转基因植物食品检测技术研究进展

GMO（转基因）借助基因工程，成功实现了基因在动物、植物乃至微生物之间的转化。转基因技术的出现，大幅度提升了植物的生长水平、农产品产量，降低了农业成本。目前，世界各国均已建立转基因试验田，频繁开展转基因植物培育实验，转基因作物数量已经超过100种，而由转基因作物生产、加工的转基因食物种类已经多达数千种。

我国自1996年开始批准转基因作物大规模商业化，1996-2019年，我国转基因作物的种植面积从最初的170万公顷达到1.904亿公顷，年复合增长率达到22.8%。目前，我国允许种植的转基因作物仅限于棉花、番木瓜，玉米、大豆、水稻、油菜、甜菜等几类转基因作物始终由国外进口。

目前，各类研究仍无法证明转基因食品对人体无毒无害，转基因食品的利弊仍处于激烈的博弈之中，因此只有掌握有效的转基因食品检测技术，才可确保我们不会受到转基因食品的侵害。本文对转基因食品的检测技术研究进展进行了分析，围绕PCR、ELISA技术等转基因食品检测技术进行了探讨，并对两种技术做出对比，最后对目前转基因食品检测技术的发展概况做出总结。

一、转基因食品概述

基因为控制生物性状的最基本单位之一，记录着生物繁衍、生殖的相关信息，对基因加以修改，可将一个有机体的部分特征甚至是全部特征加以改变。转基因食品，分为转基因动物食品、转基因植物食品，是将原本并非动物或是植物细胞中的遗传基因，以人工植入的形式向动物、植物细胞核内植入，使其在动物、植物细胞体内表达性能、发挥作用。譬如科学家会利用生物技术，将一些动物的基因转移至其他物种体内，从而改造生物遗传组织，让新的物种具备原物种并不具备的一系列特征，而这些特征的转变，完全可以按照人类的需要来完成，而这也是转基因备受争议的地方。

转基因的功能、种类繁多，一些转基因植物中甚至会植入多达七八种外来基因。我们常见的转基因植物有很多，如利用鲜鱼的基因，帮助草莓等植物抵御冬季的寒冷天气;亦或是将一些细菌基因接入大豆、玉米等农作物植株内，从而降低虫害的发生概率。而利用这些转基因生物作为原料所加工、生产的食品，便是转基因动物（植物）食品。

二、转基因植物食品利与弊的博弈

时至今日，关于转基因植物食品的利弊仍旧处于激烈的博弈之中，通过对以往学者、新闻报道信息的整合，总结出转基因植物食品的优点与缺点。

1.转基因植物食品的优点。首先，以往要想改变植物的品种，会通过育种这种形式达到目的，但是这一传统的育种方式不但时间消耗较长，而且杂交出的品种可控性差、目的性差，后代可能出现高产不抗病或是抗病不高产等问题，所以得需要频繁进行实验、选育。在转基因技术下，可选择任何目的基因进行植入，从而得到新品种，可以大幅节约时间成本。其次，传统育种对象仅能针对同类物种，如玉米对玉米、高粱对高粱，无法实现跨物种杂交，特别是水稻，更不可实现对细菌的杂交。在转基因技术之下，可将不同植物基因进行组合，且能将动物基因植入植物体内。例如把北极熊基因植入番茄，成功培育出耐寒番茄品种。最后，转基因技术可实现高产、抗病毒、抗旱、抗虫等多项优异性质的植物品种培育，大幅度减少化肥、农药对农作物的侵害，甚至降低农作物对水的依赖，在降低农业成本的同时，大幅度提升单位面积产量，有效缓解世界粮食短缺的问题。例如阿根廷在播种转基因大豆后，大豆的抗杂草、抗病能力大幅度提升，种植成本比常规大豆降低至少15%。

2.转基因植物食品的缺点。首先，根据科学报道，一部分转基因植物食品大概率含有过敏原以及有毒物质，食用后将对人体健康造成不利影响，严重情况下甚至会致癌、导致遗传疾病。尽管目前世界范围内并未出现具备绝对说服力的研究报告证明转基因植物食品有毒，但是有部分学者仍旧认为，对于基因的提炼、添加，会积聚植物内原有的微量毒素，目前任何组织都不能保证经转基因改良后的植物食品完全无毒。普斯陶（英国科学家）曾在研究报告内指出，马铃薯经过基因改造后，对实验老鼠的肝、胃乃至免疫系统均造成了伤害。尽管这一实验结果仍有待验证，但仍然说明转基因植物食品有一定概率会对人体有害。其次，有研究者指出，转基因会以目前人类还未掌握的方式，对食物内的营养成分进行破坏。美国伦理和毒性中心的一份实验报告也指出，同一般大豆相比，耐除草剂的转基因大豆，其防癌成分异黄酮数量有所下降。

综合上述资料可知，对于转基因植物食品的利弊，不同的学者各持己见。为了最大化降低转基因植物食品对人体的危害，对转基因食品进行检测显得十分必要。

三、转基因植物食品检测技术研究进展

1.转基因植物食品的检测方法。目前，面向转基因植物食品的检测方法集中在PCR检测、ELISA检测。

（1）PCR检测。PCR检测，全称为聚合酶链式反应检测，隶属一种对特定区段DNA进行复制的技术。近年来，PCR技术得到快速发展，且被广泛应用在遗传工程、疾病诊断、生命科学、法医鉴定甚至考古学等诸多领域。PCR检测便捷、快速且直接，大量科研单位、机构都已经开始应用PCR技术来检测转基因食品。

