轉(zhuǎn)基因植物基因漂移對于周圍生態(tài)系統(tǒng)的影響和預防

嚴茗瀚

摘要：轉(zhuǎn)基因植物的基因漂移在生態(tài)環(huán)境中可能造成巨大影響。對于轉(zhuǎn)基因的植物來說基因漂移有很多媒介，以及這些媒介在現(xiàn)在的研究中仍然是不可測和不可知的。因此需要對基因漂移的全過程做對照和精確的研究。這樣的方案和實驗過程可以讓我們了解基因漂移的危害性以及如何預防其的發(fā)生。其主要對環(huán)境中的野生種造成不良的影響，以及對基因庫造成一定的污染，破壞野生的種質(zhì)資源。同時，預防主要是通過植物的間種阻止風媒和蟲媒的傳播，同時利用土壤微生物的親和力不同，來避免這種中間宿主的傳播。

關鍵詞：轉(zhuǎn)基因，基因漂移，生態(tài)系統(tǒng)，雜交親和，傳播媒介，地域差異

一、研究背景

轉(zhuǎn)基因的植物是現(xiàn)在世界上最流行，較為有效，同時也是很受爭議的一種方法。它可以保證這種植物的優(yōu)良品質(zhì)，而基因具有一定的不穩(wěn)定性。在不同的植物物種種群間的轉(zhuǎn)基因人工交流對于本物種基因庫及其生態(tài)系統(tǒng)各種群基因庫有一定的破壞性，如果沒有進行有效控制，轉(zhuǎn)基因植物種植下去很可能導致像外來物種入侵一樣的基因污染事件和生物惡性競爭事件。轉(zhuǎn)基因植物基因漂移是目前的研究重點。[2] 基因漂移是指一個群體的遺傳變異轉(zhuǎn)移到另外一個群體的現(xiàn)象。通常通過以花粉為媒介的基因來傳播?？共莞熟⒋蠖够虻钠茖σ吧蠖狗N質(zhì)資源的多樣性是一個威脅[1]，中國是大豆的發(fā)源地， 大豆野生資源十分豐富，如果開展轉(zhuǎn)基因大豆的環(huán)境釋放， 轉(zhuǎn)基因大豆向野生近緣大豆發(fā)生基因漂移的幾率可能會非常大。[4]，此時就可能污染到野生大豆的基因庫，并影響野生大豆的種質(zhì)資源。這是一個轉(zhuǎn)基因植物可能的危害的典型例子。

二、研究意義

根據(jù)目前的研究推測，基因漂移可能產(chǎn)生的不良影響，包括：○1轉(zhuǎn)基因植物基因與非轉(zhuǎn)基因近緣種雜交，使外源基因轉(zhuǎn)移至這些植物，產(chǎn)生具有抗病蟲或抗除草劑的雜草或“超級雜草”，從而再次大量應用化學農(nóng)藥，重蹈污染環(huán)境的覆轍;○2隨著轉(zhuǎn)基因植物不斷釋放，大量外源基因漂移進入野生植物基因庫，進而擴散[2]，破壞野生植物的種質(zhì)資源。而且這樣的不良影響，是在基因漂移一旦發(fā)生的情況下，就非常有可能會造成的。這種基因漂移尤其易于發(fā)生在作物與野生近緣種之間。而野生近源種的種質(zhì)資源正是目前可以大量利用的，這樣的種質(zhì)資源使研究人員可以直接從野生近源種當中提取進行雜交育種所需要的基因。同時其他的野生種質(zhì)資源也使得我們對真核生物的基因演化有更好的了解。因而他們也是寶貴的。所以對于基因漂移的控制是必要的，也是急需的，同時在基因漂移的生態(tài)學影響上的評估目前也是缺少的。進行這樣的研究可以使我們向轉(zhuǎn)基因作物的商業(yè)化種植更進一步。

