轉基因技術與食品安全性

吳爽 吳健 唐春華 江建華 王德正

摘要 對轉基因技術發展歷程、應用領域和食品安全性評價進行了綜述，認為轉基因技術對于人類生活水平的提高具有積極作用。但也要加強食品安全評價的力度，加強監督管理和執法力度，執行強制標識制度讓公眾有知情權和選擇權。

關鍵詞 轉基因技術；轉基因食品；安全評價

中圖分類號 TS201.6 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）13-0011-04

Transgenic Technology and Safety Assessment of Genetically Modified Food

WU Shuang1，WU Jian2，TANG Chunhua3 et al

（1.Rice Research Institute，Anhui Academy of Agricultural Sciences，Hefei，Anhui 230031；2.Forest Farm of Susong County，Susong，Anhui 246500；3.The Labor Employment Service Bureau of Anhui Province，Hefei，Anhui 230031）

Abstract The development history，application field and food safety evaluation of transgenic technology were reviewed.It is believed that transgenic technology has a positive effect on the improvement of human living standard.However，it is necessary to strengthen the evaluation of food safety，strengthen supervision and management and enforce the law，and enforce the compulsory marking system to make the public have the right to know and choose the right.

Key words Transgenic technology；Genetically modified food；Safety assessment

轉基因是指將人工分離或修飾過的基因導入到目的生物體的基因組中，從而達到改造生物的目的的現代分子生物學技術。基因片段的來源可以是特定生物體基因組中的目的基因，也可以是人工合成的DNA片段。按目的轉基因性狀主要分為3類：一是降低生產成本、增加產量，如抗病蟲、耐逆、抗除草劑等；二是提高品質，如增加營養或改變味道、抗氧化；三是提高附加值，如生產藥物等。

人類可以根據自己的意愿定向地改造生物的遺傳特性，DNA片段被轉入特定生物中，與其自身的基因組進行重組，經過數代的人工選育從而獲得具有穩定遺傳表達的個體。轉基因技術，包括外源基因的克隆或人工合成、表達載體構建、受體細胞選擇、遺傳轉化等。

轉基因技術發展史上有如下重要事件：1972年，Morrow和Berg率先完成了世界上第1例DNA體外重組試驗，獲得了包括猿猴病毒40（SV40）和λ噬菌體DNA的重組DNA分子[1]；1973年，Cohen等[2]首次將卡那霉素和四環素抗性基因轉化到大腸桿菌后同時產生2種抗性，由此揭開了轉基因技術應用的序幕；1974年，Jaenisch等[3]將病毒SV40轉入小鼠；1978年，Gilbert等[4]通過轉基因技術生產出了胰島素并于1981年實現產業化；1980年，Biogen公司首次用細菌生產出人干擾素；1983年，Palmiter等[5]將大白鼠生長激素基因導入到普通小白鼠使之體形變大；1996年，全球首次大規模商業化種植抗除草劑、抗蟲抗病毒轉基因作物。

根據國際農業生物技術應用服務組織（ISAAA）發布的2016年度報告，全球種植轉基因作物的國家達28個，種植面積從1996年的170萬hm2上升至2016年的1.851億hm2，累計種植達到21億hm2，種植面積最大的前3位國家為美國、巴西、阿根廷，中國位于第8位，歐洲和非洲也有少量種植，如西班牙、葡萄牙、南非。德國、俄羅斯等國禁止種植。1996—2015年，轉基因作物使得全球的作物產值增加了1 678 億美元，節約了1.74億hm2的耕作土地；2016年全球轉基因作物種子的市場價值為158億美元，占全球商業種子市場450億美元市值的35%；應用轉基因作物每年所降低的CO2排放量相當于約1 200萬輛汽車的碳排放總量；減少除草劑和殺蟲劑的用量而對環境影響降低了19% ，保護了生物多樣性；此外，轉基因作物種植幫助了1 800萬個小農戶及其家庭提高了收入水平。

