宋子葉 林秀峰 嚴(yán)一字

摘 要：抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻作為新時(shí)代基因工程的產(chǎn)物，為解決水稻蟲害、濫用殺蟲劑提高水稻產(chǎn)量等問題做出了重大貢獻(xiàn)。Bt殺蟲蛋白對害蟲具有高度特異性，因此抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻不會對人類造成危害。大量研究數(shù)據(jù)表明，與普通水稻相比，抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻在水稻固有性狀、非靶標(biāo)害蟲及其天敵影響、基因漂移風(fēng)險(xiǎn)、土壤酶活性等多方面均無顯著影響。

關(guān)鍵詞：抗蟲水稻;轉(zhuǎn)基因;安全性

中圖分類號：S511 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200430004

水稻是世界上最主要的糧食作物之一，為全世界近1/2人口提供了主食[1]。水稻結(jié)的果實(shí)叫做稻谷，稻谷脫去穎殼后是糙米，糙米碾去米糠層就是人們?nèi)粘Ｊ秤玫拇竺住２诿赘缓矸?，并含?%的蛋白質(zhì)和少量脂肪以及核黃素、鐵和鈣等營養(yǎng)元素，碾去外殼的大米營養(yǎng)價(jià)值大大降低，故而現(xiàn)代社會健康生活提倡大家平時(shí)多吃糙米粗糧。

日前國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布數(shù)據(jù)稱，我國人口已經(jīng)突破14億大關(guān)[2]，這意味著糧食問題仍然嚴(yán)峻，如何更高效地提高水稻的產(chǎn)量，這是相關(guān)科研人員及育種家重點(diǎn)研究的方向。事實(shí)上，影響水稻產(chǎn)量的因素有很多，但蟲害是影響水稻產(chǎn)量及稻米品質(zhì)的一大要素，人類很久之前就發(fā)現(xiàn)了這一影響因素，于是化學(xué)殺蟲劑應(yīng)運(yùn)而生。殺蟲劑在剛發(fā)明時(shí)，人們覺得殺蟲劑在防治害蟲等方面的效果遠(yuǎn)大于其產(chǎn)生的弊端，但是人們沒有想到，1939年米勒發(fā)明化學(xué)殺蟲劑之后，短短20a，施用量就需要提高1倍才能有效地防治害蟲。使用化學(xué)殺蟲劑防治害蟲，不僅能夠帶來農(nóng)藥殘留、污染環(huán)境等問題，更可能出現(xiàn)“超級害蟲”等極端現(xiàn)象，故而科學(xué)家們從問題的源頭出發(fā)，研究能抵抗害蟲侵襲的水稻品種。但水稻自身抗蟲基因匱乏、且利用傳統(tǒng)育種方法培育抗蟲水稻品種需要時(shí)間長，且效率低，還要依靠育種家的經(jīng)驗(yàn)以及符合條件的優(yōu)良親本等一系列條件，致使直到現(xiàn)在，都沒有依靠傳統(tǒng)育種方式成功培育出抗蟲水稻。

1 抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻的概述

轉(zhuǎn)基因技術(shù)的出現(xiàn)，為解決傳統(tǒng)育種的弊端及在培育抗蟲水稻的過程中遇到的問題提供了良好的思路。水稻自身并不具備優(yōu)異的抗蟲基因，但是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了具有良好殺蟲效果的外源基因。外源基因是指不屬于水稻自身具有的基因，如從蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis， Bt）中分離的殺蟲晶體蛋白基因和蛋白酶抑制劑（proteinase inhibitor， PI）基因等，這些外源基因成為育種工作者的“新寵”?？茖W(xué)家將這些“新寵”通過多種不同技術(shù)難度的方法，如我國較早使用的花粉管通道法、基因槍法以及現(xiàn)在較為常用的農(nóng)桿菌介導(dǎo)法等方法，導(dǎo)入到水稻體內(nèi)，并利用分子生物學(xué)方法即PCR檢測方法、Southern雜交、RT-PCR檢測、實(shí)時(shí)熒光定量PCR檢測、ELISA方法、試紙條檢測法等確定這些“新寵”外源基因在水稻體內(nèi)穩(wěn)定表達(dá)并遺傳，使水稻本身產(chǎn)生抗蟲蛋白，并結(jié)合農(nóng)藝性狀篩選，從而培育出新的抗蟲水稻品種[3，4]。如華恢1號、明恢86、Bt汕優(yōu)63、克螟稻、科豐稻等系列品系。

