轉(zhuǎn)基因玉米的研究進(jìn)展和食用安全性評(píng)價(jià)

劉婷婷， 仝濤， 黃昆侖

中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)與食品質(zhì)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；教育部功能乳品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083

玉米既是我國(guó)重要的糧食作物，又可作為畜牧業(yè)中的飼料來源。2020年，我國(guó)玉米種植面積為 4 500萬 hm2，總產(chǎn)量達(dá) 26 478 萬 t［1］。然而玉米受蟲害影響較嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)約30%的春玉米和夏玉米受亞洲玉米螟的危害，并造成10%左右的減產(chǎn)；蟲害嚴(yán)重時(shí)，受害率可達(dá)90%，并造成30%以上的減產(chǎn)［2］。同時(shí)，病害也成為影響玉米種植的主要問題，如鐵嶺作為遼寧省的重要玉米生產(chǎn)基地，2018年，玉米中僅大斑病的發(fā)病率就高達(dá)30%［3］。由于我國(guó)玉米存在種植成本高、產(chǎn)品質(zhì)量低等不足，使其在國(guó)際市場(chǎng)上逐漸失去競(jìng)爭(zhēng)力。此外，我國(guó)在種質(zhì)資源改良、創(chuàng)新等方面的基礎(chǔ)性研究較薄弱，大部分研發(fā)成果未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，玉米種子生產(chǎn)加工等環(huán)節(jié)存在諸多問題，導(dǎo)致種子質(zhì)量難以滿足實(shí)際生產(chǎn)需求［4］。因此，研發(fā)轉(zhuǎn)基因玉米對(duì)推動(dòng)我國(guó)種植業(yè)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)是指將某種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一個(gè)生物體內(nèi)，并通過培育和篩選，使后一種生物獲得目的性狀的方法［5］。利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，可定向改變玉米的遺傳性狀，獲得具有抗蟲、耐除草劑、抗逆、抗病、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)等優(yōu)良品種，不僅可以改善玉米品質(zhì)，還能明顯增加產(chǎn)能，緩解資源壓力，為全球環(huán)境可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。同時(shí)，我國(guó)“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)等強(qiáng)調(diào)，生物育種是強(qiáng)化國(guó)家戰(zhàn)略科技力量、堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的重要發(fā)展方向［2］。

雖然目前關(guān)于轉(zhuǎn)基因玉米的研究成果較多，但鮮見將各改良性狀的轉(zhuǎn)基因玉米研究成果和轉(zhuǎn)基因玉米的食用安全性評(píng)價(jià)進(jìn)行整合的報(bào)道，基于此，本文概括了轉(zhuǎn)基因玉米的研究情況，并從轉(zhuǎn)基因玉米的食用安全性的角度出發(fā)，總結(jié)了現(xiàn)有的轉(zhuǎn)基因玉米安全評(píng)價(jià)重點(diǎn)和方法，旨在為促進(jìn)我國(guó)轉(zhuǎn)基因玉米質(zhì)量管控、產(chǎn)業(yè)管理和發(fā)展提供參考意見。

1 轉(zhuǎn)基因玉米研究概況

1.1 轉(zhuǎn)基因玉米商業(yè)化進(jìn)展

從1996年首例轉(zhuǎn)基因玉米Bt176商業(yè)化開始，轉(zhuǎn)基因玉米在全球逐漸被廣泛種植。截至2018年，全球有14個(gè)國(guó)家種植了轉(zhuǎn)基因玉米［6］。轉(zhuǎn)基因玉米的種植面積正呈逐年增加的趨勢(shì)，1996年的種植面積僅為0.3×106hm2，2018年的種植面積已達(dá)58.9×106hm2，累積種植面積達(dá)到了7.5×108hm2；且近20年，轉(zhuǎn)基因玉米的應(yīng)用率大幅提高，1997年為10%，在2012年達(dá)到峰值，為34.7%，2018年回落至29.9%［7］。轉(zhuǎn)基因作物的商業(yè)化也創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，截至2015年，全球種植轉(zhuǎn)基因玉米累計(jì)創(chuàng)造了1 678億美元的經(jīng)濟(jì)效益。目前在238個(gè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因玉米中，有196個(gè)為包含≥2個(gè)商業(yè)化性狀的轉(zhuǎn)化。應(yīng)用最多的性狀是抗蟲和耐除草劑性狀，分別有208和209個(gè)轉(zhuǎn)基因玉米含有上述性狀；獲得商業(yè)化應(yīng)用的性狀還有抗病性、產(chǎn)量、品質(zhì)、雜種優(yōu)勢(shì)、非生物脅迫耐性等性狀，分別有7、1、13、6、1個(gè)轉(zhuǎn)基因玉米獲批商業(yè)化。復(fù)合性狀轉(zhuǎn)化中有96%含抗蟲-耐除草劑復(fù)合抗性。值得注意的是，絕大多數(shù)轉(zhuǎn)基因玉米的研發(fā)和商業(yè)化由跨國(guó)公司引領(lǐng)，研發(fā)轉(zhuǎn)基因玉米最多的5家單位審批通過轉(zhuǎn)基因玉米品種數(shù)量的總和占全球總量的98%［7］。

