中国转基因水稻对健康和环境的风险

    稻米种植区域在中国非常广泛，大约有3000万公顷1，占到农地面积的1/4。转基因稻米的种植不可避免地会引申出环境安全问题。绿色和平组织的研究报告称，转基因食品对人类有潜在的危害，以下为报告全文。

　　Dr. Janet Cotter, University of Exeter, UK

　　Dr. Sue Mayer, GeneWatch, UK

　　2004年11月

　　内容概要

　　1.前言

　　本文是绿色和平关于中国转基因稻米的内容概要，这份报告主要阐述了中国的转基因稻米对人类健康、农业和环境等方面的风险。

　　我们格外关注中国转基因稻米的情况有以下两个原因：

　　如果转基因稻米获得商业化种植的批准，将成为第一例获准的作为人类主食的转基因作物。其它已经被批准商业化种植的转基因作物主要是用作动物饲料(如大豆和玉米)、纺织原料(如棉花)或是仅占饮食中很少份额(如美国的转基因木瓜)。

　　中国是稻米的原产地和生物多样性中心，是很多稻米品种和近缘物种的故乡。因此，对于环境方面的影响，如转基因品种与野生稻的杂交问题要给予特别的关注。

　　2.哪种类型的转基因稻米？

　　以下是有可能最先考虑被批准的转基因稻米品种：

　　抗虫，转Bt(Bacillus thuringiensis) Cry毒蛋白基因

　　抗虫，转豇豆胰蛋白酶抑制剂(Cowpea trypsin inhibitor, CpTI)基因

　　和抗稻白叶枯病，转Xa21稻米基因

　　3.健康影响

　　稻米在各年龄层段都是饮食中重要的组成部分，包括刚断奶婴儿吃的米粉和稀粥。因此，在对转基因稻米进行评估时我们必须非常地小心谨慎。然而，目前的转基因作物存在着很多非有意和非预期的后果，在毒性和致敏性测试方面也有很大难度，所以对转基因稻米的安全评估非常困难。

　　a.转基因技术带来的非预期变化

　　用于创造转基因植物的技术既不精确也不准确。在转基因操作过程当中，多个拷贝的外源基因或基因片断经常随机地插入作物原有的基因当中，以及造成原有基因的缺失或重排。这些情况可能导致的非有意和非预期后果包括：

　　破坏作物的原有基因及它们的正常功能，有可能导致产生不可预料的有毒或反营养物质；

　　增加或减少作物原本的毒素或致敏蛋白的表达量；

　　如果多拷贝同时存在时可能发生基因沉默，。(注：基因沉默，即转入基因在受体植物中往往不能稳定表达，有时甚至完全不表达)

　　现在已有一些转基因稻米非预期变化的相关报道，联合国粮农组织和世界卫生组织制定的食品法典准则中关于转基因技术的部分也要求考虑非预期变化。 因此，对转基因稻米的安全评估必须包括到可能的非有意和非预期后果。

　　b.致敏性，毒性和营养价值

　　转入基因的表达产物是否有毒性或致敏性，在对转基因食品的安全评估中需要非常仔细。很多人每天会进食大量的大米，因此食品安全评估一定要进行得非常严格，对转入的基因成分及其蛋白产物的最终去向要进行深入的研究。这就要求对基因及其蛋白产物在烹饪过程中的降解情况，以及它们在人体消化道中的活性表现进行评估。

