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。     

转基因水稻基因流的发生与生态学后果

中国是水稻的起源中心之一,分布着丰富的野生种质资源.自转基因水稻获得安全证书以来,转基因水稻与其近缘野生种间的基因流受到广泛关注.本文对转基因水稻基因流的发生及其可能引起的生态学后果进行了综述和展望.认为转基因水稻能够与栽培稻、野生稻、杂草稻、稗草等成功杂交,但基因流发生频率较低且变化较大.基因流成功发生后,由于转基因水稻具转基因新性状而有适合度优势,转基因可能只通过少数几代就进入野生种群.当转基因植株进入野生种群并在自然条件下长期存在时,转基因植株与近缘野生种间的竞争关系和相对适合度将决定混合种群的动态变化.研究转基因水稻基因流的影响及其长期生态学后果对合理保护与利用野生种质资源具有重要意义.     

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.     

苦参凝集素蛋白基因转化水稻的研究

以水稻杂交品种‘云资粳41号’为受体材料,通过农杆菌介导法将苦参凝集素蛋白基因(SFL)导入水稻细胞,采用氯酚红法和PCR检测外源基因是否整合到水稻基因组中。结果显示:外源基因成功转入水稻基因组,并获得一批转基因水稻植株;转基因植株叶片离体接种稻瘟病菌的检测结果显示,转基因植株与对照(非转基因植株)相比有明显的抗性,证明SFL基因在水稻中得到表达。研究表明,基于SFL基因所具备的广谱抗菌作用,可以预期所得转基因水稻植株很可能对水稻的多种病原菌具有良好的抗性,为选育新的抗稻瘟病水稻新品种以及拓宽栽培稻抗病遗传基础增加抗稻瘟病基因奠定了基础。     

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cry1Ab/1Ac,cry1C,cry2A基因水稻对田间稻纵卷叶螟及其捕食类天敌的影响

在转Bt基因水稻商业化之前需要评价其对靶标害虫及其天敌的影响.本研究连续2年在3个地点调查了3种转Bt水稻材料和非转基因水稻田间稻纵卷叶螟为害情况,稻纵卷叶螟及其4种捕食类天敌的种群密度、相对丰富度和种群动态.结果表明,水稻材料对卷叶率和稻纵卷叶螟幼虫种群密度有显著影响.非转基因水稻田间卷叶率显著高于3种转Bt基因水稻田.在调查期间,不同地点3种非转基因水稻田间稻纵卷叶螟幼虫的种群密度以及它在植食类功能团内的相对丰富度均显著高于3种转Bt基因水稻田.水稻材料、水稻材料×调查日期、水稻材料×调查年份、水稻材料×调查日期×调查年份对稻纵卷叶螟幼虫的种群动态均有显著影响.但是,3种转Bt基因水稻材料和非转基因水稻田间4种捕食类天敌的相对丰富度、种群密度以及种群动态基本没有显著差异.从上述结果可推论,转Bt基因水稻中的Bt蛋白能明显抑制稻纵卷叶螟的发生,但对4种捕食类天敌没有显著影响.     

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。     

东乡普通野生稻与栽培稻苗期抗旱性的比较

干旱影响水稻生长发育,不论什么时期发生最终都导致产量损失。研究水稻资源抗旱性有助于水稻抗旱改良和稳定干旱胁迫下水稻的产量。东乡普通野生稻被公认为是栽培稻的祖先,对增强水稻抗旱性可能十分重要。对4份来自3个仅存的居群的东乡野生稻与15份栽培稻进行苗期抗旱性比较,考察了3次重复的盆栽土培试验中8个抗旱指标。表明东乡普通野生稻比栽培稻更为抗旱,表现在最大根长、茎长、根干重、根鲜重、根干鲜重比及抗旱指数等6个性状,而不表现在根数及根茎长比;其中茎长、最长根长、根干重、根鲜重及根系相对含水量对水稻苗期抗旱性影响更大。采用抗旱指数和抗旱总级别值法对水稻抗旱性进行评定,结果表明4份东乡野生稻材料间的抗旱性存在很大差异,且来水桃树下居群的抗性最高,东乡野生稻抗旱性可能与其原生境状况有关。结果认为东乡普通野生稻可作为栽培稻抗旱改良的遗传资源。     

水稻抗褐飞虱基因研究和利用现状

稻褐飞虱（Nilaparvata lugens Stal）是一种单食性水稻害虫,根据其对水稻品种的危害,可分为生物型1、2、3、4等类型。它对亚洲各国水稻生产造成极大危害。实践证明,利用抗虫品种是防治稻褐飞虱最经济有效的方法。本文综述了稻褐飞虱的生物学特征和分布、生物类型,着重介绍抗稻褐飞虱基因的研究和利用现状,并对今后开展抗稻褐飞虱基因研究提出几点建议。     

