以下選擇5個方面,就環境和食品風險分析中已積累的科學數據和經驗,敘述在科學認知上需要轉變觀念、進行改革的內容。
3.1評價對象、適用範圍及解除監管
以什麼為評價對象,是轉化事件(transformedevent)、品種、還是物種?這是一個最基本的問題。目前,絕大多數國家以轉化事件為評價對象,中國則以品種為對象,即每個品種一律都要從頭評估和審批。遺傳轉化可產生大量轉基因個體,稱為獨立的轉化事件。因目標基因插入基因組的位點不同,可能產生不利的「非預期效應」,但經嚴格挑選,從成百上千個轉化體中挑出一個或幾個目標基因表達最佳、農藝性狀最好的轉化事件進行安全性評估,並隨後進入產業化,實際上已淘汰了生長發育不良或品質變劣等「非預期效應」。更重要的是,迄今沒有科學證據證明,同一基因插在同一物種基因組的不同位點,會產生新的有毒物質。因此,應以物種為對象,若該物種原本不含有,且轉入的基因並不編碼毒蛋白、過敏原或抗營養因子,則該物種在轉基因後也不會產生新的有毒物質。據此,對多次評價過的物種和基因,不應再重複評價不同品種或不同的轉化事件。
中國GE作物的審批以省為單位,即使Bt抗蟲棉也以區域為單位審批。若該物種在各省都不存在有性可交配的近緣野生種或雜草、不會引發農業或生態風險,則批准後應全國通行。
第一代Bt抗蟲棉1996年開始在中國應用,據對北部棉區(6省)棉鈴蟲的長期跟蹤檢測,2010年棉鈴蟲對Bt產生抗性的種群頻率為0.93%,2013年棉鈴蟲抗性種群頻率急劇上升至5.5%,說明為有效開展棉鈴蟲的抗性治理,除採用「庇護所」策略外,還急需有第二代雙價Bt抗蟲棉取代。中國現有安評監管條例中尚無解除監管和產品退出機制的條款,需要補充制訂。
3.2對靶生物和非靶生物的影響
迄今為止,這類分析主要是針對抗蟲作物,特別是Bt抗蟲作物。Bt蛋白種類繁多,其殺蟲功能有明顯的專一性,如Cry1A蛋白專一性地殺鱗翅目昆蟲(棉鈴蟲、玉米螟、水稻螟蟲等),Cry3A專一性地殺鞘翅目昆蟲(如馬鈴薯甲蟲),稱為這兩種Bt蛋白的靶(標)生物,因為在這些昆蟲的腸道上皮細胞上具有可與Bt蛋白結合的受體蛋白,兩者相互作用,可破壞細胞膜結構、導致細胞內容物洩漏、最後腸道穿孔。非靶生物沒有Bt的受體蛋白,Bt蛋白對它們不起作用。這就是Cry1A蛋白能殺棉鈴蟲、玉米螟而對哺乳動物、人畜無害的根本原因。基於這種獨特的殺蟲機制,風險分析的重點應集中在Bt蛋白對靶生物的影響,而不是對非靶生物的影響。家蠶、大斑蝶等同屬於鱗翅目,評價Cry1A對它們的影響是必要的,但仍屬於對靶生物的影響。就Cry1A蛋白而言,鱗翅目以外的生物均屬於非靶生物。
據不完全統計,EPA已相繼批准Bt抗蟲作物16批次,包括不同的作物(棉花、玉米、大豆等)和不同的Bt基因(Cry1Ab、Cry1Ac、Cry1F、Cry2A、Cry3A、Cry3B、Cry9C、vip3Aa等),並且明確這些產品豁免標容許殘留量,因為科學數據已證明,Bt蛋白的殘留量在所有食品和飼料中、即使在嬰幼兒食品及飲用水中都不會對人體健康有不利影響(以Cry1F為例)。1996年是全球轉基因作物產業化的元年,在此之前和之後分別用非轉基因和轉基因飼料。美國對轉基因作物產業化前(1983—1995,13年)和產業化後(1996—2011,16年)的畜禽健康狀況做了調研,涉及1.0×1012頭畜禽,採集的數據包括畜禽產量、健康狀況、肉蛋奶中的營養成分等。報告表明,產業化前後實質等同,沒有區別。