　　对于Bt毒蛋白基因和豇豆胰蛋白酶抑制剂基因，还会有特别的健康问题顾虑，因此需要全面地进行分析。

　　如果抗抗生素的基因被用作基因标记物，那么透过基因转移至微生物而导致抗生素疗法失效的可能性就应成为在风险评估中的一个内容。

　　4.环境及农业影响

　　转基因稻米可能通过以下途径对环境和农业经济造成不利影响。

　　a.杂草问题

　　转基因稻米对杂草稻或野生稻的基因流(植物间通过交叉授粉而发生的基因流动)将是有害的。如果基因流将外源基因转入到杂草稻和/或红稻中，可能会增加它们的竞争优势而使其变得更为麻烦，农民将为杀死它们而施用更多的有毒化学品。例如，抗虫或抗病基因的转入将会增加红稻的竞争优势。

　　b.野生稻

　　在有野生稻分布的栽培稻种植地区，它们之间的基因流也迟早会发生。野生稻的基因库将因此而被污染，从而损害野生稻生物多样性的保育工作。转基因栽培稻与野生稻的杂交后代可能会使原始类型的野生稻种群灭没，导致它们灭绝。野生稻种的消失将是遗传资源的重大损失，这也将会威胁到未来的育种和粮食安全，因为作物育种需要依赖于多样性的遗传资源。

　　c.非转基因栽培稻

　　非转基因稻米会被基因流污染，这将危及非转基因稻米的供给，扰乱市场从而可能带来经济损失。除基因流外其它可能的污染途径还包括：

　　上季稻米。上季种植的稻米种子会在收割时留落一些在田里，并能与下一季稻米一同生长。如果上一季种的是转基因品种，而下一季的是常规品种，那么遗留在田里的转基因稻米就有可能造成污染。

　　土壤种子库。发芽之前，稻米种子可以在土壤中保存两年或更久。

　　种子储存和种子交换。

　　种子运输过程中的溢漏。

　　d.对非靶标生物的影响

　　是否会对非靶标生物产生影响是对抗虫转基因稻米评估中的一项重要内容。非靶标生物是指那些受到毒素影响却不是原本要对付的物种，它们可能直接摄入含有毒素的花粉或植物残体，也可通过间接途径，如捕食吃了毒素的昆虫。这可能会减少重要物种的数量，或是减少自然中那些帮助控制害虫的益虫的数量，从而危害到整个生态系统。

　　有科学证据，特别是来自于Bt玉米的研究表明，其对非靶标生物的间接影响是一个真实存在的问题。抗虫转基因稻米的种植也可能会带来生态上的影响，如可能会伤害到家蚕这种吐丝的经济昆虫。Bt毒素可以在土壤中积累，它对土壤生态有什么样的影响还是个未知数。对CpTI影响的研究远少于Bt毒素，但其对非靶标生物的间接影响也是一个令人担忧的问题。

　　e.害虫产生抗性

　　稻米害虫对抗虫转基因稻米的Bt毒素产生抗性也是有可能的。由于这种担心，使得人们认为要采取一定的管理措施以避免在Bt棉花和玉米身上发生这样的问题。其关键是要求建立“避难所”，即种植一定面积的非Bt作物使得对Bt敏感的种群得以生存，或是限制转基因作物的种植数量。然而，对于Bt稻米，管理措施却不那么容易被实现。因为对于很多的小农户来说，留一小块地种植不同的非转基因稻米是不太可行的。

　　而对于CpTI，就很少考虑抗性是否会影响它的效率以及如何缓和这种抗性。如何采取措施来管理害虫对CpTI的适应我们还需要仔细地评估。

　　5.结论

　　对于转基因稻米可以“安全食用”的批准还要有更为谨慎的考虑。对于占据人类食品重要构成部分(也是婴儿食品)的稻米，我们一定要有完全的把握。在食品安全评估中的主要问题是：

