轉(zhuǎn)基因逃逸及其潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

轉(zhuǎn)基因逃逸及其潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

自1996年首次提出轉(zhuǎn)移作物（番茄框架質(zhì)量）的商業(yè)化以來(lái)，轉(zhuǎn)移生物技術(shù)和轉(zhuǎn)移產(chǎn)品的研究和應(yīng)用取得了很大進(jìn)展。迄今,全球已有25個(gè)國(guó)家批準(zhǔn)了24種轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)行商品化應(yīng)用,轉(zhuǎn)基因作物的累計(jì)種植面積已接近1.3億公頃,創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)利益,具不完全統(tǒng)計(jì),全球轉(zhuǎn)基因作物帶來(lái)的收益已超過(guò)520億美元。然而,像任何新技術(shù)的出現(xiàn)一樣,隨著轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)的迅速發(fā)展以及轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的大規(guī)模商品化應(yīng)用,轉(zhuǎn)基因植物的潛在生物安全影響也日益受到全球關(guān)注。例如,在試驗(yàn)條件下抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因(Bt)玉米花粉對(duì)君王斑蝶幼蟲(chóng)存活力的影響,美國(guó)抗除草劑轉(zhuǎn)基因水稻(LLRICE601)的混雜事件,以及抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因(Bt)造成墨西哥玉米種質(zhì)資源“污染”的爭(zhēng)議報(bào)道等,使轉(zhuǎn)基因植物的環(huán)境生物安全問(wèn)題提到了議事日程而不可回避,轉(zhuǎn)基因的環(huán)境生物安全問(wèn)題已逐漸成為科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。轉(zhuǎn)基因植物的環(huán)境生物安全涉及兩方面關(guān)鍵問(wèn)題:(1)如何科學(xué)評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)基因植物商品化種植帶來(lái)的生態(tài)影響;(2)如何利用環(huán)境生物安全的研究成果來(lái)制定科學(xué)有效的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)和管理措施。我國(guó)是一個(gè)人口大國(guó),由于人口不斷增長(zhǎng)、耕地面積不斷減少、大量農(nóng)村勞動(dòng)力離開(kāi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及全球變化,我國(guó)面臨十分嚴(yán)峻的糧食安全挑戰(zhàn),轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)可以解決許多農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中傳統(tǒng)技術(shù)不能解決的問(wèn)題。例如:農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中化肥和農(nóng)藥的過(guò)量施用以及農(nóng)作物產(chǎn)量的增產(chǎn)瓶頸等。因此,發(fā)展轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)以及推動(dòng)轉(zhuǎn)基因植物的商品化應(yīng)用在我國(guó)具有廣闊的前景。由于存在上述轉(zhuǎn)基因生物安全的問(wèn)題,我國(guó)在大力發(fā)展轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)的同時(shí),也十分重視轉(zhuǎn)基因植物的環(huán)境生物安全評(píng)價(jià)和研究,尤其是在轉(zhuǎn)基因棉花和轉(zhuǎn)基因水稻的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和研究方面已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展,研究水平基本與國(guó)際同步。例如,2009年11月農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)了兩個(gè)Bt抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因水稻品系的安全證書(shū),就是通過(guò)近十年的生物安全研究和評(píng)價(jià)所獲得的成果。但是,我國(guó)轉(zhuǎn)基因植物生物安全和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和研究的步伐仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)展和轉(zhuǎn)基因植物培育的速度,大大地影響了轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的商品化應(yīng)用和推廣。因此,大力加強(qiáng)轉(zhuǎn)基因生物安全(包括生態(tài)風(fēng)險(xiǎn))的基礎(chǔ)研究,提高對(duì)轉(zhuǎn)基因生物的安全性評(píng)價(jià)水平,并制定有效的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)和管理的策略意義重大,生物安全領(lǐng)域的研究成果和科學(xué)評(píng)價(jià)管理體系的建立將為我國(guó)轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展和轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的商品化應(yīng)用保駕護(hù)航。