評估Bt作物對非靶生物的潛在風險曾付出了巨大努力,分析過的物種包括空中飛的鵪鶉、蜜蜂,水裡遊的斑馬魚,試驗動物小鼠、大鼠,地上跑的雞、小型豬,土裡鑽的線蟲、蚯蚓乃至微生物,以及農作物上棲息的各種節肢動物等等,結果都是沒有負面影響,因為它們都是非靶生物,符合科學原理。這是過度評估最典型的例子。當然,開始時沒有經驗,做多一點可以理解,但時至今日,重複評估便沒有必要。目前,中國安評中硬性要求做6種非靶生物,其恰當性值得推敲。如確有潛在風險考慮、科學上又有合理的假設,則建議借鑑國外經驗,採用事先諮詢磋商辦法確定該做的內容。
對非靶生物的影響,一是直接影響;二是通過食物鏈的間接影響。有些非靶生物是靶生物的捕食性天敵,如瓢蟲類、蜘蛛類等,研究Bt蛋白對它們的間接影響是必要的。已有的科學數據表明,Bt殺蟲蛋白能通過食物鏈從靶昆蟲傳遞至非靶標昆蟲,但不會在食物鏈中富集。轉基因水稻中的Cry1Ab蛋白雖可通過食物鏈傳遞至捕食性天敵如擬水狼蛛,但對後者的生存、捕食、發育進度及繁殖力均無負面影響。
Bt抗蟲棉,殺蟲效果非常明顯,棉鈴蟲、棉蚜等蟲口密度急劇下降,但同時因農藥使用量和打藥次數大大減少,次要害蟲盲蝽象上升為棉田中的主要害蟲,但這並不是Bt棉的過錯,更不是什麼「超級害蟲」。自然界中,物種的此消彼長是一種十分常見的現象。
3.3轉基因飄流
基因飄流的定義:目前,研究者對基因飄流這一術語尚沒有一個確切的科學定義。由此導致表述不盡一致,如:「基因飄流」、「基因漂流」、「基因漂移」、「基因汙染(genecontamination)」等等。我們團隊經長期研究水稻轉基因飄流,認為基因飄流的狹義定義應為:「同種或異種有性可交配物種之間通過風媒或蟲媒、或風媒加蟲媒、供體的花粉擴散到受體植物的柱頭上授粉、受精結實,簡稱由花粉擴散介導的基因飄流(基因流)或有性雜交(異交)」。基因飄流在本質上即通常所說的異交結實。有性不可交配的植物種之間不存在狹義的基因飄流。
花粉擴散和基因飄流顯然與「風」有關,而與「水」的關係較小,儘管空氣相對溼度會影響水稻穎殼和花葯開裂,進而影響散粉。颱風暴雨時水稻基因飄流率並不增大,因為雨天水稻穎殼、花葯不開裂,即使偶有散粉,花粉粒也會在吸水後膨脹爆裂,故用「基因漂流」或「基因漂移」表述不合適。基因飄流不但在異交作物(如玉米)上發生,自交作物(如水稻)也有一定的異交率。說明這原本就是一種普遍的自然現象,歷來存在,並非從轉基因作物開始才有基因飄流。「基因汙染」更是貶低或妖魔化轉基因的一種說辭。應當指出,基因飄流既有引起混雜的負面影響,也有正面作用。在漫長的植物進化過程中,基因飄流或異交產生雙親之間的基因重組、修飾和變異,是物種進化的動力之一。沒有基因飄流就沒有現代海量的植物種。
閾值和隔離距離:1996年,中國發布農業轉基因生物安全管理辦法,規定轉基因水稻的安全隔離距離為100米,並已沿用至今。辦法制定時,國際上既缺少轉基因飄流的研究報告,又無監管實踐經驗,故當時將各種作物的隔離距離標明為「參考隔離距離」。經15年對水稻基因飄流系統研究,有理由認為,與時俱進地修改這100米的隔離距離時機已經成熟,既符合按風險分類管理的原則,又利於增強可操作性,降低監管成本。其他作物上30年中也積累了大量數據,我們團隊曾對國際上發表的主要農作物(水稻、小麥、玉米、棉花、油菜等)轉基因飄流頻率和距離數據進行調研分析,列出了各種作物0.1%閾值基因飄流的最大距離,可作為設定有效隔離距離的參考。歐盟和澳大利亞也發表了各種作物基因飄流的隔離距離。我們團隊還在玉米上建立了適於區域範圍應用的玉米基因飄流模型,分析了中國東北春玉米區歷史上最大的基因飄流閾值距離。