轉(zhuǎn)基因植物及其產(chǎn)品只有通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證其環(huán)境安全和食用安全后，才能通過審批，獲得轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)應(yīng)用的安全證書。目前，日本、加拿大和韓國(guó)是審批通過轉(zhuǎn)基因玉米安全證書最多的3個(gè)國(guó)家；日本和墨西哥是審批通過食用安全證書最多的2個(gè)國(guó)家［7］。在我國(guó)，獲批商業(yè)化種植的作物種類較少，至2019年12月20日，僅有2個(gè)玉米轉(zhuǎn)化體獲得安全證書［8］。2020年共有8個(gè)國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)基因玉米生物獲得安全證書，具體申報(bào)項(xiàng)目為DBN9936和DBN9858，且主要在黃淮海夏玉米區(qū)、西南玉米區(qū)、西北玉米區(qū)、南方玉米區(qū)取得的，這些轉(zhuǎn)基因玉米品種能有效抵抗玉米螟、東方粘蟲、草地貪夜蛾等害蟲［9］。但同時(shí)，我國(guó)一直持續(xù)進(jìn)口美國(guó)、巴西、阿根廷等國(guó)家的轉(zhuǎn)基因玉米［10］。截至2019年8月，我國(guó)批準(zhǔn)進(jìn)口的轉(zhuǎn)基因玉米轉(zhuǎn)化體共計(jì)20個(gè)［11］。批準(zhǔn)進(jìn)口的轉(zhuǎn)基因玉米性狀包括除草劑（草甘膦、草銨膦）耐性、抗蟲（鱗翅目害蟲、鞘翅目害蟲）性、生理性狀改良（水分利用效率）和品質(zhì)改良（淀粉酶含量）4類性狀。針對(duì)目的基因而言，這些轉(zhuǎn)基因玉米共涉及來源于蘇云金桿菌（Bacillus thuringiensis）的Bt基因10個(gè)［12］。

1.2 控制玉米重要性狀基因的研究進(jìn)展

玉米的轉(zhuǎn)基因育種涉及多種性狀，包括抗蟲、耐除草劑、抗逆、抗病、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)等，目前研發(fā)出的產(chǎn)品中抗蟲、耐除草劑的轉(zhuǎn)基因玉米商業(yè)化程度最高，應(yīng)用范圍最廣［13］。

1.2.1 抗蟲轉(zhuǎn)基因玉米的研究進(jìn)展 玉米蟲害主要以玉米螟、玉米棉鈴蟲、草地貪夜蛾為主，通常會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，通過傳統(tǒng)的育種技術(shù)獲得的玉米抗蟲種質(zhì)資源較為短缺，而利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得抗蟲玉米新品種已成為玉米育種的重要趨勢(shì)?？瓜x轉(zhuǎn)基因玉米是目前研究最深入、應(yīng)用最廣、商業(yè)化轉(zhuǎn)化體數(shù)量最多的一類?？瓜x基因主要是來源于蘇云金桿菌（Bacillus thuringiensis）的Bt基因，主要包括編碼Cry類、Cyt類殺蟲晶體蛋白基因及Vip類營(yíng)養(yǎng)期殺蟲蛋白基因，其中Cry類轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化程度更高［14］。目前，已商業(yè)化的帶有抗蟲性狀的208個(gè)轉(zhuǎn)化事件中，主要表達(dá)了 crylAb、crylAc、cryl le、cryl Ah、crylC 和cry2等基因，以及經(jīng)過修飾的 crylAb、cryllal（cryFLla）、crylAc（mCrylAc和crylAcM）等基因。另外，也有一些轉(zhuǎn)化事件表達(dá)了crylAb/cry2Aj、crylAb/vip3DA、crylAh/cryl le等融合基因［2］。隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展，抗蟲轉(zhuǎn)基因玉米育種呈現(xiàn)靶標(biāo)昆蟲范圍不斷拓展、基因挖掘和應(yīng)用不斷推進(jìn)、與抗蟲性狀相結(jié)合的復(fù)合性狀成為主要培育方向的發(fā)展趨勢(shì)［13］。

1.2.2 耐除草劑轉(zhuǎn)基因玉米的研究進(jìn)展 雜草與玉米作物存在的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系會(huì)影響玉米的生長(zhǎng)和產(chǎn)量，即使除草機(jī)械化程度越來越高，但通過傳統(tǒng)的物理除草方法效率仍較低，而施用除草劑易造成環(huán)境污染。通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)將耐除草劑基因轉(zhuǎn)移至作物，可以使玉米獲得耐除草劑性狀，進(jìn)而能在減少除草劑使用的同時(shí)提高產(chǎn)量。耐除草劑轉(zhuǎn)基因玉米也是現(xiàn)今應(yīng)用最廣、商業(yè)化轉(zhuǎn)化體數(shù)量最多的一種轉(zhuǎn)基因玉米之一。目前，商業(yè)化的耐除草劑轉(zhuǎn)基因玉米轉(zhuǎn)化體中主要表達(dá)了pat、pat（syn）、bar、mepsps、2mepsps、cp4 epsps（aroA：CP4）、epsps grg23ace5、gat4621、goxv247、aad-1、zm-hra和dmo這12種基因，其中前9種基因?qū)?yīng)的功能是抗草銨膦，aad-1對(duì)應(yīng)功能是抗2，4-D除草劑，zm-hra對(duì)應(yīng)功能是抗抑制乙酰乙酸合成酶類的除草劑，dmo對(duì)應(yīng)抗麥草畏dicamba除草劑［13］。此外，還有一些耐除草劑基因尚在挖掘和探究中。

