转基因食品安全评价及展望参考文献
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食品研究与开发
综述
转基因食品安全评价及展望
关海宁,徐桂花
(宁夏大学农学院食品工程系,宁夏银川750021)
摘要:介绍了转基因食品的实验室操作步骤和外源基因在转基因动、植物上的表达方法,同时叙述了目前国内外在转基因食品方面所采用的先进的检测手段,探讨了人们对转基因食品的安全性评定及其现存的危害,最后展望了转基因食品的发展前景。
关键词:转基因食品;检测;安全性;发展
THESOURCE,ITSDETECTION,SAFETYEVALUATIONANDDEVELOPINGPROSPECTOFGMF
GUANHai-ning,XUGui-hua
(DepartmentofFoodEngineering,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,Ningxia,China)
Abstract:Thearticleintroducestheoperationalprocessofgeneticallymodifiedfood(GMF)inthelabo-ratoryandtheexpressionmethodofexteriorgeneintheplantsandanimals,aswellasdwellsonthead-vanceddetectionmeasureathomeandabroadinGMFatpresent,discussitssafetyassessandextanthazard,ultimatelypredictsthegoodfutureofthedevelopmentofGMF.Keywords:geneticallymodifiedfood;detection;safety;development21世纪被认为是生物技术的世纪,转基因食品
开发作为一项新兴的生物技术,近几年成为人们关注的焦点。所谓转基因食品(GeneticallyModifiedFood,简称GMF)是指利用生物技术,将有利于人类的外源基因转入受体生物体内(动物、植物、微生物)改变其遗传特性,获得原先不具备的品质与特性,这种以转基因生物为直接食品或为原料加工生产的食品就是转基因食品[1 ̄2]。这项技术可增加食品原料产量,去除食品的不良特性,改良食品营养价值和风味等。如:将极地生活鲜鱼的抵御寒冷的基因转移到西红柿、草莓等普通植物中,使它们能在极寒的地区生存;把抗除草剂基因转移到大豆、玉米等农作物中,可以更有效地使用除草剂治田间杂草,保护它们免受药害,从而增产增收;将羊的某种基因转移到鲤鱼基因中,能使其肉蛋白含量明显提高,生长速度加快。
1转基因食品的来源
1.1转基因食品实验室操作步骤
转基因食品的生成主要有重组转化子生成和外源基因在不同生物体内表达两个环节。在初级过程中,其实验室操作步骤如下[3]:
1.1.1从供体细胞中辨认能体现人们所期望特征的目的基因代码,并分离出基因组DNA。
1.1.2限制性核酸内切酶充当手术刀在特定的位点
将供体的DNA切开,选取含有目的基因的片断,然后分离、纯化。
1.1.3细菌或病毒的DNA环形片断作为目的基因的载体,同时利用限制性内切核酸酶将其在特定位点切开。
1.1.4DNA连接酶将含有外源基因的DNA片断接到载体分子上,形成DNA重组分子。
转导、转染等手段1.1.5不同的载体,借助于转化、
将DNA重组分子引入到受体细胞中。
1.1.6有重组体的细胞进行培养扩增,获得大量的细胞繁殖群体。
测试并鉴定转化细胞从而获得使1.1.7严格的筛选、
外源基因高效、稳定表达的基因工程菌和细胞[4 ̄5]。1.2转基因在植物中的表达方法
