第三十章 轉基因食品的安全性及檢測
第一節 概述
一 、轉基因食品的概念
根據卡塔赫納生物安全議定書(Cartagena Protocol on Biosafety)協議中定義；轉基因技術(genetically modified
technique)是指使用基因工程或分子生物學技術(不包括傳統育種、細胞及原生質體融合、雜交、誘變、體外受精、體細胞變異及多倍體誘導等技術)，將遺傳物質導入活細胞或生物體中、產生基因重組現象，並使之表達並遺傳的相關技術。轉基因生物(genetically
modified
organisms，GMOs)是指遺傳物質通過轉基因技術改變、而不是以自然增殖或自然重組的方式產生的生物，包括轉基因植物、轉基因微生物和轉基因動物三大類。
轉基因食品(genetically modified
food，又稱基因改性食品，GM食品)是指用轉基因生物製造或生產的食品、食品原料及食品添加劑等。它是通過一定的遺傳學技術將有利的基因轉移到另外的微生物、植物或動物細胞內而使它們獲得有利特性，如增強動植物的抗病蟲害能力、提高營養成分等，由此可增加食品的種類、提高產量、改進營養成分的構成、延長貨期等。通俗地說，就是將植物、動物或微生物的基因從細胞中取出並插入到另外的生物細胞中去，以獲得某些有利特性的新生物，由這些生物製成的食品或食品添加劑就是轉基因食品。目前批量商業化生產的轉基因食品中90％以上為轉基因植物及其衍生產品，因此，現階段所說的轉基因食品實際上主要是指轉基因植物性食品。轉基因植物性食品與傳統食品的主要差異在於前者含有來源於其他生物體的外源基因。
二 、轉基因食品的主要作用
1953年，Crick和Watson對生物遺傳物質DNA雙螺旋結構的揭示，極大地促進了現代生物技術的發展。20世紀70年代初由於發現了能夠在特異位點切開DNA的限製性內切酶和連接DNA的連接酶，使科學家們能夠將不同的DNA片段組裝在一起，並在其中加入能調節基因在不同時間和不同組織表達的DNA序列，這就為轉基因食品的研究奠定了基礎。1983年，科學家們通過對膿杆菌進行改造，將T—DNA上的致瘤基因切除，代之以外源基因，通過實驗證明了可以將外源基因轉人植物基因組，並從轉化細胞再生成完整的可育植株。至此，世界上第一例轉基因植物誕生。
1989年，美國政府批準在奶牛中使用重組牛生長激素(rBST)，以增加奶牛的產奶量。1993年，美國FDA批準Calgene公司研製的F1avr
savr延熟番茄進入商業化。此後，各國批準商業化的轉基因食品迅速增加，在1996至2005年的十年間，全球累計增加的轉基因作物(僅指官方登記認可的，包括非法栽培的轉基因作物)價值為300億美元。轉基因作物的主要種植國家為美國、加拿大和阿根廷，其種植麵積約占全世界的99％。美國的轉基因作物種植麵積達4000萬公頃，加拿大l
280萬公頃，阿根廷750萬公頃，澳大利亞、墨西哥、西班牙、法國、南非合計達10萬公頃以上。而全球全部轉基因生物產品(包括農作物、藥品等)總產值從1984年以來以每年25％的速度增長，至2005年已經達500億美元之巨。轉基因技術極大地提高了農業的勞動生產率，被科學和產業界稱之為第二次“綠色革命”。
目前，轉基因食品無論在數量上還是在品種上都已具備廠相當的規模。美國已經有43種動、植物轉基因產品通過FDA認證，超過60％的加工食品含有轉基因成分，其銷售額超過100億美元。超過50％的大豆、超過40％的玉米和小麥為轉基因產品。與轉基因有關的食品達7000種，包括嬰兒食品、巧克力、冷凍甜品、麵包、人造奶油、香腸、肉類及代肉類產品等。