1 轉基因技術主要應用領域

1.1 動物轉基因

轉基因動物綜合運用了細胞融合、細胞重組、染色體工程、基因工程和生殖工程等技術，將外源基因導入精子、卵細胞或受精卵中從而育成含有外源DNA的個體。

Palmiter等[5]將大鼠生長激素基因與金屬硫蛋白基因啟動子拼接成融合基因，導入小鼠受精卵后，獲得了稱為“超級鼠”的轉基因小鼠，被認為是世界上首批轉基因動物；Hammer等[6]嘗試將融合基因轉入豬、兔中并獲得表達；Kuroiwa等[7]將導致瘋牛病的朊蛋白基因通過基因工程敲除，從而使牛獲得抗性；為應對禽流感的危害，轉基因雞產生短發夾RNA（shRNA）可抑制病毒傳播[8]。

2015年11月，美國食品藥品管理局批準一種可供食用的轉基因三文魚上市，隨后2016年5月，加拿大也宣布轉基因三文魚食用安全并批準售賣且不用特別貼標，這是全球首批批準上市的轉基因動物。這種轉基因魚在寒冷季節里依然能分泌生長荷爾蒙，因此有較快的生長速度，上市時間縮短一半，化學成分、生物成分等方面與普通三文魚沒有區別[9]。

此外，轉基因動物可作為生物反應器生產多肽或蛋白，如生產人抗血栓素[10]、改善母豬乳汁中的營養成分[11]。目前，已上市的藥物有通過轉基因山羊乳腺生物反應器生產的抗血栓素藥物ATryn與由轉基因兔生產的單克隆抗體遺傳性血管水腫治療藥物Ruconest。

1.2 植物轉基因

1983年培育出的抗除草劑煙草是第1例轉基因植物[12]。目前全球種植的轉基因植物有11種，分別是玉米、大豆、棉花、油菜、甜菜、苜蓿、木瓜、南瓜、馬鈴薯、楊樹、茄子。種植面積居于首位的是大豆，其次是玉米[13-14]。2016年轉基因大豆在全球的種植面積為 9 140萬hm2，占全球轉基因作物總種植面積1.682億hm2的50%以上，全世界78%的大豆、64%的棉花、26%的玉米和24%的油菜都是轉基因品種。

在我國應用轉基因技術最成功的例子當屬轉Bt基因抗蟲棉。自1997年商業化種植以來，近幾年的種植面積占我國棉花總種植面積的90%以上[15]，2016 年我國種植轉基因棉花290萬hm2，應用率達95%，大大降低了化學殺蟲劑的用量，為棉花增產和農民增收做出了重要貢獻。蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis，簡稱Bt）是一種分布十分廣泛的革蘭氏陽性土壤桿菌，Bt殺蟲活性是由它在形成芽孢時產生的晶體蛋白所決定，它在昆蟲中腸堿性和還原性的環境下，被降解成活性小肽，并和中腸紋緣膜上的受體（氨肽酶氮和鈣粘著蛋白類似物）結合而使細胞膜形成穿孔，破壞了細胞膜周質和中膜腔之間的離子平衡，引起細胞腫脹甚至裂解，導致昆蟲幼蟲停止進食而死亡。目前已發現Bt 殺蟲蛋白對許多重要的農作物害蟲，包括鱗翅目、鞘翅目、雙翅目、膜翅目等都具有特異性的毒殺作用，而對人、畜、哺乳動物和天敵無害，因為無特異性受體蛋白[16]。

在農作物生長過程中，雜草不僅與作物爭奪光照、生長空間與營養物質等，還會傳播病蟲害，釋放有毒物質造成糧食減產[17]。我國常年雜草發生面積接近0.97 億hm2，相當于作物種植面積的80%。防除雜草最經濟、最環保的方法是利用除草劑抗性基因如EPSPS和Bar培育抗除草劑農作物新品種，2016年抗除草劑品種種植面積占全球種植總面積的 47%，如抗除草劑大豆[18]、玉米[19]、水稻、油菜、棉花等。