三、研究方案和結(jié)論

首先對于轉(zhuǎn)基因作物的對環(huán)境的影響是值得進行生態(tài)學上的評估的，在美國人們，就認為南瓜的轉(zhuǎn)基因種的投放可能導致野生葫蘆種的野草化，而野生的葫蘆種在美國是非常普遍的[3]，這樣的野草化，對于該生態(tài)系統(tǒng)中，其他的物種來說是災難性的，這更多的是由于美國特殊的自然環(huán)境中特殊的物種導致的，這是生態(tài)系統(tǒng)的整體問題。因此對于一種轉(zhuǎn)基因植物在生態(tài)系統(tǒng)的整體影響的研究是需要的。而在這一領域的研究是急需進展的，對于生態(tài)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)基因作物的基因漂移的影響，需要對一定范圍的生態(tài)系統(tǒng)的各消費，生產(chǎn)，分解層級做系統(tǒng)的評估。在做了這樣的評估和了解之后，我們才知道需要將植物的基因漂移控制在一個怎樣的范圍內(nèi)，需要進行什么方面的控制。在這一方面，中國種植轉(zhuǎn)基因作物的地區(qū)主要分布在新疆，種植棉花，則對新疆的綠洲生態(tài)和沙漠中小型生物的影響研究是必要的。同時也有必要對于可能投入種植Bt秈稻63和華恢1號的廣大湖廣地區(qū)做適當?shù)南到y(tǒng)評估。

第二，是對于其傳播范圍的研究。作為我國的主要作物和轉(zhuǎn)基因的重要對象，我們將水稻選為研究的對象。我們應該將水稻種在兩個完全不同的區(qū)域，同時對于水稻的傳播我們要充分保證其可控性和確定性。將其種于室內(nèi)的養(yǎng)殖區(qū)域內(nèi)，這是與以上的生態(tài)研究的開放要求很不同的一點，對于水稻的種植條件應該是完全可控的。在花粉的傳播媒介和中間宿主導致的雌株的基因漂移，可能發(fā)生的土壤中基因傳播以及風媒蟲媒的影響，都是實驗需要控制的變量。在不同的風向下，它的漂移頻率是不同的，這是可以做對照的。在有哪些環(huán)境菌群存在的情況下，它的漂移頻率和漂移影響有什么不同，這也是需要研究的。中國向來的實驗都是在田間地頭進行的，但是在對于特定條件的定量，定性研究在田間地頭是缺少的，對于一種媒介的傳播能力是有很多田間觀察的結(jié)果的。江蘇省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜所陳新，嚴繼勇，高兵，研究成果顯示，據(jù)田間觀察，媒介應為薊馬和蜜蜂，估計基因漂移的方式應是蟲媒，而不是風媒。[1]大多關于轉(zhuǎn)基因漂移媒介的研究是據(jù)田間觀察得出，這樣的觀察有很多可變性，且作為研究人員，對這樣的研究成果也不盡然確定。因此我們應該將兩片水稻田的土壤完全分離，將其置于不同的生態(tài)環(huán)境之下，周邊提供不同的雜草和別種作物。同時把水稻田的風向和內(nèi)部微生物的菌落也完全置于人為控制之下，這樣才可以了解水稻的基因漂移到底是通過何種途徑進行的，且這樣的基因漂移對于水稻和周邊的生態(tài)環(huán)境，到底通過什么樣的途徑造成了什么樣的影響。是最終在觀測到田間現(xiàn)象后，也要對周邊遭到基因漂移的作物和雜草進行經(jīng)PCR的對照研究確定其是否被轉(zhuǎn)入了本來轉(zhuǎn)入水稻的外源基因并且從蛋白水平上進一步確認，這樣的基因漂移的存在，同時確定基因漂移的范圍以及基因漂移的概率。

最后進行進一步的設計和實驗。研究通過何種方式來避免基因漂移的發(fā)生。轉(zhuǎn)bar基因水稻與稗草，藥用野生稻，無芒稗，諸葛菜雜交不親和，與雜草稻雜交親和。[2]這是我國已經(jīng)有過的諸多研究成果當中的一個。而我們較少研究一種水稻是否能跟與其親屬關系較近的其他作物具有雜交親和力。如果其間不具有雜交親和力的話，我們就可以通過作物上的種殖隔離來避免其向外部基因庫大規(guī)模的傳播。而為了避免轉(zhuǎn)基因作物的基因漂移對周圍的植物產(chǎn)生影響。我們可以在基于上一級研究得出的轉(zhuǎn)基因花粉傳播規(guī)律以及基因在一定條件下傳播的范圍，對轉(zhuǎn)基因的作物實施物理上的隔離，在轉(zhuǎn)基因作物的周邊種植，與其雜交親和力較低的作物，同時，也引入與其雜交親和力較高的雜草相拮抗的微生物菌群來保護轉(zhuǎn)基因作物中轉(zhuǎn)入的外源基因不向自然基因擴散。而這樣的方案也要經(jīng)過在實驗田當中的實際操作進行驗證。經(jīng)過調(diào)整，得出最后的解決方案。

