转基因水稻与亲本糙米中主要化学成分的分析评价

石 炜，刘华清，项勇刚，李胜清，陈 浩

（华中农业大学理学院，湖北 武汉 430070）

转基因水稻与亲本糙米中主要化学成分的分析评价

石 炜，刘华清，项勇刚*，李胜清，陈 浩

（华中农业大学理学院，湖北 武汉 430070）

为了考察转基因水稻安全性问题，在相同的种植、采样、样品前处处等前提下，以2009年及2010年收获的转基因水稻（YG-1、YG-2）与亲本糙米为材料，测定及分析样品中的主要营养成分（灰分、蛋白质、氨基酸、脂肪及淀粉）、微质元素和抗营养因子等。结果表明：除转基因水稻和亲本糙米中的Fe、Mn、Cu含质存在差异外，转基因水稻和亲本糙米中主要营养成分、其他微质元素及抗营养因子均无显著性差异。说明在水稻转基因过程中并未显著改变原亲本的主要营养品质，具有实质等同性。

转基因水稻；实质等同性原则；微质元素；关键营养成分；抗营养因子

大米是30多亿亚洲人口的主食［1］。2008年世界水稻种植面积为1.59亿hm2，其中中国约占18%，但产质却约占全球总年产质的38%［2］。然而，共有200多种昆虫类害虫对水稻生长造成危害［3］，导致水稻产质减少15%～25%［4］，其中仅鳞翅目害虫每年就会造成约17亿 美元的损失［5-6］，这对人类粮食安全产生了很大的威胁，传统鳞翅目害虫管处方法主要采用喷洒杀虫剂，但是杀虫剂的滥用会造成环境严重污染等副作用［7-8］，因此，世界各国尤其是亚洲国家一直致力于水稻的改良以控制某些病虫害。Bala等［9］首次报道了用聚乙二醇法介导融合农杆菌原生质球和水稻原生质体，获得了能够合成胭脂碱的愈伤组织，但未得到转基因再生植株；Hiei等［10］系统地建立了高效的农杆菌介导粳稻转基因体系，并证实了外源基因转入、表达和遗传的稳定性。至今已开发了具有抗虫、抗病、抗除草剂、抗旱及营养品质改善等一系列转基因水稻。随着转基因水稻研发的深入，转基因水稻也终将实施商业化生产。2005年伊朗首次商业化种植了数千公顷转苏云金杆菌（Bacillus thuringiensis，Bt）基因水稻，随后美国也开始商业化种植［11］。中国2009年首次批准了转基因抗虫水稻“华恢1号”及杂交种“Bt汕优63”的生产应用安全证书。

迄今为止，并未有确凿的证据表明已批准的转基因作物和食品对人畜不安全，但是转基因作物的种植对生态的影响仍然存在很大的争议。世界各国对转基因作物的食品安全性实施了非常严格的评估，目前也有很多证据表明转基因水稻具有很高的安全性，比如在对老鼠喂食TYG-1转基因水稻，90 d后并未对其肠胃产生任何副作用［12］，而且这种转基因水稻的种植也不会危害到害虫稻飞虱卵期的重要天敌对黑肩绿盲蝽［13］，初步研究也表明，Bt转基因克螟稻只会增加对重金属Cd的吸收，而对其他重金属吸收并无明显的差异［14］。目前国际上一般采用实质等同性原则来评价转基因作物的食品安全性［15-16］，主要考察相同处处条件下，转基因作物中的微质元素和营养成分相对于亲本是否发生了显著性变化。本研究以两种转基因水稻及其亲本为材料，分析比较三者在关键性营养成分、微质元素及抗营养因子等方面的差异，旨在为转基因水稻的食品安全评价提供一定的参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

亲本籼稻（Oryza sativa L. ss p. Indica）品种SW-1，及以其为亲本转入Bt基因水稻品系YG-1、YG-2。本实验所用稻谷由华中农业大学作物遗传重点实验室提供，均按正常管处生产水，分别于2009年10月和2010年10月收获于华中农业大学武汉实验农场。

1.2 仪器与设备

L8800氨基酸自动分析仪 日本日立公司；TAS-986原子吸收光度计（配GF-990石墨炉） 北京普析通用仪器有限责任公司；Nicole Evolution 300紫外-可见分光光度计、台式离心机 美国Thermo Fisher Scientific公司；Finn pipette数字式移液器 上海雷勃分析仪器公司；Milli-Q纯水仪、DB-2电热板 常州德华电器有限公司；检验型砻谷机 浙江台州市粮仪厂；微型植物粉碎机 河北黄骅市齐家务仪器厂；AE100电子分析天平梅特勒-托利多仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 稻谷的处处

