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1、第六章 转基因生物的安全性,一、风险和风险分析,风险既是一种容易直觉、又是一种难予界定的概念。日常生活中每天都存在风险，不管意识到与否，人们经常都在需要和风险之间进行权衡和选择。不同的人对“风险”有不同的理解，同一个人对不同事情的风险也有不同的理解。,对“风险”一词，通常人们最容易理解的是，发生危害的几率（可能性）和危害的大小。可用下式表示：风险几率后果出事的可能性事件的负面影响（有害性）,控制几率、或后果、或同时控制两者均可减少风险。,因此风险管理是一个很重要的概念。通过风险管理，人们可将风险减小至不显著的程度。,由于风险是出现某种危害性的几率及有害程度的组合，危害性出现的几率则取决于很多因
2、素。,例如，在易滑的道路上出现车祸的几率取决于路上有多少车辆在行驶、车速如何、加速或减速车辆的多少、驾车者的技巧及其它因素等等。很显然，这种几率随环境条件而定，有时、空变化的不确定性。,风险是一个高度技术性的概念,由于各人对待风险的态度不同，甚至可能大相径庭，这就带来一个问题，作为一个社会如何取得一致意见？在风险分析中，专家与公众对风险的理解可能不同，不同的专家也可能有不同的看法。,当前面临的问题:,（1）什么东西可能有害？（2）出现危害的几率有多大？（3）如果发生，其后果如何？（4）若不采用GM生物，其后果又会如何？,GM生物的风险分析需回答四个问题：,二、GM作物环境风险分析的原则,风险分
3、析至少有两个作用：利用科学的分析数据作为监管决策的依据；建立和保持监管的合法性和权威性。,GM作物环境风险分析的原则包括：熟知性原则、实质等同性原则、个案分析原则、预防原则等等。,实质等同性原则是GM作物与常规作物品种比较是否具有实质等同性；个案分析的原则主要针对不同基因、不同转化事件、不同环境条件作个案分析；熟知性原则的定义不太精确；预防原则的含义和寓意则有许多问题，目前仍争论很大。,目前普遍采用实质等同性原则和个案分析的原则!,1992年作为生物多样性公约（CBD）的一部分，在Bio Declaration中提出了预防原则。CBD将预防原则描述为：“缺少科学确定性可以作为延迟事件实施的理由
4、，以避免或减少其威胁”。,三、GM生物环境风险分析的参照物,目前对GM生物的环境风险分析应该选用什么参照物仍存在一些争议。有人认为应以传统育成的品种为参照物，有人则认为它应以引进新物种为参照物。,目前的研究结果尚不能对这两种观点作精确的定量比较。,（1）任何一种水平的遗传改变，即遗传改变的大或小，都有可能产生直接或间接的环境后果。如水稻矮杆基因和玉米T-胞质雄性不育基因，对水稻和玉米基因组而言只是很小的遗传改变。但却造成较大的环境效果。基因供体和受体在分类或进化上的距离远近，与引起环境风险大小之间是否存在相关性？这方面已进行了研究，结果看不出有相关性。,原因：,（2）生物新特性引起的后果，取决
5、于特定的环境，包括基因组环境、物理环境及生物环境。一个有机体的环境效应可在新环境中发生改变，新基因型的效应也可随时间而改变。,（3）生物新性状引起的后果和意义，取决于其社会价值。在某地是有害物种，在另一地则作为商业化物种。在许多情况下人们可接受一个特定物种在特定地区的价值。,（4）引入任何一类生物新特性，都可能对生态系统产生非预期效应。过去几十年中，墨西哥引种玉米新品种使农业现代化，提高了产量，但同时也对地方品种的生物多样性产生影响。,（5）目前还不可能定量地比较常规育成的品种与引入新物种的环境风险。当然高度驯化的栽培作物可降低潜在有害性。迄今为止，引入的新物种仅约1是有问题的。尽管比例较低，