1.2.3 抗逆轉(zhuǎn)基因玉米的研究 干旱、鹽堿等因素嚴(yán)重限制了玉米的種植和產(chǎn)量，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育抗逆轉(zhuǎn)基因玉米新品種是解決這一問題的重要方法。目前，商業(yè)化的抗逆轉(zhuǎn)基因玉米轉(zhuǎn)化體僅有7個(gè)，包含非生物脅迫性的僅有1個(gè)。我國(guó)研究者正在研發(fā)抗逆轉(zhuǎn)基因玉米品種，如針對(duì)抗旱，我國(guó)研究者將大腸桿菌中的膽堿脫氫酶基因betA［15］、鹽土植物鹽芥（Thellungiella halophila）中的液泡H+-焦磷酸酶基因TsVP［16］、榆錢菠菜（Atriplex hortensis）的甜菜堿醛脫氫酶基因 BADH［17］或擬南芥鉬輔因子硫化酶基因LOS5［18］轉(zhuǎn)入玉米，獲得了帶有抗旱性狀轉(zhuǎn)基因玉米；針對(duì)耐鹽性，研究者將來自大腸桿菌的6-磷酸山梨醇脫氫酶基因gutD［19］或膽堿脫氫酶基因 betA［20］轉(zhuǎn)入玉米中，獲得了耐鹽性明顯提高的轉(zhuǎn)基因玉米品種。張舉仁等［21］還開發(fā)出了mZmDEP基因，獲得了同時(shí)具有抗旱性和耐鹽性的轉(zhuǎn)基因玉米。

1.2.4 抗病轉(zhuǎn)基因玉米的研究 植物病毒的侵染和轉(zhuǎn)錄依賴于宿主的復(fù)制轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)，通過干擾病毒的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，能延遲或減輕病蟲害。目前，尚未有關(guān)于抗病轉(zhuǎn)基因玉米商業(yè)化的報(bào)道，但其研發(fā)前景十分廣闊。國(guó)內(nèi)研究者將甘蔗花葉病毒反義外殼蛋白基因cp表達(dá)載體［22］或該病毒的復(fù)制酶基因的反向重復(fù)序列轉(zhuǎn)入玉米［23］，獲得了抗矮花葉病的轉(zhuǎn)基因玉米植株；還有研究者在玉米中設(shè)計(jì)并轉(zhuǎn)入針對(duì)玉米矮花葉病毒病的蛋白酶基因Pl載體，也達(dá)到了相似的效果［24］。Cao等［25］通過在玉米中表達(dá)來自大腸桿菌的雙鏈RNA核糖核酸內(nèi)切酶基因rnc70，可獲得抗粗縮病的轉(zhuǎn)基因玉米；Shepherd等［26］通過在玉米中表達(dá)條紋病毒復(fù)制相關(guān)蛋白基因rep，可獲得抗條紋病毒病的轉(zhuǎn)基因玉米。

玉米銹病也是影響玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的常見病。研究發(fā)現(xiàn)通過促進(jìn)球狀真菌病毒（Totivirus）抗真菌蛋白KP4在玉米中的表達(dá)，可獲得不影響植株發(fā)育且具有抗銹病性質(zhì)的轉(zhuǎn)基因玉米植株［27］；在玉米中表達(dá)Lr34，能獲得抗普通銹病和大斑病的轉(zhuǎn)基因玉米植株［28］。

玉米中以黃曲霉毒素為代表的曲霉真菌毒素不僅影響玉米品質(zhì)，還可能威脅人類的健康。研究者利用RNAi技術(shù)，通過抑制編碼黃曲霉毒素生物合成的aflC基因的表達(dá)，顯著降低了轉(zhuǎn)基因玉米植株子粒中黃曲霉毒素的含量［29］。

1.2.5 優(yōu)質(zhì)轉(zhuǎn)基因玉米的研究 通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，可以提高玉米產(chǎn)品中的蛋白質(zhì)（或必需氨基酸）、脂質(zhì)和維生素等物質(zhì)的含量。目前，已有13個(gè)品質(zhì)性狀改良的轉(zhuǎn)基因玉米轉(zhuǎn)化體實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，且相關(guān)研究也正在持續(xù)推進(jìn)。

為提高玉米中必需氨基酸的含量，研究者將馬鈴薯微管相關(guān)蛋白基因SBgLR轉(zhuǎn)入玉米并在種子中特異表達(dá)，獲得了賴氨酸含量較高的轉(zhuǎn)基因玉米［30］。值得注意的是，Renessen LLC公司通過在玉米中轉(zhuǎn)入二氫甲基吡啶酸合成酶基因cordapA，提高了玉米中的賴氨酸含量，這一轉(zhuǎn)化事件被命名為L(zhǎng)Y038，且目前已成功商業(yè)化。除以上總結(jié)的高賴氨酸含量轉(zhuǎn)基因玉米的研發(fā)外，國(guó)內(nèi)外眾多科學(xué)家通過類似的方式也獲得了富含色氨酸［31］、甲硫氨酸［32］及總蛋白［33］的轉(zhuǎn)基因玉米植株。