杂草稻叶绿体籼粳分化的多重PCR分析

通过分析籼稻93-11和粳稻培矮64S的叶绿体全基因组,优化和构建了籼粳分化的叶绿体分子标记ORF100和ORF29-TrnC^GCA的多重PCR。应用这个多重PCR对200余份世界各地杂草稻和其它水稻材料进行分析。结果表明:杂草稻中有明显的叶绿体籼粳分化,表现出明显的地域性,且与传统的中国栽培稻的南籼北粳能较好的对应。推测粳型杂草稻可能是栽培稻突变或粳型水稻(作母本)与其它类型水稻材料杂交而形成的。     

转基因植物环境安全评价策略

构建完善的转基因植物环境安全评价技术体系是保障转基因生物产业健康发展的重要组成部分。本文综述了转基因植物环境安全评价技术发展历程与趋势,归纳了转基因植物环境安全评价的思路与内容。转基因植物环境安全评价应分为潜在风险分析、风险假设验证、风险特征描述等3个步骤,并采用逐层评价模式;安全评价应贯穿转基因植物新品种研发与产业化全程,包括应用前预测、研发中筛选、推广前评价、推广后监测。此外,基于科学性和个案分析原则,本文对复合性状、非生物胁迫抗性等新型转基因植物环境安全评价策略进行了探讨。     

实验动物与生物安全

实验动物是从事科学研究、教学、生产、检定等的重要工具和支撑条件.随着科学技术的飞速发展,科学研究中使用的实验动物和实验用动物的种类、品系越来越多,生物安全问题已经明显地威胁到生物多样性、生态环境和人类健康.本文分析了实验动物的潜在生物安全危害,探讨了实验动物生物安全管理方面存在的问题并就应对实验动物生物安全提出了一些建议.     

转cry1Ab/vip3H+epsps基因粳稻对非靶标害虫稻叶蝉田间种群的影响

转基因作物可能带来的风险之一是对非靶标生物尤其是非靶标植食者产生潜在的影响。本研究采用吸虫器取样法, 通过在浙江长兴2地点3年的试验评价了新型抗虫/耐除草剂转cry1Ab/vip3H+epsps基因粳稻（G6H1）及其亲本对照（秀水110, XS110）对稻叶蝉田间种群动态的影响。结果表明： 叶蝉类主要有黑尾叶蝉Nephotettix cincticeps (Uhler)、 二点叶蝉Cicadula fascifrons (Stål)和电光叶蝉Deltocephalus dorsalis Motschulsky组成, 其中黑尾叶蝉是优势种。虽然3种叶蝉的种群密度随着地点和年份的不同有所不同, 但是转基因水稻对3种叶蝉种群密度的年度变化均没有显著性影响。少数年份, 黑尾叶蝉成虫、 若虫及其两者总密度的时间动态在转基因水稻和对照田之间存在差异, 大多数年份, 趋势一致且无显著差异 （P>0.05）。另外, 二点叶蝉和电光叶蝉种群的时间动态在转基因水稻和对照田之间也相似。综合评价认为, 本供试转基因水稻品系G6H1对稻田稻叶蝉种群无明显的负面影响。     

宠物与生物安全

宠物伴随人类文明已有数千年的历史。随着我国经济的增长和人们生活水平的不断提高,宠物饲养已日益普遍化。宠物种类和数量不断增加的同时,宠物的生物安全问题,已经明显地威胁到生物多样性、生态环境及人类健康。本文分析了宠物的潜在生物安全隐患,探讨了宠物生物安全管理方面存在的问题并提出了宠物生物安全的应对的措施。     

培育具有安全选择标记或无选择标记的转基因植物

转基因植物中选择标记的安全性已成为植物基因工程研究的热点之一。从两个方面可以解决转基因植物中的选择标记问题。一是选用安全的正向选择标记,主要是与糖代谢和激素代谢相关的基因。二是构建能去除选择标记基因的转化系统,主要有共转化系统、双T-DNA边界载体系统、位点特异性重组系统和转座子系统等。这些植物基因工程的方法将有助于培育安全的转基因植物。 Abstract:The bio-safety of selective markers in transgenic plants has been a hot spot in the field of plant genetic engineering.To solve the problem of selective markers in the transgenic plants,two means of producing transgenic plants have been developed.One is the utilization of bio-safe positive selective markers which are genes mainly related to metabolism of auxins and carbohydrates.The other is the establishment of transformation systems allowing marker genes to be eliminated from the transgenic plants,which include co-ransformation,double T-DNA border vectors,site-specific recombination and transposition.All these approaches of plant genetic engineering will benefit breeding transgenic plants with bio-safety.     

