時(shí)間:2022-03-26 08:40:11
開(kāi)篇:寫(xiě)作不僅是一種記錄,更是一種創(chuàng)造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇轉(zhuǎn)基因生物安全論文,希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
西北農(nóng)林科技大學(xué)科研樓最北邊的二樓,整層都是動(dòng)物醫(yī)學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室。其中,農(nóng)業(yè)部動(dòng)物生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室就設(shè)在這里。此前,這里曾是農(nóng)業(yè)部動(dòng)物生殖生理和胚胎工程重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室。
實(shí)驗(yàn)室主任張涌生病在西安住院,不便于接受采訪。張涌的弟子權(quán)富生教授向記者詳細(xì)介紹了近些年實(shí)驗(yàn)室的研究進(jìn)展及其成果。
今年1月23日,張涌及其團(tuán)隊(duì)研究的克隆羊陽(yáng)陽(yáng)在過(guò)了15歲生日后去世,被做成標(biāo)本永遠(yuǎn)安置于克隆羊基地。“母羊的壽命一般是8到10歲,陽(yáng)陽(yáng)已算很高壽的了,因?yàn)樯矸萏厥猓玫搅颂厥庹疹櫋!睓?quán)富生說(shuō)。
陽(yáng)陽(yáng)的特殊,在于她不僅是中國(guó)活下來(lái)的首例體細(xì)胞克隆山羊,在世界上也是第一例。
上篇 克隆羊及其應(yīng)用
2000年6月22日晚間,西北農(nóng)林科技大學(xué)克隆羊基地,一只白山羊誕下了一只青灰色的山羊。張涌親自替她取名為“陽(yáng)陽(yáng)”,希望她能健康成長(zhǎng)。
“山羊一般是白色的,青山羊的顏色是灰青色,為了更直觀,所以用了青山羊。”權(quán)富生解釋選擇克隆青山羊的個(gè)中緣由。
陽(yáng)陽(yáng)并不是基地誕下的首例體細(xì)胞克隆山羊,卻是中國(guó)、乃至世界活下來(lái)的首例,且活成了羊界的壽星佬。
在陽(yáng)陽(yáng)出生六天前,基地迎來(lái)了第一只克隆山羊的出世。張涌為其取名為“元元”,意即“第一”。不幸的是,三十六小時(shí)之后,元元因“肺部發(fā)育不全”,加之天氣太熱等原因而死亡。面對(duì)逝去的元元,張涌的心如箭穿般地痛。
1956年3月,張涌出生于內(nèi)蒙古邊陲的和林格爾縣。1981年,他從內(nèi)蒙古農(nóng)牧學(xué)院獸醫(yī)系畢業(yè)留校任助教。1984年考進(jìn)西農(nóng)大讀研,接著又讀了博士。
“張涌教授天賦高,聰明刻苦。”權(quán)富生介紹說(shuō),“29歲就已經(jīng)是教授了。”
西農(nóng)大的動(dòng)物胚胎工程研究始于上世紀(jì)70年代,當(dāng)時(shí),中國(guó)家畜產(chǎn)科學(xué)開(kāi)拓者之一的王建辰教授,亦即張涌的博士生導(dǎo)師,敏銳地意識(shí)到胚胎移植技術(shù)的廣闊發(fā)展前景,帶領(lǐng)一批研究人員開(kāi)始進(jìn)行胚胎移植試驗(yàn)。1980年,兩只鮮胚胎移植山羊在這所學(xué)校誕生。1984年,西農(nóng)大建立了山羊胚胎工程實(shí)驗(yàn)室。
張涌一直專(zhuān)注于哺乳動(dòng)物培育生物工程的理論及技術(shù)研究。讀碩士期間,他負(fù)責(zé)完成的“小鼠胚胎分割方法及同卵雙生試驗(yàn)”被譽(yù)為開(kāi)創(chuàng)我國(guó)哺乳動(dòng)物胚胎分割成功先例;隨后,他負(fù)責(zé)完成的“山羊胚胎分割及同卵雙生試驗(yàn)”,被同行專(zhuān)家鑒定為具有國(guó)際先進(jìn)水平的優(yōu)秀科研成果。
胚胎分割對(duì)現(xiàn)在的碩士生來(lái)說(shuō),是一個(gè)很簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn),因?yàn)榭梢允褂孟冗M(jìn)的儀器,但在以前則屬于很前沿的一項(xiàng)研究。最具挑戰(zhàn)性的地方在于,胚胎要手工分割。張涌與此相關(guān)的碩士論文獲得了省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。
讀博士期間,張涌主持完成的“小鼠山羊半胚冷凍和凍胚分割試驗(yàn)”被同行專(zhuān)家鑒定為具有國(guó)際領(lǐng)先水平,其博士論文獲陜西省優(yōu)秀博士論文。“當(dāng)時(shí)還沒(méi)有全國(guó)優(yōu)博論文。”權(quán)富生說(shuō)。
1990年,張涌成功培育出了世界上首批7頭胚胎克隆山羊;1995年,他利用胚胎核移植―去掉一卵細(xì)胞的細(xì)胞核,植入另一受精卵的胚胎核,克隆出45只山羊,形成了當(dāng)時(shí)世界上最大的一群胚胎克隆動(dòng)物群體。張涌因而被譽(yù)為“中國(guó)克隆羊之父”。
1996年,西農(nóng)大畜牧系的種羊場(chǎng)專(zhuān)門(mén)劃給了張涌作為哺乳動(dòng)物發(fā)育生物工程科研基地。2000年,經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn),該基地正式被命名為“中國(guó)克隆動(dòng)物基地”。
克隆,“Clone”的音譯,即復(fù)制的意思,屬于“無(wú)性繁殖”的一種。后代與前代有著完全相同的遺傳特征。從技術(shù)層面講,克隆分為胚胎克隆和體細(xì)胞克隆兩個(gè)層級(jí)。
1997年,克隆綿羊“多莉”面世。“多莉”的誕生,打破了教科書(shū)上的“從成年動(dòng)物的體細(xì)胞進(jìn)行克隆是不可能的”這一教條,使世界生物遺傳技術(shù)向前跨進(jìn)了一大步。
這對(duì)張涌來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的刺激。他利用胚胎核移植克隆出山羊后,就開(kāi)始嘗試用體細(xì)胞克隆山羊,但一直沒(méi)能成功。
1999年末,張涌從一只山東小青羊耳朵后面取下一塊皮膚,進(jìn)行單個(gè)細(xì)胞克隆,待其成熟后將細(xì)胞核取出,注入到去核后的卵母細(xì)胞中,卵母細(xì)胞來(lái)自另一只山羊,經(jīng)培育形成克隆胚胎,并分別移入兩只白母山羊的子宮內(nèi)。
2000年6月,隨著元元以及陽(yáng)陽(yáng)相繼出生,張涌終于登上世界動(dòng)物克隆技術(shù)的制高點(diǎn)。
2001年8月8日,克隆羊陽(yáng)陽(yáng)成功誕生了一對(duì)龍鳳胎―“歡歡”和“慶慶”,其父親系世界首批胚胎克隆安哥拉山羊,證明體細(xì)胞克隆羊、胚胎克隆羊與普通羊一樣具有自然生殖繁衍的功能,這在世界尚屬首例。幾年后,陽(yáng)陽(yáng)已是五代同堂了。
據(jù)權(quán)富生介紹,克隆技術(shù)在胚胎育種、優(yōu)良個(gè)體方面有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。日常生活中,有些羊主要用于產(chǎn)毛,有的羊是產(chǎn)肉的,有些羊主要是產(chǎn)奶的。應(yīng)用克隆技術(shù)可以把兩種或三種羊的優(yōu)點(diǎn)集于一種羊身上,克隆出肉好吃、產(chǎn)奶多、又能產(chǎn)毛的羊。
“中國(guó)克隆動(dòng)物基地克隆出不膻的種羊,用以繁殖不膻的體重超過(guò)500公斤的肉羊;還克隆出日產(chǎn)奶是其它奶羊幾倍、甚至十幾倍的奶羊。最為神奇的是,該基地在培育高產(chǎn)奶山羊的同時(shí),創(chuàng)造性地在山羊的胚胎中植入人乳基因,繁殖出了能產(chǎn)‘人奶’的山羊。”權(quán)富生說(shuō)。
張涌和他的同事們圍繞兩個(gè)世界級(jí)“羊”難題開(kāi)展工作:一是讓更多的克隆羊?qū)殞氄Q生,提高克隆動(dòng)物的成功率;二是讓克隆羊“身價(jià)”更高,生產(chǎn)出有重要經(jīng)濟(jì)、營(yíng)養(yǎng)、醫(yī)療價(jià)值的轉(zhuǎn)基因克隆羊。
下篇 挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)基因牛
2015年3月,張涌帶領(lǐng)的課題組成功培育出抗結(jié)核病的轉(zhuǎn)基因牛,其牛奶并不含轉(zhuǎn)基因成分。
牛結(jié)核病是一種慢性傳染病,在世界范圍內(nèi)廣泛傳播,尤其在亞洲、非洲不發(fā)達(dá)地區(qū),目前還沒(méi)有辦法有效地控制和消除。公開(kāi)資料顯示,由牛結(jié)核分枝桿菌引起的結(jié)核病,還是一種人畜共患病,可由動(dòng)物傳播給人,并在人類(lèi)之間傳播,對(duì)公共衛(wèi)生也產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。
相關(guān)論文已發(fā)表在知名學(xué)術(shù)期刊PNAS(《美國(guó)科學(xué)院院刊》)上,論文題目為《TALEN介導(dǎo)插入sp110基因能增加牛對(duì)結(jié)核病的抗性》。TALEN是進(jìn)行基因改造的方法之一,能精確地對(duì)目標(biāo)基因進(jìn)行缺失、插入等突變。與其他方法比,其特點(diǎn)是精確性。
論文稱(chēng),該研究將有助于控制和預(yù)防牛結(jié)核病,研究中建立的方法為其他抗病動(dòng)物的育種工作提供了前瞻性探索。這是TALEN技術(shù)首次應(yīng)用于牛基因組的改造。
2004年2月6日凌晨,張涌一直守候在羊圈旁,直到第四代體細(xì)胞克隆山羊出生,并為之取名“笑笑”。離開(kāi)基地不久,張涌便病倒了,被確診為冠心病、大面積心肌梗死。
“治療期間使用了進(jìn)口溶栓藥,很貴,一針幾十萬(wàn),是從一種牛的奶里提取的溶血蛋白。”權(quán)富生說(shuō):“病愈后的張涌教授,對(duì)牛有了濃厚的研究興趣。”
克隆牛項(xiàng)目是從2006年起步的。
第一個(gè)研究項(xiàng)目是克隆培育牛奶含溶血蛋白的牛,但沒(méi)進(jìn)入生產(chǎn)階段。接著克隆一種肉牛,這種肉牛的肉很貴,在香港一公斤100美元,目前克隆牛基地有400多頭。
2009年11月25日,張涌培育的世界第一例轉(zhuǎn)人防御素基因的克隆奶牛通過(guò)剖腹產(chǎn)降生,其牛奶含有人的防御素。據(jù)介紹,實(shí)驗(yàn)室將400枚轉(zhuǎn)基因胚胎移植到200頭黃牛受體,六個(gè)月后監(jiān)測(cè)妊娠受體30頭,現(xiàn)獲17頭轉(zhuǎn)人防御素基因的克隆牛,3頭轉(zhuǎn)人溶菌霉素基因克隆牛。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用前景是,奶牛的奶里含有能將細(xì)菌溶解的物質(zhì),這樣牛就不會(huì)得乳腺炎,可大大減少抗菌素的使用。
轉(zhuǎn)基因抗病牛的整個(gè)培育過(guò)程,可以簡(jiǎn)單地歸結(jié)成三個(gè)部分:首先對(duì)細(xì)胞進(jìn)行基因改造,在實(shí)驗(yàn)室取一個(gè)牛的細(xì)胞,將外源抗病基因轉(zhuǎn)到細(xì)胞里;其次,待帶有此基因的細(xì)胞發(fā)育后,進(jìn)行分割,將單個(gè)細(xì)胞放在取了核的卵細(xì)胞里;最后,將卵細(xì)胞移植到黃牛受體子宮里發(fā)育成個(gè)體。
抗口蹄疫轉(zhuǎn)基因克隆牛,是實(shí)驗(yàn)室的另一項(xiàng)研究成果,目前只處于育種材料階段。
“之所以用黃牛做受體,是因?yàn)辄S牛比奶牛便宜,可以降低實(shí)驗(yàn)成本。”權(quán)富生解釋道。
截至目前,實(shí)驗(yàn)室做的都是一種技術(shù)研究。轉(zhuǎn)基因牛都還沒(méi)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用中,牛奶、牛肉以及牛的排泄物的環(huán)境安全等一系列問(wèn)題處于中試階段。“將轉(zhuǎn)基因牛的奶、肉給實(shí)驗(yàn)鼠吃,進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),觀察老鼠生長(zhǎng)的情況,觀察器官、血液變化,如果沒(méi)發(fā)現(xiàn)變化,說(shuō)明沒(méi)有不利影響,是安全的。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物除了老鼠,還有豬、羊等大型動(dòng)物。”權(quán)富生介紹說(shuō),“現(xiàn)在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物都處于安全隔離階段,即將牛圈在一個(gè)地方,不和外界接觸。等確定測(cè)試安全之后,才會(huì)和非轉(zhuǎn)基因牛混在一起養(yǎng),進(jìn)入環(huán)境釋放階段。”
2015年1月25日,由陜西省科技廳組織河南農(nóng)業(yè)大學(xué)張改平院士等全國(guó)9名同行專(zhuān)家對(duì)張涌主持完成的“牛羊基因定點(diǎn)精確編輯技術(shù)研究與應(yīng)用”項(xiàng)目進(jìn)行成果鑒定,專(zhuān)家們認(rèn)為該研究成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平,對(duì)推動(dòng)抗病基因工程育種和乳腺生物反應(yīng)器技術(shù)的發(fā)展,提升我國(guó)牛羊業(yè)種質(zhì)創(chuàng)新水平具有重大意義,具有廣闊應(yīng)用前景。
今年4月,西農(nóng)大進(jìn)行的一場(chǎng)“與身邊的科學(xué)家面對(duì)面”活動(dòng)中,張涌針對(duì)學(xué)生們關(guān)心的轉(zhuǎn)基因的安全性進(jìn)行了科普。
“西藥治病具有針對(duì)性,成分、分子結(jié)構(gòu)以及副作用都明明白白地標(biāo)注;中藥的成分不是很清楚,副作用也不詳,稀里糊涂喝一碗藥,也說(shuō)不清會(huì)有什么副作用。而我們就認(rèn)為西藥不好,西藥有副作用,中藥好,中藥沒(méi)有副作用。”張涌一番關(guān)于什么是安全的比喻,惹得聽(tīng)講座的同學(xué)哈哈大笑。
1998年歐盟暫停批準(zhǔn)新的轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品上市,形成事實(shí)上的“轉(zhuǎn)基因禁令”,更加深了公眾心目中“轉(zhuǎn)基因食品有問(wèn)題”的印象。但此后歐盟政策不斷調(diào)整,2007年以后,歐盟批準(zhǔn)轉(zhuǎn)基因作物的速度越來(lái)越快,目前已經(jīng)批準(zhǔn)了30個(gè)轉(zhuǎn)基因作物品種,有7個(gè)國(guó)家。
1999年4月,查爾斯王子授權(quán)BBC了自己撰寫(xiě)的反轉(zhuǎn)基因的文章,同時(shí)還在電視上說(shuō)出了“決不吃任何含DNA的食物”的話,這一言論后來(lái)被當(dāng)作笑談。
1999年5月,美國(guó)康奈爾大學(xué)洛希實(shí)驗(yàn)室向英國(guó)《自然》雜志報(bào)告說(shuō),他們用沾有抗蟲(chóng)害轉(zhuǎn)基因玉米花粉的草葉喂養(yǎng)大花蝶的幼蟲(chóng),導(dǎo)致這些毛毛蟲(chóng)死亡。但他們的實(shí)驗(yàn)受到了同行質(zhì)疑,并被檢查出數(shù)據(jù)有誤,《自然》雜志最后對(duì)論文撤稿。
1999年11月,英國(guó)政府開(kāi)始進(jìn)行大規(guī)模的科學(xué)試驗(yàn),考察轉(zhuǎn)基因作物對(duì)局部環(huán)境生物多樣性的影響。簡(jiǎn)單地說(shuō),就是對(duì)農(nóng)田雜草和蟲(chóng)子的影響。試驗(yàn)報(bào)告于2003年出爐,結(jié)果出乎人們意料:不是好的,也不是壞的,而是有好有壞的。
2002年6月,綠色和平組織在北京《轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲(chóng)棉環(huán)境影響研究的綜合報(bào)告》,聲稱(chēng)已證實(shí)中國(guó)種植的轉(zhuǎn)基因棉對(duì)環(huán)境帶來(lái)了明顯的負(fù)面影響。這份報(bào)告的可靠性遭到了眾多中國(guó)農(nóng)業(yè)專(zhuān)家的質(zhì)疑,但也成了中國(guó)國(guó)內(nèi)“反轉(zhuǎn)”的序曲。
2007年,維也納大學(xué)的澤特克教授聲稱(chēng),發(fā)現(xiàn)喂了20周的轉(zhuǎn)基因雜交玉米的小鼠產(chǎn)下的后代數(shù)量較少、體重較輕。這一結(jié)論立刻被綠色和平廣泛傳播,該消息傳到中國(guó)后,被簡(jiǎn)單有力地翻譯為“轉(zhuǎn)基因玉米導(dǎo)致絕育”。不過(guò),這一研究受到科學(xué)家及監(jiān)管機(jī)構(gòu)的質(zhì)疑,并為此展開(kāi)調(diào)查。2009年,包括歐洲食品安全局在內(nèi)多家權(quán)威機(jī)構(gòu)發(fā)表聲明,指出澤特克教授等人的數(shù)據(jù)分析方法是錯(cuò)誤的,其研究是無(wú)效的。
2010年,《國(guó)際先驅(qū)導(dǎo)報(bào)》發(fā)表報(bào)道,稱(chēng)山西地等出現(xiàn)動(dòng)物異常現(xiàn)象,是因?yàn)槌粤嗣绹?guó)的“先玉335玉米”。該文引起消費(fèi)者和農(nóng)戶(hù)的恐慌。此后,山西農(nóng)業(yè)廳認(rèn)定為“該報(bào)道所述的因果關(guān)系缺失科學(xué)依據(jù)”。農(nóng)業(yè)部隨后辟謠稱(chēng),“先玉335”并未檢出轉(zhuǎn)基因成分。
2012年,綠色和平組織曝光美國(guó)塔夫茨大學(xué)湯光文等研究人員在不告知的情況下,利用湖南省衡南縣的25名小學(xué)生進(jìn)行黃金大米(一種轉(zhuǎn)基因大米)的營(yíng)養(yǎng)實(shí)驗(yàn),引起軒然大波。12月6日,中國(guó)疾病預(yù)防控制中心調(diào)查通報(bào)稱(chēng),黃金大米試驗(yàn)違反了相關(guān)規(guī)定、科研誠(chéng)信。國(guó)家食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中心隨后表示,“黃金大米本身不會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生不良影響”。
2012年9月,媒體廣泛報(bào)道法國(guó)卡昂大學(xué)研究者的一項(xiàng)報(bào)告,稱(chēng)喂食美國(guó)孟山都公司NK603轉(zhuǎn)基因玉米的老鼠的壽命比正常老鼠短,并且前者長(zhǎng)腫瘤的幾率更高。歐洲食品安全局對(duì)此展開(kāi)調(diào)查,并于12月份表示,卡昂大學(xué)研究人員實(shí)驗(yàn)結(jié)論不僅缺乏數(shù)據(jù)支持,而且相關(guān)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和方法都存在嚴(yán)重漏洞。
轉(zhuǎn)基因大米“品嘗”啟事
為傳播科學(xué)精神,北京科技報(bào)社擬和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)科學(xué)傳媒中心共同開(kāi)展轉(zhuǎn)基因大米“品嘗”活動(dòng),現(xiàn)征集讀者報(bào)名品嘗,報(bào)社將贈(zèng)送入選者一份由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)研發(fā)的轉(zhuǎn)基因大米。
1轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)識(shí)規(guī)制的由來(lái)
