曹正輝 王占彬 顧憲紅
(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所,動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100193;2.河南科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院,洛陽(yáng) 471003)
隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)在育種領(lǐng)域的高速發(fā)展,轉(zhuǎn)基因的動(dòng)物、植物、微生物也慢慢地走進(jìn)人們的生活。由于轉(zhuǎn)基因作物具有抗病性、抗蟲(chóng)性、抗逆性等特點(diǎn),為農(nóng)業(yè)商業(yè)全球化做出了貢獻(xiàn),但其飼用安全性也成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點(diǎn)。水稻作為全球主要的糧食來(lái)源之一,面臨的主要問(wèn)題就是病蟲(chóng)害,由于長(zhǎng)期大量地使用化工農(nóng)藥,一方面增加了糧食的生產(chǎn)成本;另一方面由于農(nóng)藥的殘留引發(fā)了生態(tài)系統(tǒng)的紊亂[1]。于是具有抗蟲(chóng)特性的轉(zhuǎn)Bt(Bacillus thuringiensis,Bt)基因水稻便應(yīng)運(yùn)而生,它是利用蘇云金芽孢桿菌中的內(nèi)毒素蛋白Cry1Ac/Cry1Ab基因?qū)氲剿镜幕蚪M中獲得的,具有抗鱗翅目昆蟲(chóng)特性[2]。轉(zhuǎn)Bt基因水稻在增產(chǎn)增收方面確實(shí)發(fā)揮了很大的作用,同時(shí)人們對(duì)關(guān)于食品轉(zhuǎn)基因化的安全性問(wèn)題提出了質(zhì)疑和擔(dān)憂。人們關(guān)心的重點(diǎn)一方面是轉(zhuǎn)入水稻的外源基因表達(dá)的蛋白質(zhì)是否會(huì)通過(guò)食物鏈最終進(jìn)入人體,并在人體內(nèi)沉積,對(duì)人體造成潛在的危害;另一方面是擔(dān)心轉(zhuǎn)入基因表達(dá)的外源蛋白質(zhì)在動(dòng)物體消化后是否會(huì)在其排泄物中殘留,通過(guò)排泄物進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境造成危害。目前關(guān)于轉(zhuǎn)Bt基因糙米表達(dá)的殺蟲(chóng)蛋白質(zhì)和基因在動(dòng)物體中的殘留報(bào)道結(jié)果不一[3-10]。大多數(shù)研究表明,轉(zhuǎn) Bt基因糙米中的外源基因和外源蛋白質(zhì)不會(huì)在動(dòng)物體內(nèi)殘留[11-12];也有研究表明,在用轉(zhuǎn) Bt基因糙米飼養(yǎng)的動(dòng)物體內(nèi)或排泄物中發(fā)現(xiàn)了外源蛋白質(zhì)和基因的殘留[3-5]。本試驗(yàn)以生長(zhǎng)豬為研究對(duì)象,以70%轉(zhuǎn)Bt基因糙米添加到飼糧,通過(guò)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)和酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)等方法檢測(cè)豬體、體液及其排泄物中外源基因和蛋白質(zhì)的殘留,并對(duì)生長(zhǎng)豬內(nèi)臟器官組織切片進(jìn)行分析對(duì)比,從而全面地評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)Bt基因水稻對(duì)動(dòng)物體和環(huán)境的影響,進(jìn)而為指導(dǎo)轉(zhuǎn)基因水稻在食品生產(chǎn)上的應(yīng)用提供可靠依據(jù),對(duì)完善轉(zhuǎn)Bt基因水稻的安全評(píng)價(jià)具有重要意義。
