1984年Bevan报告了从粪链球菌中提取的基因植入烟草的基因组，开创了转基因生物时代…。植物转基因技术将为农业生产带来一场新的革命，它将为农作物的持续增产和解决下世纪全球人口增长所造成的粮食危机做出巨大贡献，但转基因作物也存在很多不容忽视的潜在危害性。尽管转基因技术给人类带来更加丰富的食品供应和巨大的经济效益，但人们对它的安全性及营养性仍存在种种疑虑。

1．转基因作物研究的历史及现状

1．1国外转基因作物研究

1983年第一例转基因烟草在美国实验室成功培植，从此揭开了转基因作物种植生产的序幕，世界各国已试种的转基因植物超过4500种，已批准商业化种植的近90种，常见的转基因作物有玉米、大豆、西红柿、油菜等。据国际农业生物技术应用服务组织(ISAAA)统计，如图1所示，在1996年到2008年期间，全球转基因农作物的种植面积大幅度增长，1996年仅为170万公顷，2008年达到12500万公顷，增长了73．5倍。1996~2008期间，全球各主要种植转基因作物的国家种植面积，如表1所示，美国占50％，阿根廷占16％，巴西12％，加拿大占6％，印度6％，中国占3％，其他国家占7％。主要转基因作物种植面积中转基因大豆6580万公顷，转基因玉米3730万公顷，转基因棉花1550万公顷，转基因油菜590万公顷。

1．2国内转基因作物研究

    我国从80年代末开始转基因作物的研究，近年来已取得突破性进展，如中国农业大学的耐贮转基因蕃茄；中国水稻研究所的转基因水稻；北京大学的抗病虫害蕃茄、甜椒等。据ISAAA统计，我国转基因作物种植面积逐年增加，1999年为30万公顷，2002年突破210万公顷，2004年达到370万公顷，2005牟，2006年有所降低，2007年，2008年维持380万公顷，详见图2和表1。从1997年至2008年，农业部已批准水稻，玉米、棉花、大豆、油莱、马铃薯、杨树等l 0种转基因植物进入田问实验，并批准抗虫棉、番茄、杨树、牵牛花、抗病毒木瓜和甜椒等6个转基因品种进行商业化种植。

   2．转基因作物的特点

2．1改善作物的农艺性状

    通过基因工程的方法改变作物的抗虫性、抗除草剂、抗逆能力和其他农艺性状，据ISAAA关于转基因作物性状的统计，转基因作物中含有抗除草剂基因(HR)占68．5％，含有抗虫基因(IK)占18％，同时含有抗除草剂和抗虫基因(HR／IR)占12％，其他性状基因占3％。抗除草剂基因，如草甘膦抗性基因(CP4，EPSPS)、草甘膦氧化还原酶基因(gox)、铵膦抗性基因pdr或bar)、磺酰脲抗性基因(als)、溴苯睛水解酶基因(bxn)、草甘膦N一乙酰转移酶抗性基因(gaf)、乙酰乳酸合酶抗性基因(GM-HRA)、乙酰乳酸合酶基因(csr-l);抗虫基因，如苏云金杆菌内毒素基因(crylA．105，cry2Ab2，cry3Bbl，cryIAb，cry3A，cryl，，cry35 Abl)、蛋白酶抑制剂II基因；抗病毒基因，如马铃薯Y病毒外壳蛋白基因(coatprotein PVY、马铃薯卷叶病毒复制酶基因(replicase PLRV和解螺旋酶基因(helicase PLR)；抗旱基因[3]，如肌醇甲基转移酶基因(ImtI、海藻糖合成酶基因(TPS，TPP)；快速生长基因，如(LEY,APl)、植物硫肽激素0c基因(PSK-α