轉(zhuǎn)基因技術(shù)是人類(lèi)有計(jì)劃的在最基礎(chǔ)的遺傳物質(zhì)層面改造生物,這一巨大的力量及其伴隨的各種風(fēng)險(xiǎn),使其自誕生之日就備受爭(zhēng)議,轉(zhuǎn)基因食品自然不能幸免。轉(zhuǎn)基因食品是指以轉(zhuǎn)基因生物直接作為食品,或者將轉(zhuǎn)基因生物作為食品原料加工而成的食品。轉(zhuǎn)基因食品主要包括兩類(lèi):第一類(lèi)是可以直接用來(lái)吃的轉(zhuǎn)基因生物或者是包括了轉(zhuǎn)基因生物的食品;第二類(lèi)是將轉(zhuǎn)基因生物加工而成的轉(zhuǎn)基因食品,但在最后的食品中不再包含活的轉(zhuǎn)基因生物體。第一類(lèi)轉(zhuǎn)基因食品中的轉(zhuǎn)基因生物依然存活,危害生態(tài)系統(tǒng)的可能性仍然存在;第二類(lèi)轉(zhuǎn)基因食品中由于不再存有活的改性生物,通常只會(huì)影響人類(lèi)健康,而不會(huì)危害環(huán)境。為防范轉(zhuǎn)基因食品可能帶來(lái)的上述風(fēng)險(xiǎn)、保障消費(fèi)者的知情權(quán)、維護(hù)不同食品提供商之間的公平競(jìng)爭(zhēng)、尊重特定社會(huì)的文化和信仰,要求對(duì)轉(zhuǎn)基因食品加注標(biāo)識(shí),從而使其有別于普通食品,成為很多國(guó)家的立法選擇。必要的標(biāo)識(shí)規(guī)制政策也被國(guó)際自由貿(mào)易法律體系所容許,并成為環(huán)境保護(hù)國(guó)際立法所極力追求的目標(biāo)和要求。因而,從國(guó)外立法、國(guó)際立法兩個(gè)層面對(duì)轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)識(shí)規(guī)制制度進(jìn)行比較探討,對(duì)于我國(guó)轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)識(shí)規(guī)制制度的完善可以提供有益參考。轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)識(shí)規(guī)制政策可以有不同分類(lèi),比如強(qiáng)制標(biāo)識(shí)和自愿標(biāo)識(shí)、全部標(biāo)識(shí)和部分標(biāo)識(shí)。每一種分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)在一定程度上都可以視為基于標(biāo)識(shí)管制的范圍、強(qiáng)度和程序的不同而形成的。完全采用一種標(biāo)識(shí)政策的情形比較少見(jiàn),比如美國(guó)被認(rèn)為是采用自愿標(biāo)識(shí)制度的典型,但這種自愿標(biāo)識(shí)的自由并不具有絕對(duì)性,符合要求的產(chǎn)品也必須按規(guī)定加注標(biāo)識(shí)。下面部分標(biāo)識(shí)與全部標(biāo)識(shí)為分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),以說(shuō)明典型國(guó)家之間轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)識(shí)制度的差異。
2典型國(guó)家轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)識(shí)規(guī)制之比較
(1)部分標(biāo)識(shí)政策。即只要求對(duì)部分轉(zhuǎn)基因食品加注標(biāo)識(shí)。該政策又可分為三小類(lèi):第一,如果某一轉(zhuǎn)基因食品與傳統(tǒng)食品實(shí)質(zhì)等同則不要求加注標(biāo)識(shí),若其與傳統(tǒng)食品實(shí)質(zhì)不等同才要求加注標(biāo)識(shí)。判斷轉(zhuǎn)基因食品與傳統(tǒng)食品是否實(shí)質(zhì)等同的依據(jù)包括構(gòu)成、營(yíng)養(yǎng)作用、使用、過(guò)敏性等。采用這一標(biāo)識(shí)政策的典型國(guó)家和地區(qū)有美國(guó)、加拿大。美國(guó)食品與藥品管理局認(rèn)為,只有與食品的自身性質(zhì)相關(guān)的信息才是實(shí)質(zhì)性信息,轉(zhuǎn)基因技術(shù)導(dǎo)致食品在功效、儲(chǔ)存和管理?xiàng)l件等方面的改變,能夠影響食品安全或品質(zhì)等情況,即屬于實(shí)質(zhì)性信息,應(yīng)當(dāng)予以標(biāo)識(shí)。依照美國(guó)《食品、藥品和化妝品法》的相關(guān)規(guī)定,除了其包裝標(biāo)注沒(méi)有反映實(shí)質(zhì)性的相關(guān)信息,才可能被認(rèn)為具有誤導(dǎo)性。這種部分標(biāo)識(shí)政策在美國(guó)具有很大的自由度,因?yàn)槠湟髽?biāo)識(shí)的字樣為“來(lái)源于生物工程技術(shù)的”或“生物工程改造過(guò)的”等,這與直接標(biāo)識(shí)為轉(zhuǎn)基因食品,還是有很大不同。由于該政策認(rèn)為轉(zhuǎn)基因技術(shù)與雜交等傳統(tǒng)的普通生物工程方式相比沒(méi)有什么特別區(qū)別,因而對(duì)于與傳統(tǒng)食品實(shí)質(zhì)不等同的轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)注為“來(lái)源于生物工程技術(shù)”或“生物工程改造過(guò)的”即可。第二,以食品中轉(zhuǎn)基因成分所占的百分比為標(biāo)準(zhǔn)確定是否加注標(biāo)識(shí)。各國(guó)根據(jù)各自情況,結(jié)合標(biāo)識(shí)管理的其他制度,規(guī)定具體的成分標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)識(shí)要求。第三,規(guī)定需要強(qiáng)制標(biāo)識(shí)的轉(zhuǎn)基因食品范圍,不在強(qiáng)制標(biāo)識(shí)范圍的轉(zhuǎn)基因食品則不要求加注標(biāo)識(shí)。(2)全部標(biāo)識(shí)政策。即不論轉(zhuǎn)基因食品的種類(lèi)和范圍,所有轉(zhuǎn)基因食品都要加注標(biāo)識(shí)。這一政策可以分為兩種情況:第一,某一食品中轉(zhuǎn)基因成分達(dá)到一定含量才被要求加注標(biāo)識(shí)。例如歐盟1997年的《新食品管理?xiàng)l例(258/97)》要求在歐盟范圍內(nèi)所有的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品只要轉(zhuǎn)基因成分在產(chǎn)品中的比例達(dá)到1%才要求加注標(biāo)識(shí)。2002年歐盟修改了上述標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定所有轉(zhuǎn)基因植物衍生的食品和飼料均要加以標(biāo)識(shí),并且將轉(zhuǎn)基因成分含量的最低標(biāo)準(zhǔn)降為0.9%,未超過(guò)上述標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品才無(wú)需標(biāo)識(shí)。第二,沒(méi)有規(guī)定食品中轉(zhuǎn)基因成分的比例,只要在最終產(chǎn)品中檢測(cè)到有轉(zhuǎn)基因成分都要求加注標(biāo)識(shí)。采用這一方法的典型國(guó)家有捷克、巴西、馬來(lái)西亞、沙特等。較之部分標(biāo)識(shí)政策,全部標(biāo)識(shí)政策體現(xiàn)了更廣的規(guī)制范圍和較高的規(guī)制強(qiáng)度。一些實(shí)行部分標(biāo)識(shí)政策的國(guó)家,其標(biāo)識(shí)政策甚至體現(xiàn)或接近于自由或自愿標(biāo)識(shí)制度。此外,轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)識(shí)管理制度需要與轉(zhuǎn)基因食品其他相關(guān)管理制度互相銜接。依照歐盟相關(guān)立法,歐盟成員國(guó)要采取措施保證轉(zhuǎn)基因食品在市場(chǎng)的各個(gè)階段的可跟蹤性、檢測(cè)性,轉(zhuǎn)基因食品生產(chǎn)商需要經(jīng)申請(qǐng)審批其產(chǎn)品才能夠上市,并要求確保轉(zhuǎn)基因食品在被確認(rèn)對(duì)健康存在危害的時(shí)候能夠及時(shí)從市場(chǎng)上撤回。上述規(guī)定與標(biāo)識(shí)規(guī)制規(guī)定相互配合,確保了歐盟市場(chǎng)上的轉(zhuǎn)基因食品處于更為嚴(yán)格的法律控制之下。
3轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)識(shí)規(guī)制的國(guó)際立法
相較于各國(guó)法律對(duì)于轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)識(shí)規(guī)制具體安排,國(guó)際立法中直接與轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)識(shí)規(guī)制相關(guān)的內(nèi)容要少許多。不過(guò),不同國(guó)家轉(zhuǎn)基因食品管理方面的差異,包含轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)識(shí)規(guī)制政策的不同選擇,都有可能演化為國(guó)際(貿(mào)易)沖突,并成為國(guó)際法關(guān)照的對(duì)象。轉(zhuǎn)基因食品國(guó)際規(guī)范間沖突的核心問(wèn)題是貿(mào)易自由最大化與環(huán)保健康最大化的沖突,換言之,為了經(jīng)濟(jì)利益最大化肯定會(huì)強(qiáng)調(diào)貿(mào)易自由和減少干預(yù),為了保障環(huán)境和人類(lèi)安全則必須對(duì)貿(mào)易自由進(jìn)行必要限制。由此,以環(huán)保健康為中心的轉(zhuǎn)基因食品國(guó)際規(guī)范與以貿(mào)易自由為中心的轉(zhuǎn)基因食品國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之間必然存在諸多沖突,這一沖突在標(biāo)識(shí)制度上的表現(xiàn)非常典型。以貿(mào)易自由最大化為中心的WTO協(xié)議缺乏對(duì)于轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)識(shí)問(wèn)題的有力規(guī)則或直接規(guī)則。按照WTO規(guī)定,產(chǎn)品能否等同的標(biāo)準(zhǔn)是最終產(chǎn)品的功效、用處和物理化學(xué)性質(zhì)等方面,而不是生產(chǎn)加工過(guò)程或方法,只要沒(méi)有科學(xué)研究證明轉(zhuǎn)基因食品有危害,就應(yīng)該將其和傳統(tǒng)食品同等對(duì)待,也就不需要加注標(biāo)識(shí)。然而,以《生物多樣性公約》及其《卡塔赫那生物安全議定書(shū)》為代表的涉及轉(zhuǎn)基因食品安全的國(guó)際規(guī)范則認(rèn)為,轉(zhuǎn)基因食品有別于傳統(tǒng)食品,有必要予以專(zhuān)門(mén)規(guī)范,以預(yù)防其可能發(fā)生的、現(xiàn)有科學(xué)無(wú)法證明或預(yù)測(cè)的危害,這其中就包括采取標(biāo)識(shí)措施。對(duì)于任何轉(zhuǎn)基因生物的越境轉(zhuǎn)移問(wèn)題,上述國(guó)際立法對(duì)其標(biāo)識(shí)規(guī)制提出了很高的標(biāo)準(zhǔn),要求可能直接作為食品加工用的轉(zhuǎn)基因生物附有單據(jù),闡明其中可能包括轉(zhuǎn)基因生物成分,并且無(wú)意將其引入社會(huì)環(huán)境,并要附上供提取資料的聯(lián)系方式或者地點(diǎn);對(duì)于有意引入進(jìn)口締約方環(huán)境的轉(zhuǎn)基因生物應(yīng)該附有單據(jù),標(biāo)明其為轉(zhuǎn)基因生物,并詳細(xì)說(shuō)明其稱(chēng)號(hào)、個(gè)性,以及自身性質(zhì)對(duì)于安全儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用的任何要求。締約國(guó)發(fā)出通知所需提供的資料應(yīng)包括轉(zhuǎn)基因生物的名稱(chēng)和標(biāo)志,如果出口國(guó)有轉(zhuǎn)基因生物的生物安全程度分類(lèi)制度,應(yīng)當(dāng)列出其所屬類(lèi)別。
4我國(guó)轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)識(shí)規(guī)制政策的完善
我國(guó)有關(guān)轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)識(shí)管理的法律和行政法規(guī)主要有2015年4月修訂的《中華人民共和國(guó)食品安全法》和2011年修正的《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理?xiàng)l例》,部門(mén)規(guī)章主要由農(nóng)業(yè)部依據(jù)《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理?xiàng)l例》制定的《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物標(biāo)識(shí)管理辦法》、國(guó)家質(zhì)檢總局《食品標(biāo)識(shí)管理規(guī)定》和國(guó)家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)出臺(tái)的《新食品原料安全性審查管理辦法》以及原衛(wèi)生部出臺(tái)的《新資源食品管理辦法》,已作廢的《轉(zhuǎn)基因食品衛(wèi)生管理辦法》和《轉(zhuǎn)基因食品衛(wèi)生管理辦法》。學(xué)界對(duì)于我國(guó)轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)識(shí)管理制度存在的問(wèn)題已有較多研討,結(jié)合這些研究,特別是域外經(jīng)驗(yàn),有必要從以下方面完善我國(guó)的轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)識(shí)規(guī)制政策。(1)立法模式選擇與管理體制的重構(gòu)。現(xiàn)行轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)識(shí)管理法律文件分布零散,一度存在著部門(mén)間規(guī)定不一致、管理體系不合理(比如承擔(dān)主要監(jiān)管職責(zé)的農(nóng)業(yè)部并無(wú)足夠執(zhí)法力量對(duì)市場(chǎng)上的轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)識(shí)實(shí)行管理,質(zhì)監(jiān)部門(mén)主要是生產(chǎn)環(huán)節(jié)而非流通環(huán)節(jié)的監(jiān)管)等缺陷,這些問(wèn)題完全可以借助制定綜合性的標(biāo)識(shí)管理制度加以解決,從而形成職權(quán)相對(duì)統(tǒng)一集中、部門(mén)間職責(zé)分工合理、符合轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)識(shí)規(guī)制要求的標(biāo)識(shí)管理體制。2015年新修訂的《食品安全法》將此職能依法授權(quán)由食品藥品監(jiān)督管理部門(mén)承擔(dān),但舊有立法清理、配套制度完善、相關(guān)部門(mén)配合的問(wèn)題仍待繼續(xù)解決。(2)立法層次提升。《食品安全法》第151條規(guī)定“轉(zhuǎn)基因食品和食鹽的食品安全管理,本法未作規(guī)定的,適用其他法律、行政法規(guī)的規(guī)定”。該法第153條規(guī)定,“國(guó)務(wù)院根據(jù)實(shí)際需要,可以對(duì)食品安全監(jiān)督管理體制作出調(diào)整”。因而,制定專(zhuān)門(mén)的、綜合性的行政法規(guī)提升轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)識(shí)規(guī)制的立法層次,顯得很有必要。這既合乎《食品安全法》的相關(guān)立法精神,推動(dòng)監(jiān)管體制改革,也有助于增強(qiáng)立法的正當(dāng)性,防止發(fā)生貿(mào)易爭(zhēng)端時(shí)陷于不必要的被動(dòng)。(3)具體規(guī)則的細(xì)化和完善。具體而言,重點(diǎn)細(xì)化完善以下幾個(gè)方面的規(guī)則:①擴(kuò)大強(qiáng)制標(biāo)識(shí)范圍。轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)識(shí)規(guī)制是轉(zhuǎn)基因食品的安全尚未有科學(xué)定論的前提下所采取的必要舉措。依此初衷,只要某一食品中含有轉(zhuǎn)基因成分都應(yīng)加以標(biāo)識(shí)。目前國(guó)內(nèi)強(qiáng)制標(biāo)識(shí)的品種范圍較小、目錄更新遲緩,為了加強(qiáng)監(jiān)管,應(yīng)及時(shí)更新轉(zhuǎn)基因食品強(qiáng)制標(biāo)識(shí)的名錄,添加將來(lái)一定時(shí)段內(nèi)可能出現(xiàn)的轉(zhuǎn)基因食品類(lèi)別。②完善強(qiáng)制標(biāo)識(shí)的起點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)等標(biāo)準(zhǔn)體系。盡管各國(guó)對(duì)于食品中轉(zhuǎn)基因成分的閥值并無(wú)統(tǒng)一規(guī)定,但我國(guó)若無(wú)比例規(guī)定或比例規(guī)定不合理,顯然不利于國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)和市場(chǎng)監(jiān)管。此外,與起點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)相配套的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體系也需同步完善,形成既符合當(dāng)前國(guó)情又尊重國(guó)際經(jīng)驗(yàn)的轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)準(zhǔn)體系。③細(xì)化、明確強(qiáng)制標(biāo)識(shí)內(nèi)容和形式。在標(biāo)識(shí)內(nèi)容上,對(duì)于利用含有轉(zhuǎn)基因生物加工制作而成的食品,且在銷(xiāo)售過(guò)程中也檢測(cè)不出轉(zhuǎn)基因成分的食品,也應(yīng)作出類(lèi)似“本食品加工原料中有轉(zhuǎn)基因,然而本食品中沒(méi)有含有轉(zhuǎn)基因成分”的提示說(shuō)明。在標(biāo)識(shí)形式上,應(yīng)該采用能夠讓普通消費(fèi)者也能一目了然的標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)。④強(qiáng)化標(biāo)識(shí)監(jiān)管力度。目前,我國(guó)對(duì)于轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)識(shí)采用以政府為主導(dǎo)的監(jiān)管方式,依照《食品安全法》第125條之規(guī)定,處罰金額已較高,但非政府力量的作用微乎其微。消費(fèi)者協(xié)會(huì)、行業(yè)組織、環(huán)保組織、各類(lèi)媒體特別是消費(fèi)者自身,與市場(chǎng)接觸更多,較之政府監(jiān)管更具靈活性,可以鼓勵(lì)支持他們通過(guò)公益訴訟、社會(huì)調(diào)解等方式參與監(jiān)管,以強(qiáng)化標(biāo)識(shí)監(jiān)管力度。
參考文獻(xiàn)
[1]毛新志.轉(zhuǎn)基因食品生態(tài)安全的倫理探析[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2005(1)
論文摘要:隨著世界人口的增長(zhǎng),農(nóng)業(yè)將經(jīng)歷具有重大意義的革新。毫無(wú)疑問(wèn),生物技術(shù)作為科學(xué)和技術(shù)在這場(chǎng)變革中將起到關(guān)鍵性的作用。原則上講,生物技術(shù)本身有能力幫助人們提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和保護(hù)環(huán)境,但在實(shí)踐中,生物技術(shù)作為環(huán)境保護(hù)的人其作用相對(duì)來(lái)說(shuō)是微乎其微的。人們對(duì)它在環(huán)境保護(hù)以及促進(jìn)人類(lèi)進(jìn)步中的作用仍將拭目以待。
一、生物技術(shù)給農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來(lái)機(jī)遇
廣義上講,生物技術(shù)是利用有機(jī)體、死細(xì)胞、活細(xì)胞以及細(xì)胞內(nèi)含物,采用特殊的過(guò)程生產(chǎn)出特殊的產(chǎn)品應(yīng)作到農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥以及環(huán)境修復(fù)治理中,尤其是70年代基因工程的出現(xiàn),它能改變、取代物種的基因。
生物技術(shù)在農(nóng)作物中已有廣泛的應(yīng)用。最初通過(guò)遺傳工程獲得而進(jìn)入市場(chǎng)的作物是:玉米、大豆和棉花。它們經(jīng)轉(zhuǎn)基因后具有抗除草劑和棉鈴蟲(chóng)的能力。這種玉米、大豆和棉花從Bt細(xì)菌獲得基因,經(jīng)遺傳改良后具有防蟲(chóng)害的能力。利用Bt細(xì)菌獲得經(jīng)遺傳改良的作物的潛力是相當(dāng)大的。例如:美國(guó)有200萬(wàn)hm2的Bt棉花,澳大利亞有40萬(wàn)hm2,兩者各相當(dāng)于2.5億美元價(jià)值。如果將Bt玉米引種在美國(guó)1000萬(wàn)hm2的土地上,只要增產(chǎn)5%,就意味著能增加3.5億美元收入。這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步促進(jìn)了Bt制劑控制蟲(chóng)害在商業(yè)上的應(yīng)用。除此之外,還有許多經(jīng)轉(zhuǎn)入特定基因的玉米品種,這些品種能同時(shí)抗除草劑和一些蟲(chóng)害。
