《转基因生物安全》PPT课件.ppt
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1、第9章 转基因生物安全,生物技术的主要内容1、基因工程2、细胞工程(在细胞水平上改造遗传结构和形状)3、微生物工程(发酵工程)4、酶工程(是利用酶的催化作用,通过适当反应器生产生物催化剂)5、生化工程(是生化反应与化学工程结合)6、基因组计划,一、基因工程及其应用,基因工程 基因工程:又称为基因(DNA)重组技术,是将某些生物体内控制其特定性状的基因作为外源基因(目标基因),按照人的意愿,经过体外重组后,再转植到另一种生物体内,使其在受体内复制、转录、翻译、表达,从而产生出人们所预期的产物或达到某种目的。,基因工程修饰生物(GMO)遗传修饰活体(LMO)转基因生物(Trans genetic
2、organism)转基因食品(GMF),多 利,安 迪,转基因植物1、转抗除草剂基因2、转抗虫基因3、抗病毒转基因植物4、抗真菌转基因植物5、抗细菌转基因植物6、抗环境胁迫的转基因植物7、植物发育调节基因工程,抗除草剂转基因,1、使除草剂作用的靶酶过量表达进行解毒,如过量表达(5-烯醇丙酮酸草酸-3磷酸EPSP)抗草甘磷(Roundup)2、改变除草剂作用靶物的敏感性;如aroA编码的EPSP对草甘磷敏感性降低;3、降解除草剂基因。如Bar基因编码的草丁磷乙酰转移酶可以降解草丁磷等除草剂。,抗病毒转基因植物,1、衣壳蛋白基因(阻止病毒脱壳)2、病毒复制酶基因(转病毒非结构蛋白基因)3、病毒核内
3、蛋白酶基因4、来自植物的抗病毒基因,抗真菌转基因植物,抗真菌基因工程难度大,近几年才对真菌与植物之间的作用机理有了初步了解,鉴定和克隆了一些真菌蛋白,完成了一些抗真菌基因的克隆。转几丁质酶基因,抗烟草白粉病和番茄枯萎病,进入试验阶段。,抗细菌转基因植物,1、转杀菌肽基因(30多氨基酸)2、转溶菌酶(lysozyme)基因(如T4溶酶体的溶菌酶基因)3、病原体自身的抗菌基因(抗细菌毒素酶基因)4、植物的抗细菌基因,抗环境胁迫的转基因植物,抗温度胁迫(低温、高温);抗水分胁迫(干旱、涝害);抗化学胁迫(盐碱、重金属、有机污染);抗环境胁迫受多基因控制,研究难度大;现在对胁迫机理研究不足,胁迫刺激的
4、接受、转换、传递机理等。现重点研究的基因有热激蛋白基因、调渗蛋白基因、胆碱脱氢酶基因,植物发育调节基因,1、控制果实成熟的转基因作物 如插入LE-ACC2合成酶基因,减低乙烯 的产生,控制番茄成熟。2、雄性不育基因工程3、改良品质的转基因植物(如含VA的水稻),转基因动物(附),将特定的外源基因导入动物染色体,使其发生整合并能遗传,产生新动物个体或品系。1990年转基因小鼠,现在大鼠、兔、牛、羊、猪等等;目的:1、培育人体器官;2、获得药物;,基因工程药物(附),把产生人们所需要的蛋白质的基因从细胞中分离出来,使它在一定的条件下合成人类所需要的蛋白质基因工程药物。1977年美国用大肠杆菌生产人
5、生长激素;美国有47种基因工程药物;中国批准包括乙肝疫苗、干扰素在内的10多种基因工程药物投入市场。,转基因作物和转基因食品概况,1983年GMO烟草和马铃薯诞生;1994年 转基因番茄商品化种植;到2000年GMO植物有35科120多种。2002年美国转基因玉米(32%),大豆 74%;转基因作物种植最多的国家(2001年):美国3570万公顷;阿根廷1180万公顷;加拿大320万公顷;中国150万公顷,转基因技术公司,孟山都(Monsanto)现名(Parmacia):2001年91%市场;先正达(Syngenta,原诺华公司);安万特(Aventis,现被拜耳收购);杜邦(Du Pont
