第六章 转基因技术对食品安全性 的影响第一节 转基因技术概述及在食品工业中的应用 一、转基因技术概述 1、基因工程的概念基因工程是20世纪70年代初发展起来的一 门新兴科学，由此而引发了当今世界各国所瞩 目的生物技术。 基因工程是用人工的方法把不同生物的 遗传物质（基因）分离出来，在体外进行剪 切、拼接、重组，形成基因重组体，然后再 把重组体引入宿主细胞或个体中以得到高效 表达，最终获得人们所需要的基因产物。 基因工程的基本过程就是利用重组DNA 技术在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法 ，对生物的基因进行改造和重新组合，然后 导入受体细胞内进行增殖，并使重组基因在 受体内表达，产生出人类需要的基因产物。食品基因工程是指利用基因工程的技术 和手段，在分子水平上定向重组遗传物质， 以改良食品的品质和性状，提高食品的营养 价值、贮藏加工性状以及感官性状的技术。 从种植的转基因作物种类来看,2001年 全球占主导地位的转基因作物是GM大豆, 其播种面积占全部转基因作物播种面积的 63%,达3330万公顷,且均为抗除草剂大豆 ;位列第二的是玉米,980万公顷,占全部转 基因作物播种面积的l9%转基因棉花以 680万公顷列第三位,占全部转基因作物种 植面积的l3%;油菜为270万公顷,占5%。 2001年转基因作物种类瑞士科学家培育出 滥用转基因技术太空育种 太空育种的植物是将种子放到太空微重力、高 真空、宇宙射线辐射等环境下，诱使种子发生变 异，这种变异和自然界植物的自然变异一样，只 是速度和频率有所改变。这种突变只是一类基因 产生与原来不同的等位基因，如高秆变矮秆，早 熟变晚熟，从本质上看，它产生的染色体突变与 杂交育种一样，太空食品的基因组不多也不少， 原来是多少还是多少。所以专家们认为，不存在 安全性问题。2、基因工程的主要内容 与宏观的工程一样，基因工程的操作也需 要经过“切”、“接”、“贴”和“检查修复”等过程 ，只是各种操作的“工具”不同，被操作的对象 是肉眼难以直接观察的核酸分子。基因工程的操作过程一般分4个步骤： 第一步，在供体细胞中用限制性内切酶切割 基因，以分离出含有特定的基因片段或人工 合成目的基因并制备运载体（质粒、病毒或 噬菌体）； 第二步，把获得的目的基因与制备好的运载 体用DNA连接酶连接组成重组体； 第三步，把重组体引入宿主细胞； 第四步，筛选、鉴定出含有外源目的基因的 菌体或个体。 基因工程是改变生物体遗传特性的一个 强有力的手段，采用工程设计的原理进行实 验设计和实验操作，最终使受体生物获得新 的、可预见的遗传特性。借助这一手段，人 们可以打破物种间遗传物质交换的屏障，将 来自不同种属、不同门类，甚至不同界的生 物遗传物质转移到受体生物的细胞中。二、转基因技术在食品生产和加工中的应用 随着人民生活水平的提高，人们对饮食 质量的要求也越来越高，这就要求科学家们 在关心食品产量和种类的同时，更要关心食 品的质量。将一些用传统育种方法无法培育 出的性状通过基因工程的手段引入微生物、 动物、植物等食品原料，通过基因工程改进 食品的生产工艺和流程、生产食品添加剂和 功能食品等。1、利用基因工程改造食品微生物 如啤酒生产中要使用啤酒酵母，但由 于普通啤酒酵母菌种中不含淀粉酶，所以 需要利用大麦芽产生的淀粉酶使谷物淀粉 液化成糊精，生产过程比较复杂。现在人 们已经采用基因工程技术，将大麦中 淀 粉酶基因转入啤酒酵母中并实现高速表达 。这种酵母便可直接利用淀粉进行发酵， 无需麦芽生产淀粉酶的过程，可缩短生产 流程，简化工序，推动啤酒生产的技术革 新。