转基因植物与生物安全性.ppt

第六章 转基因植物与生物安全 主要内容： 什么是转基因植物？ 转基因植物发展概况 转入的基因有哪些？ 转基因植物与生物农药的关系 转基因植物的安全性 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。 一、转基因植物 转基因作物的优越性： 利用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。 增加产量 改良营养价值和风味 减少农药使用 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 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 转基因作物商业化迄今已经19年， 二、转基因植物发展概况 2011年全球共有29个国家的1670万名农民 种植了1.6亿公顷的转基因作物，占全球耕 地的10% （据国际农业生物技术应用服务 组织(ISAAA) 。 美国批准12种转基因作物可进行商业生产。 2011年，美国有6900万公顷转基因作物，占其可 耕地面积43%，包括玉米（86%） 、大豆（93% ）、棉花（93%） 、油菜（90%） 、甜菜、苜蓿 、番木瓜、南瓜等。 80%的包装食品都使用转基因作物。 美国： 1996年到2009年美国转基因作物的种植百分率 巴西、加拿大、中国和印度转基因作物的种植比率 新西兰批准55种转基因作物进人市场，包括 大豆、油菜、玉米、土豆等。 2010年，德国、瑞典通过种植一种含优质淀 粉的土豆重启转基因作物栽培。 截至2010年，有59个国家批准转基因作物可 用于食物和饲料 89% 11% 2005 抗虫棉的育成带动我国转基因植物研究走向产业化 中国： 对照转基因（Cry1A ) 抗病虫转基因水稻蓄势待发： 截至目前，我国批准了转基因生产应用安 全证书并在有效期内的作物有棉花、水稻 、玉米和番木瓜。 转基因水稻和转基因玉米尚未完成种子法 规定的审批，没有商业化种植。 批准进口用作加工原料的转基因作物有大 豆、玉米、油菜、棉花和甜菜。 BT杀虫蛋白基因（Cry） 蛋白酶抑制剂基因（PI） 淀粉酶抑制剂基因（AI） 昆虫毒素基因（ 蝎毒、蜘蛛毒） 三、转基因植物涉及的主要基因 1、抗虫基因 外源凝集素基因 植物凝激素基因：P-lec, GNA, PTA 水解酶基因 几丁质酶 氧化酶基因 多酚氧化酶 抗虫棉花 几丁质酶基因 -1，3-葡聚糖酶基因 2、抗真菌基因 3、抗细菌基因 抗菌肽基因（柞蚕） Cecropin B基因 转黄瓜抗青枯病基因的甜椒 （1）植物编码的抗病毒基因 u商陆抗病毒蛋白（PAP基因） （pokeweed antiviral protein） uN基因 控制坏死斑反应的基因 uPR蛋白基因 病程相关基因 （pathogenesis-related protein） 4、抗病毒基因 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 （2）病毒编码的基因 干扰素基因、核酶基因、抗体基因 （3）其它基因 1）抗除草剂基因 aroA基因（抗草甘膦） bar基因（抗双丙氨膦） 5、抗非生物胁迫基因 脯氨酸合成酶基因(抗旱) 甜菜碱合成酶基因(抗旱,耐盐) 2）其它基因: 转鱼抗寒基因的番茄 6、与品质相关的基因 乙烯合成酶(EFE)反义基因(耐储藏) GBSS基因（granule- bound starch synthase） （颗粒结合淀粉合成酶基因：马铃薯). 脂肪含量高 含-胡萝卜素 四、转基因植物与生物农药的关系 问题： 哪些转基因植物可以归为生物农药？ 抗除草剂转基因植物是不是生物农药？ 英国作物保护委员会对生物农药并没有给出具体的定义 ，根据来源把生物农药分为5类 1. 天然产物：来自微生物、植物和动物 2. 信息素：来自昆虫、植物等 3. 活体系统：包含细菌、真菌、病毒、原生动物、线虫 4. 天敌昆虫：捕食性昆虫和寄生性昆虫 5. 基因：来自微生物、植物、动物 EPA(美国环境保护局)界定的生物农药包括： (1) 微生物农药(指活体微生物)； (2) 生物化学农药（包括信息素、激素、天然的昆虫 或植物生长调节剂、驱避剂以及作为农药活性成分的 酶）； (3) 某些矿物质等的低风险农药，如芥籽油、碳酸氢 钠（苏打）等在用作农药时也归入生物农药类别； (4) 转基因植物。 