為提高油分含量，孟山都公司通過在玉米中轉(zhuǎn)入并表達(dá)二酰甘油О-?；D(zhuǎn)移酶基因DGAT2，獲得了油分含量可提高26%的玉米品種［34］；杜邦先鋒公司通過表達(dá)玉米ZmLECI基因，獲得了使玉米油分含量提高40%［35］的品種。

為提高玉米維生素含量，研究者通過在玉米中表達(dá)β-胡蘿卜素羥化酶和β-胡蘿卜素酮醇酶基因，同時(shí)敲除番茄紅素ε-環(huán)化酶基因，獲得了高蝦青素含量的轉(zhuǎn)基因玉米［36］；通過在玉米中表達(dá)psyl、crtl、dhar和 folE等基因，可使玉米中葉酸含量提高1倍，抗壞血酸含量提高5倍，3-胡蘿卜素含量甚至能提高168倍［37］；在玉米中表達(dá)mTMT2α基因，使轉(zhuǎn)基因玉米α-生育酚含量提高了3.0～4.5倍［38］。

1.2.6 高產(chǎn)轉(zhuǎn)基因玉米的研究 提高產(chǎn)量一直是作物研發(fā)領(lǐng)域的重點(diǎn)，可從以下兩個(gè)方面入手：一方面是提高玉米籽粒產(chǎn)量，另一方面是提高玉米中生物乙醇的轉(zhuǎn)化率。針對(duì)產(chǎn)量的提高，研究發(fā)現(xiàn)通過在玉米中過表達(dá)細(xì)胞壁轉(zhuǎn)化酶基因，可提高籽粒大小、籽粒數(shù)和淀粉含量［39］；通過導(dǎo)入葡萄糖焦磷酸化酶基因glgC16，可提高玉米種子重量［40］。針對(duì)乙醇轉(zhuǎn)化率的提高，研究發(fā)現(xiàn)在玉米中轉(zhuǎn)入編碼淀粉酶（Amylopullula-nase，APU）的基因，提高了降解籽粒淀粉關(guān)鍵酶α-淀粉酶和淀粉葡糖苷酶的表達(dá)量和效率，使乙醇轉(zhuǎn)化率提高到了90.5%［41］。

1.2.7 復(fù)合性狀轉(zhuǎn)基因玉米的研究 近年來具有多個(gè)優(yōu)良性狀的轉(zhuǎn)基因玉米已成為研發(fā)重點(diǎn)。研究者主要通過多基因單載體轉(zhuǎn)化和多基因多載體共轉(zhuǎn)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在同一株玉米中表達(dá)多個(gè)優(yōu)良性狀的目標(biāo)，如將crylAcM、epsps、GAT、ZmPIS轉(zhuǎn)入玉米，可獲得同時(shí)具有抗玉米螟、耐草甘膦和抗旱性狀的轉(zhuǎn)基因玉米［42］；將抗蟲基因Cry1Ah與耐除草劑基因2mG2-epsps融合并轉(zhuǎn)入玉米植株幼胚，可初步獲得具有抗蟲和耐除草劑雙性狀的轉(zhuǎn)基因玉米［43］。

2 轉(zhuǎn)基因玉米食用安全性評(píng)價(jià)

轉(zhuǎn)基因植物自誕生起，其食用安全性引起了科學(xué)界、管理者和公眾的共同關(guān)注。很多人擔(dān)心轉(zhuǎn)基因植物打破了自然界的種族隔離，因此，無法確定轉(zhuǎn)基因植物的食用安全性，大眾對(duì)轉(zhuǎn)基因植物的食用安全性主要有以下5個(gè)方面的擔(dān)憂：第一，轉(zhuǎn)基因植物的營(yíng)養(yǎng)成分是否與其親本植物相同，以及它們提供的營(yíng)養(yǎng)是否可以滿足人體需求；第二，轉(zhuǎn)基因植物對(duì)害蟲有毒害作用，那么它們對(duì)人體是否同樣具有毒性；第三，食用轉(zhuǎn)基因植物是否有致敏風(fēng)險(xiǎn)；第四，轉(zhuǎn)基因植物中的基因是否會(huì)通過食用發(fā)生轉(zhuǎn)移；第五，轉(zhuǎn)基因植物是否存在非期望效應(yīng)［44］。