　　转基因可能会带来非有意的损害吗？如果它们一旦发生了又会有怎样的影响？

　　转基因会不会导致基因产物中出现有毒或致敏物质？

　　转基因稻米可能会对环境和农业经济产生如下的负面影响：

　  出现更令人头疼的杂草稻；

　　野生稻遗传资源遭受转基因的污染；

　　传统的非转基因稻米被转基因稻米污染；

　　危害非靶标生物；

　　害虫进化产生抗性而迫使施用更多的化学杀虫剂。

　　第一部份：食品安全

　　2.前言

　　最近的一些报告显示，中国正在考虑是否将要很快批准转基因稻米的商业化种植。1如果获准，这将是第一例被允许作为主食的转基因作物。其它已经被批准商业化种植的转基因作物主要是用作动物饲料(如大豆和玉米)、纺织原料(如棉花)或是仅占饮食中很少份额(如木瓜)。因此，作为亚洲人民的口粮(同时也是刚断奶婴儿的食品)，转基因稻米的种植必须格外谨慎。因为稻米种植区域在中国非常广泛，大约有3000万公顷2，占到农地面积的1/4，其对环境方面的影响也需要特别考虑，将在另文中论述。

　　以下是有可能最先考虑被批准的转基因稻米品种：

　　抗虫，转Bt(Bacillus thuringiensis)毒蛋白基因

　　抗虫，转豇豆胰蛋白酶抑制剂(Cowpea trypsin inhibitor)基因

　　和抗稻白叶枯病，转Xa21稻米基因

　　由这些性状的组合品种(被称为“堆塔效应”(pyramiding))也在被考虑批准之列。

　　这篇简报将论述这几种类型转基因稻米的现有资料及所有转基因稻米共同的可能影响，并特别强调了几个对人体健康的关键问题。

　　3.转基因稻米和食品安全

　　从平均来看，大米为中国人提供了30%的热量和19%的蛋白质。3有些人可能更多而有些人会低于这个平均水平。在其它一些国家，如孟加拉国国国国国和柬埔寨，大米提供了2/3的热量和蛋白质。稻米在各年龄层段都是饮食中重要的部分，包括刚断奶婴儿吃的米糕和稀粥。4稻米在饮食中的重要地位要求我们在对转基因稻米作评估时必须非常小心仔细。因为各人对稻米的摄取量不同，那些吃大量稻米的人群必须也考虑进来。

　　与稻米在亚洲人饮食中的主要地位相比，玉米(一种已被广泛商业化种植的转基因作物，也在人类饮食中占有重要比例)为在全世界为不同人提供了5-33%的热量，这个比例在拉丁美洲和亚撒哈拉非洲更高。5然而，转基因玉米和大豆主要被用作动物饲料，由这些作物所得出的经验不能被用来推断转基因稻米的安全性。

　　风险评估中的关键问题包括基因改造是否会带来潜在的有害的非预期变化，如果一旦发生会有哪些影响，以及通过转基因而引入的基因产物会有哪些毒性或过敏效应。

　　4.转基因技术带来的非预期变化

　　转基因技术还没有完全精准到可以将单个或多个基因插入到基因组中的某一特定位点。而是可能会插入多个考贝，插入的基因方向可能会是正向或反向，并且可能包含所用载体的基因片断，还可能出现植物基因的缺失、重排和复制。这些因转入基因引起的变异可能发生在插入的部位或是整个基因组。6不论插入基因的最初来源是什么，这类影响都可能发生。

　　通过基因枪法(particle bombardment)和农杆菌转化法(Agrobacterium transformation)获得的转基因稻米，正遭受到由该种操作带来的各种麻烦。例如，对16个由农杆菌介导转入Xa21基因的稻米转化株进行的插入DNA序列分析显示，除了应转入的DNA序列(T-DNA)外，有6株含有来自载体的多余序列，另有3株在被插入DNA的两条链上都发生了复杂的基因重排。7其中有9个品系含有不只一个考贝的Xa21基因，而插入基因随机地整合在10条不同的染色体上。遗传背景(指被转基因的稻米品种)对白叶枯病抗性的影响也非常显着，而目前还没有数据表明这种改变是否由插入位点和其影响造成。

　　最近的其它一些对农杆菌介导的转基因稻米的研究也提供了类似的证据，如发现载体DNA(在一个研究的171个样本中71个有这样的发现8)，以及T-DNA自身的重排比原来预想的要普遍得多。9有报导称T-DNA插入的位置也影响到一些转Bt基因水稻品系的淀粉粘性。10

