转基因植物与生物安全性 福建农林大学生物技术中心 黄必旺 2006.

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1 转基因植物与生物安全性 福建农林大学生物技术中心 黄必旺

2 一、转基因植物发展概况 1983年首次获得转基因植物，至今35科120多种植物转基因获得成功 1986年首批转基因植物被批准进入田间试验
目前，国际上已有30个国家批准数千例转基因植物进入田间试验，涉及的植物种类有40多种

3 转基因植物: 指通过一定的方法将从动物、植物或微生物中分离到的目的基因转移到植物的基因组中，使之表达并稳定遗传，从而赋予植物新的性状，如抗虫、抗病、抗逆、高产、优质等。 转基因生物（ genetically modified organisms GMO, living modified organisms LMO） is a plant, animal or microorganism whose genetic code has been altered, subtracted, or added (either from the same species or a different species) in order to give it characteristics that it does not have naturally.

4 ①目的基因（外源基因）的分离和克隆； ②基因表达载体的构建和遗传转化； ③转化细胞或生物体的筛选和鉴定；
转基因技术的基本步骤: ①目的基因（外源基因）的分离和克隆； ②基因表达载体的构建和遗传转化； ③转化细胞或生物体的筛选和鉴定； ④转基因生物的大量培养和基本特性鉴定; ⑤转基因产品的生产和利用。

5 转基因技术的特点： ①克服了生物物种之间生殖隔离的自然屏障； ②基因工程载体是实现重组性状表达的基本条件; ③基因操作首先是在体外进行,然后转入受体细胞 表达; ④重组DNA分子（外源基因）在受体细胞中的表达 是可进行人为调控的。

6 转基因作物的优越性： 基因工程方法将有利于人类的外源基因转入受体生物体内，改变其遗传组成，使其获得原先不具备的品质与特性。 可增加食品原料产量，改良食品营养价值和风味，去除食品的不良特性，减少农药使用。因而，它具有无法估量的发展潜力和应用价值。

7 植物转基因技术的应用： 抗性基因工程 研究最早，技术最为成熟，而且应用规模最大。主要包括抗虫基因工程、抗病基因工程、抗除草剂基因工程以及抗逆（盐碱、寒、冻、旱）基因工程。 植物品质改良基因工程 目前研究热点，主要包括植物蛋白品质改良、碳水化合物（如淀粉、糖等）品质改良；脂肪、维生素品质改良以及后熟品质改良等。 有特殊疗效的保健食品、功能性食品以及治疗性食品。 杂种优势新品种的培育、生物反应器生产药物及工业原料等。

8 植物抗虫基因工程 　　苏云金芽孢杆菌(Bt)晶体毒素蛋白基因是最早被利用的杀虫基因。自从1987年我国首次获得转Ｂt基因的烟草和番茄以来，相继获得了转Ｂt基因的棉花、水稻、玉米等。 转Bt基因成功的物种有玉米、棉花、水稻、小麦、大豆、油菜、花生、向日葵、马铃薯、番茄、茄子、芹菜、芥菜、莴苣、白菜、花椰菜、卷心菜、胡萝卜、豌豆、豇豆、黄瓜、甜瓜、苹果、梨、甜橙、柑橘、葡萄、草莓、山楂、番木瓜、板栗、杨树、落叶松、白云杉、枫香、欧洲黑杨、石竹、田旋花、长春花、玫瑰、兰花、矮牵牛、菊花、烟草、甜菜、苜蓿、薄荷、三叶草、甘蔗等。

9 抗病基因工程 　　 中国农科院生物技术研究所已成功地人工合成和改造了来自天蚕蛾的抗菌肽基因，并导入马铃薯，获得抗病性提高Ｉ－Ⅲ级的抗青枯病的转基因株系，农业部批准在四川省进行环境释放。 抗菌肽基因已经供给国内10多家研究单位，进行抗水稻白叶枯病、马铃薯软腐病、花生和番茄的青枯病、大白菜软腐病、柑桔细菌性溃疡病、桑树和桉树青枯病、樱桃根肿病等抗细菌病基因工程研究。