在实现转基因植物的过程中,选择和建立良好的植物受体系统是基因转化的关键因素,这些系统又分为原生质受体系统、愈伤组织受体系统、种质系统、胚状体受体系统、直接分化芽受体系统。同时采用农杆菌介导、DNA直接导入及花粉通道法介导3种不同的基因转化技术来实现转基因在植物中的表达[6]。当然,在具体从事某一项基因转化时,选择和优化受体系统是根据植物种类、目的基因载体系统和基因的介导方式等因素而确定的。1.3转基因在动物中的表达方法
与转基因在植物中的表达不同,向动物体转移外源基因只有在动物胚胎发育早期即胚胎进行第一次DNA复制之前尽早地导入外源基因才能实现。在完成这一表达过程中通常采用的方法有显微注射、体细胞克隆生产技术、精子介导技术及反转
作者简介:关海宁,宁夏大学农学院04级研究生,研究方向:食品营养与分析检测。
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录病毒载体技术[7]。2转基因食品的检测
转基因食品的检测是指对生加工食品和食品原料中的转基因成分进行检测,是保证该类食品质量和安全的必要手段,关于转基因食品检测方法的发展已有十多年[8]。主要方法有以下几种:2.1PCR法
目前可利用的最精确的检测方法是PCR法,即聚合酶链式反应:是指那些模拟体内DNA复制的方法在体外选择性的扩增DNA某个特殊区域的技术,其基本要素包括:ssDNA模板、ssDNA引物、4种脱氧核甘酸、DNA聚合酶[9],需要3d时间,每个样品费用约300美元[10]。其检测的主要步骤为:2.1.1提取待测样品DNA。DNA的分离通常可采用
[11]
CTAB法结合QiagenePCR纯化试剂盒提取[12]。2.1.2将DNA通过PCR技术在体外大量扩增,直到获得足够的样品为止。
2.1.3通过电泳仪将PCR产物展现出来。
2.1.4利用DNA测序仪通过特殊序列法则等方法控制PCR产物的基本序列,从而确认结果。
此方法的缺点是要求待分析的基因组DNA样品应尽可能得到纯化,否则会干扰反应,降低检测的灵敏度和重现性,另外用于大量检测时费用也很昂贵。
2.2ELISA法
(酶其次利用的最快捷的检测方法是ELISA法
联免疫检测法),此法只需5min就可得到结果,其检测过程相对简洁。只需从待测样品中提取蛋白质放入聚丙烯塑料板的小孔中加入抗体进行免疫反应,通过显色反应在酶联免疫仪上即检出相应的重组蛋白产物,其灵敏度较高(>0.1%),在日本已出现了定量检测新蛋白的试剂盒[13]。ELISA法在转基因外源蛋白的检测上虽具有快速、方便、重复性的特点,但它只能对某一特定的蛋白进行检测在实际应用中受到了一定的限制。2.3基因芯片技术
基因芯片又称DNA芯片或DNA微阵列,通常采用原位合成与合成点样法制作,其能以高信息量、高通量,同时检测、分析大量的DNA/RNA[14]。此项技术是将大量的探针分子固定在支持物上,与标记的样品分子杂交,通过检测每个探针分子杂交信号的强度,对结果进行数据分析,可以获取样品分子的序列和数量信息,判断该样品是否含有转基因的成分,鉴定该食品是天然的还是转基因的,是否在安全的限度内。利用该技术可检测食用成品和鲜活的动植物材料,灵敏性强、自动化程度高、特异性强、假阳性低、简便快速[15]。随着该技术的发展,成本的降低,此技术在将来转基因食品的检测中必将处于里程碑的地位[16]。
2.4Southern杂交技术[17]
Southern杂交技术在分子生物学中用于基因组DNA特定序列定位,在转基因食品中应用Souther杂
交技术是要在知道该转基因食品转入外源基因片断的情况下使用。以放射性或荧光标记的外源目的基因的同源序列作为探针与该食品原料农产品的总DNA进行杂交。首先用限制酶消化受体总DNA,通过琼脂糖凝胶电泳按大小分离所得的片断,随后使DNA在原位发生变性,并从凝胶转移至一固相支持体上。DNA转移至固相支持体的过程中,各个DNA片断的相对位置保持不变,用放射性或荧光标记的探针与各个DNA片断杂交,经放射自显影确定与探针互补的电泳条带的位置。Southern杂交技术用于食品外源基因的检测可检测出外源基因与内源基因有高度同源性的DNA片断,且准确可靠,但对样品的纯度要求较高,费用也较高。2.5其他方法