　　有人认为当基因枪法被用在稻米上时，存在“热点”区域，即会在同一位置上转入好几个考贝11。伴随插入完整基因或基因片断会发生相当复杂的插入事件，会散布于整个植物DNA中12。在基因枪法中来自于质粒的外源DNA也能被整合进去，从而影响到其它转入基因的转录。利用最小框(minimal cassettes)介导的转基因稻米不含有外源质粒DNA，它比利用了质粒的转基因稻米要有更高含量的抗虫蛋白，也未发现有基因沉默现象13。因此有可能生产出“清白”(clean)的转基因稻米产品，并达到“最佳效果”。

　　由于转基因操作引起变异而带来的影响包括：

　　破坏植物的内源基因从而导致反常的功能——这会影响生化反应途径而可能产生不可预料的有毒物质或者反营养物质(anti-nutrients);

　　由于新基因的导入增加或减低了内源基因的活性，或调控基因被破坏(disruption)——这将会增加或减低原有有毒物质或致敏蛋白的表达水平；

　　由于多重考贝的存在，使得后代会发生基因沉默现象。

　　考虑到转基因技术会带来非预期的变化，联合国粮农组织和世界卫生组织食品法典准则(FAO/WHO Codex Guidelines)中就评估转基因食品的安全性做了特别的规定。14并且，已经有了很多关于转基因稻米的表型和农艺性状非预期变化的报导。15一个完整的转基因稻米安全评估应该包括：

　　ⅰ.进行全序列分析以确定考贝数及插入基因的整合位点(包括侧序列(flanking sequences))。为减少非预期后果变成现实的可能性，如果有证据表明转入了多余的载体DNA，发生了基因重排、缺失，或是插入原有基因序列中或附近，这样的转基因品种都不应该被批准；6

　　ⅱ.对转基因品种及其非转基因对等品种进行mRNA的对比分析，以确定是否有非预期转录的发生；16

　　ⅲ.除了对大量和微量营养物进行标准化的生化指标对比评估外，也应进行转录水平改变的概要分析。这应包括对任何有可能的新致敏原被上调(up-regulated，即浓度增加)；对已经存在于稻米中的大量和微量致敏蛋白要给予特别的注意17，以确保它们没有上调或通过其它方式的改变(如使其变得比在自然中更具致敏性)。在亚洲，对大米的过敏反应并不少见，大致分为两类主要的致敏原(见www.ifr.ac.uk/protall/DATABASE/search.html 及网站上的相关参考资料)：PAP和Glb33。

　　5.致敏性，毒性和营养价值

　　在任何对转基因食品进行的安全评估中，需要对转入基因的表达产物的毒性和致敏性进行仔细地评估。如果抗抗生素的基因被用作标记物，那么透过基因转移至微生物而导致抗生素疗法失效的可能性就成为在风险评估中的一个内容。同时，也要考虑二代植物新陈代谢可能产生的非预期影响。18例如Bt玉米的木质素产物就有所增加，若在转基因稻米中也有这样的变化将会影响到它的营养价值。19,20

　　在考虑那些可能会首先商业化种植的特定转基因稻米时，应该考虑这些对致敏性和毒性进行彻底地风险评估的原则、困难和要求。

　　4.1 致敏性

　　确定蛋白质的致敏可能性，尤其是来自于正常饮食之外的生物体的蛋白质，就为风险评估带来了特殊的挑战。这是因为我们对不同蛋白质造成过敏的机制了解得太有限，所以我们不可能百分之一百准确地预知某种蛋白质是否有致敏性。21在联合国粮农组织和世界卫生组织对转基因食品致敏性进行评估的判断树(decision tree)中22，将引入基因按其来源是否已知其具有致敏性而有分别。若引入基因来源于一种会导致食物过敏的生物，风险评估将集中于是否存在序列同源性(sequence homology)，并用对基因来源过敏的病人的血清对该基因发达的蛋白是否过敏来进行后续评估，无论基因的来源是普遍过敏原或只是特殊过敏源，评估方法都是相同的。

