基因工程转基因生物的安全性问题.ppt

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1、第八节 转基因生物的安全性问题,8.1 转基因植物,目前全球已拥有120多种转基因植物，其中转基因大豆、棉花、玉米、油菜、西红柿等51种转基因作物已开始商品化生产。在所有转基因作物中，转基因的大豆、玉米、棉花和油菜的种植面积占99%以上。全球种得最多的转基因作物是大豆，占全球大豆总种植面积的62%，接下来是玉米（21%）和棉花（12%）。种植转基因作物所带来的总价值估计为42.5亿美元，而在前一年则为38亿美元。,1 转基因作物种类及种植面积,1996-2001年全球转基因植物种植面积(Km2),年度,种植面积,2001年转基因植物种植面积比例,大豆63%,油菜 5%,棉花 13%,玉米 19

2、%,现在，转基因作物种植覆盖16个国家，而一年前还是13个国家。其中4个国家的转基因作物农田就占了全球总数的99%。美国保持着绝对优势地位，转基因作物种植面积为3900万公顷，占全球总面积的66%，年增长率为9%。美国国内74%的大豆、75%的棉花和30%的玉米都是转基因品种。目前，仅美国市场上就有4 000多种食品含有转基因成分，占整个零售食品的60%以上。,2 转基因作物的分布,阿根廷位居第二，种植面积为1350万公顷，占全球总面积的23%。另外两个排名较前的国家是加拿大(6%)和中国(4%)。欧洲一直是世界上与转基因作物依然保持距离的主要地区，主要原因在于欧盟有些成员国依然坚持暂缓种植转

3、基因作物。西班牙和德国两个国家的转基因作物种植面积不足10万公顷。今年7月2日欧盟有条件允许转基因产品销售：要求必须对转基因成分超过0.9%的产品予以标明。,中国政府十分重视生物技术的研究，中国正在研发的转基因作物和林木有47种，涉及的基因种类超过100种。特别是在转基因抗虫棉、转基因水稻等领域的研究成果已居世界前列，2002年，我国转基因作物种植面积突破210万公顷。从1997年至2003年，农业部已批准水稻、玉米、棉花、大豆、油菜、马铃薯、杨树等10种转基因植物进入田间释放，并批准转基因棉花、番茄、甜椒、矮牵牛花等6个转基因品种进行商业化种植。但转基因食品所占的比例很少。,3 中国的转基因

4、作物,到底我国目前有多少转基因食品？已经超过2000万吨。目前我国极少生产粮食、油料作物等转基因食品，只有一些转基因抗虫棉，但并不进入人的食物链。我国的转基因食品基本上都是进口的。排在前三位的是：大豆、玉米、油菜。我国去年进口大豆1500万吨，与国内自产的非转基因大豆数量相当。目前我国进口大豆主要用做加工原料，生产豆油、豆腐、豆奶等制品。,转基因大豆的研究主要以耐除草剂和改善大豆品质为主：耐除草剂：在美国有3个转基因大豆品种已应用，最多的是对除草剂草丁膦和草甘膦具有耐性的个品种。2002年种植面积占美国大豆的74%。可见，目前美国的大豆生产已经基本上普及了耐除草剂的转基因品种。改善大豆成分：M

5、azur等(1999)获得了种子油酸相对含量高达85%的大豆新品系，而且农艺性状优良。,4 转基因大豆,转基因玉米的研究主要集中于提高抗虫性和耐除草剂方面。在美国，转基因玉米的种植面积占玉米总种植面积的比例在35%左右。其中抗虫Bt玉米的种植面积发展最快，所占近比例最大，2002年约占玉米种植总面积的24；耐除草剂玉米占7 10之间；兼具抗虫和耐除草剂特性的转基因玉米品种种植规模仍然不大，近年来仅占玉米种植总面积的1-2。,5 转基因玉米,转基因水稻的研究主要集中在以下三个方面：提高光合效率：将C4作物玉米的PEPC基因导入水稻的基因组，从而改良了水稻的光合作用效率。提高营养品质：Ye等（20