轉基因作為一項新興的生物技術，利用基因工程改良的作物在提高產量，改善品質，增強植物耐旱、抗寒、抗鹽堿，提高植物抗病蟲害等諸多方麵都有非常廣闊的應用前景。轉基因食品是一個有巨年內，全球人口將比目前增加大市場潛力的產業。從長遠看，據專家估計，今後40年內，全球人口將比目前增加50%。為此，糧食產量必須增加才能解決世界人口吃飯問題。而隨著城市化程度的提高75%才能解決世界人口吃飯問題。而隨著城市化程度的提高，可耕地的麵積不斷萎縮，加劇了世界的糧食危機。利用基因工程改良農作物，是解決這一問題的重要途徑之一。
三 、轉基因食品的研究與發展
自20世紀80年代以來，生物技術產業蓬勃發展，特別在醫藥、農牧業、食品等方麵，已經取得了巨大的經濟效益和社會效益。20世紀90年代以來，隨著基因組計劃的發展，除了傳統應用領域以外，生物技術不斷融入食品、化工、能源、自動化和計算機等領域。
1983年世界上第一例轉基因作物(煙草)在美國培育成功，1994年美國又是世界上第一個批準轉基因番茄進行商業化的國家，此後，轉基因植物的研究得到了迅速發展。1986年全世界隻有5項轉基因植物獲準進入田間實驗，1992年增加到675項。從1987年到1999年1月底，美國共批準了4779項轉基因農作物進入大田實驗；其中僅1998年一年內就批準了1077項，增加速度之快，超出人們預料。目前，不僅許多重要的雙子葉植物(馬鈴薯、番茄、根用甜菜、油菜)通過轉基因技術得到了修飾，並且單子葉植物(水稻、玉米)被轉基因進行遺傳修飾的數量也在逐年增加。世界各國已批準商品化生產的轉基因作物有l00多個品種，包括大豆、玉米、棉花、水稻、番茄等，用這些轉基因作物生產加工的轉基因食品達4000餘種。2000年全球種植麵積達到4420萬hm2，2001年在有激烈爭議的情況下種植麵積仍比上年增加19％，達到5260萬hm2。其中，轉基因大豆種植麵積為3330萬hm2，占轉基因作物總麵積的63％；其次為玉米，980萬hm2，占轉基因作物總麵積的19％；麵積較大的還有棉花和油菜，
1996年開始，國際上一些大公司，如美國的孟山都公司(Monsanto)、德國的赫司特公司(Hoechst)、瑞士的諾華公司(Novartis)，都看中了轉基因植物的商業價值，圍繞農業生物技術展開了激烈的競爭。大企業的參與，無疑大大加快了農業領域生物技術研究開發及產業的發展速度。
轉基因食品的快速發展
在過去的五年即1996—2000年，全球轉基因食物的生產和利用超出了當初預料，全球轉基因食品的商業化種植情況可從以下情況一窺端倪：2000年全球轉基因作物種植麵積是4420萬hm2，相當於英國國土麵積的2倍。而且在1996至2000年的5年間，種植轉基因作物的國家數量亦翻了一倍多，從1996年的6個，到1998年的9個，1999年的12個和2000年的13個國家。目前，這13個國家中有8個是工業化國家，5個是發展中國家。截至2000年，發展中國家轉基因糧食的種植麵積也連年增加：從1997年的年遞增14％，到1998年的16％，1999午的18％，直至2000年24％的增長率：由此可見，在2000年，全球轉基因作物種植麵積4420萬hm2中的大約1／4，即1070萬hm2，種植在發展中國家。相對而言，歐洲處於觀望狀態，發展較慢。
我國生物技術研究和產業化的成就