　　如果不知道转入基因的来源是否具有致敏性，或其从未被人类食用，则必须进行下列研究：

　　是否存在与已知致敏原(食物和环境中)的序列同源性；

　　进行目标血清扫描(targeted serum screening)，即用对与基因来源材料有关的多种过敏源过敏的病人的血清进行交叉反应；

　　胃蛋白酶抗性检测；

　　以动物模式作免疫原性测试。

　　这些就是对每种转基因稻米进行致敏可能性评估时应遵循的框架。

　　4.2 毒性

　　根据法典准则有关对转基因食品毒性评估的规定23，需要集中对与已知有毒蛋白和反营养物质(如蛋白酶抑制剂(protease inhibitors)，植物凝集素(lectins))有相似氨基酸序列的蛋白质进行评估，以及研究其对加热或加工处理的稳定性，及在有代表性适当的胃肠消化模式系统下的降解情况。如果在食品中的蛋白质与以前我们安全食用的蛋白质不同，就需要进行适当的口服毒性测试，同时顾及其在植物中已知的生物学功能。

　　然而，因为转基因稻米一旦食用对个人而言就是大量的，所以对它的食品安全评估就必须格外严格，包括要对人志愿者进行实验，以使动物实验获得的结论对人也成立，即便有可能带来负面的结果。24个一项为期14周的对小鼠饲喂Bt稻米米粉的研究显示，对小鼠的生长和内脏没发现有什么负面影响。25然而，对比用非转基因稻米米粉饲喂的情况，雌性小鼠血液的某些生化指标会有显着的变化。但研究者在讨论中说这种变化仍属于正常范围之内，但这样的实验应再重复，因为微小的变化经过长时间的积累对于敏感的个体仍会有重大的影响。动物实验通常都是很短期的(90天)，动物在生理上与人也存在很多不同。

　　目前，只有一个关于食用转基因食品对人体健康影响的科学研究，该研究关注转基因食物对微生物的基因转移。26在该研究中检测到了转基因大豆对肠道微生物的基因转移。这种情况会有什么影响目前还不能确定，但是，有一位科学家做出了这样的评论：在7个检测对象中有3个发现了基因转移事件，说明基因转移发生的概率并不像英国转基因科学评估小组认为的那么小。这项发现意义重大，对基因转移事件进行全面研究迫在眉睫。27

　　将这类研究扩展至人志愿者以了解转入基因及其表达产物的最终命运，对于评价转基因稻米是十分必要的。还应包括评估基因及其蛋白产物在烹饪过程中的降解程度，以及它们在人体消化道中的活性表现。

　　4.3 Bt毒素

　　从土壤细菌苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)中，可以分离到很多种杀虫毒素。几种编码Bt毒素的基因已经被转入到稻米中，以使它们可以抵抗鳞翅目昆虫，特别是水稻三化螟(Scirpophaga incertulas)、二化螟(Chilo suppressalis)以及一些卷叶类昆虫(Marasima spp. 和 Cnaphalocricos medinalis)。转基因Bt稻米在中国已经进行了田间试验，最有可能首先商业化种植的是转cry1Ab和、或cry1Ac基因的Bt稻米。28