此外還有富含高賴氨酸[20]、植酸酶和鐵蛋白的玉米[21]，富含β-胡蘿卜素的黃金大米[22]，只在葉莖處富含鹽的耐鹽堿番茄[23]，含多種維生素（抗壞血酸、β-胡蘿卜素、葉酸）的玉米[24]，生產人血清白蛋白的水稻[25]，轉黃瓜抗青枯病基因的甜椒和馬鈴薯，不會引起過敏的轉基因大豆等。

1.3 基因工程藥品

許多藥品的生產是從生物組織中提取的。受材料來源限制產量有限，其價格往往十分昂貴。微生物生長迅速，容易控制，適于大規模工業化生產，以之作為生物反應器，不僅解決產量問題，還能大大降低成本。

胰島素是治療糖尿病的特效藥，長期以來只能依靠從豬、牛等動物的胰腺中提取，100 kg胰腺只能提取4～5 g的胰島素。1978年Gilbert把鼠胰島素基因與E.coli的青霉素酶基因連接，轉化到E.coli中，每2 000 L培養液就能產生100 g胰島素[4]。

干擾素是治療癌癥的主要藥物，安達芬是我國第1個全國產化的基因工程人干擾素α-2b，是當前國際公認的病毒性疾病治療的首選藥物和腫瘤生物治療的主要藥物。

白細胞介素、乙肝疫苗、人造血液等通過基因工程實現工業化生產，均為解除人類的病苦，提高人類的健康水平發揮了積極作用。

1.4 基因診斷與基因治療

運用基因工程設計制造的“DNA探針”檢測肝炎病毒等病毒感染及遺傳缺陷，不但準確而且迅速。

基因治療是把正常基因導入病人體內，使該基因的表達產物發揮功能，從而達到治療疾病的目的，這是治療遺傳病的最有效的手段。主要包括基因置換、基因修復、基因增補和基因敲除等，但這項技術尚未成熟。

1.5 環境保護

“DNA探針”可以十分靈敏地檢測環境中的病毒、細菌等污染，且不易因環境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉化污染物。通常一種細菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的“超級細菌”可以分解石油中的多種烴類化合物，有的還能吞食轉化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒性物質。

2 轉基因食品安全性研究

轉基因生物及食品問世以來，認為轉基因生物及食品有風險的聲音便從未間斷。食品安全只是一個相對概念，絕對安全的食物是不存在的。轉基因育種與傳統育種本質上都是基因的交換與重組，通過安全評價并獲得安全證書的轉基因食品是安全的，符合“實質等同性”原則。應用轉基因技術帶來的潛在風險涉及生態環境安全、人畜安全等多方面的問題，轉基因安全性評價包括食用安全性評價和環境安全評價，其中食用安全性評價主要包括營養學、致敏性和毒理學評價等內容。逄金輝等[26]檢索了9 333篇SCI論文，90%以上證實轉基因是安全的，與傳統的作物無顯著差異，在451篇有關食品安全論文中，只有35篇認為不安全，根據后續研究發現，錯誤的研究材料或方法是得出轉基因食品不安全結論的主要原因。

Snell等[27]綜述了12篇長期研究和12個多代研究，證明轉基因植物與非轉基因植物的營養性是一樣的，并且可以安全食用，一些參數指標的波動也都在正常值范圍內，沒有生物學改變和毒性表現。但有些針對性改良營養成分的轉基因食品其目標成分會有較大變化，如富含高賴氨酸的玉米[20]。

食物過敏是一種病理性免疫反應，是由一個特定的食物成分中的抗原所引起的反應所致。Nordlee 等[28]將巴西堅果中編碼為富含蛋氨酸2S白蛋白基因轉入大豆中，發現對巴西堅果過敏的人同樣對這種大豆過敏，后該蛋白被確定為過敏原。Bernstein等[29]將Bt基因轉移到玉米后會產生具有強致敏性的Cry9c蛋白，食用這種玉米后會引起頭痛、腹瀉、惡心和嘔吐的食物過敏癥狀。Prescott等[30]在豌豆中轉入菜豆的αAI-1基因后，發現該基因再次表達時分子結構發生了改變并引起機體過敏的特異性免疫反應。Richards等[31]發現，綠色熒光蛋白GFP有低致敏風險。在理論層面和實驗室水平證實了部分外源基因能夠導致轉基因食品具有致敏風險得到大多數學者的認可，國際上規定不能用過敏性基因來研究轉基因。

