)因子誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)引起的，各組腸道中的溶菌酶水平和免疫球蛋白M沒有顯著差異[38]。在對喂食了轉(zhuǎn)基因玉米飼料的子一代斑馬魚的近端小腸和中腸組織病理的研究中發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因玉米組和非轉(zhuǎn)基因玉米組都有個(gè)別樣本的腸道形態(tài)發(fā)生了輕微變化，而且轉(zhuǎn)基因玉米組有一個(gè)樣本的中腸出現(xiàn)了輕微炎癥，但總體來看，兩組腸道樣本的組織病理沒有顯著差異[6]。

1.5 對行為活動(dòng)的影響

行為參數(shù)主要反映較低生物水平的影響,包括環(huán)境激素物質(zhì)、有毒有害的有機(jī)與無機(jī)物、環(huán)境因素變化等引起的生物生理習(xí)性、健康狀態(tài)異常變化,從而確定其中的相關(guān)關(guān)系。已有研究發(fā)現(xiàn)魚在卵黃囊時(shí)期活動(dòng)的增加可能會(huì)影響其進(jìn)一步的生長發(fā)育[39]，在轉(zhuǎn)基因作物對魚類的飼用安全性研究中大多是通過監(jiān)測魚的游動(dòng)情況來評估轉(zhuǎn)基因作物的生態(tài)毒理效應(yīng)。例如：Sanden等[6]在研究轉(zhuǎn)Bt基因玉米對兩代斑馬魚的效應(yīng)時(shí)，采用ZebraLab斑馬魚行為學(xué)分析系統(tǒng)監(jiān)測孵化出4 d的子一代斑馬魚的游動(dòng)軌跡，通過高分辨率數(shù)字紅外相機(jī)捕捉斑馬魚在特定區(qū)域的游動(dòng)時(shí)間，結(jié)果發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因組與非轉(zhuǎn)基因組斑馬魚在高度活躍區(qū)域的時(shí)間相似，轉(zhuǎn)Bt基因玉米對斑馬魚幼魚的游動(dòng)情況沒有顯著影響。

從以上研究可以看出，轉(zhuǎn)基因作物作為飼料成分對魚類的生態(tài)毒理效應(yīng)研究缺乏重復(fù)性，針對不同的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、設(shè)置不同的飼料配比或者采取不同的喂養(yǎng)時(shí)間其實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同，甚至可能是相反的，這表明在這些研究中所檢測到的效應(yīng)很有可能不是轉(zhuǎn)基因及其表達(dá)蛋白所引起的，但有可能與轉(zhuǎn)基因的非預(yù)期效應(yīng)有關(guān)，因?yàn)檗D(zhuǎn)基因可能導(dǎo)致作物中的抗?fàn)I養(yǎng)因子水平、抗原、代謝產(chǎn)物或者其他不確定因素的變化。目前，轉(zhuǎn)基因作物對魚類的生態(tài)毒理效應(yīng)研究中，已調(diào)查了大量的與魚類生長表現(xiàn)、生理生化、臟器功能及發(fā)育、組織病理以及行為活動(dòng)等相關(guān)的參數(shù)指標(biāo)，總體來看轉(zhuǎn)基因的效應(yīng)很小，只要在合理含量范圍內(nèi)轉(zhuǎn)基因作物與傳統(tǒng)作物一樣適合作為飼料來源。

2 存在的問題(Problems)

(1)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的選擇：目前在轉(zhuǎn)基因作物對魚類的生態(tài)毒理效應(yīng)研究中應(yīng)用的最廣泛的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是大西洋鮭，此外還有斑點(diǎn)叉尾鮰、虹鱒和斑馬魚等。但是對于某些種類的魚，特別是像大西洋鮭這種肉食性魚類，對某些植物成分非常敏感(例如：大豆中的抗?fàn)I養(yǎng)因子)，用其作為轉(zhuǎn)基因作物飼用安全評估的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物頗有爭議，因此，針對同種轉(zhuǎn)基因作物選用不同的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)行廣泛的評估是有必要的。

(2)轉(zhuǎn)基因效應(yīng)的確定：在轉(zhuǎn)基因作物對魚類的飼用安全性研究中，盡管可以保證不同飼料組在飼料配比上是一致的，但是并不是飼料中的所有成分都會(huì)被分析，日糧成分上的某些差異是很難平衡的，例如植物雌激素或者皂苷等抗性因子的差異，或者是霉菌毒素、除草劑等農(nóng)藥殘留的差異。在實(shí)驗(yàn)中檢測到的不同飼料組在某些響應(yīng)參數(shù)上的差異，很大程度上還很難確定是否是轉(zhuǎn)基因的效應(yīng)引起的。而且這些差異通常都是孤立的，缺乏重復(fù)性的，差異的大小是否具有重要的生物學(xué)意義還需要進(jìn)一步的跟蹤研究。