表1 試驗(yàn)飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平(風(fēng)干基礎(chǔ))Table 1 Composition and nutrient levels of experimental diets(air-dry basis) %
水稻:試驗(yàn)用轉(zhuǎn)Bt基因水稻(浙優(yōu)5號(hào))是由浙大208S×非轉(zhuǎn)基因ZR9兩系雜交所得的抗蟲(chóng)新品種;對(duì)照品種是揚(yáng)兩優(yōu)6號(hào),為浙優(yōu)5號(hào)的親本非轉(zhuǎn)基因品種。2個(gè)品種均由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)提供。
豆粕和豆油:由黑龍江九三糧油工業(yè)集團(tuán)有限公司提供的“九三牌”非轉(zhuǎn)基因豆粕和豆油。
試驗(yàn)采用 30 頭體重為(35.76±2.52)kg 的生長(zhǎng)豬,利用生長(zhǎng)性能測(cè)定站飼喂,試驗(yàn)組(test group,TG)飼糧含有70%轉(zhuǎn)Bt糙米;對(duì)照組(control group,CG)飼糧使用等量的親本非轉(zhuǎn)基因糙米,飼糧中的其他原料均為非轉(zhuǎn)基因。試驗(yàn)期90 d,根據(jù)生長(zhǎng)豬不同時(shí)期的營(yíng)養(yǎng)需求分為前期(第1~45天)和后期(第46~90天)2個(gè)階段分別配制飼糧,試驗(yàn)期間豬只自由采食和飲水。試驗(yàn)所用生長(zhǎng)豬由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所昌平試驗(yàn)豬場(chǎng)提供。
試驗(yàn)飼糧配制參照中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《豬飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)》(NY/T 65—2004)[6]中國(guó)肉脂型生長(zhǎng)豬飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn),分階段配制糙米-豆粕型粉料飼糧。各階段試驗(yàn)飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平見(jiàn)表1。
試驗(yàn)期的第45和90天的09:00—10:00和15:00—16:00每天2次,采用無(wú)抓捕應(yīng)激方式分別收集豬只的唾液、尿液和糞便。將試驗(yàn)期第45和90天采集的唾液、尿液及糞便樣品分別進(jìn)行充分混勻,-20℃保存?zhèn)溆谩T囼?yàn)結(jié)束后每組隨機(jī)選取6頭(3公3母)豬只進(jìn)行屠宰。屠宰前12 h停料,電擊暈后吊掛放血屠宰。取心臟、肝臟、脾臟、肺臟、腎臟、胃、胰臟、十二指腸、空腸、回腸、背最長(zhǎng)肌等組織器官和空腸食糜等,置入液氮中速凍后轉(zhuǎn)入-80℃保存。同時(shí)取心臟、肝臟、脾臟、肺臟、腎臟、十二指腸、空腸、回腸等組織器官,用無(wú)菌生理鹽水沖洗干凈,放入10%的甲醛溶液中固定,用于制作組織切片。
取出適量的保存在甲醛中的組織樣品,通過(guò)梯度酒精脫水、二甲苯透明、石蠟包埋、切成6μm的切片,通過(guò)蘇木精-伊紅(HE)染色后將制作好的組織切片置于顯微鏡下,十二指腸、空腸和回腸組織切片在40倍下觀察拍照,心臟、肝臟、脾臟、肺臟和腎臟組織切片在100倍下觀察拍照,并對(duì)觀察結(jié)果進(jìn)行分析。
將生長(zhǎng)豬各組織器官及各組糞樣、尿液樣、血清樣、唾液樣、食糜樣等取出后轉(zhuǎn)入真空冷凍干燥儀凍干,然后將凍干樣品磨碎過(guò)篩后,于-20℃保存?zhèn)溆?。稱取已處理好的組織樣品粉末按照試劑盒(QualiPlateTMKit for Cry1Ab/Cry1Ac)測(cè)定步驟方法進(jìn)行。