我國生物技術研究起步較曉，但發展迅速，我國政府對這一新興高科技領域一直給予高度的重視。近十幾年來已建成一批國家重點實驗室、工程研究中心等研究開發基地，為生物技術健康發展提供了較好的條件。目前正在實施的國家科技攻關計劃、“863”計劃、自然科學基金、火炬計劃等科技及產業發展計劃，均把生命科學和生物技術列為優先發展的對象。特別是1986年啟動的“863”計劃．成為我國生物技術發展的重要裏程碑。列入“863”計劃生物技術領域的重大研究項目有12個，包括100多項研究課題。在“863”計劃帶動下，生物技術研究在我國迅速發展，生物技術開發體係逐步在農業、醫藥、輕工業、環境和海洋等領域形成，取得了一係列輝煌成就。
（一）農業轉基因生物的研究成果
20世紀80年代初，美國最早開始進行轉基因食用作物的研究，1996年美國人又最早將它們推上商業化的進程。世界上眾多國家也都緊隨美國之後開始對轉基因食品進行研究並使得部分研究成果進行商業化運作。目前世界各國正在商業化或接近商業化的研究成果主要在以下幾個方麵：
①美國枚邦公司已育成了抗營養因子(如寡糠、水蘇糖、棉子糖和半乳糖等)水平較低的大豆新品係。在大豆油品質改良方麵，他們也取得若幹新進展。目前這種新品係已開始大規模種植。
②在1998年舉行的第二屆國際農業生物技術大會上，美國科學家Prakash博士報告了利用轉基因技術改良甘薯蛋白含量及品質方麵的進展。他們將人工合成的富含人體必需氨基酸的礦藏蛋白基因整合到甘薯基因組後，兩個轉基因品係的貯藏蛋白含量比對照增加2.5—5倍，而且產量也略有增加。
③市宜諾斯文利斯遺傳工程與分子生物學研究所的專家們利用農杆菌介導法已創建了16個轉基因馬鈴薯新品係，每個新品係均具有2個不同的抗病毒、抗真菌或抗細菌病基因，其中抗歐文氏菌(Erwinia)病的轉基因新品係已在智利和巴西進行田間試驗。
④木薯是世界上繼水稻和玉米之後的第三大熱量來源植物，是非洲國家的主食之一。目前，木薯產量因真菌、細菌和病毒病的危害而徘徊不前。10年前，國際熱帶農業和生物技術實驗室(ILTAB)、國際熱帶農業研究中心(CITA)和木薯生物技術網絡共同發起了木薯基因組計劃，旨在利用分子生物學手段加速木薯的品種改良。至今，該計劃已定位了300多個分子標記，而且已利用ILTAB創立的農杆菌介導體係將抗木薯花葉病毒基因和另一種表達複製酶的抗病基因導入到木薯基因組中，並得到了轉基因植株。如果能將這些新品係應用於大田生產的話，預計木薯可增產10倍，達80一100t/hm2。
⑤目前，香蕉的轉基因研究主要集中於提高抗病性和可食疫苗上。最近，比利時科學家在前人的研究基礎上，已將編碼抗Mycophaerellafijiensis
(香蕉最嚴重的真菌病害)的基因整合到香蕉的基因組中，預計不久即可合成首例抗病轉基因香蕉品係。同時、位於紐約的boyceThom
Pson植物研究所正致力於利用香蕉生產抗腹瀉和諾沃克(NowalLk)病毒疫苗的研究。
⑥德國最近種下了一批轉基因葡萄植株，這是德國首次允許試種用於釀酒的轉基因葡萄。黴菌是決定葡萄酒質量的重要因素，過去．釀造業一直通過品種雜交來改善抗黴菌性能，但這樣會影響上乘葡萄酒的純正口味。德國利用植物轉基因技術進行葡萄育種，經過近10年的試驗，已培育出能抗黴菌的轉基因葡萄。
（二）我國農業轉基因生物的發展與現狀