2．2提高作物营养结构组成营养价值

    对粮食作物进行基因改造，获得高营养价值转基因作物，改善营养结构，提高品质和增加营养功能，如通过获得去饱和酶基因(gmfad3-l)，乙酰载体蛋白硫脂酶基因(PtFATB)改变作物中不饱和脂肪酸含量；通过改变二氢吡啶二羧酸合成酶基因(DHDPS)表达水平提高玉米中游离赖氨酸含量；通过转化水仙花基因(psy，lcy)到水稻组织中，使得转基因水稻的类胡萝卜素的含量增加；通过将大豆铁蛋白基因转入水稻，获得转基因水稻的铁元素的含量提高三倍；通过转移千穗谷中的非过敏球蛋白基因(AMAJ)到马铃薯中，转基因马铃薯的总蛋白质含量增加了35％,-45％。

2．3转基因作物具有特殊免疫价值

转基因作物疫苗是当前转基因生物技术研究的热点。转基因作物疫苗就是将某些致病微生物的有关蛋白质基因，通过转基因技术导入某些植物受体细胞中，并使其在受体植物细胞中得以表达，从而使受体植物成为具有抵抗相应疾病的疫苗。如口服不耐热肠毒素转基因马铃薯后即可产生相应抗体；针对花粉症、霍乱弧菌的转基因水稻可食疫苗的研究；美国BoyceThorn Pson植物研究所利用香蕉生产腹泻和Norwalk病毒病疫苗的研究。目前获成功的有狂犬病病毒、乙肝表面抗原、链球菌突受株表面蛋白等十多种转基因马铃薯、香蕉、番茄和水稻的食用疫苗。转基因作物疫苗便于保存、生产、运输和推广具有很好的发展潜力。

2．4转基因作物可以改进食品品味

通过转基因手段直接培育出更加美味可口的植物产品，无疑对食品工业更加有利。如将奇甜蛋白基因(fhaumatin)转入作物中并使之表达，用以提高可食部分的甜昧；将马槟榔甜蛋白基因(MBLII)转入拟南芥中获得甜味物质马槟榔甜蛋白。这种无需糖或化学添加剂就可使植物食品变甜的策略和技术将适用于改善水果蔬菜风味。

2．5延缓作物成熟，提高作物的货架期

利用基因转化技术抑制细胞壁的降解和乙烯的合成以延迟番茄的成熟，防止其腐烂方面取得了较好的效果。通过获得多聚半乳糖醛酸酶基因(PG)控制细胞壁降解，降低转基因作物的成熟软化程度；通过获得氨基环丙烷羧酸脱氨基酶基因(ACCD)控制乙烯的生物合成量，延缓作物的成熟期；Kramer等将乙烯响应启动子与sam—K的基因整合转化番茄，获得延迟成熟番茄。

3．转基因作物安全性的研究内容

3．1转基因作物对人体健康的影响

    转基因作物对人体健康的影响体现在两个方面：(1)外源DNA自身毒性对人体健康的影响，转基因过程中转入DNA固有毒性的威胁得到广泛的关注。转基因作物的食用性，加工方式，加工过程，能使转入基因DNA产生一定的降解。在饮食中每天进食0．1~1．0 g的DNA物质，只有0．1~1．0 mg是转基因的DNA物质，并且DNA没有直接的毒性。(2)转基因作物产生的毒性产物对人体健康的影响，毒性物质的产生有以下原因：提供基因的生物很可能是不能作为食物的有毒生物，其基因转入作物后，产生有毒物质；新基因的转入使产生毒素的沉默基因开启，产生有毒物质；外源基因的产物不是受体物种中原有的成分，不存在天然的降解代谢循环，造成积累，或异常降解，可能产生具有毒性的产物；转基因过程中，插入基因的不稳定性、基因沉默、代谢途径改变等一系列效果，造成毒性物质产生。

