摘要：介紹了目前常用的植物轉(zhuǎn)基因方法，并簡(jiǎn)要就轉(zhuǎn)基因植物的生態(tài)安全性、35S啟動(dòng)子安全性、栽體骨架序列安全性、抗生素抗性標(biāo)記基因安全性和食品安全性五個(gè)方面進(jìn)行了綜述。

21世紀(jì)，生命科學(xué)成為了自然科學(xué)中的主導(dǎo)科學(xué)。生物技術(shù)的核心是基因工程技術(shù)，新的技術(shù)帶來(lái)了巨大的科學(xué)發(fā)展及經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也帶來(lái)了新的棘手問(wèn)題。隨著轉(zhuǎn)基因植物商品化速度的加快，社會(huì)公眾對(duì)轉(zhuǎn)基因植物及其產(chǎn)品的安全性或風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)注程度與日俱增。關(guān)于對(duì)轉(zhuǎn)基因植物的看法已由學(xué)術(shù)觀點(diǎn)的分歧，發(fā)展到環(huán)境問(wèn)題、人類(lèi)健康及知識(shí)產(chǎn)權(quán)和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題的爭(zhēng)論。客觀地說(shuō)，轉(zhuǎn)基因技術(shù)是禍福相倚的“雙刃劍”，本文僅從自然科學(xué)的角度探討轉(zhuǎn)基因植物及其生物安全性。

1轉(zhuǎn)基因技術(shù)的概念

1．1轉(zhuǎn)基因技術(shù)的定義
將人工分離和修飾過(guò)的基因?qū)�人到生物體基因組中，由于導(dǎo)人基因的表達(dá)，引起生物體性狀的可遺傳的修飾，這一技術(shù)稱之為轉(zhuǎn)基因技術(shù)。經(jīng)轉(zhuǎn)基因技術(shù)修飾的生物體在媒體上常被稱為“遺傳修飾過(guò)的生物體”(Geneticallymodifiedorganism，簡(jiǎn)稱GMO)。

1．2常用的植物轉(zhuǎn)基因方法

植物轉(zhuǎn)基因方法大致分成兩大類(lèi)，第一類(lèi)需要通過(guò)組織培養(yǎng)再生植株，常用方法有農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法、基因槍法；另一類(lèi)方法不需要通過(guò)組織培養(yǎng)，目前技術(shù)比較成熟的主要有花粉管通道法。

1．2．1農(nóng)桿茵介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法

農(nóng)桿菌是普遍存在于土壤中的一種革蘭氏陰性細(xì)菌，分根瘤農(nóng)桿菌和發(fā)根農(nóng)桿菌兩種，其細(xì)胞中分別含有Ti質(zhì)粒和Ri質(zhì)粒，其上有一段T-DNA，通過(guò)侵染植物傷口進(jìn)入細(xì)胞后，可將T-DNA插入到植物基因組中。因此，農(nóng)桿菌是一種天然的植物遺傳轉(zhuǎn)化體系。農(nóng)桿菌介導(dǎo)法起初只被用于雙子葉植物中，但近年來(lái)，農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化在一些單子葉植物(尤其是日益作為模式植物的水稻中也已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用和認(rèn)可，這是該領(lǐng)域的重大進(jìn)展。

1．2．2基因槍介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化法

利用火藥爆炸或高壓氣體加速(an速設(shè)備即被稱為基因槍)，將包裹了帶目的基因的DNA溶液的高速微彈直接送入完整的植物組織和細(xì)胞中，然后通過(guò)細(xì)胞和組織培養(yǎng)技術(shù)，再生出植株，篩選出其中的陽(yáng)性植株即為轉(zhuǎn)基因植株。與農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化相比，基因槍法轉(zhuǎn)化雖然存在著整合率低、成本昂貴等不足，但其主要優(yōu)點(diǎn)是不受受體植物范圍的限制，而且其載體質(zhì)粒的構(gòu)建也相對(duì)簡(jiǎn)單，因此也是目前轉(zhuǎn)基因研究中應(yīng)用較為廣泛的一種方法。

