基因飘流的生物学因素和物理因素
基因农业网,2013-08-02
转基因作物安全性问题中,热点之一是转基因飘流的潜在风险。
事实上，花粉扩散介导的同物种受精结实，以及物种间的异交结实是基因飘流的根本途径。所以花粉扩散和基因飘流是一个历来普遍存在的自然现象,并非从转基因作物才开始。转基因如果不改变作物的开花和生殖过程及途径,其基因飘流与非转基因作物没有本质上的区别。
从进化角度讲,基因飘流还是物种进化的动力,如果没有基因飘流,就不会有今天这样数量繁多的植物种类。众所周知,栽培稻来自于普通野生稻,异源六倍体栽培小麦的ABD三个基因组分别来自相关的野生种,栽培玉米的祖先为大刍草,欧洲型油菜的AC基因组是白菜A基因组和甘蓝C基因组的复合种,这些作物的进化都是天然异交或人为杂交中基因流动和重组的结果。
诚然基因飘流对物种进化有正面的影响,但转基因的基因来源已超越了本物种的范围,可来自植物、动物或微生物,打破了原有物种隔离的界限。一个异源基因转入到一个新的遗传背景中会产生何种影响,需要做科学的潜在风险分析。
因此,在考察转基因飘流的风险中应当根据作物种类(自交、异交、常异交、不育系等)、基因来源及其所提供的性状(改变农艺性状、药用、工业用或其他特殊用途等)、以及转基因作物释放的环境(有无有性可交配的野生种和近源种)来区别对待。
显然,异交作物的基因飘流风险会大于自交或严格自交的作物,药用和工业用等特殊用途的转基因作物的环境释放有可能通过基因飘流进入食物链,其风险会明显高于一般农艺性状改良的转基因作物,转基因作物释放环境中是否存在有性可交配的近缘和野生种也与风险程度密切相关。
有必要在风险控制中引入阈值管理的原则，也就是在风险可控的的基因飘流频率指定值。如<0.1%,意即在大于等于阈值距离时,1000株中由于基因飘流而引起的杂株均少于1株。
需要设定允许阈值的理由有两点:一是理论上零风险不存在，也是不可能做到的。除非是无融合生殖、孤雌生殖和闭花受精等,基因飘流不可能根本杜绝。花粉扩散和基因飘流的基本规律是基因飘流率随距离增加而减少；二是实践上阈值管理是一个普遍通行的原则。在农业生产中,历来对育种、繁种、制种和生产用种都采用了阈值管理的办法。
目前生产上控制基因飘流最简单易行的措施是距离隔离和花期隔离。在1996年中国首次出台的《农业转基因生物安全管理条例》中,曾参考了当时国外提出的隔离距离和中国育种繁种中为保持品种纯度设置隔离距离的经验,分别提出了不同作物的参考隔离距离,如水稻100米,玉米300米,大豆100米,棉花150米,油菜1000米等。
生物学因素和物理因素是影响基因飘流的决定因子，因此在考察基因飘流频率和距离时须重点关注8个要点。
第一、作物的开花和生殖生物学特性。如自交、异交,还是常异交;传粉方式为风媒、虫媒、还是风媒加虫媒,花期、花时是否相遇及相遇的程度;花粉量及花粉寿命;柱头生活力、外露率和接受花粉的能力;各种不同受体如栽培品种、不育系、相关野生种的异交结实率;有性繁殖、无融合生殖,还是营养繁殖等。
第二、试验地点及气候条件。不同区域的气候条件差别很大,开花期的温度、湿度、晴雨、风向和风速等均会大大影响基因飘流的频率和距离;一年一地的试验结果,还是多年多点重复试验的结果,后者可靠性显然大于前者。
第三、田间试验设计。是同心圆设计还是方形或长方形设计;供体和受体面积的大小;取样分析的样本量大小等等。小面积小样本的数据一般代表性较差,常常不能用于分析转基因作物大规模商业化后的风险,较大面积、模拟生产实际的试验,甚至景观范围的转基因飘流数据,有可能用于分析转基因作物商业化后能否与非转基因作物共存的问题。
第四、杂种建立居群的能力和生存竞争性。包括种间杂交率、杂种后代的育性和回交能力,能否建立自然居群及其生存竞争性等。
第五、最大基因飘流率、最远飘流距离及允许阈值的设置。
为尽可能减少基因飘流,在讨论隔离距离时采用0.1%的允许阈值。这是因为:①在常规良种繁育和杂交制种中均允许有一定的不纯率,生产原原种要求的纯度一般为99.9%,将基因飘流允许阈值设为0.1%可以满足生产原原种的要求。②在现行欧盟对转基因农产品的标识制度中允许阈值为0.9%,超过0.9%需要标识,小于0.9%则不需要标识。如采用基因飘流允许阈值为0.1%,则在允许阈值距离外的农产品中的转基因成分显然已低于0.9%。
第六、不同国家对作物育种、制种和繁殖的隔离距离要求。常规育种和良种繁育中长期积累的对隔离距离的要求,以及过去用不同形态标记做试验所获得的异交率数据,对设置转基因作物的隔离距离具有有益的参考价值。
第七、转基因与非转基因作物的共存。转基因作物大规模商业化后,提出了转基因与非转基因作物能否共存、如何共存的问题。近年来如抗虫、抗除草剂转基因玉米商业化后,已积累了不少在大面积上研究转基因飘流数据,证明转基因与非转基因作物是可以共存的。
第八、染色体倍性、花器构造、闭花受精、传粉昆虫的种类和群体大小、种子大小和传播能力、花期是否遇特殊气候条件、检测方法及其可信度及有性可交配种的分布范围等都是需要特别描述和说明的问题。