在綜合「水稻轉基因飄流」專著數據的基礎上,我們對GE水稻的安評監管提出了建議,建議內容可概括為:「1個閾值標·準;5個隔離距離;1個監管重點區域;1個重要結論」。體現了以風險為基礎的分類管理和閾值管理原則。
閾值標準:以0.1%作為水稻轉基因飄流的閾值標準。分類管理和閾值管理是農產品質量監管和國際貿易中普遍採用的原則。0.1%閾值是指在1000株中因基因飄流產生的雜株小於1株,種子純度達99.9%以上,可滿足生產原原種的要求。
隔離距離:轉基因水稻與常規稻、雜交稻品種隔離10米。常規稻、雜交稻品種因自花授粉,基因飄流距離較短。據用建立的水稻基因飄流模型計算,中國南方稻區17個省(市)1128個水稻主產縣過去30年中,92%的縣最大基因飄流閾值距離(MTD0.1%)不超過5米,最大極值為9.2米(雲南曲靖市馬龍縣,雙季早稻)。10米隔離距離已經足夠。
與不育系繁殖、雜交稻制種隔離200米。不育系因自身花粉不育,全靠接受外來花粉受精結實,轉基因飄流距離較遠,尤其是在沿海和河谷等風速較強的地區。
用於生產藥物和工業品的轉基因水稻與不育系隔離350米,與栽培稻品種隔離50米,以防止這些基因及其產物通過基因飄流進入食物鏈。在全部試驗中,檢測到的最大飄流距離是320米(在風速較大的三亞,向異交結實率很高的不育系中9A的基因飄流率在320m處為0.009%);用13個栽培稻品種在3個水稻生態區(杭州、廣州、三亞)3年試驗的結果,0.1%閾值的最大距離均小於50米。
重點監管區域:海南南繁區(三亞、陵水、樂東三縣)每年都有大量水稻(包括轉基因)材料加代繁殖或制種,若監管失控,基因飄流材料運回大陸後會在各地產生「放大效應」,必須從源頭實施最嚴格的監管。海南南繁區三縣以鄉鎮為單位的小尺度水稻基因飄流最大閾值距離可參見胡凝等。
重要結論:在中國南方有普通野生稻(Oryzarufipogon,以下簡稱普野)分布的稻區,可以推廣種植獲得安全證書的轉基因水稻,與普野之間無需採取特別的隔離措施,生態風險極低或可忽略不計。據長期跟蹤觀測,栽培稻中的轉基因飄流至普野後產生的雜種(飄流F1),經3—5代即逐漸消亡,人工模擬混栽群體中含Bt(抗蟲)或bar(抗除草劑)基因的植株數逐年減少直至消亡。究其原因有:(1)繁殖方式不同,飄流F1株型直立,通過稻蔸再生的能力遠低於普野匍匐莖的再生能力;(2)飄流F1產生的種子因休眠期長,來年早春氣溫升高時,普野地下匍匐莖迅速再生新枝,覆蓋地面,嚴重鬱閉和抑制了飄流雜種後代種子發芽產生的實生苗的生長;(3)受栽培稻遺傳背景的影響,飄流雜種的開花期比普野早,兩者花期很少重疊,難以通過連續回交產生基因漸滲使轉基因在群體中擴張。以上說明普野有極強的排他性和自我保護能力。對普野居群原位保護點調查,在與栽培稻長期相鄰生長的匍匐型普野群體中很難找到直立型的雜種後代植株,也進一步佐證了上述結論。在ELLSTRAND等撰寫的綜述中,曾將栽培稻/普野作為有等位基因漸滲、可能引起生態風險的個案提出,我們認為這僅是理論推導,並無詳實的實驗科學數據足以支持其結論。
