转基因植物及产品安全风险管理

1引言

转基因植物研发的目的一方面是使种植的植物具有抗虫性,另一方面还可能是为了抗旱、抗盐碱地等恶劣生长环境,从而来提高作物产量等。转基因食品是在转基因技术的基础上以转基因生物原材料加工制成的[2]。转基因植物食品是其中之一,此外还包括转基因动物食品和转基因微生物食品。由于技术所限,目前转基因植物食品的发展远远领先于其他2类食品[3]。

2转基因植物及其产品的应用价值

转基因植物问世30多年来,植物转基因技术发展迅速。成功的转基因植物已达60多种,在世界上批准进入田间试验的转基因植物已超过500例,截至2014年全球转基因植物种植面积达1.82亿hm2[4,5,6]。目前,全球有27个国家种植转基因植物,其中19个为发展中国家,8个发达国家。美国是世界最大的转基因植物种植国,平均种植率达90%。我国的转基因植物种植面积排在世界第6,主要种植转基因棉花和转基因抗病毒木瓜。其他被世界各地大规模种植的转基因植物还有大豆、棉花、玉米和油菜等,其他产业化的植物还有水稻、马铃薯、苜蓿、甜菜、番茄等。转基因植物在提高作物产量、改善作物品质、减少农药使用量等方面发挥着重要作用[7-9]。例如转植酸酶玉米品系可以解决动物对玉米饲料的磷元素吸收,消除玉米饲料的植酸抗营养作用,减少磷在环境中的排放;高抗鳞翅目害虫转基因水稻品系具有抗病虫害功能,可提升产量,减少农药施用量,缓解农药使用后的环境污染;双价转基因抗虫棉具有稳定持久的抗虫性,增产潜力大等;将多种病毒的外壳基因导入烟草、番茄、马铃薯等多种作物中,不同程度上可减轻植物的病症;将高分子量谷蛋白亚基(HMW)基因导入小麦,可以提高烘烤品质;将水仙中的部分基因转移到水稻中,生产的大米富含β-胡萝卜素,有益于人体合成维生素A,以防儿童失明和贫血症等。显而易见,转基因植物的种植在农业产业结构变化上发挥了巨大作用。从经济效益角度来看,据推测,1996~2015年全球转基因植物将为全世界的农民累计增收超过1700亿美元,累计粮食增产将超过5.7亿吨[6]。总体来说转基因植物的应用可分为食用、药用和工业用途。食用主要是由转基因植物加工成食品或者动物饲料。药用主要用来生产重组蛋白,以人类及动物疫苗为主。在转基因植物中成功表达的用于疫苗研究的病原基因主要包括:乙型肝炎表面抗原(HBsAg)基因、大肠杆菌热敏肠毒素B亚单位(LT-B)基因、狂犬病病毒糖蛋白(G蛋白)基因、口蹄疫病毒(VP1)基因、轮状病毒基因等[10-13]。近年来,利用转基因植物表达的重组疫苗还有在番茄中表达Norwalk病毒衣壳蛋白和口蹄疫病毒多聚蛋白及蛋白酶;在烟草中表达结核病抗原和新城疫病毒血凝素以及SARS冠状病毒蛋白;在大麦中表达鸟甲型流感病毒血凝素;在甜菜中表达结肠直肠癌相关抗原等[14-22]。工业用途主要是用作生物燃料或者利用转基因植物的代谢物生产化工原料。瑞士研制的转基因玉米Event3272内的微生物α-淀粉酶能迅速将淀粉分解为糖,可以用来生产乙醇。我国研究培育的高油高芥酸能源油菜新品系含油量在50%以上,可作为生物柴油行业的原料使用[23]。

3转基因植物及其产品的安全风险

近年来转基因植物的环境和食品安全问题引起了国际社会的广泛关注。英国有报道称转基因植物可能不利于蜜蜂的生存和发展。某些具有抗病虫害能力的转基因植物通过花卉驱赶或杀灭害虫的同时也可能通过花朵损害蜜蜂,使蜜蜂患病,数量逐渐减少[24]。转基因植物对环境产生的影响还体现在物种遗传多样性方面。由于转基因植物没有经过自然选择和遗传进化,转基因植物一旦释放到自然环境中,将会受自然群体中遗传结构的影响,通过与其有亲缘关系的同属植物的种内传播扩散,造成基因漂移[24,25]。超级杂草就是通过基因漂移,使野生近缘种杂草的遗传信息受到抗除草剂转基因植物的基因污染,而获得具有抗除草剂的特性,难以治理。另外,转基因植物还可能引发植物病毒之间的异源重组,导致由新病毒而致新的危害,可造成病毒传播途径的改变以及病毒危害症状的加重[26]。引发争议主要还是关于转基因食品的安全风险性。转基因植物的食品安全问题主要集中在过敏性蛋白、标记基因以及其它不可预见的种种可能影响到人类健康的因素[27-32]。首先,转基因植物的所转基因、外源目的基因可能含过敏蛋白而影响人类健康。其次,标记基因通常与抗生素有关。当标记基因长期在人体内积聚也可能通过基因漂移转给人体肠道细菌或上皮细胞,导致人体及肠道细菌对抗生素的抗药性增强。再次,转基因植物食品是否会由于目的基因的插入而产生不利于人类健康的蛋白或次生代谢物,都是不可预见的。