PCR检测又分为两种，下面进行简单介绍。①定量PCR检测。定量PCR检测可快速确定检测样本内的GMO百分比。目前，定量PCR技术中，定量竞争性PCR技术（QC-PCR技术）应用最为广泛。1998年2月，欧洲12个大型实验室建立、评价了QC-PCR系统，并将其应用在检测食品中抗草甘膦大豆以及抗Bt玉米虫，实践证明，QC-PCR技术在经过校准之后，能够有效检测出几类商品化食物样本以及3类面粉混合物内的RRS成分。在QC-PCR应用基础上，有实验机构采用RT-PCR，结合Prism7700设备开展MM与RRS的定量检测，检测结果显示，对比QC-PCR技术，RT-PCR技术的灵敏度高出10倍之多，能够对0.01%样品开展精确定量。目前，RT-PCR已经成功应用到各种混合物成分的检测，如大豆种子、粗燕麦片、玉米糖浆、大豆蛋白、卵磷脂、人造奶油、干果、坚果等混合制造而成的食品。

②定性PCR检测。定性PCR最初是开展食品内GMO检测的方法，该方法可通过对目的基因、特殊序列基因进行检测，在科学组织建立基因表达载体阶段，经常在目的基因5’、3’端加入启动子、终止子，确保外源基因可以在植物内有效表达，且不对其他基因表达造成影响。目前约70%的转基因植物内使用了CaMV35S启动子，常用终止子则为胭脂碱合成酶NOS终止子以及Rubisco小亚基基因3’端区域。瑞典在进行食品中GMO检测研究阶段，利用定性PCR检测35S启动子，当检测到食品内的35S启动子，则DNA会贴上GMO标签，因此，35S-PCR系统在瑞典食品GMO检测中扮演着重要角色。数年前，13个国家多达29个实验室开展联合合作研究，采用35S-PCR以及NOS-PCR对食品内的GMO进行检测，实验结果显示，当大豆、玉米内包含2%GMO，35S-PCR以及NOS-PCR可实现正确检测，但是当样品内GMO仅为0.5%时，35S-PCR检测率仍旧可达到100%，但NOS-PCR在对105个样品检测时出现3个假阳性结果，原因在于大豆基因组是玉米基因组的1/2，故对玉米样品0.5%GMO进行检测期间，其假阳性高于大豆，这也证明了两种PCR检测技术中35S-PCR更加灵敏。但需要注意的是，35S-PCR或是NOS-PCR，仅可发现食物内是否存在GMO，但是并不能对GMO类型进行鉴别。

（2）ELISA检测。ELISA检测的原理是将抗原与抗体反应的特异性，同酶对底物的高效催化作用充分结合，利用酶作用于底物之后的显色反应，在抗原、抗体相结合期间，借助荧光反应或是比色实现GMO的鉴定，在这一鉴定过程中，酶同底物反应出的颜色，同样品内抗原含量成正比关系。ELISA检测不仅能实现定性检测，同时亦可实现定量检测。数年前，37个实验室研究结果证明，大豆干粉内GMO含量为2%情况下，ELISA检测的检测结果可信度可达到99%。

（3）基因芯片检测技术。所谓基因芯片，是将大量探针分子固定在支持物上，随后令其同标记样品分子开展杂交，基于对每个探针分子杂交信号强度的检测，获取样品分子的序列信息、数量等数据，从而一并实现定量与定性分析，继而一次性对样品的大量序列实现分析与检测。对比传统PCR检测或是ELISA检测，基因芯片有着更高的灵敏度、特异性、精准性，更低的假阳性率与假阴性率，且自动化程度较高。

2.检测方法对比。PCR技术和ELISA技术均为目前检测转基因植物食品的主要技术，两种技术各有不同的优缺点。首先，ELISA的检测成本为1-5美元，PCR的检测成本则需要20-30美元。但是站在效果角度分析，由于蛋白质对热敏感，因此在加热过程中容易变性，因此ELISA法可能无法实现由转基因植物原材料加工而成的食品内GMO的检测。与此同时，蛋白质表达具有组织特异性，这一特异性也对ELISA法的应用造成了限制，PCR检测则不会受到材料带来的限制。其次，PCR检测速度更快、更灵敏，且特异性更强，核酸对于热相对比较稳定，根据实验显示，ELISA检测灵敏度对比PCR检测低100倍，且消耗的时间更长。最后，站在应用范围角度分析，PCR检测应用更加普遍，而ELISA法相对狭窄，因此综合分析，PCR技术在转基因植物食品检测领域优于ELISA检测。

然而，尽管PCR技术优于ELISA技术，但PCR也并非十全十美，其应用也会受到诸多因素的影响，例如DNA质量、PCR抑制因子、PCR参数设置等。同时应用PCR进行转基因植物食品检测，具有一定概率的交叉感染风险继而产生假阳性现象，故对操作人员的专业素养以及设备的精准度有着极高的要求。与此同时，精炼糖、油类等一些食品在加工的过程中，DNA会遭到破坏，一些化学因子、物理因子、酶因子会降解DNA，故需进一步提升PCR的精准性，还需在修改DNA提取方法上开展进一步的研究。

基因芯片技术虽然克服了转基因植物食品检测的一些瓶颈问题，但是该技术成本较高，未来需加快研发更加先进的基因检测芯片，进一步简化操作步骤，提升精准性与检测效率。

综上，转基因技术的发展推进了农业、种植业的飞速发展，转基因技术所带来的好处是显而易见的，如提升农作物产量，提升农作物耐寒性、抗虫害等。目前，我国对于转基因植物食品的检测处于初步发展阶段，尽管已经在PCR技术基础上掌握了多重PCR、半巢式PCR、巢式PCR以及核印记等方法，但是转基因检测方法多种多样，且各有优缺点，还没有一种检测方法能够检测出所有的转基因植物食品，因此未来需要对转基因食品检测技术开展多种方法的联用探究。