轉(zhuǎn)基因植物的環(huán)境生物安全研究涉及眾多復(fù)雜的環(huán)境生態(tài)因子,需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究積累。同時(shí),由于生物安全是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域,其技術(shù)性強(qiáng),涉及的學(xué)科也很多,需要在實(shí)踐中不斷地摸索和總結(jié)。我們必須建立一套適合我國(guó)國(guó)情的轉(zhuǎn)基因環(huán)境生物安全研究、評(píng)價(jià)和管理體系,對(duì)商品化生產(chǎn)前轉(zhuǎn)基因植物的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià),對(duì)商品化生產(chǎn)以后的轉(zhuǎn)基因植物加強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和管理,才能使我國(guó)轉(zhuǎn)基因生物事業(yè)得到健康和安全的發(fā)展。本文就以轉(zhuǎn)基因逃逸帶來(lái)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為例,介紹國(guó)內(nèi)外轉(zhuǎn)基因植物環(huán)境生物安全研究的現(xiàn)狀和不足,并對(duì)今后的研究進(jìn)行展望。1非認(rèn)識(shí)到轉(zhuǎn)基因植物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)基因生物的大規(guī)模環(huán)境釋放及其可能帶來(lái)的環(huán)境和生態(tài)安全問(wèn)題,己經(jīng)成為全球最受關(guān)注和備受爭(zhēng)議的領(lǐng)域之一。目前,全球?qū)D(zhuǎn)基因植物的環(huán)境和生態(tài)安全比較有共識(shí)的問(wèn)題主要包括以下幾個(gè)方面:(1)轉(zhuǎn)基因向非轉(zhuǎn)基因植物品種及其野生近緣種逃逸并由此而產(chǎn)生的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn);(2)抗蟲(chóng)或抗病轉(zhuǎn)基因?qū)Νh(huán)境中非靶標(biāo)生物的影響;(3)轉(zhuǎn)基因植物對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)以及系統(tǒng)外生物多樣性的直接和間接影響;(4)轉(zhuǎn)基因植物長(zhǎng)期和大規(guī)模種植對(duì)土壤生物(包括微生物)群落的影響;(5)抗蟲(chóng)和抗病轉(zhuǎn)基因植物的長(zhǎng)期種植導(dǎo)致靶標(biāo)生物對(duì)轉(zhuǎn)基因的抗性進(jìn)化。由于轉(zhuǎn)基因植物的環(huán)境和生態(tài)安全問(wèn)題涉及領(lǐng)域眾多,相關(guān)因素復(fù)雜,涉及的問(wèn)題也較多,不能在此一一詳細(xì)講述,因此,本文僅以轉(zhuǎn)基因逃逸及其潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)這一全球最關(guān)注的環(huán)境生物安全問(wèn)題為主要對(duì)象,對(duì)我國(guó)轉(zhuǎn)基因植物與環(huán)境和生態(tài)相關(guān)的生物安全研究和評(píng)價(jià)現(xiàn)狀以及不足進(jìn)行探討。2轉(zhuǎn)移注意力及其潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)2.1流、基因流散轉(zhuǎn)基因逃逸是指轉(zhuǎn)基因植物中的外源轉(zhuǎn)基因通過(guò)基因漂移(或天然雜交)轉(zhuǎn)移到栽培植物的非轉(zhuǎn)基因品種或其野生近緣種(包括栽培植物的同種雜草)的現(xiàn)象?；蚱?也稱(chēng)之為基因流、基因流散或基因漂流)是指某一個(gè)生物群體的遺傳物質(zhì)(一個(gè)或多個(gè)基因)通過(guò)媒介轉(zhuǎn)移到另一個(gè)生物群體中的自然過(guò)程。理論上有兩種不同類(lèi)型的基因漂移,即我們通常提到的基因漂移和基因水平轉(zhuǎn)移。基因水平轉(zhuǎn)移的頻率極低,與轉(zhuǎn)基因植物的環(huán)境生物安全沒(méi)有直接的關(guān)系,因而不在本文中繼續(xù)討論。基因漂移是一種在生物進(jìn)化過(guò)程中早已長(zhǎng)期存在的自然現(xiàn)象,基因漂移本身并不存在風(fēng)險(xiǎn),只是因?yàn)檗D(zhuǎn)基因可以借助基因漂移逃逸到生態(tài)環(huán)境中,可能導(dǎo)致一定的風(fēng)險(xiǎn)。因此,轉(zhuǎn)基因通過(guò)基因漂移而逃逸到環(huán)境中可能產(chǎn)生的生態(tài)影響值得人們關(guān)注。2.2有性雜交的基因組織基因漂移有不同的類(lèi)型,根據(jù)導(dǎo)致其漂移的媒介不同,可以將基因漂移分為:花粉介導(dǎo)、種子介導(dǎo),以及無(wú)性繁殖器官介導(dǎo)的基因漂移?；ǚ劢閷?dǎo)的基因漂移是指通過(guò)花粉傳播(俗稱(chēng)串粉)或有性雜交的方式導(dǎo)致同一群體或不同群體中個(gè)體之間的遺傳物質(zhì)產(chǎn)生交換;而種子或無(wú)性繁殖器官介導(dǎo)的基因漂移是指通過(guò)種子或無(wú)性繁殖器官的擴(kuò)散和傳播而造成群體之間個(gè)體的交換,不涉及有性雜交過(guò)程。此外,依據(jù)花粉介導(dǎo)的基因漂移對(duì)象不同,可以將其劃分為:轉(zhuǎn)基因作物的外源基因向其非轉(zhuǎn)基因作物(既作物一作物)的漂移、外源轉(zhuǎn)基因向其野生近緣種(作物一野生種)的漂移,以及外源轉(zhuǎn)基因向其雜草類(lèi)型(作物一雜草)的漂移三種類(lèi)型。這三種不同類(lèi)型的基因漂移所造成的生態(tài)影響也是不一樣的,必須分別進(jìn)行討論。