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1、转基因大豆安全性研究【摘要】转基因大豆是世界上最早商品化、推广应用速度最快的转基因作物,但其遗传转化仍然是基因工程领域的难点之一,如何建立高效稳定的遗传转化体系是转基因大豆的研究重点,同时随着转基因大豆走上人们的餐桌,关于其安全性也引起了人们的质疑。本文将从目前研究的各个方向来阐述转基因大豆的发展现状、转基因大豆的优势、转化技术、安全性评价以及对未来转基因生物的展望。【关键字】转基因大豆、环境安全、生物多样性、基因漂移【正文】一、转基因大豆生产的现状近年来,美国的转基因大豆商业化速度进展很快,1994年美国Monsanto公司研制的抗草甘膦转基因大豆被批准进行商业化生产,1997年DuPont
2、公司研制的高十八烯酸(油酸)大豆被批准进行商业化生产,1998年AgrEvo公司研制的抗草丁膦大豆被批准进行商业化生产。2001年,世界种植大豆总面积7 200万公顷,而转基因大豆有3330万公顷占据全球转基因作物的63%,且均为抗除草剂大豆。目前种植转基因大豆的国家主要是美国(转基因大豆约占97%)、阿根廷(转基因大豆约占90%)和巴西(转基因大豆约占25%)等,我国还没有转基因大豆生产。二、转基因大豆的优势1、转基因大豆的主要特性 大豆是植物蛋白、油脂、食品、饲料及工业原料的重要来源作物。仅排在水稻，小麦和玉米之后，是世界四大粮食作物之一。当前，转基因大豆商业化种植的主要品种美国抗除草剂草
3、甘膦转基因大豆是通过农杆菌介导方法，将矮牵牛Ti质粒（GaMy）中35s启动子控制EPSPE基因导入到大豆植株，进而培育成的新品种1。其含有的4个来源于土壤细菌的5-烯醇丙酮酸莽草酸-3-膦酸合成酶（epsps）基因，是草甘膦抗性的主要来源2。此基因与大豆酚类、生物碱和芳香族氨基酸等代谢相关。抗草甘膦转基因大豆的特性主要表现为：较好控制草害、大豆产量高、抗虫性较强、护土壤、降低污染、改善环境、防止土壤养分及水土的流失、减少除草剂活性成分及能有效地控制杂草的生长与繁育，转基因大豆食品使大豆油的产量与品质得到改良、延长食品贮藏时间。2、转基因大豆的营养价值 金红等对非转基因大豆W28544与美国转
4、基因大豆GTS40-3-2种子中的部分营养指标进行差异检测,结果表明,转基因大豆中的粗脂肪、粗蛋白、脂肪酸、黄酮和酚酸的含量都明显高于非转基因大豆。并且，这些物质均具有提高植物对物理环境的适应性，增强植物抵御天敌侵袭及抵抗病害的能力，monsanto公司对培育转基因大豆品种GTS40-3-2进行食品安全评价的结果表明：转基因大豆中所有氨基酸的含量与非转基因大品种之间不存在显著性差异，内源蛋白过敏源及含量与非转基因大豆之间也不存在差异性，相同品质改良的转基因大豆也取得重要进展。如转12脂肪酸脱氢酶基因（FAD2-1）大豆,油酸含量达70%，通过抑制大豆12脂肪酸脱氢酶基因(FAD2)和ACP-棕
5、榈酸硫激酶基因(FatB)表达，减少种子中12脂肪酸脱氢酶含量，同时控制棕榈酸产量，从而实现富集油酸，获得油酸含量高达85%的大豆新品系并已开始大规模种植。但也有文章称耐除草剂的转基因大豆具有防癌,抗癌作用的大豆异黄酮含量明显减少3。三、转基因大豆的技术大豆遗传转化的方法有农杆菌介导法、基因枪法、花粉管通道法、电击法等。其中，常用的转化方法是农杆菌介导法和基因枪法。1、农杆菌介导法农杆菌是一种普遍存在于土壤中的革兰氏阴性杆菌，它能够在自然条件下感染植物细胞，是一种天然的植物遗传转化体系，目前已广泛应用于单子叶和双子叶植物的遗传转化中4。农杆菌主要有2种：（1）根癌农杆菌，含有Ti质粒，能使被侵