2 抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻的安全性

事實(shí)上，人們最關(guān)心的不是抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻是如何培育出來的，而是抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻能否食用，食用之后對人體是否有害等安全性問題。

2.1 食用安全性

目前抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻中應(yīng)用最廣泛的就是BT殺蟲蛋白，相關(guān)研究表明[3，5]，在眾多Bt蛋白中主要能起到殺蟲效果的是殺蟲晶體蛋白（ICP）和營養(yǎng)期殺蟲蛋白（VIP）。ICP中的Cry1類蛋白主要對鱗翅目昆蟲有毒性，而Cry3類蛋白主要對鞘翅目昆蟲有毒性，如對鱗翅目害蟲起主要效果的基因cry1Ab[6]、cry1Ca[7]等，對鞘翅目害蟲起主要效果的cry3A[8]、cry30Fa1[9]等。值得注意的是，這種殺蟲蛋白具有高度特異性，并只有在昆蟲腸道堿性條件下才具有活性。這意味著，這種殺蟲蛋白只有與特定害蟲體內(nèi)的特異性受體結(jié)合才能激活殺蟲活性，致使害蟲死亡，而人體內(nèi)并不具有這種殺蟲蛋白的特異結(jié)合位點(diǎn)，并且殺蟲蛋白在人體胃腸道酸性條件下不會產(chǎn)生活性，因此不會對人體造成危害。自1997年我國開始推廣種植轉(zhuǎn)基因棉花之后，到目前為止，尚未發(fā)現(xiàn)我國種植的各種轉(zhuǎn)基因作物對人體有危害或出現(xiàn)職業(yè)性過敏等癥狀。

2.2 環(huán)境安全性

近年來，眾多學(xué)者也在從事轉(zhuǎn)基因水稻的環(huán)境安全方面的研究工作，大量數(shù)據(jù)研究證明結(jié)果如下。

2.2.1 對自身性狀指標(biāo)影響

與非轉(zhuǎn)基因?qū)φ账鞠啾?，轉(zhuǎn)基因水稻在遺傳及有性生殖特性、花粉傳播方式和傳播能力、生態(tài)適應(yīng)性和生物量等水稻固有性狀和評價(jià)指標(biāo)上，均未發(fā)現(xiàn)明顯的差異[10]。

2.2.2 對非靶標(biāo)害蟲及其捕食天敵的影響

抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻對稻飛虱、谷蠹、白背飛虱、麥蛾等非靶標(biāo)害蟲的生長、發(fā)育、繁殖、寄主選擇行為及田間蟲口數(shù)量均無顯著影響或有一定的脅迫出現(xiàn)，引起非靶標(biāo)害蟲變異進(jìn)化的風(fēng)險(xiǎn)極小[11]。此外，抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻對稻田捕食性天敵的種類組成、物種豐富度和多樣性等也沒有顯著性影響，甚至在水稻生長階段的一定時(shí)期，Bt抗蟲水稻還可以增加稻田捕食性天敵亞群落的物種豐富度以及種群數(shù)量，呈現(xiàn)一定的正效應(yīng)[12]。

2.2.3 基因漂移對生態(tài)環(huán)境的影響

抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻向非轉(zhuǎn)基因水稻的基因飄流頻率很低。花粉介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因水稻基因飄流頻率，能夠在較短隔離間距下保持超低水平。目前對轉(zhuǎn)基因生物及產(chǎn)品控制最嚴(yán)格的歐盟制定的偶然混雜的閾值水平為0.9%，而轉(zhuǎn)基因水稻的基因漂流頻率低于目前世界上的最嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)。已有研究表明，對于嚴(yán)格自花授粉的水稻而言，通過一些特定的隔離措施，能有效降低水稻的基因飄流[13]。

