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论文关键词 转基因食品;安全性;预防
论文摘要 对转基因食品的安全性进行了讨论,阐述了其对人类的直接影响和对生态系统的影响,并提出对转基因风险的预防措施。
随着经济的发展、生活水平的提高,人们越来越关注食品安全。但是,转基因食品领域的安全性没有引起足够的重视。我国转基因作物的种植面积居世界第4位,排在美国、阿根廷、加拿大之后,虽然我国已制定了《农业转基因生物安全管理条例》、《农业转基因进口安全管理办法》等相关规定,但处于转型时期的中国经常有法律法规较为先进而执行不力的现象,更何况在这方面的制度还做得远远不够。转基因食品的安全问题有其特殊性,因为它较少引起急性中毒而带来轰动效应,而消费者处于弱势地位,局限于知识、财力、时间,不可能深入探讨这个问题,只能依靠现行漏洞百出的食品安全保障体系,捉襟见肘地应对出现的情况与问题。前些年关于转基因水稻的那场讨论,已暴露出某些学者和官员已成为利益集团的代言人。因此,加强转基因食品的安全性研究和控制,切实保障消费者的知情权和选择权是亟待解决的问题。
1对人类的直接影响
转基因食物对人类本身将带来一系列直接或潜在的安全影响。
1.1没有经过长期的安全性研究
转基因食物从1993年出现到现在仅10多年,改变了人类食品的自然属性,未经过长期的安全性试验,没有人知道转基因食品是安全的。我们知道许多认为安全的药物可能数年后才显示出隐患,食物的效应应更为长期。
1.2减少食物的营养价值或降低食物中重要成分
转基因食物的主要动机是满足某种商品价值,如更高的产量、更好看的外表,而食物的某种成分的改变并没有引起人们的注意。如美国有报道,在具有抗除草剂基因的大豆中,异黄酮类激素等防癌成分减少了。
1.3引起人类过敏反应
转基因技术会在生物中产生不能预见的变态反应源。如把巴西胡桃的基因移植到黄豆上去,结果却使一些对胡桃过敏的人在吃黄豆时产生过敏反应。
1.4产生对人类不利的毒素副产品
转基因作物产生不可预见的生物突变,使原来的毒素水平提高,产生新的毒素或副产品。1999年Losey等试验发现,在一种植物马利筋叶片上撒有转基因Bt玉米花粉后,普罗克西普斑蝶食用叶片减少,长得慢,4d的幼虫的死亡率变为44%,而对照组(饲喂不撒Bt玉米花粉的叶片)死亡率为0%。转基因作物产生的杀虫剂毒素可由根部渗入周围,但尚不清楚会产生何种影响。
1.5产生抗菌素耐药性细菌
基因技术采用耐抗菌素(如抗卡那霉素、链霉素等)基因来标识转基因化的农作物,这就意味着农作物带有耐抗菌素的基因。英国的研究显示,转基因作物中的突变基因可能会进入到生物有机体,突变的基因如跨越种群和转移至细菌,其结果可能会导致新的疾病;如出现无法治疗并广泛传播的、对生物造成严重威胁的疾病,其后果不堪设想。
1.6 直接引起人类急性中毒
有些基因在治病同时可能引起某些人急性中毒效应。如《南方周末》2006年10月19日报道,美国一名病人在接受生物药品临床试验的过程中死亡,导致当时正在进行的12个基因治疗项目全面遭禁。后来其他的一些病人也因为新增的基因而患上癌症,美国食品药品管理局下令中止此类试验。
2对生态系统(包括环境)的影响
生态系统是各种动物、植物与环境的一种动态平衡系统,而转基因食品是人为对特定物种进行干预,改变其性状,因而也改变了该物种在食物链和生态系统中的位置,引起一系列不可预料和复杂的变化。
2.1转基因技术本身的不足
虽然基因技术发展可以将DNA进行切割,将一异源基因引入另一生物,但不能完全准确地预见作用后产生的新的蛋白质的性状是否完全吻合我们的要求。
2.2物种多样性的破坏
基因技术加上商业营销将使某类作物如超级水稻为某一公司垄断供应种子,使原来多个品种减少为同一基因的单一品种,当真菌、病毒、虫害侵袭这种植物时,会发生严重的产量减产,也引起生态平衡的变化。
2.3基因的污染
转基因技术可能使某些基因流入自然界,引起难以预料的影响;基因化的生物、细菌、病毒等进入环境,保存或恢复是不可能的,其较化学或核污染严重,危害是不可逆转的。
2.4引进自然界不存在的新物种
转基因技术可能使自然界不存在的新物种出现,如超级杂草、超级昆虫等,可能对地壤、野生近缘种、普通作物、相邻的植物及环境造成破坏。
2.5环保的影响
有资料证明,基因化的农作物对除草剂具有抵抗力,实际耐用药量高于正常的3倍,农民知道其对除草剂有抵抗力,会直接或不直接地提高除草剂等化学药物的使用量。
2.6生态系统的破坏
转基因技术使某种物种的性状改变,如A昆虫以B植物为食物,我们认为改变B植物为转基因抗虫植物,提高了B植物产量,但A昆虫因缺乏食物使虫的密度大幅下降,引起以A昆虫为食物的天敌C生物的生存危机,进而引起整个生态平衡的破坏,将来可能暴发某种虫害大面积流行等。
3对转基因风险的预防
3.1严格控制境外转基因食品进入
对国外转基因食品进入我国必须严格按照相关程序审批,可以在WTO框架下采取必要的技术、措施进行限制,这方面检验检疫系统应有较大作为空间。
3.2加强国内市场控制
虽然我国农业部已一系列对转基因食品的管理措施,但是我国国内市场的管理是较为混乱,如转基因水稻还未批准上市,但有众多报道转基因水稻已流入市场。因此,必须完善这方面的法规,严格执法,重罚甚至采用刑法严惩不法商人,当然这也依赖于整体执法环境的改善。
3.3加强转基因生物的检测技术研究
目前国内有众多机构对转基因生物的检测技术进行研究,但食物加工从原料到成品经过多个加工环节,要严格区分转基因成分存在较大困难,可采用以下检测方法:①检测转基因成分所独有的DNA序列。采用人工检测或仪器检测对碱基对进行测定,可精确确定转基因成分。②采用PCR技术进行检测。《国门时报》曾报道,检验检疫科学院采用“亲合吸附-PCE Hyb-ELISA”检测方法,能特异的检测35S启动子和Nos终止子核酸系列,这2种核酸系列存在目前已知的绝大部分转基因成分中。③基因ID法进行检测。由John B. Fugan于2000年提出的新方法,或采用异酸胍盐抽提法以避免DNA的降解和污染。④农作物身份识别系统。美国ADM公司称他们建立了一套农作物身份识别系统,可以保证向国外供应农产品时,不含转基因作物。
3.4加强对转基因作物投入商业应用的安全性评价
如何了解“转基因”,我们首先要从基因研究谈起。
从20世纪40年代起,人们开始研究性状的控制基础。1944年,美国科学家艾弗里和他的同事一起证实了DNA是遗传物质。1953年,沃森一克里克提出DNA双螺旋模型,由此开创了生命科学的新纪元。通常情况下,高等植物的世代交替途经花粉双受精过程,实现雄雌配子的融合和子代种子的形成。随着人们对基因结构和功能的了解,基因工程操作逐渐成熟。在此基础上,利用超脱常规授粉技术的手段实现遗传物质整合、培育转基因植物应运而生。在自然界中,根瘤农杆菌可以将其Ti质粒上的T-DNA转移并整合到寄主植物中,该原理被广泛应用于转基因植物的创建。此外,许多直接转化方法也被用于转基因操作。
转基因操作是一项可以造福人类而不是祸害人类的技术,可以利用它让作物具有抗病虫害的特性,提高食物的营养价值,去除食物中的有害成分,增加作物产量等等,因此合理、有效地利用它,不仅可以降低生产成本,而且可以使食品更安全、更营养、更便宜,对消费者、对环境也都是大有好处的。当然,同其他科学技术一样,如果使用不当,也会造成问题,比如转入的新成分可能会导致过敏,可能会对生态造成不利影响,所以转基因产品在推广、上市之前都会经过一系列严格的检测,排除这些可能的不良因素。从总体上来说,转基因技术仍是传统的育种方法的延伸,只不过比传统育种技术更为精确,更有目的性,更容易控制而已。
1993年,美国第一例转基因晚熟西红柿上市,自此,全球转基因食品蓬勃发展起来。所谓转基因食品,就是利用分子生物学技术,将某些生物的基因转移到其它物种中去,改造生物的遗传物质,使其在性状、营养品质、消费品质方面向人类所需要的目标转变,以转基因生物为直接食品或为原料加工生产的食品。到目前为止,转基因食品遍及世界各地,其中,发达国家的转基因产品占世界总量的85%,主要集中在美国和加拿大。据统计,美国食品和药物管理局确定的转基因品种已有43种。美国是转基因食品最多的国家,60%以上的加工食品含有转基因成分,90%以上的大豆、50%以上的玉米是转基因的。除转基因食品还有转基因植物,如:西红柿、土豆、玉米等,还有转基因动物,如:鱼、牛、羊等。虽然转基因食品与普通食品在口感上没有多大差别,但转基因的植物、动物有明显的优势:优质高产、抗虫、抗病毒、抗除草剂、改良品质、抗逆境生存等。
掀开“转基因”面纱的一角,我们再进一步看看它的全貌,它究竟有传说中的那么“可怕”吗?
