转基因水稻与亲本糙米化学成分分析
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1材料与方法
1.1供试材料
亲本籼稻(OryzasativaL.ssp.indica)品种SW-1，及以其为亲本转入Bt基因水稻品系YG-1、YG-2。本实验所用稻谷由华中农业大学作物遗传重点实验室提供，均按正常管理生产水，分别于2009年10月和2010年10月收获于华中农业大学武汉实验农场。
1.2仪器与设备
L8800氨基酸自动分析仪(日立公司)，TAS-986原子吸收光度计-配GF-990石墨炉(北京普析通用仪器有限责任公司)，NicoleEvolution300紫外可见分光光度计(ThermoElectronCorporation)，Finnpipette数字式移液器(上海雷勃分析仪器公司)，Milli-Q纯水仪(Millipore)，DB-2电热板(常州德华电器有限公司)，台式离心机(ThermoScientific)，检验型砻谷机(浙江台州市粮仪厂)，微型植物粉碎机(河北黄骅市齐家务仪器厂)，AE100电子分析天平(梅特勒-托利多仪器有限公司)。
1.3实验方法
1)稻谷的处理。测试材料先曝晒除去水分，筛选其中颗粒饱满的种子备用。采用四分法称取200g左右的样品，经微型砻谷机脱壳加工得到糙米和颖壳，再用微型植物粉碎机将糙米磨成粉末，过100目筛后置于干燥阴凉处备用。2)理化指标测定。粗蛋白含量按照GB/T5511-2008凯氏法测定；粗脂肪按照GB/T5512-2008索氏提取法测定；水分和灰分分别按照GB5494-85105℃恒重法和GB/T5505-2008550℃灼烧法测定；磷元素含量按照GB/T5009.87-2003中比色法测定；微量元素含量按照GB/T14609-2008测定；氨基酸采用氨基酸自动分析仪测定；植酸和单宁含量参照文献[17-18]方法测定。3)数据分析。所有数据均重复三次，采用Theproofofsafetyapproach[19]对转基因水稻和亲本关键营养成分作显著性分析，设定亲本平均值±20%作为等值范围的上下限。在90%的置信度下，用t检验转基因水稻与亲本的差异，若差异在亲本平均值的20%范围内则说明两者具有等同性，反之，不具有等同性。
2结果与分析
2.1转基因水稻和亲本中主要营养成分的分析
将处理好的水稻稻谷样品按上述方法测定其中的水分、灰分、粗蛋白、粗脂肪和氨基酸的含量，结果见表1和表2。由表1可知，三种水稻中淀粉的含量最高，达到糙米干重的62%-67%左右，其次粗蛋白含量在9.0%-10.8%，粗脂肪含量则在3%-4%，水分和灰分分别在8.47%-9.87%和0.98%-1.58%。两年所种的转基因水稻YG-1、YG-2和亲本糙米SW-1中的主要营养成分含量相接近，且在相关文献的报道范围内，说明基因转入并未显著影响水稻糙米的主要营养组分。2010年的三个品系水稻糙米中的营养成分相对于2009年的水稻略有增加，但并未达到显著性差异水平。表2是2009年和2010年两种转基因水稻和亲本中17种氨基酸含量的测定结果，表明转基因水稻和亲本的17种氨基酸含量并无显著性差异。其中含量较高的氨基酸为：谷氨酸>天冬氨酸>精氨酸>亮氨酸>丙氨酸>缬氨酸。与文献中所测水稻糙米中的氨基酸含量比较，结果表明本次测定的三种水稻的氨基酸含量都在正常范围内[9]。2010年三个品系水稻中氨基酸总含量略高于2009年，该结果与表1中粗蛋白结果相吻合，其中含量增加的氨基酸主要是谷氨酸和天冬氨酸，分别增加了8.5%和7.3%。