2.2.4 抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻對土壤的影響

相關(guān)研究人員主要測定了過氧化氫酶、脫氫酶、磷酸酶（酸性和中性）、脲酶、蔗糖酶、酚氧化酶、蛋白酶等的活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，種植轉(zhuǎn)基因水稻對這些酶的活性均沒有顯著性影響[14]。

3 抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻的趨勢與展望

根據(jù)國際農(nóng)業(yè)生物技術(shù)應(yīng)用服務(wù)組織（ISAAA）2010年的報(bào)告，世界轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的種植面積于1996—2010年間增加了87倍。目前，全球已有24種轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的100多個(gè)品種被批準(zhǔn)商業(yè)化，僅2010年轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物市場銷售金額就達(dá)到了250億美元，這些數(shù)據(jù)均表明全球轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的研發(fā)和推廣是一種必然的趨勢[15]。自1989年我國第一次培育出抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻之后，我國緊跟世界轉(zhuǎn)基因研究水平的步伐，“華恢1號”和“Bt汕優(yōu)63”于2009年獲得了農(nóng)業(yè)部為轉(zhuǎn)基因水稻頒發(fā)的安全證書。2015年1月5日，抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻再次獲得由農(nóng)業(yè)部頒發(fā)的農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全證書（生產(chǎn)應(yīng)用），2018年，抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻華恢1號更是獲得了美國FDA的商業(yè)化許可[4]。這意味著，我國的抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻研究已位列世界前茅，相信不久的將來，我國自主研發(fā)的抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻品種就能進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)階段。

參考文獻(xiàn)

[1]楊春雨.淺談水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2017（01）：79-80.

[2]國家統(tǒng)計(jì)局.2019年國民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行總體平穩(wěn)發(fā)展主要預(yù)期目標(biāo)較好實(shí)現(xiàn)[DB/OL].http：//www.stats.gov.cn/tjsj/zxfb/202001/t20200117_1723383.html，2020-01-17.

[3]唐麗，譚炎寧，韓小霞，等.抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢[J].雜交水稻，2011（01）：4-9.

[4]向陽.抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻檢測技術(shù)研究綜述[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2019，25（10）：21-24.

[5]唐輝.二化螟Cry1C耐受品系的適合度及其中腸BBMV與Bt蛋白結(jié)合能力研究[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017.

[6]陳耕，何珊，韓蘭芝，等.轉(zhuǎn)cry1Ab+cry1C雙價(jià)抗蟲水稻對二化螟的抗性評價(jià)[J].中國生物防治學(xué)報(bào)，2018，34（1）71-78.

[7]焦耀宇.Bt蛋白的殺蟲活性及Bt水稻對二化螟產(chǎn)卵行為的調(diào)控作用[D].北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2017.

[8]凌飛.抗鱗翅目和鞘翅目害蟲轉(zhuǎn)基因水稻培育[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017.

[9]王海鵬，黃曉西，梁越洋，等.轉(zhuǎn)Cry30Fa1基因抗褐飛虱水稻的獲得及鑒定[J].中國水稻科學(xué)，2016（03）：256-264.

[10]湖南省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳科技教育處.轉(zhuǎn)基因環(huán)境安全性（三）[J].湖南農(nóng)業(yè)，2019（10）：42.

[11]邱良妙，劉其全，林仁魁，等.轉(zhuǎn)Bt基因水稻對主要非靶標(biāo)昆蟲的生態(tài)安全性研究進(jìn)展[J].福建農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2018（03）：326-333.

[12]傅強(qiáng)，賴鳳香，陳洋，等.抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻對非靶標(biāo)生物的生態(tài)安全性研究進(jìn)展[J].植物生理學(xué)報(bào)，2013（07）：59-67.

[13]張富麗，佟洪金，劉勇，等.無標(biāo)記基因抗蟲水稻外源基因向常規(guī)栽培水稻漂移研究[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，24（5）：1733-1737.

[14]梁晉剛，欒穎，焦悅，等.轉(zhuǎn)基因作物對土壤酶活性影響的研究進(jìn)展[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019（14）：23-25.

[15]李黎紅，葉衛(wèi)軍，郭龍彪.我國轉(zhuǎn)基因水稻研究進(jìn)展和商業(yè)化前景分析[J].中國稻米，2012（06）：5-8.

（責(zé)任編輯 李媛媛）