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摘要：基于轉(zhuǎn)基因生物安全管理的重要性，該文通過總結(jié)轉(zhuǎn)基因作物安全管理創(chuàng)新的主要途徑，提出物理隔離與生物隔離相結(jié)合、表型鑒定與分子鑒定相結(jié)合、臺賬追蹤與譜系追蹤相結(jié)合的安全管理創(chuàng)新實踐模式，并提出轉(zhuǎn)基因生物試驗基地安全管理的思路與對策。試驗基地安全管理對于支撐“雙一流”學(xué)科建設(shè)和新農(nóng)科實踐教學(xué)有重要意義。
關(guān)鍵詞：海南；轉(zhuǎn)基因生物基地；安全管理；創(chuàng)新與實踐
轉(zhuǎn)基因生物試驗基地（以下簡稱“基地”）是農(nóng)業(yè)農(nóng)村部首批公布的全國6個轉(zhuǎn)基因生物試驗基地之一，海南省三亞市、陵水縣、樂東縣處于熱帶氣候條件。冬季處于旱季、陽光充足、氣溫適中，農(nóng)田灌溉用水充沛，十分適宜內(nèi)地夏季生長的水稻、玉米、棉花、大豆、西瓜、豇豆等作物生長，每年全國有770多家農(nóng)業(yè)科研、企業(yè)單位前來開展南繁育種等工作[1-2]。對正在加快建設(shè)高水平世界一流大學(xué)的浙江大學(xué)而言，海南試驗基地不僅是加快農(nóng)作物育種的重要場所，同時也是支撐高水平科學(xué)研究的重要條件[3]。近年來植物生命科學(xué)高水平學(xué)術(shù)成果迭出。很重要的領(lǐng)域是生物基因功能的解析，其常用的方法就是在一種生物體內(nèi)插入、敲除、沉默某一個基因或基因片段，這些基因可以是某種植物自身擁有的，或者是其他生物的基因，通過基因工程的方法獲得的[4]。形成轉(zhuǎn)基因幼苗的季節(jié)如果處于內(nèi)地的11月以后，很難獲得正常生長的植株，并收獲種子，但在基地，極易完成整個生育期的生長發(fā)育，相關(guān)基因發(fā)生改變后的植物形態(tài)性狀、關(guān)鍵的生理生化代謝途徑、分子生物學(xué)特征等均能獲得有效解析。
1轉(zhuǎn)基因生物的重要意義
轉(zhuǎn)基因作物育種是關(guān)系著我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)國際競爭力的重要方面。一方面，我國轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花商業(yè)化于1997年獲得國家有關(guān)部門的批準，目前基本上所有商業(yè)化棉花的生產(chǎn)，均使用轉(zhuǎn)基因棉花種子[5-6]。另一方面作為國家重大科技儲備，轉(zhuǎn)基因玉米、水稻、大豆等作物的新品系，由于其優(yōu)越的抗蟲、抗除草劑和抗或耐干旱、高溫、低溫、低磷、耐鹽堿等優(yōu)異性狀，為確保未來我國糧食安全，減少農(nóng)藥使用更好地維護生態(tài)安全等提供強有力的支撐[7-9]。浙江大學(xué)的轉(zhuǎn)基因抗蟲抗除草劑玉米品種是近十年來國內(nèi)首批獲得國家安全證書的兩個品種之一，正在進一步開展試驗研究，同時在轉(zhuǎn)基因棉花育種方面也成績顯著。我國對作物的轉(zhuǎn)基因田間試驗有嚴格的審批和檢查制度，以確保各研究單位嚴格的遵守國家的法令法規(guī)[10]。相關(guān)專業(yè)學(xué)科開設(shè)轉(zhuǎn)基因生物安全的相關(guān)課程，并開展相關(guān)的實驗實踐教學(xué)，是確保轉(zhuǎn)基因生物安全的有效措施之一，對確保公眾的食物安全和生態(tài)環(huán)境安全均十分重要。
2安全管理的創(chuàng)新探索與實踐
國務(wù)院和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部對轉(zhuǎn)基因生物研究從實驗室操作管理至轉(zhuǎn)基因幼苗創(chuàng)制，到溫室人工氣候室幼苗培養(yǎng)，再到植株形成至大田試驗都制定了一系列完善的規(guī)章制度。浙江大學(xué)也制定了相應(yīng)的規(guī)章制度和設(shè)置多級組織機構(gòu)?；爻袚?dān)冬季南繁轉(zhuǎn)基因作物的田間試驗，在實際工作中創(chuàng)新和實踐了以下幾個方面的措施，確保了科學(xué)研究和實驗實踐教學(xué)的正常運作。