“转基因”在发展过程中伴随着诸多争议,矛头大都指向其安全性。1998年起发生的“英国普斯塔事件”、 “美洲斑蝶死亡”、 “加拿大超级杂草事件”、 “欧洲转基因玉米对哺乳动物健康影响”、 “中国抗虫棉破坏生态”等事件,让国际上对“转基因”的安全倍加关注。但这些事件最终被各国政府和权威研究机构一一否定。例如1998年,英国科学家普斯塔个人在电视台(并不是通过学术论文或者通过权威机构)了他的实验结果,称用转基因的马铃薯喂大鼠可以破坏免疫系统。英国皇家学会针对普斯塔的报告,专门组织专家进行了认真评估,最后的结论是,实验结果不能证明转基因土豆对大鼠有这样的一些危害。这是第一个与转基因生物安全有关的事件,它引发了一场持久的全球性的而且到现在依然没有平息还愈演愈烈的转基因生物安全之争。2009年的所谓转基因玉米品种对大鼠的肾脏、肝脏的实验,指法国卡昂大学的研究团队在国际生物科学杂志上发表的三种转基因玉米品种对哺乳动物健康影响的报告。为什么说是所谓的事件?一是因为他们并不是做了实验,而只是把孟山都公司用3个转基因玉米进行90天大鼠喂养的数据进行了统计学重新分析;二是他们的工作受一些极端环境保护组织的资助,其报告发表的动机和结果的可信性也受到质疑。欧洲食品安全局转基因小组对这些作了分析,并于2009年对这个问题形成了一个决议:论文提供的数据不能支持作者关于转基因玉米对大鼠肾脏、肝脏造成伤害的结论。关于“Mon863喂养对老鼠造成免疫系统影响”的有关报道问题,美国、欧盟、澳大利亚等的主管机构、第三方研究机构的科学数据均已表明,转基因玉米与传统非转基因玉米具有实质等同性,未发现额外的安垒问题,以科学事实否定了其不实传言。国际上数十个国家,长达10余年的安全食用历史,进一步证明了转基因食品的安全性。
全球转基因作物规模化应用已逾14年,种植面积、作物种类、加工食物种类和食用人群逐年扩大,但由于各国实施了规范管理和科学评价,全世界每年上亿公顷土地种植转基因作物,每年数化人群食用转基因食品,迄今尚未发生具有科学实证的转基因食用和环境安全问题。2004年联合国粮农组织关于粮食和农业状况的报告提到一个共识,目前市场上的转基因产品可以放心用,并不是像某些人渲染的那么可怕。检测目前市场上的转基因产品安全性所采用的方法也是科学恰当的,包括中国,包括全世界。迄今为止,在世界各地尚未发现可验证的、因食用由转基因作物加工的食品而导致有毒或有损营养的情况。数以百万计的人食用了转基因作物加工食品未发现任何不利影响。
2009年,25个国家种植了1.34亿公顷的转基因作物,比2008年增长了7%。美国仍然是最大的转基因作物种植国,种植面积为6400万公顷。抗虫和除草剂转基因玉米占据了美国玉米种植面积85%,抗虫转基因棉花占据了美国棉花种植面积90%。美国人的膳食结构与中国人不尽相同,其主食中不仅有水稻,还有小麦、玉米和马铃薯等。除转基因小麦产业化滞后外,玉米、水稻、马铃薯均有转基因品种被美国政府批准种植和食用。2000年以来,美国先后批准了6个转基因水稻的安全证书,伊朗批准了转基因抗虫水稻商业化种植。加拿大、墨西哥等四国批准了转基因农产品进口允许食用。同时,美国批准了孟山都公司培育的耐草甘膦除草剂小麦品种。美国国家科学院于2010年4月13日在网络媒体上发表的最新报告《转基因作物对美国农业可持续性的影响》最具说服力。该报告从农户视角对美国发展转基因作物14年来的环境、经济和社会效益作了全面和客观的分析,指出从总体情况来看,与不使用转基因技术的传统农业相比,转基因技术为美国农民创造了巨大的环境收益和经济收益。
为确保转基因食品的安全,防止具有潜在风险的转基因食品进入消费市场,我国依照《农业转基因生物安全评价管理办法》、 《转基因植物安全评价指南》,参考国际食品法典委员会、世界卫生组织、世界粮农组织和经济合作组织等制定的转基
因生物安全评价指南,制定了科学规范全面的评价指标体系,在转基因食品上市前对转基因生物的食用安全进行全面的评估。食用安全性评价主要包括营养学评价、抗营养因子评价、毒理学评价和过敏性评价等内容。
转基因食品的营养学呼价。人们对食品的需求就在于它为人类提供生存所必须的能量和各类营养物质,因此,对营养成分的评价是转基因食品安全性评价的重要组成部分。评价的营养物质主要包括蛋白质、淀粉、纤维素、脂肪、脂肪酸、氨基酸、矿质元素、维生素、灰分等与人类健康营养密切相关的物质。评价时,将不同年份或不同生长地点的转基因食品的主要营养成分和对照的非转基因食品进行比较,评估转基因食品在营养上是否与非转基因食品一样具有等效的营养价值。除需要与对照非转基因食品进行比较,还需要参考OECD、ILSI及本国已有的同类非转基因作物营养成分,确定转基因食品的营养成分是否在这些范围内,如果在范围内,则可以认定转基因食品具有与非转基因食品同等的营养功效。
转基因食品的抗营养因子评价。食品不仅含有大量的营养物质,也含有广泛的非营养物质,有些物质当超过一定量时则是有害的,称为抗营养因子或者抗营养素。通常,抗营养素被理解为抑制或阻止代谢(特别是消化)的重要通路的物质,抗营养因子降低了营养物质(特别是蛋白质、维生素和矿物质)的最大利用,以及食物的营养价值。几乎所有的植物性食品中都含有抗营养因子,这是植物在进化过程中形成的自我防御的物质。目前,已知的抗营养因子主要有蛋白酶抑制剂、植酸、凝集素、芥酸、棉酚、单宁、硫甙等。然而大多数抗营养因子的有害作用是由未加工的食物引起的,经过简单的处理都会消失,如加热、浸泡和发芽处理等。如我们经常食用的豇豆中由于含有豇豆蛋白酶抑制剂不能生食,需要烹调熟制后,才能食用。对转基因食品的抗营养因子的安全评价,是将转基因品种中的抗营养因子含量与其对照非转基因食品进行比较,其评估方法与营养成分的评估方法一致。
转基因食品的毒理学评价。转基因食品是否会由于导入了外源基因而产生对人体有毒的物质,是人们对转基因食品产生恐惧的重要方面。对转基因食品的毒理学评价是转基因食品上市前重要的评价环节。转基因食品的毒理学安全性评价主要从两方面着手,一是外源基因表达产物是否具有的毒性检测和评价;二是对转基因食品的全食品毒性检测和评价。我国目前批准的转基因水稻和玉米均对外源基因表达产物和转基因全食品进行毒理学检测和评价。试验数据证明食用该转基因水稻、玉米与非转基因对照同样不具有毒理学意义上的安全风险。实际上,我国批准的转基因水稻还进行了遗传毒性、慢性毒性、传统致畸、三代繁殖等毒理学试验,安全检测指标已经超出了欧美发达国家和国际食品法典委员会、世界卫生组织等建议的评价内容要求。这些毒理学试验均证明转基因水稻“华恢1号”及“BL汕优63”是安全的。
徐崇元(以下简称徐)北京大学生物系教授
记者:能不能生产出既高产又抗病虫害的农作物新品种?能不能吃上口味好、品质更加优良的黄瓜、西红柿?随着转基因食品的出现,这些昔日的幻想正在变成现实。转基因食品摆上西方人餐桌已经五年了,一直平安无事,可是近来我们发现有关转基因食品是否安全的争论多了起来。争论是从英国科学家发现“实验鼠”吃了转基因土豆以后,免疫功能受到损害开始的,那么转基因食品到底能不能吃?请先介绍一下什么是转基因食品。
凡:转基因食品又叫做基因改良食品或基因食品,是利用基因工程技术将一种微生物、动物或植物的基因植入另一种微生物、动物或植物中,接受的一方由此而获得了一种它所不能自然拥有的品质。
记者:三位专家对英国科学家的实验结论有什么看法?
