转基因植物的生态安全性风险

转基因植物的生态安全性风险摘要：转基因植物的应用在对人们生活带来重大变化的同时，其安全性风险备受关注。转基因产业的迅猛发展使转基因食品从实验室走向餐桌，转基因食品的安全性已为全世界所关注，它涉及到贸易效益和人体健康。在植物遗传转化体系中，绝大多数选择标记基因来源于细菌，对人类健康和环境安全存在潜在风险，因此转基因植物的安全性受到全世界的高度重视。本文综述了转基因植物的安全性以及对生态的影响，以期推动安全型转基因植物培育和转基因植物产业化进程。关键词：转基因植物，生态风险，害虫抗性，非目标生物，基因漂移EcologicalrisksofgeneticallymodifiedplantsAbstract:Applicationofgeneticallymodifiedplants(GMP)resultsingreatagriculturalrenovation，thoughtheirpotentialenvi—ronmentalimpactsalsocauseworld—wideconcern.Rapiddevelopmentofgeneticallymodification(GM)industrymadeGMfoodappearonthetablefromthelaboratory，thusthesafetyofGMfoodreceivedworldwideconcerns，whichinvolvesbadebarriersandhumanhealth．Soresearchersandbreedershavemadegreateffortstoproducebiosafiyormarker—freetransgeniccrops．Inthispaper，methodsforthecultivationofbiosafiytransgenicplantswerereviewed,includingCO—transformation.Theadvantagesanddisadvantagesoftheseapproacheswerealsoevaluatedwithaviewtopromotetheindustrializationprocessontransgenieresearchinplants．Keywords:Geneticallymodifiedplant，Ecologicalrisk，Insectresistance，Non-tarotorganism，Geneflow转基因植物在减少化学农药对环境的影响、提高作物产量、改善品质和保持水土等多方面具有潜在优势。建立高效遗传转化体系是转基因技术的核心环节之一，选择标记基因的广泛应用虽然提高了获得转基因植物的效率，但由于选择标记基因大多属于编码抗生素或除草剂的抗性基因，随着选择过程的结束，这些外源选择基因在植物基因组中的存在和表达变的多余，且会随着转基因植物的繁育而遗传给子代，从而引发有关转基因植物安全的许多问题。1转基因食品及发展现状1．1基本概念转基因作物，又称基因修饰作物(Genetically．Modified．Organis，GMO)。转基因食品，又称基因修饰食品(Genetically．ModifiedFood，GMF)，是指以转基因生物为原料加工生产的食品。2002年7月1日我国卫生部颁布的《转基因食品卫生管理办法》对转基因食品的定义是：利用基因工程技术改变基因组构成的动物、植物和微生物生产的食品和食品添加剂，包括转基因动植物、微生物产品；转基因动植物、微生物直接加工品；以转基因动植物、微生物或者其直接加工品为原料生产的食品和食品添加剂。1．2转基因技术与传统杂交技术的比较传统杂交选育技术是在同种同属的生物中进行，是大规模的基因转移，由于物种之间的障碍，一种物种的基因很难转到另一种物种上去。现代转基因技术是对很少量的标记基因DNA的提取和嵌贴，能够跨种跨属，培育的新物种具备某一些特性，如抗病虫害、抗杀虫剂、抗除草剂、改良品质等。