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全球应用最广的转基因抗虫玉米MON810 杀虫效果如何? qrcode

2020-05-15

转基因抗虫玉米是市场价值最高的性状,也是各大公司竞争最激烈的领域。鳞翅目害虫是全球性的玉米害虫,该性状的研发具有较强的普适性,市场价值超过23亿美元。

杀虫效果

20世纪90年代,孟山都公司开发了抗虫转基因玉米MON810,于1996年获得美国食品药物管理局(FDA)、美国农业部(USDA)和美国环保署(EPA)批准后在美国商业化,并于1998年在欧盟获得了商业种植许可。作为转基因抗虫玉米中商业化程度最高的MON810,全球有26个国家和地区批准其用于种植或饲料食品加工,我国从2002年开始允许进口MON810品系转基因玉米用于饲料食品的加工原料。自商业化至今的20多年间,MON810品系在防治玉米螟方面效果好,受到种植者欢迎。

MON810对心叶期发生的一代欧洲玉米螟和对穗期发生的二代玉米螟防效都高达96%。试验结果显示MON810对亚洲玉米螟有明显抗性。此外,MON810对玉米茎夜蛾、玉米禾螟也具有一定的控制效果。MON810的玉米子粒对储粮害虫也有一定的控制作用,研究显示可使印度谷螟和麦蛾的生殖能力下降。MON810在生育期表达量不同,在抽丝期前呈上升趋势,于抽丝期达到最高,之后下降;在各器官中的表达量也不同,叶片的表达量最高,依次为茎、根,在种子和花丝中的表达量很少。

安全评价

以质粒DNA为探针进行Southern杂交,分析表明MON810转化体中仅含有单位点的单拷贝插入。进一步的遗传分离分析也证实,证明了该外源基因可以按照孟德尔遗传法则稳定的遗传。

插入到玉米的染色体基因组中MON810玉米所产生的Cry1Ab蛋白只对特异性的鳞翅目害虫起作用,对人类、哺乳动物和其它有益昆虫没有影响。在食用安全方面,中国疾病预防控制中心将MON810玉米以50%的比例掺入饲料中,饲喂大鼠90 d,未见异常。MON810从1996年商业化以来,在食用安全方面未发现与常规玉米有差异。对有效成份分析的结果也表明玉米MON810的营养成份与常规玉米实质等同。玉米MON810除具有抗虫特性外,在感病性及其它农艺和表型性状上与常规玉米表现一致。

MON810抗虫玉米中Cry1Ab蛋白在整株植物以极低水平有效表达。通过经过验证的ELISA方法对不同组织的Cry1Ab蛋白表现水平进行了定量测定。结果表明,MON810玉米的Cry1Ab蛋白表达水平在不同年份和不同地理区域具有一致性。Cry1Ab蛋白表达水平的一致性也证明了产品表现好的重要指标之一——插入的稳定性。Cry1Ab蛋白表达水平足以在全生长过程中有效地控制第一、二代玉米螟的危害。

有关环境评价研究证明,玉米MON810对环境中的有益昆虫没有危害,对土壤生物也没有影响。MON810抗虫玉米可以有效地控制玉米螟等特定的鳞翅目害虫,其籽粒及其衍生产品的生产或进口都不会对非靶标生物和环境产生负面影响。而且有大量的信息证明,含有Cry1Ab蛋白的苏云金杆菌K亚种(B.t.k)的微生物杀虫剂不会对非靶标物种产生作用。形成这些抗虫玉米植株Cry1Ab基因编码的Cry1Ab蛋白对鳞翅目昆虫具有特殊的选择性,当害虫取食后,在昆虫中肠的碱性条件下产生毒素并结合于肠内特异的受体上而产生杀虫作用,而对益虫和非靶标昆虫没有不利影响。这些益虫和非靶标昆虫包括鳞翅目害虫的捕食者和寄生者或蜜蜂。实验室研究也证明了Cry1Ab蛋白对蚯蚓、鲇鱼、鹌鹑、弹尾目昆虫、枝角类是安全的。

试验采用Cry1Ab蛋白的抗胰蛋白酶核,因为它是Cry1Ab蛋白的抗虫活性部分。MON810玉米多年的商业化也证明了其对非靶标生物的安全性。通过测量土壤中MON810玉米组织中抗虫活性的减少,来评估Cry1Ab蛋白的降解率。结果表明Cry1Ab蛋白的半衰期DT₅₀为1.6天,DT₉₀(达到90%失活的天数)为15天。这个降解与微生物Bt产品在土壤中的降解率是相似的。因此,Cry1Ab对土壤中非靶标微生物无害的结论。

除与其他Cry蛋白外,Cry1Ab蛋白同在PIR、EMBL、Swissprot和GenBank蛋白数据库中同已知的毒素蛋白没有有意义的氨基酸序列相似性。在胃液中,由于含有胃蛋白酶Cry1Ab蛋白迅速降解,Western杂交分析发现,在模拟胃液试验中,2分钟内90%的最初加入的Cry1Ab蛋白降解。对小鼠进行了急性口服毒性试验表明,Cry1Ab蛋白对哺乳动物没有急性毒性。在试验的小鼠急性毒性口服试验中,所用的Cry1Ab蛋白的最高剂量大约是MON810玉米作为人类食物摄入该蛋白量的2000万倍以上

自愿开展的为期十年通用监测

2001年,欧盟规定转基因生物上市后不但要开展个案监测,确认环境风险评估(ERA)中转基因生物及其应用存在的不利影响;同时要进行通用监测,确定转基因生物及其应用对人/动物的健康或生态环境存在ERA未预料到的不利影响。

尽管MON810在欧盟的商业化种植授权中不包括上述第二个要求,但孟山都公司还是自愿开展了为期十年的通用监测。近期,孟山都公布了在欧洲国家进行的转基因MON810玉米得售后十年环境监测结果。孟山都对2006—2015年间8个欧洲国家的2627户玉米田采集的数据进行了统计分析,没有发现预期外的与MON810种植相关的不利影响。与常规玉米相比,MON810的种植显著减少了农药的使用量,有效防治了目标害虫;因此,转基因玉米生长更健康,产量也更高。同时,MON810对病虫害的敏感程度也降低了。对环境和野生动物的监测数据表明,MON810玉米与常规玉米没有显著差异。

文献检索也是通用监测的一部分,孟山都据此获得了一整套涉及MON810环境安全和食品、饲料安全方面的文献资料。结果表明,没有一个不利影响是最初ERA未预料到的,MON810的安全评估结论也没有发生改变。需要注意的是,在欧洲进行MON810环境风险评估时,靶标害虫的抗性发展是唯一的潜在不利影响。转基因抗虫作物和农药杀虫机理类似,理论上害虫也会产生抗性。研究人员表示,尽管没有检测到靶标害虫对杀虫蛋白Cry1Ab的抗性变化,但仍需要持续的昆虫抗性管理(IRM)来维持转基因产品功效,从而延缓抗性发展。

孟山都公司在2000年将MON810转化事件申请中国专利CN1266616A《一种防治害虫的方法》。专利管理是为了保护知识产权,但是为了人类能够共享科技进步成果,一般设置20年保护期限。MON810转化事件经过了20多年的实践验证,在其专利保护期以后,可以继续挖掘其价值且无需担忧知识产权陷阱。

 

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