首先是DNA提取,為了避免在PCR檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)假陰性的現(xiàn)象,采用轉(zhuǎn)Bt基因糙米為飼糧原料的飼料樣品中的Cry1Ac/Cry1Ab基因片段作為擴(kuò)增條件的陽(yáng)性對(duì)照,Cry1Ac/Cry1A基因片段擴(kuò)增引物序列如表2所示。其次是DNA擴(kuò)增,按照表3反應(yīng)體系進(jìn)行PCR擴(kuò)增?;旌现笾糜赑CR儀中按以下程序反應(yīng):94℃預(yù)變性3 m in;94℃變性30 s;Cry1Ac/Cry1A基因55℃退火30 s;72℃延伸 30 s,循環(huán) 35次;72℃延伸10 min。由北京信諾金達(dá)科技公司進(jìn)行測(cè)定。所有組織、血液、尿液、唾液、糞樣、飼料樣中的DNA均是通過(guò)上述條件擴(kuò)增,擴(kuò)增產(chǎn)物在1%瓊脂糖凝膠上電泳,溴化乙錠進(jìn)行染色并在紫外光下觀察結(jié)果。
表2 Cry1Ac/Cry1Ab基因引物序列Table 2 Primer sequences of Cry1Ac/Cry1A genes
表3 PCR反應(yīng)體系Table 3 PCR reaction system
試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SAS 9.2統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行處理,采用ANOVA程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行t檢驗(yàn)分析。以P<0.05作為差異顯著性判斷標(biāo)準(zhǔn)。
如圖1所示,觀察結(jié)果顯示心臟肌纖維橫紋清楚,無(wú)變性、壞死等改變,血管處無(wú)充血、出血情況出現(xiàn),間質(zhì)內(nèi)未見(jiàn)水腫等;肝臟以中央靜脈為中心的肝索向四周放射狀的排列,且肝小葉清晰可見(jiàn),細(xì)胞核位于細(xì)胞中央,在匯管區(qū)未見(jiàn)有纖維狀組織增生出現(xiàn);肺臟清晰可見(jiàn)疏松的肺泡,未見(jiàn)病變區(qū);腎臟中腎小管和腎小球的結(jié)構(gòu)清晰,輪廓明顯,腎臟結(jié)構(gòu)正常,腎小球的囊腔中也沒(méi)有滲出液,也無(wú)增生變化;脾臟表面的被膜完整未見(jiàn)增厚且結(jié)構(gòu)正常,淋巴小結(jié)數(shù)目和大小都正常,且分化的淋巴細(xì)胞良好;各段小腸的組織切片顯示也是發(fā)育正常,且腸道絨毛和隱窩深度也沒(méi)有異常的情況。未見(jiàn)組織器官的顯微結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的病理變化,表明轉(zhuǎn)Bt基因糙米用作生長(zhǎng)豬飼糧原料,對(duì)生長(zhǎng)豬內(nèi)臟器官組織的亞顯微結(jié)構(gòu)未產(chǎn)生不良的影響。
圖1 飼喂不同飼糧的生長(zhǎng)豬的組織切片F(xiàn)ig.1 Histopathological picture of grow ing pigs fed different diets
轉(zhuǎn)基因糙米經(jīng)檢測(cè)含有Cry1Ac/Cry1Ab蛋白質(zhì)2.25μg/g。轉(zhuǎn)基因組飼糧中,前期飼糧中含有外源 Cry1Ac/Cry1Ab蛋白質(zhì) 1.52 μg/μL,后期飼糧中外源含有外源Cry1Ac/Cry1Ab蛋白質(zhì)1.93μg/μL。其余親本的非轉(zhuǎn)基因飼糧和糙米中均未檢測(cè)出外源的Cry1Ac/Cry1Ab蛋白質(zhì)。飼喂轉(zhuǎn)Bt基因糙米飼糧、非轉(zhuǎn)基因糙米飼糧的生長(zhǎng)豬的心臟、肝臟、脾臟、肺臟、腎臟、胃、胰臟、十二指腸、空腸、回腸、背最長(zhǎng)肌等組織器官中均未檢測(cè)到Cry1Ac/Cry1Ab蛋白質(zhì)的殘留。在血清、尿液及排泄物中也未檢測(cè)出有殘留。但在轉(zhuǎn)基因飼糧組的生長(zhǎng)豬的唾液中檢測(cè)到了Cry1Ac/Cry1Ab蛋白質(zhì)含量為0.26μg/μL,親本非轉(zhuǎn)基因組生長(zhǎng)豬的唾液中沒(méi)有檢測(cè)到Cry1Ac/Cry1Ab蛋白質(zhì)的殘留。