4转基因食品检测方法

目前,虽然还没有足够证据能证明转基因食品会对人类健康造成危害,但是其安全隐患还是颇具争议。自2000年开始欧盟等40多个国家和地区开始纷纷建立转基因产品市场准入和标识管理制度,要求对转基因食品进行监管。为保障农产品进出口国际贸易能够顺利进行,转基因检测技术逐渐成熟,发挥着重要作用。转基因食品检测主要包括核酸和蛋白质检测。(1)核酸检测方法主要有定性PCR、定量PCR、印迹法、基因芯片技术、恒温扩增技术、生物传感技术、数码PCR等。定性PCR法是针对外源基因的启动子、终止子来设计引物,经PCR反应对待测食品DNA样本进行扩增,经凝胶电泳分析靶标PCR产物的有无。具有灵敏度高,检测范围广等优点。但由于灵敏度高,所以易出现假阳性结果,目前广泛用于样品初筛。定量PCR法弥补了定性PCR法的不足,具有能实现多重反应,无污染,实时和准确等特点。印迹法是模板DNA经酶切、凝胶电泳分离、转膜等步骤后,再用标记的单链DNA探针杂交检测的一种技术。但其过程复杂,成本高,对实验条件要求也较高。基因芯片技术是转基因食品检测的前沿,能一次性单独分析样品中大量的不同种类的转基因物。由于造价高,故应用阻力较大。恒温扩增技术检测限可达0.01%,甚至可检测到单拷贝的目的序列。该方法更加快速灵敏,且不需要昂贵的PCR仪及电泳设备,还可与核酸试纸条技术结合,建立可视化、快速、灵敏、特异的检测方法。缺点是引物的设计较复杂,易发生交叉感染。生物传感器技术是将生物识别元件和信号转换元件相结合来检测目标化合物的分析装置。具有高选择性、响应快、操作简单等优点。缺点是稳定性、重现性和使用寿命等受限制[33-44]。(2)蛋白质检测方法包括ELISA、测流型免疫测定、蛋白质印迹法和试纸法等。ELISA和试纸法是利用抗原抗体的特异性反应来进行判断,操作简单,适用于初筛。由于加工过的食品蛋白质容易失活,所以ELISA只适用于原料性食品的检测。测流型免疫测定方法是建立在一种膜支持物上,标识过的抗原-抗体复合物侧向迁移,与一种固定表面上的抗体结合,此法操作简单。蛋白质印迹法是将电泳分离、抗原抗体特异性结合及酶显色反应三者结合用以检测复杂混合物异的目的蛋白质,可用于不可溶蛋白质的分析。其他转基因食品检测方法还有色谱、毛细管电泳、近红外波谱等[44-47]。

5各国转基因植物安全管理的法规制度

2000年62个国家联合签署了《卡塔赫纳生物协定书》,2001年130个国家联合签订了《生物安全议定书》。美国管理转基因产品的法律法规包括《联邦食品、药品、化妆品法》、《植物保护法》、《关于生物技术食品上市前公告的建议》、《转基因食品知情权法案》、《转基因生物责任法案》、《转基因食品管理草案》、《基因工程安全法》等。美国的《生物技术管理协调大纲》规定了转基因产品的监管部门主要有农业部、环境保护局等5个部门,他们之间既独立运作又相互配合[48]。欧盟国家对转基因技术本身监管严格,所以对转基因产品的立法尤为注重对环境的影响。主要法令包括欧盟1990/220指令、2001/18指令、2004/35指令。这些法律要求转基因植物的种植必须经过环境风险评估,确保对环境无影响才能获得许可。对转基因种子的要求更为严格,必须经过科学论证、评估和审批,确保对人类及动植物健康、环境安全无影响才能得到许可。欧盟对转基因产品采取严格的风险监管措施,并且给予公众对转基因产品更多的知情权。日本对转基因种子有完善的法律体系,包括《种苗法》、《主要农作物种子法》、《农作物检查法》等,有效的对各个环节进行监管。日本还通过《规制转基因生物保护生物多样性法》加大对转基因种子相关企业的自我监管[49]。20世纪末我国有了关于转基因产品的管理制度。1996年7月开始实施《农业生物基因工程管理实施办法》;2001年5月国务院颁布了《农业转基因生物安全管理条例》;2002年卫生部了《转基因食品卫生管理办法》;同年,农业部了《农业转基因生物安全评价管理办法》、《农业转基因生物进口安全管理办法》、《农业转基因生物标识管理办法》。2004年国家质检总局颁布了《进出境转基因产品检验检疫管理办法》。2007年农业部转基因生物管理办公室编写了《转基因植物安全评价指南》。2007年6月~2008年9月,农业部连续了41项转基因植物检测标准。以上规章的制定都是为了规范转基因植物的生产、检测,以对其进行有效的风险管理[50]。

6转基因植物及其产品的安全风险管理

如前所述,关于转基因植物及其产品的安全风险还没有太多的试验研究成果能证明其能够对生态环境和人类健康造成巨大影响。但不意味着转基因植物及其产品不存在潜在的风险,仍需继续加强科学研究。1)加强建立转基因植物及其产品安全管理的法规制度。对转基因植物及其产品的标识方法、检测、风险评估程序、风险管理措施等进行规定。2)要长期对转基因植物的生态效应进行监测。利用短期、小规模的试验积累评价数据,以对环境风险进行分析。3)建立健全转基因植物及其产品检测体系。加强各地区实验室检测技术研究和标准化工作的开展,确保监控工作的科学性、权威性和公正性。大部分商业化的转基因作物如大豆、玉米、马铃薯等都已经有抗病毒、抗虫及除草剂基因等检测标准,但转基因花卉、水果和林木的相关检测标准还很少,有待于制定。

7结语

转基因技术在生物科学、生产实践、动植物育种等方面发挥了巨大作用。应该正确评价其对人类和社会产生的影响,让转基因技术在解决人类农业和生态环境、医学、物种等方面问题上发挥有益作用。

作者：梁靓 李毅然 单位：陕西出入境检验检疫局