2.1物理隔離與生物隔離。隔離是確保轉(zhuǎn)基因作物田間試驗安全的第一要素和根本原則?；貜幕I建開始就遵循了這一原則，選擇了周邊冬春季節(jié)均是西瓜規(guī)?；a(chǎn)基地的環(huán)境，確保以水稻、玉米、大豆為主要轉(zhuǎn)基因作物試驗的基地周邊100m以內(nèi)沒有同類作物。建設(shè)了高2.2m的實體圍墻。該基地占地55113.3m2，總體呈長方形，建設(shè)了總長度1277m的圍墻。基地內(nèi)部還建有132m的圍墻，作適當分隔。在此基礎(chǔ)上，基地實行嚴格的門禁和臺賬制度，非基地師生員工除實際教學(xué)科研需要外，嚴禁出入。課題組攜帶進入的種子以及購買的化肥農(nóng)藥等資材也要嚴格登記，隔離保管，種子和農(nóng)機具倉庫實行雙人雙鎖，種子和農(nóng)資、農(nóng)機具出入倉庫須經(jīng)嚴格登記。進入基地的種子，要持農(nóng)業(yè)農(nóng)村部轉(zhuǎn)基因安全管理辦公室提供的中間試驗許可批文，以及產(chǎn)地植物檢疫檢驗證書。育秧、移栽后的不同轉(zhuǎn)基因作物品系均要明確標示，收種季節(jié)的農(nóng)機具在不同田塊之間操作之前和之后都要清洗干凈。灌溉用水，各大課題組建深井泵自我抽水管理，原則上不發(fā)生交叉。流出基地的清洗用水和生活用水均須經(jīng)過沉淀過濾，確保不能有一粒種子流出基地。成熟以后不需要帶回杭州做進一步測試研究的種子以及作物殘茬，均須粉碎后翻埋滅活處理。所有的操作有書面記錄和監(jiān)控記錄，基地相關(guān)負責(zé)人定期檢查。海南省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳轉(zhuǎn)基因生物安全管理辦公室及農(nóng)業(yè)農(nóng)村部相關(guān)機構(gòu)每年前往基地檢查臺賬和視頻記錄。除確?；刂苓叺纳锃h(huán)境不受轉(zhuǎn)基因作物污染外，基地內(nèi)部不同轉(zhuǎn)基因品系之間不發(fā)生交叉污染也十分重要。發(fā)生交叉污染會殃及后季在農(nóng)業(yè)試驗站杭州基地（含長興校外試驗基地等）的田間試驗安全。基地內(nèi)部隔離通過合理的生育期安排，錯開不同的植物材料之間花期，不發(fā)生花粉污染。生物隔離具有很強的經(jīng)驗性，各課題組對于試驗材料的開花期需要有精確的預(yù)測，如玉米是雌雄同株異化，一般同株植物雄花早于雌花一周左右開花，容易去除，生物隔離也較容易實現(xiàn)；水稻和大豆為雌雄同花，且雌雄性器官同時發(fā)育成熟，水稻一般為5%~10%的異花授粉率，大豆則更高，因此錯開開花期十分重要；雜交水稻三系材料確實需要同時開花，才能完成相關(guān)研究，則試驗區(qū)內(nèi)也要采取物理隔離措施，以確保不發(fā)生污染。
2.2表型鑒定和分子鑒定。表型鑒定是根據(jù)水稻、玉米等作物各自的農(nóng)藝性狀，來判斷應(yīng)用生育期隔離的試驗材料是否有混雜現(xiàn)象。一般轉(zhuǎn)基因作物試驗材料來自同一個株系，生育期及農(nóng)藝性狀應(yīng)整齊一致，如果混雜了常規(guī)種子或其他試驗材料，就會出現(xiàn)個別植株提前或延遲開花，影響到生物隔離的效果。課題組負責(zé)人和基地安全負責(zé)人應(yīng)該在水稻、玉米、大豆等試驗作物的花期經(jīng)常巡視檢查，及時去除混雜的單株。如果發(fā)現(xiàn)該單株具有特殊的育種價值或研究意義，則可以采取套袋等措施，既保留有價值植物材料，又保證生育期隔離起到實質(zhì)性效果，確保下一季試驗的安全和完整。表型鑒定是依靠肉眼來完成的，而通過實驗室的分子生物學(xué)鑒定則更為科學(xué)可靠[11-12]。由于基地?zé)o法建設(shè)規(guī)范化實驗室，因此分子生物學(xué)的鑒定以快速檢測為主[13-14]。該方法以檢測植物葉片內(nèi)轉(zhuǎn)基因抗蟲蛋白的存在與否作為依據(jù)[15]。由于浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)試驗站對杭州紫金港校區(qū)本部及校外長興基地普通試驗田和長興轉(zhuǎn)基因作物試驗基地均進行嚴格的批量分子生物學(xué)檢測和嚴格的監(jiān)管，使得海南基地的風(fēng)險大為降低。海南基地與長興基地互為上下代，長興轉(zhuǎn)基因生物試驗基地獲得的作物種子冬季赴海南種植，海南冬春季節(jié)收獲的種子春季回長興種植。幾年來，海南轉(zhuǎn)基因生物試驗基地常規(guī)材料中尚未發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因污染。