如圖2、圖3所示,在飼喂轉(zhuǎn)Bt基因糙米飼糧的生長(zhǎng)豬的心臟、肝臟、脾臟、肺臟、腎臟、胃、胰臟、十二指腸、空腸、回腸、背最長(zhǎng)肌等組織器官及體液(血清、尿液、唾液)和排泄物中未檢測(cè)出轉(zhuǎn)入基因的片段。結(jié)果表明轉(zhuǎn)基因糙米中的外源基因未通過(guò)食物向生長(zhǎng)豬的組織器官和體液中轉(zhuǎn)移和累積,也未對(duì)生態(tài)環(huán)境造成危害。
圖2 對(duì)照組生長(zhǎng)豬各組織中外源基因(Cry1Ac/Cry1Ab)檢測(cè)Fig.2 The detection of exogenous gene(Cry1Ac/Cry1Ab)in organization of grow ing pigs in control group
以轉(zhuǎn)基因的作物作為動(dòng)物的飼料原料,其轉(zhuǎn)入的基因片段或是該基因表達(dá)的外源蛋白質(zhì)是否會(huì)像作物自身原有的DNA表達(dá)的蛋白質(zhì)一樣在動(dòng)物的消化道內(nèi)被降解,是否會(huì)在動(dòng)物體內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)移并在體內(nèi)積累,是目前人們極為關(guān)注的問(wèn)題。
圖3 試驗(yàn)組生長(zhǎng)豬各組織中外源基因(Cry1Ac/Cry1Ab)檢測(cè)Fig.3 The detection of exogenous gene(Cry1Ac/Cry1Ab)in organization of grow ing pigsin test group
轉(zhuǎn)基因作物作為動(dòng)物飼糧,動(dòng)物機(jī)體的組織器官的組織結(jié)構(gòu)是否因?yàn)檗D(zhuǎn)基因食物的原因發(fā)生了變化,可以直接或間接地反映動(dòng)物機(jī)體的組織和器官是否發(fā)生損傷及損傷的程度,同時(shí)也能夠反映組織器官的功能性變化。本試驗(yàn)結(jié)果顯示,未見(jiàn)生長(zhǎng)豬體組織及內(nèi)臟器官的顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的變化,與之前的大多數(shù)研究結(jié)果一致[7]。Yonemochi等[8]研究表明,飼喂轉(zhuǎn)基因玉米 Cry9c后,生長(zhǎng)豬的組織器官(心臟、肝臟、脾臟、腎臟、十二指腸、空腸、回腸等)未發(fā)生明顯的組織學(xué)變化。楊月欣等[9]研究了轉(zhuǎn)SCK基因大米對(duì)生長(zhǎng)豬生長(zhǎng)狀況的影響,對(duì)內(nèi)臟器官進(jìn)行了組織學(xué)觀察未見(jiàn)異常。Hammond 等[10-11]和 Cao 等[12]利用轉(zhuǎn)基因玉米的飼喂試驗(yàn)也得到相同的結(jié)果。本試驗(yàn)表明,轉(zhuǎn)基因糙米作為動(dòng)物飼糧飼喂,不會(huì)對(duì)動(dòng)物體的組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良的影響。
目前檢測(cè)轉(zhuǎn)基因作物中的外源DNA在動(dòng)物體內(nèi)殘留最常用的方法就是PCR方法,通過(guò)PCR方法檢測(cè)轉(zhuǎn)基因作物中的外源的DNA殘留,可以檢測(cè)轉(zhuǎn)基因作物中的多種轉(zhuǎn)入的基因片段。本試驗(yàn)也同樣采用了PCR方法,根據(jù)轉(zhuǎn)Bt基因糙米中的Cry1Ac/Cry1Ab基因序列合成用于檢測(cè)的引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增,瓊脂糖凝膠電泳顯示條帶(340 bp)從而證實(shí)了以該水稻為原料的生長(zhǎng)豬飼糧中含有轉(zhuǎn)基因成分。在生長(zhǎng)豬的組織器官、體液、排泄物中均未檢測(cè)出Cry1Ac/Cry1Ab基因片段。