(3)響應(yīng)參數(shù)的選擇：轉(zhuǎn)基因作物的飼用安全評價(jià)不僅需要調(diào)查魚的生存、生長、繁殖等一般性指標(biāo)，還應(yīng)該包括能夠評估魚的健康水平以及對飲食的不良反應(yīng)進(jìn)行早期監(jiān)測的敏感指標(biāo)。但并不是檢測的響應(yīng)參數(shù)越多越能反應(yīng)轉(zhuǎn)基因的效應(yīng)，當(dāng)許多不同的參數(shù)被檢測時(shí)，其中某幾個(gè)參數(shù)很有可能會(huì)出現(xiàn)顯著差異，這些差異往往很難解釋，而真正的效應(yīng)可能由于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等原因沒有被檢測出來。因此，選擇合適的響應(yīng)參數(shù)來監(jiān)測轉(zhuǎn)基因作物對魚類的生長、繁殖和健康的影響，是轉(zhuǎn)基因作物生態(tài)毒理學(xué)效應(yīng)研究中的關(guān)鍵。

(4)對照組的選擇：在大多數(shù)研究中，會(huì)選用與轉(zhuǎn)基因作物在相同條件下種植的非轉(zhuǎn)基因近等基因系作為對照，但是轉(zhuǎn)基因與非轉(zhuǎn)基因親本在組成成分及營養(yǎng)水平上的差異仍不可避免。在對照組的選擇上，存在的主要問題是如何解釋與對照組在某些參數(shù)上的差異，如何區(qū)分這種差異是由轉(zhuǎn)基因蛋白還是轉(zhuǎn)基因的非預(yù)期效應(yīng)造成的，或者還是由于種植季節(jié)或地點(diǎn)的變化造成的隨機(jī)差異。針對這些問題，在實(shí)驗(yàn)中選擇幾個(gè)商業(yè)化的非轉(zhuǎn)基因作物作為對照對于轉(zhuǎn)基因作物的安全性評估可能會(huì)更加全面和準(zhǔn)確。

3 研究展望(Prospects)

目前，植物中哪種抗?fàn)I養(yǎng)因子或成分及其在何種水平上會(huì)對魚的生長、健康產(chǎn)生不利影響，這方面的信息還比較匱乏。而且某些抗性因子間的相互作用會(huì)影響其抗性水平，使得更難預(yù)測對魚的效應(yīng)。通過對轉(zhuǎn)基因作物與非轉(zhuǎn)基因作物內(nèi)在成分(例如：抗性因子、霉菌毒素或農(nóng)藥殘留等)差異的分析，可能會(huì)在一定程度上解釋不同飼料組間的反應(yīng)差異，或者至少可以說明這些差異是轉(zhuǎn)基因的效應(yīng)還是其他因素所導(dǎo)致的。此外，對于作物和飼料中轉(zhuǎn)基因及其表達(dá)蛋白的定量檢測也有助于區(qū)分轉(zhuǎn)基因的預(yù)期與非預(yù)期效應(yīng)。采用非靶向性的篩選方法(如：基因芯片和蛋白質(zhì)組學(xué))分析轉(zhuǎn)基因作物在魚的靶標(biāo)器官中的非預(yù)期效應(yīng)也將在轉(zhuǎn)基因作物生態(tài)毒理學(xué)研究中發(fā)揮重要作用。

[1] Cellini F, Chesson A, Colquhoun I, et al. Unintended effects and their detection in genetically modified crops [J]. Food & Chemical Toxicology, 2004, 42(7): 1089-1125

[2] Somers D A, Makarevitch I. Transgene integration in plants: Poking or patching holes in promiscuous genomes? [J]. Current Opinion in Biotechnology, 2004, 15(2): 126-131

[3] Prescott V E, Campbell P M, Moore A, et al. Transgenic expression of bean α-amylase inhibitor in peas results in altered structure and immunogenicity [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2005, 53(23): 9023-9030

[4] Fr?ystad-Saugen M K, Lilleeng E, Bakke-Mckellep A M, et al. Distal intestinal gene expression in Atlantic salmon (Salmosalar, L.) fed genetically modified maize [J]. Aquaculture Nutrition, 2009, 15(1): 104-115