雜草性:轉基因飄流會否影響GE作物的雜草性、從而產生「超級雜草」,是安全性討論中的另一個命題。需要指出的是,所謂「超級雜草」只不過是一種媒體語言,而非科學術語。迄今沒有證據證明「超級雜草」的存在。在加拿大農民的油菜地裡發現個別植株可抗1—3種除草劑,但在噴2,4-D後即被全部殺死。
雜草是在農田生態環境中,在不恰當的時間、不恰當的地點生長的植物。雜草的共同特性是,適應性和可逆性強、無限生長、連續開花結籽、種子休眠和種子擴散、在生態環境中具有定殖能力和入侵性。栽培作物經長期馴化,轉入一個或幾個基因不可能退化為雜草。CRAWLEY等報告了4種作物(GE和非GE)在12種生境下10年的比較結果,抗草胺磷的油菜和玉米、抗草甘麟的甜菜及含Cry殺蟲蛋白或菜豆凝集素的馬鈴薯,均未發現GE比非GE的入侵性和長期定居性更強。
要關注的問題,一是GE作物種子散落後長出的自生苗,是否會成為下一季作物的雜草;二是GE作物中的抗除草劑基因飄流至雜草後,使雜草獲得除草劑抗性,在噴該種除草劑、具有選擇壓的情況下,使雜草的適合度增加,從而具有選擇優勢。在水稻上,由於大面積機耕直播,雜草稻(紅稻)已在北美和中國一些地區成為嚴重問題,需要特別注意研究和評估GE水稻中的抗除草劑基因飄流至雜草稻後的風險。
3.4毒性、過敏性及非預期效應
轉基因表達的蛋白必須經過嚴格的毒性和過敏性測試,營養成分分析則保證營養的等同性。毒蛋白:STEINER等的研究表明,常規育種中從未自發產生過屬(genus)內已知毒性物質之外的新的毒蛋白。傳統育種育成了成百上千個植物新品種,田間試驗中迄今只發現兩、三例有安全問題,而且都是作物中原來已知的毒蛋白,沒有新的毒蛋白形成,因此是可以預測的。尤其需要強調的是,這些都是常規育種中的事例,而不是由重組DNA或基因組編輯技術產生的。這也是為什麼已知含有毒性物質的作物,如馬鈴薯,在育成新品種後通常都要經過分析鑑定,以確保潛在有害物質的量維持在安全範圍內。甘草和肉豆蔻中通常含有較高水平的毒性物質,但常規食用量則相當安全。芸豆、木薯中也含有毒性物質,但可用恰當的烹調技術將其降解。
過敏原:在過敏原評估中,已知唯一的例子是,將巴西堅果中的2S清蛋白基因轉入大豆後,仍對一部分人群過敏,該項目自動終止。
營養成分:作物的化學成分隨品種而變,但遺傳修飾並不是唯一的變異源,即使在沒有遺傳修飾的情況下,作物的成分亦會受環境和農業措施的很大影響,因此,某一特定品種的成分也取決於它在何時、何地生長。一句話,作物成分隨遺傳、品種、環境而變,只說明其變化範圍,並不觸發過度的安全性考慮。只有當成分改變顯著超過該物種的變異範圍時,才引發特殊的安全性考慮。
非預期效應:通常作物成分的顯著變異被認為是非預期效應。已知並非所有非預期改變都能引起可檢測出的成分改變,故有時用90天全食物飼餵動物實驗,試圖檢測出非預期效應。但歐洲食品安全局(EFSA)和國際生命科學研究所(ILSI)報告的結論是,這種動物實驗缺乏檢出能力。歐盟GMO風險分析與證據交流(EuropeanUnion’sGMORiskAssessmentandCommunicationofEvidence,GRACE)項目的最新報告進一步強調:90天動物餵養試驗並沒有提供任何新的信息,超過營養成分分析所能提供的信息。這就提出了一個問題,中國安評中要求做的90天全食物動物餵養試驗,是否可用營養成分分析替代,用ILSI的作物成分資料庫或建立中國自己的作物成分資料庫。