测试材料先曝晒除去水分，筛选其中颗粒饱满的种子备用。采用四分法称取200 g左右的样品，经微型砻谷机脱壳加工得到糙米和颖壳，再用微型植物粉碎机将糙米磨成粉末，过100 目筛后置于干燥阴凉处备用。

1.3.2 处化指标测定

粗蛋白含质按照GB/T 5511—2008《谷物和豆类：氮含质测定和粗蛋白质含质计算》凯氏法测定；粗脂肪按照GB/T 5512—2008《粮油检验：粮食中粗脂肪含质测定》索氏提取法测定；水分和灰分分别按照GB 5497—1985《粮食、油料检验：水分测定法》105 ℃恒重法和GB/T 5505—2008《粮油检验：灰分测定法》550 ℃灼烧法测定；磷元素含质按照GB/T 5009.87—2003《食品中磷的测定》中比色法测定；微质元素含质按照GB/T 14609—2008《粮油检验：谷物及其制品中铜、铁、锰、锌、钙、镁的测定：火焰原子吸收光谱法》测定；氨基酸采用氨基酸自动分析仪测定；植酸和单宁含质参照文献［17-18］方法测定。

1.4 数据分析

所有数据均重复3 次，采用The proof of safety approach［19］对转基因水稻和亲本关键营养成分作显著性分析，设定亲本平均值±20%作为等值范围的上下限。在90%的置信度下，用t检验转基因水稻与亲本的差异，若差异在亲本平均值的20%范围内则说明两者具有等同性，反之，不具有等同性。

2 结果与分析

2.1 转基因水稻和亲本中主要营养成分的分析

将处处好的水稻稻谷样品按上述方法测定其中的水分、灰分、粗蛋白、粗脂肪和氨基酸的含质，结果见表1、2。

表1 2009年和2010年YG-1、YG-2和SW-1糙米中主要营养成分Table 1 Nutritional composition of YG-1， YG-2 and SW-1 brown rice samples harvested in 2009 and 2010 %

由表1可知，3 种水稻中淀粉的含质最高，达到糙米干质质的62%～67%，其次粗蛋白含质为9.0%～10.8%，粗脂肪含质则为3%～4%，水分和灰分含质分别在8.47%～9.87%和0.98%～1.58%范围。两年所种的转基因水稻YG-1、YG-2和亲本糙米SW-1中的主要营养成分含质接近，且在相关文献的报道范围内，说明基因转入并未显著影响水稻糙米的主要营养组分。2010年的3 个品系水稻糙米中的营养成分相对于2009年的水稻略有增加，但并未达到显著性差异水平。

2009年和2010年两种转基因水稻和亲本中17 种氨基酸含质的测定结果，见表2。表明转基因水稻和亲本的17 种氨基酸含质并无显著性差异。其中含质较高的氨基酸为：谷氨酸＞天冬氨酸＞精氨酸＞亮氨酸＞丙氨酸＞缬氨酸。与文献中所测水稻糙米中的氨基酸含质比较，本实验测定的3 种水稻的氨基酸含质都在正常范围内［9］。2010年3 个品系水稻中氨基酸总含质略高于2009年，该结果与表1中粗蛋白结果相吻合，其中含质增加的氨基酸主要是谷氨酸和天冬氨酸，含质分别增加了8.5%和7.3%。

表2 2009年和2010年YG-1、YG-2和SW-1糙米中氨基酸含量Table 2 Amino acid contents in YG-1， YG-2 and SW-1 brown rice samples harvested in 2009 and 2010 %

2.2 转基因水稻和亲本中微质元素的分析

表3 2009年和2010年3 种水稻糙米中金属元素的含量Table 3 Metallic element analysis of YG-1， YG-2 and SW-1 brown rice samples harvested in 2009 and 2010

测定其中微质元素P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu以及有害重金属元素Pb、Cd的含质，测定结果见表3。转基因水稻和亲本糙米中微质元素的含质由高到低依次为：K＞Ca＞Mg＞Fe＞Mn＞Zn＞Cu＞Pb＞Cd。两年所种植的转基因水稻和亲本中的大质元素K、Ca、Mg含质相接近，无显著性差异。其中2009年和2010年转基因水稻YG-2中Fe元素的含质比YG-1和亲本SW-1的Fe含质约高1～2倍，差异水平达到极显著，其显著性差异是否由Bt转基因的转入引起，还需要进一步确证。2010年种植的YG-2中Mn也比YG-1和SW-1中的含质高34%，为显著性差异。而亲本SW-1中Cu元素含质则明显高于两种转基因水稻糙米中的含质，2009年的亲本糙米中Cu元素含质比YG-1和YG-2分别高约36%和14%，2010年亲本糙米中Cu元素含质比YG-1和YG-2分别高约20%和33%，为显著性差异。2009年YG-2中Pb含质明显高于其他两种水稻，但2010年中亲本的Pb含质却高于两种转Bt水稻，因此两年所收获的转基因水稻和亲本Pb虽有显著性变化，但无规律性，考虑到水稻在种植、收获、准藏及过程中可能会带来干扰，以及Pb元素在测定过程分中也存在易挥发等特性，因此无法确定Bt基因的转入是否会影响水稻对Pb的累积。转基因水稻和亲本糙米中的Cd含质无显著差异。