6、);,中国转基因植物种植,1994年商品化种植抗黄瓜花叶病毒(CMV)和抗 烟草花叶病毒的烟草;1998年批准6个品种,包括抗病番茄、抗病甜椒和 耐储存番茄等;2002年3月已经田间实验的农作物22种,包括棉花、大豆、马铃薯、烟草、玉米、花生、菠菜、甜椒、小麦等。中国尚没有转基因食品批准上市;每年进口转基因大豆1500万吨以上。,二、转基因生物是“双刃剑”,1、对转基因生物的期望2、转基因生物的生物安全3、转基因生物的潜在生态风险4、转基因生物的生态安全性5、转基因生物的健康安全性6、转基因作物的不可预测效应7、转基因安全隐患的主要缘由,需要粮食、依赖生物技术,61亿人;全球土地退化面积19亿
7、公顷,即190万Km2。全球40%土地为“脆弱的旱地”;全球营养不良人口近7亿;解决粮食安全问题靠生物技术 1)粮食总量;2)提高品质(全球每年由于维生素A缺乏导致 100万儿童死亡,50万人失明。),转基因生物安全,生物安全:是指在一定时间与空间范围内,由于自然或人类活动引起外来物种迁移,外来物种定居、建群、繁衍、扩展,造成对本地物种和生态系统的威胁、危害,使之衰退、甚至退化和灭绝;或人为造成环境剧烈变化,对生物多样性产生影响和威胁;或由于掠夺开发导致物种濒危或灭绝;或生物的研究、开发、生产、应用造成对人类健康、生存环境和社会生活带来有害影响。,转基因生物的潜在生态风险,1、基因污染 如:1
8、998年加拿大Alberta的一种Canola油菜中发现有抗草甘磷、固杀草(草铵磷)、咪脞磷等除草剂的广谱抗除草剂基因;2001、2002年Natural,墨西哥玉米。2、转基因植物杂草化 1)自身转化成杂草(抗性)(转基因刺激变异、增加不确定性出现杂草);2)破坏野生近缘种的遗传多样性;3)使野生近缘种转化成杂草;4)产生“超级杂草”;,转基因生物的潜在生态风险,3、增加杀虫剂、除草剂的用量;破坏环境;4、产生新病毒(不同病毒与转基因作物病毒外壳蛋 白重组产生新病毒);5、对非目标本土生物的伤害 美国 大斑蝶(黑脉金斑粉蝶)马利筋 转基因 玉米 花粉 44%;6、侵入新栖息地通过竞争、环境胁
9、迫等危害生物多样性;7、造成营养循环、环境、地球生物化学过程的改变,如转基 因植物与根瘤固氮系统的转变;8、初级生产力的改变(改变物种的组成和结构);,转基因生物的潜在生态风险,9、食物链短、协同灭绝,破坏生态平衡 如给蚜虫饲喂GMO马铃薯后,造成蚜虫的天敌瓢虫提前死亡,生殖率降低38%。10、加速靶标生物的抗性进化;11、诱发基因转移跨越物种屏障;(德国动物学家提出):转基因技术-跨越种属界限目的基因异常活跃可以跨越种属逃逸12、GMO作物产量、品质均下降。00年美国3洲统计RR大豆比传统大豆产量下降5-10%。表达新基因浪费能量。,转基因生物的健康安全性,1988-1989 日本利用重组微
10、生物技术生产的乙色氨酸投放美国市场后引起37人死亡;1998年8月英国学者报道:老鼠食用转基因马铃薯后,引起免疫系统破坏;McDonalds,Burger King,Pringles(品客)联合抵制转基因马铃薯;2001年孟山都放弃在美国推广转基因马铃薯计划;1998年安万特开始生产星联(Starlink)玉米,仅供饲料用,2000年发现美国300多种产品中含星联玉米。为收回流入市场的星联,花费10亿美元。,转基因生物的健康安全性,2002年10月 美国 Nebraska在刚收获的大豆中发现转基因玉米这是ProdiGene公司生产的一种产胰岛素蛋白的转基因玉米 结果:270万美元大豆伏之一炬。
11、科技进步本身就是双刃剑:如昔日的革命性材料:石棉、动物骨粉、多氯联苯、氟里昂、有机氯农药、DDT(诺),今日成为过街老鼠,人人得而诛之,转基因生物的健康安全问题,、毒性问题巴西豆、马铃薯与大鼠、RR大豆中的不明基因;大豆、油菜的油中含有转抗虫、抗除草剂基因,玉米、水稻、小麦对遗传学、细胞生物学、分子生物学等只是初步了解,还有缺少代谢过程、毒理学、毒物动力学、慢性毒性、致癌、致畸、生殖功能、内分泌、免疫学等;大豆中转入核桃基因,但该核桃可引起“变态”反应。马铃薯中含有“茄碱”,转基因后可引起其含量变化。,转基因生物的健康安全问题,2、过敏性问题 引起接触者和食用者的过敏反应 成人GMO过敏率为1