凡:以前,媒体把转基因食品当做一个高科技的产品来正面宣传,对它可能出现的负面影响很少提及。其实科技的发展是一把双刃剑,它总会带来这样或那样的问题。比如汽车,它方便了人们的出行,但同时也造成了污染。基因工程技术,一方面能解决困扰人类的不少重大问题,如资源短缺、环境污染、效益衰减等,显示出巨大的作用,同时也存在潜在的威胁。英国科学家的实验到底是否准确暂且不论,它至少给我们传达了一个信息,就是要重视转基因食品的安全性。
我听说过英国的这个实验。但转基因食品是一个很广泛的概念,是代表目前出现的一个新的生物技术领域。英国的实验只是无数试验中的一个,不能以偏概全。目前对转基因食品我们是个案分析,即具体问题具体分析,不能一概而论。在美国,目前对转基因食品研究搞得比较多,还没有发现类似的问题。
记者:不知你们吃过转基因食品没有?
凡: 我没有吃过,但如果有,我会吃。实际上,也只有通过国家严格检测的转基因食品才允许上市,所以肯定是安全的。
宁:我见过耐储藏番茄,也就是西红柿,颜色很绿,很好看。我觉得跟原来比只是改变了属性,其他没有改变,是安全的,如果放到我面前,我想我是敢吃的。
记者:从1983年起,在一些发达国家,陆续开始出现转基因食品,在美国、加拿大等国家转基因食品的商品化程度已经很高了,不知现在已经扩大到了什么范围?
凡:从农产品来讲可以分为五类:一是转基因植物,如水稻、小麦、大豆、玉米、甜菜等;还有转基因微生物,分为植物用微生物和兽物微生物(就是疫苗);还有一类转基因动物,例如转基因猪、转基因羊、转基因鸡、转基因鱼等。
记者:据我了解、李健凡研究员正在研究转基因鸡,从鸡蛋里提取宝贵的珍稀药物。听起来,这个过程还真有些奇妙。
凡:在国外,各种转基因动物正陆续问世,像转基因牛、羊、鸡、兔子、老鼠等等,发展很快。一是做药物试验模型。二是提高动物的生长性能。比如,美国推出了一种转基因虹鳟鱼,它比普通虹鳟鱼的生长速度要快十倍。这样的试验我国也正在进行。三是用于器官移植,比如,在猪的身上移植进入的基因,把它变成转基因猪。由于猪的器官与我们人的器官大小相似,所以把转基因猪的器官再移植到人身上不但比较适合,而且可能会最大限度地消除排斥反应。四是做生物反应器,可以从中得到珍贵的动物药物蛋白。
记者:人们吃了转基因食品,短期没有影响,长期又如何呢?再就是公众比较关注它对生态环境的影响。
宁:应该说,跟常规方法培育出的食品比较,转基因食品更为安全,因为两者都是对农产品生长发育性状的一些修饰,增加进新的、好的因素,减掉不好的因素。但是也存在一个新食品的长远影响还不清楚的问题,所以我们要严格监控它。对转基因食品安全的评价分几个档次,包括从所需要的DN断的载体开始检测,即从分子层次做出检测;接着对转基因动植物进行检测;然后还要看它们对环境有没有影响,如它们的花粉传播会不会污染其他生物。变成食品以后上市之前,还要进行最后的检验。
记者:有人说,转基因食品的出现违反了自然界发展的客观规律,有可能产生不良的后果。我想问,科学家能不能控制转基因动植物变异的方向呢?
凡:现在的科学研究,正是要筛选出转基因生物中有益的变异性状,把它固定下来;对不好的变异就坚决淘汰掉。
宁:实际上也没有某些人想得那么可怕。在美国则开始做转基因研究的时候,研究人员甚至穿着太空服,戒备森严,后来慢慢觉得并没那么可怕。实际上,转基因食品在发达国家已经研究很长时间了,做过大量的安全实验,而且明确规定:进行商品化生产的转基因动植物,必须建立在严格管理的基础上,必须有科学根据,经过严格的检测才能生产和出售。
记者:对转基因食品进行的安全是检查包括哪几方面呢?
宁:举一个转基因抗虫棉做例子。大致说来有三个步骤:一、检查受体棉花的安全性,看它对环境和人是否会产生不利影响;二、检查基因的操作等级,包括棉花花粉会不会转移到其他农作物上,会不会产生对环境有害的物质;三、最后评价成品转基因抗虫棉的安全等级。
记者:您怎样看转基因食品的安全性?
徐:前不久,几位从事生物科学研究的英国专家曾跟我们交流过这个问题。我们问起他们对使用转基因马铃薯饲喂老鼠所得结果的看法,他们的回答是,这个实验到目前为止没有正式发表任何科学论文,所有材料都是一些人私下向电视台等新闻媒体透露的,所以无法确定它的科学性。可见,这个实验的有效性还存在争议,在英国许多严肃的科学家对此大多持怀疑态度。
记者:转基因食品对人来说到底有没有可能造成不良影响呢?
徐:这要看转进去的基因对人体有利还是有害。举个例子,如果转进去的基因是一种有毒的蛋白,可能是针对某种昆虫的,如抗虫棉。那种毒对高等动物、哺乳动物都是无害的,只对鳞翅类昆虫有毒,这样对我们人类就是安全的。如果你转进去的基因表达的是一种广谱性的毒素,那可能会对其他生物造成危害。比如转进一种神经毒素,就可能对另一些生物的神经系统造成危害。这个问题涉及的面较广,要特别注意,对具体的转基因食品是否安全,要个案分析。这包括:一、用严格的科学手段来保证它不会对人类产生大的影响;二、对非目标生物不能造成危害。比如转基因抗虫棉,除了对虫子外,它不会对其他生物形成毒性攻击。再比如转基因鱼,如果转进去的生长素基因不是鲤鱼、草鱼基因,而是人类近缘物种的基因,这个生长素就可能影响到人类自身的生长。短期影响可能看不出来,长期的影响则难以预料。所以当前我们对转进鱼体内的基因,就严格控制在“鱼”的范围,对人则不会有影响。
记者:对生态环境会有什么影响呢?