生物技術(shù)在畜牧業(yè)上應(yīng)用所獲得的益處與在農(nóng)作物上相似。一方面,生物技術(shù)有助于提高畜禽的生命力以及消滅競(jìng)爭(zhēng)者。促進(jìn)畜禽生長(zhǎng)的物質(zhì)有生長(zhǎng)激素以及促進(jìn)其生長(zhǎng)的調(diào)節(jié)劑,這些物質(zhì)可由基因工程而獲得。如利用鼠類(lèi)基因(該基因能促進(jìn)角蛋白的形成)能獲得了經(jīng)遺傳改良的綿羊,這種綿羊比普通棉羊產(chǎn)毛量能提高6%左右。另一方面,生物技術(shù)在提高農(nóng)作物產(chǎn)量、質(zhì)量的同時(shí),有助于提高畜牧業(yè)的生產(chǎn)力發(fā)展水平。例如,通過(guò)控制飼料作物體內(nèi)碳水化合物含量可提高畜牧業(yè)生產(chǎn)力;利用基因調(diào)控技術(shù)可以提高包括豆科作物在內(nèi)一些作物的蛋白質(zhì)含量,減少飼料作物中難消化的木質(zhì)素含量等。達(dá)比等人已生產(chǎn)出一種轉(zhuǎn)基因三葉草,可應(yīng)用于澳大利亞綿羊牧場(chǎng)。該基因來(lái)自向日葵,經(jīng)轉(zhuǎn)基因的三葉草能制造富含氨基酸的蛋白質(zhì),該蛋白質(zhì)經(jīng)食物鏈進(jìn)入綿羊體內(nèi),進(jìn)而能提高產(chǎn)毛量。
生物技術(shù)給人類(lèi)帶來(lái)的益處也包括在生態(tài)和環(huán)境兩個(gè)方面。利用生物技術(shù)提高現(xiàn)有農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力可以減低農(nóng)業(yè)向原始的、自然、半自然生態(tài)系統(tǒng)擴(kuò)張的要求,因此,它有助于有人類(lèi)保存、保護(hù)地球上僅有的自然生態(tài)系統(tǒng)及其資源,有助于人們未來(lái)再利用其中的基因資源開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品。
生物技術(shù)已用于生產(chǎn)抗蟲(chóng)害、抗除草劑作物。正如前面所述,一些轉(zhuǎn)基因棉花、玉米、大豆等具有抗蟲(chóng)害、抗除草劑的能力。1995年人們可以在市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)到轉(zhuǎn)基因馬鈴薯,這種馬鈴薯能產(chǎn)生水晶蛋白,而水晶蛋白對(duì)科倫那多馬鈴薯甲蟲(chóng)有毒害作用。這些轉(zhuǎn)基因作物能減少殺蟲(chóng)劑的用量,降低殺蟲(chóng)劑及其殘留物對(duì)食物鏈、水體造成污染,從而有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。
在許多農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū),土壤氮素可利用量是制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力提高的一個(gè)重要因子。而一高科技農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)使用人造氮肥是以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價(jià)的。制造氮肥要利用大量能源,據(jù)統(tǒng)計(jì),英聯(lián)邦農(nóng)場(chǎng)平均投入的能源大約有50%來(lái)自肥料。由施用肥料而產(chǎn)生的溫度氣體(二氧氣化碳、氮氧化合物等)不可避免地促進(jìn)地球氣候變暖。除此之外,農(nóng)業(yè)土壤的氮素流失是水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因。
生物技術(shù)的利用能為這些問(wèn)題的解決提供潛在的、真正有價(jià)值的幫助。
同樣,人們可以利用真菌來(lái)提高土壤養(yǎng)分的有效性。溫萊指出:特定的真菌類(lèi)能促進(jìn)土壤養(yǎng)分的釋放,從而促進(jìn)作物生長(zhǎng);真菌也能通過(guò)分解有機(jī)物質(zhì)(例如纖維素等)釋放出糖類(lèi),促進(jìn)固氮菌的生長(zhǎng)。進(jìn)一步提高土壤養(yǎng)分有效性的可能,包括獲得轉(zhuǎn)基因細(xì)菌和真菌,以進(jìn)一步增強(qiáng)它們制造養(yǎng)分和釋放土壤養(yǎng)分的能力。轉(zhuǎn)基因作物的最終目標(biāo)是使作物本身能夠自行固氮,避免、減少使用人造肥料,從而減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。這在目前尚不可能,但在將來(lái)卻有望實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。
二、利用生物技術(shù)發(fā)展農(nóng)業(yè)應(yīng)注意克服的問(wèn)題
從經(jīng)濟(jì)角度上講,生物技術(shù)帶來(lái)的不利并不明顯,然而,它會(huì)引起發(fā)達(dá)國(guó)家與發(fā)展中國(guó)家貧富差距進(jìn)一步擴(kuò)大。因?yàn)椋锛夹g(shù)公司主要集中在發(fā)達(dá)國(guó)家,發(fā)達(dá)國(guó)家可以通過(guò)輸出生物技術(shù)產(chǎn)品而獲得利潤(rùn)。與此同時(shí),發(fā)展中國(guó)家由于技術(shù)、及其產(chǎn)品還遠(yuǎn)沒(méi)有被廣泛接受。
生物技術(shù)可能引起生產(chǎn)方式和人類(lèi)健康的退變。這種情獎(jiǎng)品可能會(huì)隨著需要特定處理的轉(zhuǎn)基因作物的出現(xiàn)而產(chǎn)生,特別是抗除草劑的轉(zhuǎn)基因作物出現(xiàn)。農(nóng)民必須從同一公司購(gòu)買(mǎi)種子和除草劑,否則除草劑起不了作用。同樣的問(wèn)題也可能在需人造肥料的轉(zhuǎn)基因作物上出現(xiàn),這些轉(zhuǎn)基因作物會(huì)取代傳統(tǒng)的依靠有機(jī)肥的作物,后者在發(fā)展中國(guó)家是很普遍的,并且也有利于環(huán)境保護(hù)。生物技術(shù)在食品上的應(yīng)用對(duì)發(fā)展中國(guó)家的農(nóng)民也會(huì)造成許多困難。生物技術(shù)也會(huì)對(duì)人類(lèi)的健康制造麻煩。近年來(lái)在英國(guó)已有這方面的報(bào)道。特別是當(dāng)能引發(fā)人體過(guò)敏反應(yīng)的基因轉(zhuǎn)入農(nóng)作物時(shí),例如,堅(jiān)果能引發(fā)人體過(guò)敏反應(yīng),若它的基因被導(dǎo)入其他作物,則有可能其他作物也會(huì)引起人體過(guò)敏。為了預(yù)防起見(jiàn),轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)品必須經(jīng)免疫測(cè)定篩選后才能利用。
生物技術(shù)也可能引發(fā)環(huán)境問(wèn)題。人們利用生物技術(shù)生產(chǎn)出抗旱、耐鹽、抗病蟲(chóng)害作物同時(shí),也導(dǎo)致生物多樣性遭受?chē)?yán)重破壞,甚至導(dǎo)致一些物種滅絕。這一結(jié)果是由于生物技術(shù)促進(jìn)農(nóng)作物向它原本不適應(yīng)的地域擴(kuò)張而造成的。生物技術(shù)同樣加速土壤侵蝕和沙漠化。農(nóng)業(yè),尤其是耕作農(nóng)業(yè)的擴(kuò)張會(huì)增加除草劑、殺蟲(chóng)劑、人造肥料的使用,農(nóng)業(yè)中不斷投入的能源促進(jìn)全球變暖。與此同時(shí),氮素生物化學(xué)循環(huán)的改變也加劇了水體的富營(yíng)養(yǎng)化,直接影響人類(lèi)和動(dòng)植物的生存。
神奇的基因變異
從企鵝體內(nèi)提取抗凍基因,然后植入不抗寒植物中,便可得出抗寒植物;將活躍于昆蟲(chóng)胃腸道里的抗蟲(chóng)細(xì)菌提取出來(lái),植入農(nóng)作物體內(nèi)就可使其產(chǎn)生殺蟲(chóng)本能……,這些在遠(yuǎn)古神話中難以聽(tīng)到的故事今天卻變成了現(xiàn)實(shí)。由于轉(zhuǎn)基因源非常廣泛,而轉(zhuǎn)基因技術(shù)能夠克服有性雜交的限制,因此,轉(zhuǎn)基因作物可以通過(guò)任何目的基因的重組后產(chǎn)生新的品種。而隨著生物技術(shù)撐開(kāi)轉(zhuǎn)基因食品的繁衍與伸展空間,人類(lèi)所能分享到的物種變異盛宴與大餐也精彩地?cái)[列和呈現(xiàn)開(kāi)來(lái)。
英國(guó)咨詢(xún)公司PG Economics分析了1996年至2011年間的數(shù)據(jù)后得出了如下結(jié)論:轉(zhuǎn)基因作物額外生產(chǎn)了3.28億噸額外的糧食、飼料和纖維,相當(dāng)于增加了價(jià)值982億美元的農(nóng)作物產(chǎn)量;與此同時(shí),轉(zhuǎn)基因作物節(jié)約了 1.087億公頃土地,保護(hù)了生物的多樣性;另外,轉(zhuǎn)基因累積減少農(nóng)藥使用4.73億公斤,等于是與轉(zhuǎn)基因作物相關(guān)的農(nóng)藥使用量下降了9%;不僅如此,轉(zhuǎn)基因僅在2011年一年就從土壤中吸收了相當(dāng)于211億公斤的二氧化碳,等于當(dāng)年從公路上移走大約1020萬(wàn)輛汽車(chē);最為重要的是,轉(zhuǎn)基因食品幫助了超過(guò)1500萬(wàn)小型農(nóng)戶(hù)及其家人,共計(jì)超過(guò)5000萬(wàn)人口(他們屬于世界最貧困人口)收益。在許多科學(xué)家看來(lái),PG的研究報(bào)告是截止目前有關(guān)轉(zhuǎn)基因作物對(duì)人類(lèi)和環(huán)境影響所進(jìn)行的最全面、最權(quán)威的評(píng)估。
必須承認(rèn),自商業(yè)化種植以來(lái),全球轉(zhuǎn)基因作物種植的國(guó)家和種植面積呈持續(xù)增加態(tài)勢(shì)。美國(guó)是全球轉(zhuǎn)基因作物第一大種植與生產(chǎn)國(guó),種植面積達(dá)7010萬(wàn)公頃,占本國(guó)可種植耕地面積的一半以上,占全球種植面積的40%。緊跟美國(guó)之后的是巴西,2013年該國(guó)轉(zhuǎn)基因作物種植面積增長(zhǎng)了370萬(wàn)公頃,達(dá)到4030萬(wàn)公頃,而且連續(xù)五年以來(lái)巴西都是全球轉(zhuǎn)基因作物種植面積增長(zhǎng)的引擎。從排序上看,阿根廷、印度和加拿大是轉(zhuǎn)基因作物種植面積名列五強(qiáng)的另外三個(gè)國(guó)家。
動(dòng)態(tài)地分析,目前世界各國(guó)已累計(jì)批準(zhǔn)的可商業(yè)化種植的25種轉(zhuǎn)基因作物大致可以分為兩類(lèi):第一類(lèi)著重于抗性轉(zhuǎn)基因,如抗除草劑、抗蟲(chóng)、抗旱、抗鹽堿和抗寒等,它們的特點(diǎn)是通過(guò)減少損失而被動(dòng)地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的明顯增加;第二類(lèi)側(cè)重于改變作物的品質(zhì),如增加營(yíng)養(yǎng)、提高食品的醫(yī)療保健功能等,其主要依靠作物自身特性的改善進(jìn)一步提高產(chǎn)量。目前轉(zhuǎn)基因作物的種植仍然以第一類(lèi)為主,但育種重點(diǎn)已從第一代的抗除草劑、抗蟲(chóng)產(chǎn)品轉(zhuǎn)向提升抗旱、抗?jié)车冗m應(yīng)能力為代表的第二代產(chǎn)品上,而且多基因疊加的復(fù)合性狀逐漸增強(qiáng)。資料顯示,相比于抗除草劑性狀的轉(zhuǎn)基因作物5%的增長(zhǎng)和抗蟲(chóng)性狀的轉(zhuǎn)基因作物11%的增長(zhǎng),2012年復(fù)合性狀轉(zhuǎn)基因作物種植面積的增長(zhǎng)達(dá)到33%.
代表著未來(lái)趨勢(shì)的第二類(lèi)轉(zhuǎn)基因作物已經(jīng)在人類(lèi)面前打開(kāi)了燦爛的想象空間。黃金大米是一種經(jīng)過(guò)改造的大米,它的獨(dú)特黃色來(lái)自添加的β-胡蘿卜素,也就是維生素A的前體,借以彌補(bǔ)很多東亞國(guó)家飲食中所缺乏的維生素A。自第一代黃金大米問(wèn)世13年以來(lái),經(jīng)過(guò)多年的不懈努力,黃金大米目前已在菲律賓開(kāi)展田間實(shí)驗(yàn)。無(wú)獨(dú)有偶,可抗黃葉病并增加了β-胡蘿卜素、鐵等營(yíng)養(yǎng)元素的香蕉已從澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室走到田間展開(kāi)實(shí)驗(yàn),這對(duì)于身體微量元素非常缺乏但又以香蕉為主食的烏干達(dá)等非洲國(guó)家百姓的確是一個(gè)福音。
可視的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值以及誘人的未來(lái)前景引來(lái)個(gè)各國(guó)政府紛紛放松對(duì)轉(zhuǎn)基因食品監(jiān)管的口徑。在美國(guó),白宮于今年對(duì)種植首個(gè)轉(zhuǎn)基因抗旱玉米下放準(zhǔn)許證書(shū),同時(shí)巴西及其南美洲鄰國(guó)政府也將批準(zhǔn)首次種植復(fù)合性狀大豆;在菲律賓,政府高調(diào)宣布將在2013-2014年批準(zhǔn)黃金大米的正式上市。受官方政策的激勵(lì),全球轉(zhuǎn)基因食品的最大制造商孟山度公司放出了到2030年將農(nóng)作物單產(chǎn)提高一倍的豪言狀語(yǔ),同時(shí)孟山度承諾屆時(shí)將使化肥、農(nóng)藥和水源的用量減少三分之一。
恐怖的“生物魔鬼”
與常規(guī)育種是將近緣或種內(nèi)生物基因進(jìn)行重組從而遵循了自然法規(guī)以能確保產(chǎn)品的安全性有所不同,轉(zhuǎn)基因技術(shù)則跨越了常規(guī)育種的自然邊界,將任何生物甚至人工合成的基因進(jìn)行交流重組,其風(fēng)險(xiǎn)的不確定性自然要超過(guò)前者。尤其是,當(dāng)轉(zhuǎn)基因以及相關(guān)的生物技術(shù)并不能對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的潛在威脅作出充分評(píng)估并拿出具有說(shuō)服力的實(shí)驗(yàn)結(jié)論時(shí),公眾自然就能清晰地聽(tīng)到凝聚于轉(zhuǎn)基因及其產(chǎn)品身上的質(zhì)疑和詬病之聲。
如同轉(zhuǎn)基因擁躉者大力宣揚(yáng)轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以帶來(lái)農(nóng)作物的高產(chǎn)一樣,轉(zhuǎn)基因的反對(duì)者們也從來(lái)沒(méi)有停止為此證偽的腳步。聯(lián)合國(guó)相關(guān)專(zhuān)家仔細(xì)地研究了過(guò)去20年方方面面的情況后發(fā)現(xiàn),沒(méi)有任何一個(gè)案例能夠證明轉(zhuǎn)基因?qū)μ岣弋a(chǎn)量有幫助,不僅單一技術(shù)沒(méi)法增產(chǎn),即使有6―8個(gè)基因的疊加仍然不會(huì)解決問(wèn)題。印度科學(xué)院科學(xué)家席瓦在實(shí)地考察后得出結(jié)論稱(chēng),印度運(yùn)用了孟山都公司的轉(zhuǎn)基因種子后農(nóng)作物尤其是棉花的產(chǎn)量不增反降,席瓦甚至還指出,轉(zhuǎn)基因玉米對(duì)印度農(nóng)民產(chǎn)生了400億盧比的經(jīng)濟(jì)損失。無(wú)獨(dú)有偶,任職于聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織的新西蘭坎特伯雷大學(xué)教授杰克?海尼曼對(duì)北美加拿大、美國(guó)與西歐兩地農(nóng)業(yè)情況進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤對(duì)比研究后發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)基因并不能帶來(lái)農(nóng)作物的增產(chǎn)的。海尼曼指出,北美1996年開(kāi)始的轉(zhuǎn)基因和西歐的非轉(zhuǎn)基因種植相比,西歐的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)能夠向可持續(xù)性方向發(fā)展,會(huì)帶來(lái)更多產(chǎn)量。
轉(zhuǎn)基因會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境形成殺傷和損害已被越來(lái)越多的人所關(guān)注和公認(rèn)。一方面,由于轉(zhuǎn)基因技術(shù)的特殊性,一些病毒重組現(xiàn)象在轉(zhuǎn)基因作物中出現(xiàn)得尤其頻繁,即導(dǎo)入轉(zhuǎn)基因生物的外源基因有可能與感染轉(zhuǎn)基因生物的某些細(xì)菌或病毒雜交,從而重組出新型病原體。另一方面,轉(zhuǎn)基因作物中很可能會(huì)出現(xiàn)抗藥性高的有害生物,或者原有作物內(nèi)部的害蟲(chóng)對(duì)抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)生了適應(yīng)性和耐受性,且由于其基因重組所導(dǎo)致的新型病毒,由此加大農(nóng)作物病蟲(chóng)害的防治難度。不僅如此,隨著轉(zhuǎn)基因產(chǎn)物的廣泛應(yīng)用,轉(zhuǎn)基因植物出現(xiàn)在自然環(huán)境中的機(jī)會(huì)必然增加,因?yàn)槠渚哂心承┮吧参锼痪邆涞目共。瓜x(chóng),耐寒耐旱性,轉(zhuǎn)基因植物必然成為新的優(yōu)勢(shì)種群,那些不具備抗蟲(chóng)抗病特性的野生植物將被轉(zhuǎn)基因植物取代,因此轉(zhuǎn)基因植物的引入可能會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的平衡造成破壞。
對(duì)于人類(lèi)健康可能形成侵害是轉(zhuǎn)基因食品釋放出的最大風(fēng)險(xiǎn)。一方面,自然界中存在很多過(guò)敏原,在轉(zhuǎn)基因過(guò)程中,如果將控制過(guò)敏原形成的基因?qū)胄碌纳矬w內(nèi),從而使新的品種會(huì)對(duì)過(guò)敏人群產(chǎn)生過(guò)敏反應(yīng),同時(shí)在基因轉(zhuǎn)變的過(guò)程中會(huì)形成新的植物蛋白,可能會(huì)引發(fā)新物種過(guò)敏。另一方面,轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物所表達(dá)的某些蛋白質(zhì),可能潛移默化的影響人的免疫系統(tǒng),從而對(duì)人體健康造成隱性的傷害。更為重要的是,轉(zhuǎn)基因食品可能產(chǎn)生不可預(yù)見(jiàn)的生物突變,這些突變可能會(huì)直接產(chǎn)生毒素,或者含有潛在毒素的蛋白質(zhì),引起人類(lèi)急、慢性中毒或產(chǎn)生致畸、致癌的可怕后果。
俄羅斯全國(guó)基因安全協(xié)會(huì)和生態(tài)與環(huán)境問(wèn)題研究所的科學(xué)家選擇農(nóng)業(yè)中廣泛應(yīng)用的含有不同比例轉(zhuǎn)基因成分的普通大豆,喂養(yǎng)了具有快速繁殖率的坎貝爾倉(cāng)鼠2年,結(jié)果發(fā)現(xiàn),食用轉(zhuǎn)基因食品的動(dòng)物失去了繁殖能力。無(wú)獨(dú)有偶,法國(guó)卡昂大學(xué)的動(dòng)生物學(xué)家研究小組用兩年時(shí)間給200只小白鼠做轉(zhuǎn)基因玉米喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn),結(jié)果這些白鼠的肝、腎被嚴(yán)重?fù)p害,其中雌鼠70%早死,雄鼠50%早死,而且雌鼠易患乳腺癌。
來(lái)自印度的研究報(bào)告將公眾對(duì)轉(zhuǎn)基因的聲討推到了登峰造極的地步。印度環(huán)保及女權(quán)主義活動(dòng)組織稱(chēng),自從孟山都公司進(jìn)入印度種子市場(chǎng)以來(lái),已有27萬(wàn)印度農(nóng)民自殺,而且印度的人口自殺率逐年升高。令人玩味的是,如此震耳欲聾的結(jié)論卻得到美國(guó)華盛頓特區(qū)國(guó)際食物政策研究中心的聲援與支持。美方研究人員收集、分析了與Bt棉花和印度農(nóng)民自殺相關(guān)的政府?dāng)?shù)據(jù)、學(xué)術(shù)論文以及媒體報(bào)道,之后得出研究結(jié)果顯示,印度人口的年自殺總數(shù)從1997年的不足10萬(wàn)人增加到2007的12萬(wàn)人,在同一時(shí)期內(nèi)自殺人數(shù)一直保持在每年2萬(wàn)人左右。
認(rèn)知與監(jiān)管的分野
一方在竭盡所能地宣講和推介轉(zhuǎn)基因給人類(lèi)和社會(huì)帶來(lái)的積極功用與顯著價(jià)值,另一方在旁征博引地佐證轉(zhuǎn)基因給環(huán)境與公眾健康造成的重大損傷與致命危害,科學(xué)界對(duì)轉(zhuǎn)基因所表現(xiàn)出姿態(tài)與行為從來(lái)就是涇渭分明,而且至今誰(shuí)也說(shuō)服不了誰(shuí)。實(shí)際上,如同科學(xué)界一樣,在不同國(guó)家甚至同一國(guó)家內(nèi)部,無(wú)論是普通民眾的主觀認(rèn)知還是官方機(jī)構(gòu)的制度監(jiān)管,凝聚于轉(zhuǎn)基因作物與食品之上的態(tài)度也是莫衷一是或者大相徑庭。
