轉(zhuǎn)基因植物食品檢測技術(shù)研究進(jìn)展

韓冀 王玉花 石磊

GMO（轉(zhuǎn)基因）借助基因工程，成功實現(xiàn)了基因在動物、植物乃至微生物之間的轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)基因技術(shù)的出現(xiàn)，大幅度提升了植物的生長水平、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，降低了農(nóng)業(yè)成本。目前，世界各國均已建立轉(zhuǎn)基因試驗田，頻繁開展轉(zhuǎn)基因植物培育實驗，轉(zhuǎn)基因作物數(shù)量已經(jīng)超過100種，而由轉(zhuǎn)基因作物生產(chǎn)、加工的轉(zhuǎn)基因食物種類已經(jīng)多達(dá)數(shù)千種。

我國自1996年開始批準(zhǔn)轉(zhuǎn)基因作物大規(guī)模商業(yè)化，1996-2019年，我國轉(zhuǎn)基因作物的種植面積從最初的170萬公頃達(dá)到1.904億公頃，年復(fù)合增長率達(dá)到22.8%。目前，我國允許種植的轉(zhuǎn)基因作物僅限于棉花、番木瓜，玉米、大豆、水稻、油菜、甜菜等幾類轉(zhuǎn)基因作物始終由國外進(jìn)口。

目前，各類研究仍無法證明轉(zhuǎn)基因食品對人體無毒無害，轉(zhuǎn)基因食品的利弊仍處于激烈的博弈之中，因此只有掌握有效的轉(zhuǎn)基因食品檢測技術(shù)，才可確保我們不會受到轉(zhuǎn)基因食品的侵害。本文對轉(zhuǎn)基因食品的檢測技術(shù)研究進(jìn)展進(jìn)行了分析，圍繞PCR、ELISA技術(shù)等轉(zhuǎn)基因食品檢測技術(shù)進(jìn)行了探討，并對兩種技術(shù)做出對比，最后對目前轉(zhuǎn)基因食品檢測技術(shù)的發(fā)展概況做出總結(jié)。

一、轉(zhuǎn)基因食品概述

基因為控制生物性狀的最基本單位之一，記錄著生物繁衍、生殖的相關(guān)信息，對基因加以修改，可將一個有機體的部分特征甚至是全部特征加以改變。轉(zhuǎn)基因食品，分為轉(zhuǎn)基因動物食品、轉(zhuǎn)基因植物食品，是將原本并非動物或是植物細(xì)胞中的遺傳基因，以人工植入的形式向動物、植物細(xì)胞核內(nèi)植入，使其在動物、植物細(xì)胞體內(nèi)表達(dá)性能、發(fā)揮作用。譬如科學(xué)家會利用生物技術(shù)，將一些動物的基因轉(zhuǎn)移至其他物種體內(nèi)，從而改造生物遺傳組織，讓新的物種具備原物種并不具備的一系列特征，而這些特征的轉(zhuǎn)變，完全可以按照人類的需要來完成，而這也是轉(zhuǎn)基因備受爭議的地方。

轉(zhuǎn)基因的功能、種類繁多，一些轉(zhuǎn)基因植物中甚至?xí)踩攵噙_(dá)七八種外來基因。我們常見的轉(zhuǎn)基因植物有很多，如利用鮮魚的基因，幫助草莓等植物抵御冬季的寒冷天氣;亦或是將一些細(xì)菌基因接入大豆、玉米等農(nóng)作物植株內(nèi)，從而降低蟲害的發(fā)生概率。而利用這些轉(zhuǎn)基因生物作為原料所加工、生產(chǎn)的食品，便是轉(zhuǎn)基因動物（植物）食品。

二、轉(zhuǎn)基因植物食品利與弊的博弈

時至今日，關(guān)于轉(zhuǎn)基因植物食品的利弊仍舊處于激烈的博弈之中，通過對以往學(xué)者、新聞報道信息的整合，總結(jié)出轉(zhuǎn)基因植物食品的優(yōu)點與缺點。