徐:对环境的影响也可能存在。人们最担心的是转基因微生物,因为微生物通过杂交或别的途径,很容易和其他微生物交换遗传物质,就容易造成一些潜在的、不易察觉的危害。例如,利用抗生素基因和外缘基因连在一起,转到受体生物中,抗生素基因就容易扩散到别的微生物中,使别的微生物产生抵抗抗生素的能力,从而造成病害流行。把耐除草剂的转基因油菜籽和杂草一起培育,结果产生了耐除草剂的杂草,使得杂草疯长,很难除掉,这表明,通过转基因技术产生的基因有可能转移到自然界中去,必须引起重视。
记者:不可否认,任何一项技术都是有利有弊的。人类已经有了滥用原子能的教训,今后不应该再重蹈覆辙。请您介绍一下我国转基因技术研究的现状。
宁:我国转基因植物研究发展比较快,像抗虫基因工程,其中抗虫棉的研究就相当成功。另外,转基因西红柿也大大改善了原有西红柿的生长发育和耐储藏品质;还有抗病基因工程,如抗病害马铃薯、耐盐碱的苜蓿、烟草等。再有用植物表达疫苗的反应器研究,通过这项研究,今后我们就能吃到带有某种疫苗的黄瓜、西红柿、面包,并从中获得足够的免疫功能,人们的生活质量将大大提高。
他,就是合肥工业大学生物与食品工程学院生物科学系主任曹树青教授。
寻根溯源,生物治理土壤重金属污染
众所周知,土壤重金属污染是全球面临的重要环境问题之一。土壤污染的重金属可通过农作物吸收而进入食物链严重影响食品安全并危及人类健康。而作为农业大国的中国,更是有近20%的耕地存在镉、砷、汞、铅、镍、铜等重金属超标现象,严重影响食品安全并危及民众健康。据了解,造成土壤重金属污染的原因复杂,包括工业排放、化肥农药使用及地矿开采等,通过物理和化学手段治理非常困难,也容易造成二次污染。
曹树青认为,植物修复基因工程是解决土壤重金属污染的重要途径之一。然而,寻找和发掘耐受重金属毒害且调控重金属超量积累(或降低重金属吸收)的关键基因并阐明其作用机理,则是植物修复基因工程获得成功并从源头上控制农产品食品安全的关键。
为此,曹树青带领科研团队展开了植物响应重金属信号传导的长期研究,并得到了转基因重大专项、国家自然科学基金等项目资助,希望能够通过正向或反向遗传学途径,筛选和克隆涉及植物重金属超量积累(或降低重金属吸收)的关键基因,并阐明其作用机理。这不仅有助于揭示植物耐受重金属毒害的分子机理,而且可为利用植物修复技术治理土壤中重金属污染提供新的基因资源,并为从源头上控制农产品食品安全提供新的技术途径。
于是,科研团队利用正向遗传学途径筛选和鉴定了一个拟南芥耐镉突变体xcd1-D,并克隆了其相应的基因MAN3,该基因编码一个1,4-糖苷水解酶。过量表达MAN3基因导致镉的耐受和积累,而MAN3基因功能缺失则该突变体表现出对镉敏感。镉胁迫诱导MAN3基因表达、增加甘露聚糖水解酶活性及甘露糖水平,从而激活谷胱甘肽依赖的植物螯合素合成途径上的相关基因协调表达,进而增加植物对镉积累和耐受。
如今,研究已经初见成效,发现了MAN3及其介导的甘露糖的新功能,首次揭示了植物响应重金属镉胁迫的分子调控机制,为土壤重金属污染植物修复基因工程提供了新的技术途径和基因资源。“利用此机制,我们可以通过基因技术定向增加植物对镉的积累和耐受,使其在受到重金属镉污染的土壤中仍可以茂盛生长,并将镉吸收后储存至液泡中。”曹树青介绍,“之后我们再对吸收了镉的植物进行处理,即可有效降低土壤中的重金属含量。”
2014年10月,该原创性成果在线发表在国际植物学知名学术期刊New Phytologist,引发广泛关注。不仅获得第十三届全国农业生物化学与分子生物学学术研讨会优秀论文奖,国内的一系列主流媒体也都进行了报道和转载。
但这些荣誉并未羁绊住曹教授前进的步伐,目前,他正带领科研团队进一步研究针对砷、铅等其他重金属的植物修复机制,并致力于产业化探索,致力让更多的国人吃上放心粮食。
解决粮食安全,实际意义深远
民以食为天,华夏儿女自古以来就对粮食有着独特的情感,而到了现代,粮食也始终是关系到国计民生和国家安危的重要问题,粮食安全是国家安全的物资基础。如何增强作物品种的抗逆性是目前我国农业生产上亟待解决的关键问题之一。
为此,曹树青教授认为利用转基因育种提高作物的耐寒和抗旱能力对粮食安全问题无疑具有重要的理论与经济意义。于是,他带领课题组开展了“植物抗逆分子生物学”研究,即利用转基因育种等技术增强作物品种的抗逆性,提升植物对抗不良环境的能力,如抗旱、抗涝、抗冻、抗病虫害等。这项工作的关键在于对植物抗逆分子机理的认识及关键基因的发掘。他们以模式植物拟南芥为材料,通过正向和反向遗传学途径,利用现代分子生物学技术和基因工程手段,筛选和克隆抗逆关键基因,阐明其功能,并用于作物抗逆分子遗传改良。
目前,该研究已经可获得具有自主知识产权的新基因。曹树青教授说:“这些研究不仅对于揭示植物抗逆分子机理具有重要的理论意义,而且可为作物抗逆遗传改良提供新的基因资源。”
大自然一直在
“转基因”
“基因”是一个大家耳熟能详的名字,它是生物的遗传密码。你长成老鼠,我长成牛;老鼠生下的还是老鼠,牛生下的还是牛……这一切都是由老鼠和牛身上不同的基因决定的。
生物体上的基因一般是有很多个的,每个都只决定一种或者数种生物的特征或功能。所有的基因都排布在DNA上。如果把DNA看成一本书,那么一个基因就相当于书里某些页或者某些段的内容。
每一种生物的基因都是长期进化的产物。我们知道,地球上所有复杂生命都是由简单生命进化而来的,而简单生命的基因是很少的。那么,基因是如何增殖的?途径有很多。一种途径是在生下一代的时候,复制出错,本来一个基因只复制一份的,但不小心复制了两份。这两份原本一模一样的拷贝,在随后漫长的进化过程中,发生了不一样的突变,于是渐渐演变成了两个基因。还有一种途径是,生物体的DNA被某些厉害的病毒“攻破”,病毒把自己携带的基因嵌入生物体的DNA中,只要这个生物体没有因而死亡,从此它就不得不把那个外来基因也一并遗传下去。这样,这一物种相当于多了一个基因。
你或许认为,通过第一种途径获得新基因比较“自然”,而第二种途径则“不自然”。殊不知,我们身上很多基因就是病毒来的。没有这些基因,说不定我们至今还生活在水里呢。所以,何谓“自然”,何谓“不自然”,并没有严格的界线。
现在所说的“转基因”有点类似第二种途径。科学家通过基因工程的手段,人为改变生物体上的某个基因。这样,生物就获得了新的特征或者功能。这些手段中,也包括利用病毒插入的办法。这其实跟大自然中发生的是一回事。我们甚至也可以说,大自然在漫长的岁月里,一直在“转基因”。
转基因两全其美
那么,为什么人类要转基因呢?让大自然自己去“转”不就得了?