早在1984年組織“七五”科技攻關項目時，出於對糧食問題的重視，我國已經對農業生物技術給予足夠關注，1986年啟動“863”高技術規劃也將農業生物技術列為優先發展項目。當時基礎較好的領域是植物組織培養技術，如莖尖脫毒快速繁育技術已應用於防治馬鈴薯退化和一些花卉植物的改良，利用花藥培養單倍體已培育出一批水稻、小麥、煙草等新品種，原生質體或愈傷組織再生技術在煙草、胡蘿卜、油菜等作物的育種中已獲得成功。
到1990年“七五”計劃結束時．我國已經掌握了轉基因植物的全套技術，包括目標基因的分離、克隆、Ti質粒所介導的表達載體的構建、三親本交配轉化及目標基因表達的檢測，還獲得了抗TMV煙草、抗CMV番茄、抗蟲煙草等轉基因植物。基礎較好的花藥單倍體選合技術和莖尖脫毒快速繁育技術得到大麵積推廣，獲得了重大的經濟效益。
1991—1995年“八五”期間，農業生物技術在應用基礎研究和應用研究方麵取得了全麵的進步。利用花藥培養單倍體或染色體工程和無性係變異等方法培育並審定了小麥、水稻、油菜、甘蔗新品種共18個，累計種植麵積達120萬hm2。植物快速繁育的生產規模和植物種類大幅度增加，形成年產千萬多抹香蕉組培苗、1．33—2萬hm2無毒矮化蘋果種苗、5萬株無毒葡萄種苗的市場。
“八五”期間的轉基因植物得到很大發展。首先，轉基因植物的目的基因涉及抗病毒、抗細菌、抗鹽堿、抗蟲、抗除草劑等性狀，改良品種的轉基因包括抗軟化、雄性不育、改良營養品質等的相關基因(群)。其次，建立了多種轉化手段，如國際上新湧現的農杆菌Ti和Ri、基因槍、激光、電激、花粉管通道、子房注射等轉化手段。第三，受體植物已從模式植物煙草擴展到重要的糧食和經濟作物，如水稻、玉米、棉花、番茄、辣椒、木瓜、甜菜、大豆，乃至木本的楊樹。
1996—2000年“九五”期間，農業生物技術在深度和廣度上取得了新進展。這充分地反映在基礎研究的加強與新目的基因的克隆和分離、產業化開發的規模擴大、新研究領域的擴展等方麵。
在基礎研究和新目的基因的克隆、分離方麵，在近幾年開展核酸掃描、基因定位和克隆技術、植物分子生物學研究的基礎上，我國已獲得一批新的或具有自我知識產權的新基因，如與水稻抗細菌、馬鈴薯富含賴氨酸蛋白，水稻胰蛋白酶抑製劑，天麻抗真菌蛋白，菊芋抗蟲凝集素，水稻耐寒、耐鹽堿相關等性狀相關的基因，並已初步獲得抗病、抗蟲或改良品質的轉基因水稻、玉米、煙草以及花人植物(如白掌、紅掌、菊花、非洲菊等)。此外，韌皮部或果實中特異表達或誘導性啟動子的分離，外源基因在體內表達的調控．從模式植物基因文庫中篩選目的基因等基礎工作也都取得了較好進展。
在產業化開發方麵，已湧現出10多種有實用價值的轉基因植物進入大田試驗，有些已推廣或商業化。如抗CMV及TMV的煙草和抗鱗翅目害蟲棉花，已各有3.33—6.66萬hm2以上的種植麵積；抗成熟和軟化的番茄，抗CMV的甜椒和番茄已商品化；抗螟蟲水稻、抗鱗翅目害蟲楊樹、抗病毒馬鈴薯已進入大田試驗。由於組培苗優勢逐漸被廣大農民接受，加上國家農林產業市場不斷擴大，我國大規模組織培養快速繁育技術(簡稱組培快繁)“九五”期間又有新的進展，如脫毒的ELISAI檢測技術廣泛應用於香蕉、草營、甘蔗等果樹快繁生產，產量已達年產133．33—200萬hm2；各類花卉組培苗也年產達幾幹萬株，其中出口美國、荷蘭、日本、馬來西亞、新加坡等國約千萬餘株。近一兩年，配合國家長江、黃河上遊水土保持、退耕還林政策，竹類和木本植物組培決繁迅速崛起，有500~1000萬株／年的市場潛力。粗略估汁，全國百餘家組培廠家，年總產量達1．5億株以上。