[5] Kuiper H A, Kleter G A. The scientific basis for risk assessment and regulation of genetically modified foods [J]. Trends in Food Science & Technology, 2003, 14(5-8): 277-293

[6] Sanden M, Ornsrud R, Sissener N H, et al. Cross-generational feeding of Bt (Bacillusthuringiensis)-maize to zebrafish (Daniorerio) showed no adverse effects on the parental or offspring generations [J]. British Journal of Nutrition, 2013, 110(12): 1-12

[7] Sissener N H, Bakke A M, Gu J, et al. An assessment of organ and intestinal histomorphology and cellular stress response in Atlantic salmon (Salmosalar, L.) fed genetically modified Roundup Ready?soy [J]. Aquaculture, 2009, 298(1-2): 101-110

[8] Sissener N H, Johannessen L E, Hevr?y E M, et al. Zebrafish (Daniorerio) as a model for investigating the safety of GM feed ingredients (soya and maize); performance, stress response and uptake of dietary DNA sequences [J]. British Journal of Nutrition, 2010, 103(1): 3-15

[9] Gu J, Krogdahl ?, Sissener N H, et al. Effects of oral Bt-maize (MON810) exposure on growth and health parameters in normal and sensitised Atlantic salmon,SalmosalarL. [J]. British Journal of Nutrition, 2012, 109(8): 1-16

[10] Zhu Y, He X, Luo Y, et al. A 90-day feeding study of glyphosate-tolerant maize with theG2-aroAgene in Sprague-Dawley rats [J]. Food & Chemical Toxicology, 2013, 51(1): 280-287

[11] Xing H Z, Ying D, Xiang X, et al. A 90-day toxicology study of high-amylose transgenic rice grain in Sprague-Dawley rats [J]. Food & Chemical Toxicology, 2011, 49(12): 3112-3118

[12] Herouet-Guicheney C, Rouquié D, Freyssinet M, et al. Safety evaluation of the double mutant 5-enol pyruvylshikimate-3-phosphate synthase (2mEPSPS) from maize that confers tolerance to glyphosate herbicide in transgenic plants [J]. Regulatory Toxicology & Pharmacology, 2009, 54(2): 143-153

[13] Finamore A, Roselli M, Britti S, et al. Intestinal and peripheral immune response to MON810 maize ingestion in weaning and old mice [J]. Journal of Agricultural & Food Chemistry, 2008, 56(23): 11533-11539

[14] Sissener N H, Sanden M, Krogdahl ?, et al. Genetically modified plants as fish feed ingredients [J]. Canadian Journal of Fisheries & Aquatic Sciences, 2011, 68(3): 563-574

[15] James C. Global status of commercialized biotech/GM crops: 2015 [R]. New York: International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications (ISAAA), 2015: 46

[16] Hemre G I, Sagstad A, Bakke-Mckellep A M, et al. Nutritional, physiological, and histological responses in Atlantic salmon,Salmosalar, L. fed diets with genetically modified maize [J]. FEMS Yeast Research, 2007, 13(3): 186-199

[17] Brown P B, Wilson K A, Jonker Y, et al. Glyphosate tolerant canola meal is equivalent to the parental line in diets fed to rainbow trout [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2003, 51(15): 4268-4272

[18] Chainark P, Satoh S, Hino T, et al. Availability of genetically modified soybean meal in rainbow troutOncorhynchusmykissdiets [J]. Fisheries Science, 2006, 72(5): 1072-1078

[19] Li M H, Hartnell G F, Robinson E H, et al. Evaluation of cottonseed meal derived from genetically modified cotton as feed ingredients for channel catfish,Ictaluruspunctatus[J]. Aquaculture Nutrition, 2008, 14(6): 490-498

[20] Sissener N H. Genetically modified plants as fish feed ingredients. Roundup Ready?soy, MON810 maize, Atlantic salmon, zebrafish [D]. Bergen: The University of Bergen, 2009: 1-84

[21] Hemre G I, Sandnes K, Waagb? R. Blood chemistry and organ nutrient composition in Atlantic salmon,SalmosalarL., fed graded amounts of wheat starch [J]. Aquaculture Nutrition, 1995, 1(1): 37-42

[23] Sagstad A, Sanden M, Haugland ?, et al. Evaluation of stress- and immune-response biomarkers in Atlantic salmon,Salmosalar, L. fed different levels of genetically modified maize (Bt maize), compared with its near-isogenic parental line and a commercial suprex maize [J]. Journal of Fish Diseases, 2007, 30(4): 201-212