2.3外源轉(zhuǎn)基因格局改變所導(dǎo)致的生態(tài)后果轉(zhuǎn)基因逃逸到環(huán)境中可能帶來(lái)潛在的生態(tài)影響,這種生態(tài)影響將會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)基因逃逸對(duì)象的不同而有較大差異,這些影響主要包括以下幾個(gè)方面。(1)外源轉(zhuǎn)基因從轉(zhuǎn)基因作物向非轉(zhuǎn)基因作物的逃逸,往往會(huì)使非轉(zhuǎn)基因作物種子中混雜了含轉(zhuǎn)基因的種子,導(dǎo)致種子純度的下降,種子的混雜可能引起地區(qū)間或國(guó)家之間的貿(mào)易問(wèn)題,甚至是法律和經(jīng)濟(jì)方面的爭(zhēng)端;另一方面,如果這些混雜于傳統(tǒng)品種的種子用于留種和繁殖,可能會(huì)影響傳統(tǒng)品種種質(zhì)資源的遺傳完整性。(2)外源轉(zhuǎn)基因從轉(zhuǎn)基因作物向野生近緣種(包括雜草類(lèi)型)逃逸及其帶來(lái)的潛在生態(tài)影響與前述影響不同,由于經(jīng)過(guò)遺傳修飾的轉(zhuǎn)基因可能會(huì)改變作物與野生近緣種雜種各世代的生態(tài)適合度和入侵能力,導(dǎo)致這些含轉(zhuǎn)基因雜種世代的擴(kuò)散,從而帶來(lái)雜草問(wèn)題和其它生態(tài)影響;同時(shí),大規(guī)模的轉(zhuǎn)基因漂移還可能通過(guò)遺傳同化作用(即通過(guò)基因漂移或天然雜交,大量的作物基因可以轉(zhuǎn)移到野生種群體,并通過(guò)遺傳同化作用而不斷取代野生種的等位基因,導(dǎo)致群體中遺傳多樣性的逐漸降低甚至喪失)、湮沒(méi)效應(yīng)(即當(dāng)作物與其野生近緣種雜交后代的適合度低于其野生親本時(shí),連續(xù)的雜交和漸滲過(guò)程就導(dǎo)致該野生群體的規(guī)模逐漸變小,甚至威脅到該野生群體的生存)以及選擇性剔除效應(yīng)(即重組到野生近緣種群體基因組上的作物基因及其相連鎖的其他基因,在自然界中負(fù)向選擇的作用下,遺傳多樣性在基因組水平上下降或被剔除的現(xiàn)象)等,影響野生群體的遺傳完整性和遺傳多樣性,甚至在嚴(yán)重的情況下導(dǎo)致野生種群的局部絕滅。(3)外源轉(zhuǎn)基因從轉(zhuǎn)基因作物向作物的同種雜草(如雜草稻、雜草油菜等)漂移主要會(huì)帶來(lái)雜草化的問(wèn)題,具有自然選擇優(yōu)勢(shì)的轉(zhuǎn)基因(如抗除草劑、抗旱和抗蟲(chóng))漂移到作物的同種雜草,有可能提高該雜草類(lèi)型的田間適應(yīng)能力和入侵能力,加劇田間雜草的危害,增加雜草危害的管理和控制難度。3對(duì)轉(zhuǎn)換期及其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的研究和評(píng)價(jià)3.1生物環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)環(huán)境生物安全評(píng)價(jià)所遵循的重要原則包括了科學(xué)原則、熟悉原則、個(gè)案原則、逐步實(shí)施原則等,不難看出,通過(guò)科學(xué)的研究獲得科學(xué)事實(shí)和詳實(shí)的數(shù)據(jù)是生物安全評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。因此,生物安全的研究為安全評(píng)價(jià)提供了科學(xué)依據(jù),而安全評(píng)價(jià)過(guò)程本身也是科學(xué)研究過(guò)程,可以說(shuō)生物安全的研究和評(píng)價(jià)不可分離。按照風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的原則,轉(zhuǎn)基因生物導(dǎo)致的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)是其危害性和發(fā)生概率的函數(shù),即風(fēng)險(xiǎn)(%)=危害性×暴露率。由此可見(jiàn),風(fēng)險(xiǎn)并不是危險(xiǎn),而只是發(fā)生危險(xiǎn)的可能性,因此,必須對(duì)轉(zhuǎn)基因逃逸的可能性及其帶來(lái)的危險(xiǎn)性同時(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)轉(zhuǎn)基因植物的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)通常包括以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟:(1)危害性的確定;(2)發(fā)生危害概率的確定;(3)危害性產(chǎn)生的效應(yīng)評(píng)價(jià);(4)風(fēng)險(xiǎn)的確定及其評(píng)價(jià)。而對(duì)轉(zhuǎn)基因漂移及其生態(tài)影響的生物安全問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià),目前已經(jīng)建立一整套相對(duì)規(guī)范性的評(píng)價(jià)體系,其中包含三個(gè)層次的評(píng)價(jià)和研究:(1)對(duì)轉(zhuǎn)基因漂移頻率(%)或水平的研究;(2)對(duì)轉(zhuǎn)基因逃逸后在野生近緣種的表達(dá)水平和遺傳規(guī)律的研究;(3)對(duì)轉(zhuǎn)基因逃逸后能否導(dǎo)致野生近緣種群體適合度、生存競(jìng)爭(zhēng)和入侵能力改變的研究。按照這三個(gè)層次逐步進(jìn)行,就可以科學(xué)地評(píng)價(jià)由轉(zhuǎn)基因逃逸帶來(lái)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。因此,我們分別對(duì)這三方面進(jìn)行討論。3.2轉(zhuǎn)基因漂移頻率就轉(zhuǎn)基因漂移及其所導(dǎo)致的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)而言,與暴露率最直接相關(guān)的因素就是基因漂移的頻率,因此在轉(zhuǎn)基因漂移及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)過(guò)程中,對(duì)轉(zhuǎn)基因漂移頻率的檢測(cè)尤為重要。