这当然是因为转基因能够给人类带来巨大的好处,而自然自己又“转”得太慢的缘故。
我们知道,随着世界人口的增加,人类对农产品的需求不断飙升。如何提高作物产量,节约成本,以及如何让某些作物在不利的环境下也能生长,成了需要科学家迫切解决的课题。
我国科学家袁隆平的杂交水稻就是一个很好的例子。袁隆平通过让普通水稻跟野生稻杂交,获得了高产的杂交水稻,解决了我国以及许多发展中国家的粮食问题。
杂交的办法其实就是把野生稻里的许多基因“导入”普通水稻中,从而培育出更优的品种。这些导入的基因里,可能仅有个别对提高亩产有决定性影响,只是我们一时无法把它们甄选出来而已。这就好比说,一瓶用数十种草药浸泡的药酒可以治疗风湿病,但真正有效的可能仅有一种成分,只是要一一甄别太困难,我们就只好一股脑儿喝下去。
但用转基因的办法就准确多了。在“转”之前,科学家事先是知道某个基因的作用的,这个基因能提高产量,那个基因能提高抗病虫害的能力,等等。经过这样改良的作物,既可以有针对性地满足我们的需要,也可以一下子拥有我们梦寐以求的诸多优点:优质高产,成本降低,抗病虫害的能力增强,等等。比如我们近年来相继从国外引进的转基因大豆,比起传统的大豆来,有着产量高,少使用农药、化肥和除草剂,出油率高等优点。在这种情况下,农民们当然乐意选择种植转基因大豆了。
对于消费者来说,转基因作物上面残留的农药少了,更安全了。对于环境来说,农药、化肥、除草剂减少,对环境的污染也减少。所以,转基因应该说是两全其美的事情。
转基因并非要转你的基因
既然转基因有着如此多的好处,为什么还有那么多人害怕和反对呢?这一部分是源于无知,还有一部分可能源于偏见。
许多反对转基因的人,其实并不知道转基因是怎么回事。他们以为,转基因是要“转”人类的基因。其实,不论作物里原有的基因,还是被人类“转”入作物的基因,基本构造都是一样的,都由4种核苷酸组成。这4种核苷酸就好比七巧板,不同的基因只是拼法不同,拆开来就没有任何区别了。
不论什么基因进入我们的消化道,都被分解成了核苷酸,然后进一步被降解,其成分或被身体吸收,或被排泄掉。食品里的基因根本不可能直接“转入”你的基因中。过去年代里,关于转基因食物能致癌、致病的报道,最后都证明是不严谨、不真实的。最近的一个例子是,一位法国科学家,声称用转基因玉米喂食老鼠,发现老鼠长出了肿瘤。但欧洲食品安全局对该论文进行了审核,发现实验设计中存在许多漏洞:比如,他选用的老鼠品种本身患癌率就很高;对照组(也就是不喂转基因食物的组)的老鼠太少;对食物的组成、储存方式或其可能含有的有害物成分(如致癌的黄曲霉)等细节未加说明。因此,这个结果并不可靠,该实验还需要重做。
如果你担心转基因真的可能“转”到你自己的基因里,那么你也有同样的理由担心,我们天天吃进的食物里,那些“天然”的基因也可能被转到你的基因里,使你身上布满白菜基因、水稻基因、胡萝卜基因、猪肉基因等等,但这种事情从未发生过。这是因为基因是生物体内被保护得最好的部分,单纯的食物是不可能对它产生直接影响的,否则,我们吃什么就“转”成什么,那么今天就不是你我在谈论转基因,而是水稻跟小麦,大白菜跟胡萝卜,猪跟牛,在谈论转基因了。
另一些人反对转基因是源于偏见,他们想当然地认为“自然”的就是好的、安全的,“人工”的就是有危险的。但前面已经提到,“自然”和“不自然”这类概念其实是相当模糊的。大自然一直在无意识地做着“转基因”的工作。再者,传统的杂交育种其实也可以说是在“转基因”,区别只在于:转基因一次只“转”进去一两个基因,而杂交育种一次就“转”进去成千上万个基因。
此外,把“自然”跟“安全”划等号也是错误的。譬如有证据证明,普通水稻是有害健康的。大米中含有肌醇六磷酸,这种分子能和食物中的铁结合使铁不容易被肠道吸收,因此以大米为主食的人容易患上缺铁性贫血。而转基因技术恰恰可以用来克服天然食物的缺陷。最近研制成功的“金大米”就是一例。这种转基因水稻可以制造胡萝卜素(在人体内变成维生素A),有助于消灭在亚洲地区广泛存在的维生素A缺乏症。
转基因的风险不在餐桌上
那么,转基因就一点风险都没有了吗?风险当然是有的,但不是在餐桌上,而是在田头。
虽然在把某个基因“转”入一种作物之前,对于这个基因未来的作用,科学家心中是有数的,但他们并非神仙,事事能料到。比如说,也许一种苹果被转基因后,更耐病虫害了,但无意间却制造出一种极毒的毒素。如果科学家看到防病虫害的目的达到,就以为万事大吉,摘下一个苹果硬塞给你,而你咬了一口就口吐白沫,翻倒在地,那当然是危险的。但事实上,转基因从田头到餐桌,还有很长的路要走,比如还要先拿动物做实验,看看有没有毒,会不会过敏,然后审批之前还要多方论证……这一切都是为了保证它的万无一失。当它摆上餐桌的时候,你就大可放心了。
还有人说,那些抗病虫害的基因,无非是通过制造更多的毒素来消灭昆虫的,那么对昆虫有毒的,对人体就没有毒么?也许毒性虽非致命,但可能会让我们慢性中毒呢?
缅甸生物安全政策
根据2005年《缅甸农业生物技术》报告,目前在生物安全和转基因食品或转基因衍生食品的管理方面,缅甸还没有相关的国家政策和指导方针。生物安全政策是一个能够明确表述国家发展政策和配置优先权的法律,包括针对生物技术。缅甸已加入东南亚国家联盟(AssociationofSoutheastAsianNations,ASEAN)生物安全框架协议,也承诺实施卫生和植物检疫措施,并实行流通商品转运过程中的ASEAN框架协议。然而,一些法律条文(例如杀虫剂法、植物害虫检疫法和动物健康和发育法)也直接或间接与生物安全问题相关。目前,缅甸还没有与种子相关的法律条文,缅甸农学院正在就林业、畜牧业和渔业起草相关的法律。尽管没有相关转基因食品商业化和很少的转基因作物栽培方面所适用的规章制度,但是缅甸很有可能从邻国(特别是中国和印度)进口种子(也可能是转基因种子)[5]。
缅甸生物技术研究与应用现状
缅甸主要生物技术研究机构农业和灌溉部(MinistryofAgricultureandIrrigation,MOAI)下属研究机构MOAI下属研究中心有11个组织以及缅甸农业服务局(MyanmarAgricultureService,MAS)、农业研究局(DepartmentofAgriculturalResearch,DAR)和缅甸经济作物开发公司(MyanmarIndustrialCropsDevelopmentEnterprise,MICDE)[6]。缅甸农业服务局(MAS)主要负责技术转移、合作等方面的工作,与农业研究局(DAR)共同完成研究、开发和高品质种子分配方面工作。缅甸农业服务局生物技术实验室主要致力于:分子鉴定、组织培养研究以及水稻、香蕉、兰花和珊瑚树单双倍体的研发。DAR主要负责大田作物的研究,如水稻、玉米、小麦、油料作物、豆科作物、水果和蔬菜。它的主要任务是开发新的、改良的农作物品种,实现产量增加、品质提高和抵抗生物和非生物逆境,并向农民推广新品种和新技术;主要解决地区问题和满足国家需要。只有通过MAS的农田检验、分配高品质种子、每年的审定,DAR才能向农民推广研究成果。然而,它们取得的成果还存在不小的差距。在DAR其他农作物部门和农作物生理研究部门共同的协助下,DAR的生物技术部正在致力于组织培养、单双倍体的研究。通过组织培养和单双倍体的方法改良的农作物有水稻、花生和甘蔗。2004年,通过组织培养的方法已获得抗干旱的水稻品系。最近,缅甸经济作物开发公司(MICDE)与缅甸棉花和家蚕公司、缅甸甘蔗公司、缅甸黄麻公司和缅甸作物公司进行了重组。虽然他们都在MICDE的统一管理下,但是他们也有自己各自的主攻方向。