　　在致敏性方面，对Cry1Ac毒素的免疫原性分析29研究表明：

　　Cry1Ac毒蛋白是一种有效的免疫原。

　　Cry1Ac毒蛋白在腹腔注射和消化道(吞服)途径都表现出免疫原性。

　　对Cry1Ac毒蛋白的免疫反应既是系统性的也是粘膜性(mucosal)的。

　　在小鼠消化道内Cry1Ac毒蛋白能与表面蛋白结合。

　　这些研究报告建议在批准转Cry1Ac基因稻米时要非常谨慎。因为Cry1Ac 基因与Cry1Ab基因的序列非常类似，这类研究对Cry1Ab毒蛋白也是适用的。而且，一项对喷施Bt农药(含有Cry1Aa和Cry1Ab毒素)工人的研究表明，他们体内产生了特别的IgE和IgG型抗体。30大量接触该种农药的工人在皮肤测试中也表现出阳性结果。

　　尽管Bt毒素在稻米烹饪后至少会部分降解失活，从而限制了它潜在的致敏性或毒性，但这需要对人志愿者进行实验来确定。实验还应该包括那些给婴儿食用的大米产品类型。因为对Cry1Ab毒素的过敏和反应通常是通过呼吸途径，农民和对转基因稻米进行加工的工人就有可能吸入这类尘埃，因此实验也要考虑他们的情况。

　　4.4豇豆胰蛋白酶抑制剂

　　豇豆胰蛋白酶抑制剂(Cowpea trypsin inhibitor, CpTI)被转入稻米中以抵抗两种螟虫：二化螟(Chilo suppressalis)和大螟(Sesamia inferens)。31

　　对CpTI致敏性的确定要给予特殊的注意。对于能抵抗加热和胃蛋白酶的致敏性蛋白已在豇豆(Vigna sinensis)32中确定，植物体内的这类防御性蛋白被认为是潜在的致敏原。33而且，谷物的胰蛋白酶抑制剂与主要的稻米致敏原PAP17在结构上也很相似。因此，确定CpTI与豇豆中已知的致敏原是否属于同族序列的研究非常必要，并且要以血清试验作为补充。

　　豇豆以及其它豆类的胰蛋白酶抑制剂在未加工食物中会是反营养物质，因为它们会抑制或降低胰蛋白酶降解蛋白质的能力34,35。对蛋白酶抑制剂的摄食会阻碍年幼动物的生长。CpTI只有在烹饪过程中充分变性失活后才不会带来问题36，如果会产生CpTI的转基因稻米或米粉在食用时未经充分加工的话，就会对蛋白质的吸收有影响。

　　一项给小鼠饲喂转CpTI基因稻米以检测免疫原性和毒物学影响的研究认为没有负面的反应。37然而，实验没有给出足够的证据证明这类负面反应不会在人身上发生。而且，饲喂小鼠这种研究方法不能认为是对人食物过敏研究的精确模式，因为这个技术还十分不灵敏。38饲喂的时间(30天)以及应用的参数也不够充分，不足以消除长期食用会产生负面后果的可能性。

　　4.5 Xa21

　　Xa21是从稻米中分离的一个基因，能抗稻白叶枯病(Xanthomonas oryzae pv Oryzae (Xoo))。Xa21基因编码的蛋白激酶在启动细胞防御反应的信号传递中发挥着作用。39与CpTI相比，Xa21不太可能有致敏性。因为该基因是在野生稻中发现的，也不太可能有毒性。所以，与Xa21有关的主要安全问题是它的转变对其它细胞功能的影响。

　　6.结论

　　对于转基因稻米可以“安全食用”的批准还要有更为谨慎的考虑。对于占据人类食品重要构成部分(也是婴儿食品)的稻米，我们一定要有完全的把握。Bt毒素具有潜在的致敏性，CpTI有可能在未经充分烹饪而被人食用从而带来负面后果，这些都要给予特别的关注。为确定转基因自身的“清白”，必须证明它们不含有任何可能带来非预期后果的外来基因。最后，人志愿者实验对于消除动物实验研究中的不确定性非常重要。对比已获批准的其它转基因作物，对转基因稻米评估的任何偷工减料都会带来比其它已经获批准的转基因作物更广泛的影响。我们必须坚持钛细竦钠拦馈?