作為全球轉(zhuǎn)基因食品的最大消費(fèi)國(guó),美國(guó)80%的包裝食品都使用轉(zhuǎn)基因作物作為原料,而且過(guò)去10年中美國(guó)人吃了3萬(wàn)億份轉(zhuǎn)基因餐食。但皮尤研究中心公布的一項(xiàng)調(diào)查結(jié)果表明,75%的美國(guó)人希望知道他們吃的是不是轉(zhuǎn)基因食品,只有21%的人認(rèn)為不重要;在評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)基因食品是否安全問(wèn)題上,有46%的美國(guó)人不知道轉(zhuǎn)基因食品是否安全,25%的人認(rèn)為不安全,只有29%的人認(rèn)為安全。另外,有研究報(bào)告表明,雖然美國(guó)種植的86%的玉米,93%的大豆和95%以上的甜菜是轉(zhuǎn)基因作物,但這些轉(zhuǎn)基因作物主要是用于工業(yè)材料,比如燃料能源、工業(yè)制品原材料,美國(guó)的轉(zhuǎn)基因大豆油有相當(dāng)一部分用作生物柴油原料和動(dòng)物飼料。
由于是全球最大的轉(zhuǎn)基因作物種植國(guó),美國(guó)政府的監(jiān)管政策因而被人們反復(fù)提及。觀察發(fā)現(xiàn),在轉(zhuǎn)基因技術(shù)監(jiān)管上,美國(guó)主張“可靠科學(xué)原則”,即強(qiáng)調(diào)科學(xué)才是管制的基石――而非無(wú)端的猜測(cè),因此,美國(guó)并沒(méi)有制定專(zhuān)門(mén)法律管制轉(zhuǎn)基因食品,只是將轉(zhuǎn)基因食品直接納入現(xiàn)有法律框架內(nèi),要求食品生產(chǎn)商確保食品安全。不過(guò),美國(guó)政府針對(duì)轉(zhuǎn)基因食品的上市所把持的行政審查程序還是比較嚴(yán)格的。按照規(guī)定,一種轉(zhuǎn)基因食品上市至少要經(jīng)過(guò)三個(gè)部門(mén)的審查:農(nóng)業(yè)部動(dòng)植物衛(wèi)生檢驗(yàn)局負(fù)責(zé)管理轉(zhuǎn)基因植物的開(kāi)發(fā)和田間試驗(yàn);環(huán)保局負(fù)責(zé)對(duì)轉(zhuǎn)基因植物的環(huán)境影響進(jìn)行評(píng)估;而藥管局則負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)基因食品和飼料的安全性評(píng)估。藥管局對(duì)轉(zhuǎn)基因食品的審核在于確保新產(chǎn)品符合傳統(tǒng)食品安全標(biāo)準(zhǔn),因此對(duì)轉(zhuǎn)基因食品的審核與對(duì)傳統(tǒng)食品采用同一框架和同一標(biāo)準(zhǔn)。在經(jīng)過(guò)政府審批后,對(duì)于上市的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的商品標(biāo)注,美國(guó)并沒(méi)有強(qiáng)制性的要求。
相比于美國(guó)而言,對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品實(shí)行從農(nóng)田到餐桌全過(guò)程管理的歐盟顯然要謹(jǐn)慎得多。歐盟委員會(huì)曾做過(guò)一項(xiàng)調(diào)查,發(fā)現(xiàn)70%的歐洲人不想吃轉(zhuǎn)基因食品,94%的歐洲人希望能自己選擇是否購(gòu)買(mǎi)含轉(zhuǎn)基因物質(zhì)的產(chǎn)品。因此,雖然歐盟目前已經(jīng)批準(zhǔn)了22種轉(zhuǎn)基因玉米、3種轉(zhuǎn)基因大豆、一種甜菜、三種油菜以及一種土豆可以用于商業(yè)化種植,但轉(zhuǎn)基因作物在歐盟農(nóng)業(yè)中的實(shí)際所占比例不到0.12%,且大部分種植在西班牙,在世界范圍內(nèi),歐盟種植轉(zhuǎn)基因作物的土地也只占到總額的0.08%,而法國(guó)、奧地利、匈牙利、盧森堡、德國(guó)和希臘等6個(gè)國(guó)家還禁止種植轉(zhuǎn)基因玉米。 不僅如此,最近13年來(lái)歐盟沒(méi)有批準(zhǔn)過(guò)任何一種新的轉(zhuǎn)基因食品上市,從而形成了一種“事實(shí)上的禁令”。另外,按照歐盟的規(guī)定,如果人用食品或者動(dòng)物飼料含有0.9%以上的已被歐盟批準(zhǔn)的轉(zhuǎn)基因物質(zhì)的農(nóng)作物,產(chǎn)品標(biāo)簽必須標(biāo)注。歐盟對(duì)轉(zhuǎn)基因食品近乎抵制的態(tài)度,引起了美國(guó)等轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品生產(chǎn)大國(guó)的強(qiáng)烈不滿(mǎn),其中美國(guó)和加拿大、阿根廷等國(guó)曾聯(lián)手將官司打到了世界貿(mào)易組織。
與嚴(yán)格的政策管制相比,歐盟對(duì)于轉(zhuǎn)基因的技術(shù)研究則秉持了高度的寬松與支持態(tài)度。資料顯示,近20年來(lái),歐盟國(guó)家農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因研究單位增加了接近500個(gè),一個(gè)完整的研究體系正在建立。也就在日前,為了支持法國(guó)卡恩大學(xué)使用用轉(zhuǎn)基因玉米NK603飼養(yǎng)老鼠的實(shí)驗(yàn),歐盟特別撥款300萬(wàn)歐元。目前,世界各地監(jiān)管機(jī)構(gòu)沒(méi)有要求進(jìn)行長(zhǎng)期的轉(zhuǎn)基因食品試驗(yàn),而是以公認(rèn)的90天飼養(yǎng)老鼠實(shí)驗(yàn)證明轉(zhuǎn)基因安全性,而卡恩大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)將轉(zhuǎn)基因的試驗(yàn)周期延長(zhǎng)到兩年,表明歐盟官方希望通過(guò)該項(xiàng)研究進(jìn)一步驗(yàn)證轉(zhuǎn)基因是否引致腫瘤的結(jié)論。由此不難看到歐盟對(duì)轉(zhuǎn)基因的高度警戒心理。
同歐盟一樣,日本對(duì)轉(zhuǎn)基因作物也表現(xiàn)出慎重對(duì)待的態(tài)度,其政策監(jiān)管也趨向嚴(yán)厲。對(duì)于轉(zhuǎn)基因食品,日本政府作出明確地規(guī)定,如果轉(zhuǎn)基因含量超過(guò)5%,必須進(jìn)行標(biāo)識(shí),正是如此,日本商家不大愿意在市場(chǎng)上推出轉(zhuǎn)基因食品。
近來(lái)關(guān)于農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格上漲的報(bào)道此起彼伏,客觀上反映了我國(guó)乃至世界日趨嚴(yán)峻的糧食供應(yīng)危機(jī)。浙江大學(xué)楊萬(wàn)江教授是我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系聘用的農(nóng)經(jīng)專(zhuān)家,擔(dān)任著國(guó)家水稻產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)中心產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)研究室主任與水稻產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)崗位科學(xué)家,同時(shí)主持國(guó)家社科基金重大項(xiàng)目“中國(guó)特色農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化道路”研究任務(wù)。他從事農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展研究25年,在糧食安全與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化問(wèn)題上造詣深厚,特別是對(duì)于水稻經(jīng)濟(jì)的研究有著長(zhǎng)期積累和獨(dú)到的理念。
水稻既是世界60%人口的主糧,更是我國(guó)第一大糧食作物和絕大多數(shù)人口的主食口糧,中國(guó)水稻生產(chǎn)供給狀況不僅關(guān)系我國(guó)糧食安全,也對(duì)世界糧食安全有著重要影響。為此,我國(guó)政府從2007年開(kāi)始建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系,水稻產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系作為重中之重啟動(dòng)建設(shè)。國(guó)家水稻產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系是一個(gè)集數(shù)十位科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)管理專(zhuān)家為一體的開(kāi)放式、多學(xué)科、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的水稻產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)體系。楊萬(wàn)江博士作為我國(guó)農(nóng)經(jīng)領(lǐng)域的知名專(zhuān)家入選,有利于該學(xué)科在交叉融合發(fā)展中起到更大的作用,從而促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)管理科學(xué)研究成果更及時(shí)、更緊密地服務(wù)于國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)政策和水稻產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的科學(xué)決策和實(shí)踐。
據(jù)了解,楊萬(wàn)江博士能夠參與國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)絕非偶然,他長(zhǎng)期以來(lái)在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)科研、教學(xué)與決策服務(wù)方面成績(jī)斐然。20多年來(lái),楊萬(wàn)江教授主持完成國(guó)家和省部級(jí)科研項(xiàng)目50余項(xiàng),在國(guó)內(nèi)外發(fā)表學(xué)術(shù)論文70余篇,出版學(xué)術(shù)專(zhuān)著10部,先后獲得農(nóng)業(yè)部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)和浙江省政府優(yōu)秀成果獎(jiǎng)十余項(xiàng),多項(xiàng)政策建議被省部委采納,還為涉農(nóng)企業(yè)制訂戰(zhàn)略規(guī)劃,是我國(guó)將農(nóng)業(yè)發(fā)展理論研究與實(shí)踐緊密結(jié)合的為數(shù)不多的農(nóng)經(jīng)專(zhuān)家之一。
他認(rèn)為:世界糧食安全將越來(lái)越突出,中國(guó)水稻產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須走技術(shù)創(chuàng)新之路。轉(zhuǎn)基因技術(shù)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的核心,在緩解資源約束、保障糧食安全、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、拓展農(nóng)業(yè)功能等方面已顯現(xiàn)出巨大的潛力,轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物在25個(gè)國(guó)家商業(yè)化種植長(zhǎng)達(dá)14年就是證明。
楊教授指出,中國(guó)是發(fā)展中大國(guó),今后幾十年都將面臨人口增加與耕地資源持續(xù)減少的雙重壓力,實(shí)現(xiàn)糧食供求基本平衡和保障國(guó)家糧食安全戰(zhàn)略任務(wù)將會(huì)越來(lái)越艱巨,中國(guó)必須立足長(zhǎng)遠(yuǎn)以大國(guó)姿態(tài)改革創(chuàng)新,利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、生態(tài)、環(huán)保、高效的水稻新品種是最有效的途徑之一,2009年11月國(guó)家轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物管理部門(mén)首次發(fā)放轉(zhuǎn)基因水稻和玉米安全證書(shū),就是按照科學(xué)發(fā)展觀在尊重科學(xué)與事實(shí)基礎(chǔ)上的一項(xiàng)重大戰(zhàn)略決策。目前,我國(guó)轉(zhuǎn)基因水稻商業(yè)化生產(chǎn)前期工作正在順利展開(kāi),預(yù)計(jì)未來(lái)2年內(nèi)我國(guó)將邁出轉(zhuǎn)基因水稻商業(yè)化經(jīng)營(yíng)第一步,中國(guó)將成為世界上第一個(gè)種植轉(zhuǎn)基因主糧的國(guó)家。
楊萬(wàn)江教授對(duì)我們?cè)敿?xì)闡述了轉(zhuǎn)基因水稻技術(shù)的發(fā)展方向。他說(shuō)發(fā)展轉(zhuǎn)基因水稻已是不可抗拒的戰(zhàn)略方向,安全證書(shū)的發(fā)放表明安全性問(wèn)題在科技層面已經(jīng)解決,而且在大力推進(jìn)水稻生產(chǎn)常規(guī)現(xiàn)代技術(shù)基礎(chǔ)上同步推進(jìn)轉(zhuǎn)基因現(xiàn)代技術(shù)也越來(lái)越得到廣大水稻科技工作者的認(rèn)同,接下來(lái)關(guān)注重點(diǎn)應(yīng)是如何走好轉(zhuǎn)基因水稻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的每一步。
如何才能推進(jìn)轉(zhuǎn)基因水稻商業(yè)化生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)順利發(fā)展呢?或許正如楊教授在2010年2月撰文“基于宏觀視角的我國(guó)轉(zhuǎn)基因水稻發(fā)展思考”中指出,需要積極推進(jìn)轉(zhuǎn)基水稻特向第二階段轉(zhuǎn)變,需要改革傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品管理與消費(fèi)模式,加強(qiáng)轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物法規(guī)政策透明化與大眾化,充分重視轉(zhuǎn)基因水稻的公眾理解和接受程度。
關(guān)鍵詞納米粒子;4-羧基苯硼酸;DNA提取;轉(zhuǎn)基因大豆
近年來(lái),轉(zhuǎn)基因產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。然而,在轉(zhuǎn)基因技術(shù)為人類(lèi)帶來(lái)巨大效益的同時(shí),轉(zhuǎn)基因所引發(fā)的安全事件屢有發(fā)生,以致引起各方的廣泛重視和擔(dān)憂。由于轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性在世界范圍內(nèi)仍存在爭(zhēng)議,世界各國(guó)相繼制定法規(guī)來(lái)加強(qiáng)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的管理,并且設(shè)置貿(mào)易性技術(shù)壁壘限制該類(lèi)產(chǎn)品的進(jìn)口,歐盟、新西蘭、澳大利亞、俄羅斯、沙特阿拉伯、日本、韓國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品實(shí)施強(qiáng)制性標(biāo)識(shí)制度。生產(chǎn)商或貿(mào)易商銷(xiāo)售農(nóng)產(chǎn)品到上述國(guó)家,便需要證明產(chǎn)品沒(méi)有轉(zhuǎn)基因成分或達(dá)到相關(guān)進(jìn)口國(guó)家的法規(guī)要求。我國(guó)自從1995年起,大豆就由凈出口變?yōu)閮暨M(jìn)口,而且進(jìn)口量呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)。進(jìn)口的大豆主要來(lái)源于美國(guó)、加拿大、巴西和阿根廷等轉(zhuǎn)基因作物的種植大國(guó)。我國(guó)種植的大豆均是非轉(zhuǎn)基因品種,這是我國(guó)大豆及其加工產(chǎn)品在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中的優(yōu)勢(shì)所在。目前,非轉(zhuǎn)基因大豆走俏國(guó)際市場(chǎng),其價(jià)格要高出轉(zhuǎn)基因大豆15%~20%。加強(qiáng)轉(zhuǎn)基因大豆的檢測(cè),全面實(shí)行“標(biāo)簽制度”,對(duì)發(fā)展我國(guó)大豆產(chǎn)業(yè)具有重要意義,可使種植非轉(zhuǎn)基因大豆更加規(guī)范,保證我國(guó)非轉(zhuǎn)基因大豆的優(yōu)勢(shì)地位,預(yù)防轉(zhuǎn)基因大豆對(duì)我國(guó)市場(chǎng)的沖擊。目前,各國(guó)轉(zhuǎn)基因檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的檢測(cè)主要基于分子水平的檢測(cè)[1-3],而核酸提取的質(zhì)量是影響后續(xù)分子鑒定的重要因素。轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品檢測(cè)工作中,分子生物學(xué)檢測(cè)方法的敏感性和特異性很大程度上決定于樣品前處理環(huán)節(jié)(核酸提取過(guò)程)。與傳統(tǒng)的核酸提取方法相比,以納米磁珠為載體的核酸提取方法由于其操作簡(jiǎn)單、提取結(jié)果重復(fù)性好、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)而成為一種非常有前景的提取方法,該方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用到植物病毒[4-5]檢測(cè)中來(lái)。本文主要研究了4-羧基苯硼酸修飾的納米粒子的制備過(guò)程,并應(yīng)用磁性納米粒子對(duì)轉(zhuǎn)基因大豆基因組DNA進(jìn)行提取和評(píng)價(jià),以便取代國(guó)外昂貴的相關(guān)試劑盒,能夠在相關(guān)轉(zhuǎn)基因檢測(cè)機(jī)構(gòu)中進(jìn)行推廣使用。
1材料和方法
1.1試劑和材料
氨水植(28%)、乙酰丙酮鐵(97%)和CPBA(97%)均購(gòu)自Sigma-Aldrich公司;氨水(25%)、無(wú)水乙醇(分析純)、正己烷(分析純)、苯甲醇(分析純)均購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)北京分公司。轉(zhuǎn)基因大豆由本實(shí)驗(yàn)室保存;植物基因組DNA提取試劑盒(Plantgenom-icDNAkit)購(gòu)自北京天根生化科技有限公司。Pre-mixExTaqTM和RNaseA1購(gòu)自大連寶生物工程公司。轉(zhuǎn)基因大豆實(shí)時(shí)熒光PCR的引物與探針見(jiàn)表1。
1.2儀器
RCTbasic加熱磁力攪拌器(德國(guó)IKA)、KQ2200DV型數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)、JEM1400透射電子顯微鏡(日本日立)、SU-1510掃描電子顯微鏡(日本日立)、PerkinElmerSpectrumOne傅里葉變換紅外光譜儀(美國(guó)鉑金埃爾默)、MalvernZetasizerNanoZS馬爾文動(dòng)態(tài)光散射粒度儀(英國(guó)馬爾文)、FD-1CE真空冷凍干燥儀(北京德天佑科技發(fā)展有限公司)、RetschMM400自動(dòng)破碎儀(德國(guó)萊馳)、UV2450微量紫外分光光度計(jì)(日本島津)、DYCP-31C水平電泳槽(北京六一儀器廠)、Univer-SalHoodⅡ凝膠成像系統(tǒng)(美國(guó)Bio-Rad公司)。
1.3方法