6、但并非为0。有些原为农业目的而引入的植物，后来变为有害杂草。,总之，绝大部分生物基因型及引进物种并不破坏环境，只有少数对人、农业生态系统和/或自然生态系统有害。因此，不能基于一般特性如遗传改变的大或小来作风险分析，而应分析特定物种、特定基因对特定环境的生态影响。,常规育种和转基因育种均包括两个基本步骤，一是导入新的遗传特性，二是经筛选淘汰不利性状。在常规育种中，通过杂交有更多不利基因需要淘汰，两种方法都可能在最后的产品中仍保留有不必要的性状，或者转入的基因与亲本中原有的基因相互作用，产生非期望效应。,在常规育种中已有不少例子，产生的表型根据亲本的基因型知识是非预期的。,如栽培马铃薯S.tube
7、rosum与野生种马铃薯S.brevidens 杂交，杂种后代产生一种新的固醇生物碱（steroidal alkaloid）垂茄碱（demissine）,两个亲本都不产生这种生物碱。,用于创造玉米杂交种的胞质雄性不育基因几年后发现它对玉米小斑病菌产生的毒素敏感，从而引起1970年玉米小斑病的大暴发。,四、GM作物的环境风险分析,人们担心GM生物的潜在风险来自两方面：,(1)转基因技术可打破物种之间的生殖隔离障碍，基因可来自植物、动物、微生物，大大扩展了基因的来源和范围，新基因的产物是否具有毒性、过敏性？新基因是否会通过某种途径转移至其它物种并产生不利后果？,(2)新基因在新的遗传背景中是否会与
8、内源基因互作，或由于转基因的随机插入，产生位点效应，改变代谢途径，导致非预期效应?,1）通过花粉漂移或种子扩散将转基因转入同一物种或相关物种，即通过基因漂流是否会提高转基因作物本身或相关物种的生存竞争性、杂草性和入侵性；2）转基因作物对靶生物、非靶生物和生物多样性的影响；3）转基因作物对农业生态和自然生态系统的直接和间接影响等。,GM作物的环境风险分析包括：,（一）基因漂流,影响基因漂流的因素包括生物学和物理因素两方面。生物学因素包括不同植物种的地理分布是否重叠、生殖交配方式和可交配性、花期是否相遇、每天的开花节律是否重叠、花粉和柱头的生活力等。物理因素包括地形地貌、气候条件、风向风速、是否具
9、有隔离屏障等。,分析不同作物在特定地区、特定环境中的基因漂流频率，可以对不同作物基因漂流的环境风险大小作出评价。,在欧洲环境局（EEA）关于基因漂流的专题报告（Eastham K,Sweet J.Genetically modified organisms(GMOs):The significance of gene flow through pollen transfer.European Environment Agency.2002）中，列出了油菜、甜菜、马铃薯、玉米、小麦、大麦、果树等作物基因漂流及其环境风险分析的详细研究结果。澳大利亚也公布了玉米、桉树、棉花、油菜、小麦、燕麦等作物的
10、基因漂流和环境风险分析的研究报告（Grover J.Gene flow study:Implications for GM crop release in Australia.Bureau of Rural Sciences,Canberra.2002）。,我国以华南生态区为代表，用转bar基因的粳稻作花粉供体，在模拟大田生产存在花粉竞争的条件下，研究了转基因向籼型常规稻、杂交稻不育系、杂交稻品种和普通野生稻等8个受体材料的基因漂流。综合研究结果，从转基因水稻的潜在环境影响考虑，将受体归为三类：（1）向常规稻的基因漂流风险很低；（2）向不育系的基因漂流风险高；（3）对普通野生稻有低至中等程度的
