适合度分析对转基因逃逸潜在环境风险评价的意义

转基因作物的全球大规模种植引起了全世界的广泛关注甚至争议。经过遗传改良并具有自然选择优势的转基因作物进入商品化种植,可能将带来环境生物安全的顾虑。在这些生物安全的顾虑中,转基因通过花粉介导的基因漂移向栽培作物的野生近缘种逃逸及其导致的潜在环境风险,就是世人最为关注的环境生物安全问题之一。包括中国在内的许多国家,在转基因作物进行商品化生产之前都必须对转基因逃逸及其带来的潜在环境风险进行严格评价。按照风险评价的框架,转基因向野生近缘种逃逸及其带来潜在环境风险的评价包括3个连续的步骤:1)检测转基因漂移到作物野生近缘种的频率;2)分析转基因在野生近缘种中的表达;3)确定转基因对野生近缘种群体适合度和进化潜力的影响。大量基因漂移的研究结果已表明,转基因通过基因漂移向栽培作物邻近的野生近缘种群体逃逸难以避免,而转基因也会在作物的野生近缘种群体中正常表达。因此分析和评价转基因为野生近缘种带来的适合度效应,对于转基因逃逸及其环境风险的评价至关重要。对适合度的概念及其进化意义进行介绍,并对如何利用转基因的适合度效应分析转基因逃逸的环境风险,以及对此类环境风险进行研究和评价的具体方法予以介绍。上述知识和方法的掌握将有助于人们对转基因作物环境生物安全及其评价的全面理解。     

杂交-渐渗进化理论在转基因逃逸及其环境风险评价和研究中的意义

转基因作物的商品化生产和大规模环境释放, 引起了全球对生物安全问题的广泛关注和争议, 其中转基因通过花粉介导的基因漂移逃逸到非转基因作物及其野生近缘种, 进而带来不同类型的环境风险就是备受争议的生物安全问题之一。有效的生物安全评价和研究能够为转基因作物的安全持久利用保驾护航。按照风险评价的原则, 对于转基因逃逸及其潜在环境风险的评价应包括两个重要步骤: (1)检测转基因向野生近缘种(包括杂草类型)群体逃逸的频率; (2)确定逃逸后的转基因能否通过遗传渐渗在野生近缘种群体中存留和扩散。杂交－渐渗是进化生物学中非常重要的科学命题和普遍的自然现象, 杂交－渐渗的进化理论与转基因逃逸及其潜在环境风险的研究和评价有密切的关系。杂交－渐渗过程往往导致物种形成、适应性进化和自然群体的濒危与灭绝, 这是因为在杂交－渐渗过程中, 不同的机制如遗传同化作用、群体湮没效应以及群体的选择性剔除效应等都会在很大程度上影响群体的进化过程。转基因通过杂交－渐渗进入野生群体, 使这一过程更加复杂化。如果转基因能提高群体的适合度, 则更有利于其渐渗速率, 从而在群体中迅速扩散并带来一定的生态后果。杂交－渐渗的进化理论和思想将有益于指导转基因逃逸及其潜在环境风险的研究和评价。     

转基因植物的环境生物安全：转基因逃逸及其潜在生态风险的研究和评价

转基因作物的商品化生产和大规模环境释放在带来巨大利益的同时,也引起了全球对其生物安全问题的广泛关注和争议,其中转基因通过花粉介导的基因漂移逃逸到非转基因作物及其野生近缘种,进而导致的潜在环境和生态风险就是备受争议的生物安全问题之一。转基因植物的环境生物安全涉及两方面关键问题：如何科学评价转基因植物商品化种植以后带来的环境和生态影响;如何利用环境生物安全的研究成果来制定科学有效的风险监测和管理措施。对转基因逃逸及其潜在生态风险的科学评价应包括三个重要环节：（1）检测转基因的逃逸的频率;（2）检测转基因逃逸后的表达和遗传规律;（3）确定逃逸后的转基因对野生近缘种群体适合度的影响及其进化潜力,本文将围绕对转基因逃逸及其潜在环境风险的科学评价,以转基因水稻为案例来对转基因逃逸带来生态影响的研究好评价的进展进行简要介绍,并对目前依据风险评价研究成果制定的各种管理策略进行了讨论。只有提高对转基因生物环境安全研究和评价的水平,并制定有效的风险监测和管理措施,才能为我国转基因技术的发展和转基因产品的商品化应用保驾护航。     

转基因栽培稻基因漂移是否会带来环境生物安全影响?