1.3.1磁性納米粒子的制備1.3.1.1熱分解法合成Fe3O4磁性納米顆粒參考已發(fā)表的論文[6],利用熱分解法合成Fe3O4磁性納米顆粒。具體如下:將0.5g乙酰丙酮鐵放入三口燒瓶中,然后加入20mL苯甲醇作為溶劑,室溫抽真空,再在氬氣保護(hù)下加熱至190℃,在此溫度下持續(xù)攪拌2h,得到黑色的膠體溶液。室溫自然冷卻后使用磁鐵收集產(chǎn)物,分別用正己烷和乙醇清洗數(shù)次,真空冷凍干燥48h,得到穩(wěn)定的Fe3O4。1.3.1.24-羧基苯硼酸修飾取合成的Fe3O4磁性納米顆粒10mg,分散于2mL乙醇中,超聲30min,加入30mg4-羧基苯硼酸,繼續(xù)超聲處理45min后呈透明膠體溶液,室溫放置過(guò)夜。將飽和氯化鈉溶液加入膠體溶液中,磁分離收集磁性納米粒子,分別用無(wú)水乙醇和去離子水清洗數(shù)次,真空冷凍干燥48h,即可獲得羧基苯硼酸修飾的磁性納米顆粒(CPBA-MNPs)。1.3.2大豆基因組DNA提取利用自動(dòng)破碎儀破碎轉(zhuǎn)基因大豆和非轉(zhuǎn)基因大豆。分別稱(chēng)取50mg樣本材料,利用CPBA-MNPs提取大豆基因組DNA,具體操作步驟如下:首先加入1mLCTAB裂解液(2%CTAB,1.4mol/LNaCl,pH8.0),混勻后65℃裂解10min,冷卻至室溫后加入2μLRNaseA1(50mg/μL),37℃孵育10min后加入100μL醋酸鉀(5mol/L,pH5.2),然后置于冰上6min;12000rpm離心5min后取上清液200μL加入到含有1mgCPBA-MNPs的離心管中,再加入等體積無(wú)水乙醇;室溫靜置5min后,磁分離;70%乙醇清洗3次,置于室溫晾干;然后加入50μL的TEbuffer(50mmol/LTris-HCl,5mmol/LED-TA,pH8.8),重新分散磁性顆粒,室溫靜置5min;磁分離后吸取洗脫液于新的離心管中保存。同時(shí),以植物基因組DNA提取試劑盒(PlantgenomicDNAkit,北京天根)作為對(duì)照。1.3.3DNA完整性檢測(cè)取10μL基因組DNA提取液在0.75%瓊脂糖凝膠上進(jìn)行電泳檢測(cè),然后在凝膠成像儀上拍照分析提取的基因組DNA的完整性。1.3.4DNA純度和濃度的檢測(cè)利用微量紫外分光光度計(jì)測(cè)定提取的基因組DNA的濃度,并檢測(cè)基因組DNA在260nm和280nm的吸收值OD260和OD280,以O(shè)D260/OD280的值評(píng)價(jià)DNA的純度。1.3.5實(shí)時(shí)熒光PCR檢測(cè)目的基因利用實(shí)時(shí)熒光PCR技術(shù)分析檢測(cè)轉(zhuǎn)基因的可行性。分別以CPBA-MNPs法和植物基因組DNA提取試劑盒法提取的轉(zhuǎn)基因大豆基因組DNA為模板,選取花椰菜花葉病毒(Cauliflowermosaicvirus,CaMV)35S啟動(dòng)子和胭脂堿合酶(nopalinesynthase,NOS)基因的終止子的引物與探針進(jìn)行轉(zhuǎn)基因檢測(cè)。
2結(jié)果與分析
2.1磁性微球的表征
為了了解制備的Fe3O4磁珠在修飾前后的粒徑大小和形貌特征,我們對(duì)合成的Fe3O4磁性納米粒子與CPBA-MNPs樣品進(jìn)行了透射電子顯微鏡的表征(圖1:A和1:B)。從圖1:A中可以看出修飾前的Fe3O4磁珠在乙醇中極易團(tuán)聚,這是由于粒子表面僅具有少量的苯甲酸分子,而修飾后的CPBA-MNPs磁性納米粒子(圖1:B)能夠穩(wěn)定的分散于乙醇中。
2.2DNA完整性檢測(cè)結(jié)果
利用制備的CPBA-MNPs提取轉(zhuǎn)基因大豆和非轉(zhuǎn)基因大豆種子的基因組DNA,同時(shí),以植物基因組DNA提取試劑盒作為對(duì)照。0.75%瓊脂糖凝膠電泳分析提取的基因組DNA完整性。由圖2可見(jiàn),兩種方法提取到的基因組DNA條帶都很整齊單一,且沒(méi)有拖尾現(xiàn)象,但試劑盒提取的基因組DNA條帶亮度較暗。
2.3DNA濃度和純度檢測(cè)結(jié)果
利用微量紫外分光光度計(jì)測(cè)定提取的基因組DNA濃度。結(jié)果表明,利用CPBA-MNPs可從50mg大豆種子提取約11μg基因組DNA,而利用試劑盒可提取到7.5μg。兩種方法提取的基因組DNA的OD260/OD280均介于1.78~1.92之間,說(shuō)明提取的基因組DNA純度符合實(shí)驗(yàn)要求。
2.4實(shí)時(shí)熒光PCR檢測(cè)目的基因
以提取的轉(zhuǎn)基因大豆基因組DNA作為模板,利用實(shí)時(shí)熒光PCR進(jìn)行檢測(cè)分析,結(jié)果如表2。雖然利用student’st-test對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的結(jié)果表明,兩者無(wú)明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)上的差異(P>0.05),然而利用CPBA-MNPs方法,檢測(cè)轉(zhuǎn)基因大豆的Ct值低于植物基因組提取試劑盒。因此,結(jié)果表明具有少量的苯甲酸分子,而修飾后的CPBA-MNPs磁性納米粒子(圖1:B)能夠穩(wěn)定的分散于乙醇中。
3結(jié)論
關(guān)鍵詞:儲(chǔ)糧害蟲(chóng);轉(zhuǎn)Bt基因稻谷;抗性
水稻(OryzasativaL.)是世界三大糧食作物之一,也是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物和糧食作物,全球約三分之一以上的人口以稻米為主食[1]。在水稻生產(chǎn)中,儲(chǔ)藏稻谷是生產(chǎn)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)。我國(guó)是一個(gè)糧食大國(guó),糧食儲(chǔ)藏周期較長(zhǎng)、儲(chǔ)量較大,在糧食儲(chǔ)藏期間,各種有害生物容易滋生危害,造成儲(chǔ)糧質(zhì)量和品質(zhì)的巨大損失,由于受到倉(cāng)儲(chǔ)條件和防蟲(chóng)技術(shù)的限制,每年在北方地區(qū)因蟲(chóng)害造成的儲(chǔ)糧數(shù)量損失為3%~5%,南方地區(qū)為6%~8%,損失糧食200~300億kg[2]。可見(jiàn),儲(chǔ)糧害蟲(chóng)造成的危害和損失是十分巨大的。據(jù)2004-2005年第六次全國(guó)儲(chǔ)糧昆蟲(chóng)調(diào)查,我國(guó)儲(chǔ)糧昆蟲(chóng)有270種,其中儲(chǔ)糧害蟲(chóng)有226種[3],危害嚴(yán)重且分布廣的主要有玉米象、米象、谷蠹、鋸谷盜及赤擬谷盜等鞘翅目害蟲(chóng)和麥蛾、印度谷螟及一點(diǎn)谷螟等鱗翅目害蟲(chóng)[4]。
目前,我國(guó)乃至全世界對(duì)儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的防治主要采用化學(xué)防治,但由此造成的農(nóng)藥殘留、環(huán)境污染以及害蟲(chóng)抗性等問(wèn)題日益嚴(yán)重,迫使人們尋求其他更加安全有效的害蟲(chóng)防治措施。通過(guò)分子生物學(xué)手段,將抗蟲(chóng)基因?qū)胨炯?xì)胞中,并使其遺傳和表達(dá),從而培育具有抗蟲(chóng)能力的轉(zhuǎn)基因水稻新品系成為控制水稻害蟲(chóng)的重要途徑[3.4.5]。蘇云金芽孢桿菌(Bacillusthuringiensi,簡(jiǎn)稱(chēng)Bt)是一種能產(chǎn)生殺蟲(chóng)晶體蛋白(insecticidalcrystalprotein)的革蘭氏陽(yáng)性菌,其孢子及伴孢晶體對(duì)鱗翅目和鞘翅目的一些害蟲(chóng)具有一定的毒殺作用,自1938年第一個(gè)Bt商品制劑問(wèn)世以來(lái),因其毒力高,致病快,且對(duì)非靶標(biāo)生物及人類(lèi)無(wú)毒,對(duì)環(huán)境安全,已作為微生物殺蟲(chóng)劑廣泛應(yīng)用于害蟲(chóng)的防治[6]。然而,隨著B(niǎo)t制劑的大量使用,人們發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室的條件下已有多種害蟲(chóng)對(duì)其產(chǎn)生抗性,更為嚴(yán)重的是,已發(fā)現(xiàn)在大田中世界性蔬菜害蟲(chóng)小菜蛾P(guān)lutellaxylostella(Linnaeus)對(duì)Bt產(chǎn)生了抗性[7]。近年來(lái),昆蟲(chóng)對(duì)Bt制劑及對(duì)轉(zhuǎn)Bt基因作物產(chǎn)生抗性的報(bào)道已有很多。在我國(guó),關(guān)于轉(zhuǎn)Bt基因水稻生態(tài)安全性方面的研究,已取得了一些研究成果,處于起步階段,在轉(zhuǎn)Bt基因稻谷對(duì)儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的生態(tài)安全性研究少有報(bào)道。本文將對(duì)近些年國(guó)內(nèi)外學(xué)者在儲(chǔ)糧害蟲(chóng)對(duì)轉(zhuǎn)Bt稻谷的抗性研究進(jìn)行概括,為轉(zhuǎn)Bt水稻的合理利用和商業(yè)化生產(chǎn)以及害蟲(chóng)的抗性治理等方面提供參考依據(jù)。
1轉(zhuǎn)Bt基因水稻研究現(xiàn)狀
Bt毒蛋白基因是應(yīng)用最為廣泛且最有潛力的毒蛋白基因,在現(xiàn)代植物基因工程技術(shù)的推動(dòng)下,轉(zhuǎn)Bt基因煙草[8]、馬鈴薯[9]、棉花[10]、玉米[11]和水稻[12-20]得到了廣泛的應(yīng)用,并獲得了較為理想的抗蟲(chóng)效果。Bt玉米、Bt棉花、Bt馬鈴薯等已開(kāi)始商業(yè)化應(yīng)用[21.22]。
目前,水稻抗蟲(chóng)Bt毒蛋白基因有cry1A(b)、cry1A(c)[12],國(guó)內(nèi)外已獲得了許多抗蟲(chóng)效果良好的水稻品種[13-20].。雖然轉(zhuǎn)Bt基因水稻在害蟲(chóng)防治方面取得了不錯(cuò)的效果,但仍還處于試驗(yàn)研究階段,遲遲未得以商業(yè)化生產(chǎn)推廣,主要原因就是其安全性評(píng)價(jià)有待完善和提高[23-25]。而轉(zhuǎn)Bt基因稻谷的生態(tài)安全性評(píng)價(jià)是轉(zhuǎn)基因水稻安全性評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。
2轉(zhuǎn)Bt基因稻谷對(duì)儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的影響
2.1抗蟲(chóng)性機(jī)制
蘇云金芽孢桿菌在產(chǎn)孢過(guò)程中會(huì)形成一種對(duì)昆蟲(chóng)具有毒效的蛋白,即Bt殺蟲(chóng)晶體蛋白(insecticidalcrystalprotein),可分為α-外毒素、β-外毒素、δ-內(nèi)毒素和虱因子,其中用于轉(zhuǎn)基因植物的主要是δ-內(nèi)毒素[26],有很多學(xué)者對(duì)Bt毒蛋白的殺蟲(chóng)機(jī)理做了研究,其大致過(guò)程為:昆蟲(chóng)食入毒蛋白后,在中腸的堿性環(huán)境下,毒蛋白溶解為無(wú)殺蟲(chóng)活性的原毒素(protoxin),原毒素在中腸蛋白酶的作用下激活進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為具有殺蟲(chóng)活性的60kDa左右的毒素(toxin),活化的毒素與中腸BBMVs(刷狀邊膜囊)上的特異性受體結(jié)合引起中腸上皮細(xì)胞膜透性的改變,細(xì)胞裂解、中腸麻痹,最終導(dǎo)致昆蟲(chóng)癱瘓或死亡[26.27.28]。
然而轉(zhuǎn)Bt基因作物與傳統(tǒng)Bt殺蟲(chóng)劑不同,后者包含幾種Bt原毒素以及細(xì)菌孢子,而目前商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因作物僅含有單一毒素基因且在植株的整株和整個(gè)生育期都表達(dá),具有轉(zhuǎn)移性更高、毒性強(qiáng)的特性[29]。有人初步研究了轉(zhuǎn)Bt基因棉抗棉鈴蟲(chóng)的毒性機(jī)理,認(rèn)為幼蟲(chóng)取食轉(zhuǎn)基因棉后,中腸處于中度痙攣狀態(tài),珠狀細(xì)胞微絨毛萎縮、被破壞,腸壁細(xì)胞質(zhì)內(nèi)細(xì)胞器減少,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)自耗成空泡[30]。梁革梅等比較了棉鈴蟲(chóng)取食轉(zhuǎn)Bt殺蟲(chóng)劑、Bt毒蛋白和Bt基因棉后中腸組織病理變化的情況發(fā)現(xiàn),對(duì)棉鈴蟲(chóng)中腸的破壞速度依次為Bt殺蟲(chóng)劑>Bt毒蛋白>Bt基因棉,并認(rèn)為這可能是由于前兩者作為殺蟲(chóng)毒素直接影響棉鈴蟲(chóng)中腸細(xì)胞,而轉(zhuǎn)Bt基因棉中的殺蟲(chóng)毒素是由導(dǎo)入棉花品種Bt基因轉(zhuǎn)錄形成,棉鈴蟲(chóng)中腸細(xì)胞的變化直接受Bt基因轉(zhuǎn)錄量的大小和毒素的殺蟲(chóng)作用力的影響[31]。
2.2轉(zhuǎn)Bt基因稻谷對(duì)儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的抗性
目前,在轉(zhuǎn)Bt基因稻谷對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng)的抗性方面的報(bào)道較少。JohnDSedlacek等研究證明轉(zhuǎn)基因作物會(huì)使印度谷螟和麥蛾的孵化率和產(chǎn)卵率明顯降低,并延緩印度谷螟的發(fā)育歷期[32]。AnthonyMHanley等再次證實(shí)了轉(zhuǎn)Bt基因作物在降低印度谷螟和麥蛾的產(chǎn)卵率和孵化率,延緩印度谷螟發(fā)育歷期等方面的影響[33]。李光濤等研究表明:轉(zhuǎn)Bt基因稻谷對(duì)麥蛾具有顯著抗性,取食轉(zhuǎn)Bt基因稻谷的麥蛾羽化率僅為對(duì)照的13%,且各發(fā)育指標(biāo)均顯著降低,轉(zhuǎn)Bt基因稻谷的損失率僅為對(duì)照的12%,Dobie敏感系數(shù)顯著低于對(duì)照,對(duì)麥蛾表現(xiàn)為高抗[34]。王平等對(duì)轉(zhuǎn)Bt基因稻谷中Bt毒蛋白的變化、轉(zhuǎn)Bt基因稻谷對(duì)麥蛾生長(zhǎng)發(fā)育的影響、以及對(duì)儲(chǔ)糧期節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的影響等方面做了初步研究[35]。蔡萬(wàn)倫等在研究中發(fā)現(xiàn)用Bt稻谷粉連續(xù)飼喂三個(gè)世代的赤擬谷盜,其在各個(gè)發(fā)育階段的歷期與對(duì)照相比無(wú)明顯差異,但就蟲(chóng)蝕率來(lái)說(shuō)轉(zhuǎn)基因稻谷要比對(duì)照低的多。他通過(guò)對(duì)在自然條件下對(duì)不同儲(chǔ)藏期的Bt稻谷與非Bt稻谷進(jìn)行抽樣調(diào)查,結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著稻谷儲(chǔ)藏期的延長(zhǎng),在儲(chǔ)藏17個(gè)月后Bt稻谷上的蟲(chóng)蝕率依次為0.70%,1.20%,顯著低于另外兩種非Bt稻谷上的蟲(chóng)蝕率(汕優(yōu)63:1.7%,2.0%;9311稻:2.70%,3.00%,P<0.05)。但Bt稻谷和非Bt稻谷中赤擬谷盜、谷蠢、書(shū)虱、麥蛾的數(shù)量在19個(gè)月儲(chǔ)藏期內(nèi),其種群數(shù)量及動(dòng)態(tài)與對(duì)照稻谷相比無(wú)明顯差異或在少數(shù)時(shí)期存在顯著差異。Bt稻谷上害蟲(chóng)群落物種數(shù)、多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)集中性與對(duì)照稻谷相比差異性很小,Bt稻谷對(duì)儲(chǔ)糧害蟲(chóng)物種構(gòu)成的影響不明顯[36]。
3印度谷螟對(duì)Bt的抗性研究
印度谷螟是一種重要的鱗翅目倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng),也是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)對(duì)Bt中δ-內(nèi)毒素產(chǎn)生抗性的害蟲(chóng)。目前,眾多國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)印度谷螟經(jīng)Bt制劑處理后的生物學(xué)習(xí)性、交互抗性、抗性機(jī)制等方面進(jìn)行了廣泛的研究。早在1984年,Mardan就指出,印度谷螟的吐絲結(jié)網(wǎng)、對(duì)Bt制劑的驅(qū)避性等會(huì)增加害蟲(chóng)對(duì)Bt制劑的忍耐能力[37]。
1985年McGaughey在世界上首次報(bào)道了印度谷螟在室內(nèi)對(duì)蘇云金桿菌產(chǎn)生了嚴(yán)重的抗性[38]。McGaughey在實(shí)驗(yàn)室對(duì)經(jīng)Dipel處理和未處理的糧倉(cāng)印度谷螟進(jìn)行生物測(cè)定,處理過(guò)的印度谷螟不如未處理的對(duì)Dipel敏感,初步顯示出對(duì)Bt的抗性,于是其在實(shí)驗(yàn)室條件下以62.5mg/kg的濃度進(jìn)行抗性種群的篩選,F(xiàn)2的LC50是未經(jīng)篩選幼蟲(chóng)的27倍,到F15則增至97倍,進(jìn)一步證明了抗性的產(chǎn)生。此外,經(jīng)9代后終止處理,LC50在隨后的7代都不下降,其高抗性保持穩(wěn)定。1987年McGaughey和Johson發(fā)現(xiàn)對(duì)B.t.kHD-1菌株產(chǎn)生抗性的印度谷螟對(duì)57個(gè)不同品系Bt制劑中36個(gè)品系產(chǎn)生了不同程度的抗性,同時(shí)使16個(gè)品系產(chǎn)生了交互抗性[39]。
1988年McGaughey等研究證明,用Bt處理5個(gè)印度谷螟和一個(gè)粉斑螟品系,不同群體的印度谷螟和粉斑螟的抗性發(fā)展速率和發(fā)展程度不同,對(duì)5個(gè)印度谷螟品系進(jìn)行抗性篩選,最快的抗性發(fā)展出現(xiàn)在F36,抗性比起始時(shí)大250倍,最慢的在F39,抗性?xún)H為起始時(shí)的15倍,與印度谷螟相比,粉斑螟產(chǎn)生的抗性水平則低的多。當(dāng)抗性水平達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之后,中斷選擇作用抗性仍保持穩(wěn)定,但如果在抗性水平達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之前就中止選擇,抗性水平會(huì)逐漸下降[40]。同時(shí),McGaughey等從另一倉(cāng)貯害蟲(chóng)干果斑螟中也檢測(cè)到了其對(duì)Dipel的輕度抗性。
1990年VanRie等證明,BBMV對(duì)蛋白毒素的親合力在印度谷螟抗性和敏感品系間有極大差異,后者比前者大70倍,同時(shí)抗性種群對(duì)CryIC的敏感性以及CryIC在BBMV上的結(jié)合位點(diǎn)都增加了,這表明對(duì)一種殺蟲(chóng)晶體蛋白產(chǎn)生抗性的印度谷螟不一定也對(duì)另一種殺蟲(chóng)晶體蛋白產(chǎn)生抗性[41]。有研究表明,Cry1Ab在印度谷螟體內(nèi)有2個(gè)不同的結(jié)合位點(diǎn),其中一個(gè)結(jié)合位點(diǎn)與Cry1Ac的一樣,對(duì)Cry1Ab產(chǎn)生抗性的印度谷螟種群的結(jié)合位點(diǎn)與Cry1Ab的結(jié)合親和力比敏感種群下降了60倍[42]。而Zhu等發(fā)現(xiàn),在抗性印度谷螟中腸中,類(lèi)胰蛋白酶的酶活性比敏感品系低約3倍,可能這種類(lèi)胰蛋白酶活性的差異與Bt的抗性有關(guān)[43]。
Mcgaughey等將兩種不同Bt變種的菌株HD-1,HD-133等量混合起來(lái)對(duì)印度谷螟進(jìn)行選擇,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在相同的選擇壓力下,印度谷螟對(duì)兩種菌株混合產(chǎn)生的抗性分別比這兩種菌株單獨(dú)處理所產(chǎn)生的抗性小[44]。
McGaughey對(duì)交互抗性問(wèn)題做了深入的研究,認(rèn)為具有多種ICPs的Bt菌株會(huì)引起更廣泛的抗性[45]。
3展望
關(guān)于儲(chǔ)糧害蟲(chóng)對(duì)Bt抗性的研究多集中在印度谷螟上,但也僅限于對(duì)Bt制劑和毒蛋白的抗性研究,對(duì)轉(zhuǎn)基因稻谷產(chǎn)生抗性的研究,無(wú)論是在實(shí)驗(yàn)室條件下還是在大田試驗(yàn)下都未見(jiàn)報(bào)道,針對(duì)水稻生長(zhǎng)期的鱗翅目類(lèi)害蟲(chóng)對(duì)轉(zhuǎn)Bt稻谷產(chǎn)生抗性的研究較多。糧食儲(chǔ)藏是水稻生產(chǎn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),儲(chǔ)糧害蟲(chóng)造成的危害不容忽視,今后在儲(chǔ)糧害蟲(chóng)對(duì)轉(zhuǎn)基因植物抗性方面還應(yīng)加大研究,以為害蟲(chóng)的綜合防治和轉(zhuǎn)基因植物的商業(yè)化生產(chǎn)及安全性評(píng)價(jià)提供指導(dǎo)。
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論文摘要 總結(jié)了蘇云金桿菌的發(fā)現(xiàn)及殺蟲(chóng)機(jī)理,對(duì)蘇云金桿菌的研究現(xiàn)狀、研究中存在的問(wèn)題及解決的思路進(jìn)行了闡述,并對(duì)蘇云金桿菌的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。