1.轉(zhuǎn)基因植物食品的優(yōu)點。首先，以往要想改變植物的品種，會通過育種這種形式達(dá)到目的，但是這一傳統(tǒng)的育種方式不但時間消耗較長，而且雜交出的品種可控性差、目的性差，后代可能出現(xiàn)高產(chǎn)不抗病或是抗病不高產(chǎn)等問題，所以得需要頻繁進(jìn)行實驗、選育。在轉(zhuǎn)基因技術(shù)下，可選擇任何目的基因進(jìn)行植入，從而得到新品種，可以大幅節(jié)約時間成本。其次，傳統(tǒng)育種對象僅能針對同類物種，如玉米對玉米、高粱對高粱，無法實現(xiàn)跨物種雜交，特別是水稻，更不可實現(xiàn)對細(xì)菌的雜交。在轉(zhuǎn)基因技術(shù)之下，可將不同植物基因進(jìn)行組合，且能將動物基因植入植物體內(nèi)。例如把北極熊基因植入番茄，成功培育出耐寒番茄品種。最后，轉(zhuǎn)基因技術(shù)可實現(xiàn)高產(chǎn)、抗病毒、抗旱、抗蟲等多項優(yōu)異性質(zhì)的植物品種培育，大幅度減少化肥、農(nóng)藥對農(nóng)作物的侵害，甚至降低農(nóng)作物對水的依賴，在降低農(nóng)業(yè)成本的同時，大幅度提升單位面積產(chǎn)量，有效緩解世界糧食短缺的問題。例如阿根廷在播種轉(zhuǎn)基因大豆后，大豆的抗雜草、抗病能力大幅度提升，種植成本比常規(guī)大豆降低至少15%。

2.轉(zhuǎn)基因植物食品的缺點。首先，根據(jù)科學(xué)報道，一部分轉(zhuǎn)基因植物食品大概率含有過敏原以及有毒物質(zhì)，食用后將對人體健康造成不利影響，嚴(yán)重情況下甚至?xí)掳?、?dǎo)致遺傳疾病。盡管目前世界范圍內(nèi)并未出現(xiàn)具備絕對說服力的研究報告證明轉(zhuǎn)基因植物食品有毒，但是有部分學(xué)者仍舊認(rèn)為，對于基因的提煉、添加，會積聚植物內(nèi)原有的微量毒素，目前任何組織都不能保證經(jīng)轉(zhuǎn)基因改良后的植物食品完全無毒。普斯陶（英國科學(xué)家）曾在研究報告內(nèi)指出，馬鈴薯經(jīng)過基因改造后，對實驗老鼠的肝、胃乃至免疫系統(tǒng)均造成了傷害。盡管這一實驗結(jié)果仍有待驗證，但仍然說明轉(zhuǎn)基因植物食品有一定概率會對人體有害。其次，有研究者指出，轉(zhuǎn)基因會以目前人類還未掌握的方式，對食物內(nèi)的營養(yǎng)成分進(jìn)行破壞。美國倫理和毒性中心的一份實驗報告也指出，同一般大豆相比，耐除草劑的轉(zhuǎn)基因大豆，其防癌成分異黃酮數(shù)量有所下降。

綜合上述資料可知，對于轉(zhuǎn)基因植物食品的利弊，不同的學(xué)者各持己見。為了最大化降低轉(zhuǎn)基因植物食品對人體的危害，對轉(zhuǎn)基因食品進(jìn)行檢測顯得十分必要。

三、轉(zhuǎn)基因植物食品檢測技術(shù)研究進(jìn)展

1.轉(zhuǎn)基因植物食品的檢測方法。目前，面向轉(zhuǎn)基因植物食品的檢測方法集中在PCR檢測、ELISA檢測。

（1）PCR檢測。PCR檢測，全稱為聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)檢測，隸屬一種對特定區(qū)段DNA進(jìn)行復(fù)制的技術(shù)。近年來，PCR技術(shù)得到快速發(fā)展，且被廣泛應(yīng)用在遺傳工程、疾病診斷、生命科學(xué)、法醫(yī)鑒定甚至考古學(xué)等諸多領(lǐng)域。PCR檢測便捷、快速且直接，大量科研單位、機構(gòu)都已經(jīng)開始應(yīng)用PCR技術(shù)來檢測轉(zhuǎn)基因食品。