转基因通过基因漂移可以渐渗到作物的野生近缘种,由此而导致的环境风险是全球广泛关注的生物安全问题.有3个关键因素可以决定环境风险的程度:特定空间距离的转基因漂移频率,转基因在野生近缘种中的表达水平,以及转基因为野生近缘种群体带来的适合度效应.本文将根据现有研究结果,从上述3方面对转基因漂移到非转基因栽培稻、杂草稻和野生稻造成的潜在环境影响进行回顾.栽培稻品种之间的基因漂移频率很低,可以通过空间隔离或其他方法使其降低到可忽略的水平.在共同分布的环境中,栽培稻基因(包括转基因)向杂草稻和野生稻的漂移不可避免.尽管抗虫转基因(Bt或Bt/CpTI)在栽培稻和野生近缘种杂交后代中可以正常表达,但由于在低虫压环境中,抗虫转基因不会明显改变野生近缘种的适合度,抗虫转基因漂移所造成的环境影响十分有限.因此对基因漂移而言,抗虫转基因栽培稻的商品化种植应该比较安全.然而,抗除草剂转基因渐渗到杂草稻或野生稻会改变群体的适合度,可能会引起不可预测的环境后果.     

转基因逃逸及其环境生物安全评价研究进展——抗虫水稻案例分析

转基因技术研发为提高我国水稻产量和减少劳动力投入提供了巨大机遇。我国对转基因水稻研发进行了大量的投入,目前已培育了具有不同新性状的转基因水稻品系,许多品系已进入生物安全评价阶段。风险评价对转基因水稻的安全生产至关重要,是其商品化生产之前必须解决的问题,其中包括转基因逃逸及其潜在环境影响。对水稻抗虫转基因逃逸及其潜在环境风险的评价包括3个重要环节：（1）通过田间试验和模型模拟检测转基因漂移到非转基因栽培稻及其野生近缘种的频率;（2）检测转基因在栽培稻和野生近缘种后代中的表达;（3）确定转基因对野生近缘种群体适合度和进化潜力的影响。大量研究表明,在近距离的空间范围内栽培稻品种之间的基因漂移频率很低（〉0.1%）,但栽培稻与其野生近缘种的基因漂移频率变异很大。进一步研究还表明,Bt抗虫转基因在栽培稻与普通野生稻后代中均能正常表达,但在其不同生长阶段,表达量有很大变异。在有较高水平的害虫虫压下,含有抗虫转基因的栽培稻及野生近缘种杂交后代与不含转基因的对照相比,抗虫性显著提高且适合度利益明显;但是,在虫害发生水平较低时,含有抗虫转基因的群体与不含抗虫转基因的群体相比没有显著的适合度优势。综上,转基因逃逸到非转基因水稻的频率极低,并且可以通过空间隔离阻断其逃逸。虽然抗虫转基因向杂草稻以及与栽培稻距离较近的野生稻群体的逃逸无法避免,但是野生稻和杂草稻群体周围环境中的总体虫压较低,所以基因漂移带来的环境影响应十分有限。     

我国转基因水稻商品化应用的潜在环境生物安全问题

转基因水稻的研发和商品化应用将为提高我国水稻的生产力提供新的机遇,并缓解我国的粮食安全问题.转基凶水稻的人规模环境释放和商品化生产可能会带来一定的环境生物安全问题,处理不好会影响转基因水稻的进一步研究和发展.通常所指的环境生物安全问题主要包括以下几个方面:(1)抗生物胁迫转基因对非靶标生物的影响及效应;(2)外源基因向非转基因作物和野生近缘种逃逸及其可能带来的生态后果;(3)转基因作物对农业生态系统、土壤微生物以及生物多样性的潜在影响;(4)抗生物胁迫转基因的长期使用导致靶标生物对转基因产生抗性等.为了安全有效和持续利用转基因生物技术及其产品,有必要对转基因水稻的环境生物安全性进行科学评价.基于风险评价的原则,本文对转基因水稻在我国商品化生产和大规模种植可能带来的环境生物安全问题进行了理性分析,希望为我国转基因水稻商品化应用的决策和生物安全评价提供科学依据.     