我国农药管理部门对生物农药的界定类似于EPA 生物 农药农药 生物体农农 药药 动动物体农药农药天敌敌昆虫、捕食螨螨、转转基因昆虫等 植物体农药农药转转基因植物 微生物体农药农药真菌、细细菌、病毒、线线虫等 生物化学 农药农药 植物源生物化学 农药农药 植物毒素、植物内源激素、防卫卫素 、蛋白激发发子、植物源昆虫激素、 异株克生物质质等 动动物源生物化学 农药农药 昆虫信息素、毒蛋白、毒素、糖类类 激发发子等 微生物源化学农农 药药 抗生素、毒蛋白、蛋白激发发子、糖 类类激发发子等 生物农药的分类体系： 张兴等，西北农林科技大学学报，2002，30(2):142-148 植物-农药（plant-pesticides）：主要指表达农 药活性的转基因植物。 以控制有害生物为目的的转基 因植物属于农药的范畴！ 五、转基因植物的生物安全性 转基因植物是否安全? 一直是争论的焦点 1. 转基因植物安全风险 两个方面: 一是环境安全性 二是食品安全性 *33 绿色和平组织绿色和平组织 将转基因食品将转基因食品 妖魔化妖魔化 指转基因植物大规模释放到环境中， 由于基因漂移、自然选择和人为因素, 造 成生长失控、危害其他生物、物种异化和 生态失衡等后果。 环境安全风险 （1）对非靶标生物造成伤害 u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。 u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。 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。 （2）增加有害生物的抗性 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。 （3）杂草化 转基因生物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。 （4）对生物多样性和生态环境的影响 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。 （5）对生态环境的影响 有害生物侵染或取食转基因作物的过程中， 所转外源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。 （6）产生新的有害生物 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。 （7）对土壤微生物群落和土壤肥力的影响 指转基因活生物体及其产品作为食品，可 能对人体产生某些毒理作用和过敏反应。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。由于人体内生物化学变化 的复杂性，有些影响还需要经过长时间才能表 现和监测出来。 食品安全风险 1）外来基因产生的新的蛋白可能会带来过敏性或 毒性； 2）作为标记基因的抗生素可能在有机体内导致对 抗生素的抗性,对疾病防治产生隐患； 3）基因被破坏或其不稳定性将会带来新的毒素。 食品风险的来源: 斑蝶事件（美国，转基因玉米花粉,食后造成44%黑 脉金斑蝴蝶死亡） 2.转基因植物的生物安全问题实例 人们置疑Bt玉米是否会 杀死有益昆虫、破坏生 态环境，认为这并不能 反映田间的情况。 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” 事实上，这种油菜在喷施另一种除草剂2,4-D后即被全部杀死。 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 。 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。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。 墨西哥玉米污染事件： 巴西豆过敏事件： 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； 中国Bt抗虫棉事件： 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。 技术不断改进，出现的问题可以得到解决 国际基因安全大争论 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） 。 科学是一把双刃剑 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。 抗虫棉的推广： 1992年我国棉花主产区棉铃虫灾害爆发，棉花产 业陷人虫害困境举步维艰 美国转基因抗虫棉乘虚而人，1998年孟山都公司 垄断了中国棉花市场份额的95%。 1999年国产转基因抗虫棉产业化推广，中国成为 了世界上第二个成功拥有抗虫棉的国家 迄今，国产转基因抗虫棉所占的市场份