農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因商業(yè)化應(yīng)用及檢測方法
在轉(zhuǎn)基因技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，為緩解全球人口增加帶來的糧食短缺，資源匱乏等一系列的問題，轉(zhuǎn)基因技術(shù)越來越多的應(yīng)用于玉米、大豆、棉花等農(nóng)作物中，轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化應(yīng)用的發(fā)展模式也在逐步建立。下面是小編搜集整理的相關(guān)內(nèi)容的論文，歡迎大家閱讀參考。
摘要：我國在玉米、水稻等主要農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因研究方面取得了較大的進(jìn)展。農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因監(jiān)管需要高效、準(zhǔn)確的檢測技術(shù);而我國農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因快速檢測技術(shù)尚不成熟。本文總結(jié)了當(dāng)前農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因檢測的相關(guān)技術(shù)，為快速高效的轉(zhuǎn)基因檢測技術(shù)研究提供參考。
關(guān)鍵詞：農(nóng)作物;轉(zhuǎn)基因;檢測
一、 轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物發(fā)展的基本情況
農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因技術(shù)使農(nóng)作物獲得自身不具有的抗除草劑、抗病蟲害、耐鹽堿、富營養(yǎng)、抗干旱、高產(chǎn)量、抗重金屬等特性[1]，該技術(shù)自問世以來取得了飛速的發(fā)展。1988年M.A.W.Hinchee等[2]和D.E.McCabe等[3]率先獲得轉(zhuǎn)基因大豆植株，標(biāo)志著大豆轉(zhuǎn)基因研究的成功。轉(zhuǎn)基因大豆商業(yè)化自1994年開始，截止到2009年，大豆已成為世界上種植面積最大的轉(zhuǎn)基因作物。自C.James[4]首次利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)玉米轉(zhuǎn)化成功以來，由于抗蟲、抗除草劑玉米較好的性狀表現(xiàn)，在美國等國家獲得較大面積的推廣，并為相關(guān)種子企業(yè)帶來豐厚的利潤回報(bào)，迄今玉米已經(jīng)成為最成功的商業(yè)化轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物。全球轉(zhuǎn)基因植物的種植面積由1996年的260萬hm2迅速增至2014年的1.815億hm2[5]。目前，全球主要的商業(yè)化轉(zhuǎn)基因作物大約有25種，其中大豆種植面積約占全球轉(zhuǎn)基因種植作物面積的47%[6]，其次是玉米，約占32%，緊跟其后的是棉花和油菜，分別占比15%和5%。
二、我國農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因現(xiàn)狀
全球轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物商業(yè)化種植已有20余年。我國農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)展也很快，到20世紀(jì)90年代中期，我國已掌握自主研究的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉育種技術(shù)，并擁有相關(guān)專利，打破了國外在轉(zhuǎn)基因技術(shù)上的壟斷地位。自國家“十二五”規(guī)劃轉(zhuǎn)基因重大專項(xiàng)實(shí)施以來，隨著技術(shù)和設(shè)備的不斷更新，我國科學(xué)家在玉米、水稻等作物學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究，特別是轉(zhuǎn)基因水稻方面的研究，走在世界前列，在許多方面取得較理想的發(fā)展成果。2009年12月，農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)了2個(gè)抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻品種(華恢1號(hào)、Bt汕優(yōu)63)和1個(gè)轉(zhuǎn)植酸酶基因玉米品種的安全證書。
三、轉(zhuǎn)基因檢測技術(shù)是轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物有序發(fā)展的保障
隨著轉(zhuǎn)基因作物在全球范圍內(nèi)種植面積的日益擴(kuò)大，人們對(duì)轉(zhuǎn)基因安全性的關(guān)注及擔(dān)憂日益增加[7]。我國對(duì)農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因監(jiān)管嚴(yán)格，行政執(zhí)法部門對(duì)農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因的監(jiān)管，應(yīng)以檢測為技術(shù)依據(jù)來加大執(zhí)法力度，防范非法轉(zhuǎn)基因擴(kuò)散對(duì)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及食品加工行業(yè)造成危害。另外，有關(guān)轉(zhuǎn)基因知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)中，對(duì)于侵權(quán)的認(rèn)定，也需要通過檢測來確認(rèn)。因此，當(dāng)前形勢下，加強(qiáng)農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因檢測，是確保我國農(nóng)業(yè)安全、維護(hù)法律尊嚴(yán)的要求。加快大批量農(nóng)作物種子盲樣轉(zhuǎn)基因檢測技術(shù)研究，已成為轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物商業(yè)化推廣進(jìn)程的重要內(nèi)容。
四、農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因成分的檢測方法
本文綜述的農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因檢測方法主要有3類：第1類方法在市場監(jiān)管檢測中最為常用，是以外源基因的特定DNA序列為對(duì)象的檢測技術(shù);第2類是蛋白質(zhì)檢測技術(shù);第3類是紅外檢測轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品化學(xué)性質(zhì)及空間構(gòu)型。