1993年世界經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織提出了“實(shí)質(zhì)等同性”的概念，即若某個(gè)新食品或食品成分與現(xiàn)有食品或食品成分大致相同，則它們是等同安全的，此概念得到了世界衛(wèi)生組織、聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織、國(guó)際食品法典委員會(huì)等的認(rèn)同，并成為了轉(zhuǎn)基因食品的食用安全性評(píng)估的重要原則之一。另一重要原則是“個(gè)案分析”原則。在這兩個(gè)基本原則的基礎(chǔ)上，并結(jié)合相關(guān)法律法規(guī)，對(duì)轉(zhuǎn)基因玉米進(jìn)行關(guān)鍵成分分析、營(yíng)養(yǎng)學(xué)評(píng)價(jià)、毒理學(xué)評(píng)價(jià)和致敏性評(píng)價(jià)是判斷轉(zhuǎn)基因玉米食用安全性的基本內(nèi)容；并且，自1996年轉(zhuǎn)基因玉米在美國(guó)首次實(shí)現(xiàn)商業(yè)化以來，轉(zhuǎn)基因玉米的育種從基因轉(zhuǎn)化、基因整合、標(biāo)記篩選、產(chǎn)品檢測(cè)到害蟲抗性管理等已建立了比較完整的理論和技術(shù)體系［45］。

2.1 轉(zhuǎn)基因玉米的關(guān)鍵成分分析

關(guān)鍵成分分析是轉(zhuǎn)基因食品安全性評(píng)估的先決因素和必不可少的內(nèi)容之一。關(guān)鍵成分分析過程中對(duì)樣品的選擇有非常嚴(yán)格的要求，選取的樣品可以是來自一個(gè)種植點(diǎn)而種植季節(jié)不同的3個(gè)及以上樣品，也可以是來自同一個(gè)種植季節(jié)但種植地點(diǎn)不同的3個(gè)及以上樣品［44］。對(duì)轉(zhuǎn)基因玉米的關(guān)鍵成分分析主要分為營(yíng)養(yǎng)成分分析和抗?fàn)I養(yǎng)成分分析兩大部分。

對(duì)轉(zhuǎn)基因玉米進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)成分分析是消除公眾對(duì)轉(zhuǎn)基因玉米能否提供人體所需營(yíng)養(yǎng)成分，以及其營(yíng)養(yǎng)成分組成和含量是否與非轉(zhuǎn)基因玉米相同的疑慮的最直接方法。由于不同品種轉(zhuǎn)基因植物的營(yíng)養(yǎng)成分存在差異，因此尚未統(tǒng)一規(guī)定必須檢測(cè)的成分［44］。研究者［46-49］通常依據(jù)世界經(jīng)濟(jì)與發(fā)展組織對(duì)各類轉(zhuǎn)基因植物需檢測(cè)的成分規(guī)定及其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)參考范圍來評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)基因植物的營(yíng)養(yǎng)成分是否合理。根據(jù)規(guī)定，需要檢測(cè)的營(yíng)養(yǎng)成分主要包括碳水化合物等三大營(yíng)養(yǎng)素以及維生素和礦物質(zhì)等微量成分，部分品種還需要檢測(cè)蛋白質(zhì)中氨基酸的組成比例和含量，以及脂肪中不同脂肪酸的比例與含量。具體測(cè)定過程中，通常將轉(zhuǎn)基因玉米對(duì)應(yīng)的親本作為對(duì)照，來評(píng)價(jià)非轉(zhuǎn)基因玉米在營(yíng)養(yǎng)成分上是否存在明顯區(qū)別，能否為人類提供必要的營(yíng)養(yǎng)成分。若轉(zhuǎn)基因玉米與其對(duì)應(yīng)的非轉(zhuǎn)基因玉米營(yíng)養(yǎng)成分顯示存在顯著差異，則需進(jìn)一步考察差異是否在這類食品規(guī)定的參考范圍內(nèi)。研究者通過對(duì)比耐除草劑G2-Aroa玉米［46］、轉(zhuǎn)AO基因高植酸酶玉米［47］及其非轉(zhuǎn)基因玉米的主要營(yíng)養(yǎng)成分（水分、灰分、脂肪、粗蛋白和纖維）含量發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因玉米與非轉(zhuǎn)基因玉米上述營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量差異不顯著，總體營(yíng)養(yǎng)水平相當(dāng)，個(gè)別差異屬于自然變異，且均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)并在世界經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織的參考范圍內(nèi)。表明基因的插入并不會(huì)干擾玉米的營(yíng)養(yǎng)平衡，轉(zhuǎn)基因玉米及其親本玉米之間營(yíng)養(yǎng)成分具有實(shí)質(zhì)等同性。