新型微生物農(nóng)藥作為無(wú)公害農(nóng)林生產(chǎn)資料,在未來(lái)的農(nóng)作物病蟲(chóng)害防治方面將有巨大的市場(chǎng)需求。進(jìn)一步加快微生物農(nóng)藥的研制、產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用進(jìn)程,降低農(nóng)藥在農(nóng)副產(chǎn)品中的殘留和對(duì)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的污染,實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物重大病蟲(chóng)害的可持續(xù)控制,必將產(chǎn)生巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。
1蘇云金芽孢桿菌(Bt)的發(fā)現(xiàn)及殺蟲(chóng)機(jī)理
1.1蘇云金芽孢桿菌(Bt)的發(fā)現(xiàn)
1901年日本學(xué)者石度繁從患猝倒病的家蠶幼蟲(chóng)中分離到第1個(gè)產(chǎn)生晶體的芽孢桿菌。10年后Berliner從德國(guó)蘇云金地方一家面粉廠染病的地中海粉螟中分離到一個(gè)相似的菌株,并正式定名為蘇云金芽孢桿菌(Bt)。4年后,一個(gè)叫克林諾的科學(xué)家發(fā)現(xiàn),在這種細(xì)菌的細(xì)胞中可以形成方形或菱形的晶體,可惜這個(gè)發(fā)現(xiàn)并未被重視。直到40年后的1953年,一位叫漢納的生物學(xué)家證明了這種晶體是有毒的蛋白質(zhì)晶體,才揭示了粉螟死亡的原因。在1920~1930年間,Bt作為微生物殺蟲(chóng)劑主要用來(lái)防治玉米螟。1938年第1個(gè)商品制劑Sporeine在法國(guó)問(wèn)世,從此拉開(kāi)了生物殺蟲(chóng)劑的序幕。以后相繼發(fā)現(xiàn)了對(duì)鞘翅目、螨類(lèi)、同翅目、膜翅目、直翅目昆蟲(chóng)、動(dòng)植物寄生線蟲(chóng)、鞭毛蟲(chóng)、變形蟲(chóng)、吸蟲(chóng)、絳蟲(chóng)有毒殺作用的Bt菌株。
進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),Bt是革蘭氏陽(yáng)性菌,另外,它可寄生在一些蛾類(lèi)和蝶類(lèi)的幼蟲(chóng)上,甚至是植物表面。
蘇云金芽孢桿菌分泌出的由Cry基因編碼的、有殺蟲(chóng)活性的δ-毒素(或被稱(chēng)為殺蟲(chóng)晶體蛋白)的蛋白結(jié)晶構(gòu)成了內(nèi)孢子。Cry蛋白對(duì)鱗翅目(如蛾與蝶)、雙翅目(如蒼蠅、蚊子)和鞘翅目(甲蟲(chóng))有很大殺傷力。因此,可將蘇云金芽孢桿菌發(fā)酵生產(chǎn)制成高效生物殺蟲(chóng)劑,或用Cry基因制成防蟲(chóng)害的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品。
1.2蘇云金芽孢桿菌(Bt)的殺蟲(chóng)機(jī)理
蘇云金芽孢桿菌(Bt)之所以能夠殺蟲(chóng),是由于它們的細(xì)胞內(nèi)存在著一種有毒的蛋白質(zhì),叫做伴孢晶體,昆蟲(chóng)吞食后就會(huì)中毒而死。而這種活細(xì)胞及伴孢晶體對(duì)環(huán)境無(wú)毒無(wú)害。因?yàn)樵趧?dòng)物的胃腸道內(nèi),酸性環(huán)境下蛋白質(zhì)晶體不能溶解,從而對(duì)人畜無(wú)害。所以它是一種高效安全的生物殺蟲(chóng)劑,可用來(lái)殺滅多種農(nóng)作物害蟲(chóng)。蘇云金芽孢桿菌(Bt)殺蟲(chóng)機(jī)理主要是:昆蟲(chóng)取食蘇云金芽孢桿菌后,桿菌在其胃腸道內(nèi)產(chǎn)生蛋白質(zhì)晶體內(nèi)毒素(δ-內(nèi)毒素)、熱穩(wěn)定毒素(β-外毒素)、葉蜂毒素(α-外毒素)及Bt-γ外毒素。這些毒素能侵蝕昆蟲(chóng)腸道細(xì)胞,破壞腸道內(nèi)膜,并進(jìn)入血淋巴組織,使害蟲(chóng)因饑餓而出現(xiàn)敗血癥最后死亡。蘇云金芽孢桿菌的防治對(duì)象是鱗翅目、膜翅目、雙翅目、鞘翅目等多種害蟲(chóng),其藥性的持效期可達(dá)7~10d左右。需要特別注意的是:蘇云金芽孢桿菌(Bt)及其制劑對(duì)蠶具有很高的毒性,桑園必須禁用。另外,勿與堿性殺菌劑混合施用,晴天的傍晚或陰天施藥效果最佳。
2蘇云金芽孢桿菌(Bt)的研究現(xiàn)狀
2.1蘇云金芽孢桿菌(Bt)的研究主要集中在分子水平上
過(guò)去Bt是作為一種制劑應(yīng)用于農(nóng)林害蟲(chóng)的防治,隨著生物技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在已對(duì)蘇云金芽孢桿菌的殺蟲(chóng)蛋白質(zhì)和相關(guān)基因作了深入而透徹的研究,也就是說(shuō)在基因的水平上對(duì)它有了更多的了解。研究發(fā)現(xiàn),在其體內(nèi)具有一種Cry基因,正是這種基因編碼產(chǎn)生的蛋白質(zhì)對(duì)上述昆蟲(chóng)具有極大的毒性,所以這種基因的結(jié)構(gòu)和特性就影響到它本身,也影響到它的殺蟲(chóng)范圍。當(dāng)然某一基因的長(zhǎng)期應(yīng)用會(huì)刺激昆蟲(chóng)產(chǎn)生抗體。因此,現(xiàn)在對(duì)蘇云金芽孢桿菌的研究更多地集中在分子水平上。
2.2國(guó)內(nèi)主要研究成果
中國(guó)現(xiàn)在在蘇云金芽孢桿菌殺蟲(chóng)劑的商品化生產(chǎn)和防治農(nóng)林害蟲(chóng)的系統(tǒng)工作方面,取得的主要成果有:研制和生產(chǎn)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的Bt懸浮劑和高效價(jià)的粉劑,實(shí)現(xiàn)了中國(guó)Bt殺蟲(chóng)劑的商品化生產(chǎn);建立了以生物測(cè)定為基礎(chǔ)的產(chǎn)品毒力效價(jià)測(cè)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)化系統(tǒng);研究了助劑及貯存條件對(duì)Bt的影響,為助劑的篩選和有效存貯提供了可靠的依據(jù);大規(guī)模推廣應(yīng)用Bt殺蟲(chóng)劑以防治棉、糧、果疏及林業(yè)害蟲(chóng),并取得了良好的效果。該研究中研制和生產(chǎn)的適合中國(guó)的優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的Bt懸浮劑,已在農(nóng)林害蟲(chóng)防治中得到廣泛應(yīng)用;Bt粉劑的毒力效價(jià)和防蟲(chóng)效果,已達(dá)到國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品先進(jìn)水平;以棉鈴蟲(chóng)和小菜蛾為標(biāo)準(zhǔn)昆蟲(chóng),建立了中國(guó)Bt產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)定技術(shù)系統(tǒng),為國(guó)產(chǎn)Bt殺蟲(chóng)劑的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建立奠定了良好基礎(chǔ),為與Bt殺蟲(chóng)劑國(guó)際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)接軌提供了保障。
3研究中存在的問(wèn)題及解決的思路
3.1主要問(wèn)題
蘇菌基因的表達(dá)會(huì)發(fā)生變化。例如,如果溫度不理想,就可能降低毒素的產(chǎn)生,使植物易受侵蝕。更加嚴(yán)重的是,試驗(yàn)證明毒素減少的晚季植物會(huì)形成啟動(dòng)子的DNA甲基化。 另外,毒素的持續(xù)使用會(huì)使普通害蟲(chóng)演化為抗性蟲(chóng)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),小菜蛾對(duì)蘇菌毒素的噴霧形式就已產(chǎn)生抗性。
蘇菌毒素的運(yùn)用還有一些可能的危險(xiǎn),如:如果轉(zhuǎn)基因玉米與變異野草雜交,蘇菌基因的抗性就有可能因食物鏈來(lái)到食草動(dòng)物群落中,蜂群衰竭失調(diào)(CCD),也可能跟蘇菌轉(zhuǎn)基因作物有關(guān)。
3.2解決的思路
(1)有抗植株與無(wú)抗植株間種。減少害蟲(chóng)抗藥性的一個(gè)有效方法就是將有抗植株與無(wú)抗植株間種,目的是減少抗性基因頻率,犧牲少量無(wú)抗植株保證產(chǎn)量。美國(guó)和歐洲的某些區(qū)域已經(jīng)立法要求使用上述方法種植。這種方法的理論依據(jù)是假設(shè)抗性基因是隱性的。依目前來(lái)看,這種方法應(yīng)該可以延遲害蟲(chóng)對(duì)蘇菌的抗性;另一方面,假如產(chǎn)生了多種蘇菌毒素的農(nóng)作物可以完全滅絕害蟲(chóng),抗性基因的存在也就不可能了。不過(guò),至今為止,害蟲(chóng)滅絕的情況還未出現(xiàn)。
(2)通過(guò)接合構(gòu)建新菌株。蘇云金芽孢桿菌菌株的特定質(zhì)粒可以自行轉(zhuǎn)移,這些質(zhì)粒可以通過(guò)接合來(lái)構(gòu)建新菌株。例如,科羅拉多馬鈴薯甲蟲(chóng)(鞘翅目)是北美最具破壞性的馬鈴薯害蟲(chóng),歐洲玉米螟和土豆塊莖蠕蟲(chóng),對(duì)馬鈴薯也有很大的破壞作用。從自然界中分離的蘇云金芽孢桿菌菌株,沒(méi)有一個(gè)菌株對(duì)所有這些昆蟲(chóng)都具毒性。然而,通過(guò)質(zhì)粒轉(zhuǎn)移雜交,現(xiàn)在已經(jīng)構(gòu)建出對(duì)3種害蟲(chóng)都有效的新菌株,田間試驗(yàn)表明,該菌株作為廣譜的馬鈴薯殺蟲(chóng)劑很有前途。
4蘇云金芽孢桿菌(Bt)的應(yīng)用前景
微生物農(nóng)藥是21世紀(jì)農(nóng)藥工業(yè)的新產(chǎn)業(yè),代表著植物保護(hù)的方向,其最大的優(yōu)勢(shì)在于能克服化學(xué)農(nóng)藥對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染,并減少農(nóng)藥在農(nóng)副產(chǎn)品中的殘留量。同時(shí),在推廣微生物農(nóng)藥應(yīng)用過(guò)程中,農(nóng)副產(chǎn)品的品質(zhì)和價(jià)格將大幅度上升,有力地促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和農(nóng)民增收,社會(huì)效益不可估量。
我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó),農(nóng)業(yè)的發(fā)展事關(guān)重大。為了更好地落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀,建立環(huán)保型、節(jié)約型農(nóng)業(yè),微生物農(nóng)藥將為農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)安全生產(chǎn)和降低有毒物質(zhì)殘留提供技術(shù)和物質(zhì)保證。微生物農(nóng)藥研究與發(fā)展,將有效地實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)安全生產(chǎn),提升農(nóng)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)附加值,擴(kuò)大我國(guó)農(nóng)副產(chǎn)品外銷(xiāo)市場(chǎng),推進(jìn)綠色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。所有這些均對(duì)發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、增加農(nóng)民收入、促進(jìn)農(nóng)村繁榮具有重要的推進(jìn)作用。
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“我就是想為中國(guó)農(nóng)民做點(diǎn)事情,從小在農(nóng)村長(zhǎng)大,我對(duì)農(nóng)民有著根深蒂固的感情。”朱玉賢院士的赤子情懷讓人感動(dòng)。“做點(diǎn)事情”,就是讓中國(guó)的棉花纖維再伸長(zhǎng)0.3厘米,就是這點(diǎn)事情,將改變中國(guó)棉紡織產(chǎn)業(yè)在世界市場(chǎng)的地位,在高端棉花需求上擺脫對(duì)美國(guó)的依賴(lài)。而對(duì)于中國(guó)的廣大棉農(nóng),這也將為他們帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)收入。
朱玉賢院士對(duì)科學(xué)真理孜孜以求的感人事跡,給記者留下深刻印象。之所以能取得令世人矚目的科研成就,在于他對(duì)創(chuàng)新境界的自覺(jué)追求。朱玉賢認(rèn)為,科學(xué)研究想獲取創(chuàng)新成果,不僅要培養(yǎng)在學(xué)識(shí)上的遠(yuǎn)見(jiàn),更要求具備追求目標(biāo)時(shí)的堅(jiān)韌態(tài)度和行動(dòng),還要對(duì)研究方法的靈活選擇和變通。
秉持這一自覺(jué)追求,十余年來(lái),朱玉賢和他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)攻克了一個(gè)個(gè)難關(guān),通過(guò)功能基因組研究發(fā)現(xiàn)乙烯能夠促進(jìn)纖維細(xì)胞伸長(zhǎng),這前所未有的研究結(jié)論為提高我國(guó)棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)奠定了理論基礎(chǔ),也使我國(guó)的棉花研究達(dá)到世界領(lǐng)先水平。
提高棉花纖維0.3厘米為中國(guó)棉升級(jí)奠定基礎(chǔ)
接受本刊記者采訪時(shí),朱玉賢說(shuō):“我大學(xué)專(zhuān)業(yè)選的就是農(nóng)業(yè),一直有一個(gè)堅(jiān)定的信念,我可以為中國(guó)農(nóng)民做一點(diǎn)事情。所以當(dāng)1998年科技部生物工程中心負(fù)責(zé)人找到我,讓我申請(qǐng)棉花這個(gè)項(xiàng)目時(shí),我一下子就答應(yīng)了。”
“我國(guó)是世界第一產(chǎn)棉大國(guó),年產(chǎn)量四五百萬(wàn)噸,但是每年仍需從美洲進(jìn)口約100萬(wàn)噸的原棉,主要原因是我國(guó)棉花的品質(zhì)偏差。”朱玉賢說(shuō)。我國(guó)生產(chǎn)的棉花纖維平均長(zhǎng)度不足3厘米,而美國(guó)產(chǎn)的棉花平均長(zhǎng)度為3.3厘米。紡織品中必須有1/3以上的棉花纖維長(zhǎng)度大于3厘米,低于3厘米棉纖維之間的接頭太多,生產(chǎn)出來(lái)的棉布會(huì)很毛糙。生產(chǎn)實(shí)踐中,90支紗以上的高端紡織品都必須摻入3厘米以上的原棉,越高支紗的棉布、摻入的長(zhǎng)絨棉就相對(duì)越多。
就是這0.3厘米的微小差距,使我國(guó)的棉紡廠每年都要進(jìn)口來(lái)自北美的長(zhǎng)絨棉(絨長(zhǎng)在3.3厘米左右),以提高紡織品質(zhì)量。因此,我國(guó)每年都會(huì)有國(guó)產(chǎn)原棉積壓,使棉農(nóng)和紡織業(yè)喘不過(guò)氣來(lái),承受了很大壓力。
“當(dāng)初獲得這個(gè)項(xiàng)目時(shí),我第一感覺(jué)就是心中的愿望終于可以實(shí)現(xiàn)了,可以用自己的專(zhuān)業(yè)知識(shí)為農(nóng)民做點(diǎn)事。”朱玉賢說(shuō)。
朱玉賢和他的團(tuán)隊(duì)制作了棉花芯片,將野生型陸地棉和它的無(wú)纖維突變體進(jìn)行比較,最初是想通過(guò)這種比較,找到兩者在基因表達(dá)上的差異。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),比較芯片中12000多個(gè)棉花基因,居然有5000~6000個(gè)基因表達(dá)有明顯的差異。
怎樣才能找到控制棉纖維伸長(zhǎng)的關(guān)鍵基因呢?研究一度陷入了困境。
“這個(gè)問(wèn)題困擾了我很長(zhǎng)一段時(shí)間,有一天我在辦公室苦思不得其解,突然一個(gè)念頭在腦中閃過(guò),既然從芯片中很難找到控制纖維伸長(zhǎng)的關(guān)鍵基因,為什么不能在纖維高表達(dá)的生化途徑上試試呢?”
經(jīng)過(guò)慎重考慮,朱玉賢放棄了以往研究單個(gè)基因表達(dá)的慣性思維,轉(zhuǎn)向高表達(dá)生化途徑的研究。2005年,朱玉賢和他的團(tuán)隊(duì)通過(guò)生物信息軟件來(lái)系統(tǒng)性地檢測(cè)纖維發(fā)育期間生理生化代謝途徑的表達(dá)變化,最終發(fā)現(xiàn)乙烯是該期間變化最顯著的生化途徑。
“乙烯是一種植物激素,棉花本身就含有這種激素,通過(guò)基因工程提高乙烯的釋放量,能夠促進(jìn)棉纖維的細(xì)胞生長(zhǎng)。”這個(gè)研究結(jié)論讓朱玉賢和他的團(tuán)隊(duì)喜出望外,加快了研究進(jìn)程。之后,他們相繼取得超長(zhǎng)鏈脂肪酸調(diào)控乙烯合成,乙烯通過(guò)調(diào)節(jié)果膠多糖生物合成來(lái)控制纖維伸長(zhǎng)等重大發(fā)現(xiàn)。
通過(guò)功能基因組研究發(fā)現(xiàn)乙烯能夠促進(jìn)纖維細(xì)胞伸長(zhǎng),這個(gè)前所未有的研究結(jié)論為提高我國(guó)棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)奠定了理論基礎(chǔ),也使我國(guó)的棉花研究達(dá)到世界領(lǐng)先水平。
2010年,中國(guó)農(nóng)科院棉花研究所進(jìn)行栽培試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了朱玉賢的研究結(jié)論,在纖維顯著伸長(zhǎng)的10個(gè)株系中,有8個(gè)都來(lái)自他的實(shí)驗(yàn)室,其中效果最好的品種纖維平均長(zhǎng)度為31.49~32.05毫米,比轉(zhuǎn)基因母本品種的原始纖維長(zhǎng)度提高了超過(guò)3毫米。
對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,朱玉賢仍然感到一絲遺憾,他計(jì)劃把實(shí)驗(yàn)得到的轉(zhuǎn)基因品種與生產(chǎn)上大面積推廣的長(zhǎng)纖維品種進(jìn)行雜交,期望能夠進(jìn)一步提高棉纖維的長(zhǎng)度,以期為整個(gè)棉花產(chǎn)業(yè)做出實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)。
朱玉賢對(duì)記者說(shuō),陸地棉的伸長(zhǎng)問(wèn)題已經(jīng)解決,實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)已進(jìn)入第二階段研究,下一個(gè)目標(biāo)爭(zhēng)取讓長(zhǎng)纖維的海島棉長(zhǎng)出像陸地棉那樣多的纖維。這將是一個(gè)更大的難題,因?yàn)楹u棉的纖維雖然較長(zhǎng),品質(zhì)也很好,但單株海島棉上的纖維數(shù)量太少,因此生產(chǎn)上無(wú)法大面積推廣。如果我們能大幅度增加海島棉的纖維產(chǎn)量,不僅可以提高棉農(nóng)收入,還將使我國(guó)的棉紡織產(chǎn)業(yè)進(jìn)入一個(gè)可持續(xù)發(fā)展階段,完成產(chǎn)業(yè)的升級(jí)換代,增強(qiáng)其在國(guó)際市場(chǎng)高端棉紡織品行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
負(fù)笈美國(guó)學(xué)成歸國(guó)感恩母親報(bào)效國(guó)家
“我做事的方式很大程度上受我母親的影響”,說(shuō)到自己所取得的成績(jī),朱玉賢由衷地感謝母親在他成長(zhǎng)過(guò)程中為他付出的艱辛。
小時(shí)候上學(xué)時(shí),早晨6點(diǎn)半鐘朱玉賢從家里出來(lái),走路到學(xué)校。母親每天都很早起來(lái)給他做飯。母親下地勞作一天,回家后還要做很多家務(wù)。那個(gè)時(shí)候,母親每天可能只睡兩三個(gè)小時(shí),四五點(diǎn)鐘就起來(lái)給他做飯。
那時(shí)家里沒(méi)有鬧鐘,而母親每天都要準(zhǔn)時(shí)起來(lái),估計(jì)很難安安穩(wěn)穩(wěn)地睡覺(jué)。母親的這種堅(jiān)韌與付出,讓朱玉賢從小就堅(jiān)定了一個(gè)信念:一定要好好讀書(shū),將來(lái)報(bào)答母親。
從小學(xué)到初中,喜歡學(xué)習(xí)的朱玉賢成績(jī)一直很好,很受老師喜歡。“”開(kāi)始后,學(xué)校停課了,朱玉賢只好回家跟著父母做農(nóng)活。離校前,他找到當(dāng)時(shí)的語(yǔ)文老師,請(qǐng)他幫忙找一套“”前的高中數(shù)、理、化、語(yǔ)文教材。老師給他找了整整一網(wǎng)兜的書(shū)。朱玉賢背著這些書(shū)和簡(jiǎn)單的行李,從富陽(yáng)鎮(zhèn)上的學(xué)校步行逾12公里,回到家鄉(xiāng)。之后兩年,他利用工余和晚上的時(shí)間,把這些書(shū)通讀了一遍,做了大量的筆記。這是朱玉賢積累的第一筆人生“財(cái)富”!