10 　　抗病毒的基因工程 北大研制成功的抗黄瓜花叶病毒甜椒和番茄分别在云南和福建进入中试或环境释放。 中国农科院油料研究所研制的转基因抗条纹病毒花生 北京农林蔬菜研究中心育成的抗芜菁花叶病毒白菜 新疆农科院生物技术所获得的抗黄瓜花叶病毒甜瓜 分别进入中试 抗环斑病毒（ＰＲＳＶ）的番木瓜 抗黄矮病和黄花叶病毒的小麦

11 植物抗逆基因工程 　　我国在抗盐基因工程上已取得了一些进展，先后克隆了脯氨酸合成酶（ proA），山菠菜碱脱氢酶（BADH），磷酸甘露醇脱氢酶（mtl）及磷酸山梨醇脱氢酶（gutD）等耐盐相关基因，通过遗传转化获得了耐1％NACL的苜蓿、耐0.8％NACL的草莓及耐2％NACL的烟草，并进入田间试验。 中国科学院遗传所将ＢＡＤＨ基因导入水稻，获得的转基因水稻有较高的耐盐性，并能在盐田中结实。

12 植物品质改良的基因工程 　　 北京大学将编码必需氨基酸的基因转入马铃薯，获得含高必需氨基酸的马铃薯品系。 中国农大成功地将高赖氨酸基因导入玉米，获得的转基因玉米中赖氨酸含量比对照提高 10％。 　　在控制植物发育的基因工程中，较为成熟的是延迟成熟番茄的研究。华中农业大学和中国科学院植物所分别获得了这种转基因番茄，贮存时间可延长 1－2个月。1997年农业部基因工程安全委员会已批准这种耐储存番茄进行商业化生产。 中国农大利用反义基因技术培育的耐储存番茄已进行环境释放。 　　北京大学成功地将与植物花青素代谢有关的查而酮合酶基因导入花卉植物矮牵牛，转基因矮牵牛的花色呈现自然界没有的变异，提高了花卉的观赏价值。

13 植物叶绿体基因工程 　　中国农业科学院生物技术研究所1996年建立了烟草叶绿体遗传转化体系，并成功地将Ｂt基因导入烟草叶绿体中，转基因植物杀虫效果显著。将固氮酶基因（nifH和nifM）、抗剂基因（bar基因）和绿色荧光蛋白（ＧＦＰ）基因导入了烟草叶绿体。

14 植物生物反应器 利用转基因植物作为生物反应器生产药用蛋白的研究逐渐受到各国的重视。
　　 利用转基因植物作为生物反应器生产药用蛋白的研究逐渐受到各国的重视。 热点之一是利用转基因植物生产口服疫苗。中国农科院生物技术研究所将乙型肝炎病毒表面抗原基因导入马铃薯和蕃茄，饲喂小鼠试验检测到较高的保护性抗体，浓度足以对人类产生保护作用。 该所还进行了利用叶绿体作为生物反应器生产药用蛋白的探索，目前已将丙肝病毒（ＨＣＶ）抗原基因导入衣藻叶绿体。

15 转基因植物涉及的主要基因及其特性 1、抗虫基因 BT杀虫蛋白基因（cry和vip） 蛋白酶抑制剂基因(PI) 丝氨酸蛋白酶抑制剂 ：豇豆PI
金属蛋白酶抑制剂 巯基蛋白酶抑制剂 : 水稻巯基PI 淀粉酶抑制剂基因(AI)

16 昆虫毒素基因 蝎毒、蜘蛛毒 外源凝集素基因 其它基因 色氨酸脱氢酶，核糖体失活蛋白

17 2、抗真菌、细菌基因 几丁质酶基因 已导入番茄、马铃薯、莴苣和甜菜，进 入大田实验 抗菌肽基因（柞蚕） 已导入烟草和马铃薯

18 3、抗病毒基因 （1）植物编码的抗病毒基因 PAP基因 商陆抗病毒蛋白（pokeweed antiviral protein） N基因 控制坏死斑反应的基因 PR蛋白基因 病程相关基因（pathogenesis-related protein）