4.1基于DNA序列的檢測方法
4.1.1PCR檢測方法依據(jù)其檢測對(duì)象不同分為4類：元件特異性PCR[7]、基因特異性PCR[8]、構(gòu)建特異性PCR[9]、轉(zhuǎn)化體特異性PCR[10]。通過PCR技術(shù)檢測轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)化載體攜帶的啟動(dòng)子、標(biāo)記基因、終止子等特定序列，判斷其是否為轉(zhuǎn)基因作物。該方法特異性較好、效率較高、費(fèi)用低，是目前我國農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因監(jiān)管部門進(jìn)行轉(zhuǎn)基因監(jiān)管檢測的主要方法，目前已發(fā)布此類檢測標(biāo)準(zhǔn)逾50項(xiàng)。該方法通過普通PCR或?qū)崟r(shí)熒光定量PCR對(duì)轉(zhuǎn)基因作物通用元件進(jìn)行檢測，是一種較快速、高效的方法，但缺陷是目前通量較小、周期較長，容易出現(xiàn)假陽性。
4.1.2基因芯片法基因芯片法又稱為DNA微探針陣列法，其實(shí)質(zhì)就是高度集成化的反向斑點(diǎn)雜交技術(shù)，通過將外源基因的特異性片斷制成檢測芯片，與待測樣本的DNA進(jìn)行雜交，反應(yīng)結(jié)果掃描后，通過計(jì)算機(jī)軟件分析，來判斷出待測樣品是否為轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品[11]。該方法通量高，但是試驗(yàn)過程繁瑣，尤其是費(fèi)用很高，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求高，可普及性較低。
4.2基于表達(dá)產(chǎn)物蛋白質(zhì)的檢測方法
以抗體、抗原為基礎(chǔ)的`免疫學(xué)蛋白質(zhì)檢測方法[12]，通過定性、定量外源基因表達(dá)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)來判斷作物是否為轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品。外源表達(dá)蛋白的檢測方法有3種：生化反應(yīng)檢測法;免疫學(xué)檢測法，主要有Western雜交、ELISA法及免疫沉淀法;外源表達(dá)蛋白生物學(xué)活性的檢測。外源表達(dá)蛋白的檢測是轉(zhuǎn)基因作物檢測及安全性評(píng)價(jià)最有效的方法之一，但此種方法只針對(duì)某一個(gè)轉(zhuǎn)化事件，需要采取逐個(gè)排除的方法來達(dá)到檢測目的，繁瑣、成本高，不適于大批量盲樣檢測。此外還要考慮轉(zhuǎn)基因后基因表達(dá)沉默的問題，易出現(xiàn)漏檢。
4.2.1蛋白印跡法該方法利用特異性抗體對(duì)凝膠電泳處理過的蛋白樣品著
色，通過著色的位置和著色深度，來獲知特定蛋白質(zhì)在目標(biāo)樣品中的表達(dá)情況，再通過電泳圖譜分析，可定性及定量目標(biāo)蛋白。4.2.2ELISA法陽性表達(dá)蛋白的抗體與被檢測樣品中的轉(zhuǎn)基因蛋白結(jié)合，再與酶標(biāo)抗體或酶標(biāo)二抗結(jié)合，加入底物后通過酶促反應(yīng)形成有色物質(zhì)，根據(jù)顏色深淺或酶標(biāo)儀檢測結(jié)果進(jìn)行判斷。
4.2.3試紙條法所謂的試紙條法，就是利用外源表達(dá)蛋白特異結(jié)合的抗體與顯色劑結(jié)合后被固定在試紙條內(nèi)，試紙條浸入含有外源蛋白的植物組織液中，當(dāng)特異抗體與外源蛋白結(jié)合時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)出特定的顏色，從而進(jìn)行判斷。目前，一張?jiān)嚰垪l只能檢測一種外源基因，而農(nóng)作物種子尤其是玉米樣品的盲樣檢測，可能會(huì)多到20多種轉(zhuǎn)化事件，而且大部分轉(zhuǎn)化事件的試紙條還沒有研發(fā)成功，因此，此類方法更適合轉(zhuǎn)基因科學(xué)研究中已知基因的陽性檢測，還不適宜于市場監(jiān)管中的大批量盲樣檢測。
4.2.4蛋白芯片法蛋白芯片法與基因芯片法原理類似，可以定性定量檢測目標(biāo)蛋白。用不同的探針陣列測定外源基因的表達(dá)產(chǎn)物，彌補(bǔ)了基因芯片檢測技術(shù)的不足。該技術(shù)對(duì)設(shè)備和技術(shù)要求較高，不具備普遍性。
4.3利用紅外線檢測轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品
近紅外光譜法(NIR)是一種利用波長在780~2526nm范圍內(nèi)的透射光及反射光譜，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行定性和定量分析的新技術(shù)，在食品、煙草、制藥等轉(zhuǎn)基因作物檢測方面有所應(yīng)用。該技術(shù)綠色、無損、快速、高效，適合在線分析[13]。5討論隨著轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物商業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，外源基因的種類不斷增加，越來越多的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物將會(huì)逐步進(jìn)入市場，轉(zhuǎn)基因技術(shù)的飛速發(fā)展，也要求轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的檢測技術(shù)進(jìn)行不斷升級(jí)與改進(jìn)。目前國內(nèi)外常用的轉(zhuǎn)基因檢測技術(shù)主要基于蛋白質(zhì)和核酸水平的檢測。結(jié)合國內(nèi)外研究進(jìn)展，可以得出：蛋白質(zhì)水平上的檢測主要適用于轉(zhuǎn)基因初產(chǎn)品檢測。其次，由于普通PCR和實(shí)時(shí)熒光定量PCR對(duì)通用元件進(jìn)行檢測是一種快速、高效的轉(zhuǎn)基因檢測技術(shù)，因此成為我國目前轉(zhuǎn)基因作物核酸水平檢測上最為主要的方法，但是還需繼續(xù)提高準(zhǔn)確率、檢測通量和效率，滿足日益增長的轉(zhuǎn)基因樣品檢測需求。因此，為了更有效地應(yīng)對(duì)未來轉(zhuǎn)基因作物檢測帶來的新挑戰(zhàn)，需要不斷探索、創(chuàng)新和綜合應(yīng)用其他相關(guān)檢測方法，以求更加準(zhǔn)確、高效地做好轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物相關(guān)檢測工作，保障我國農(nóng)業(yè)和食品安全。
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