转基因水稻外源基因向近缘种群漂流和渐渗的研究进展

水稻是我国最重要的粮食作物之一,我国有8亿以上的人口以稻米作为主食。但在水稻生产中,由于病、虫、草害及不良气候等逆境因子的影响,严重制约了水稻的高产、稳产。转基因生物技术的迅速发展,为水稻抗性育种提供了新途径。自20世纪80年代以来,我国全方位地开展了转基因水稻的研发,目前已经培育出大量的抗病、抗虫、抗除草剂和抗逆的转基因水稻品种,这将为提高我国水稻的生产力和确保粮食安全做出重要的贡献。但转基因水稻的基因漂流及其可能带来的生物安全问题备受关注。已有报道证明,外源转基因可以通过异交向非转基因品种和野生近缘种漂流。在不同的试验条件下,抗除草剂基因有0．05％-0．53％逃逸的可能,其向不育系的最大漂移频率可达4．518％。抗虫基因向相邻非转基因水稻的平均漂移频率最高为0．875％。因此,本文对水稻与其近缘野生种的杂交情况,转基因水稻外源基因向非转基因品种、野生近缘种以及野生非近缘种的漂流和渐渗及其潜在的生态环境风险等方面进行了简要分析,并对转基因水稻的发展进行了展望,以期为转基因水稻的安全应用提供参考。     

生物安全评价系列之一:转基因漂移会影响环境吗?

正在众多的环境生物安全问题中,转基因是否可以以花粉为媒介漂移到非转基因作物品种以及环境中的野生近缘种?这种转基因遗传物质的漂移是否会带来负面的环境影响?这些都是公众最为关注的环境生物安全问题。转基因生物技术的发展和转基因农作物的商品化,为缓解全球的环境污染和粮食安全问题做出了不可磨灭的贡献。但是,转基因农作物的大规模商品化种植也引发了公众对转基因生物安全的     

转基因油菜的基因流及生态风险

综合评述了转基因油菜的基因流及其生态风险.油菜作为最早的转基因作物之一目前已在加拿大和澳大利亚大面积商业化应用.(常)异花授粉作物油菜的天然异交率可达30%左右,也易与其它芸苔属作物杂交,因此转基因油菜的生态风险已引起各国科学家的高度重视.转基因油菜主要通过与其野生近缘种的花粉交换和与非转基因油菜的花粉交换两种方式进行花粉的输出.基因可能逃逸到相关野生近缘种,但在大田环境下能够得到杂种的可能性很小;由于基因的漂流在油菜田块间确实存在,因此在种植转基因油菜的过程中必须考虑其间隔距离.     

关于建立植物转基因飘流状况国家和省级地理信息系统的建议

转基因逃逸是转基因作物环境释放的主要潜在生态风险,一旦把转基因和它的地理信息结合起来,地理信息系统（GIS）就成为监控转基因逃逸的理想工具,首先,可以根据转基因作物商业化生产情况建立一定数量的观察站,并在特定的地点和时间内检测野生近缘植物和其它一些相关植物中是否存在转基因,这样就可以获得在特定的地区和时期内转基因逃逸的大致状况,然后在此基础上,可以建立地区（省）或国家级转基因逃逸地理信息系统,国家级系统可能在风险管理中更有实际意义。     

Bt/CpTI转基因稻及其非转基因亲本对照在间隔种植条件下的转基因漂移

随着转基因技术的迅速发展,越来越多的转基因作物被培育出来。转基因作物的外源转基因通过花粉传播向非转基因作物的漂移,会影响非转基因作物品种的种子纯度,从而可能导致一系列生物安全问题。为了研究转基因栽培水稻(Oryzasativa)中的外源转基因通过花粉介导向非转基因水稻品种逃逸的可能性及其频率,我们选用3个含双价抗虫基因(Bt/CpTI)的转基因水稻品系及其相对应的非转基因水稻亲本品种(近等基因系)进行了转基因漂移的实验。为了获取在近距离状况下转基因水稻与非转基因水稻品种之间的转基因漂移频率,采用了转基因与非转基因水稻品种间隔种植的栽培方式,分别在福建省福州市和海南省三亚市的转基因环境安全实验地进行实验,并利用潮霉素抗性筛选标记基因来鉴定转基因和非转基因稻的杂种。共检测了从非转基因水稻品种随机收获的70,056颗种子,以此计算转基因漂移频率。结果表明,在相邻种植的情况下,由这3个转基因水稻向对应的非转基因水稻品种的转基因漂移的频率比较低(0.275–0.832%)。如此近距离条件下获得的低转基因漂移频率表明,对于严格自花授粉的水稻而言,通过一定的隔离措施,能有效地降低由花粉介导的转基因漂移导致的非转基因种子混杂。     