抗?fàn)I養(yǎng)因子是指對(duì)機(jī)體代謝途徑尤其是消化途徑有阻斷作用的物質(zhì)。常見的抗?fàn)I養(yǎng)因子包括蛋白酶抑制劑、植酸、凝集素、芥酸、棉酚、單寧酸和硫苷，它們將導(dǎo)致機(jī)體對(duì)蛋白質(zhì)、維生素或礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)素的吸收利用效率降低，進(jìn)而使食物的利用率和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值降低。此外，大多數(shù)抗?fàn)I養(yǎng)因子如草酸鹽、生氰酸等，在攝入量較大時(shí)還會(huì)產(chǎn)生毒性作用，影響人體健康［48］。因此，對(duì)轉(zhuǎn)基因玉米的關(guān)鍵成分分析應(yīng)包括抗?fàn)I養(yǎng)因子的分析。一般認(rèn)為玉米中的抗?fàn)I養(yǎng)因子主要是存在于玉米籽中的植酸鹽、胰島素及胰凝乳蛋白酶抑制物等。通過基因序列分析、酶活測(cè)定等方法，檢測(cè)了轉(zhuǎn)Bt-176基因抗蟲抗草銨膦玉米［49］和轉(zhuǎn)G2-aroA基因耐草甘膦玉米［50］中的胰凝乳蛋白酶抑制物活性，發(fā)現(xiàn)Bt-l76玉米組織胰凝乳蛋白酶抑制活性無明顯變化，轉(zhuǎn)G2-aroA基因耐草甘膦玉米的胰蛋白酶抑制物活性低于非轉(zhuǎn)基因玉米。由此說明，這兩種轉(zhuǎn)基因玉米與非轉(zhuǎn)基因玉米的抗?fàn)I養(yǎng)因子具有實(shí)質(zhì)等同性。

2.2 轉(zhuǎn)基因玉米營(yíng)養(yǎng)學(xué)評(píng)價(jià)

營(yíng)養(yǎng)學(xué)評(píng)價(jià)是轉(zhuǎn)基因玉米食用安全性評(píng)價(jià)的重要組成部分，其評(píng)價(jià)基礎(chǔ)是關(guān)鍵成分分析，并且兩個(gè)評(píng)價(jià)內(nèi)容相互呼應(yīng)，都是消除公眾對(duì)轉(zhuǎn)基因玉米能否提供人體所需營(yíng)養(yǎng)成分疑慮的主要方法。轉(zhuǎn)基因玉米的營(yíng)養(yǎng)學(xué)評(píng)價(jià)遵循的是“個(gè)案分析”原則，具體方法是將動(dòng)物分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，分別飼喂轉(zhuǎn)基因玉米全食飼料和非轉(zhuǎn)基因玉米飼料。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)過程中組間動(dòng)物的進(jìn)食狀態(tài)以及健康狀態(tài)差異，評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)基因玉米與親本植物是否存在營(yíng)養(yǎng)學(xué)區(qū)別［44］。轉(zhuǎn)基因玉米的營(yíng)養(yǎng)學(xué)評(píng)價(jià)包括了營(yíng)養(yǎng)成分、抗?fàn)I養(yǎng)因子等，以及加工條件對(duì)轉(zhuǎn)基因玉米營(yíng)養(yǎng)的影響。

目前已證實(shí)多個(gè)品種轉(zhuǎn)基因玉米與其親本玉米的營(yíng)養(yǎng)成分和含量并無明顯差異；同時(shí)，通過動(dòng)物喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)也證明多種轉(zhuǎn)基因玉米營(yíng)養(yǎng)成分的生物利用率與親本相比并無顯著差異，如用轉(zhuǎn)RDV運(yùn)動(dòng)蛋白缺陷型基因抗矮花葉玉米全食物飼喂SD大鼠，檢測(cè)90 d中大鼠生長(zhǎng)性能、尿液及臟器指數(shù)的變化，上述指標(biāo)證明轉(zhuǎn)RDV運(yùn)動(dòng)蛋白缺陷型基因抗矮花葉玉米與常規(guī)非轉(zhuǎn)基因玉米有相同的生物學(xué)營(yíng)養(yǎng)［51］。

通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)觀察轉(zhuǎn)基因玉米中的抗?fàn)I養(yǎng)因子的變化情況，是轉(zhuǎn)基因玉米營(yíng)養(yǎng)學(xué)評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容之一［47］，如通過對(duì)比飼喂轉(zhuǎn)植酸酶玉米和對(duì)照非轉(zhuǎn)基因玉米后的SD大鼠的生長(zhǎng)性能、血常規(guī)、生化指標(biāo)和蛋白功效比值，可證明轉(zhuǎn)AO基因高植酸酶玉米在蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值方面與非轉(zhuǎn)基因玉米具有實(shí)質(zhì)等同性，即從營(yíng)養(yǎng)學(xué)角度分析該類型玉米是安全的［47］。

此外，考慮到玉米一般是通過烹煮、發(fā)酵等加工操作后食用，因此，評(píng)估加工方式對(duì)轉(zhuǎn)基因玉米食用安全性的影響也具有重要意義。目前，國(guó)際上尚無針對(duì)加工轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品食用安全性評(píng)價(jià)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，加工后轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的食用安全性評(píng)價(jià)主要基于特異性DNA片段檢測(cè)的PCR技術(shù)和特異性蛋白質(zhì)檢測(cè)的免疫學(xué)法兩種技術(shù)，這兩種方法各有利弊，但產(chǎn)品經(jīng)過深度加工后蛋白質(zhì)易發(fā)生變性，而DNA在高溫、高壓等逆境下即使發(fā)生降解也仍能被檢測(cè)出，因此基于特異性DNA檢測(cè)的PCR法使用更加廣泛［52］。研究發(fā)現(xiàn)，多數(shù)物理加工方法，如粉碎、配料、混合、普通制粒工藝和青貯不會(huì)降解轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品中的DNA［53］，但蒸煮［54］、發(fā)酵和烘烤［55］等加工方式將導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品中基因被破壞和降解，降低了基因轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)；并且加熱溫度越高，加工時(shí)間越長(zhǎng)，基因的破壞量越高，同時(shí)循環(huán)次數(shù)值越大，表明加工后的DNA含量越少［56］。