2.3臺賬追蹤和譜系追蹤。如果基地發(fā)現(xiàn)混雜了轉(zhuǎn)基因的植物材料，一方面要加大力度全面仔細復(fù)查，并借助于兄弟單位實驗室進行更為完整的分子生物學(xué)檢測，及時確認有關(guān)株系，并全部銷毀。同時，要對有關(guān)課題組是否規(guī)范開展轉(zhuǎn)基因作物研究開展系統(tǒng)追蹤分析。所有開展轉(zhuǎn)基因作物研究的實驗室、課題組有完整的實驗臺賬記錄，以及實驗室內(nèi)轉(zhuǎn)基因材料和非轉(zhuǎn)基因材料隔離保管的記錄。追蹤實驗室階段，以及實驗室到實驗溫室、人工氣候室等階段的臺賬記錄，完全可以找出混雜的關(guān)鍵節(jié)點，從而幫助有關(guān)課題組改進和完善有關(guān)工作，防止出現(xiàn)交叉污染。另一種較為復(fù)雜的情況是從事作物育種的教師與兄弟單位交換育種材料，或與兄弟單位合作的校外基地完成了早代的雜交育種工作。當這些育種材料具有較大的應(yīng)用前景時，會在南繁基地開展南繁加代以加快新品種培育進程，即部分南繁試驗材料的早代不在農(nóng)業(yè)試驗站檢測監(jiān)管的范圍內(nèi)，而兄弟單位提供或合作形成的早代親本可能由于多種原因包含了轉(zhuǎn)基因的成分。因此需要追蹤最早雜交的父母本來源，找到最初的轉(zhuǎn)基因親本來源，進行系譜追蹤。
3提升安全管理的思路與對策
3.1加強實踐教學(xué)課程建設(shè)。師生的生物安全意識是最重要的安全管理措施。浙江大學(xué)面向研究生開設(shè)“轉(zhuǎn)基因生物安全”理論課，本科教學(xué)階段也有相關(guān)的理論課程與實驗實踐教學(xué)內(nèi)容?；亟ǔ梢詠矸e累了大量的實踐教學(xué)素材，可配合校內(nèi)的相關(guān)理論課程?；匾呀?jīng)建設(shè)了全覆蓋的監(jiān)控系統(tǒng)，可以通過連接校內(nèi)教學(xué)視頻錄播系統(tǒng)，完成遠程實踐示范教學(xué)[3]。在約定的時間段，師生還可以通過遠程互動來增加轉(zhuǎn)基因作物安全管理的實踐知識和技能。目前，海南浙江大學(xué)研究院已經(jīng)初步建成，并招收了第一批碩士、博士研究生，可以在基地開展實踐教學(xué)。
3.2提升分子生物學(xué)鑒定能力?；氐姆肿予b定目前以簡易的快速測定為主，隨著海南浙江大學(xué)研究院的建成，分子生物學(xué)相關(guān)的實驗室儀器配置逐步完善，將提升轉(zhuǎn)基因作物田間檢測水平和能力，基地也將承擔(dān)海南浙江大學(xué)研究院的相關(guān)科研任務(wù)、研究生的實踐教學(xué)，實現(xiàn)全方位的相互支持。
3.3適當增建基地配套設(shè)施。目前基地只能承擔(dān)田間試驗為主的中間試驗，所有轉(zhuǎn)基因作物試驗材料均須向農(nóng)業(yè)農(nóng)村部申報。如果是面向基礎(chǔ)性、機理性研究的轉(zhuǎn)基因生物實驗材料，按照國家有關(guān)規(guī)定，在實驗室條件下只需獲得學(xué)校審批即可繼續(xù)開展研究。建設(shè)30~50m2，具有完全實驗室性質(zhì)和配套管理功能的玻璃溫室，實現(xiàn)小面積與周邊田間試驗絕對隔離，就可以滿足相關(guān)研究的需求，對于支撐相關(guān)學(xué)科特別是海南浙江大學(xué)研究院的創(chuàng)新發(fā)展具有重要意義。基地的安全管理經(jīng)過多年的探索，取得一定的成效，對于支撐學(xué)科建設(shè)和實踐教學(xué)均起到了十分重要的作用。通過進一步加強硬件建設(shè)和配套服務(wù)與管理，會取得更好的發(fā)展，也將為全國轉(zhuǎn)基因作物試驗田間管理提供示范。
作者:黃沖平 張先文 顏晶瑩 胡晗 單位:浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)試驗站 浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院