1975年1月,朱玉賢應(yīng)征入伍,在舟山度過(guò)了3年多寶貴的部隊(duì)生活。軍人生涯錘煉了朱玉賢的百折不回的性格。1977年,國(guó)家恢復(fù)了高考。1978年退伍的朱玉賢,經(jīng)過(guò)短暫復(fù)習(xí)之后,參加高考考進(jìn)了浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)系種子專(zhuān)業(yè)。
1986年1月朱玉賢到美國(guó)康奈爾大學(xué)攻讀博士學(xué)位,專(zhuān)修植物學(xué),主要從事植物激素與豌豆的衰老研究。留學(xué)所讀專(zhuān)業(yè)也是與農(nóng)業(yè)緊密關(guān)連,朝著為農(nóng)民“做點(diǎn)事情”的目標(biāo),他又邁出了堅(jiān)定一步。
留美期間發(fā)生的一件事情深深刺激了朱玉賢。讀博士時(shí),朱玉賢的導(dǎo)師拿了一本美國(guó)的《The Economist》(《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》)雜志,封面是一個(gè)巨大的漩渦,漩渦邊上有一艘小船,上面寫(xiě)著China Economy!以此暗示中國(guó)早晚被這巨大的漩渦吸進(jìn)去,中國(guó)經(jīng)濟(jì)早晚得完蛋!當(dāng)時(shí)國(guó)際上就是這么看中國(guó)的。朱玉賢對(duì)記者說(shuō),即使現(xiàn)在,歐美一些國(guó)家的人還是對(duì)中國(guó)的改革開(kāi)放有偏見(jiàn)。看不到中國(guó)這30多年為世界經(jīng)濟(jì)和科學(xué)發(fā)展作出的貢獻(xiàn),他們?cè)敢庥靡环N有色眼鏡看中國(guó)今天所取得的成就。
當(dāng)1991年完成學(xué)業(yè)和研究之后,朱玉賢毅然選擇回國(guó)創(chuàng)業(yè)。當(dāng)時(shí)很多同學(xué)都勸他留在美國(guó),朱玉賢告訴他們:“我的根在中國(guó)。”賣(mài)掉了在美國(guó)買(mǎi)的二手福特車(chē),朱玉賢與夫人一起返回中國(guó)。
編寫(xiě)教材刻苦鉆研自覺(jué)追求創(chuàng)新境界
回國(guó)后,看到國(guó)內(nèi)沒(méi)有系統(tǒng)的分子生物學(xué)教材,朱玉賢就聯(lián)系了李毅博士等人,編寫(xiě)了70萬(wàn)字的《現(xiàn)代分子生物學(xué)》教材。這本書(shū)15年間印刷量超過(guò)30萬(wàn)冊(cè),已成為國(guó)內(nèi)高校分子生物學(xué)的最主要教材,今年推出第4版。
朱玉賢一心獻(xiàn)身科學(xué),但科研道路上也會(huì)遇到坎兒。1993至1994年間,他沒(méi)有拿到任何一個(gè)國(guó)家科學(xué)研究項(xiàng)目,連國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的申請(qǐng)都失敗了。那段時(shí)間很困惑,朱玉賢懷疑自己選擇的科研道路是不是還能走下去。但如果遇到困難就撤退,就換方向,不一定能走得很遠(yuǎn)。最終他咬咬牙決定堅(jiān)持走下來(lái)。
但從另一角度看,做科學(xué)研究,永遠(yuǎn)堅(jiān)持一個(gè)方向不變,也不一定能出成果。朱玉賢在康奈爾大學(xué)讀博士時(shí),導(dǎo)師就對(duì)他說(shuō),做研究需要在黑暗中不斷摸索、校正,再摸索再校正,也就是人們常說(shuō)的失敗、斗爭(zhēng),再失敗再斗爭(zhēng)。什么時(shí)候要換方向,什么時(shí)候要堅(jiān)持下去,這恐怕是決定一個(gè)人能否成為一個(gè)好學(xué)者的重要品質(zhì)。所以科學(xué)家要有第六感覺(jué),要能把握科研方向,大致判斷此路是否能走通。而第六感的形成,朱玉賢認(rèn)為需要學(xué)術(shù)背景、對(duì)問(wèn)題系統(tǒng)性的認(rèn)識(shí)、對(duì)世界前沿科學(xué)的把握以及對(duì)所擬研究的問(wèn)題的獨(dú)到見(jiàn)解。
“做學(xué)問(wèn),最終是一種綜合素質(zhì)的匹配”,朱玉賢說(shuō)。科學(xué)研究想獲取創(chuàng)新成果,不僅要培養(yǎng)在學(xué)識(shí)上的遠(yuǎn)見(jiàn),更要求具備追求目標(biāo)時(shí)的堅(jiān)韌態(tài)度和行動(dòng),還要對(duì)研究方法的靈活選擇和變通。
正是“各種素質(zhì)的合理匹配”,促成了朱玉賢在棉纖維發(fā)育和擬南芥細(xì)胞分化機(jī)制領(lǐng)域取得重大突破。
朱玉賢和他的團(tuán)隊(duì)首次展開(kāi)棉纖維中差異表達(dá)基因的大規(guī)模克隆分離工作,建成具有國(guó)際領(lǐng)先水平的大型高通量陸地棉cDNA芯片,發(fā)現(xiàn)植物激素乙烯在棉花纖維細(xì)胞伸長(zhǎng)過(guò)程中的主導(dǎo)作用。發(fā)現(xiàn)超長(zhǎng)鏈脂肪酸(VLCFA)在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控乙烯生物合成,發(fā)現(xiàn)同時(shí)受乙烯和超長(zhǎng)鏈脂肪酸調(diào)控的果膠多糖生物合成是棉纖維細(xì)胞初生壁合成和細(xì)胞伸長(zhǎng)的限速步驟。由于在乙烯信號(hào)通路上下游長(zhǎng)期而系統(tǒng)性的研究,世界植物科學(xué)著名的綜述期刊《當(dāng)代植物學(xué)觀點(diǎn)》邀請(qǐng)他撰寫(xiě)論文,闡述他們對(duì)棉纖維這個(gè)特殊細(xì)胞的認(rèn)知。該研究于2011年獲國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。
朱玉賢和他的團(tuán)隊(duì)研究還發(fā)現(xiàn)了擬南芥乳腺癌抑制因子同源基因BARD1是干細(xì)胞決定因子WUS和WOX5的抑制因子,BARD1缺失突變體中WUS的表達(dá)從頂端的組織中心擴(kuò)展到所有外表層細(xì)胞,使頂端分生組織分化受阻。在擬南芥根尖,BARD1抑制了WOX5基因表達(dá),從而控制植物向地性生長(zhǎng)和根尖分生組織細(xì)胞分化。
帶團(tuán)隊(duì)如同選種子為國(guó)選材悉心培養(yǎng)
作為學(xué)術(shù)帶頭人,朱玉賢認(rèn)為,研究生的培養(yǎng),不僅是知識(shí)傳遞的過(guò)程,更重要的是要為自己的學(xué)科培養(yǎng)可以為國(guó)家做研究的棟梁之材。
朱玉賢帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì),采用了選種子的經(jīng)驗(yàn),優(yōu)選“種子”,并采取恰當(dāng)?shù)摹芭囵B(yǎng)”方法。帶領(lǐng)研究生,朱玉賢第一年可能不會(huì)主動(dòng)跟他們接觸,先觀察他們,看他們會(huì)不會(huì)主動(dòng)找自己談問(wèn)題,因?yàn)樘釂?wèn)題的時(shí)候,可以知道他們對(duì)這個(gè)專(zhuān)業(yè)了解的深度和廣度。
有個(gè)學(xué)生叫施永輝,他2000年5月到朱玉賢實(shí)驗(yàn)室,先跟師哥師姐一起干些“雜活”,做本科畢業(yè)論文。
2001年夏天,施永輝找到即將畢業(yè)的師兄姬生健,希望能繼續(xù)做他留下的課題。剛接觸這個(gè)課題的前一兩個(gè)月,施永輝就多次主動(dòng)向朱玉賢匯報(bào)工作進(jìn)展。這使朱玉賢感到很吃驚,新生一般都很怕見(jiàn)他,害怕被問(wèn)實(shí)驗(yàn)進(jìn)展如何,害怕挨呲兒。連續(xù)幾次聽(tīng)了施永輝的匯報(bào)后,朱玉賢感覺(jué)他是可造之材,于是每次都給他布置很多新工作。施永輝花了一個(gè)學(xué)期的時(shí)間,學(xué)會(huì)了包括測(cè)定文庫(kù)滴度、體外剪切、cDNA文庫(kù)序列測(cè)定、多序列比對(duì)以及生物信息學(xué)分析等工作。這期間,施永輝不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn),主動(dòng)反饋實(shí)驗(yàn)結(jié)果,促使朱玉賢最終決定立即開(kāi)展大規(guī)模棉花cDNA芯片研究,并決定由施永輝負(fù)責(zé)該項(xiàng)研究。
說(shuō)到姬生健,朱玉賢同樣充滿(mǎn)了自豪感。他說(shuō),這也是一個(gè)很有想法的學(xué)生。那時(shí),實(shí)驗(yàn)室主要用“差異顯示”技術(shù)篩選與棉纖維伸長(zhǎng)相關(guān)基因。當(dāng)年,全世界通行的模式是對(duì)“差異顯示”實(shí)驗(yàn)中獲得的單個(gè)基因片段進(jìn)行深入分析,證明該基因與人們所研究的性狀有關(guān)聯(lián)。有一天,姬生健突然跑來(lái)找朱玉賢,說(shuō)應(yīng)該把“差異顯示”實(shí)驗(yàn)中得到的所有基因片段建成“差異基因文庫(kù)”,進(jìn)行高通量DNA序列測(cè)定,這樣,理論上就能一次性獲得所有與棉纖維伸長(zhǎng)相關(guān)的差異表達(dá)基因。這當(dāng)然是個(gè)好想法,朱玉賢馬上同意了。姬生健發(fā)表在《核酸研究》上關(guān)于棉纖維“差異基因文庫(kù)”構(gòu)建與分析的論文,施永輝發(fā)表在《植物細(xì)胞》上用基因芯片技術(shù)研究調(diào)控棉纖維發(fā)育代謝途徑的論文均已成為近十年來(lái)全世界棉花研究領(lǐng)域影響最廣泛的十篇科研論文之一,成為享譽(yù)世界的重要科研成果。所以說(shuō),一個(gè)好學(xué)生必須是一個(gè)會(huì)思考的人。
朱玉賢不贊同“不能讓孩子輸在起跑線上”這一套說(shuō)法。人生不是百米賽跑,人生是馬拉松,而且是N多個(gè)馬拉松,與“起跑”基本沒(méi)什么相關(guān)性!條件不是決定成敗的唯一因素!老師對(duì)學(xué)生起“一桿秤”的作用,用自己的學(xué)識(shí),去“稱(chēng)量”所選“種子”的重量和質(zhì)量,給學(xué)生指明最合適的發(fā)展方向和方法。
“科學(xué)工作者要取得突破,面對(duì)失敗的態(tài)度很關(guān)鍵。因?yàn)樵谔剿魑粗澜绲倪^(guò)程中,失敗必然要多于成功,如果不能理性對(duì)待失敗,就不能保持長(zhǎng)期工作熱情,更不要提最后的成功。”朱玉賢說(shuō),“作為農(nóng)民的兒子,我對(duì)農(nóng)村孩子較為了解。在我研究室,不少人是來(lái)自農(nóng)村,他們做事情比較有韌性。當(dāng)他們遇到困難,我會(huì)盡可能地提供幫助。”
[關(guān)鍵詞] 高效液相色譜;藥學(xué)研究;進(jìn)展
[中圖分類(lèi)號(hào)] R91 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-4721(2013)07(c)-0015-03
色譜法(chromatography)又稱(chēng)為色譜分析法、層析法,是一種分離和分析方法,在分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。色譜法的作用機(jī)制為根據(jù)不同物質(zhì)在不同相態(tài)下進(jìn)行選擇性分配,針對(duì)流動(dòng)相對(duì)固定相中的混合物進(jìn)行洗脫,不同的物質(zhì)會(huì)以不同的速度以固定相移動(dòng),最終實(shí)現(xiàn)分離。本文所研究的高效液相色譜技術(shù)(high performance liquid chromatography,HPLC)全程依靠?jī)x器完成。本文對(duì)HPLC的特點(diǎn)、類(lèi)型并對(duì)其在藥學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)闡述。
1 HPLC在中藥學(xué)中的應(yīng)用
中藥學(xué)的研究是通過(guò)不同單味藥與復(fù)方藥的配伍方法及煎煮時(shí)間等來(lái)發(fā)掘中藥中化學(xué)成分的變化規(guī)律與藥理聯(lián)系[1-2]。在實(shí)際應(yīng)用中,最為簡(jiǎn)捷有效的方法為選取長(zhǎng)度足夠的色譜柱,設(shè)置合適的時(shí)間以溫和流動(dòng)相進(jìn)行洗脫[3-4]。也有資料顯示新式的毛細(xì)管電色譜在中藥成分的分析上表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì),其規(guī)避了HPLC所有的柱床污染,沖洗方便,分辨率高,集HPLC與脈細(xì)管電泳優(yōu)點(diǎn)于一體,利用了HPLC高效快速、高靈敏度的特點(diǎn),使成分分析法更為完善,在中藥學(xué)的研究領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用[5]。
1.1 HPLC在中藥含量測(cè)定方面的運(yùn)用
雷萍等[6]采用HPLC分離測(cè)定了蟲(chóng)草產(chǎn)品中腺苷和蟲(chóng)草素的含量,選取Acquityuplc C18色譜柱,以乙腈-水流動(dòng)相進(jìn)行洗脫,基本可在4 min內(nèi)行基線分離,各組分的濃度與峰面積在1~17.5 μg/ml范圍內(nèi)線性良好。HPLC在中藥含量測(cè)定方面的研究不勝枚舉,但均證明其具有一定的特異性[7-8]。
1.2 HPLC在中藥代謝方面的運(yùn)用
薛璟等[9-10]使用大鼠為標(biāo)本行體腸灌流實(shí)驗(yàn),采用HPLC檢測(cè)雷公藤甲素含量,研究不同吸收部位于藥物濃度對(duì)雷公藤甲素的吸收。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明各腸段吸收情況為:回腸
2 HPLC在食品檢測(cè)中的應(yīng)用
2.1 HPLC在食品添加劑檢測(cè)中的應(yīng)用
食品添加劑可以提升食品的色、香、味,延長(zhǎng)食物的保藏期限,為日常生活帶來(lái)了很多樂(lè)趣和方便。但是不合理地使用食品添加劑不僅降低食品質(zhì)量,甚至損害人體健康,如蘇丹紅鴨蛋事件。目前我國(guó)對(duì)食品添加劑的使用種類(lèi)、數(shù)量有著嚴(yán)格的限制,嚴(yán)禁添加危害人體健康的添加劑。
2.1.1 甜昧劑 甜味劑可以使被添加食物的甜度增加。一般來(lái)說(shuō),人工添加的甜昧劑都是沒(méi)有營(yíng)養(yǎng)的,最常用的有乙酰磺胺酸鉀(安塞蜜)、環(huán)己氨基磺酸鈉(甜蜜素)、糖精鈉等,其中尤以低價(jià)格的糖精鈉使用范圍較廣。少量添加甜味劑對(duì)人體沒(méi)有副作用,但是,添加過(guò)量將會(huì)危害人體健康。丁芳林等[11]采用氣、液相色譜聯(lián)用技術(shù),定量檢測(cè)果凍等食品中安賽蜜、糖精鈉和甜蜜素等甜味劑的含量,結(jié)果加樣回收率為93.19%~100.90%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為1.05%~2.04%。這種氣、液相色譜聯(lián)用技術(shù),不僅能夠在短時(shí)間內(nèi)對(duì)果凍中的甜味劑進(jìn)行定性、定量分析,而且也同樣適用于檢測(cè)飲料中的甜味劑的含量。
2.1.2 防腐劑 防腐劑能夠延長(zhǎng)食物的保藏時(shí)間,有效阻止細(xì)菌等微生物的滋生。比較常用的防腐劑有山梨酸、苯甲酸和它們的鈉鹽等。當(dāng)前,我國(guó)食品企業(yè)向食品中添加的防腐劑大都是人工合成的,使用過(guò)量會(huì)損害身體健康。趙質(zhì)創(chuàng)等[12]采用甲醇、氨化甲醇、水、80%甲醇和20%甲醇提取糕點(diǎn)中的防腐劑,提取液經(jīng)C18色譜柱進(jìn)行分離,用甲醇-乙酸銨溶液進(jìn)行梯度洗脫,在波長(zhǎng)為220 nm處進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明,苯甲酸、山梨酸、脫氫乙酸、富馬酸二甲酯這4種常見(jiàn)防腐劑完全分離開(kāi)來(lái),且分離效果良好,回收率為84%~106%,變異系數(shù)
2.1.3 食用色素 食用色素屬于色素的一種,可以改善食物的感官性質(zhì),使其顏色亮麗、誘人,增加人的食欲。依據(jù)其來(lái)源,食用色素可以分為兩種:天然色素和人工色素,食品添加劑中大多使用的是人工合成的食用色素,過(guò)量食用人工色素會(huì)致癌。檸檬黃、莧菜紅、胭脂紅和日落黃是常用的人工色素。陳再潔等[13]采用HPLC方法對(duì)飲料中的食用色素進(jìn)行檢測(cè),同時(shí)分離出6種食用色素:檸檬黃、莧菜紅、胭脂紅、日落黃、亮藍(lán)1和亮藍(lán)2,且檢出限較低,檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度和精密度均較高,達(dá)到了日常食品中食用色素的檢測(cè)要求。
2.2 HPLC在食品污染物檢測(cè)中的應(yīng)用
2.2.1 對(duì)食品中農(nóng)藥、獸藥殘留物的檢測(cè) 食品中的農(nóng)藥、獸藥殘留物嚴(yán)重影響食品的安全性,殘留量過(guò)大會(huì)引起癌變。農(nóng)藥易殘留于植物食品中,而獸藥易殘留于動(dòng)物食品中。要想提高人們的生活質(zhì)量,就必須及時(shí)、精確檢測(cè)出食品中的農(nóng)藥、獸藥殘留物,使人們吃到放心食物。無(wú)論是農(nóng)藥殘留物,還是獸藥殘留物,都具有不穩(wěn)定、難揮發(fā)的特征,而HPLC能有效定性、定量地分離、分析出這些化合物。目前,全世界應(yīng)用比較廣泛的新型農(nóng)藥是煙堿類(lèi)殺蟲(chóng)劑,其中尤以啶蟲(chóng)脒為代表。尹建吉等[14]建立了HPLC對(duì)蔬菜中的農(nóng)藥進(jìn)行檢測(cè)的方法,以西紅柿為例,采用乙腈提取、鹽析、氨基小柱(LC-NH2)凈化的樣品處理方法,檢測(cè)其中的啶蟲(chóng)脒含量,結(jié)果證實(shí)這種方法樣品需要量少、回收效率高、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小,且方法簡(jiǎn)便,能準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)蔬菜樣品的檢測(cè),足以滿(mǎn)足常規(guī)農(nóng)藥殘留物檢測(cè)的需求。
鄔晨陽(yáng)等[15]用HPLC對(duì)牛奶中的殘留獸藥進(jìn)行了檢測(cè),結(jié)果表明此HPLC分析方法能同時(shí)測(cè)定牛奶中11種獸藥的殘留量,其中包含7種磺胺類(lèi)藥物和4種氟喹諾酮類(lèi)藥物,且靈敏度高、重現(xiàn)性好、準(zhǔn)確度高,可滿(mǎn)足動(dòng)物源性食品中磺胺和氟喹諾酮類(lèi)藥物的殘留分析,有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
2.2.2 對(duì)食品微生物及其代謝產(chǎn)物的檢測(cè) 食品在生產(chǎn)的過(guò)程中難免會(huì)產(chǎn)生微生物及其代謝產(chǎn)物,而其中相當(dāng)一部分會(huì)損害人體健康,如寄生曲霉新陳代謝過(guò)程中產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物黃曲霉毒素能誘發(fā)癌癥等,而以大米、玉米為主原料生產(chǎn)的食品,生產(chǎn)環(huán)節(jié)不當(dāng)?shù)脑挘瑯O易產(chǎn)生黃曲霉毒素,威脅人們的身體健康。HPLC能根據(jù)微生物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和代謝產(chǎn)物的不同,檢測(cè)食品中微生物的數(shù)量和對(duì)人體的危害程度。高志杰[16]采用帶有熒光檢測(cè)器的HPLC對(duì)食品中容易出現(xiàn)的4種黃曲霉毒素AFB1、AFB2、AFG1、AFG2進(jìn)行定性定量的檢測(cè)。結(jié)果表明,4種黃曲霉毒素在0~100 μg/kg范圍內(nèi)線性關(guān)系良好,樣品檢出限低,能檢測(cè)出0.05 μg/kg水平的黃曲霉素。該種檢測(cè)方法不僅準(zhǔn)確度高、靈敏性強(qiáng),而且重復(fù)性好,適用于常規(guī)食品中對(duì)4種黃曲霉毒素含量的檢測(cè)。
2.3 HPLC在轉(zhuǎn)基因食物檢測(cè)中的應(yīng)用
目前,我國(guó)食品市場(chǎng)中流通著很多轉(zhuǎn)基因食品,如:轉(zhuǎn)基因大豆、轉(zhuǎn)基因玉米、轉(zhuǎn)基因水稻等,轉(zhuǎn)基因食品已經(jīng)廣泛滲入我們的日常生活中。但是轉(zhuǎn)基因食品并不是絕對(duì)安全的,一些學(xué)者認(rèn)為轉(zhuǎn)基因食品能增加人體對(duì)抗生素的耐藥性,在人體內(nèi)積累微量毒素可能引起變態(tài)反應(yīng),并且轉(zhuǎn)基因食品的營(yíng)養(yǎng)均衡可能被破壞。所以,需要建立一種能夠檢測(cè)轉(zhuǎn)基因食品中的潛在危險(xiǎn)的方法。HPLC除應(yīng)用于常規(guī)食物的檢測(cè)外,也可以應(yīng)用于轉(zhuǎn)基因食物檢測(cè)中。蔗糖-果糖基轉(zhuǎn)移酶能夠轉(zhuǎn)化甘蔗的果聚糖種類(lèi)和含量,武媛麗等[17]建立了HPLC測(cè)定果糖、葡萄糖、蔗糖及低聚果糖含量的方法,測(cè)定轉(zhuǎn)基因甘蔗中的蔗果三糖、蔗果四糖和蔗果五糖3種低聚果糖來(lái)驗(yàn)證轉(zhuǎn)移酶的轉(zhuǎn)化情況。這種方法也可以蔗糖-果糖基轉(zhuǎn)移酶的催化產(chǎn)物蔗果三糖(GF2)較為準(zhǔn)確地檢測(cè)甘蔗莖桿節(jié)間其他糖類(lèi)的組分及含量,可以用于甘蔗中糖類(lèi)的定性和定量檢測(cè),且該方法操作簡(jiǎn)便、成本較低、結(jié)果準(zhǔn)確。
2.4 HPLC在化學(xué)合成藥物分析檢測(cè)中的應(yīng)用
在化學(xué)合成藥物的合成過(guò)程中有時(shí)需要對(duì)已合成的化合物進(jìn)行分離分析,這時(shí)通常會(huì)考慮選用HPLC或者HPLC與其他分析檢測(cè)技術(shù)聯(lián)用,既方便、快捷,靈敏度又高,大大提高了藥物合成的速度,并且可以為藥物后期的開(kāi)發(fā)制訂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
2.5 HPLC在藥物代謝動(dòng)力學(xué)研究中的應(yīng)用
藥物代謝動(dòng)力學(xué)主要是定量研究藥物在生物體內(nèi)吸收、分布、代謝和排泄規(guī)律,并運(yùn)用數(shù)學(xué)原理和方法闡述血藥濃度隨時(shí)間變化的規(guī)律的一門(mén)學(xué)科。在創(chuàng)新藥物研制過(guò)程中,藥物代謝動(dòng)力學(xué)研究與藥效學(xué)研究、毒理學(xué)研究處于同等重要的地位,已成為藥物臨床前研究和臨床研究的重要組成部分。在藥動(dòng)學(xué)研究中通常要用到HPLC或與其他技術(shù)聯(lián)用對(duì)藥物在生物體內(nèi)的吸收、分布、代謝進(jìn)行分析檢測(cè),如HPLC-紫外檢測(cè)法測(cè)定血漿多潘立酮[18]、HPLC串聯(lián)質(zhì)譜法檢測(cè)多潘立酮血漿濃度、HPLC固定化釕(Ⅱ)聯(lián)吡啶-高錳酸鉀化學(xué)發(fā)光法測(cè)定人血清中的雷尼替丁等。
