转基因作物与农药残留风险监测.docx

《转基因作物与农药残留风险监测.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《转基因作物与农药残留风险监测.docx（11页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、随着世界人口的不断增长，传统农作物的生产已不能满足人类对粮食的需求。当前,世界人口已达70亿，预计到2050年,全世界人口将增至92亿，届时世界粮食需求量至少增长70%o世界各地一直努力解决粮食需求供应不足这一重大难题。转基因技术作为现代生物技术的核心，可以打破物种之间的界限，实现作物目标性状的定向改造，在缓解资源束缚，改进农产品质量，保障食品安全，减少生态环境污染，节水增效及拓展农业功能等方面起到积极作用2。转基因作物是通过基因工程技术将外源有利基因整合到目标作物基因组，使作物产生一些抗性性状来提高对环境的适应能力，从而形成品质更好的作物3。转基因作物的出现为缓解粮食安全问题提供了重要机遇，

2、其种植带来了巨大的社会、经济、政治和生态效益4。目前已成功培育的转基因作物种类包括耐除草剂、抗虫、抗病、抗盐碱、抗旱及抗寒性状作物等3,5。广泛种植的转基因作物品种有转基因大豆、转基因玉米、转基因棉花和油菜6。尽管转基因作物的出现对缓解人类粮食需求供应不足起到积极的作用，但仍存在着诸多问题。例如，转基因作物对环境及人类健康产生的安全性问题；转基因耐除草剂作物的农药残留、风险监测及标准制定问题；转基因作物的应用前景问题等。本文聚焦转基因作物的发展历程及转基因作物的种类，并对转基因耐除草剂作物的农药残留和风险监测方面进行综述，以期为转基因作物的培育和应用、安全评估及农药残留和风险监测提供参考。1、

3、转基因作物的发展早在20世纪80年代初期，生物学家们已经发现能够通过生物工程技术将来自不同生命体的基因移植到植物基因组中，使其产生具有抵抗病毒入侵、细菌感染或昆虫啃食的特性力。该技术的引入大大提高了作物的质量和产量。转基因烟草在1983年被培育出来，是世界上最早的转基因作物,带有抗生素药类抗体8。1993年，首个转基因番茄在美国以市场化的方式出现在人们的视野中9,但直到1996年，该种转基因食品才被允许在超市出售，并在全球商业化种植10。随着转基因技术的不断成熟与完善，越来越多的转基因作物被培育出来。据报道，自转基因作物问世以来，在短短7年时间内品种便增加了40倍11;转基因作物种植国也由19

4、96年的5个（美国、澳大利亚、阿根廷、加拿大和墨西哥）逐渐增加到2019年的29个（美国、巴西、中国、印度、澳大利亚、阿根廷、加拿大、墨西哥、巴基斯坦、巴拉圭、乌拉圭、玻利维亚、缅甸、菲律宾、苏丹、西班牙、越南、哥伦比亚等）。同时，转基因作物的种植面积也在不断增加。自1996年开始商业化种植至今，转基因作物在全球的种植规模由原先每年种植面积不到200hm2飙升到如今的每年种植面积将近2亿hm212,并从2013年起基本趋于稳定。目前,转基因作物种植面积在1000万hm2以上的国家主要包括美国、阿根廷、加拿大、巴西和印度。我国每年转基因作物的种植面积在300万hm2左右，居世界第7位，种植面积远

5、小于美国、阿根廷、加拿大、巴西和印度等国。我国转基因作物的发展经历了4个阶段（图1）：（1）20世纪80年代末至20世纪90年代，转基因棉花在国内得到推广应用，转基因大豆等作物处于研发阶段；（2）21世纪初，我国开始进入自主研发阶段，开展转基因新品种培育工作；（3）21世纪10年代初，从转基因作物的安全性争议到产品研发、推广应用等政策严格管制；（4）21世纪10年代中期至今,转基因作物进入有序发展阶段13。早的峙*国Nh育抗生索街奥抗体的“嘱因*9美国出现早的市场化状囚作物1H.播K利五.Htttf.祚因新在美ISe布出fih转星因作物仲怆面枳不刎200万hn：仝建网大转峪因作WK*.Xf1.