尽管这些公司进行各自的研究项目,但是与DAR进行高水平的技术人员和设备的交流合作,还是非常有必要的。教育部下属的科研中心在教育部的统一管理下,缅甸建立了许多科研中心,包括:新世纪生物技术开发中心(NewCenturyBiotechnologyDevelopmentCenter,NCBDC)、勃生大学生物技术实验室、仰光大学和毛淡棉大学水产养殖研究中心和密支那大学微生物研究中心[7]。新世纪生物技术开发中心(NCBDC)成立于2003年5月,主要为公众传播生物技术的基本常识和理念,通过与政府和私人合作的方式开展研究活动,建立稀少、濒临灭绝和特有物种的保护区和苗圃,着手研究对于人类健康有益的项目,为后代的可持续发展保护生态资源,在植物栽培领域提供技术培训和咨询服务[7]。勃生大学生物技术实验室创建于2000年,主要研究生物肥料、生物防腐剂、微生物水产饲料、生物活性药物成分等[7]。海洋生物局成立了最大的水产研究中心,毛淡棉大学和该研究中心合作致力于新鲜咸水虾养殖、其他水产生物养殖和海藻培育。动物局、仰光大学也成立了水产研究中心,它主要关注于多种经济鱼类的育种。同时,它的业务范围扩展至蝴蝶养育、观赏鱼养殖和新鲜鱼饲料。它与政府组织及专业水产的私营养殖部门都有密切的合作[7]。密支那大学微生物研究中心由植物局建立,地处缅甸北部的克钦邦。它重点关注多种植物和动物生存的地区,例如多年生兰花种子的培养、菠萝的组织培养、克钦邦药用植物和稀有物种的培育[7]。科学与技术部(MinistryofScienceandTechnology,MOST)下属的科研单位科学与技术部(MOST)下属的相关科研单位有仰光科技大学(YangonTechnologicalUniversity,YTU)和曼德勒科技大学(MandalayTechnologicalUniversity,MTU)的生物技术系。仰光科技大学(YTU)生物技术系成立于1998年,主要培养水产技术专业研究生,并从事利用当地土著植物治疗动物疟疾的研究。曼德勒大学是MOST管辖下的生物技术研究中心之一,共设九个专业,分别是植物和农业生物技术、医学生物技术、经济生物技术、食品生物技术、水产生物技术、动物生物技术、环境生物技术、分子生物技术和生物信息学。主要目的是培养出大量高素质和杰出的生物技术人才,通过生物技术推动农村和城市发展,利用先进的生物技术来支持政府的工作。生物技术研究进展主要研究内容目前,缅甸主要的生物技术研究与应用有:香蕉、兰花、草莓、番木瓜、火龙果、珊瑚树、芦荟、芒果、油棷和青蒿(用于抗疟药)[3]等植物组织培养、分子育种、多样性和指纹图谱的鉴定、缅甸水稻栽培种的遗传多样性、GMO食品的检测和非GMO食品的认证、生物肥料的商业化、缅甸药用植物的抗干扰片剂生产、海藻的生物能源利用、抗氧化剂的筛选、缅甸传统草药中的抗肿瘤和抗菌剂药物/食物等。转基因作物(Bt棉花的研究)自2001起,来源于印度的转基因Bt棉花已在曼德勒研究机构中试验种植4年了。试验结果表明,缅甸的土壤和气候非常适宜Bt棉花的生长繁殖。2006年,采用转基因技术、具有稳定抗虫特性的长绒Bt棉花品系(Ngwechi6)是农业和灌溉部棉花和家蚕局(CottonandSericultureDepartment,CSD)里程碑式的成就[8,9]。2010年,缅甸正式成为南亚和东南亚地区的第5个转基因棉花种植国家,同时,它也成为世界上第29个转基因作物商业化的国家[10]。“SliverSixth”(即“Ngwechi6”)是长绒Bt抗虫棉品系,已有37.5万农民种植了大约27万hm2,占全缅甸棉花种植区的75%[10,11]。转基因食物的安全性、潜在的危险和伦理上的担忧一直处于激烈的讨论中。因为对于人类健康和环境而言,我们不可能预测所有可能的后果。一些国家已经对农作物的基因进行了部分改良,并得到了相关权威部门的认可。目前在生物安全和转基因食品或转基因衍生食品的调控方面,缅甸还没有相关的国家政策和指导方针。人才培养在缅甸,叶辛农业大学(YezinAgriculturalUniversity,YAU)是唯一一个农业大学,与国家农业研究体系(NationalAgricultureResearchSystem,NARS)有密切关系。就推进大学生和研究生进行论文研究而言,这是和MOAI管理下DAR、MEDCE和MAS的合作体系。一些来自不同部门和公司的高素质人才对YAU进行游说,想与他们进行深入的合作[6],以强化生物技术领域(包括农业、药物研发、发酵和工业生物技术)的人力资源和人才培训。就这一点而言,在MOST的管辖下,仰光科技大学(YTU)新近成立了生物技术系。自从1998年该系已经开始在生物技术领域管理一些项目[6]。在2001年,在伊落瓦底省的勃生大学建立了一个国家生物技术发展中心,并且与日本的国家技术和评估研究所开展合作研究。合作研究DAR与国际组织建立了非常好的合作关系,例如与国际水稻研究所(InternationalRiceResearchInstitute,IRRI)的水稻合作项目、与国际热带半干旱地区作物研究所(InternationalCropsResearchInstitutefortheSemi-AridTropics,ICRISAT)的豆类和油料作物合作项目以及与国际玉米小麦改良中心(InternationalMaizeandWheatImprovementCenter,CIMMYT)的玉米合作项目等,双方之间可以实施连续的育种计划[6]。MAS与日本筑波大学实验室也进行了合作研究,其中包括短期、长期培训(硕士和博士的培养),进行种质资源的收集等[12]。勃生大学生也与日本的国家技术和评估研究所有合作关系。MOST和日本芝浦工业大学[4]、遗传资源所[7]、日本九州大学和国际原子能机构(InternationalAtomicEnergyAgency,IAEA)[12]之间也有一些合作研究。
创造生命,这个早先被认为是造物主的工作,如今正被某些生物学前沿的人所掌控。克莱格・文特尔就是利用重新组合基因片段,制造出世界上第一例“人造生命”的科学家。
5月20日,文特尔联合同事汉密尔顿施密斯一起,了文特尔研究所最新的研究成果――一个名为“辛西亚”
(synthia)的细胞。辛西亚的名字,就是合成体的音译,因此它和希腊神话里的月亮女神辛西娅(cynthia)没有任何关系。因为文特尔仅仅是个科学家,而非宙斯。
这个人造细胞之所以具有非凡的意义,是因为它的基因组完全按照科学家的意愿,通过电脑的软件设计编写而成。“可以说,这是有史以来第一个以电脑为父母的生命形式!”他在新闻会上表示。
文特尔还自豪地称,基因片段里含有4个“水印”字符,以标示该基因并非天然,而是由人造而成。
“至于水印的解读工作,就留给那些爱好较真的遗传学书呆子吧!”文特尔无疑受到了电脑软件防伪技术的启示。
据透露,这四个水印中,有两个分别是文特尔和施密斯的名字。
意义不同的“新生命”
“辛西亚”所引起的恐慌和1996年7月5日世界上第一只克隆羊“多莉”诞生的时候相比,有过之而无不及。
然而,虽然辛西亚和多莉都是人类创造的新生命,标志着生物学发展的里程碑,但意义却迥然不同。
古代西方的自然发生说认为,许多小生物是由自然界偶然产生的,比如苍蝇、蛆、蚊子,乃至老鼠,都是某些环境下的自然产物。
比如生活在16到17世纪的比利时化学家、思想家赫尔蒙特曾指出,把糠和破旧布片塞进瓶子里,丢弃在床底下、角落里,瓶子里就会生出老鼠来。