對轉基因的毒理學研究是安全性爭議的一個焦點，支持和反對的聲音此起彼伏。Ewen等[32]報道了用轉雪花蓮凝集素（GNA）基因馬鈴薯飼養的大鼠出現了胃黏膜增生、消化系統受損等；Hashimoto等[33]則認為不會產生病理現象，英國皇家學會也對這份報告進行了審查，宣稱該研究實驗“充滿漏洞”。1999年，Losey等[34]報道了食用高劑量的轉Bt基因抗蟲玉米的花粉可使黑脈金斑蝶幼蟲發育遲緩、死亡率增高。Hug等[35]發現轉基因牛生產的牛奶能使飲用者血漿中的類胰島素生長因子IGF-1水平增高，而它的水平高低與肺、乳腺和結腸腫瘤的發生發展呈正相關，而Zhou等[36]報道了轉人乳鐵蛋白的奶粉與傳統奶粉同樣安全。Séralini等[37]用抗除草劑的NK603轉基因玉米喂養大鼠2年，發現大鼠的死亡數量較對照組高2～3倍，且會出現較高的致癌率，特別是雌性大鼠比對照組大鼠更易發生大型乳腺腫瘤，較對照組高4倍；Appenzeller等[38]則認為兼抗鱗翅類和鞘翅類害蟲的轉基因玉米與常規玉米一樣安全營養，且不會影響大鼠病理學指標。Dona等[39]研究發現，喂食轉基因大豆的大鼠的幼鼠死亡率增高56%，而幸存的大鼠也會生長發育遲緩。Lemaux等[40]發現，轉GNA基因的馬鈴薯會對食用它的哺乳動物的生長有不良影響，會引起體重和器官質量顯著減輕，免疫系統受到破壞；Poulsen等[41]發現，對大鼠喂食含GNA的轉基因大米可降低血糖、膽固醇，同時會升高甘油三酯和高密度脂蛋白的濃度；Momma等[42]則認為，轉大豆球蛋白水稻對大鼠無影響。De Vendmois等[43]和Séralini等[44]通過對大鼠分組喂養3種Monsanto公司的主要商業化轉基因玉米90 d后，發現對腎、肝、飲食代謝器官都有不良影響，甚至對心臟、腎上腺、脾和造血系統也有一定的影響，食用非轉基因食品的大鼠存活率要遠高于喂食含轉基因玉米的大鼠，且食用高成分轉基因玉米對大鼠腎的毒性更嚴重，但這些結果遭到同行的質疑，認為存在著大量錯誤和缺陷[45-46]。Bakke-McKellep等[47]用抗草甘膦大豆喂食大西洋鮭魚，發現炎癥發生率變高[47]，與Sanden等

[48]研究結果不一致。

由于人和動物在生理、解剖結構等存在差異，動物試驗可能無法正確地反映人類的表現[49]，同時加工過程也會有影響[50]，因此，應選擇合適的模式動物并經過可以重復的試驗驗證。

3 我國農業轉基因有關法規及舉措

3.1 安全評價 在各類生物育種技術中，迄今只針對轉基因技術建立了系統的安全體系，足以克服和避免應用轉基因技術帶來的潛在風險。在轉基因安全管理方面，借鑒了國際通用的技術準則，1993年12月國家科委制定基因生物安全管理的指導性文件《基因工程安全管理辦法》，1996年7月農業部正式實施《農業生物基因工程安全管理實施辦法》，2001年5月國務院頒布了《農業轉基因生物安全管理條例》并于2017年10月份進行了修訂，2002年1月農業部發布《農業轉基因生物安全評價管理辦法》《農業轉基因生物進口安全管理辦法》并分別于2016年7月、2017年11月進行修訂，這些條例和辦法的制定和實施標志著我國將農業轉基因生物安全管理從研究試驗延伸到生產、加工、經營和進出口各個環節。