3．2选择标记基因造成的安全性问题

转基因作物的常见的选择标记基因如对抗生素类、除草剂类和抗虫剂类具有抗性的基因。选择标记基因引起的最大的争议就是转基因逃逸问题，如具有除草剂抗性的转基因作物的花粉可能会飘落到杂草或近缘野生品种上，使之具有除草剂抗性；抗生素类选择标记基因有可能会转移给胃肠道微生物，影响抗生素类药物的治疗效果。目前提高转基因作物中标记基因的安全性有3种方法：(1)转基因成功后将抗性标记基因彻底剔除，大致有共转化法、位点特异重组系统、转座子等剔除标记基因的方法，如Komari等用超级双元质粒载体获得了无选择标记的转基因水稻；Li等利用胚芽特异性启动子app Z实现了在大豆胚芽中定位删除选择标记基因hyg。(2)使用安全的选择标记基因，包括有关激素代谢的基因和糖代谢的基因两大类，如异戊烯基转移酶基因(ipr)、木糖异构酶基因(xyl-A)等。(3)完全不使用选择标记基因，直接采用基本元件转化，去除了转基因中的不必要序列，获得低拷贝的转基因产物并减少基因重排。目前，商品化生产的转基因作物都要求必须做到无标记基因，但人们仍担心选择标记基因带来的安全性问题。Luo等开发了一种“外源基因清除”技术，为解决转基因植物潜在的安全性问题提供了一条新的途径。

3．3转基因作物可能引起过敏的危险

    转基因作物的潜在致敏性是转基因作物食品安全性评价的焦点之一。全世界约有2％的人群对某些食品产生过敏性反应。转基因作物致敏性产生的原因是由于导入基因的来源及序列或表达的蛋白质的氨基酸序列可能与己知的致敏源存在同源性，导致过敏发生或产生新的过敏原。如Nordlee等旺评价了一种转巴西坚果2S清蛋白基因大豆的食品安全性，结果转基因大豆产生了与巴西坚果相似的致敏性问题。转基因作物导致的过敏问题的原因：(1)转基因本身的产物所致；(2)转基因对于目标作物本身的天然营养成分的表达水平的改变所致；(3)过敏源与肠道免疫系统的相互作用导致的过敏反应。

  3．4转基因作物对生物多样性和生态环境的危险

    转基因作物具有较强的生存能力或抗逆性，种植单一化的转基因作物势必会致使物种呈单一化趋势，导致生物多样性的丧失。转基因作物作为外来品种进入自然生态系统，造成原有的生物生态系统失衡。另外大面积种植转基因作物，品种单一，降低了农作物品种的多样性，对于突发性的病虫害、环境胁迫，可能造成粮食作物不可逆转的减产。如70年代，印度尼西亚和印度的稻田发生草病毒，幸运的是发现了1个品种对这种病毒具有抗性。转基因作物对非目标生物的影响是无法预知，如植入抗虫基因的农作物会比一般农作物更能抵抗病虫的袭击，这样转基因作物将会取代原来的作物，造成物种灭绝。对非目标生物的影响存在两种可能的途径，一是其毒性对非目标生物产生直接影响。如Lo sey等研究报告显示，“Bt玉米”就可潜在地危害摄食马利筋叶的大斑蝶幼虫；二是通过食物链对非目标生物产生间接影响，王俊杰等认为Bt毒素会在食物链中得到积累。释放到环境中的抗虫和抗病性转基因植物，除对害虫和病菌致毒外，对环境中的许多有益生物也将产生直接或间接的不利影响。

  3．5转基因生物造成的超级杂草问题

    转基因作物导致超级杂草产生的原因，一是转基因作物本身成为“超级杂草”，二是转基因作物中的某些基因漂移到其他植物中而导致其变成“超级杂草”。转基因作物可潜在提高其生存能力从而可能成为入侵性杂草，许多性状的改变都可能增加转基因植物杂草化趋势。抗虫、抗病、抗旱、抗盐碱和抗草剂等基因一旦逃逸到野生近缘种和杂草类型中，可能变成难以控制的杂草。近年来在美国随着转基因抗性作物的大面积种植，自生的转基因抗性向日葵、玉米和油菜已成为后茬作物大豆田的主要杂草。在加拿大转基因抗性春小麦种子在土壤中至少可以存活五年，自生的转基因油菜在麦田中已经变成了杂草。因此那些原本具有杂草性的植物如向日葵、油菜、草莓等在进行基因遗传转化时，应重视可能出现的杂草化问题。所以要正确看待转基

因作物可能导致“超级杂草”的现象，正确对待转基因技术的应用。

谢海伟  王娣  文冰  赵大庆许晖

    蚌埠学院生物与食品工程系，蚌埠233030

《生命的化学》2010年30卷4期