PCR檢測又分為兩種，下面進(jìn)行簡單介紹。①定量PCR檢測。定量PCR檢測可快速確定檢測樣本內(nèi)的GMO百分比。目前，定量PCR技術(shù)中，定量競爭性PCR技術(shù)（QC-PCR技術(shù)）應(yīng)用最為廣泛。1998年2月，歐洲12個大型實驗室建立、評價了QC-PCR系統(tǒng)，并將其應(yīng)用在檢測食品中抗草甘膦大豆以及抗Bt玉米蟲，實踐證明，QC-PCR技術(shù)在經(jīng)過校準(zhǔn)之后，能夠有效檢測出幾類商品化食物樣本以及3類面粉混合物內(nèi)的RRS成分。在QC-PCR應(yīng)用基礎(chǔ)上，有實驗機構(gòu)采用RT-PCR，結(jié)合Prism7700設(shè)備開展MM與RRS的定量檢測，檢測結(jié)果顯示，對比QC-PCR技術(shù)，RT-PCR技術(shù)的靈敏度高出10倍之多，能夠?qū)?.01%樣品開展精確定量。目前，RT-PCR已經(jīng)成功應(yīng)用到各種混合物成分的檢測，如大豆種子、粗燕麥片、玉米糖漿、大豆蛋白、卵磷脂、人造奶油、干果、堅果等混合制造而成的食品。

②定性PCR檢測。定性PCR最初是開展食品內(nèi)GMO檢測的方法，該方法可通過對目的基因、特殊序列基因進(jìn)行檢測，在科學(xué)組織建立基因表達(dá)載體階段，經(jīng)常在目的基因5’、3’端加入啟動子、終止子，確保外源基因可以在植物內(nèi)有效表達(dá)，且不對其他基因表達(dá)造成影響。目前約70%的轉(zhuǎn)基因植物內(nèi)使用了CaMV35S啟動子，常用終止子則為胭脂堿合成酶NOS終止子以及Rubisco小亞基基因3’端區(qū)域。瑞典在進(jìn)行食品中GMO檢測研究階段，利用定性PCR檢測35S啟動子，當(dāng)檢測到食品內(nèi)的35S啟動子，則DNA會貼上GMO標(biāo)簽，因此，35S-PCR系統(tǒng)在瑞典食品GMO檢測中扮演著重要角色。數(shù)年前，13個國家多達(dá)29個實驗室開展聯(lián)合合作研究，采用35S-PCR以及NOS-PCR對食品內(nèi)的GMO進(jìn)行檢測，實驗結(jié)果顯示，當(dāng)大豆、玉米內(nèi)包含2%GMO，35S-PCR以及NOS-PCR可實現(xiàn)正確檢測，但是當(dāng)樣品內(nèi)GMO僅為0.5%時，35S-PCR檢測率仍舊可達(dá)到100%，但NOS-PCR在對105個樣品檢測時出現(xiàn)3個假陽性結(jié)果，原因在于大豆基因組是玉米基因組的1/2，故對玉米樣品0.5%GMO進(jìn)行檢測期間，其假陽性高于大豆，這也證明了兩種PCR檢測技術(shù)中35S-PCR更加靈敏。但需要注意的是，35S-PCR或是NOS-PCR，僅可發(fā)現(xiàn)食物內(nèi)是否存在GMO，但是并不能對GMO類型進(jìn)行鑒別。

（2）ELISA檢測。ELISA檢測的原理是將抗原與抗體反應(yīng)的特異性，同酶對底物的高效催化作用充分結(jié)合，利用酶作用于底物之后的顯色反應(yīng)，在抗原、抗體相結(jié)合期間，借助熒光反應(yīng)或是比色實現(xiàn)GMO的鑒定，在這一鑒定過程中，酶同底物反應(yīng)出的顏色，同樣品內(nèi)抗原含量成正比關(guān)系。ELISA檢測不僅能實現(xiàn)定性檢測，同時亦可實現(xiàn)定量檢測。數(shù)年前，37個實驗室研究結(jié)果證明，大豆干粉內(nèi)GMO含量為2%情況下，ELISA檢測的檢測結(jié)果可信度可達(dá)到99%。