6、00）成功地将来自其他物种的psy、cntl和lcy基因整合到水稻基因组中，解决了水稻胚乳不能合成维生素A的难题。增加抗逆性：纽约康乃尔大学的加戈等将大肠杆菌中两种负责合成海藻糖的基因导入到籼稻中。转基因水稻在恶劣环境条件下的生存能力比普通水稻更强。在我国，预计两年后，转基因水稻会得到大面积种植，转基因大米也会端上中国人的餐桌。,6 转基因水稻,抗病基因。抗病毒、抗真菌、抗细菌、抗除草剂和Bt基因。1996年美国的转基因土豆种植面积约有1万英亩，1999年增加到了5万英亩，生产可食疫苗。最近，Tacket等(1998)利用表达肠产毒性大肠杆菌热不稳定性毒素(LT)的转基因马铃薯进行了人体免疫试

7、验，结果表明这种转基因马铃薯在人体中也具有预期的免疫作用。,7 转基因马铃薯,获益的主要途径有三个：当遇到虫害和杂草危害时，常规品种减产幅度较大，转基因作物品种相对增产；由于减少了杀虫剂和除草剂等农药的用量，降低了生产成本，农民的纯收入相对增加；通过减少农田害虫和杂草防治的工作量，节省劳力成本，相对增加了农民的经济收入。,8 转基因植物带来的经济效益,保护动物：增加有益昆虫和动物种群的数量 1996年开始推广抗病虫作物以来，美国各种鸟类的数量均有明显增加。降低农药污染 1996年开始推广种植抗虫和耐除草剂玉米、大豆和棉花后，1998年与1997年相比，这种作物的农药施用面积约减少了1910万英

8、亩，相当于这3种作物农药施用总面积的6.2，农药有效成份的用量也减少了大约250万磅。,9 转基因植物带来的环境效益,8.2 转基因动物,转基因动物：是通过人工的实验方法，将别的基因导入动物细胞，与动物本身的基因整合在一起，并随细胞的分裂而繁殖，并且能够将别的基因信息遗传给后代，严格意义上说，转基因动物是人工创造的新动物。,转基因动物接受外来基因的细胞一般是受精卵导入外来基因的常用技术 显微注射、病毒介导。,1 动物基因工程介绍,以牛为例：从屠宰场杀掉的奶牛体内收集卵母细胞，并使之在体外成熟；用公牛精子对成熟卵母细胞进行体外受精；受精卵离心，浓缩卵黄；将欲导入的DNA微注射到精前核当中；对胚胎

9、进行体外培养；利用非外科移植术将一个胚胎植入代孕母牛子宫内；对子代进行DNA检测确定是否存在转入基因。,2 微注射的方法其主要步骤,转基因动物可划分为四种类型：（l）疾病型转基因动物;（2）利用转基因动物制药；（3）动物改良；（4）基础生物学研究。动物改良：使肉质改善、饲料增效、个体增大、体重增加、奶量提高、脂肪减少、增强动物抗病力等。生物制药：将药物蛋白基因转入羊、牛体内，使乳汁中含有“药”，利用转基因动物生产蛋白质、造药，将是全新的药物生产模式。,改善牛奶的成分生产药物增加产奶量,3 转基因牛,改善牛奶的成分转入酪蛋白基因以增加牛奶中酪蛋白的产量等。生产药物吃的是草，挤出的是药。2003年

10、10月4日我国成功地获得了世界上第一头转有人岩藻糖转移酶基因的体细胞克隆牛，其牛奶中含有岩藻糖抗原。这种转基因牛奶可作为口服药，用来防治各种胃病，具有重要的医学价值和经济社会价值。增加产奶量 即将超量表达的牛生长激素基因转入牛体内培育转基因牛，从而提高产奶量。目前这一实验已取得了初步的成功。,4 转基因猪,转基因猪研究主要集中于四个方面：（1）选育成高产、优质、抗病新品种。1994年，德国成功培育出壮如小牛的超级猪。（2）建立人类疾病的转基因猪动物模型，揭示人类疾病的发病机理及治疗途径。（3）把转基因猪作为生物反应器，生产人类药用蛋白。1991年美国DNA公司成功获得了能生产人血红蛋白的转基因