2.2转基因水稻和亲本中微量元素的分析
测定其中微量元素P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu以及有害重金属元素Pb、Cd的含量，测定结果见表3。转基因水稻和亲本糙米中微量元素的含量由高到低依次为：K>Ca>Mg>Fe>Mn>Zn>Cu>Pb>Cd。两年所种植的转基因水稻和亲本中的大量元素K、Ca、Mg含量相接近，无显著性差异。其中2009年和2010年转基因水稻YG-2中Fe元素的含量比YG-1和亲本SW-1的Fe含量约高1-2倍，差异水平达到极显著，其显著性差异是否由Bt转基因的转入引起，还需要进一步确证。2010年种植的YG-2中Mn也比YG-1和SW-1中的含量高34%，为显著性差异。而亲本SW-1中Cu元素含量则明显高于两种转基因水稻糙米中的含量，2009年的亲本糙米中Cu元素含量比YG-1和YG-2分别高约36%和14%，2010年亲本糙米中Cu元素含量比YG-1和YG-2分别高约20%和33%，为显著性差异。2009年YG-2中Pb含量明显高于其他两种水稻，但2010年中的亲本的Pb含量却高于两种转Bt水稻，因此两年所收获的转基因水稻和亲本Pb虽有显著性变化，但无规律性，考虑到水稻在种植、收获、贮存及过程中可能会带来干扰，以及Pb元素在测定过程分中也存在易挥发等特性，因此无法确定Bt基因的转入是否会影响水稻对Pb的累积。转基因水稻和亲本糙米中的Cd含量无显著差异。
2.3转基因水稻和亲本中抗营养因子的分析
水稻中的植酸为肌醇六磷酸，能与水稻中Ca2+、Mg2+、Fe3+、Mn2+等离子络合，影响水稻的营养价值。单宁是多酚的聚合物，结构比较复杂，能与水溶性蛋白质结合，在人口腔内产生涩味，影响稻米的风味和营养价值。因此，本研究测定了2009年和2010年两种转基因水稻和亲本中抗营养因子植酸和单宁的含量，结果见表4。转基因水稻和亲本糙米中植酸含量都在0.2%左右，无显著性差异；而单宁未检出。这说明基因转入并未引起水稻糙米中植酸含量变化。
3结论
转基因水稻相对于亲本中关键性营养成分、微量元素及抗营养因子等成分的变化关系到转基因水稻的食品安全评价，而关键性营养成分的变化直接影响到转基因水稻的营养品质。本研究中两种转基因水稻与其亲本比较，灰分、氨基酸、粗蛋白、粗脂肪及淀粉的含量都无显著性变化，与文献[23]结果一致；糙米中主要的抗营养因子植酸也没有明显变化。实验结果表明，基因转入不会影响水稻植株对P、K、Ca、Mg等大量元素的吸收和贮存。文献显示，转sck和cry1Ac基因的水稻稻米中Fe含量显著高于其亲本水稻[24]。转基因水稻YG-2糙米中Fe元素含量也显著高于其亲本和YG-1糙米。这提示，基因转入有可能增加水稻对Fe元素的有效利用。同时将所测定的转基因水稻和亲本糙米中Pb和Cd的含量与GB2762-2005食品中Pb、Cd限量标准比较，发现三种水稻中的Pb、Cd含量并未超出限量指标。植酸广泛地存在于作物的种子中，具有较强的抗营养作用，是水稻尤其是糙米中主要的抗营养因子。本研究中转基因水稻和亲本糙米中植酸的含量并无显著性变化，说明两种基因的转入并未影响水稻中植酸的含量。而单宁未检出，表明单宁含量低于仪器检出限，含量无显著变化。参照实质等同性原则，综合本研究所测定的结果可以看出，两种转基因水稻和亲本中关键性营养成分、氨基酸、大量矿质元素及抗营养因子具有实质等同性，说明基因的转入并未显著改变水稻的营养品质。
作者：石炜 单位：华中农业大学