6、Mtt6000J5：转”因作拘片网面帙近2fcajH基因外物种Ia口：美m、AX.Mmu.ID拿儿ft等Z个BI*中国20世归”年代末I量20世纪90年代J21te21titft*1。年代初2W.MorI代中胴至今I1IWJ午199J年年金。卜19年HBt-因幅花任国内网病心广应用I*MW大G等作物蚣研发港入箝鼻因作物F1twxm.可及断&冷日工作，feiKW4：A转MIA1fr构的安全杓受用争议：产R研发.应用等A111格管5H也因作物送人WMMAftt将8（港网抗虫三篇新从总的向1fE9作的发展历理2、转基因作物的种类目前比较常见的转基因作物包括转基因抗虫作物、转基因耐除草剂作物、转基因抗

7、病作物、转基因抗逆作物和复合性状转基因作物。2.1 转基因抗虫作物自20世纪90年代起，包括加拿大、美国和阿根廷在内的发达国家及部分发展中国家已开始大面积推广并种植转基因抗虫作物。转基因抗虫作物能够缓解因害虫啃食造成的农作物产量损失，且能够减少化学农药的投入量和二氧化碳的排放量，对保护环境及人类健康产生了积极的影响14。目前获得转基因抗虫作物的主要途径是通过基因工程技术将外源抗虫基因导入植物，使其表现出抵抗害虫的能力15。常见的外源基因包括苏云金杆菌（BaCi1IUSthUringienSiS,Bt）-内毒素基因、几丁质酶基因、-淀粉酶抑制剂基因、外源凝集素基因和蛋白酶抑制剂基因等16-17。

8、转基因抗虫作物抵抗害虫的机理：(1)通过内毒素蛋白影响害虫中肠上皮纹缘细胞的渗透压平衡，使细胞裂解，促进害虫死亡18;(2)通过几丁质酶破坏害虫表皮或外壳的完整结构，使害虫变得脆弱、敏感而死亡19;(3)通过a-淀粉酶抑制剂抑制害虫消化道内的淀粉酶活性，使害虫无法水解淀粉来补充自身的能量需求，同时刺激害虫分泌大量消化酶且产生厌食反应而死亡20(图2);(4)通过外源凝集素影响害虫肠道黏膜上的糖配体吸收营养物质的功能，使害虫缺乏营养物质而死亡21;(5)通过蛋白酶抑制剂抑制害虫肠道的蛋白消化酶发挥功效，导致害虫厌食而死亡22。转基因抗虫棉和转基因抗虫玉米是当前被广泛推广种植的转基因抗虫作物23。

9、此外，转基因抗虫烟草、抗虫水稻和抗虫番茄等也已经被成功培育。不久的将来，这些转基因抗虫作物便会在生产中得到推广16,24-25传药因抗玄作狗B2A荃B9断虫作瓜族盲生的作用机理2.1.1 转基因抗虫棉我国棉花种植区域主要分布于黄河流域、长江流域及以新疆为主的西北内陆26。据国家统计局统计报道，我国2023年棉花种植面积约为300万hm2,产量近600万t。然而，棉花在种植过程中同样易受害虫为害,严重影响其产量。棉铃虫(He1icoverpaarmigera)是亚洲、欧洲、非洲及大洋洲地区为害棉花的主要害虫之一。20世纪90年代以来，棉铃虫在我国棉花产区大规模发生，使棉花减产高达35%27o我国

10、在面对棉铃虫的持续性发生或暴发的情况下，通过将人工合成的Bt杀虫基因导入棉花获得了转Bt基因抗虫棉28。转Bt基因抗虫棉的成功培育不但降低了棉花害虫造成的巨大损失，而且有效减少了化学农药的投入量，对保护环境和生态起到积极的作用29。2.1.2 转基因抗虫玉米我国是玉米种植大国，种植面积(0.4亿余公顷)和总产量(近3亿t)居于我国粮食产业的第2位30。然而，玉米在种植过程中易受害虫为害，严重影响其产量和质量。主要的玉米害虫包括玉米螟(Ostriniafurnaca1is)、棉铃虫、草地贪夜蛾(Spodopterafrugiperda)、蛆虫、东方黏虫(Mythimnaseparata)和蓟马等

11、31-32。亚洲玉米螟是玉米生产中最重要的害虫，已经严重影响玉米的生产33。目前，玉米螟的防治技术已经比较成熟，可通过生物防治、农业防治、物理防治及化学防治等手段对其进行防治34-35。草地贪夜蛾原产于美洲亚热带和热带地区,具有非常强的迁徙能力,是一种严重威胁农业生产的害虫36。草地贪夜蛾辗转非洲、亚洲各国后于2019年入侵我国对我国的农业生产带来了巨大的冲击37。草地贪夜蛾主要通过啃食玉米叶片为害，造成玉米产量减少38。目前防治草地贪夜蛾比较常用的手段为药剂防治39。尽管传统的害虫防治手段可短期有效控制玉米害虫的为害，但仍存在诸多弊端。例如，生物防治、农业防治、物理和化学防治无法从根本上控制