1．2．3花粉管通道法

在授粉后向子房注射含目的基因的DNA溶液，利用植物在開(kāi)花、受精過(guò)程中形成的花粉管通道，將外源DNA導(dǎo)人受精卵細(xì)胞，并進(jìn)一步地被整合到受體細(xì)胞的基因組中，隨著受精卵的發(fā)育而成為帶轉(zhuǎn)基因的新個(gè)體。該方法于2O世紀(jì)8O年代初期由我國(guó)學(xué)者周光宇提出，我國(guó)目前推廣面積最大的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉就是用花粉管通道法培育出來(lái)的。該法的最大優(yōu)點(diǎn)是不依賴組織培養(yǎng)人工再生植株，技術(shù)簡(jiǎn)單，不需要裝備精良的實(shí)驗(yàn)室，常規(guī)育種工作者易于掌握。但是，該方法在學(xué)術(shù)界存在著很大的爭(zhēng)議，國(guó)外學(xué)者近年來(lái)已經(jīng)棄用，因此對(duì)其結(jié)果的可靠性尚需持謹(jǐn)慎態(tài)度。

2轉(zhuǎn)基因植物的安全性

2．1“超級(jí)雜草”一潛在的生態(tài)威脅

基因流是指在一個(gè)隨機(jī)交配群中，由于合子或配子的散步而造成基因流動(dòng)，從而引起等位基因頻率的改變，這是生物進(jìn)化的原因之一。與常規(guī)植物一樣，轉(zhuǎn)基因植物也可以與近緣植物雜交，產(chǎn)生雜種。因此，轉(zhuǎn)基因植物的大規(guī)模釋放可能使轉(zhuǎn)人的外源基因流向其近緣植物，從而發(fā)生轉(zhuǎn)基因逃逸。如果轉(zhuǎn)基因流向有親緣關(guān)系的雜草，則有可能產(chǎn)生更加難以控制的雜草。如果轉(zhuǎn)基因流向生物多樣性中心的近緣野生種群并在野生種群中固定會(huì)導(dǎo)致野生等位基因的丟失而造成遺傳多樣性的喪失。
理論上講，許多性狀的改變都可能增加轉(zhuǎn)基因植物雜草化的趨勢(shì)。轉(zhuǎn)基因植物與常規(guī)植物相比，具有某些競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，因此就有可能人侵其他植物棲息地，從而導(dǎo)致雜草化。當(dāng)前，世界上的主要栽培植物都是經(jīng)人類(lèi)長(zhǎng)期馴化培育而成，已基本失去了雜草的遺傳特性，僅靠一兩個(gè)基因的改變就使它們轉(zhuǎn)變?yōu)殡s草的可能性非常小，但隨著更多基因的導(dǎo)入，不能排除引起轉(zhuǎn)基因植物雜草化的可能性。尤其是對(duì)于那些在特定的條件下本身就是雜草的作物，例如曾經(jīng)引起過(guò)嚴(yán)重雜草問(wèn)題的向日葵、草莓、嫩莖花椰菜等，這類(lèi)植物的遺傳轉(zhuǎn)化后，更應(yīng)該密切檢測(cè)以防雜草化的出現(xiàn)。由于雜草可能引起嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)上的后果，使轉(zhuǎn)基因植物的雜草化成為其最主要的風(fēng)險(xiǎn)之一。雖然“超級(jí)雜草”目前并不存在，但是我們也應(yīng)積極采取以下有效的措施與對(duì)策來(lái)進(jìn)行預(yù)防。

2．1．1物理隔離

物理隔離的一種主要方式為距離隔離，它是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為保證種子純度而經(jīng)常使用的防止作物串粉的手段之一。轉(zhuǎn)基因作物釋放時(shí)采用距離隔離可在某種程度上阻斷轉(zhuǎn)基因花粉的漂移。關(guān)于轉(zhuǎn)基因作物的傳粉距離，已經(jīng)積累了一些研究成果，在轉(zhuǎn)基因棉花和轉(zhuǎn)基因馬鈴薯中均有相關(guān)報(bào)道。除了距離隔離外，根據(jù)具體的轉(zhuǎn)基因作物，還可選擇采用如去掉轉(zhuǎn)基因作物的花、移去與作物有親和性的種類(lèi)、調(diào)整播種時(shí)間使轉(zhuǎn)基因作物及其親和性物種的開(kāi)花時(shí)間相互錯(cuò)開(kāi)及在周?chē)�種植同種的非轉(zhuǎn)基因作物以作為緩沖區(qū)等物理方法。但上述方法只適合于轉(zhuǎn)基因作物的小規(guī)模田間釋放試驗(yàn)，而對(duì)于大面積商品化生產(chǎn)采用物理隔離來(lái)防止轉(zhuǎn)基因通過(guò)花粉的擴(kuò)散是不切實(shí)際的，必須考慮其它對(duì)策。