（3）基因芯片檢測技術(shù)。所謂基因芯片，是將大量探針分子固定在支持物上，隨后令其同標(biāo)記樣品分子開展雜交，基于對每個探針分子雜交信號強度的檢測，獲取樣品分子的序列信息、數(shù)量等數(shù)據(jù)，從而一并實現(xiàn)定量與定性分析，繼而一次性對樣品的大量序列實現(xiàn)分析與檢測。對比傳統(tǒng)PCR檢測或是ELISA檢測，基因芯片有著更高的靈敏度、特異性、精準(zhǔn)性，更低的假陽性率與假陰性率，且自動化程度較高。

2.檢測方法對比。PCR技術(shù)和ELISA技術(shù)均為目前檢測轉(zhuǎn)基因植物食品的主要技術(shù)，兩種技術(shù)各有不同的優(yōu)缺點。首先，ELISA的檢測成本為1-5美元，PCR的檢測成本則需要20-30美元。但是站在效果角度分析，由于蛋白質(zhì)對熱敏感，因此在加熱過程中容易變性，因此ELISA法可能無法實現(xiàn)由轉(zhuǎn)基因植物原材料加工而成的食品內(nèi)GMO的檢測。與此同時，蛋白質(zhì)表達(dá)具有組織特異性，這一特異性也對ELISA法的應(yīng)用造成了限制，PCR檢測則不會受到材料帶來的限制。其次，PCR檢測速度更快、更靈敏，且特異性更強，核酸對于熱相對比較穩(wěn)定，根據(jù)實驗顯示，ELISA檢測靈敏度對比PCR檢測低100倍，且消耗的時間更長。最后，站在應(yīng)用范圍角度分析，PCR檢測應(yīng)用更加普遍，而ELISA法相對狹窄，因此綜合分析，PCR技術(shù)在轉(zhuǎn)基因植物食品檢測領(lǐng)域優(yōu)于ELISA檢測。

然而，盡管PCR技術(shù)優(yōu)于ELISA技術(shù)，但PCR也并非十全十美，其應(yīng)用也會受到諸多因素的影響，例如DNA質(zhì)量、PCR抑制因子、PCR參數(shù)設(shè)置等。同時應(yīng)用PCR進(jìn)行轉(zhuǎn)基因植物食品檢測，具有一定概率的交叉感染風(fēng)險繼而產(chǎn)生假陽性現(xiàn)象，故對操作人員的專業(yè)素養(yǎng)以及設(shè)備的精準(zhǔn)度有著極高的要求。與此同時，精煉糖、油類等一些食品在加工的過程中，DNA會遭到破壞，一些化學(xué)因子、物理因子、酶因子會降解DNA，故需進(jìn)一步提升PCR的精準(zhǔn)性，還需在修改DNA提取方法上開展進(jìn)一步的研究。

基因芯片技術(shù)雖然克服了轉(zhuǎn)基因植物食品檢測的一些瓶頸問題，但是該技術(shù)成本較高，未來需加快研發(fā)更加先進(jìn)的基因檢測芯片，進(jìn)一步簡化操作步驟，提升精準(zhǔn)性與檢測效率。

綜上，轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展推進(jìn)了農(nóng)業(yè)、種植業(yè)的飛速發(fā)展，轉(zhuǎn)基因技術(shù)所帶來的好處是顯而易見的，如提升農(nóng)作物產(chǎn)量，提升農(nóng)作物耐寒性、抗蟲害等。目前，我國對于轉(zhuǎn)基因植物食品的檢測處于初步發(fā)展階段，盡管已經(jīng)在PCR技術(shù)基礎(chǔ)上掌握了多重PCR、半巢式PCR、巢式PCR以及核印記等方法，但是轉(zhuǎn)基因檢測方法多種多樣，且各有優(yōu)缺點，還沒有一種檢測方法能夠檢測出所有的轉(zhuǎn)基因植物食品，因此未來需要對轉(zhuǎn)基因食品檢測技術(shù)開展多種方法的聯(lián)用探究。