如上文所述,依據(jù)導(dǎo)致基因漂移的不同媒介,轉(zhuǎn)基因漂移可以主要分為種子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因漂移和花粉介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因漂移;由無(wú)性繁殖器官介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因漂移較少見(jiàn)于報(bào)道,因此,本文不作詳細(xì)討論。3.2.1低度重視,創(chuàng)新檢測(cè)技術(shù)種子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因漂移是轉(zhuǎn)基因逃逸的重要途徑之一,尤其是在國(guó)際和地區(qū)間的貿(mào)易過(guò)程中,種子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因混雜水平是安全評(píng)價(jià)的重要檢測(cè)指標(biāo)。迄今為止,關(guān)于種子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因漂移研究十分罕見(jiàn),盡管種子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因混雜經(jīng)常發(fā)生,這就是為什么各國(guó)對(duì)低水平的轉(zhuǎn)基因混雜(LLP)都有嚴(yán)格的檢測(cè)要求和閾值規(guī)定(如歐盟規(guī)定LLP不超過(guò)0.1%)。這一領(lǐng)域?qū)嶋H上更屬于轉(zhuǎn)基因作物的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和經(jīng)營(yíng)等過(guò)程中的隔離措施和科學(xué)管理范疇。隨著國(guó)際和地區(qū)間貿(mào)易中種子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因混雜越來(lái)越受到關(guān)注,各種應(yīng)用于轉(zhuǎn)基因鑒定和檢測(cè)的相關(guān)技術(shù)手段也得到了很大的發(fā)展,主要包括針對(duì)轉(zhuǎn)基因的DNA鑒定,針對(duì)轉(zhuǎn)基因表達(dá)產(chǎn)物的RT-PCR、酶聯(lián)免疫吸附法檢測(cè)(ELISA)以及各類(lèi)轉(zhuǎn)基因檢測(cè)的金標(biāo)試紙等,這些方法為檢測(cè)種子介導(dǎo)的低水平轉(zhuǎn)基因混雜提供了有效的工具。另一方面,制定科學(xué)的種子生產(chǎn)、監(jiān)測(cè)和管理體系,加強(qiáng)種子在生產(chǎn)、收獲、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加工和貿(mào)易過(guò)程中的隔離以及監(jiān)測(cè)和管理,是降低由種子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因漂移(混雜)的最有效手段。3.2.2抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因水稻基因漂浮頻率及種類(lèi)花粉介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因漂移必須通過(guò)有性生殖(雜交)的過(guò)程,因此是轉(zhuǎn)基因逃逸的最主要和有效的途徑,也是評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)基因逃逸及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的重要步驟。對(duì)花粉介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因漂移可以從以下四個(gè)方面入手進(jìn)行檢測(cè):(1)研究花粉漂移及其散粉的時(shí)空分布,確定花粉介導(dǎo)轉(zhuǎn)基因逃逸的可能性及其空間范圍;(2)研究栽培植物與其野生近緣種群體間的雜交親和性,確定轉(zhuǎn)基因逃逸的生物學(xué)基礎(chǔ);(3)借助特殊形態(tài)性狀或分子標(biāo)記,在受控的試驗(yàn)條件下或自然環(huán)境中檢測(cè)和研究栽培(轉(zhuǎn)基因)植物與野生近緣種群體間的異交率,確定基因漂移的頻率;(4)以轉(zhuǎn)基因?yàn)楹Y選標(biāo)記,研究外源基因從轉(zhuǎn)基因植物向其非轉(zhuǎn)基因品種或其野生近緣種群體的逃逸頻率。在過(guò)去的十多年,對(duì)花粉介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因漂移頻率的研究已經(jīng)獲得了大量的結(jié)果,各種栽培植物與其野生近緣種或雜草類(lèi)型間基因漂移頻率的研究均有了相關(guān)報(bào)道,如油菜、棉花、萵苣、甜菜和水稻[15,16,17,18,19,20]等?？瓜x(chóng)轉(zhuǎn)基因水稻在我國(guó)即將進(jìn)入商品化生產(chǎn),而水稻又屬于風(fēng)媒的自交為主的稻屬模式研究材料,因此對(duì)轉(zhuǎn)基因水稻的環(huán)境安全研究極為迫切并具有科學(xué)價(jià)值。在我國(guó)對(duì)栽培稻一栽培稻、栽培稻一雜草稻、栽培稻一野生稻之間的基因漂移頻率已經(jīng)有了系統(tǒng)和完善的研究和評(píng)價(jià)。通過(guò)研究,發(fā)現(xiàn)花粉漂移的頻率隨花粉源距離的變化規(guī)律,花粉的密度與空間距離存在顯著的負(fù)相關(guān)性,當(dāng)空間距離大于40米時(shí),觀察的花粉密度下降至零。這一研究結(jié)果為基因漂移的預(yù)測(cè)提供了重要的數(shù)據(jù)。