12、害虫的数量。化学农药的大量投入易诱导害虫产生抗性，且对环境及人类健康造成严重危害40。转Bt基因抗虫玉米可有效防治包括棉铃虫、草地贪夜蛾和玉米螟在内的鳞翅目害虫,因此被广泛推广41-43。其主要类型包括表达杀虫蛋白的cry1Ab.cry1A.105xcry2Ab2和CryIF基因41,44-45。据报道，中国农业科学院植物保护研究所联合多家单位研究了,DBN9936z和瑞丰125玉米抗虫品种，这2种抗虫品种对亚洲玉米螟、棉铃虫、草地贪夜蛾和东方黏虫等鳞翅目害虫具有非常好的控制效果，可有效减少玉米的产量损失46。2.2 转基因耐除草剂作物农田杂草作为适应能力非常强的植物，由于与农作物竞争水、肥料

13、、光等资源，会严重影响农作物的产量和质量47,且容易成为农作物病原菌及害虫的中间寄主48。因此,农田杂草防控是保障作物生长安全的重要因素。转基因耐除草剂作物的出现有效缓解了人们对农作物的除草压力，不仅提高了除草效果，而且降低了除草成本，为拓宽除草剂的使用范围及减少作物药害带来了新的希望49。转基因耐除草剂作物的研究和推广一直处于转基因作物研究中的领先位置，其种植面积和应用也最为普遍。早在2004年，全球四大转基因耐除草剂作物玉米、大豆、棉花和油料的种植面积已接近6000万hm250.耐除草剂性状逐渐成为种业科技公司关注的重点51。截至目前，全球已商品化的转基因耐除草剂作物包括耐草甘瞬大豆、玉米

14、、棉花、甜菜、水稻、向日葵和油菜（表1）,耐磺酰眼类棉花和大豆，耐咪嘤琳酮水稻、玉米、甜菜和油菜，耐漠苯睛烟草和棉花等52。美国是最早商业化种植耐除草剂转基因大豆和玉米的国家之一，耐除草剂转基因作物种植面积已超过90%o据美国农业部国家农业统计局于2023年6月发布的报告显示,美国耐除草剂转基因大豆和玉米的种植面积分别达到了0.357亿和0.364亿Kmo我国转基因耐除草剂作物主要有耐莠去津大豆，耐草甘瞬玉米、大豆和小麦，耐草钱瞬玉米和大豆，耐漠苯睛小麦和油菜等。目前种类最多的转基因耐除草剂作物是耐草镀鳞和耐草甘瞬作物。其耐除草剂的作用机理为（1）向作物导入耐除草剂基因，如5-烯醇式丙酮苯草酸

15、-3-磷酸合成酶基因（epsps）,使作物不受除草剂影响；（2）向作物导入可转化除草剂的基因，如草甘瞬N-乙酰转移酶基因（gat）和瞬丝菌素乙酰转移酶基因（pat）,促进作物可以快速将除草剂转化并失去活性12。转基因耐除草剂作物对除草剂表现出较强的耐受能力，可以减少作物药害49。同时，转基因耐除草剂作物的种植在改善环境和简化栽培等方面也起到积极的作用53,包括草钱瞬和草甘瞬在内的除草剂销售市场将伴随转基因耐除草剂作物的发展而进一步扩大54。表I部分已成功培育的转基因酎除草剂作物耐除草剂类5?作物种类耐草甘瞬大豆、玉米、棉花、树菜、水稻、向日葵、油菜、小麦JW草、花生、4蚱需、屏缸胡萝卜、洋惠菜、市版、番木瓜、黑麦草和橡树等耐硝解麻类棉花、大豆耐味嘘咻制水格、玉米JU菜和油菜耐次不精烟草、棉花、小麦和油菜耐草性瞬玉米、大豆耐芳去津大豆f2.4-D玉米、大豆耐麦草艮和草住事棉花耐草甘麟和草性除玉米耐麦草畏和草甘瞬大豆耐草甘瞬和异明嚏草删大豆耐草甘麟和碘微麻类除草剂大豆2.3 转基因抗病作物病毒、细菌和真菌等病原微生物常年危害农作物，给农业生产带来巨大损失55。抗病育种技术