3 HPLC在保健品檢測(cè)中的應(yīng)用
常鳳啟等[19]用HPLC測(cè)定保健食品中大豆異黃酮指標(biāo),目前主要采用流動(dòng)相的甲醇-水梯度洗脫法,對(duì)HPLC分離測(cè)定的條件進(jìn)行優(yōu)化,樣品的分析與檢測(cè)可在短時(shí)間內(nèi)完成。該方法可同時(shí)分析多種大豆異黃酮成分,快捷精準(zhǔn)、靈敏度高,尤其適用于測(cè)定保健品中大豆異黃酮成分。
4 結(jié)語(yǔ)
HPLC以其高精確度、高靈敏度和高回收率、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)獨(dú)領(lǐng)食品檢測(cè)技術(shù)的,目前,HPLC與其他技術(shù)的聯(lián)用已成為藥品和食品檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),也使得HPLC在藥品和食品領(lǐng)域的應(yīng)用范圍更加廣闊。
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關(guān)鍵詞:翻轉(zhuǎn)課堂;細(xì)胞生物學(xué);實(shí)驗(yàn);自主學(xué)習(xí)
中圖分類(lèi)號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2017)04-0241-03
長(zhǎng)期以來(lái),普通高校飽受傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式影響,過(guò)度關(guān)注教師課堂主體作用的發(fā)揮,忽略學(xué)生的學(xué),學(xué)生自主性學(xué)習(xí)的積極性不高,學(xué)習(xí)效率偏低。翻轉(zhuǎn)課堂(Flipped Classroom)相對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)模式以課堂講授、課外練習(xí)和解決問(wèn)題為主要教學(xué)方法而言,更強(qiáng)調(diào)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的模式。翻轉(zhuǎn)課堂具有許多優(yōu)點(diǎn):高度自主的學(xué)習(xí)環(huán)境;更加關(guān)注對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)以及課堂探究和交流活動(dòng)的組織;學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒能被很好地調(diào)動(dòng)起來(lái),更益于對(duì)知識(shí)的內(nèi)化,能在較短的時(shí)間內(nèi)完成知識(shí)目標(biāo)。按照《細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程目標(biāo)要求與PBL教學(xué)模式在細(xì)胞生物學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用,以“植物細(xì)胞DNA制備與顯示技術(shù)”實(shí)驗(yàn)為研究課例,以問(wèn)題導(dǎo)向?yàn)榍腥朦c(diǎn),以學(xué)生自主學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為學(xué)習(xí)目標(biāo),實(shí)施了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式改革實(shí)踐,探索基于PBL的自主學(xué)習(xí)過(guò)程與效果評(píng)價(jià)方式。
一、基于PBL法的“植物細(xì)胞DNA制備與顯示技術(shù)”教學(xué)設(shè)計(jì)
1.教學(xué)目標(biāo)分析。一般而言,實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo):①傳承實(shí)驗(yàn)知識(shí),實(shí)踐對(duì)理論知識(shí)的理解和驗(yàn)證;②提高實(shí)踐理性,就是指與我們的行動(dòng)和選擇有關(guān)的理性;③實(shí)踐策略:為什么要這么做?培養(yǎng)學(xué)生反思、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力;④生成實(shí)踐智慧,即以實(shí)踐為目的的能夠指導(dǎo)實(shí)踐行動(dòng)的理性能力。《細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程目標(biāo)包括三個(gè)層次:①知識(shí)目標(biāo)層次,主要是細(xì)胞生物學(xué)理論知識(shí)、研究方法、實(shí)驗(yàn)原理的學(xué)習(xí)與掌握。②能力目標(biāo)層次,主要是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)常用儀器設(shè)備的正確使用,學(xué)會(huì)并應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)主要實(shí)驗(yàn)技術(shù),如細(xì)胞化學(xué)組分的分離與鑒別、細(xì)胞結(jié)構(gòu)組分的顯示與定位、細(xì)胞融合等。③文化素質(zhì)目標(biāo)層次,主要闡釋科學(xué)技術(shù)對(duì)人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的促進(jìn)作用,對(duì)學(xué)生人生觀、價(jià)值觀培養(yǎng)的作用,關(guān)注科學(xué)、社會(huì)、人類(lèi)發(fā)展問(wèn)題的意識(shí)。根據(jù)課程目標(biāo),“植物細(xì)胞DNA制備與顯示技術(shù)”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教學(xué)目標(biāo)分為:掌握孚爾根反應(yīng)、Brachet反應(yīng)和SDS堿變性法和CTAB法提取植物DNA原理的知識(shí)目標(biāo);學(xué)會(huì)運(yùn)用孚爾根反應(yīng)和Brachet反應(yīng)原理完成植物細(xì)胞內(nèi)DNA定位顯示技術(shù)、DNA提取技術(shù)、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、論文撰寫(xiě)的能力目標(biāo);關(guān)注轉(zhuǎn)基因技術(shù)對(duì)社會(huì)的影響以及對(duì)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展理性思考的文化素質(zhì)目標(biāo)。
2.實(shí)驗(yàn)改革方案設(shè)計(jì)與實(shí)施。PBL以問(wèn)題為導(dǎo)向,以主動(dòng)學(xué)習(xí)為主,設(shè)置問(wèn)題情景,通過(guò)學(xué)習(xí)者的自主探究與合作來(lái)解決問(wèn)題,形成解決問(wèn)題的技能,達(dá)到自主學(xué)習(xí)能力的提升。而翻轉(zhuǎn)課堂并不只是“視屏錄制”,而是一種“有效的課堂管理”,且更適用于有學(xué)習(xí)自覺(jué)性、能夠做好課前功課的大學(xué)生。本課例的實(shí)驗(yàn)改革方案設(shè)計(jì)與實(shí)施植入了PBL法的“問(wèn)題設(shè)置”、“問(wèn)題解決”、“能力拓展”翻轉(zhuǎn)課堂模式,形成學(xué)習(xí)資源搜集、課前自主學(xué)習(xí)與合作實(shí)驗(yàn)探究、課堂討論與答疑、課后能力拓展和反饋與評(píng)價(jià)的“五段學(xué)習(xí)法”。(1)學(xué)習(xí)資源搜集。主要是教師提供給學(xué)生的課前學(xué)習(xí)資料,如微課程、視頻、文本材料、PPT等。同時(shí),引導(dǎo)學(xué)生查閱各類(lèi)研究課題的最新進(jìn)展,及時(shí)補(bǔ)充更新網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源。(2)以“問(wèn)題設(shè)置”為前提的課前自主學(xué)習(xí)與合作實(shí)驗(yàn)探究。植物細(xì)胞DNA的細(xì)胞化學(xué)顯示方法有哪些?如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并實(shí)施?如何用瓊脂糖凝膠電泳顯示植物細(xì)胞DNA?通過(guò)“問(wèn)題設(shè)置”,將學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)完成課前自主學(xué)習(xí)與合作實(shí)驗(yàn)探究。①自主學(xué)習(xí)先行。充分利用課程學(xué)習(xí)資源,通過(guò)觀看視頻、閱讀資料等方式完成課前自主學(xué)習(xí),通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)提交作業(yè),達(dá)到知識(shí)的內(nèi)化。②小組合作學(xué)習(xí)。由教師提出實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū),明確小組合作學(xué)習(xí)的任務(wù),讓學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。③實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。學(xué)生利用開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室分小組自主完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。④實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施。各小組按照自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案,利用實(shí)驗(yàn)室資源,分工協(xié)作,在課余時(shí)間自主完成實(shí)驗(yàn)。利用Feulgen染色技術(shù)、Brachet染色技術(shù)、瓊脂糖凝膠電泳等技術(shù)顯示DNA的存在。有實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程的詳細(xì)記錄的實(shí)施步驟與結(jié)果分析,并撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)論文。學(xué)生提出新的需要答疑的問(wèn)題。(3)以“問(wèn)題解決”為核心的“課堂討論與答疑”。①小組課堂討論完善實(shí)驗(yàn)方案。根據(jù)課前小組完成實(shí)驗(yàn)方案的具體情況組織討論。②利用翻轉(zhuǎn)課堂討論、交流,解決新的問(wèn)題。學(xué)生提出各種疑難問(wèn)題,如洋蔥根尖臨時(shí)裝片,中期分裂相細(xì)胞偏少,染色體分散度差,難以計(jì)數(shù),進(jìn)而影響核型分析;基因組DNA降解嚴(yán)重,電泳呈彌散狀等,教師組織大家討論。③課堂答疑。解決實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在的小組內(nèi)解決不了的疑難問(wèn)題,在實(shí)驗(yàn)課上協(xié)作完成。如根尖制片的中期分裂相細(xì)胞偏少是因?yàn)楦馊〔臅r(shí)間把握不好;染色體分散度不高是因?yàn)閴浩牧Χ劝盐詹缓茫籇NA提取過(guò)程中的基因組DNA降解嚴(yán)重,電泳呈彌散狀是因?yàn)樘崛∵^(guò)程中低溫研磨、離心上清液或沉淀的取用等操作不規(guī)范所致。④教師根據(jù)學(xué)生講解和討論內(nèi)容進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和個(gè)別指導(dǎo),使學(xué)生形成新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。在這一環(huán)節(jié),實(shí)驗(yàn)教師扮演主導(dǎo)的角色,學(xué)生則是學(xué)習(xí)的主體,學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)、相互協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,參與課堂討論。(4)以“三拓展”為目標(biāo)的能力培養(yǎng)。①思維能力。通過(guò)開(kāi)展轉(zhuǎn)基因技術(shù)的辯論,激發(fā)學(xué)生對(duì)“轉(zhuǎn)基因技術(shù)利弊”的思考,實(shí)現(xiàn)思維能力拓展。②設(shè)計(jì)能力。通過(guò)考核“植物細(xì)胞DNA制備與顯示技術(shù)”實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施效果,引導(dǎo)學(xué)生修改完善實(shí)驗(yàn)方案,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)能力拓展。③自主學(xué)習(xí)能力。教師收集、上傳與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的拓展學(xué)習(xí)資料,結(jié)合自主學(xué)習(xí)考核,實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)(技能)的鞏固和自主學(xué)習(xí)能力拓展。(5)反饋與評(píng)價(jià)。①基于自主學(xué)習(xí)考核的翻轉(zhuǎn)課堂過(guò)程性評(píng)價(jià)。根據(jù)學(xué)生在“學(xué)習(xí)資源搜集”、“課前自主學(xué)習(xí)與合作實(shí)驗(yàn)探究”、“課堂討論與答疑”、“課后能力拓展”階段中的表現(xiàn)進(jìn)行考核評(píng)價(jià)。如網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)時(shí),針對(duì)文獻(xiàn)閱讀回答問(wèn)題,如果回答不正確無(wú)法進(jìn)行下一步;小組討論記錄;課堂小組PPT展示。小組實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)包括:實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃恚挥闷贰⒉襟E,如洋蔥根尖培養(yǎng)、取材固定、稀酸解離、黑暗環(huán)境染色、壓片、觀察;注意事項(xiàng);實(shí)驗(yàn)記錄;結(jié)果分析。過(guò)程性評(píng)價(jià)成績(jī)占總成績(jī)30%。②基于論文寫(xiě)作考核的翻轉(zhuǎn)課堂評(píng)價(jià)。論文內(nèi)容包括摘要、前言、材料與方法、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、討論、參考文獻(xiàn)等幾部分。論文成績(jī)按評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。論文成績(jī)占總成績(jī)20%。③基于實(shí)驗(yàn)操作技能考核的終結(jié)性評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)技能考核成績(jī)采用綜合評(píng)定方法確定,主要考核實(shí)驗(yàn)基本操作、儀器使用,考核要點(diǎn)主要包括儀器操作、實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)操作步驟、關(guān)鍵操作點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)記錄、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析等。實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)占總成績(jī)50%。考核評(píng)價(jià)方法采取自我評(píng)價(jià)(占技能考核成績(jī)的20%)、小組成員互評(píng)(占技能考核成績(jī)的30%)、教師評(píng)價(jià)(占技能考核成績(jī)的50%)相結(jié)合。
二、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革取得的效果
1.學(xué)生層面。(1)自主學(xué)習(xí)能力得到提升。課前學(xué)生的自主學(xué)習(xí),時(shí)間靈活,目的性強(qiáng)。通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂高效地完成知識(shí)的傳授和能力的訓(xùn)練,實(shí)現(xiàn)了生生、師生互動(dòng)交流,促進(jìn)了知識(shí)的內(nèi)化與吸收,兼顧了不同層次學(xué)生的需求。通過(guò)學(xué)習(xí)資源搜集及課前自主學(xué)習(xí),學(xué)生的資料查閱能力提高、知識(shí)面擴(kuò)大、協(xié)作意識(shí)和能力增強(qiáng)。課堂答疑及討論階段,幾乎每個(gè)同學(xué)都參與問(wèn)題的解答、討論、交流、互動(dòng),極大增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自信心,自主學(xué)習(xí)能力得到提升。(2)課外科技大賽取得可喜成果。生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)有3名同學(xué)獲得河北省2015年大學(xué)生挑戰(zhàn)杯課外科技大賽一等獎(jiǎng);6名同學(xué)獲得大賽二等獎(jiǎng);7名同學(xué)獲得大賽三等獎(jiǎng)。(3)技能考核評(píng)價(jià)采取自我評(píng)價(jià)、小組成員互評(píng)及教師評(píng)價(jià)三個(gè)環(huán)節(jié),提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、實(shí)驗(yàn)操作能力及分析解決問(wèn)題的能力。
2.教師層面。(1)教學(xué)改革成果明顯。完成河北省高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目1項(xiàng),《系統(tǒng)論視域下新建地方本科院校生物學(xué)實(shí)踐教學(xué)體系的改革與實(shí)踐》(2012GJJG206),邯鄲學(xué)院綜合改革與轉(zhuǎn)型發(fā)展四級(jí)項(xiàng)目3項(xiàng)(1412010,15sjf162,15sjt1012)。(2)《細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)》網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)并得以實(shí)踐。利用邯鄲學(xué)院網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái),建設(shè)了生物技術(shù)、生物科學(xué)兩個(gè)專(zhuān)業(yè)的《細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)》網(wǎng)絡(luò)課程,教師負(fù)責(zé)完成網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的上傳,如自主學(xué)習(xí)資源、“N+2”考核及標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)習(xí)論壇、問(wèn)卷調(diào)查等。學(xué)生上傳自主學(xué)習(xí)作業(yè)。(3)通過(guò)實(shí)施《細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)改革,要求教師發(fā)揮主導(dǎo)作用,具備相關(guān)的知識(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、組織能力等,促進(jìn)了教師業(yè)務(wù)素質(zhì)的提升。
三、對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的反思
1.反思。(1)翻轉(zhuǎn)課堂模式中,學(xué)生需要花費(fèi)更多的準(zhǔn)備時(shí)間,部分學(xué)生對(duì)新的教學(xué)模式的接受度不高。翻轉(zhuǎn)課堂可以嘗試,但不能常試。(2)在小組活動(dòng)中,有的小組分工不太合理,個(gè)別學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)操作能力也有待提高,學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)完成的貢獻(xiàn)度有差異。(3)教師指導(dǎo)實(shí)踐活動(dòng)的能力需要進(jìn)一步提升。
2.對(duì)策。(1)提高學(xué)生參與自主學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。精心選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,借鑒“慕課”教學(xué)模式在傳授知識(shí)、互動(dòng)交流、自主學(xué)習(xí)等方面的優(yōu)勢(shì),選擇學(xué)生關(guān)注的問(wèn)題進(jìn)行討論,實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)能力的提煉升華。(2)對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)儀器操作技術(shù)等方面的訓(xùn)練,完善實(shí)驗(yàn)方案,開(kāi)展實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力的過(guò)程性考核。(3)引導(dǎo)教師積極參加企業(yè)實(shí)踐鍛煉,提升實(shí)踐創(chuàng)新能力,成為“雙師雙能型”教師。
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The Reflection and Reformation of the Flipped Classroom in the "Cell Biology Experimental" Teaching
LI Zhi-liang,XING Hao-chun,YE Jia
(College of Life Science and Engineering,Handan College,Handan,Hebei 056005,China)