另外还有选择性标记基因和报告基因鉴定法,此法是利用生化法或免疫学法检测蛋白产物、抗生
[10]
素、除草剂等的抗性表现。
3转基因食品的安全评定及展望3.1转基因食品安全评定
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仍存在种种疑虑,这种争论在政界和科学界已存在多年[18]。全球还没有统一的适用于各类转基因食品的安全性评价方法,各国的法律、法规及管理体制也不尽相同。但随着经济发展全球化趋势的日益明显,转基因食品的安全性评价和分析也将在全世界范围内得到完善和统一[19]。我国政府对转基因产品也采取谨慎的态度,加强了对转基因食品的管
《基因工程安全理[20]。国家科委于1993年就颁布了
办法》,农业部在1996年7月也颁布了《农业生物
[21]
基因工程安全管理实施办法》。2001年6月6日国务院公布了《农业转基因安全条例》,该条例中对转基因食品的试验、生产、应用等规定了生产许可证和经营许可证制度。2002年3月20日,我国正式实施《农业转基因生物安全评价管理办法》和《农业转基因生物标识管理办法》。这些政策和法规的实施将为转基因作物安全、健康、有序地发展提供有力的保障[22]。在日本,政府规定:转基因实验必须遵循文部省的《重组DNA实验指南》,转基因农作物的开发需要遵守农林水产省制定的《在农林渔、食品和其他相关产业中应用重组DNA生物体指南》[23]
。在国际方面,2000年1月29日,来自世界131个国家的代表,在联合国主持下,于加拿大的蒙特利尔签署了有关转基因食品安全的《生物安全议定书》(Bio-safetyProtocol),这是第一部有关现代生物技术生产的活性转基因生物的国际法[24]。
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3.1.1转基因食品的安全性
2002年英国科学家做了转基因食品安全的第一个人体实验,他们给12名健康的志愿者和7名
切除过部分结肠的志愿者吃了含有转基因大豆的汉堡包和牛奶冰激凌。实验结果是健康者的粪便中没有发现转基因大豆的转基因,但在那些做了结肠切除术的志愿者粪便中发现了少量的转基因大豆残留基因。这一结果表明:确实有极少量的细菌摄入了大豆转基因,随后科学界认为这个实验并不能证明这种转基因的转移对人体存在副作用[25]。虽然还有不少科学家做了相关实验,但最终的结论均不令人兴奋,既没有人能证明转基因食品是安全的,也没有人能证明它不安全。
3.1.2转基因食品现存的危害性3.1.2.1对社会经济的冲击
食品紧缺正如人口膨胀一样是社会造成的,当北半球的人们由于饮食过度而受肥胖、心血管疾病、糖尿病等困扰时,南半球的人们却在挨饿,利用基因工程改造粮食作物不仅无法解决这一问题,反而会加深这种不平等关系。由于知识产权等一系列因素的限制,越来越多的小农户的处境将更加困难。同时传统的生产技术将逐渐被取代。另外,转基因作物的遗传不稳定性(geneticinstability)使粮食生产难以保障。伴随着外源基因整合到植物基因组的随机性,将会扰乱染色体的结构,引起染色体重排,影响正常基因的表达。转基因植物的组织培养过程中,由于细胞或组织脱离了调控基因稳定表达的整体植物的生理环境,很容易发生克隆变异(so-maclonalvariations)。
3.1.2.2对人类及动物的危害性
转基因食品的毒性(toxic)或过敏性(aller-genic)效应在一定程度上仍引起有关人群的恐慌,对其安全性造成了极大的威胁。例如从巴西坚果中提取的2S清蛋白基因转入大豆后,产生了与巴西坚果的2S清蛋白分子量及性质都非常相似的致敏性成分[26]。同时,对抗杀虫剂转基因作物施用毒性杀虫剂时,会污染食物及水源,并使农场工人患上某些与杀虫剂有关的疾病。另外,在基因工程载体
(horizontalgenetrans-介导下,通过水平基因转移
fer)和重组,抗生素抗性标记基因会扩散到很多肠道细菌及病原体中,产生新的病原细菌和病毒,而且基因工程食品中的外源DNA不易在肠道内消化,可能被机体细胞摄取并整合到基因组中,引起细胞突变,这对人类的健康存在着潜在的危害。3.1.2.3对农业和自然界生物多样性的危害性