转基因稻及其非转基因亲本对照在间隔种植条件下的转基因漂移

随着转基因技术的迅速发展, 越来越多的转基因作物被培育出来。转基因作物的外源转基因通过花粉传播向非转基因作物的漂移, 会影响非转基因作物品种的种子纯度, 从而可能导致一系列生物安全问题。为了研究转基因栽培水稻(Oryza sativa)中的外源转基因通过花粉介导向非转基因水稻品种逃逸的可能性及其频率, 我们选用3个含双价抗虫基因(Bt/CpTI)的转基因水稻品系及其相对应的非转基因水稻亲本品种(近等基因系)进行了转基因漂移的实验。为了获取在近距离状况下转基因水稻与非转基因水稻品种之间的转基因漂移频率, 采用了转基因与非转基因水稻品种间隔种植的栽培方式, 分别在福建省福州市和海南省三亚市的转基因环境安全实验地进行实验, 并利用潮霉素抗性筛选标记基因来鉴定转基因和非转基因稻的杂种。共检测了从非转基因水稻品种随机收获的70,056颗种子, 以此计算转基因漂移频率。结果表明, 在相邻种植的情况下, 由这3个转基因水稻向对应的非转基因水稻品种的转基因漂移的频率比较低(0.275–0.832％)。如此近距离条件下获得的低转基因漂移频率表明, 对于严格自花授粉的水稻而言, 通过一定的隔离措施, 能有效地降低由花粉介导的转基因漂移导致的非转基因种子混杂。     

转基因的逃逸及生态风险

转基因技术的发展为提高农作物产量和解决全球人口不断增长而引发的粮食问题带来了无限的机遇,但生物技术的应用和转基因作物的环境释放也带来了一系列生物安全问题．转基因产品是否会对植物、动物、人类健康、遗传资源和环境带来危害已成为公众关注的焦点．诸多生物安全问题中最引人注目的问题之一就是转基因的逃逸及其可能导致的生态风险．文中就转基因逃逸的可能性和逃逸的不同途径、转基因逃逸后可能导致的各种生态风险、转基因逃逸的不同控制方法以及转基因作物安全距离设立应该考虑的因素等问题进行了讨论,旨在了解转基因作物的环境释放和外源基因的逃逸可能导致的生物安全问题,以及如何控制和避免转基因逃逸．     

Gene flow的溯源及其在生物安全和进化研究中的意义

尽管gene flow源于群体遗传学和进化生物学,但已成为环境生物安全文献中常见的科学术语。花粉介导的gene flow在自然界中广泛存在并对物种和群体的进化有着特殊重要的意义。随着转基因生物技术的快速发展和转基因作物在全球范围内的广泛种植,转基因随gene flow发生逃逸及其可能带来的潜在生态进化影响已经成为环境生物安全评价和研究的重要内容,备受全球广泛关注,gene flow这个术语在我国也被频繁引用。但是, gene flow的中文术语在我国各种文献资料中存在着十多种翻译版本,这些不同的翻译版本形式不同且内容略有差异,容易给环境生物安全问题的理解和研究造成不必要的混乱。本文对gene flow的概念及其内涵进行了回顾,并对不同形式的gene flow术语在国内外相关研究领域中使用的历史溯源进行了阐述。笔者建议使用“基因流”作为gene flow在中文应用中的统一术语,这也最接近群体遗传学和进化生物学等相关著作中gene flow的原意。基于此,对基因流在转基因逃逸及其相关的环境生物安全评价以及群体遗传学和进化生物学研究方面的理论和应用意义进行了讨论。     

Geneflow的溯源及其在生物安全和进化研究中的意义

尽管geneflow源于群体遗传学和进化生物学,但已成为环境生物安全文献中常见的科学术语。花粉介导的geneflow在自然界中广泛存在并对物种和群体的进化有着特殊重要的意义。随着转基因生物技术的快速发展和转基因作物在全球范围内的广泛种植,转基因随geneflow发生逃逸及其可能带来的潜在生态进化影响已经成为环境生物安全评价和研究的重要内容,备受全球广泛关注,geneflow这个术语在我国也被频繁引用。但是,geneflow的中文术语在我国各种文献资料中存在着十多种翻译版本,这些不同的翻译版本形式不同且内容略有差异,容易给环境生物安全问题的理解和研究造成不必要的混乱。本文对geneflow的概念及其内涵进行了回顾,并对不同形式的geneflow术语在国内外相关研究领域中使用的历史溯源进行了阐述。笔者建议使用“基因流”作为geneflow在中文应用中的统一术语,这也最接近群体遗传学和进化生物学等相关著作中geneflow的原意。基于此,对基因流在转基因逃逸及其相关的环境生物安全评价以及群体遗传学和进化生物学研究方面的理论和应用意义进行了讨论。     