研究進(jìn)一步表明,在鄰近距離下(<1m),抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因向非轉(zhuǎn)基因栽培稻的基因逃逸漂移頻率為0.05%～0.79%,向雜草稻群體發(fā)生轉(zhuǎn)基因逃逸的頻率為0.011%～0.046%,向野生稻群體發(fā)生逃逸的頻率較高,而且群體之間轉(zhuǎn)基因逃逸的變異較大,在3.6%～18%之間。而當(dāng)栽培稻與栽培稻品種之間的空間距離為6米時(shí),基因漂移的頻率可以迅速下降到很低的水平。以上研究所獲得的成果,為水稻轉(zhuǎn)基因逃逸科學(xué)地預(yù)測(cè)和管理提供了科學(xué)研究和有效的決策工具。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)基因漂移頻率的研究,可以為轉(zhuǎn)基因漂移及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)和生物安全評(píng)價(jià)提供重要的科學(xué)依據(jù)。目前,在轉(zhuǎn)基因逃逸及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)中,往往可以根據(jù)轉(zhuǎn)基因逃逸的頻率將轉(zhuǎn)基因植物劃分為四個(gè)等級(jí)。(1)風(fēng)險(xiǎn)很低的植物。這類(lèi)植物往往屬于嚴(yán)格自花授粉的植物,異交率(天然雜交水平)極低,轉(zhuǎn)基因通過(guò)花粉介導(dǎo)的基因漂移發(fā)生逃逸的頻率也很低,因此風(fēng)險(xiǎn)很低,這類(lèi)植物的代表就是閉花授精的大豆。(2)低風(fēng)險(xiǎn)植物。這類(lèi)植物的特點(diǎn)是其異交率低或作物的種植區(qū)內(nèi)沒(méi)有其野生近緣種或雜草類(lèi)型的分布,如我國(guó)的水稻(異交率低)和棉花(沒(méi)有野生種或雜草類(lèi)型)就屬于這類(lèi)低風(fēng)險(xiǎn)的植物。(3)中等風(fēng)險(xiǎn)的植物。這類(lèi)植物的特點(diǎn)是具有相對(duì)較高水平的異交率,其基因漂移的頻率也相對(duì)較高,而種植區(qū)內(nèi)又有野生近緣種和雜草類(lèi)型的分布,大多數(shù)植物種類(lèi)都屬于這類(lèi)植物,如紫花苜蓿、歐洲的油菜、美國(guó)的向日葵等。(4)高風(fēng)險(xiǎn)植物。這類(lèi)植物屬于異花授粉類(lèi)植物,往往具有很高的異交率,種植區(qū)內(nèi)作物的分布與野生近緣種或雜草類(lèi)型的分布具有高度的重疊性,如墨西哥的玉米等。3.3抗蟲(chóng)基因沒(méi)有能正常表達(dá)轉(zhuǎn)基因基因?qū)κ荏w植物的適合度影響和效應(yīng)建立在其正常表達(dá)的基礎(chǔ)上,因此對(duì)轉(zhuǎn)基因在作物中及其逃逸后的表達(dá)研究,是聯(lián)系轉(zhuǎn)基因逃逸的可能性(%)以及轉(zhuǎn)基因逃逸到野生近緣種之后是否能影響野生群體適合度的重要評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)。如果轉(zhuǎn)基因能夠在野生近緣種個(gè)體中正常表達(dá),那么逃逸的轉(zhuǎn)基因就有可能帶來(lái)野生近緣種群體適合度的變化,從而帶來(lái)后續(xù)的生存競(jìng)爭(zhēng)能力和入侵能力的改變,導(dǎo)致環(huán)境和生態(tài)的影響;反之,如果轉(zhuǎn)基因不能夠在野生近緣種個(gè)體中正常表達(dá),則不會(huì)帶來(lái)上述的影響。目前,對(duì)轉(zhuǎn)基因在作物中表達(dá)規(guī)律的研究比較多,如對(duì)抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因(Bt)在棉花中以及栽培稻中的表達(dá)已有報(bào)道。但是,對(duì)轉(zhuǎn)基因逃逸后能否在野生近緣種群體中正常表達(dá)的研究卻并不多見(jiàn),僅見(jiàn)于油菜、楊樹(shù)等植物中。以上這些研究均表明轉(zhuǎn)基因能在作物和野生近緣種的雜交和回交后代中正常表達(dá),因此,逃逸后的轉(zhuǎn)基因會(huì)由于正?；虺勘磉_(dá)而影響到野生近緣種的適合度,產(chǎn)生進(jìn)一步的生態(tài)影響。最近,我國(guó)也對(duì)抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因(Bt)從栽培稻逃逸到普通野生稻中的表達(dá)規(guī)律作了研究,發(fā)現(xiàn)Bt蛋白在野生稻葉片組織中的表達(dá)量為0.016%～0.078%,而在莖干組織中的相對(duì)含量為0.19%～0.28%,與在栽培稻中的表達(dá)量基本一致,并對(duì)靶標(biāo)害蟲(chóng)(如二化螟、三化螟和卷葉螟)的致死效果明顯。這就提示我們,抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因(Bt)逃逸到野生稻群體以后能在植株中正常表達(dá),從而影響到受體植株的適合度。目前,也有其它研究證據(jù)表明,抗除草劑基因在逃逸后,也能在雜草稻中正常表達(dá)。由此可見(jiàn),轉(zhuǎn)基因一旦通過(guò)花粉介導(dǎo)的基因漂移逃逸到與栽培作物有一定親緣關(guān)系的野生近緣種,很有可能在野生近緣種的植株中正常表達(dá),從而導(dǎo)致不同程度的環(huán)境和生態(tài)影響。3.4抗蟲(chóng)基因?qū)λ究瓜x(chóng)和雜草稻適合度的影響轉(zhuǎn)基因逃逸是否可能帶來(lái)生態(tài)影響,這在很大程度上取決于逃逸的轉(zhuǎn)基因是否會(huì)給野生近緣種群體帶來(lái)適合度的變化。適合度是指特定的基因型在某種生態(tài)條件下傳遞給下一代的能力,通常是由特定生態(tài)環(huán)境中植物個(gè)體或群體的生存能力和繁殖能力來(lái)共同決定的。適合度較為全面地反映植物群體的競(jìng)爭(zhēng)能力、入侵能力和適應(yīng)能力。因此,可以用相對(duì)繁殖成功率(相對(duì)優(yōu)勢(shì))或具有該基因型的個(gè)體對(duì)群體基因庫(kù)的相對(duì)貢獻(xiàn)程度來(lái)衡量具有特定基因型的個(gè)體或群體在不同環(huán)境下的適應(yīng)程度。