6、染的植物细胞诱导产生冠瘿瘤；（2）发根农杆菌，含有Ri质粒，能使被侵染的植物细胞诱导产生发状根。Ti质粒和Ri质粒上均有一段 T-DNA，农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可将T-DNA插入到植物基因组中5。经过改造的T-DNA 可插入大到 50 kb 的外源基因，且 T-DNA 能够进行高频率的转移，因此Ti质粒和Ri质粒已成为植物基因工程中的理想载体系统，尤其是利用根癌农杆菌介导的遗传转化最多6。目前，人们已经构建了多种Ti 质粒载体系统。农杆菌介导的转化方法主要有整体植株接种共感染法和叶盘法7，叶盘法是Horsch等81985 年发明的，即用打孔器从消毒叶片上取得叶圆片，称为叶盘。大豆中
7、采用的是改良叶盘法，外植体包括胚尖、子叶、子叶节和下胚轴等。1980 年，Cheng 等9首先报道用大豆无菌苗的子叶节为外植体，在含高浓度BA的改良B5培养基上诱导丛生芽获得高频率的再生植株。Hinchee等首次用农杆菌介导法以子叶为受体，将npt和草甘膦抗性基因导入大豆。2、基因枪法基因枪法又称微弹轰击法，是1983年美国康奈尔大学Sanford等10首先发明的。基因枪根据动力系统可分为火药引爆、高压放电和压缩气体驱动三类。其基本原理是将外源DNA包被在金属颗粒（金粒或钨粒）上，通过动力系统对植物组织进行轰击，将外源DNA 带入细胞内，并整合到染色体上，从而实现基因的稳定转化5。3、花粉管通
8、道法花粉管通道法是由周光宇等1983 年建立并在长期的研究中发展起来的，中国目前推广面积最大的转基因抗虫棉就是利用此法培育出来的。其基本原理是植物授粉后，外源DNA或基因通过花粉管通道进入胚囊，转化尚不具备正常细胞壁的合子或早期胚细胞，通过观察后代的变异，最终筛选出转基因植株。4、电激法和PEG/电激法电激和PEG/电激转化法的原理是在电激或PEG/电激的处理下，细胞膜通透性发生可逆变化，使溶液中的DNA进入细胞并整合到细胞基因组中。Dhir等11将gus和hyg构建在同一质粒电击转化大豆原生质体，潮霉素B筛选获得23%的抗性愈伤。黄健秋等利用改良的PEG介导法对大豆未成熟子叶中的原生质体进行
9、GUS基因转化，检测到GUS基因的瞬间和稳定表达。南相日等通过PEG法将Bt毒蛋白基因导入大豆的原生质体中，经潮霉素筛选获得再生植株，并证实Bt毒蛋白基因已整合到大豆细胞基因组中。四、转基因大豆安全性评价应用抗除草剂转基因作物具有极大的经济效益和社会效益,但也存在一定的风险。种植转基因大豆既可给农药公司,也可给农民带来很大的经济效益。由于转基因大豆的任何生育时期均可安全喷施草甘膦除草剂,可显著降低用药量,节省成本,彻底解决大豆生育期内的几乎所有杂草问题。同时有利于少耕或免耕,改进栽培方法,如窄行密植、撒播等。从而防止水土流失,提高土壤有机质含量,培肥地力。种植抗除草剂转基因作物的最大风险之一是
10、“杂草化”,包括抗性作物自身“杂草化”,抗性基因“漂移”到杂草上,导致抗性杂草的产生。此外还存在对环境的影响、食品的安全性、抗性基因的稳定性、加速抗性杂草发生等问题。Monsanto公司对培育的抗草甘膦转基因大豆品种40-3-2进行食品安全评价,结果表明,转基因大豆品种的所有氨基酸的含量和普通大豆品种没有显著的差异;内源蛋白过敏原及其含量和普通大豆品种没有差异。研究结果还表明CP4EPSPS和已知的毒蛋白的结构没有相似性,急性老鼠管饲法实验也表明CP4EPSPS无毒。然而,抗除草剂转基因作物的食品安全性也存在不可预见性,不可能在短短的几年内作出肯定的回答,必须进行长期监控。有试验表明转草甘膦大