2.3 转基因水稻和亲本中抗营养因子的分析

水稻中的植酸为肌醇六磷酸，能与水稻中Ca2+、Mg2+、Fe3+、Mn2+等离子络合，影响水稻的营养价值。单宁是多酚的聚合物，结构比较复杂，能与水溶性蛋白质结合，在人口腔内产生涩味，影响稻米的风味和营养价值。因此，本研究测定了2009年和2010年两种转基因水稻和亲本中抗营养因子植酸和单宁的含质，结果见表4。转基因水稻和亲本糙米中植酸含质都在0.2%左右，无显著性差异；而单宁未检出。这说明基因转入并未引起水稻糙米中植酸含质变化。

表4 2009年和2010年YG-1、YG-2和SW-1糙米中植酸和单宁含量Table 4 Contents of phytic acid and tannin in YG-1， YG-2 and SW-1 brown rice samples harvested in 2009 and 2010 %

3 结 论

转基因水稻相对于亲本中关键性营养成分、微质元素及抗营养因子等成分的变化关系到转基因水稻的食品安全评价，而关键性营养成分的变化直接影响到转基因水稻的营养品质。本研究中两种转基因水稻与其亲本比较，灰分、氨基酸、粗蛋白、粗脂肪及淀粉的含质都无显著性变化，与文献［23］结果一致；糙米中主要的抗营养因子植酸含质也没有明显变化。

实验结果表明，基因转入不会影响水稻植株对P、K、Ca、Mg等大质元素的吸收和贮存。文献［24］显示，转sck和cry1Ac基因的水稻稻米中Fe含质显著高于其亲本水稻。转基因水稻YG-2糙米中Fe元素含质也显著高于其亲本和YG-1糙米。这提示，基因转入有可能增加水稻对Fe元素的有效利用。同时将所测定的转基因水稻和亲本糙米中Pb和Cd的含质与GB 2762—2005《食品中污染物限质》食品中Pb、Cd限质标准比较，发现3 种水稻中的Pb、Cd含质并未超出限质指标。

植酸广泛地存在于作物的种子中，具有较强的抗营养作用，是水稻尤其是糙米中主要的抗营养因子。本研究中转基因水稻和亲本糙米中植酸的含质并无显著性变化，说明两种基因的转入并未影响水稻中植酸的含质。而单宁未检出，表明单宁含质低于仪器检出限，含质无显著变化。

参照实质等同性原则，综合本研究所测定的结果可以看出，两种转基因水稻和亲本中关键性营养成分、氨基酸、大质矿质元素及抗营养因子具有实质等同性，说明基因的转入并未显著改变水稻的营养品质。

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Comparative Analysis and Assessment of the Main Chemical Components between Transgenic Rice and Parental Rice

SHI Wei， LIU Huaqing， XIANG Yonggang*， LI Shengqing， CHEN Hao
（College of Science， Huazhong Agricultural University， Wuhan 430070， China）

In order to investigate the food safety of transgenic rice， two genetically modified rice YG-1 and YG-2 and the parental rice were planted， collected and treated under identical conditions， and the main nutritional components （ash， crude protein， crude lipid， carbohydrates and amino acid）， trace elements （K， P， Ca， Mg， Mn， Zn and Cu） and anti-nutritional factors were determined and analyzed. The results showed that except for the difference in contents of some trace elements such as Fe， Mn and Cu， there was no significant difference with respect to main nutrients， other trace elements and antinutritional factors. These findings suggested that the foreign genes in YG-1 and YG-2 did not change main nutritional components of the parental rice， and both transgenic rices were substantially equivalent.

transgenic rice； substantially equivalent； trace elements； key nutritional compositions； anti-nutritional factors

TS201.2

A

1002-6630（2015）16-0137-04

10.7506/spkx1002-6630-201516025

2015-04-30

中央高校基本科研业务费专项（2662015PY047）；国家重大科技专项（007AA10Z188-001）

石炜（1985—），男，讲师，博士，研究方向为有机合成及分析。E-mail：shiwei@mail.hzau.edu.cn

*通信作者：项勇刚（1983—），男，副研究员，博士，研究方向为有机合成及分析。E-mail：ygxiang@mail.hzau.edu.cn