首先,抗除草剂转基因作物释放到大田后,通过与其野生近缘种之间的杂交,就会创造出“超级杂草”(superweeds)。其次,对抗除草剂转基因作物施用毒性、非特异性除草剂,会破坏土壤肥力而降
低作物产量,并且将导致自然界大量物种灭绝,而
生物多样性是农业可持续发展的基础。再次,生物杀虫剂转基因植物会加速昆虫对生物杀虫剂抗性的进化,导致传统的有机耕作(organicfarming)所使用的生物杀虫剂失效。最后,生物杀虫剂转基因植物的释放有可能破坏生态系统(ecosystem),当发生自然灾害时将无力恢复平衡。3.2转基因的展望
随着基因工程的研究不断深入,生产符合人类需要的基因工程食品已经越来越明朗化和可操作化。基因工程技术将给人们带来更丰富、更有利于健康、更富有营养的食品,并带动食品工业发生革命性变化。
在动物性转基因食品方面:目前,生长速度快、抗病力强、肉质好的转基因兔、猪、鸡、鱼已经问世[27]。特别是在乳品工业中,采用基因工程技术生产的牛生长激素(BST)射到母牛上,可提高母牛15%产奶量[28],由此将会带来极大的经济效益,这一点已经在英、美等国家得以体现,就目前研究表明对身体无害[29]。
而在植物性食品中转基因的因素更加的活跃,我国涉及的转基因作物已达50种以上,种植面积已位居世界第二,特别集中在大豆、玉米、油菜及番茄这4种植物性作物上,同时我国每年从美国大约进口1500t大豆,大多都含有转基因成分[30 ̄31],其发展趋势是不可阻挡的。
专家认为,由于转基因食品存在的优越性,因此有广阔的发展前景。到2015年,全球人口将增至90亿,只有提高农业生产率才能满足人类对食品的需求,而现代生物技术无疑是提高农业生产率的重要手段之一。虽然目前不同国家对转基因食品的安全性存在种种争执,由于社会伦理问题,限制了其迅速的发展[32],但我们可以相信:最终的结果是会找到一个令全球不同国家达成共识的平衡点,转基因食品会在不同社会环境下适应性地成长。无论如何,零风险是不存在的,也没有什么绝对安全。当然,在发展转基因食品的同时必须要严格监督、科学检验,进一步对这些转基因改良的动植物营养的有效性和食品安全性进行一系列严格的评价,才可进行最后推广及应用,扩大受益群体,提高人类的健康水平,以避免它对人类健康和环境的损害[33]。参考文献:
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收稿日期:2006-02-08
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(上接第131页)法已作为许多植物样品的主要测试手段。
质。实验中要保持标准溶液与样品溶液酸度和介质的一致性,从而消除空白溶剂对测定样品的影响[4]。3.3共存离子干扰
一般测定植物样品中的Ca、Mg加入适量的镧溶液,以控制硅、铝或磷的干扰。由于原子吸收法线性范围较小,而马齿苋中Ca、Mg含量较高,需稀释到线性范围内测定,而稀释后样品中Si、Al、P含量很少,不会干扰Ca、Mg测定,其他共存离子在本法测量范围内相互无干扰,因此不需要加入抗干扰剂,可由Ca、Mg的回收率和不同测定方法比对证明测定的准确度。3.4测定方法优点
从表4、表5和表6可见,火焰原子吸收法测定马齿苋中8种常量及微量元素含量,结果符合测试要求。原子吸收法灵敏度较高,谱线简单,选择性好,干扰少,与ICP-AES法比仪器便宜,操作简便,数据准确可靠。因此在国家标准方法中,原子吸收
3.5营养价值分析
由表4可以看出:马齿苋中K的含量极高,Ca,Mg,Zn,Mn的含量也较其他种类蔬菜丰富,与人体需求量基本一致[5],而有害元素Pb的含量极低。测
定结果为马齿苋的进一步开发利用提供了可靠的实验数据和理论依据。参考文献:
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