2.3 轉(zhuǎn)基因玉米毒理學(xué)評(píng)價(jià)

轉(zhuǎn)基因玉米的毒理學(xué)評(píng)價(jià)主要有以下兩種方式：一種是對(duì)外源基因表達(dá)產(chǎn)物的毒理學(xué)評(píng)估，另一種是對(duì)全食品的毒理學(xué)評(píng)估。對(duì)轉(zhuǎn)入基因表達(dá)產(chǎn)物的毒理學(xué)評(píng)估即對(duì)轉(zhuǎn)基因玉米的非預(yù)期效應(yīng)的評(píng)價(jià)，因此對(duì)轉(zhuǎn)基因玉米的毒理學(xué)評(píng)價(jià)更加保證了轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性，是轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品食用安全性評(píng)估的重要內(nèi)容［44］。

對(duì)轉(zhuǎn)入基因表達(dá)產(chǎn)物的毒理學(xué)評(píng)價(jià)包括以下內(nèi)容：通過分析新蛋白與已知具有毒性的蛋白或抗?fàn)I養(yǎng)因子的核酸、氨基酸序列對(duì)比是否同源，考察新蛋白的分子、生化特性等信息；通過熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)考察新蛋白的耐熱性；通過模擬消化實(shí)驗(yàn)考察新蛋白的抗消化能力；通過急性毒性實(shí)驗(yàn)與28 d重復(fù)劑量暴露實(shí)驗(yàn)考察轉(zhuǎn)基因產(chǎn)物的毒理性。

對(duì)于具有毒性新蛋白的體外模擬消化實(shí)驗(yàn)，以Cry1Ie蛋白的模擬消化實(shí)驗(yàn)為例，Cry1Ie蛋白對(duì)亞洲玉米螟（Ostrinia furnacalis）具有高毒力，且此基因已經(jīng)應(yīng)用于培育轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米，其體外模擬消化實(shí)驗(yàn)顯示，Cry1Ie蛋白在模擬胃腸液中15 s內(nèi)即被消化，且SDS-PAGE未檢測(cè)到蛋白殘留。進(jìn)一步進(jìn)行生物活性測(cè)定，證實(shí)Cry1Ie蛋白在胃腸液系統(tǒng)不穩(wěn)定，并喪失了對(duì)亞洲玉米螟的殺蟲活性，表明這類轉(zhuǎn)入基因表達(dá)的蛋白不會(huì)對(duì)人類產(chǎn)生毒害作用［57］。

全食品毒理學(xué)評(píng)估可用于分析判斷轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品對(duì)人類健康的長(zhǎng)期影響，一般通過亞慢性毒性實(shí)驗(yàn)（90 d動(dòng)物喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)）進(jìn)行評(píng)估，如果亞慢性毒性實(shí)驗(yàn)顯示不符合預(yù)期的結(jié)果，則需通過慢性毒性或生殖毒性動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行進(jìn)一步檢驗(yàn)［44］。有研究通過用轉(zhuǎn)基因玉米喂養(yǎng)SD大鼠，觀察造模90 d后實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組大鼠的生化、血常規(guī)、臟器指數(shù)等指標(biāo)，證明了轉(zhuǎn)基因耐草甘膦除草劑玉米CC-2［58］、轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米 CM8101［45］、轉(zhuǎn)基因 DAS-59122-7玉米［59］和轉(zhuǎn)基因玉米DAS-?15?7-1xDAS-59122-7（1507x59122）［60］沒有亞慢性毒性。也有研究者采用三代繁殖毒性研究的方法，通過檢測(cè)并對(duì)比各組大鼠的基本生理生化指標(biāo)和生殖系統(tǒng)以及子代發(fā)育情況，證明食用轉(zhuǎn)Cry1Ab和epsps基因玉米不會(huì)對(duì)大鼠及其子代造成不良影響［61］。

2.4 轉(zhuǎn)基因玉米致敏性評(píng)價(jià)

大多數(shù)食物的致敏原是蛋白質(zhì)，且致敏性不是轉(zhuǎn)基因植物所獨(dú)有的，普通植物也能導(dǎo)致過敏，但由于利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)可轉(zhuǎn)移致敏基因，因此需要額外檢測(cè)轉(zhuǎn)基因植物產(chǎn)生的新蛋白的致敏性。目前，國(guó)際通用的致敏性評(píng)價(jià)依據(jù)是聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織頒布的過敏原評(píng)價(jià)決定樹，其主要評(píng)估內(nèi)容包括新蛋白質(zhì)與已知蛋白質(zhì)的氨基酸序列的同源性判定、潛在致敏蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性評(píng)估、蛋白消化能力評(píng)估以及動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)過敏性評(píng)價(jià)等［62］。