19 （2）病毒编码的基因 衣壳蛋白基因 复制酶基因 移动蛋白基因 缺陷干扰性RNA 卫星RNA 反义链RNA （3）其它基因 干扰素基因、核酶基因、抗体基因

20 4、抗除草剂基因 靶标蛋白酶基因 异构酶或异构蛋白基因 修饰除草剂的酶（系）基因

21 5、其他功能基因 反义RNA、抗体基因、凝集素基因，抗凝血酶、纤维蛋白原、人血清白蛋白、胶原蛋白、乳铁蛋白、糖基转移酶、蛋白C、抗凝血酶原、抗胰蛋白酶、血清白蛋白、组织纤溶原激活因子、单克隆抗体、凝血因子Ⅸ、纤维蛋白原、血红蛋白等100多种 6、标记基因 抗生素基因、转座子、荧光蛋白基因等

22 转基因植物的种植 2003年 6770万公顷 2004年 8100万公顷。 全球转基因植物的种植面积： 1996年 170 万公顷，
1996年 170 万公顷， 1997年 万公顷， 1998年 万公顷， 1999年 万公顷 美国占72％，达2870万公顷；其次是阿根廷670万公顷；占17％；加拿大400万公顷，占10％；我国名列第4位，30万公顷，占1％。 2003年 6770万公顷 2004年 8100万公顷。

23 转基因植物种类： 大豆：58％； 玉米：23％；棉花：12％；油菜：7％ 按转基因植物的性状 抗除草剂：74％ 抗虫：26％ 国内商业化生产转基因植物有5种： 抗虫棉花 改变花色的矮牵牛 延熟番茄 抗病毒的甜椒和番茄 水稻？

24 生物安全性

25 一、几项重大事件及其影响 2001年英国爆发疯牛病 －2003年SARS恐慌席卷全球 －今 禽流感肆虐全球

26 二、什么是生物安全性 生物安全是指现代生物技术的研究、开发、应用以及转基因生物的跨国越境转移可能会对生物多样性、生态环境和人体健康产生潜在的不利影响，特别是各类转基因活生物体释放到环境中可能对生物多样性构成潜在风险与威胁。

27 三、转基因植物潜在的风险 1、转基因作物的基本特征 ① 具有一个选择标记基因（marker gene）；
②外源转基因的插入位点和插入的拷贝数存在很大的差异； ③外源转基因在转化植株中的表达具有时间和空间上的特异性，其表达水平和稳定性随不同植株而异，且受环境因素的影响；

28 ④外源转基因与其它基因之间可发生互作； ⑤在转基因植株的后代中，筛选基因与非筛选基因是协同分离的。 ⑥外源转基因往往具有多效性和次级效应（pleiotropic and secondary effects），对非编码性状产生明显的影响。 ⑦转基因作物常会发生体细胞变异。

29 2、转基因植物潜在的环境风险 （1）对非靶标生物造成伤害
转基因作物的应用改变了目标作物、有害生物和天敌的群落结构，可能进一步影响非目标作物生态系统的物种群落结构，甚至会对食虫鸟类和其它捕食性天敌产生影响，还可能导致作物病害种类和危害程度的变化。 抗虫和抗病类转基因植物，除对害虫和病菌致毒外，对环境中的许多有益生物也将产生直接或间接的影响和危害。

30 （2）增加目标害虫的抗性 抗虫和抗病类转基因植物的广泛种植，提供了长期持续的选择压，目标害虫和病菌容易产生抗性。 研究表明，第三代、四代害虫已对转Bt抗虫作物产生抗性。另外，目标害虫还可能转移到其他作物上进行危害。

31 （3）杂草化 转基因植物通过传粉进行基因转移，可能将一些抗虫、抗病、抗除草剂或对环境胁迫具有耐性的基因转移给野生近缘种或杂草。如果杂草获得转基因生物体的抗逆性状，将会变成“超级杂草”，从而严重威胁其他作物的正常生长和生存。

32 （4）对生物多样性和生态环境的影响 转基因生物已经突破了传统的界、门的概念，具有普通物种不具备的优势特征，若释放到环境，会改变物种间的竞争关系，破坏原有自然生态平衡，导致生物多样性的丧失。转基因生物通过基因漂移，会破坏野生和野生近缘种的遗传多样性。 种植耐除草剂转基因作物，必将大幅度提高除草剂的使用量，从而加重环境污染的程度以及农田生物多样性的丧失。