另外，传统的杂交技术的操作对象是整个基因组，可预见性较差。而转基因技术所操作和转移的基因可精确到某个基因，后代表现可准确预期，因而大大缩减了选育的时间和工作量。GMO最突出的作用是提高对害虫和疾病的抵抗力。如将病毒膜蛋白基因整合入作物的基因组，可提高GMO抗病毒性。[1]1．3发展现状1．3．1世界转基因生物的种植主要集中在美国、阿根廷、加拿大和中国四个国家，占99％。产量占99％的四种作物分别是大豆、玉米、棉花和油菜。据统计，1996年全球转基因农作物耕种面积为170万公顷，2000年增至4420万公顷，2002年更是达到5867万公顷。[2]其中转基因大豆和玉米的耕种面积，约占总耕种面积的80％。全世界总交易量从1996年的2．35亿美元上升到1998年的12·15亿美元，预计2005年为60亿，2010年达200亿美元。1．3．2美国1983年最早研制出转基因生物，自1996年开始大规模种植转基因植物以来，转基因食品扩散的速度超乎很多人的想象。美国已有74％的大豆和32％的玉米采用转基因技术生产。目前，美国零售食品中约有60％以上含有转基因成分。1．3．3中国转基因作物种植面积已超过100万亩，面积为世界种植面积的14％。有6种转基因植物已被批准商品化。我国的转基因食品基本上都是进口的。1996我国进口转基因大豆等作物8万吨，到1999年飙升至280多万吨，2000年达到750万吨，去年则超过1000万吨。目前，进入中国人食物链的转基因食品已经超过2000万吨(2003年7月23日)。1．4生活中常见的转基因食品据统计，转基因食品如今多达上万种，生活中很多食品为转基因产品（见图1,2）。图1转基因水果图2转基因豆油2目标害虫对转基因植物的抗性自然界生物间的协同进化或生物与非生物抑制因子问的对抗可能出现适应或被淘汰的结果。通常选择压力越大，害虫抗性产生得越快。以转Bt基因为例，Bt毒蛋白在植物各营养器官中的表达通常是高剂量的持续表达，因此提高了对害虫的选择压力，可能促使害虫对Bt作物产生抗性，从而削弱Bt作物的经济效益和优势。希望通过制备转不同Bt基因的植物来延长害虫抗性的产生并不可行，因为害虫普遍存在多重抗性和交互抗性。[3]此外，抗虫转基因作物的大量种植，还可能发生目标害虫的“行为抗性”和寄主转移现象。一方面害虫可能区分Bt毒蛋白在植株不同部位的表达量，从而选择性地取食Bt毒素含量较低的部位，提高种群的存活率；另一方面，如果目标害虫寄主植物来源较广，在不适口的情况下转移至非转基因作物上危害。尽管如此，国际上普遍提倡通过转基因植物种子和非转基因种子混合播种、提供非转基因作物庇护所、种植替代寄主植物或提高自然植被多样性等策略，预防和应对目标害虫对转基因植物产生抗性。转基因植物本身及其转入基因编码产物不仅会对目标生物起作用，还有可能会对非目标生物产生直接毒性作用，或通过食物链和食物网对非目标生物产生间接影响。这方面的评估指标通常包括非目标生物的生物学特性指标，如：发育历期、繁殖力、体型、控害效能等。室内研究表明，Bt玉米品种“176”的花粉对菜粉蝶(Pierisrapae)、大菜粉蝶(Pierisbrassicae)和小菜蛾(Plutellaxylostella)的生长和存活均具有显著的不利影响。转Bt基因棉对棉蚜(却hisgossypii)的发育和繁殖没有不利影响，但转Bt和CpTI的双价抗虫棉短期内会对棉蚜产生不利影响，l一2代棉蚜的存活率降低，繁殖期缩短，寿命延长，对第3代棉蚜则未见显著不利影响。在田间，由于转基因作物对目标害虫具备很强的针对性，目标害虫的种群数量下降，导致生物群落中种与种间竞争格局发生变化，某些非目标害虫由于其较强的适应性而成为主要害虫。例如，Bt棉田由于施用化学农药防治棉铃虫的次数减少，棉盲蝽(Lyguslucorum)和Adefphocorisspp．