利用動植物(特別是植物)為反應器生產藥物和工業原料近年來在國際上相當活躍，已經進入可實際應用的準批階段，我國在這些方麵還十分薄弱，有些甚至是空白。我國開始步入該領域的有轉促紅細胞形成素(EPO)和人乙肝表麵抗原(HbsAg)基因並高效表達的轉基因山羊，用核移植和體細胞克隆技術已克隆出7~8頭；霍亂菌毒素B亞單位基因轉入煙草和胡蘿卜後已能較高水平表達，並有相當免疫原性；葡萄中有潛在抗癌功能的三羥基反式芪合成酶基因已轉入煙草和番茄。
中國自主研究開發，並經過安全性評價，批推商品化生產的轉基因作物，主要是轉基因抗蟲棉，種植麵積10多萬hm2。目前，我國的轉基因植物47種，其中7種進入大田實驗，轉基因農作物田間試驗和商品化生產的麵積已位居世界第4位。1998年以來，科技人員把除草劑的基因轉移到40多個稻種上，研製出一大批基因雜交水稻。他們經過分析，確認轉基因稻米與普通的大米一樣，無毒無害，不會對動物的生長發育產生不良影響。從中國水稻研究1999年9月24日舉行的轉基因水稻成果展示會上傳出消息，我國首創的轉基因水稻已經走出實驗室，完成了大田示範。
我國轉基因動物及其產業化研究正呈現“加速度”發展的態勢。轉基因動物研究及運用轉基因動物乳汁生產基因藥物的乳腺生物反應器技術，因其成本低、周期短、效益高等顯著特點，而受到廣泛關注。“九五”期間，國家“863”高技術計劃及許多省市已將這項研究列為重點研究項目，並己取得了重大進展。1998年2月，廣海市兒童醫院、上海醫學遺傳研究所和複旦大學遺傳學研究所合作，研製出中國第一頭特異表達人凝血因子的轉基因羊，並以首創的新技術路線、將國際同行的轉基因羊研究的成功率提高了10多倍，向轉基因羊的批量生產，也向“動物藥廠”的構建，邁出了舉世矚目的可喜一步。1999年2月19日，上海醫學遺傳研究所成功地培育出中國第一頭轉基因試管牛，這頭牛中導入了人體蛋白基因。現在，我國已成功獲得了轉基因小鼠、魚及轉基因豬、羊、雞等具有快速生長能力或有抗病力的家畜、家禽種係；轉基因動物產品主要是藥物，如幹擾素；另外還有6種植物用轉基因微生物產品，3種動物用轉基因微生物產品。
四 對轉基因食品安全性的爭議
（一）轉基因生物安全問題的由來
20世紀60年代末，Berg教授開始了對猴病毒的研究，他設想， 病毒是高等動物病毒，可通過這一病毒將外源基因導入真核生物。例如，采用
病毒作的載為細菌體，將細菌導入高等生物。按照這種設想，
和他的同事們經過艱苦的努力和繁雜的實驗終於將來自細菌的一段病毒的基因連接起來了，獲得了世界上第一個重組分子，為此獲得了諾貝爾獎。這項研究成果標誌著人類跨入了一個科學的新紀元，人們可以利用現代生物技術在分子水平上來改造生物體，進而可能從此改造整個世界。隨著這項研究工作的深入展開，對其意義和危害的爭論也醞釀著並逐漸拉開序幕。1971
年6 月在冷泉港舉行的一次生物學會議上Berg和他的同事介紹了他們正在從事的研究工作，並計劃將已得到DNA分子轉化到真核細胞中，這引起了一些生物學家的關注與思考
。隨後，冷泉港實驗室的一位年輕微生物學家Robert
Pollack打電話給Berg，提醒他正在研究的猴病毒SV40是一種小型動物的腫瘤病毒，它能將人的細胞轉化為類腫瘤細胞，如果這些研究材料擴散到自然界中，並成為人類致癌因素的話，將導致一場災難。
1973年6月13日在美國新罕布什爾州舉行的一次核酸會議，被稱為Gordon會議。會議討論了細菌限製性內切酶在DNA操作中的作用，當Berg介紹完他與Cohen合作，將來源不同的基因切割、拚接成基因雜合體的工作後，到會的許多生物學家感到非常興奮。但同時，也有一批生物學家也對即將到來的大量基因工程操作和改變表示了擔憂，呼籲成立專門委員會管理重組的研究工作，並製定相應的指導性法規。委員會提出如下四條建議：