11、风险。,这里的一个基本问题是，GM作物的基因漂流是否与常规作物相同？,（二）GM作物是否会变成农田杂草或入侵农业和自然生态系统？,杂草的通性是适应性和抗逆性强，种子休眠，无限生长，连续开花和结籽，种子扩散。转基因育种和常规育种不会把这些特性都转回到作物中，因为它们大都严重影响作物的农艺性状。转单个基因或少数几个基因也不会带来这些性状，因此，转基因与过去的常规育种一样不可能使GM作物变成杂草。不管是否作进一步的遗传操作，现有作物品种不可能再回到杂草状态。,由于转基因漂流，在加拿大油菜地里发现个别油菜植株可抗13种除草剂，有人称此为“超级杂草”。事实上，这种油菜在喷2,4-D后即被全部杀死。,应当
12、指出的是，“超级杂草”并不是一个科学术语，而只是一个形象化的比喻，目前并没有证据证明已有“超级杂草”的存在。即使发现有抗多种除草剂的杂草，人们还可以研制出新的除草剂来对付它们。科学进步的历史就是这样。,最近用异型酶（allozyme）和DNA分子标记检测已发现在作物和杂草的许多组合中有天然的等位基因渐渗。因此必须分析GM作物的基因转移能力是否与非GM作物有何不同。,目前的结果是，大多数GM作物并不比非GM作物增加将其基因转入其它物种的可能性。抗虫、抗病、抗逆的转基因转至相关野生种，有可能增加杂草在特定环境中的适应性，但多年来育种家已将许多抗虫、抗病、抗逆品种释放至环境中，在育种史上并未发现增加
13、相关杂草的存活力和扩散性。,（三）GM作物与基因的水平转移（HGT）,基因水平转移（horizontal gene transfer，HGT）的定义是指遗传物质从一个有机体（供体）向另一个与供体有性不亲和的有机体（受体）转移。,基因是否会水平转移至土壤微生物或人畜消化道微生物中。开始时对GM作物HGT争论的焦点是围绕抗生素标记基因。鉴于在人和兽治疗以及在畜牧饲养中（如饲料添加剂）不恰当地大量使用抗生素，造成了很高的选择压，通过突变及在细菌之间的HGT，产生了对抗生素的抗性。由此人们关注GM作物中的抗生素抗性基因是否会增加人类治疗中已存在的抗药细菌问题？,当前讨论的焦点问题：,当抗生素标记基因可
14、以删除或可用其他选择标记基因，则HGT的争论便扩展到GM作物中的所有转基因。食用GM作物后HGT是否会影响肠道微生物？HGT是否会影响土壤微生物从而产生新的病原体等？,利用农杆菌转化植物实际上就是HGT，其转化机制目前已了解得相当具体，但尚不知道由植物转至其他生物的HGT机制。在理论上植物DNA向其他物种水平转移要求有：（1）可转移的DNA。在植物腐烂或食用GM食品后，释放出的基因必须是自由DNA并有足够的长度。植物细胞分解过程中DNA会很快降解。,（2）细菌受体需成为可吸收DNA的感受态，并存在吸收外源DNA的机制。自然环境中的细菌感受态很难加以分析，不可能达到实验室优化条件下的转化效率。由
15、于GM作物中的DNA不会以质粒形式释放，因此可排除接合转移的可能性。,（3）受体细胞需能整合、保持并利用引入的DNA。外源DNA的整合要求与受体细菌DNA有序列同源性。在用一大段同源序列进行的标记挽救实验中，GM玉米中的KanR基因可在Acinetobacter菌株中重新得到，但若不在受体菌株中人工引入同源序列，则检测不到HGT。,至今未有实验证明转基因植物向细菌的基因水平转移。少数资料推测HGT可将基因转入与植物共生的真菌，但缺乏稳定整合和遗传的证据。,（4）植物基因转至细菌中并不能说明在细菌中有功能，还应考虑GM作物中所用的调控序列（启动子、增强子）与细菌中的不同，基因中有内含子也可能不会
16、被受体识别。以上每一步都需有试验数据证实。,假设向微生物的HGT可能发生，则产生另一个问题是“那会怎样？”。对某一特定的转基因是否有特殊的后果需要分析！显然，这不能一般化概括，而应采取个案分析（case by case）和基因个案分析（gene by gene）的原则。,例如：人们关注抗生素抗性基因对人畜治疗有效性的影响。以往对KanR基因npt已作过详细的风险分析，结论是，由于KanR基因已在土壤和肠道微生物中广泛存在，因此细菌从其他细菌获得KanR的机会应显著大于细菌从转基因植物获得KanR的几率。鉴于卡那霉素作为一种抗生素在治疗中的价值有限，GM作物中的KanR对人体治疗的影响似无足够的