的为害加重；对棉蚜种群的影响在不同调查年份和地点并不一致，二点小绿叶蝉(Amrascabiguttula)、三叶斑潜蝇(Liriomyzatrifolii)、烟粉虱(Bemisiataba—ci)、稻绿蝽(Nezarviridula)、棉红蝽(Dysdercuskoe—nigii)和尖筒象(Myllocerusundecimpustulatus)的为害则与对照无显著差异。3转基因植物对有益生物及天敌的影响种植转基因植物不仅要控制靶标害虫，而且必须与天敌协调共存，才能融人有害生物综合治理(IPM)体系。转基因植物的大面积推广，其花粉对家蚕等经济昆虫和传粉蜂类的潜在影响受到关注。[4]此外，转基因植物的环境释放，有可能通过基因水平转移、根系活性分泌物改变和残体中生化成分的改变来影响土壤动物和微生物区系的组成和结构，进而影响整个土壤生态系统的功能。对天敌的生态毒性。转基因抗虫植物表达的杀虫蛋白不仅作用于目标害虫，也必然影响到非目标害虫和天敌的生活力。这些影响包括转基因作物表达的毒蛋白或改性蛋白对天敌存活和发育的直接毒害或通过害虫对天敌产生的间接毒害，天敌对转基因作物上的目标害虫行为／生理／生殖的反应，天敌种类及种群数量的变化，天敌群落结构和种群动态的变化等。针对捕食性天敌，多数研究表明取食了转基因作物的植食性昆虫猎物对捕食性昆虫的个体生长发育、生殖、捕食行为等特性均无不良影响；转基因植物花粉和汁液对捕食性天敌没有直接毒性。但也有研究表明转基因抗虫植物对捕食性昆虫生物学特性产生不利影响，如：取食Bt玉米的害虫对普通草蛉(Chry—soperlacarnea)幼虫具有毒害作用，使其发育时间延长、死亡率增大；龟纹瓢虫(Propylaeajaponica)幼虫取食Bt棉上的棉蚜，成虫的畸形率上升；取食用Bt棉饲养的斜纹夜蛾初孵幼虫，龟纹瓢虫1龄幼虫体重低于对照，较少发育至2龄。[5]针对寄生性天敌，部分研究表明取食了转基因植物的植食性昆虫寄主对寄生性昆虫的个体寄生、发育、行为等产生不良影响；也有研究表明转基因植物或其产物对寄生蜂生物学特性无不良影响。迄今，多数研究表明转基因作物对田间捕食性天敌和寄生性天敌种群数量或群落组成的影响较小，对天敌的生态功能也未见显著影响；但也有研究表明，转基因作物田天敌群落发生显著变化，如：转Bt基因玉米田和转Cry3A基因马铃薯田的步甲数量均明显少于常规作物田；转Bt基因棉田龟纹瓢虫等捕食性天敌与寄生蜂的种群数量下降，天敌亚群落的多样性显著降低。[6]对经济昆虫的影响。家蚕(Bombyxmori)和柞蚕(Antheraeapernyi)是我国的重要经济昆虫，与Bt作物的靶标害虫同属鳞翅目。Bt作物的花粉会飘落到柞树或桑树上，特别是我国南方养蚕地区的传统作物种植模式是桑稻间种，所以，Bt作物的大面积推广可能会对这两种经济昆虫造成不良影响。研究表明，转CrylAb基因水稻在我国南方养蚕地区推广可能对家蚕的生长发育产生负面影响；转CrylAc基因棉花、转CrylAc和CpTI基因棉花和转CrylAb基因玉米的花粉对家蚕发育和产卵均无显著影响，且无明显的剂量效应；转基因棉花花粉对柞蚕1—3龄幼虫的发育及取食也无显著影响。对传粉昆虫的影响。自然界75％一85％的显花植物是虫媒花，一些转基因植物需要蜂类传粉，或可作为传粉昆虫的食物来源。随着转基因植物种类的增加和种植面积的迅速扩大，蜂类等传粉昆虫受影响的可能性也越来越大，特别是抗虫转基因植物对传粉蜂类的影响。目前，转基因植物对蜂类的安全性评估已在不同层次展开。实验室层次上的研究表明，某些种类的PIs(如POT、BPTI、sB．TI、BBI)会对蜂类的生存、中肠蛋白酶活性和嗅觉学习行为等产生不良影响；Bt棉的花粉对蜜蜂工蜂无急性毒性作用，工蜂的寿命和过氧化物酶活性也未受显著影响；抗性转基因植物对蜂类间接影响的研究集中于转基因植物对蜜蜂取食偏好性的影响，目前未发现转基因植物对蜜蜂取食行为产生显著影响。[7]半大田层次的试验则多未发现负面影响。根据现有研究，转基因植物对蜂类的影响与转基因植物的生