①
暫時禁止兩類實驗的進行，一類是關於製造新的、能自我複製的有潛在危險的質粒實驗。這類質粒可能將抗生素的抗性轉入其他微生物，或將毒性轉入無毒菌。第二類是將癌基因或其他動物病毒基因與質粒或其他病毒基因相連的實驗。全世界科學家都應自覺遵守，直至有合適的方法來評價和控製其可能的危害。
② 對將動物DNA和質粒或噬菌體DNA相連的實驗要慎重考慮。
③ 呼籲美國國立衛生研究院(NIH)建立一個顧問委員會，來負責評價重組DNA的風險性，尋找降低這種風險性的途徑．製定準則來指導關於重組DNA的研究。
④ 在1975年召開一次國際性會議，從事這方麵研究的科學家共同來討論如何對待重組DNA分子可能帶來的危害。
這次小型的討論會給全世界範圍內的生物學發展帶來很大的影響，尤其是它導致了1975年Asilomar會議的召開。
（二）轉基因生物安全引起國際科學界的高度重視
轉基因技術以驚人的速度得到了發展，關於轉基因生物安全性問題也一直爭論不休，各種相關的正式和非正式討論也很多，然而，1975年Asilomar會議的精神和宗旨至今仍有極其重要的指導意義。生物安全的風險性確實是一種綜合的、長期的效應。創新是科學技術發展的原動力，是科學家應具有的一種素質，轉基因技術的建立是生物學發展史上所取得的革命性成就。同時，理性思考和高度責任感又是科學家更應具有的一種崇高品德．是科學技術能朝正確方向發展的一種保障。轉基因生物大規模應用於生產實踐之前，應開展係統、深入和長期的安全性評價研究工作，並確保轉基因生物對人畜和環境是安全無害的。
對於轉基因技術生產的新醫藥已得到了廣泛的應用，發揮了常規藥物難以替代的重要作用，拯救了許多人的生命，因此，人們對此已基本接受．很少存在非議。目前人們對轉基因技術進行激烈爭論主要集中在轉基因食品(GMF)上。一方麵轉基因農作物在不斷進入商業化的進程，顯示它在解決糧食短缺與人口膨脹危機中的重要作用，另一方麵，轉基因作物在產業化方麵出現的負麵效應引起廣泛風波，同時也引起人們對它安全性的更加關注。人們經常將以前發生的兩起產生了不良後果的常規育種事件來思考轉基因食品的安全性問題，其中一起事件是巴西一名蜜蜂研究學者無意中把非洲一個非常猖狂的蜜蜂和巴西一種溫和的蜜蜂交配，結果釀成了大禍；另一起事件是在十年前，歐洲農作物甜菜和野生的甜菜物種自然交配，給農作物種植者帶來了十分棘手的麻煩：雜種甜菜的根長成木頭一樣，不僅沒有產糖的價值，反而破壞了許多農用機械。
在轉基因農作物產業化方麵出現過諸如CaMV 35S啟動子的風波。幾乎所有用於農作物的轉基因技術都使用了菜花嵌合病毒(Cauliflower mosaic
virus，CaMV)的啟動子。但是，有學者最近撰文提出CaMV啟動子是個非常危險的基因啟動子。Ho.Ryan和Cummins等認為CaMV
35S啟動子可以從GMO植物中轉移到綠藻、酵母、大腸杆菌和人體內，並進一步引起大規模基因組DNA的重組，導致細胞癌變。另外CaMV
35S啟動子還可以激活在人體內潛在的乙肝病毒。但大多數植物基因工程的科學家們認為上述學者的觀點毫無根據，其理由是菜市場上10％的菜花會被自然野生的由CaMV感染，通常一個被感染的細胞含有十萬個病毒，人類過去食用和消耗過大量的野生CaMV啟動子，出此基因轉移的啟動子也不該對人類和環境造成格外的損害。Leaver(Chris
Lever，University of