2．1．2轉(zhuǎn)基因遺傳調(diào)控該法是指利用遺傳工程技術(shù)調(diào)控轉(zhuǎn)基因?qū)﹄s草的選擇有利性。在一個(gè)串聯(lián)構(gòu)建體中，讓對(duì)作物是中性或有利而對(duì)雜草有害的TM基因 (TM1、TM2)位于目的基因(如抗除草劑基因)的兩側(cè)，則這種轉(zhuǎn)基因花粉與近緣雜草受精后產(chǎn)生的后代雖然具有目的基因，即能抗除草劑但同時(shí)獲得的TM 基因會(huì)產(chǎn)生有害的總效應(yīng)，使其難以發(fā)展成為超級(jí)雜草。即使兩個(gè)TM基因中的一個(gè)在雜交后代中消失，剩下的另一個(gè)仍會(huì)產(chǎn)生調(diào)控作用。采用轉(zhuǎn)基因遺傳調(diào)控策略后，也不能完全避免超級(jí)雜草的出現(xiàn)，因?yàn)檗D(zhuǎn)基因遺傳調(diào)控技術(shù)本身也存在某種風(fēng)險(xiǎn)，這種風(fēng)險(xiǎn)性來(lái)自于TM性狀和轉(zhuǎn)基因性狀的相互分離以及TM性狀的突變失活。因此，對(duì)轉(zhuǎn)基因遺傳調(diào)控，管理部門(mén)所應(yīng)關(guān)心的是該策略能使超級(jí)雜草產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的程度盡可能的降低，而不是完全避免。

2．1．3雄性不育和無(wú)融合生殖機(jī)制的利用

由于基因漂移主要是通過(guò)花粉的傳播和受精來(lái)實(shí)現(xiàn)的，釋放雄性不育品種是阻止轉(zhuǎn)基因逃逸的一種直接而有效的方法，它對(duì)既能有性生殖又能無(wú)性繁殖的一類(lèi)作物 (如馬鈴薯)尤為適用。雖然這種方法并不是萬(wàn)無(wú)一失的，但這類(lèi)轉(zhuǎn)基因作物的釋放還是能大大降低其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)性。無(wú)融合生殖是生命科學(xué)領(lǐng)域里一個(gè)古老而富有活力的分支，我國(guó)在利用無(wú)融合生殖機(jī)制固定水稻雜種優(yōu)勢(shì)方面已做了大量的研究工作。在無(wú)融合生殖方式下，種子實(shí)際上是來(lái)源于營(yíng)養(yǎng)體，故如果具有無(wú)融合生殖特性的轉(zhuǎn)基因作物缺乏有活力的或有親和性的花粉，就不會(huì)有轉(zhuǎn)基因逃逸的事件發(fā)生。

2．2轉(zhuǎn)基因植物中35S啟動(dòng)子的生物安全性

啟動(dòng)子是基因表達(dá)所必需的，它決定了外源基因表達(dá)的空間、時(shí)間和表達(dá)的強(qiáng)度等，是人們定向改造生物的重要限制因素。植物遺傳轉(zhuǎn)化中最常用的組成型啟動(dòng)子是35S啟動(dòng)子。有關(guān)35S啟動(dòng)子的潛在風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題國(guó)外有些報(bào)道：如果35S啟動(dòng)子插入到原來(lái)整合到植物基因組中的隱性病毒基因組旁，可能會(huì)重新活化病毒；如果該啟動(dòng)子插入到某一編碼毒素蛋白的基因上游，可能會(huì)增強(qiáng)該毒素的合成；當(dāng)轉(zhuǎn)基因植物被動(dòng)物或人類(lèi)食用時(shí)，35S啟動(dòng)子可能會(huì)通過(guò)基因的水平插入到某一致癌基因上游，活化并且導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。