這也與之前的研究結(jié)果一致[13-14]。Tony等[15]研究了轉(zhuǎn)Bt176基因的玉米在肉雞上的安全評(píng)價(jià),結(jié)果顯示在肉雞所有組織和器官中均沒(méi)有檢測(cè)到轉(zhuǎn)入的Bt基因的片段殘留。同樣的還有Einspanie 等[16-17]和 Rossi等[18]以肉雞和生長(zhǎng)豬作為試驗(yàn)對(duì)象,也未在試驗(yàn)動(dòng)物的機(jī)體中檢測(cè)到外源基因的殘留。Ash等[19]也以抗草甘膦的豆粕飼喂蛋雞,結(jié)果顯示在蛋雞的內(nèi)臟器官及雞蛋中均未發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)入的抗草甘膦基因片段。以上研究結(jié)果均與本試驗(yàn)結(jié)果一致,表明轉(zhuǎn)Bt基因糙米中的外源基因未在生長(zhǎng)豬的內(nèi)臟器官、體液中殘留,也未通過(guò)排泄物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成危害。
在轉(zhuǎn)基因作物中外源基因表達(dá)的外源蛋白質(zhì)是否能在動(dòng)物體內(nèi)發(fā)生殘留,通常采用的方法是ELISA。大多研究表明了轉(zhuǎn)基因作物中外源基因表達(dá)的外源蛋白質(zhì)會(huì)通過(guò)動(dòng)物的消化道進(jìn)行消化分解[20-23]。Jennings 等[16-17]通過(guò)轉(zhuǎn)基因的抗蟲(chóng)玉米對(duì)肉仔雞和生長(zhǎng)豬的同時(shí)飼用,結(jié)果顯示在其肌肉、器官組織中均未檢測(cè)到外源基因及其表達(dá)蛋白質(zhì)的殘留。隨后王長(zhǎng)康等[24]、朱元招等[25]利用抗草甘膦的轉(zhuǎn)基因豆粕對(duì)蛋雞、番鴨及生長(zhǎng)豬上進(jìn)行了試驗(yàn)也得出了相似的結(jié)果,顯示在試驗(yàn)動(dòng)物的心臟、肝臟、腸道、胰腺、食道、肌肉、蛋品、肌肉及排泄物中均未發(fā)現(xiàn)有轉(zhuǎn)基因成分的殘留。Chowdhury等[26]同樣利用了轉(zhuǎn)基因的玉米對(duì)生長(zhǎng)豬進(jìn)行了試驗(yàn),表明了轉(zhuǎn)基因的外源蛋白質(zhì)沒(méi)有在生長(zhǎng)豬的血液中沉積和殘留。本試驗(yàn)結(jié)果顯示,在2組生長(zhǎng)豬的組織器官、血液、尿液、食糜、糞便中均未發(fā)現(xiàn)殘留的外源Cry1Ac/Cry1Ab蛋白質(zhì),但在試驗(yàn)組豬只的唾液中檢測(cè)到了有0.26 μg/μL外源 Cry1Ac/Cry1Ab 蛋白質(zhì),由于在同組豬只的尿液和血液中并沒(méi)有檢測(cè)到外源Cry1Ac/Cry1Ab蛋白質(zhì)的殘留,故其原因可能是口腔中還未消化完全的轉(zhuǎn)Bt基因飼糧導(dǎo)致的。結(jié)果表明,轉(zhuǎn)基因糙米作為動(dòng)物飼糧飼用,糙米中的外源基因及其表達(dá)蛋白質(zhì)會(huì)同糙米本身原有的自身蛋白質(zhì)一樣通過(guò)動(dòng)物的消化道進(jìn)行消化分解,未在動(dòng)物機(jī)體中殘留,也沒(méi)有通過(guò)動(dòng)物的排泄物進(jìn)入生態(tài)環(huán)境對(duì)生態(tài)環(huán)境造成危機(jī)。
轉(zhuǎn)Bt基因糙米未對(duì)生長(zhǎng)豬的組織器官造成生理結(jié)構(gòu)的損傷,同時(shí)未在生長(zhǎng)豬的組織器官、血液、尿液、食糜、糞便中檢測(cè)到轉(zhuǎn)Bt基因糙米中的外源蛋白質(zhì)和外源基因。可以認(rèn)為轉(zhuǎn)Bt基因糙米中的外源蛋白質(zhì)和外源基因與水稻中的常規(guī)蛋白質(zhì)和基因一樣在生長(zhǎng)豬體內(nèi)被消化代謝完全,不會(huì)在動(dòng)物體內(nèi)殘留,也不會(huì)通過(guò)排泄物造成生態(tài)污染。
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