17、科学证据支持。,间接生态影响是一个很广的伞状概念，包括对非靶生物、有益昆虫及土壤生物群落的影响等等。这是一个相对较新的研究领域，因此对测定什么以及如何测定仍有争论。任何生态影响都包括有利的一面和潜在威胁的一面，重要的是GM作物的潜在间接生态影响是否与常规作物品种在质和量上有什么不同？,以抗虫Bt作物为例，其潜在生态影响包括两方面：（1）对非靶生物的直接影响；（2）通过食物链对非靶生物的间接影响。,（四）GM作物的间接生态影响,对非靶生物的直接影响是指其毒性。Bt蛋白专一性地针对某些昆虫如鳞翅目昆虫，而不是专一性地针对某一种昆虫，因此对同一类昆虫仍可产生影响。如Bt玉米的花粉对大斑蝶（Danau
18、s plexippus）幼虫的影响。Losey等报告在实验室中用撒有Bt玉米（N4640）花粉的马利筋（Asclepias syriaca）叶片饲喂大斑蝶的幼虫，死亡率达44，从而引发了对Bt玉米环境风险的争论。,随后研究的结论是，目前商业化栽培的Bt玉米杂种的花粉对大斑蝶种群的影响可忽略不计。其根据是：大部分杂种玉米花粉中Bt蛋白的表达量很低，在田间达不到急性毒性值，玉米散粉期与大斑蝶幼虫发生期很少重叠。斑蝶减少的真正原因，一是农药的过度使用，二是墨西哥生境的破坏。Losey等的研究结果并不代表田间状况，由实验室结果推导田间实际情况必须非常谨慎。,2002年6月，绿色和平组织发表了题为“转B
19、t基因抗虫棉环境影响研究的综合报告”，声称“中国抗虫棉破坏环境”，从而使中国抗虫棉成为国际上GM作物安全性争论的重大事件之一。事实上Bt棉的应用使农药用量减少70%80%，人畜伤亡事故大大减少，生态效益十分显著。中国农科院植保所的试验表明，由于少用农药，抗虫棉棉田中的捕食性天敌（瓢虫类、草蛉类、蜘蛛类）数量大大增加，棉蚜（伏蚜）的数量减少了4431546倍。,更难研究的是对非靶生物的间接影响（食物链），如Bt作物对害虫天敌和寄生蜂等的影响。Bt蛋白对天敌和寄生蜂无直接毒性，因此田间的任何影响都来自于间接效应，如食物数量和质量的降低。据Birch等报道，二星瓢虫（Adalia bipunctat
20、a）取食生活在转GNA基因的马铃薯上的蚜虫后，其产卵率和卵的存活力降低。,但Down等的研究结果表明，当吸食含GNA饲料的蚜虫的体重与对照蚜虫的体重一样时，则未发现这种效应。因此瓢虫发育迟缓与蚜虫体重的降低有直接关系。,Hilbeck等报告草蜻蛉捕食Bt玉米上的Spodoptera lottoralis后，对草蜻蛉的死亡率有影响，但Lozzia等以同一Bt玉米品系上的蚜虫作为草蜻蛉的食物，则发现对草蜻蛉幼虫的发育和死亡率并无影响。分析的原因为：S.lottoralis并不是草蜻蛉的最佳食物，在田间条件下草蜻蛉更喜好以蚜虫为食，因而与上述GNA一瓢虫的例子有相似性。,还应指出，并非所有间接生态效
21、应都一定是负效应，非预期的有益间接效应也已有报道，如Artim等报告由于Bt玉米上产霉毒素的真菌感染减少，使GM玉米中fumonicin毒素的含量降低。,GM作物是否会影响根际微生物的种类和数量？,已报道表达凝集素基因的马铃薯的根区微生物群落没有改变。重要的问题是，对依存于农业的物种的任何影响是否都看作是对“自然”平衡的破坏？种植常规作物品种也可能产生土壤微生物区系的类似变化。,（五）GM作物是否会导致“超级害虫”和“超级病害”？,抗虫、抗病GM作物的广泛应用是否会对害虫和病原物增加选择压，从而产生“超级害虫”和“超级病害”？这里必须指出，“超级害虫”和“超级病害”同样不是一个科学术语。,抗虫