35S啟動(dòng)子來(lái)源于CaMV，即花椰菜花葉病毒，這一病毒侵染多種十字花科植物。據(jù)統(tǒng)計(jì)，其中10十字花科的蔬菜、50的花椰菜已經(jīng)被不同株系的CaMV感染，每一個(gè)感染的細(xì)胞中都有數(shù)千個(gè)病毒基因組拷貝，有裸露的DNA，也有病毒粒子。假如35S啟動(dòng)子具有危害的話，那么食用這些蔬菜要比食用轉(zhuǎn)基因植物的風(fēng)險(xiǎn)大得多。到目前為止，在為數(shù)眾多的轉(zhuǎn)基因植物中還沒(méi)有任何關(guān)于 35S啟動(dòng)子移動(dòng)的報(bào)道。因此，更多的觀點(diǎn)認(rèn)為，某些學(xué)者質(zhì)疑的35S啟動(dòng)子的安全性問(wèn)題是實(shí)驗(yàn)方法所造成的假象。另外，植物基因組中早已經(jīng)存在大量的可以移動(dòng)的轉(zhuǎn)座因子，它們都具有較強(qiáng)的啟動(dòng)子特性，但是并沒(méi)有引起許多隱性基因和病毒基因組的活化。另外，35S啟動(dòng)子在哺乳動(dòng)物中是否具有活性還沒(méi)有任何報(bào)道。

2．3載體骨架序列的生物安全性

T—DNA是指兩側(cè)邊界以內(nèi)被轉(zhuǎn)移到植物中的DNA區(qū)域，包括報(bào)告基因、標(biāo)記基因、多克隆位點(diǎn)和啟動(dòng)子一目的基因一終止區(qū)結(jié)構(gòu)。T—DNA雙元載體的骨架序列即T—DNA邊界以外的 DNA序列。目前，載體骨架序列整合到植物染色體上所導(dǎo)致的安全問(wèn)題還不清楚，但這些序列有可能會(huì)逃逸到環(huán)境中產(chǎn)生表達(dá)有負(fù)作用的蛋白質(zhì)，而且載體骨架序列可能會(huì)影響植物正�；�因的表達(dá)和促進(jìn)轉(zhuǎn)基因的重排等。為減少轉(zhuǎn)基因植物中外源非目的基因片段，可采取的措施是：①設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)基因的特異啟動(dòng)子，增強(qiáng)基因表達(dá)的專(zhuān)一性；②設(shè)計(jì)和使用小的雙元載體用于轉(zhuǎn)化(由于載體序列變小，容易產(chǎn)生單克隆位點(diǎn)，有利于外源DNA克隆)；③篩選只含有T—DNA的轉(zhuǎn)基因植物，在轉(zhuǎn)化植物后篩選或富集只含有T—DNA序列的轉(zhuǎn)基因植物會(huì)進(jìn)一步增加可靠性；④將只含有轉(zhuǎn)基因表達(dá)所需的基本元件(啟動(dòng)子、開(kāi)放閱讀框架和終止序列)而不含有載體骨架序i摩廿辯幸列的線形DNA直接轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞。目前，雖然已經(jīng)研究出很多解決載體骨架序列安全性的措施，但主要用于煙草、擬南芥等模式植物，真正要推廣應(yīng)用于轉(zhuǎn)基因作物還需較長(zhǎng)一段時(shí)間。

2．4抗生素抗性標(biāo)記基因的生物安全性

抗生素抗性標(biāo)記基因的生物安全問(wèn)題是指其抗性基因轉(zhuǎn)移所導(dǎo)致的在環(huán)境中的傳播。目前，轉(zhuǎn)基因作物絕大多數(shù)都使用細(xì)菌編碼的抗生素抗性基因作為選擇性標(biāo)記。由于在過(guò)去的幾年里，已經(jīng)有越來(lái)越多的報(bào)道指出細(xì)菌可以獲得對(duì)多種抗生素的抗性，這導(dǎo)致人們開(kāi)始懷疑轉(zhuǎn)基因植物中的抗性基因是否會(huì)轉(zhuǎn)移到細(xì)菌中。有關(guān)抗生素抗性標(biāo)記基因的安全性的另一個(gè)考慮是，轉(zhuǎn)基因植物中的標(biāo)記基因是否會(huì)通過(guò)食物在腸道中水平轉(zhuǎn)移至微生物，從而影響抗生素治療的有效性，這種懷疑使轉(zhuǎn)基因植物的安全性討論更加復(fù)雜。編碼抗生素抗性標(biāo)記基因DNA從植物細(xì)胞中釋放出來(lái)后，很快被降解成小片段，甚至核苷酸。因此，可以說(shuō)植物DNA在進(jìn)入有腸道微生物存在的小腸下段、盲腸及結(jié)腸前已被降解。即使DNA完整地存在，轉(zhuǎn)移并整合進(jìn)受體細(xì)胞也是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程。更重要的是隨著生物技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已可將轉(zhuǎn)基因植物中的標(biāo)記基因通過(guò)定位重組技術(shù)刪除，或可用更為安全的標(biāo)記基因，如甘露糖-6-P-異構(gòu)酶，也可完全不用標(biāo)記基因，即無(wú)標(biāo)記轉(zhuǎn)基因植物，這些都將成為未來(lái)幾年內(nèi)的研究熱點(diǎn)。