科學數據表明,引起非預期效應的DNA水平改變,與植物基因組中天然發生的DNA改變(如SNP)沒有什麼區別。這一結論後來被SCHNELL等的綜述進一步強調。GE作物中可能發生的非預期效應不會大於常規育種作物,而且在兩者中發生的頻率都極低。NRC的報告早就指出,「常規育種中很難精確預測性狀和表型的改變,而現代分子育種技術則使人們能更好地預測表型的改變」。因此,食品和飼料安全性評估,重點應放在預期改變上,考察該物種中的已知毒性物質、過敏原和抗營養因子水平是否改變。
從基因系統樹(phylogenetictree)考慮,不應對結構功能相關的蛋白作不同的安全性考量,因為蛋白要保持其功能,必須保持其結構特性。例如,不同物種中抗草甘膦的EPSPS蛋白,都有相似的三維結構。如果大豆的EPSPS無害,則來自農桿菌CP4或其他細菌或植物的EPSPS相似物也應該無害。由於迄今未發現EPSPS有負面效應,因此,所有EPSPS分子均應認為實質等同。
酶類常不耐突變,已知胺基酸替代、插入和缺失都不會把一個無害的酶(蛋白)變成毒蛋白或過敏原,因此,將這類基因轉入食品或飼料作物風險很低。
3.5標記基因和植物病原的DNA序列
標記基因(包括選擇標記基因及報告基因)。目前使用的選擇標記基因主要有抗生素抗性和除草劑抗性兩大類。它們在遺傳轉化中起重要作用,非轉化的細胞由於沒有抗性被殺死,具有抗性的轉化細胞和植株則被篩選出來,簡單易行。報告基因包括β-葡糖醛酸苷酶(gus)、螢光素酶(luc)、氯黴素乙醯轉移酶(cat)、以及綠色螢光蛋白(gfp)基因等。
早在1993年,FUCHS等就已對卡那黴素抗性(KanR)基因nptII作過詳細的風險分析,由於KanR基因已在土壤和腸道微生物中廣泛存在,以及卡那黴素作為一種抗生素在治療中的價值有限,目前,醫院中已很少使用,僅作為獸用,GE作物中nptII的安全性已得到肯定。1996年北歐部長委員會發布「轉基因食用植物中標記基因的健康問題」報告,對現用的幾種標記基因作了詳盡分析,明確指出nptII等標記基因可以安全使用。事實上,迄今進入田間試驗和產業化的GE作物,絕大多數都含有這類標記基因,20年來並未發現任何安全問題。因此,「刪除一切外源DNA序列」的要求並無科學依據。
標記基因並無直接毒性。任何DNA都由4種鹼基組合而成,目前,所用的標記基因在DNA組成上並無特異。據計算,在24小時內進入消化道的真核DNA在小腸中有200—500毫克,在結腸中則為20—50毫克。食用轉基因番茄FLAVRSAVRTM(Calgene公司)後,在同樣時間內攝入的卡那黴素抗性基因DNA估計為0.33—1.00皮克,因此,與消化道中持續存在的其他DNA相比是微不足道的。根據所有生物食品都含有大量DNA,DNA在腸胃道中很快被降解,標記基因的DNA組成並無特異,WHO及FDA得出結論:食物中的轉基因DNA本身並無安全性問題。
植物病原使植物致病,對農業生產有害。因病原感染,農產品中都或多或少含有植物病原物。轉化載體中用的植物病原DNA序列,如土壤農桿菌的T-DNA和CaMV35S啟動子,只是植物病原中的一小段DNA序列。這些序列既不可能使GE作物變為植物病原,食用後也沒有直接毒性。現代基因組測序已提供科學鐵證:所有作物中都含有天然的植物病原DNA序列。過去30年中,幾乎所有在美國做田間試驗的GE作物,都含有T-DNA和CaMV35S啟動子序列。USDA/APHIS將這些序列作為監管物(regulatoryarticle)是不科學的。