33 （5）产生新的有害生物 有害生物侵染或取食转基因作物的过程中，所转外源转基因可能插入或整合到有害生物的基因组中，产生新的或危害更为严重的有害生物。

34 （7）对土壤微生物群落和土壤肥力的影响 转基因作物可能会将其外源转基因转移给根际微生物，其根际分泌物和作物残体也可能会影响到土壤中微生物群落的变化，并对土壤肥力产生影响。

35 3、食品安全性问题 1）转基因作物中的毒素可引起人类急、慢性中毒或产生致癌、致畸、致突变作用；
2）作物中的免疫或致敏物质可使人类机体产生变态或过敏反应； 3）转入外源基因可能导致产品中的主要营养成份、微量营养成份及抗营养因子的变化，会降低食品的营养价值，使其营养结构失衡。 例如，转入的生长激素类基因就有可能对人体生长发育产生重大影响；抗生素标记基因如果进入人体，也可能使人体对很多抗生素产生抗性。

36 四、几个重大事件 1、斑蝶事件： 1999年，康奈尔大学的一个研究组在《Nature》发表文章，北美斑蝶吃了撒有抗虫玉米花粉的马利筋杂草后，斑蝶幼虫有44％死亡。斑蝶蝴蝶是北美一种珍稀濒危动物，该事件在全世界都引起了很大的反响，人们置疑Bt玉米是否会杀死有益昆虫、破坏生态环境。

37 2、加拿大“超级杂草”事件： 由于基因漂移，在加拿大的油菜地里发现个别植株可以抗1-3种除草剂，称此为“超级杂草” 3、中国Bt抗虫棉事件： 2003年，薛达元（南京环境科学研究所）的“转Bt基因抗虫棉环境研究综合报告” 1）棉铃虫天敌大大减少；2）次要害虫上升为主要害虫；3）Bt棉田中昆虫群落的稳定性较低；4）棉铃虫可对Bt棉产生抗性；

38 4、Pusztai事件 苏格兰Rowett研究所的Arpad Pusztai用转雪花莲凝集素（GNA）基因马铃薯饲喂大鼠，1998年秋在电视节目中宣布：大鼠食用后引起器官异常，体重和器官重减轻，免疫系统受损。此事引起国际轰动。 这一事件的影响深远，美国两大婴儿食品公司Heinz、Gerber在绿色和平组织的压力下，宣布不采用转基因作物做原料。

39 5、墨西哥玉米污染事件： 2001年《 Nature 》发表文章，墨西哥的玉米被从美国进口的转基因的玉米所污染。2002年，墨西哥环境部门公布了一份报告，确认了基因污染的事实，其中，有些地区玉米的基因污染比例达到了35% 墨西哥是玉米的原产地，如果玉米原产地的遗传多样性受到污染问题是很严重的。 6、巴西豆过敏事件：1996年，美国一个研究组把一种巴西豆的基因转入到大豆里面，导致部分人过敏反应，后来这个计划就放弃了。

40 7、几件食品的污染事件 1）美国星联（ Star link）玉米事件 这种玉米是 1998 年美国环保局批准商业化生产，用作动物性饲料，不是用于人食用，因为它对人体过敏，可能产生皮疹、腹泻。但在 2000 年，在市场上 30 多种玉米食品当中发现了这种玉米的成分，所以美国政府下令把所有的这种转基因玉米收回。 2）美国药用转基因玉米污染大豆的事件 一家公司开发了一种给病人吃的药物玉米，由于在上一年种了这种药物玉米的土地上没有根除，第二年接着种了大豆，在收获大豆的时候，把转基因的药物玉米也收在了一起，结果，整个大豆就都被污染了。于是美国政府下令把仓库里面混装有药用玉米的所有的大豆都销毁。 这两个事件说明污染是很容易产生

41 以上事件，都受到一些从事生物技术的专家的质疑，指出了实验的缺陷以及证据不充分等。
   五、质疑 以上事件，都受到一些从事生物技术的专家的质疑，指出了实验的缺陷以及证据不充分等。 英国皇家学会组织同行对Pusztai的结论进行评审，1999年5月得出结论，认为Pusztai的试验在科学上有6条缺陷，Pusztai被劝提前退休。 对斑蝶事件，认为这并不能反映田间的情况。2000年以来，大量科学试验结果和文章证实，在田间自然条件下，种植Bt玉米不仅对斑蝶的天然种群没有不利影响，相反，由于减少了高毒化学农药的使用，斑蝶的数量还有上升的趋势