2、利用基因工程改善食品原料的品质 在肉的嫩化方面，可利用生物工程技术 对动物体内的肌肉生长发育基因进行调控， 通过基因工程获得嫩度好的肉。可以从两个 方面着手：活体调控钙激活酶系统 这是利用基因工程在动物的生长发育阶 段提高钙激活酶系统中钙激活酶抑制蛋白 的含量，从而降低肌肉中蛋白质的代谢速 度，增加肌肉中蛋白质的积存，提高瘦肉 的生产量；而在动物准备屠宰前则通过调 控提高钙激活酶和钙激活酶抑制蛋白的基 因克隆染色体定位，并正着手进行转基因 动物的研究。调控脂肪在畜体内沉积顺序以达到改善肉 质的目的。 均匀分布于肌肉中的脂肪使肌肉呈大理 石状，嫩度好，而皮下脂肪对肉的品质则没 有任何益处，在肉品加工中也很难利用。因 此，改变或淡化畜体的脂肪沉积顺序，减少 皮下脂肪的产量具有相当的经济意义。 基因工程改造过的马铃薯可以提高固型 物含量；经基因工程改造后的大豆、芥花 菜，其植物油组成中不饱和脂肪酸的比例 较高，可提高食用油的品质；谷物蛋白质 中的氨基酸比例也可以采用基因工程方法 改变，弥补赖氨酸等氨基酸含量较少的缺 陷，使其具有完全蛋白质的来源，提高营 养价值。3、利用基因工程改进食品生产工艺 通常以谷物为原料生产乙醇和果糖时，要使 用淀粉酶等分解原料中的糖类物质。这些酶造价 高，而且只能使用一次，对这些酶进行改进，可 大大降低果糖和乙醇的生产成本。如利用微生物 培养技术，大量生产所需的酶。这比直接从组织 中提取成本更低。 还可以改良啤酒大麦的加工工艺，啤酒制造 对大麦醇溶蛋白含量有一定要求，如果醇溶蛋白 含量过高会影响发酵，使啤酒易产生混浊，也会 增加过滤的难度。采用基因工程技术，使另一蛋 白基因克隆至大麦中，便可相应地使大麦中降低 醇溶蛋白，以适应生产的要求。4、利用基因工程生产食品添加剂及功能性食品 如应用于生产保健食品的有效成分，当今， 保健食品的发展有赖于基因工程这门新技术。现 在，可以采用转基因手段，在动植物或其细胞中 使目的基因得到表达而制造有益于人类健康的保 健成分或有效因子。 例如，将一种有助于心脏病患者血液凝结溶 血作用的酶基因克隆至牛或羊中，便可以在牛乳 或羊乳中产生这种酶。又如，把人的血红素基因 克隆至猪中，那么，猪的血可以用做人类血液的 代用品。这些都是转基因动物生产特殊成分的例 子。 第二节 转基因技术对食品安全性的影响一、GMO (Genetically Modified Technique) 的环境安全性 1、基因转移问题 通过传粉植物可将基因转移给同一物种 的其他植物，也可能转移给环境中的野生亲 缘种。植物间通过传粉而转移基因的可能由 偶然性的特殊事件而决定。转移基因的条件： （1）受体植物同转移基因植物具有性的亲 和能力，并生长在风媒和虫媒的距离范围内 。 （2）受体植物须在转基因植物花粉期内形 成可授粉的花。 （3）受体植物可育，并且能产生有生活力 的种子，且种子能存活，萌发和生长。 （4）由该杂种种子产生的植物及其后代都 可通过自花或异花授粉产生种子或能营养生 存。2、杂草化问题 植物通过传粉进行基因转移，可能将一些抗虫 、抗病、抗除草剂或对环境胁迫具有耐性的基因转 移给野生亲缘种或杂草，产生超级杂草，具有种子 多、传播能力强和适应性强等特点，杂草一旦获得 转基因生物体的抗逆性，将在农业生态系统中比其 他作物具有更强的竞争力，由此将影响其他作物的 生长和生存。 3、性状对目标生物的影响问题 转基因植物的抗虫、抗病和除草剂等新性状 不仅对目标生物的种群大小和进化速度产生影响， 而且也对非目标生物，特别是有益微生物和濒临绝 种的物种造成直接或间接的影响。4、抗病毒转基因问题 大田作物中的转基因病毒序列有可能与侵染 该植物的其他病毒进行重组，从而提高新病毒产 生的可能性，由于转基因作物的病毒基因随时随 都生活在寄主植物的细胞内，因此随着释放规模 的增加，将有可能提高相关病毒的重组风险。 