11、猪。（4）利用转基因猪生产人体器官，为人体器官移植提供供体。,中国1985年就首先报道了第一例成功的转基因鱼。目前在转基因鱼中，大部分转入的基因都是生长激素基因，使鱼生长速度大大提高。已经获得的转基因鱼主要有转入生长激素基因、抗冻蛋白基因、珠蛋白基因、鸡晶体蛋白基因的转基因鱼。2002湖北科技博览会“转基因黄河鲤鱼”首次亮相，这种鱼生长快，高蛋白低脂肪。水生所的专家正在对这种转基因鱼进行“生态评估”，待通过国家的安全性论证后，两三年内有望上餐桌。,5 转基因鱼,2003年11月21日，在美国得克萨斯州，一种能发红色荧光的转基因斑马鱼在水中游动。一家美国公司打算将这种会发光的转基因热带鱼作为宠物

12、在美国销售，售价估计为每条5美元。,转基因鸡主要可用以改进现有品种的遗传特性。例如增加对病毒及球虫病的抗性，提高喂食效率，降低鸡蛋中的脂肪含量和胆固醇水平，提高鸡肉质量等等。人们已经获得了转入禽类白血病病毒的外壳蛋白基因的转基因鸡，它对白血病病毒具有一定的抗性。,6 转基因禽类,对绵羊、山羊所进行的转基因研究大多集中于利用其乳腺作为生物反应器生产药用蛋白。1991年，怀特等用将抗胰蛋白酶（ATT）基因转入绵羊，获得的4只转基因雌绵羊产生的乳汁中均含有ATT，可用于治疗遗传性ATT缺乏症及肺气肿。用同样的方法，人们已获得了可在乳汁中表达htPA（一种药用蛋白质）的山羊。98年初，上海医学遗传所获

13、得5只转基因山羊。其中一只奶山羊的乳汁中，含有堪称血友病人救星的药物蛋白有活性的人凝血九因子。,7 转基因绵羊、山羊,8.3 转基因生物,安全吗?!,利与弊的博弈,1 食物安全,今天公众对转基因生物之所以存在戒心，很重要一点就是担心转基因生物，尤其是转基因农作物或由它们加工成的食品会给人类身体健康带来损害。,1、抗性选择标记基因可能编码出对人体有直接毒性的蛋白质，或者编码出的蛋白质所具有的催化功能对宿主的代谢具有潜在毒性作用，并出现滞后效应或长期效应。2、转基因植物可能会表达出过敏蛋白；有的基因表达出的蛋白质与已知的过敏蛋白质在免疫学上具有同源性；有的基因表达的蛋白质家族中的某些成员是过敏蛋白

14、，它们都有可能是过敏体质的人产生过敏反应。,3、转基因农作物表达出的某些蛋白质，可能会潜移默化的影响人的免疫系统，从而对人体健康造成隐性的损伤。4、改变农作物品质的基因及其表达产物，可能会改变宿主体内的代谢途径，从而改变转基因食品的营养成分。,5、将动物蛋白质基因转入农作物中，是否会侵犯素食者或宗教信仰者的权益？把人的某些基因转入农作物或牛、羊等家畜体内，结果在农作物或家畜的肉、耐中含有人的某些蛋白质，这样做是否违反了人类伦理道德？,生物安全是指现代生物技术研究、开发、应用，以及转基因生物跨国转移，可能对生物多样性、生态环境和人体健康产生潜在不利影响。特别是各类转基因生物活体释放到环境中，可能