22、、抗病作物育种史清楚地表明，害虫和病原体可很快以新的抗性基因适应新的作物品种，从这个意义上说，作物改良是一场“永无休止的战争”。如果简单地因为靶标害虫或病原物可克服作物的抗性而停止抗虫、抗病新品种的选育，则世界粮食供应的压力将会更大。,实验室和温室模拟模型试验表明 GM作物并不会比非GM作物更易产生难以控制的“超级害虫”和“超级病害”，相反，育成含不同抗性基因、抗不同害虫或病原菌的GM近等基因系将能更有效地使作物具有持久抗性。,（六）GM作物与生物多样性,GM作物对生物多样性的影响是一个复杂问题。争论中最好是讨论GM作物对生物多样性的威胁是否与常规作物在质和量上有什么不同，分析比较GM作物与非
23、GM作物的效益及可能的潜在风险。,怎样保护生物多样性取决于对生物多样性如何定义。各国政府都在实施保护生物多样性的计划，通常是以保护资源为中心，即损失生物多样性意味着损失某种潜在有用的资源，从人类角度讲，并非每一物种都值得保护，如携带疟原虫的蚊子、爱滋病毒HIV等，因此对保护生物多样性必须列出优先重点。,在GM作物生态影响讨论中，一个重要问题是对作物起源中心生物多样性的影响，或者对局部生态区系和自然物种有何不利影响。如GM玉米对墨西哥玉米地方品种的影响。2001年11月，美国加州大学伯克利分校的两位研究人员在Nature上发表文章，声称在墨西哥南部 Oaxaca 地区采集的6个玉米地方品种样本中
24、，发现有CaMV35S 启动子及Novartis Bt11 抗虫玉米中的 adh1 基因相似序列。,绿色和平组织借此大肆渲染，说墨西哥玉米已经受到了“基因污染”，甚至指责墨西哥小麦玉米改良中心(CYMMIT)的基因库也可能受到了“基因污染”。文章发表后受到很多科学家的批评，指出该报道不仅在试验方法上有错误，而且对结果的解释也值得质疑。所谓测出的35S启动子，经复查证明是假阳性。所称Bt玉米中的adh1基因则是“张冠李戴”，因为转入Bt玉米中的基因序列是adh1-1S基因，而作者测出的是玉米中的adh1-1F基因，两者的基因序列完全不同。,对此，Nature编辑部后来发表声明，称“这篇论文证据不
25、足，不足以证明其结论”。CYMMIT也发表声明指出，经检测种质资源库和重新从田间收集的152份材料，在墨西哥任何地区都没有发现35S启动子。,当然，转基因玉米和栽培玉米之间发生基因漂流是可能的，但这不能渲染为“基因污染”，并作为禁止GMC的理由。任何商用品种中的基因，不管是GM还是非GM，均可渐渗进地方品种中。有理由认为，现代农业的发展、包括玉米杂交种遗传背景的狭窄对遗传多样性的影响，明显大于目前Bt玉米中转基因的渐渗。,必须指出，对生物多样性的威胁主要是来自现代建设的发展以及粮食供应的需要，自然生态系统被城镇、道路、农田取代，造成自然生境的丧失。富有国家中的过度消费和大量废弃物，以及贫穷国家
26、中人口增长的压力，对生态系统的影响最大。,(七)GM作物的潜在长期效应,中心问题是如何定义“长期”。“长期”可以月、十年甚至世纪计，取决于物种、环境和基因。为分析潜在的负面影响，对一个物种需有10100代的资料，对农业决策而言，一般为10年。根据现有的资料，估计需要几十年才能对一个农业点的生态后果作出恰当的评价，分析全球范围的生态后果则需几个世纪。,由于时间的原因，基本上不可能分析和预测全球范围的生态后果的长期效应。假设按十年计算，则可使问题相对简单化，符合一般的农业决策程序，可节省行政开支，企业和技术界也会欢迎。如果因为还不知道GM作物的长期效应而禁止生物技术，那就犹同担心初生婴儿长大后会变成江洋大盗将她扼杀在摇篮里一样。,由迄今的研究结果可以得出一个结论，已批准商业化的GM作物与常规作物相比并不增加新的环境风险类型。,