12、-2%;儿童对GMO过敏率高达6-9%;过敏后使人,打喷嚏、呕吐、各种炎症、哮喘;严重时休克、血压下降、呼吸困难,如不及时抢救会危及生命。,转基因生物的健康安全问题,3、抗药性问题 在转入目标基因的同时,必须转入特定抗生素抗性(antibiotic resistance)基因作为标记基因(Marker genes)常用的有:1)抗抗生素类基因:a 氨苄青霉素抗性基因;b 卡那霉素抗性基因;c 新霉素抗性基因;2)耐除草剂基因:3)代谢类选择基因;4)报告基因 抗生素基因可以转入人畜消化系统的细菌体内,使其对抗生素产生抗性;在人口腔细菌、肝细胞、脾细胞中存在,人也产生抗性。特别值得重视的是:氨基
13、丁卡霉素,是国际储备药物,到今天还没有启用,但却被GMO捷足先登,抗该药的基因已经转入到了多种植物体内。,转基因生物的健康安全问题,4、有益成分问题 外来基因破坏食物中的有益成分。英国伦理和毒性中心研究表明:转两种耐除锈剂或抗除草剂基因的大豆中,一种抗癌物质异黄酮减少12-14%;转基因油菜中类胡萝卜素、维生素E、叶绿素均发生变化;RR大豆中木质素含量增加,生长素含量比普通大豆低12-14%,大豆质量下降。,转基因生物的健康安全问题,4、免疫力问题 转基因生物及其产品有可能降低动物乃至人类的免疫能力。1998年英国科学家披露,实验白鼠在食用GMO大豆后,器官生长异常,体重减轻,免疫系统遭到破坏
14、。,转基因作物安全隐患的缘由,1、“实质等同”的误导:实质等同(Substantial equivalence),是将GMO与非GMO进行比较,如没有发现二者之间的显著差别,就认为GMO是安全的。问题:对比极不全面;缺少毒理学、免疫学、营养学的关键指标;1999年Natural 评论“实质等同是为了给不对食品作生化和毒理学检测而创造出来的一个理由,而具有天生的反科学性”。但被不法者利用,并蒙蔽了许多消费者。,转基因作物安全隐患的缘由,2、转基因作物的不可预测性 生物技术常被描述成“谨慎的、精确的”,然而,该说法不真实,甚至是误导。不可预测效应频繁发生。转入位点、调控机理、转入拷贝数;转基因后,
15、出现基因沉默、损伤、丢失等;RR大豆、RR玉米、Bt玉米、Bt油菜被家畜拒食;食用GMO家畜体重下降,产奶量下降;转基因大豆木质素增加;RR大豆发芽率降低;,转基因作物安全隐患的缘由,3、缺乏有效的科学试验设计和标准 常采用营养试验、缺少毒理试验;多为短期试验;缺少长期试验;多以部分转基因产品试验,而非整株试验;试验中观察项目不全面,表现出的副作用,常被忽视;小规模种植,环境压力小,一些副作用不易被察觉。,三、生物安全是全球大事,1992年6月联合国环境与发展大会上签署了:里约环境与发展宣言、21世纪议程、气候变化框架公约、生物多样性公约以及关于森林问题的原则声明;生物多样性公约中就注意到了生
16、物安全。2000年1月在加拿大蒙特利尔,通过了生物安全议定书。,生物安全议定书基本内容,1、提出”实现知情条例“(AIA)条例;规定生物多样性公约成员国,在首次进口LMO之前,有权索要LMO的有关资料;有权批准、禁止或限制LMO的进口。进口国要对其生态安全、环境安全进行评估,并作必要的跟踪。LMO的进口商承担风险评估的相关费用。,生物安全议定书基本内容,2、实施范围 适用于旨在释放到野外环境中的LMO的跨国移动、运输、处理和利用。不适用的有:运输中的LMO;成员国控制使用的LMO;直接作为食物或饲料或用于加工的LMO.,生物安全议定书基本内容,3、预防原则 预防原则(预警准则):的前提是现象、
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