對(duì)于植物而言,其適合度的分析可以通過(guò)對(duì)生長(zhǎng)和生殖相關(guān)的性狀,如植株的生長(zhǎng)勢(shì)、結(jié)實(shí)率和種子生產(chǎn)量等來(lái)獲得,通過(guò)對(duì)不同個(gè)體或群體之間的上述性狀進(jìn)行比較而獲得其相對(duì)適合度。根據(jù)轉(zhuǎn)基因?qū)m合度的可能影響,可將轉(zhuǎn)基因大致分為三類(lèi):(1)能提高野生近緣種適合度的轉(zhuǎn)基因,如抗病、抗蟲(chóng)和抗逆的轉(zhuǎn)基因;(2)對(duì)野生近緣種適合度基本不會(huì)有影響的轉(zhuǎn)基因,如改變觀賞植物花色的基因和改善某些營(yíng)養(yǎng)成分的基因;(3)降低野生近緣種適合度的轉(zhuǎn)基因,如延緩成熟、植株矮桿和雄性不育的基因等。對(duì)適合度影響不同的轉(zhuǎn)基因在逃逸后帶來(lái)的生態(tài)影響也不同,已有的理論和研究認(rèn)為中性的轉(zhuǎn)基因在逃逸后帶來(lái)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最小;而提高或降低適合度的轉(zhuǎn)基因逃逸后帶來(lái)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)各不相同,如提高適合度的轉(zhuǎn)基因在逃逸至野生群體后會(huì)受到選擇性剔除效應(yīng)的影響,而降低適合度的轉(zhuǎn)基因則主要通過(guò)湮沒(méi)效應(yīng)影響野生群體。轉(zhuǎn)基因逃逸后對(duì)作物的野生近緣種與雜草種適合度的影響,是目前轉(zhuǎn)基因生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究熱點(diǎn)之一,其中轉(zhuǎn)基因的類(lèi)型涉及抗蟲(chóng)、抗病、抗除草劑基因,作物及其野生近緣種的類(lèi)型包括油菜、向日葵等。大多數(shù)的研究結(jié)果都表明,當(dāng)存在自然選擇壓的情況下,轉(zhuǎn)基因均存在適合度利益,即轉(zhuǎn)基因能夠提高受體野生近緣種的適合度[37’38]。當(dāng)然,也有一些研究檢測(cè)到了轉(zhuǎn)基因在不存在自然選擇壓的情況下會(huì)帶來(lái)一定的適合度成本,即轉(zhuǎn)基因?qū)е率荏w植物適合度下降的情況。對(duì)于轉(zhuǎn)基因逃逸后帶來(lái)水稻野生近緣種(野生稻)和雜草稻種(雜草稻)適合度的影響方面的研究,主要集中在抗蟲(chóng)(Bt,CpTI)和抗除草劑(EPSPS)轉(zhuǎn)基因。目前已有的研究結(jié)果表明,Bt抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因水稻在靶標(biāo)蟲(chóng)害較高的環(huán)境中能明顯降低靶標(biāo)害蟲(chóng)對(duì)植株的傷害,與非轉(zhuǎn)基因水稻相比,抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因水稻最高可降低靶標(biāo)害蟲(chóng)對(duì)植株的傷害接近百分之百,同時(shí)轉(zhuǎn)基因栽培稻表現(xiàn)出更高的產(chǎn)量,產(chǎn)量的增加最高可達(dá)107%;而在沒(méi)有靶標(biāo)蟲(chóng)害的環(huán)境中,僅有部分含標(biāo)記基因的抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因水稻品系表現(xiàn)出產(chǎn)量的輕微下降。這提示我們抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因幾乎沒(méi)有對(duì)栽培稻帶來(lái)適合度成本?？瓜x(chóng)轉(zhuǎn)基因在逃逸后,含有抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因的野生稻或雜草稻群體能在靶標(biāo)蟲(chóng)害較高的環(huán)境中,表現(xiàn)出強(qiáng)烈的適合度的優(yōu)勢(shì),如在單株種子產(chǎn)量性狀上,含轉(zhuǎn)基因的雜草稻群體的優(yōu)勢(shì)可達(dá)110%。研究還發(fā)現(xiàn),不同來(lái)源受體的遺傳背景,如抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因?qū)σ吧九c雜草稻及不同來(lái)源的野生稻/雜草稻群體,帶來(lái)的適合度影響也會(huì)有較大的差異,抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因?qū)Σ煌瑏?lái)源的雜草稻的適合度優(yōu)勢(shì)從12%～110%不等,提示我們必須在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中遵循個(gè)案分析的原則。因此,抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因逃逸至野生稻近緣種群體以后,如果野生近緣種群體中存在一定的靶標(biāo)害蟲(chóng)的選擇壓力,則轉(zhuǎn)基因會(huì)提高野生近緣種受體的適合度和生存競(jìng)爭(zhēng)能力,從而可能會(huì)帶來(lái)一定的生態(tài)影響。4科學(xué)評(píng)價(jià),合理管理利用環(huán)境生物安全的研究成果來(lái)為制定科學(xué)有效的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)和管理措施提供科學(xué)依據(jù),不僅是轉(zhuǎn)基因生物安全工作的重要手段,也是其主要內(nèi)容之一。因此,依據(jù)現(xiàn)有的生物安全研究成果,對(duì)轉(zhuǎn)基因環(huán)境和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià),并制定出合理和科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)和管理措施,控制和降低轉(zhuǎn)基因逃逸帶來(lái)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),在目前轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)和轉(zhuǎn)基因作物商品化的歷史背景下具有重要的意義。