转基因植物的生态学风险检测与评价

二、转基因植物的生态学风险检测与评价

转基因植物带来的生态环境风险,主要体现在两个方面,即转基因植物杂草化的潜在风险和外源基因通过基因流向近缘物种逃逸产生的生态风险。种群替代试验是检测这两种潜在风险的常用方法。所谓种群替代试验,是指经过世代交替,当年种群在次年可被它自己产生的后代或被另一种更具活力的后代所取代。种群替代试验是检测不同世代间基因型减少或增加的一种有效方法,它可以检测出某一特定基因型能否持续存在。具体说种群替代试验可检测两类信息,一类信息是某一种群自身被替代的频率,另一类信息是土壤中存留的所有种子(种群种子库)的持久性。这些数据可以用来比较转基因植物与非转基因植物的生态行为表现。如果在相同环境的试验表明转基因植物与非转基因植物亲本相比,其种群数下降,且其种子库不能持续存在,那转基因植物产生的负面影响就不会高于非转基因植物。

对于转基因植物转变为杂草的潜在风险的评估,Rissler和Mellon于1996年提出了一种三步式评估方法。三步评估法的基本步骤是:

第一步,通过现有的知识,将转基因植物进行风险分类,判定是属于高风险一类,还是低风险甚至无风险一类;

第二步,根据第一步的分类对试验对象进行不同的田间试验,评价其生态上的行为表现;

第三步,如果第二步证明转基因植物具有更高的生态上的行为表现,则需要对转基因植物进一步检测,确定在何种条件下造成何种程度的潜在危害(图7-1)。

对转基因作物的第二大生态风险——基因流及其效应评估的方法类似于第一类风险的评估,仍旧是进行三步分析。现以基因流向近缘杂草为例进行介绍。

第一步:基因流分析,主要通过现有的知识,评价了转基因作物与近缘野草间产生可育杂草的可能性。评价内容有:转基因作物本身是否具有有性繁殖能力?不具有或属于低风险,评价可以终止,但是如果具有或信息不全难以确定,则需要进一步评价是否存在与转基因作物有杂交亲和性的近缘种。不存在或属较低风险,评价则终止,如存在或是信息不全难以确定,则进一步分析转基因作物与近缘植物种的授粉方式是否利于基因流入和流出。如不允许或属于较低风险,分析可以终止,若利于或信息不全难以确定,则分析转基因作物与近缘种是否相遇。转基因作物花期与近缘物种花期不一致,属于低风险,分析可以终止,如花期一致或信息不全难以确定,就要继续分析转基因作物与近缘种的传粉方式是否相同。传粉方式若不同,属于较低风险,分析也可终止,如相同或信息不全难以确定,则再进一步分析转基因作物与近缘种在田间环境下是否自然进行异花传粉、受精并产生有活力的可育后代。如若不能,转基因作物就被归为基因流测试的低风险一类,监测评估便可以终止,如果有杂种产生,则分析就要进入第二步。(https://www.daowen.com)

第二步:野生杂草转入基因后生态上的行为表现分析。此步主要是检测转基因的野生杂草种群在种群替代试验中是否比亲本杂草具有更好的表现。如不是,则风险较低,分析可以终止;如是,则风险较高,需要重新考虑其商业应用或进入第三步分析。

第三步:转基因的杂草植株的杂草化试验。如果转基因的杂草在生态上有强的行为表现,导致转基因杂草植株的杂草化趋势增强,则风险较高,需重新考虑商业应用;若不会导致杂草化增强,则风险较低,分析便可以终止。

在基因流分析中,花粉散布是一个重要指标。测定转基因植物花粉散布的主要分析方法有父本分析、花粉计数、花粉收集及花粉活力测试等。父本分析的目的是分辨出特定的基因型母株所产种子可能存在的父本的特定基因,用以鉴定基因流动的存在。花粉计数可以估计花粉的产量等,在转基因花粉散布的研究中,常与花粉收集相结合来测度花粉的释放。若转基因植物花粉为风媒传播,需要进行数据采集、花粉沉降采集、气象数据分析、花粉风力输送模型等研究。花粉收集计数较常用且简单的方法是用设在离地面10 m 的花粉收集器来进行,这样不但可以评价花粉长距离的移动,还可以在不使其正对风向情况下计数1 m3/d中的花粉粒的数量。然后再采用试验性授粉,种子或果实的形成作为花粉粒活力的测度。若转基因植物传粉为虫媒扩散,则还需要对昆虫活动范围进行调查及花粉鉴定等综合作用分析。转基因作物花粉测度研究通常采用亲本分析法进行。其方法是在试验地中心设置一个转基因作物样方,在其周围种植非转基因作物或近缘种,待作物成熟期在不同方向的不同距离上收取一定面积的样方或一定数量的种子或果实,对所收集成熟种子或果实中转基因存在的频率进行分析,即可作为转基因作物的传粉频率。

图示

图7-1 转基因植物转变为杂草潜在风险评估

在转基因植物安全评价中,检测非转基因作物或其近缘种的后代中是否存在转基因是评价转基因逃逸,也是转基因作物与近缘种间基因流动是否产生杂交种的依据。对于抗除草剂转基因的杂种后代,一般向后代幼苗喷洒响应除草剂就可以初步筛选鉴定。对于其他类型转基因,基因流动的检测主要是采取形态特征分析、细胞学鉴定、蛋白质及同工酶电泳分析、DNA 分析标记技术等分子检测和统计方法(具体操作可以参考相关章节)。一般在实际运用中,会对这些方法进行综合运用进行检测。