15、会对生物多样性构成潜在的风险和危险。,2 生物安全,所谓逃逸是指作物同其生活习性不同的野生亲缘植物自然杂交后,插入到作物中的基因可以从植物本身水平转移(被俘获)到亲缘种的过程。,1、科学家赋予了转基因生物某些全新的性状，增强了它们与其他生物的生存竞争能力，它可能会使本地区本来生活力就很纤弱的个体或物种加速从地球上消失。即转基因生物可能会成为某一地区新的优势种，成为“入侵生物”。2、载体介导的外源基因可能发生横向转移，重组出新的菌株或病毒。,3、具有抗虫功能的转基因植物，其体内产生的抗虫蛋白可能使害虫产生抗性，使害虫变得更加难以防治？现在也已发现具有抗病毒功能的转基因植物，可以使相应的病毒出现抗

16、性。4、转基因植物可能会变成野生种类，或者它侵入新的生态区域，破坏了生态平衡后而成为杂草。,5、抗除草剂基因等可能会通过花粉传播或近缘杂交进入到杂草或半驯化植物中，结果产生出超级杂草。美国俄亥俄州大学的科学家们就发现，如果野草与转基因农作物杂交，将令野草长得更茁壮，产籽更多。,转基因生物可能对生态环境稳定性造成破坏，对环境造成污染，这也是公众疑虑的重要内容。,3 环境安全,1、改变了生物的多样性和群落结构，生态系统的稳定性可能会遭到破坏。转基因生物是自然界中不存在的“人工制造”的生物，它们所具有的强大的生存竞争将使处于脆弱平衡状态的农田生态系统等遭到破坏。2、转基因植物中，如含有对人体有害蛋白

17、或过敏蛋白的花粉，有可能通过蜜蜂采集进入蜂蜜中，最后再通过食物链进入人体。,3、重组DNA进入水体、土壤后，将流向何方？存活多久？他们会不会与细菌杂交，出现对人体有害的、新的致病菌？现在已知DNA在土壤中至少可以存留40万年。1992年意大利科学家就发现，被认为最安全的大肠杆菌K12菌株，进入下水道后竟可以存活72小时，在这么长时间里它完全可以与其他细菌进行基因交换。,正是由于以上种种忧虑，人们对转基因食品充满了恐惧和担心。,法国环绿色和平组织摧毁5 个转基因作物基地,GM抗议者在英国,绿色和平组织领导者被捕1999,绿色和平组织将转基因食品“妖魔化”,转基因玉米闯了祸,2002，11，19美

18、国农业部宣布，内布拉斯加州谷仓中1.36万吨食用大豆被隔离，原因是ProdiGene公司在这批大豆中混入了含有药用蛋白的转基因玉米。,我国已建立了转基因产品检测方法体系。包括建立了食用油脂和食品DNA提取方法、定性PCR检测方法、基因芯片检测方法和蛋白质检测方法等在内的转基因产品定性、定量检测方法；例如：应用35S启动子设计引物、采用PCR技术检测抗草甘膦的转基因大豆。采用ELISA方法检测转Bt基因的大豆和玉米。,4 转基因食品检测技术,制订了12项转基因产品检测行业标准和7项国家标准；研制并生产了10种转基因产品检测试剂产品；建立了转基因产品检测信息库和一个转基因产品信息网站。大豆中转基因

19、成份定性PCR检测方法玉米中转基因成份定性PCR检测方法油菜籽中转基因成份定性PCR检测方法烟草中转基因成份定性PCR检测方法植物性饲料中转基因成份定性PCR检测方法马铃薯中转基因成份定性PCR检测方法棉花中转基因成份定性PCR检测方法,微型生物晶片方法,已知之上述基因做模板(template)，增殖其基因片段，並選殖至pT7blue 載體上,PCR增殖,利用cDNA microarray機器將之點在尼龍膜上，以成為篩選之探針膜。再將待測材料之DNA或RNA與之作雜交合反應，以盼讀其是否為基因改良食品。,Control Plants Transgenic Plants,GM,WT,A,B,C,

20、D,A,B,C,D,1,2,3,4,5,6,Rice,HPT,nos,35SP,Ubi,35St,LB,RB,IFN-g,A,B,C,D,A,B,C,D,1,2,3,4,5,6,GM,WT,Tomato,Kan,CBF1,GUS,nos,35SP,35SP,35SP,35St,nos,RB,LB,T25,Bt11,NK603,Mix,A,B,C,D,1,2,3,4,5,6,35Sp,35St,NOSt,tmlt,Ocst,GFP,LUC,PAT,HPH,NPT,aadA,Cry1Ab,ivr,CP4EPSPS,LE,CBH351,GA21,T25,GUS,Bt11,Actin,-tubulin