就風(fēng)險(xiǎn)管理而言,目前可以在兩個(gè)環(huán)節(jié)控制和降低轉(zhuǎn)基因逃逸帶來(lái)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn):(1)控制和降低轉(zhuǎn)基因通過(guò)基因漂移而逃逸的頻率;(2)降低轉(zhuǎn)基因逃逸后對(duì)野生近緣種自然種群的環(huán)境和生態(tài)影響。4.1物理和物理隔離的組合轉(zhuǎn)基因通過(guò)花粉介導(dǎo)的基因漂移逃逸到轉(zhuǎn)基因作物的野生近緣種或雜草群體,進(jìn)一步產(chǎn)生遺傳漸滲,導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因在野生近緣種或雜草群體中保留或擴(kuò)散,是其帶來(lái)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的最主要過(guò)程?？臻g隔離和物理屏障就是借助于空間和物理方法和措施大大降低和阻斷轉(zhuǎn)基因作物的花粉介導(dǎo)的基因漂移?？紤]到轉(zhuǎn)基因載體——花粉的活力只能維持較為短暫的時(shí)間,而且借助于風(fēng)或其它媒介擴(kuò)散的距離也有限,因此最簡(jiǎn)單有效的隔離措施就是設(shè)置合理的空間隔離安全距離。例如,有試驗(yàn)表明當(dāng)轉(zhuǎn)基因栽培稻與其非轉(zhuǎn)基因親本品種之間的隔離在6m以上時(shí),轉(zhuǎn)基因逃逸的頻率就下降至極低的水平(遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐盟的0.1%的閾值)。同時(shí)作為空間距離屏障的一種輔助,如果在轉(zhuǎn)基因作物與非轉(zhuǎn)基因作物品種之間種植另一種高稈農(nóng)作物,將會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)安全隔離的效果。物理隔離的另一種方式是時(shí)間隔離,即將轉(zhuǎn)基因作物與非轉(zhuǎn)基因作物的種植時(shí)間錯(cuò)開(kāi),使其花期無(wú)法相遇,從而達(dá)到阻止轉(zhuǎn)基因向非轉(zhuǎn)基因作物逃逸。另外,隨著轉(zhuǎn)基因作物種植面積的不斷擴(kuò)大,合理對(duì)轉(zhuǎn)基因作物和非轉(zhuǎn)基因作物的空間布局進(jìn)行規(guī)劃非常重要。例如,專(zhuān)門(mén)設(shè)置轉(zhuǎn)基因作物種植的特別區(qū)域,嚴(yán)格限制在有野生稻分布區(qū)或雜草稻嚴(yán)重發(fā)生的區(qū)域內(nèi)種植轉(zhuǎn)基因水稻等。這些利用空間和物理隔離的措施,均是有效降低和避免轉(zhuǎn)基因在作物品種之間產(chǎn)生“漂移”的途徑。4.2生物限制使用除了空間和物理隔離之外,通過(guò)生物技術(shù)的方法來(lái)限制轉(zhuǎn)基因的逃逸,即生物限制方法,也已經(jīng)成為轉(zhuǎn)基因生物安全利用技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域之一。目前,已經(jīng)有多種理論和實(shí)踐上可行的生物限制方法正處于研究和試驗(yàn)階段,其中主要包括以下幾方面的技術(shù)。4.2.1胞質(zhì)認(rèn)識(shí)技術(shù)大多數(shù)植物的花粉只含有核基因組而不含或含有極少量的細(xì)胞質(zhì)(細(xì)胞器),細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)基因技術(shù)通過(guò)將轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)入作物細(xì)胞質(zhì)中細(xì)胞器(主要為線粒體或葉綠體)的遺傳系統(tǒng),這樣既能使轉(zhuǎn)基因植物能夠利用轉(zhuǎn)基因帶來(lái)的優(yōu)良性狀,又能使外源轉(zhuǎn)基因無(wú)法順利進(jìn)入雄配子(花粉),從而阻斷或大大降低花粉介導(dǎo)的基因漂移。4.2.2限制冷加壓的藥物系統(tǒng)有些植株不能產(chǎn)生正常的花粉、花藥或雄配子,因而無(wú)法產(chǎn)生有活性的雄性器官,這種現(xiàn)象被稱(chēng)作雄性不育。這種情況在植物中比較常見(jiàn)。利用這種雄性不育系限制轉(zhuǎn)基因逃逸的方法,就是將外源基因轉(zhuǎn)入雄性不育的個(gè)體中或者通過(guò)其它分子方法使特定的轉(zhuǎn)基因作物成為雄性不育的個(gè)體,從而使轉(zhuǎn)基因無(wú)法產(chǎn)生通過(guò)花粉介導(dǎo)的基因漂移。近幾年雄性不育體系的應(yīng)用進(jìn)展迅速,目前已經(jīng)培育出各種類(lèi)型的植物雄性不育和恢復(fù)體系,這些體系同樣可以用于有效降低由于轉(zhuǎn)基因漂移帶來(lái)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。有研究結(jié)果表明,在50000株雄性不育的油菜中,僅發(fā)現(xiàn)了6個(gè)由于天然雜交(基因漂移)而產(chǎn)生的雜種后代。4.2.3入與基因均不相同的物種可以降低或阻止轉(zhuǎn)基因的逃逸許多植物有不同數(shù)目的染色體,染色體數(shù)目成倍數(shù)的變化稱(chēng)之為倍性變化,如二倍體小麥(2n=14)和四倍體小麥(2n=24)就具有不同的倍性。利用轉(zhuǎn)基因作物與轉(zhuǎn)基因逃逸受體植物不同倍性的特點(diǎn),即將外源基因轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)基因逃逸對(duì)象倍性和基因組均不相同的物種,便可以降低或阻止轉(zhuǎn)基因的逃逸。例如,普通小麥?zhǔn)橇扼w(2n=6x=42)作物,而普通小麥的許多近緣野生種均為四倍體(2n=4x=28)或二倍體(2n=2x=14)。