2．5轉(zhuǎn)基因食品的安全性

迄今為止，全世界已有4O多個(gè)可能作為食品來(lái)源的轉(zhuǎn)基因植物獲得批準(zhǔn)上市。主要包括延熟番茄，抗除草劑的玉米、棉花、大豆和油菜，抗蟲(chóng)的馬鈴薯、棉花和玉米，抗病毒的西葫蘆、南瓜和番木瓜，雄性不育的玉米和萵苣以及改變油脂特性的油菜和大豆等。轉(zhuǎn)基因植物由于采用遺傳工程操作的特殊手段，可能存在無(wú)法預(yù)測(cè)的其它性狀的改變，從而帶來(lái)某些轉(zhuǎn)基因植物食品的安全性問(wèn)題。轉(zhuǎn)基因食品對(duì)人類(lèi)的危害如下：①可能含有已知或未知的毒素，對(duì)人體產(chǎn)生毒害作用；②可能含有已知或未知的過(guò)敏源，引起人體的過(guò)敏反應(yīng)；③這種食品某些營(yíng)養(yǎng)成分或營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量可能產(chǎn)生變化，使人體出現(xiàn)某種病癥。

1993年，經(jīng)濟(jì)發(fā)展合作組織(OECD)提出了食品安全性分析的實(shí)質(zhì)等同性原則，即生物技術(shù)產(chǎn)生的食品及食品成分是否與目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的食品具有實(shí)質(zhì)等同性。因此，隨著轉(zhuǎn)基因食品的逐步推廣，相關(guān)的安全性評(píng)估也應(yīng)運(yùn)而生。轉(zhuǎn)基因食品的安全評(píng)估主要包括：有無(wú)毒性、有無(wú)過(guò)敏性以及抗生素抗性等標(biāo)記基因的安全性。由于人們對(duì)轉(zhuǎn)基因食品的潛在危險(xiǎn)性和安全性缺乏足夠的預(yù)見(jiàn)能力，故根據(jù)國(guó)情建立一系列的轉(zhuǎn)基因食品安全管理程序和措施是十分必要的，對(duì)轉(zhuǎn)基因植物的商品化推廣，政府在尊重科學(xué)的同時(shí)也應(yīng)該持有必要的謹(jǐn)慎態(tài)度。

3前景與展望

最近的2O年中，以植物基因工程為核心的農(nóng)業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)雛形已經(jīng)形成，轉(zhuǎn)基因植物的商業(yè)化釋放是必然的趨勢(shì)，是不以人們意志為轉(zhuǎn)移的。眾所周知，科學(xué)技術(shù)是把雙刃劍，對(duì)它可能帶來(lái)的負(fù)效應(yīng)，對(duì)生物安全問(wèn)題必須引起我們的高度重視，因?yàn)榛�因一旦釋放，幾乎不可能收回，一時(shí)的麻痹大意會(huì)給全人類(lèi)帶來(lái)滅頂之災(zāi)。因此加強(qiáng)轉(zhuǎn)基因植物安全性研究以及加強(qiáng)國(guó)家對(duì)生物安全的監(jiān)控和立法是非常必要的�？梢哉f(shuō)，當(dāng)代生物技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用與當(dāng)年人類(lèi)開(kāi)發(fā)核能相類(lèi)似，帶來(lái)巨大利益的同時(shí)也必然蘊(yùn)涵著巨大的危險(xiǎn)。但我們相信，隨著科學(xué)技術(shù)的逐步完善和成熟，人類(lèi)一定可以合理地解決轉(zhuǎn)基因植物的安全性問(wèn)題，讓科技更好地為人類(lèi)服務(wù)。

作者：孫婷婷 胡寶忠 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院