42     关于墨西哥的玉米基因污染事件，2002年3月1日《science》杂志发文称，许多科学家认为，转基因玉米的DNA是否渗入野生玉米，即便渗入对野生玉米是否真正构成威胁，都还需要更多的科学证据。

43 六、国际基因安全大争论 支持方： 转基因作物具有抗旱、抗杂草、抗虫、抗病毒、高产、高品质等特性，它对农业生产品质改良有重大意义，对于解决粮食危机具有重要作用。 转基因食品美国已经吃了 6 年，我们已经吃了3 年，没有见过有一个人吃了有什么不好的结果－－中国农业大学校长陈章良 技术不断改进，出现的问题可以得到解决

44 反对方： 转基因生物必须被禁止－－绿色和平组织
生物体和自然环境具有复杂性，有些影响还需要经过长时间才能表现和监测出来现在没有大问题并不等于未来不出大问题，一旦问题出现一切都迟了（如DDT、六六六等） 。 2000年3月，联合国粮农组织发出警告：“为了减少将毒素从一种生命形式转移到另一种生命形式的风险，降低产生新毒素或将可以导致过敏症的化合物从一个物种转移到另一个物种的可能性，我们必须保持小心谨慎的态度。”

45 七、公众的知情权与选择权 转基因生物的安全性还没有定论，面对转基因食品公众有知情权与选择权
欧盟 15 国采取了强制性的标识制度，转基因成分的含量超过 0.9% 必须要标识。而且，含转基因产品的食品标签要说明，基因从哪来，是什么基因，基因的供体、受体、载体是什么，都要讲清楚。 韩国从 2001年3月份开始标签，要求转基因的成分超过3% 实行标签，比较松。 日本也有标签制度，日本要求是5%，是全世界最松的一个标签 2002年3月20日，我国《转基因生物标识管理办法》法规正式施行。

46 知情权实现艰难？ 2003.3月，国际绿色和平组织公布了对我国港、穗、京、沪地区的食品抽查结果：首批有 13 种食品被查出含有转基因成份
皇室营养麦片、佛蒙特咖喱、忌廉蘑菇汤、多力鸡蛋豆奶粉 ( 维他型 ) 、贝蒂妙厨妙脆角魔力碳烧、贝蒂妙厨妙脆角原滋原味、雀巢巧伴伴 、嘉宝全麦肉桂饼干、雀巢美极翡翠白玉汤等。 香港的食品中检测到欧盟禁止进口供人类食用的转基因“抗农达玉米”成份

47 雀巢事件 雀巢公司的产品“雀巢巧伴伴”被 媒体爆光，检测里面含有转基因 的成分，因此遭受到了严重的信 任危机 媒体批评雀巢公司采取了双重标准，因为雀巢公司在欧洲承诺，所有的食品不含转基因成分。 上海有位消费者已正式向法院起诉，上告雀巢公司

48 我们每天都在吃转基因食品？ 我国每年进口大豆1500万吨，其中约1000万吨为转基因大豆 （油菜籽、玉米、马铃薯、西红柿） 豆腐、豆浆、豆芽、酱油、薯片、方便面、大豆油、菜籽色拉油等很可能含转基因产品 啤酒、雪糕、奶粉、咖啡……???

49 八、生物安全有关法规和管理 1993 年，国家科委发布《基因工程安全管理办法》，提出了转基因的申报、审批、安全控制。
1996年月，农业部发布了《农业生物基因工程安全管理实施办法》，是要登记，要审查。 1999年，国家环保总局发布了《中国国家生物安全框架》，提出了国家在生物安全方面的政策体系、法规框架，风险评估、风险管理技术准则等。