[24] J?rgensen S. Evaluating primary (cry1Ab) and secondary effects (deoxynivalenol) of GM maize when fed to zebrafish (Daniorerio). Investigating growth, intestinal mRNA and white blood cell differentiation [D]. Bergen: The University of Bergen, 2012: 1-62

[25] Sagstad A, Sanden M, Krogdahl ?, et al. Organs development, gene expression and health of Atlantic salmon (Salmosalar, L.) fed genetically modified soybeans compared to the near-isogenic non-modified parental line [J]. Aquaculture Nutrition, 2008, 14(6): 556-572

[26] Sanden M, Krogdahl ?, Bakke-Mckellep A M, et al. Growth performance and organ development in Atlantic salmon,Salmosalar, L. parr fed genetically modified (GM) soybean and maize [J]. Aquaculture Nutrition, 2006, 1(1): 1-14

[27] Sissener N H, Sanden M, Bakke A M, et al. A long term trial with Atlantic salmon (Salmosalar, L.) fed genetically modified soy; focusing general health and performance before, during and after the parr-smolt transformation [J]. Aquaculture, 2009, 294(1-2): 108-117

[28] Iwama G K, Vijayan M M, Forsyth R B, et al. Heat shock proteins and physiological stress in fish [J]. Integrative & Comparative Biology, 1999, 39(6): 901-909

[29] Papst C, Utz H F, Melchinger A E, et al. Mycotoxins produced byFusariumspp. in isogenic Bt vs. non-Bt maize hybrids under European corn borer pressure [J]. Agronomy Journal, 2005, 97(1): 219-224

[30] Bakan B, Melcion D, Richard-Molard D, et al. Fungal growth and fusarium mycotoxin content in isogenic traditional maize and genetically modified maize grown in France and Spain [J]. Journal of Agricultural & Food Chemistry, 2002, 50(4): 728-731

[31] Kaushik S J, Cravedi J P, Lalles J P, et al. Partial or total replacement of fish meal by soybean protein on growth, protein utilization, potential estrogenic or antigenic effects, cholesterolemia and flesh quality in rainbow trout,Oncorhynchusmykiss[J]. Aquaculture, 1995, 133(3-4): 257-274

[32] Kelly A M, Green C C. Binding affinities of hepatic nuclear estrogen receptors for genistein in channel catfish [J]. North American Journal of Aquaculture, 2006, 68(2): 160-167

[33] Bennetau-Pelissero C, Breton B, Bennetau B, et al. Effect of genistein-enriched diets on the endocrine process of gametogenesis and on reproduction efficiency of the rainbow troutOncorhynchusmykiss[J]. General and Comparative Endocrinology, 2001, 121(2): 173-187

[34] Duke S O, Rimando A M, Pace P F, et al. Isoflavone, glyphosate, and aminomethylphosphonic acid levels in seeds of glyphosate-treated, glyphosate-resistant soybean [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2003, 51(1): 340-344

[35] Bakke-Mckellep A M, Sanden M, Danieli A, et al. Atlantic salmon (Salmosalar, L.) parr fed genetically modified soybeans and maize: Histological, digestive, metabolic, and immunological investigations [J]. Research in Veterinary Science, 2008, 84(3): 395-408

[36] Hemre G I, Sanden M, Bakke-Mckellep A M, et al. Growth, feed utilization and health of Atlantic salmonSalmosalarL. fed genetically modified compared to non-modified commercial hybrid soybeans [J]. Aquaculture Nutrition, 2005, 11(3): 157-167

[37] Gu J, Bakke A M, Valen E C, et al. Bt-maize (MON810) and non-GM soybean meal in diets for atlantic salmon (SalmosalarL.) juveniles—Impact on survival, growth performance, development, digestive function, and transcriptional expression of intestinal immune and stress responses [J]. PloS One, 2014, 9(6): e99932

[38] Sanden M, Berntssen M H G, Krogdahl ?, et al. An examination of the intestinal tract of Atlantic salmon,Salmosalar, L. parr fed different varieties of soy and maize [J]. Journal of Fish Diseases, 2005, 28(6): 317-330

[39] Penglase S J, Hamre K, Ellingsen S. Selenium nutrition in zebrafish (Daniorerio) [C]. Bergen City: 3rd Zebrafish Network Norway Meeting, 2011: 3-6