这种观点被18世纪微生物学之父巴斯德所否定。他通过葡萄酒变酸的研究,找到了与动物、植物并存的另一大类生命形式――微生物,微生物是细菌、真菌、病毒以及原生动物的统称。
微生物理论也支持了这样的事实,即任何生命形式都有其之所以产生的母体,所谓龙生龙,风生凤,“遗传”一词也因此而来。
19世纪,德国植物学家施莱登和动物学家施旺相继创立了细胞学说,解开了生命基本单元――细胞结构之谜。
细胞是生命和非生命物质的分界线。文特尔创造的“辛西亚”,也正是一个可以自我复制的细胞体,具备最基本的生命要素。
然而,细胞学说并没有穷尽人类对生命本质的认识。
当1953年生物学家沃森和克里克发表DNA双螺旋结构的论文时,人们才惊异地发现,存在于各种细胞之中核心的机密,原来是组成俗称“染色体”的基因组。一组组基因长链,又是由4种碱基对交错扭结而成……
从基因遗传学的角度来看,不同的物种之所以区别,根本就在于基因组的不同,而基因组的不同则在于碱基对的数量和排列次序不同。所以有人认为,DNA是造物主创造生命的最原始“密码”。
可以说,在生物的DNA长链被人为“操作”之前,任何新的生物都不为“新”,因为所有生命形式中的基因从来没有被删除、涂改或拼接过。
杂交水稻、混血儿、杂毛狗,各种物种相同的生物之间,都可以通过遗传定律实现后代的改良或者退化,而它们的后代也都是自然的产物,而非“新的生命形式”。
篡改上帝密码
如果说细胞是组成生命的基本单元,那么基因则是决定生命形式的基本单元。20世纪90年代,随着基因技术的飞速发展,由多个国家发起并组织了一项声势浩大的科学工程,即人类基因组计划(HGP)。
HGP试图破解人类基因组密码,解开人之为人的根本所在。
在解读生物基因组密码的同时,基因技术在生物学领域大显身手。转基因技术、克隆技术就是其典型的应用。
1996年诞生的克隆羊多莉,是基因技术令某些人激动却让另外某些人恐慌的事件。
从母体羊乳腺中取下一个细胞,抽出其中的染色体,即基因组;同时取出另外一只母羊的卵细胞,并抽出其中的内核,留下空卵壳,之后,将前面的染色体放人后者的卵壳中,从而得到一个克隆意义上的“受精卵”,将其放入第三个母羊的子宫里,就得到了克隆羊多莉,它是第一个母体羊的克隆体。
多莉的特殊意义不在于科学家对其基因组的操作,而在于哺乳动物通过体细胞无性生殖的史无前例。因此,多莉也不是人类创造的新的生命形式,而仅仅是已有生命的“翻版”、“复制”。
转基因技术是对上帝密码的第一次干预。
早在20世纪70年代,科学家就试图利用具有某种特定功能的基因碎片,插入特定生物的基因长链之中,从而这种生物就获得了某种神奇的功能。这些功能往往是从传统的杂交方法中难以获得的。
1983年,世界上第一例转基因生物诞生,它是一种具有抗虫特性的转基因烟草,被转入了抗虫能力的基因片段。
某种意义上来说,转基因生物是一种全新的生命形式。因为人类打乱了动物、植物以及微生物固有的界限,在基因层igA:对生命“动了手术”。
棉花可以携带制造抗虫蛋白质的基因、玉米可以携带马铃薯制造淀粉的基因、猫可以携带水母制造荧光蛋白的基因、小鼠可以携带番茄的颜色基因……
但是从另外一个层面上来看,这种“手术”仅仅是小尺度上的缝缝补补,至少把持了上帝造物的最后底线――功能基因片段的完整性。或者说这些功能基因片段都是从生命体里抽离出来的,而非人为组合。
和转基因技术完全不同,创造辛西亚的过程是对功能基因的重新编写。
如果说转基因技术是利用碎布片缝制衣服的话,那么创造辛西亚的技术则类比于织布。织成什么样的功能、尺度、花纹、质地,完全取决于织布者的手艺和喜好。
因此,文特尔所做的事情,是造物完成之后,自然界从来没有发生过的“人造生命”,其创造的是一种全新的生命形式。
科学怪兽?科学先驱?
对于文特尔的举动,支持者和反对者参半。
支持者赞扬他为人类的科学事业做出了巨大的贡献,正在掀起一场科学的革命。而反对者则对此类科学实践充满质疑,将文特尔等人视为科学怪兽。
自从哥白尼、牛顿伊始,近代科学以强大的攻势洗劫了人类的思维。
在经典物理学看来,宇宙万物的运作不需要上帝辛苦的“当值”,上帝只需要在创世纪时期,给予第一推动就万事大吉了。尼采更是癫狂地宣称,“上帝已死!”因此西方科学传统下日渐清晰的人类生活世界里,上帝是缺席的。
生物学领域亦是如此。在现代生物学家看来,生命也不过就是一堆DNA长链而已。上帝在编好生命密码之后,也同样选择了“隐退”。
在此情况下,“科学怪兽们”的活动才没有边界。
然而,辛西亚带给人类的问题,不仅在于人类能否扮演上帝的角色,还
在于越来越接近生命本质的“现代技术”,到底会为人类造就多大的福祉,导致多大的风险。
文特尔说,“辛西亚体内所有的功能基因,都可以通过电脑编程设计完成。”这意味着,辛西亚究竟是人类忠实而友好的仆人还是具有侵略性且致命的敌人,都掌控在“基因编码科学家”的手中。
然而,文特尔或许高估了当前生物技术的能力,也高估了人类对生命的认识水平。
DNA决定生命形式的简单公式,似乎太过乐观。因为,很多科学家已经发现,拥有怎样的功能并不一定表达怎样的性能;而有些貌似无用的垃圾基因,往往有大用。
进一步讲,既然辛西亚的DNA序列由电脑编程而来,那么就不能完全排除编程受到黑客攻击的风险。“生命黑客”将成为合成生物学最大的恐惧。
当类似SARS的病毒悄然袭来的时候,人类所能做的,或许只有向上帝祈祷,祈祷其早日归来。
I-LJMB机械手
功能&奇趣:i-LIMB机械手是一个可以通过无线蓝牙技术进行操控的新型仿生手,其采用了脉冲调制技术,该技术可显著提高机械手的抓握力。可以让使用者拿起重物或细小的东西,以及对抓握手法进行个性化调整来配合自身需要。i-LIMB以铝制底盘为基础,可以拥有提起90公斤物品的能力。
制造商:苏格兰Touch Bionics公司
售价:新品未定价
小编点评:根据网站提供的信息,这款机械手诸如系鞋带这样复杂而细致的动作都可以完成,对手臂残疾的人来说绝对是个不错的东西。
宝马儿童车
功能&奇趣:这是由宝马公司专门为儿童设计生产的新款脚助力儿童车。它延续了宝马公司汽车设计团队的风格,4条由软橡胶制成的宽大车轮从一定程度上增强了稳定性,同时也起到了保护儿童的作用。这款儿童车虽没有油门,但提供了慢速与快速两种行驶速度切换。更加提高了其安全性能。
制造商:德国BMW公司
售价:约780元人民币
小编点评:恐怕全世界再也没有比它更便宜的宝马了。
双头风扇
功能&奇趣:这款风扇除了可以往房间里吹风外,由于它的双风扇设计,还可以让房间里的空气流动起来。其内置的离子发生器还能够净化空气,使空气持久清新,比传统风扇更为有益健康。风力为三挡调节,可提供15~20平米房间的空气流通。不仅仅是炎炎夏日,即使在寒冷的冬季,它也一样可以派上用场。开启暖风时,它可将热量均匀吹送至房间的每一个角落,不仅提高了室内温度,还降低了供暖费用。
售价:99.95欧元
小编点评:双头风扇的设计已足以令人惊奇,再加上冷暖功能,小编已经准备掏银子买一台了。
索尼NEX-5
功能&奇趣:索尼NEX-5配备了1420万像素APS HD CMOS感光元件,取消了传统单反相机的五棱镜以及取景器,实现轻量,精巧的可更换镜头数码相机。机身设计紧凑,最薄处仅为24,2mm。在如此小巧的机身上,索尼还为其装配了3.0寸92万像素的液晶屏,并可向上80度向下45度进行翻转。NEX-5具有扫描全景、手持夜景,笑脸快门、高清视频、高速连拍,HDR、DRO等众多功能。并且在这些功能的基础上,它还具有一个独家杀手锏
3D摄影功能。
制造商:日本SONY公司
售价:新品未定价
小编点评:有了全球最小最轻的可换头DC,那单反是不是可以淘汰了?