11、豆对高温的敏感性高于传统大豆,而且经过遗传修饰的往往不能获得高产,甚至比一些常规优良品种的产量还要低。因为一个作物内部的遗传背景并不能容忍一个外来基因,而且表达耐除草剂或Bt抗虫毒蛋白需要消耗代谢能量。有研究认为,草甘膦在所有农药中对人体健康危害居第三,草甘膦可使豆科植物产生一种植物雌激素,动物食用后替代体内激素而破坏生殖系统。草甘膦能在土壤中存留很久,危害土壤中动物,污染地下水,并且能破坏土壤生化循环。2001年8月比利时科学家报道在美国Monsanto用生物技术培育的抗草甘磷转基因大豆中发现来源不明的DNA片段,检测出534 bp未知片段与报道的大豆序列没有同源性,科学家们认为在插入外源片
12、段整合到基因组时可能发生了重组或大片段删除,但尚不能排除这个片段为外源DNA的可能性。五、总结和展望大豆原产于中国,中国拥有丰富的野生大豆资源,几乎有大豆种植的地方就有野生大豆分布。由于栽培大豆和野生大豆间没有生殖隔离现象,相互杂交结实正常,一旦转基因逃逸到野生大豆群体中,野生大豆原始性状将受到破坏,会导致野生大豆等位基因丢失,其抗除草剂特性也可使其变为杂草,其孳生蔓延将给大豆生产造成损失,从而造成遗传多样性的丧失。现在全世界每年上亿公顷土地种植转基因作物，每年数亿人群食用转基因食品，迄今尚未发现确有科学实证的转基因食用和环境安全问题，但各方机构也指出，食品安全是一个重要而复杂的问题，转基因食
13、品对人体健康的长期影响有作进一步研究的必要12。【参考文献】1徐广惠，王宏燕，刘佳. 抗草甘膦转基因大豆（RRS）对根际土壤细菌数量多样性的影响J.生态学报，2009，29（8）：4535-4541.2Levy-Booth D J,Camphell R G,et al.Realtime polymerase chain reaction monitoring of recombinant DNA enty into soil from decomposing roundup ready leaf biomassJ.Journal of Agricultural and food Chemist
14、ry,2008,56(15);6339-6347.3 王昕阳. 利用转基因大豆生产水产饲料的安全隐患J. 黑龙江水产,2010(5):44-45.4 Ke J, Khan R, Johnson T, et al. High efficiency gene transfer torecalcitrantplants by Agrobacterium tumefaciensJ. Plant CellReports,2001(20):150-156.5 武小霞,李文滨,张淑珍.我国大豆转基因研究进展J.大豆科学, 2005,24(2):144-1496 余永亮,梁慧珍,王树峰,等.中国转基因大豆的研
15、究进展及其产业化J.大豆科学,2010,29(1):143-150.7 李涛,蒋春志,赵青松,等.大豆转基因方法的研究进展J.安徽农业科学,2009,37(22):10391-10394.8 Horsch R B, Fry J E, Hoffmann N L, et a.l Smi ple and general method for transferring genes into plantsJ. Science,1985(227):1229-1231.9 Cheng T Y, Saka T, Voqui-Dinh T H. Plant regeneration from soybean cotyledonary node segments in cultureJ. Plant Science Letters,1980,19(2):91-99.10 柳展基,单雷,徐平丽,等.禾本科作物基因枪介导遗传转化研究进展J.沈阳农业大学学报,2001,32(6):465-468.11 武小霞,刘伟婷,刘琦,等.利用花粉管通道法将抗虫基因(cryV)转入大豆的研究J.大豆科学,2010,29(4):565-568.12 张丽君.转基因大豆进口对中国资源环境和食品安全的可能风险J.粮食科技与经济,2008(4):4-5.