迄今為止，農業部共批準發放7 種作物的安全證書，即耐儲存番茄、抗蟲棉花（1997 年）、改變花色矮牽牛、抗病辣椒（1999 年）、抗病番木瓜（2006年）、抗蟲水稻、轉植酸酶玉米（2009 年），而最終真正進入商品化生產的作物只有轉基因棉花和木瓜。其中，轉基因抗蟲水稻和轉植酸酶玉米的安全評價，分別經過 11 年和 6 年的嚴格評價。根據國際食品法典委員會標準，在評價抗蟲作物時毒理學試驗只要求做大鼠90 d喂養和口服急性毒性試驗，但在我國還增加了標準中沒有要求的3代繁殖試驗、慢性毒性試驗和致畸試驗，而且我國轉基因安全證書的有效期為6年，以克服潛在風險。據報道，2018年1月轉Bt抗蟲水稻華恢1號獲得美國食品藥品監督管理局（FDA）的食用許可。

3.2 技術保障 嚴格轉基因管理程序的同時，不斷提升的科技水平成為轉基因生物安全的又一道保障。根據檢測原理主要分為兩大類：基于外源核酸的檢測技術和基于外源蛋白的檢測技術。另外，電化學發光分析、色譜、近紅外光譜、生物傳感器、生物分子互作、內標基因種屬特異性檢測等技術也被應用。

近年來，我國共研制69項轉基因環境安全評價技術新方法、30項食用飼用安全評價技術新方法、95項檢測監測技術新方法、3項轉基因生物安全評價技術標準和規程、89項轉基因生物檢測技術標準，研制了25種標準物質，截至2015年已有42個轉基因檢測機構通過“2+1”認證，這些構成了功能完善、管理規范的農業轉基因生物安全檢測體系，保障了轉基因生物安全評價和檢測監測的高精度、高效率和全覆蓋，并已應用到農林、質檢等行業國家轉基因產品監管中，大幅度提高了我國生物安全保障能力。

3.3 標識制度 世界轉基因產品標識制度分為“自愿標識”和“強制性標識”2種。2016年美國頒布《國家生物工程食品披露標準》法案，要求在包裝上進行轉基因成分標注，準許自愿標注不含轉基因成分的做法。韓國要求轉基因含量高于3%的農產品必須標識。我國臺灣規定使用了轉基因原料需標注。在歐盟國家相關產品中轉基因成分的含量只有高于0.9%這一閾值時才需標識，而在日本這一閾值被定為5%。

我國在轉基因作物方面采用了強制性標識方法，是世界上唯一進行定性標識的最嚴格國家，即只要產品中含有轉基因成分就必須標識，未標識和不按規定標識的，不得進口或銷售。農業部2002年制定了《農業轉基因生物標識管理辦法》并于2017年11月30日進行修訂，公布了農業轉基因生物的目錄，包括大豆、玉米、油菜、棉花、番茄種子及加工品，凡列入農業轉基因生物標識目錄并用于銷售的農業轉基因生物必須進行標識，從而規范了農業轉基因生物的銷售行為，保護了消費者的知情權和選擇權，也可有效解決紛爭。

4 結語

2016年中央1號文件提出“加強農業轉基因技術研發和監管，在確保安全的基礎上慎重推廣”。隨著人口、資源、環境的壓力增大，作為一種有效、廉價的技術，轉基因技術得到了長足的發展并將深入到人類生活的各個層面。由于轉基因食品安全存在一定的風險性，必須建立完善科學的食用安全性評價體系，加強監督管理和執法力度，執行強制標識制度讓公眾有知情權和選擇權，此外科普宣傳也要加大力度。

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