因?yàn)楸缎圆幌嗤脑?普通小麥與其野生近緣種之間的天然雜交頻率極低,如將轉(zhuǎn)基因?qū)胄←?則不易發(fā)生轉(zhuǎn)基因向不同倍性野生近緣種的漂移。再如,四倍體(2n=4x=28)的栽培油菜含有AACC基因組,而它的二倍體(2n=2x=14)野生近緣種則含有AA基因組,因?yàn)锳A基因組和CC基因組起源不同,有明顯的生殖隔離,因此將轉(zhuǎn)基因特異性地導(dǎo)入CC基因組,那么轉(zhuǎn)基因漂移到AA基因組的頻率也會(huì)大大降低。4.2.4正常生長(zhǎng)或繁殖“終結(jié)者”技術(shù)的原理十分簡(jiǎn)單,即通過(guò)生物技術(shù)的設(shè)計(jì)和修飾,使通過(guò)花粉介導(dǎo)向野生近緣種產(chǎn)生轉(zhuǎn)基因漂移而形成的雜種后代(F1)無(wú)法進(jìn)行正常生長(zhǎng)或繁殖。由于雜種F,及其后代無(wú)法正常生長(zhǎng)或者不可育,逃逸的轉(zhuǎn)基因也不可能在野生近緣種群體中存留和擴(kuò)散,因此也就不會(huì)帶來(lái)后續(xù)的生態(tài)影響?！敖K結(jié)者”技術(shù)最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)就是將目的轉(zhuǎn)基因與可控制的致死基因緊密連鎖,即使轉(zhuǎn)基因能夠通過(guò)基因漂移逃逸到轉(zhuǎn)基因作物的野生近緣種群體,群體中含有轉(zhuǎn)基因的種子在不經(jīng)過(guò)特殊處理的情況下,將無(wú)法正常進(jìn)行生長(zhǎng)發(fā)育,因此,潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)被“終結(jié)”了。4.3弱化基因和自然選擇技術(shù)即使可以通過(guò)物理、空間隔離和生物限制的不同方法來(lái)降低和阻止轉(zhuǎn)基因的逃逸,但是要完全避免轉(zhuǎn)基因逃逸非常困難。因此,可以通過(guò)轉(zhuǎn)基因弱化技術(shù)進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)基因逃逸到作物野生近緣種群體的生態(tài)影響。所謂轉(zhuǎn)基因弱化技術(shù)就是將目的轉(zhuǎn)基因與某個(gè)對(duì)作物有利但是對(duì)野生近緣種不利的基因(弱化基因,如矮桿基因、使落粒性弱的基因等)緊密連鎖,而使獲得轉(zhuǎn)基因的野生種或雜草群體的適合度下降的一種安全技術(shù)。弱化基因一旦伴隨目的轉(zhuǎn)基因一起通過(guò)基因漂移逃逸至作物的野生種或雜草群體,那么弱化基因?qū)⑹蛊渖鷳B(tài)適合度有不同程度的下降,如導(dǎo)致野生稻不落?；蛐纬筛?jìng)爭(zhēng)能力處于劣勢(shì)的矮稈植株。如此一來(lái),外源轉(zhuǎn)基因就會(huì)在自然選擇的作用下,始終維持較低的水平,無(wú)法被固定下來(lái)或進(jìn)行擴(kuò)散,同時(shí)含有轉(zhuǎn)基因的野生種或雜草類(lèi)型個(gè)體,由于生態(tài)適合度的下降,也降低了它所帶來(lái)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。目前轉(zhuǎn)基因弱化技術(shù)的研究已經(jīng)進(jìn)取得了很大的進(jìn)展,在一些植物的小規(guī)模田間試驗(yàn)中也取得了一定的效果,但是這項(xiàng)技術(shù)仍有許多問(wèn)題需要解決,例如怎樣尋找對(duì)栽培作物無(wú)害但對(duì)野生物種無(wú)益的有效弱化基因。在這些問(wèn)題得到有效解決之前,該項(xiàng)技術(shù)還比較難以進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。5以科學(xué)的觀點(diǎn)研究基因生物安全問(wèn)題轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)的發(fā)展及轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用將為全球糧食安全面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)帶來(lái)新的機(jī)遇,從目前國(guó)際上轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展勢(shì)態(tài)來(lái)看,無(wú)論我們喜歡與否,該項(xiàng)新技術(shù)將會(huì)不斷得到發(fā)展并且應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域。由于轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)是一項(xiàng)新技術(shù),像一把雙刃劍,它在帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)利益和社會(huì)利益的同時(shí),也可能帶來(lái)一些潛在的生物安全問(wèn)題。目前這些生物安全的問(wèn)題已經(jīng)成為限制轉(zhuǎn)基因技術(shù)進(jìn)一步研發(fā)和轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品進(jìn)一步廣泛應(yīng)用的瓶頸。但是,對(duì)于轉(zhuǎn)基因技術(shù)及其產(chǎn)品所帶來(lái)的一系列生物安全問(wèn)題(包括食品安全和環(huán)境安全等)是不可回避的。因此,利用科學(xué)的方法,對(duì)轉(zhuǎn)基因作物商品化種植可能帶來(lái)的環(huán)境生物安全問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)研究和評(píng)價(jià),并利用在生物安全領(lǐng)域的研究成果對(duì)轉(zhuǎn)基因作物的種植進(jìn)行有效的生物安全監(jiān)測(cè)和管理,就能夠充分保證轉(zhuǎn)基因技術(shù)及其產(chǎn)品的安全和持久利用,這將極大促進(jìn)