四、討論

在生態(tài)學上，據(jù)預測基因漂移應該會對野生的食物鏈造成巨大的影響。對于野生的昆蟲來說，抗蟲基因以及攜帶抗蟲基因的壞死葉片?？赡軙ζ渖嬖斐捎绊?。同時對于野生的環(huán)境，某些發(fā)生了基因漂移的雜草，可能會對其他未發(fā)生基因漂移的雜草造成毀滅性的影響。對于基因漂移來說，根據(jù)以往研究，花粉傳播仍然為基因漂移的主要方式。因此進行植物的間種應該是大概率可以預防基因漂移的發(fā)生的。對于中間介質(zhì)的傳播，目前推測應該可以利用微生物菌群或者環(huán)境對菌群的抑制作用，來阻止中間介質(zhì)的傳播。對于基因漂移產(chǎn)生的結(jié)果是不可測的，所以在基因漂移的預防上，我們應該持保守的態(tài)度，盡量阻斷基因漂移的一切途徑。同時為了對基因漂移有更好的了解，我們也應進一步研究基因漂移是否還有別的途徑？對于植物的腐爛物質(zhì)，到底可不可能成功的把基因從植物本身漂移到土壤中的微生物菌群當中，這是需要進行進一步研究的。由于我們需要持著對基因漂移慎之又慎的態(tài)度。所以這些研究都是必要的。如果要將一種轉(zhuǎn)基因植物投放到環(huán)境當中。對于這些研究的結(jié)果以及研究過程都是需要極其謹慎的。

五、研究總結(jié)

對于轉(zhuǎn)基因植物來說，基因漂移對環(huán)境的影響是嚴重的。通過對基因漂移的影響因素的研究，我們可以控制水稻基因傳播的范圍。同時我們也可以通過控制其微生物群落的菌種來保證周圍的近源種不被污染，同時保護水稻的基因不向外源傳播。通過種植別種作物來進行物理隔離這樣可以節(jié)省物理隔離所花費的錢財。同時通過這樣的研究，我們也可以因地制宜設置這樣的隔離帶的大小。通過這樣的實驗，可以取得精準的基因漂移范圍和頻率以及影響結(jié)果，以求得在轉(zhuǎn)基因植物的種植上達到安全的保證。從而確保轉(zhuǎn)基因作物的基因漂移，對周圍生態(tài)系統(tǒng)的影響達到最小化。從而能夠使農(nóng)業(yè)上大規(guī)模的應用轉(zhuǎn)基因作物。如果能達到這樣的效果，這也會是轉(zhuǎn)基因作物重要的一步。而對于轉(zhuǎn)基因作物的基因漂移將來可以在基因轉(zhuǎn)入作物后，對其近源種基因連鎖效應影響上做進一步的研究?；?qū)ζ浯_切的影響是如何作用的？如果一旦發(fā)生基因漂移，轉(zhuǎn)入的外源基因是否對其本身的基因庫內(nèi)的基因有連帶的附加影響？同時基因漂移是否可以通過植物的新陳代謝以及腐爛物質(zhì)進行傳播？如果有這樣的附加影響，那么基因漂移的影響就不僅僅是前面研究所得出的結(jié)論這么簡單了。這些仍然是需要解決的問題。這也是筆者認為的未來的研究方向。

參考文獻

[1]陳新， 嚴繼勇， 高兵. 野生大豆抗草甘膦基因漂移的初步研究[J]. 中國油料作物學報， 2004（02）：89-91.

[2]陳興玲 ，胡建軍 ，趙楠木， 轉(zhuǎn)基因植物基因漂移研究安徽農(nóng)業(yè)科學，Joumal of Anhui A .Sci.2007，35（10）：2851—2852，2867

[3]陳英明， 涂修亮， 劉義得. 轉(zhuǎn)基因植物的生態(tài)影響[J]. 湖北大學學報（自科版）， 2002（03）：272-276.

[4]黃文坤， 趙俊義， 劉崇俊， et al. 抗除草劑轉(zhuǎn)基因大豆的基因漂移評價[C]// 中國植物病理學會2012年學術年會. 0.