目前，判斷新蛋白具有潛在致敏性的標(biāo)準(zhǔn)為新蛋白與已知過敏原蛋白具有35%以上連續(xù)6個(gè)相同的氨基酸［44］。有研究通過在蛋白質(zhì)信息庫(kù)（the protein information resource，PIR）、美國(guó)國(guó)立生物技術(shù)信息中心（national center for biotechnology information，NCBI）、PubMed等含有己知致敏原序列的數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行蛋白氨基酸序列同源性比對(duì)，證明了抗蟲抗草銨膦的Bt-176轉(zhuǎn)基因玉米中CrylA（b）［49］、PAT［49］及常用的標(biāo)記基因潮霉素B磷酸轉(zhuǎn)移酶（hygromycin B phosphotransferase，HPT）表達(dá)的HPT蛋白［58，63］等外源基因表達(dá)的蛋白理論上不會(huì)引發(fā)過敏反應(yīng)。同時(shí)對(duì)于具有致敏性蛋白的抗消化能力測(cè)定的體外模擬蛋白消化能力實(shí)驗(yàn)和外源蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)的研究也較多，如通過對(duì)對(duì)照和樣品蛋白進(jìn)行模擬胃液消化實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合SDS-PAGE與Western blot雜交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，已證明 CP4-EPSPS蛋白［64］和 AM79 EPSPS蛋白［65］在模擬胃腸液體系中極易被消化，且無致敏性。此外通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，觀察小鼠的生理情況和相關(guān)生化指標(biāo)，可以直觀地評(píng)判轉(zhuǎn)基因玉米中新蛋白的致敏性和致敏水平，如為評(píng)價(jià)HPT蛋白的過敏性，可以用已知致敏原卵清蛋白（ovalbumin，OVA）作為陽性對(duì)照蛋白，用無菌水作為空白對(duì)照進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，對(duì)比各組動(dòng)物血清中的總IgE、IgG抗體水平及OVA、HPT蛋白誘導(dǎo)的特異性IgE、IgG抗體水平，從而證明HPT蛋白潛在致敏性較低［63］。

3 展望

研發(fā)和種植轉(zhuǎn)基因玉米可以確保玉米健康生長(zhǎng)、正常發(fā)育、安全收獲，從而增加玉米營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、減少病蟲害等因素造成的經(jīng)濟(jì)損失，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，最終達(dá)到提升經(jīng)濟(jì)效益的目的。通過近30年的研究，轉(zhuǎn)基因玉米的研發(fā)技術(shù)已日漸豐富和成熟。無論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，都已有不同優(yōu)良性狀（抗蟲、耐除草劑、抗逆、抗病、優(yōu)質(zhì)和高產(chǎn)）的轉(zhuǎn)基因玉米獲批商業(yè)化種植，且仍在持續(xù)研究中。但對(duì)比國(guó)外轉(zhuǎn)基因玉米的研發(fā)和商業(yè)化情況，我國(guó)自主研發(fā)和實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的轉(zhuǎn)基因玉米轉(zhuǎn)化體數(shù)量較少，由國(guó)外跨國(guó)公司研發(fā)并推動(dòng)商業(yè)化的轉(zhuǎn)化體占到了商業(yè)化轉(zhuǎn)化體的絕大多數(shù)。因此，科研人員要在大力研究轉(zhuǎn)基因玉米轉(zhuǎn)化體的同時(shí)加強(qiáng)對(duì)轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)以及基因?qū)＠漠a(chǎn)權(quán)意識(shí)，同時(shí)國(guó)家也要在產(chǎn)權(quán)保護(hù)方面給予更多的支持，從而提高我國(guó)在轉(zhuǎn)基因玉米研究和生產(chǎn)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。

雖然目前大多數(shù)研究已證實(shí)轉(zhuǎn)基因玉米品種的安全性，但隨著生物技術(shù)的發(fā)展，會(huì)不斷有新的轉(zhuǎn)基因玉米品種出現(xiàn)，公眾也將持續(xù)關(guān)注轉(zhuǎn)基因玉米的食用安全性問題。因此，需要不斷依據(jù)科學(xué)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)管理原則，對(duì)轉(zhuǎn)基因玉米的安全評(píng)估和監(jiān)管體系進(jìn)行完善，并健全更新轉(zhuǎn)基因玉米相關(guān)法律法規(guī)，通過科學(xué)嚴(yán)格的監(jiān)管，保證轉(zhuǎn)基因玉米的食用安全，同時(shí)還需注意加強(qiáng)與國(guó)際上轉(zhuǎn)基因作物管理機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)性，及時(shí)更新轉(zhuǎn)基因作物的監(jiān)管框架，并結(jié)合宣傳科普，減少民眾的顧慮，進(jìn)一步促進(jìn)轉(zhuǎn)基因玉米的商業(yè)化和科研發(fā)展。

綜上所述，國(guó)內(nèi)外眾多研究者針對(duì)玉米所需的優(yōu)良性狀和玉米種植過程中亟待解決的問題，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育出了多種具有優(yōu)良性狀的轉(zhuǎn)基因玉米；同時(shí)，統(tǒng)一有效的安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是轉(zhuǎn)基因玉米研發(fā)和推廣的重要保障，因此轉(zhuǎn)基因的食用安全性評(píng)價(jià)也值得人們重點(diǎn)關(guān)注。