5、毒性和过敏问题 大多数作物的转基因或生物体可作为人类食 物和动物饲料，如果转入的外源基因增加了受体 植物的毒性，则会对人体和其他动物健康造成威 胁。此外，自然界有许多物质是人类的过敏原， 如果外源基因转入受体后，其产物是人类的过敏 原，那么将增加受体作物引起过敏的可能性。二、GMO的食品安全性 转基因食品作为一种新型的食品种类 ，自从它出现的那一天起，就备受世人关 注，其安全性一直是消费者、科学界、政 界等关注的焦点，虽然转基因食品的安全 性是人们最关心最重要的问题，但其结果 往往又有不确定性，目前还没有确定的证 据证明转基因食品到底是有害的还是无害 的，由于基因与人类疾病和健康的关系十 分密切，人们这方面的知识还知道得比较 少。 从食品安全保障的观点来看，持肯定 观点的人们认为转基因生物正如自然界物 种进化过程中变异体的出现，它对食品安 全性的评价需要在风险和收益的比较分析 研究的基础上进行，对转基因食品安全性 的评价可用现在普遍采用的实质等同性原 则进行评价，持否定观点的人认为，转基 因食品超出了传统育种的范围，已经不能 认为是杂交育种的延伸，所使用的一些基 因来自病毒和细菌，可引发致命的疾病， 有些影响需要经过很长时间才能表现出来 。目前对转基因食品的担忧主要集中在 所转化的外源基因上，在转基因食品中， 外源基因主要包括两大类，即目的基因和 标记基因. 目的基因是人们期望宿主生物获得的 某一或某些性状的遗传信息载体。 标记基因是帮助在植物遗传转化强筛 选和鉴定转化的细胞、组织和再生植物的 一类外源基因，包括标记基因和报告基因 。1、转基因食品外源基因的食用安全性 （1）有无直接毒性 任何DNA都是由四种碱基构成的，所 有生物食品都会有大量的DNA，食品中的 DNA及其降解产物对人体无毒害作用，目 前转基因食品中所用的外源基因，其组成 与普通DNA并无差异，此外，食品中外源 基因的含量很小，相比之下，通过转基因 食品摄入的外源基因是微不足道的。（2）基因水平转移的可能性 人们食用转基因后其中绝大部分DNA 降解，并在胃肠中失活，剩下的极小部分 是否存在安全性问题现在存在争论，不过 从目前情况来看存在安全问题的可能性比 较小。2、未预料的基因多效性 在转基因生物中，由于外来基因插入宿主原 来的遗传信息被打乱，有可能发生一些意外的效 应。 （1）位置效应 在外来基因插入的位置，宿主的某些基因可 能被破坏，插入基因及其产物还可能诱发沉默基 因的表达。 （2）干扰代谢的作用 插入基因的产物可能与宿主代谢途径中的一 些酶相互作用，干扰代谢途径，使某些代谢产物 在宿主积累或消失。 （3）食品营养品质改变 外源基因可能对食品营养产生改变，有 些增加有些减少。 （4）潜在毒性 遗传基因在打开目的基因的同时，可能 无意中提高天然植物的毒性，某些天然毒 素的基因如土豆茄碱、豆类蛋白酶抑制剂 、木薯和马铃薯的氰化物等有可能被打开 。3、转基因食品中外源基因编码蛋白的食用 性 （1）有无直接毒性 可以从两个方面来评价，一是根据外 源基因编码蛋白的化学组成判断其毒性， 常用的方法是将外源基因编码蛋白与已知 的毒性蛋白进行同源性比较，二是采用动 物实验或模拟实验的方法评价外源基因编 码蛋白的毒性。目前经过严格审查并获准 生产的转基因食品中的外源泉基因编码蛋 白对人体无直接毒性。（2）外源基因编码蛋白的过敏性 转基因食品中，外源蛋白是否产生过敏性， 可通过以下三方面进行判断： 一是外源基因是否编码已知的过敏蛋白； 二是外源基因编码蛋白与已知过敏蛋白氨基 酸序列在免疫学上是否有明显的内源性。 三是外源基因编码蛋白属某类蛋白质成员， 此类蛋白质家庭中有些成员是过敏蛋白。