21、,Non-GM,NK603,E35S,CP4EPSPS,nos,Zmhsp70,Actin 1,CP4EPSPS,nos,Zmhsp70,Cornflakes,1,2,Potato,What is your attitude to face GM?,Thought,Aggressive,Self-confident,Discussion,讨论案例,案例一 斑蝶事件,1999年5月康奈尔大学一个研究组报道，说一种斑蝶食用转苏云金杆菌的杀虫蛋白基因（Bt）玉米花粉后44%死亡，表明转基因食品可能存在安全隐患。此事件引起科学家对转基因食品的广泛争论。,抗虫玉米与大花斑纹蝴蝶,问 题:,1、如果看待斑

22、蝶事件？它给我们哪些启示？2、该案例中有哪些伦理学问题？3、该案例是否能反映出转基因食品在安全方面有问题？为什么？4、加入该案例得出的结论是正确的，那么会引起哪些社会后果？如何解决？,案例二 中国大豆正受生物海盗威胁,中国的生物资源十分丰富，许多跨国公司虎视眈眈，有的公司甚至制定了广泛搜集中国遗传资源的长期计划。野生大豆就是其中一种。中国是大豆的原产地，拥有世界上已知的野生大豆的90%，共超过6000多种，由于野生大豆有许多特别的性状，对于改良大豆品质具有重要意义，不幸的成为各大列强追逐的对象。,2000年4月26日，跨国公司孟山都向全球101个国家申请一个高产大豆及检测和栽培高产大豆方法的专

23、利。用现有的技术检测比较了几个高产的栽培大豆和野生大豆品种（其中野生品种407305来自中国的上海地区），分析出它们与控制大豆高产性状有密切关系的分子标志，提出了共有64项权利要求的专利申请。此专利申请涵盖了所有这些标志的大豆及其后代，还涉及到凡被植入这些标志的所有转基因植物，其中包括大麦、花椰菜、卷心菜、棉、大蒜、燕麦、洋葱、亚麻、豌豆、花生、花椒、马铃薯、米、黑麦、大豆、高粱、草莓、甜菜、番茄、小麦、玉米、白杨树、松树、苹果、生菜、小扁豆、葡萄、香蕉等。,事实上，根据育种专家的研究表明：所称的专利根本不是发明。含有高产性状标志的大豆早已存在自然界中，并可以传统方法培育出来。有明显的证据表明

24、，孟都山申请的专利保护的大豆在中国的华东地区已被农民长久种植。如果此项申请获得批准，意味着孟山都对所有大豆的高产品质拥有垄断权，实际上允许了孟山都对中国野生大豆的遗产资源的控制。育种专家在致绿色和平组织的函中提到：“若此项专利申请不被驳回，其他研究人员将不能在未获得孟山都Carlo Leifert教授同意下使用上述大豆的遗传资源作研究和育种。”而中止这些大豆的农民也可能被迫缴使用许可费，蒙受巨大的损失。,问 题,1、如何保护我国的生物遗传资源？2、在遗传研究和开发中如何正确处理保护资源与国家合作的关系？3、在基因研究中的国际合作中如何建立公平、公正的关系，反对生物海盗行为和生物殖民主义？,我国的转基因食品情况,转基因大豆油,对转基因食品安全性产生疑问的原因,转基因食品上市时间太短，人们对转基因食品缺乏了解；建立进口技术壁垒；美国实行双重标准；转基因食品的安全性证实需要时间；科学问题比较复杂，科学原理还不能够给出圆满的解答。,我 国 对 策,大力支持植物基因工程研究；对转基因食品不进行大力宣传；加强审批和管理；制定相关法律和规定。2002年3月我国规定转基因食品要贴标签，但无人遵守。,