研究开发燃料油植物生产生物柴油的几个策略

能源短缺和环境污染是目前人类社会所面临的巨大挑战, 而生物柴油的应用和推广正是现阶段解决能源替代问题的较佳手段。现今国外生物柴油产业发展十分迅速, 产量逐年增长, 而我国的生物柴油产业才刚刚起步。本文介绍了极具潜力的5种木本油料植物麻疯树(Jatropha curcas)、光皮树(Cornus wilsoniana)、文冠果(Xanthoceras sorbifolia)、黄连木(Pistacia chinensis)和欧李(Cerasus humilis)和1种野生草本油料植物海篷子(Salicornia bigelivii), 进而提出运用转基因技术提高燃料油植物种子含油量的优势, 归纳总结了生产生物柴油的4种不同工艺。最后建议政府应对燃料油植物种植和生产加工产业实施补贴和免税等扶植政策。本文对我国生物质能源产业的发展提供了有价值的实施策略, 具有重要的借鉴和参考价值。     

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。     

研究开发燃料油植物生产生物柴油的几个策略

能源短缺和环境污染是目前人类社会所面临的巨大挑战,而生物柴油的应用和推广正是现阶段解决能源替代问题的较佳手段。现今国外生物柴油产业发展十分迅速,产量逐年增长,而我国的生物柴油产业才刚刚起步。本文介绍了极具潜力的5种木本油料植物麻疯树（Jatropha curcas）、光皮树（Cornus wilsoniana）、文冠果（Xanthoceras sorbifolia）、黄连木（Pistacia chinensis）和欧李（Cerasus humilis）和1种野生草本油料植物海篷子（Salicornia bigelivii）,进而提出运用转基因技术提高燃料油植物种子含油量的优势,归纳总结了生产生物柴油的4种不同工艺。最后建议政府应对燃料油植物种植和生产加工产业实施补贴和免税等扶植政策。本文对我国生物质能源产业的发展提供了有价值的实施策略,具有重要的借鉴和参考价值。     

Impact of insect-resistant transgenic rice on target insect pests and non-target arthropods in China

Progress on the research and development of insect-resistant transgenic rice, especially expressing insecticidal proteins from Bacillus thuringiensis （Bt）, in China has been rapid in recent years. A number of insect-resistant transgenic rice lines/varieties have passed restricted and enlarged field testing, and several have been approved for productive testing since 2002 in China, although none was approved for commercial use until 2006. Extensive laboratory and field trials have been conducted for evaluation of the efficiency of transgenic rice on target lepidoteran pests and potential ecological risks on non-target arthropods. The efficacy of a number of transgenic rice lines currently tested in China was excellent for control of the major target insect pests, the rice stem borers （Chilo suppressalis, Scirpophaga incertulas, Sesamia inferens） and leaffolder （ Cnaphalocrocis medinalis）, and was better than most insecticides extensively used by millions of farmers at present in China. No significantly negative or unintended effects of transgenic rice on non-target arthropods were found compared with non-transgenic rice. In contrast, most of the current insecticides used for the control of rice stem borers and leaffolders proved harmful to natural enemies, and some insecticides may directly induce resurgence of rice planthoppers. Studies for developing a proactive insect resistance management of transgenic rice in the future are discussed to ensure the sustainable use of transgenic rice.     

Recent advances in rice biotechnology--towards genetically superior transgenic rice

Rice biotechnology has made rapid advances since the first transgenic rice plants were produced 15 years ago. Over the past decade, this progress has resulted in the development of high frequency, routine and reproducible genetic transformation protocols for rice. This technology has been applied to produce rice plants that withstand several abiotic stresses, as well as to gain tolerance against various pests and diseases. In addition, quality improving and increased nutritional value traits have also been introduced into rice. Most of these gains were not possible through conventional breeding technologies. Transgenic rice system has been used to understand the process of transformation itself, the integration pattern of transgene as well as to modulate gene expression. Field trials of transgenic rice, especially insect-resistant rice, have recently been performed and several other studies that are prerequisite for safe release of transgenic crops have been initiated. New molecular improvisations such as inducible expression of transgene and selectable marker-free technology will help in producing superior transgenic product. It is also a step towards alleviating public concerns relating to issues of transgenic technology and to gain regulatory approval. Knowledge gained from rice can also be applied to improve other cereals. The completion of the rice genome sequencing together with a rich collection of full-length cDNA resources has opened up a plethora of opportunities, paving the way to integrate data from the large-scale projects to solve specific biological problems.