音乐胎教腰带
功能&奇趣:这款音乐胎教腰带,有四个喇叭,内置立体声扬声器,分别接在孕妇的肚子四周,还可以利用3.5mm耳机,让妈妈分享宝宝听的音乐。至于音乐播放的载体,iPod或是MP3播放器均可,这款胎教腰带除了可以让孕妇腹中的胎儿听到动听的音乐,还可以为孕妇的大肚子提供一定的支撑和保护。
制造商:美国NUVO公司
售价:130美元
小编点评:胎儿在母体中能够感受孕妇情绪、言行的感化。对于繁多的胎教方法,音乐无疑是最重要的沟通渠道,给予适当的听觉刺激,有助于婴幼儿的成长。
Min-Torch
功能&奇趣:这款迷你手电筒,长度仅为52毫米。内置锂电池,采用USB充电的方式,插上电脑就可以充电,充电10分钟可正常使用150分钟以上。其采用0.5瓦LED灯泡,照射距离可达50米。同时,它不仅仅是一个照明工具,还可以配置原装三星闪存作为U盘使用。
制造商:香港KuOrange公司
售价:约40元人民币
小编点评:采用USB充电方式,既环保又方便,无论居家,户外运动和应急事件,它都是一个不错的伴侣。
饿瘦了的电池
功能&奇趣:设计师为我们设计了一款体型可变化的充电电池,用更加直观的胖与瘦来表示充电电池的电量变化;当它被充满电时,它会丰满而匀称,跟正常电池无异。但随着电量的消耗,电池中部会逐渐干瘪,慢慢变瘦。看着日渐消瘦的电池,每个人都会清晰地意识到,它们很饿,需要充电了。从而让你更好地把握电池电量以及充电时间。设计师:Mac Funamizu
论文摘要基因工程在植物花色改良中正发挥着越来越来重要的作用,综述了植物花色苷基因工程所采用的方法和策略,包括花色苷生物合成基因的分离克隆、基因的遗传转化和基因工程改良的基本策略。
利用基因工程改良花色是花卉分子育种的重要手段,不再受植物亲缘关系的限制,花色改良的效果通过目测和少量辅助手段即可判断[1]。花色苷是植物次生代谢过程中产生的黄酮类物质,它是花色素与糖以糖苷键结合而成的一类化合物,广泛存在于植物各组织细胞的细胞液中,使植物呈现从红、紫到蓝等的不同颜色[2]。花色苷的生物合成途径是被最为广泛而深入研究的植物次生代谢途径,特别在主要模式植物中,已经有了清楚的认识[3]。许多花色苷生物合成途径中的关键酶基因和调节基因均已经从不同植物中克隆到[3,4]。转基因花卉主要用于观赏,易被公众接受,具有传统育种手段难以比拟的优越性,必将给花色改良带来革命性的影响,已成为当前花卉育种研究的热点。
1花色苷生物合成基因的分离和克隆
植物花色苷基因工程改良遵循一般植物基因工程规律,了解特定色素生物合成途径、克隆关键酶的基因是植物花色基因工程改良理论依据和前提。首先是花色苷生物合成途径基因的克隆,第1个被分离的花色苷合成酶基因是CHS基因,它是从欧芹(Petroselinumcnispum)悬浮细胞用差异杂交分离到的[5];以后利用转座子标签、PCR扩增、异源杂交、差异cDNA克隆、电子克隆、蛋白质纯化与差异筛选等方法分离克隆到了多个花色苷生物合成相关基因。花色苷的生物合成是从莽草酸代谢途径合成苯丙氨酸和脂肪酸合成代谢合成丙二酰CoA开始,经苯丙烷类途径合成[6]。根据基因对花色苷生物合成的作用可分为结构基因和调节基因[7]。结构基因直接编码花色苷生物合成途径中的生物合成酶类,如PAL、4CL、CHS、CHI、F3H、DFR、F3′H、F3′5′H、ANS、3GT等基因;另一类是调节基因,它们调控花色苷生物合成基因的表达强度和模式,同时控制花色苷在时空上的变化,如AN1、AN2、JAFl3和AN11等[8]。
2基因遗传转化的方法
基因转化的主要方法有农杆菌介导法[9]、基因枪法[10]、花粉管导入法[11]、化学试剂诱导法[12]和电穿孔法[13]等。
农杆菌介导的基因转化方法是迄今最可靠、最有效的转化方法。现在的转基因再生植物中,80%以上是用这种方法获得的,主要有叶盘转化法、整株感染法和原生质体转化法[14]。
基因枪法又称微弹轰击法,是由康乃尔大学Sanford等[10]建立的基因导入方法,其基本原理是利用亚精胺、聚乙二醇的粘附作用将外源DNA包被在微小的金粒或钨粒表面,然后在高压的作用下微粒被高速射入受体细胞或组织。
花粉管通道法最早由周光宇提出[11],其基本原则是利用开花植物授粉后形成的花粉管通道使外源DNA沿着花粉管进入胚囊,转化尚不具备正常细胞壁的卵、合子或早期胚胎细胞的方法。
化学诱导法[12]的主要原理就是聚乙二醇、多聚-L-鸟氨酸、磷酸钙在pH值较高的条件下诱导原生质体摄取外源DNA分子。
电穿孔法又称电激法,首先由Neumann提出[13],是在高压电脉冲作用下,在新鲜分离的原生质体的质膜上形成可逆性的瞬间通道,从而发生外源DNA的摄取。
此外,还有脂质体转化法、低能离子束法、病毒载体转化法、转座子介导法和浸泡法等。
3花色苷基因工程改良的基本策略
花色苷合成由多个代谢步骤、多基因决定,所以利用基因工程改造花色苷一个重要策略就是还原法,即欲修饰某个性状时,先要明确决定该性状的特异生化物质,然后对形成该生化物质的代谢途径进行基因工程操作。具体就是分析催化各反应步骤的酶、编码这些酶的基因及其表达调控[15]。多步骤的代谢途径有限速步骤,而限速步骤对整个代谢途径起着决定性作用,所以对限速步骤的遗传操作往往是还原法的重要突破口。增强某种关键酶的表达,往往可使花色苷合成途径朝生成其催化产物的方向进行;而抑制该酶的表达,则会使反应朝合成途径的另一分支进行,导致另一种产物的积累[16]。
3.1反义抑制法
利用基因工程技术进行花色苷修饰的常用方法是反义抑制法,首先明确决定花色苷的特异生化物质,然后分析该生化物质代谢途径中催化各反应步骤的酶,克隆编码这些酶的基因,反向转入到目的植株中,外源DNA转录产物与内源的互补mRNA结合,而抑制目的植株中这些生化物质的合成[17]。利用该技术已在矮牵牛[17,18]、[19-21]等几种观赏植物中进行成功了花色修饰。
3.2共抑制法
共抑制法,又称正义抑制法,即正向导入1个或几个内源基因的额外拷贝,反而抑制该内源基因转录产物mRNA的积累,进而抑制该内源基因的表达[22,23]。该技术在矮牵牛[24]、[19]、蓝猪耳[25]等花卉的花色修饰方面已取得成功。
3.3导入调节基因
如果植物已具色素合成结构基因,只是因为组织特异性或缺乏调节基因表达产物的激活而不表达时,导入调节基因并使之适当表达可活化特定的结构基因,改变花色。如Quattrocchio等[26]将系列花色苷合成的调节基因转入矮牵牛,获得红色的愈伤组织和粉红色花色的转化株。Kim[27]将玉米C1基因通过农杆菌介导转入烟草,使株花瓣变狭长,颜色显著变浅。
3.4导入新的外源基因
Meyer等[28]首次将源自玉米的编码DQR的A1基因导入矮牵牛白花突变体中,产生了开砖红色花的矮牵牛。1992年澳大利亚CalgenePacific公司与日本Sundory公司合作向蔷薇中导入F3′5′H基因获得成功,同年该公司在矮牵牛中导入该基因获得蓝色矮牵牛[29]。此外,在花色基因工程操作中,也可以导入调节基因以增强或减弱原有代谢产物表达,或导入其他与花成色作用有关的基因,如pH基因、辅助色素基因、细胞形状基因等,也可以同时导入与某种花色有关的多种基因。
4植物花色苷基因工程改良的安全性
植物花素属次生代谢产物,与植物防御系统相关。因此,基因工程改良花色可能妨碍植物的生存。同时,无法预测外源基因在转基因植株遗传背景中会产生的作用和后果[1],在环境安全性方面存在潜在的威胁,如转基因花卉杂草化、产生对人类有害的代谢物、因基因漂流而污染环境、给传统的传粉者带来困惑等。
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