我国抗虫转基因杨树生态安全性研究进展

转基因树木与农作物相比, 人们更关注其长时间种植可能导致转基因扩散到周围野生近缘种。由于生长周期长, 转基因树木会增加转基因不稳定性, 对非靶标生物的影响, 靶标害虫对转基因植物产生抗性, 增加树木入侵性(杂草化), 以及由于基因漂移或基因逃逸对环境产生的负面影响或新的环境风险。过去十几年, 针对我国抗食叶害虫的两个商业化转Bt基因欧洲黑杨(Populus nigra)和转双抗虫基因741杨[P. alba× (P. davidiana + P. simonii) × P. tomentosa], 已开展了有关生态安全性方面的多项研究。本文围绕抗虫转基因树木生态安全性研究进展进行了综述。抗虫转基因杨树对节肢动物种群和群落结构产生了一定影响, 使昆虫的多样性提高, 但对土壤微生物区系未见明显影响。转基因欧洲黑杨通过花粉和种子发生的基因漂移几率很低。转基因杨树通过内生菌发生的水平转移可能会对环境造成的潜在危险也进行了评价。文章最后指出对抗虫转基因杨树农林复合生态系统开展生物安全研究的必要性。     

转基因植物中外源基因及其表达产物转移的途径

随着转基因植物商品化应用的增多,全面了解转基因植物潜在的生态风险性尤为重要。国内外对“转基因植物中外源基因向野生亲缘物种漂移的可能性”、“昆虫对抗虫转基因植物的耐受性”以及“转基因植物对生物多样性的潜在影响”等问题已进行了广泛研究。对转基因植物中外源基因及其表达产物的几种可能转移途径作了概述。着重介绍了“经花粉散布或与野生亲缘物种杂交等途径引起的外源基因转移”以及“转基因植物对土壤生态系统的影响”等方面的研究情况。此外,还对“鉴定外源基因及其表达产物存在的方法”进行了简要探讨。     

转Bt基因水稻对土壤微生态系统的潜在影响

随着转基因作物商品化应用的增多,对其进行生态风险性评价尤为重要.国内外对转基因作物中外源基因向野生亲缘物种漂移的可能性、昆虫对抗虫转基因作物的耐受性以及转基因作物对生物多样性的潜在影响等问题进行了广泛的研究.文中从Bt杀虫结晶蛋白在土壤中的残留特性、Bt杀虫晶体蛋白对土壤微生物可培养类群和土壤酶活性的影响等方面对转Bt基因抗虫水稻的潜在生态风险性进行了简要综述,以期为同类研究提供有益的信息.     

作物野生近缘种的原生境保护

作物野生近缘种是作物种质创新和品种改良的天然基因库,全球30%的作物增产得益于野生近缘种在作物育种中的利用。然而,由于生境破坏和污染、资源过度利用、盲目引种和气候变化等导致大量自然群体消失和群体遗传多样性丧失,对作物野生近缘种的繁衍和进化形成了严重威胁。原生境保护是在自然条件下对作物野生近缘种及其生态环境进行保护,维持其进化潜力,保护物种与环境互作的进化过程,是保护作物野生近缘种的重要途径之一。本文在分析国内外原生境保护政策和技术手段的基础上总结了作物野生近缘种原生境保护技术路线,综述了国内外对作物野生近缘种的原生境保护进展,并基于中国国情提出了作物野生近缘种存在的问题,探讨了未来作物野生近缘种原生境保护和野生近缘种可持续利用的发展方向和工作重点,强调把基因组、表型组和环境因子相关大数据与作物野生近缘种保护、研究和利用紧密结合,为作物野生近缘种的有效保护和高效利用提供强有力的理论和信息支撑。     

转基因植物的生态风险评价

自从１９８３年第一株转基因植物诞生以来,至今各种类型的转基因植物进入大田试验的已不计其数,近１０种转基因作物的产物已经商品化。与此同时,转基因植物向环境释放后可能带来的生态风险问题也越来越受到人们的重视。关于转基因植物的生态风险或对环境的危害,科学家提出了不同的概念和测试方法。生态毒理学的经验以及８０年代发展起来的,为作环境决策用的生态风险评价的经验可以借鉴以作转基因植物生态风险的评价。本文介绍了转基因植物对农田生态系统和自然生态系统可能带来的危害以及从基因、基因组、个体、种群以至生态系统等各级水平上危害测试的方法。对风险的判断作了详细的论述,对风险的管理也作了概略的介绍,并对生态风险评价当前发展的水平进行了讨论。