50 2001 年 5 月 23 日国务院，公布《农业转基因生物安全管理条例》，对农业转基因生物进行了定义，规定研究、试验要取得安全证书；生产、加工要取得生产许可证；经营要取得经营许可证；要求在中国境内销售列入目录的农业转基因生物要有明显的标志，要标识。所有出口到中国来的转基因的生物以及加工的原料，都需要中国颁发的转基因生物安全证书，如果不符合要求，要退货或者销毁处理。 该条例只能管到农业，管不了与此相关的制药业、环保，更管不了食品加工——而这三项恰恰是和公众利益关系最密切的

51 2002年3月20日，农业部发布了三个配套的管理办法。
2002年4月8日，卫生部也发布了《转基因食品卫生管理办法》，从 2002 年 7 月 1 号实施，也是对所有的转基因食品要求标识。 总体上，法规多，但实施不太有力。

52 九、小结 转基因植物是一个全新的技术产品，目前科学水平还不能准确地回答它对人类健康和生态环境是否有不良影响。 科学是一把双刃剑
呼唤有志之士投入生物安全性研究

53 十、生物安全研究的热点问题与展望 综观转基因生物发展形势，权衡其利弊，可以预见： 一个符合伦理道德的转基因生物研究领域即将规范。
一个适合转基因生物研究的安全管理框架正在形成。 一个可操作性强的生物安全技术体系将日趋完善。 一个庞大的生物技术产业必将沿着健康的道路发展，造福于全人类。

54 The End

55 国外转基因植物研究进展 发展进程 1983年 首批转基因植物（烟草、马铃薯）问世 1986年 首批转基因植物（抗虫和抗除草剂） 进入田间实验
1983年 首批转基因植物（烟草、马铃薯）问世 1986年 首批转基因植物（抗虫和抗除草剂） 进入田间实验 1994年 首例转基因植物产品（耐贮存番茄） 进入市场 1996年后 产业化迅速发展

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57 10年间(1996-2005)全球转基因作物种植面积增长近53倍，累计种植面积已达4. 746亿公顷(合71
10年间( )全球转基因作物种植面积增长近53倍，累计种植面积已达4.746亿公顷(合71.19亿亩)，相当于我国耕地面积的3.75倍。

58 大豆60% 棉花28% 油菜18% 玉米14% 全球四大转基因作物种植情况 (2005年) 147 总种植面积(百万公顷)
转基因作物种植面积 91 35 26 大豆60% 棉花28% 油菜18% 玉米14% 全球四大转基因作物种植情况 (2005年)

59 产值效益（市场销售额，美元） 2005: 52.48亿 2004: 46.63亿 2001：32.35亿 1999：27.03亿
2005: 亿 2004: 亿 2001：32.35亿 1999：27.03亿 1998：19.73亿 1997：8.42亿 1996：1.15亿

60 全球转Bt基因农作物种植面积 (百万公顷,2005年)
% (近1/3)

61 玉米 (12个): 美国、阿根廷、加拿大、南非、菲律宾、西班牙、乌拉圭、洪都拉斯、葡萄牙、德国、法国、捷克
批准种植转Bt基因作物的国家 (共18个) 玉米 (12个): 美国、阿根廷、加拿大、南非、菲律宾、西班牙、乌拉圭、洪都拉斯、葡萄牙、德国、法国、捷克 棉花（8个): 中国、印度、墨西哥、美国、阿根廷、南非、哥伦比亚、澳大利亚 水稻 (1个): 伊朗 （加下划线为同时种植转Bt和抗除草剂基因作物的国家）

62 抗虫棉的育成带动我国转基因 植物研究走向产业化

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64

65 89% 11% 2005

66 抗病虫转基因水稻蓄势待发

67 二化螟 ( Chilo supressalis)
三化螟 (Tryporyza inceryulas) 稻纵卷叶螟 (Cnaphalocrocis medinalis)

68 转基因（Cry1A ) 对照

69 June 24 July 15 July 26 July 31

70 科丰1号(TeA/ Minghui 81) 据调查统计，种植转基因水稻每公顷可使农民增收676元（增产406元，减少农药投入270元）。若实现产业化，2010年可少用农药40万吨，生产者与消费者总收益可增加343亿元。 （科丰2号(TeA/ Minghui 86)

71 抗病虫转基因水稻的开发将对我国农业生产和生物技术的发展产生巨大影响
国内市场需求迫切 技术成熟，未发现生物安全问题 有利于抢占市场先机和高技术发展前沿