转AO基因高植酸酶玉米营养学评价分析

张 宇，令狐丽琴，胡贻椿，杨晓光，朴建华，张一平，杨丽琛

(1中国疾病预防控制中心营养与健康所/卫生部微量元素营养重点实验室，北京 100050；2山西省疾病预防控制中心，太原 030012)

转AO基因高植酸酶玉米营养学评价分析

张 宇1，令狐丽琴2，胡贻椿1，杨晓光1，朴建华1，张一平1，杨丽琛1

(1中国疾病预防控制中心营养与健康所/卫生部微量元素营养重点实验室，北京 100050；2山西省疾病预防控制中心，太原 030012)

目的：评价转AO基因高植酸酶玉米的主要营养学价值。方法：以国标法测定转基因玉米及其亲本的主要营养成分。选择断乳SD大鼠100只随机分为5组，饲养28d。对5组大鼠饲养前、后主要营养学指标、血液和生化学指标，以及蛋白质功效比值(PER)进行比较。 结果：转AO基因高植酸酶玉米与非转基因对照玉米在主要营养成分方面均有相似性。各试验组大鼠的平均增重和平均日增重量均显著高于对照组(P<0.05)，且A组的平均增重亦显著高于B组(P<0.05)。雄性试验组和雌性A、B组的WBC计数显著低于对照组(P<0.05)，雄性B、D组的AST，以及A组的CRE均显著高于对照组(P<0.05)，雄性C组的AST显著低于D组(P<0.05)。所有试验组的PER均显著低于对照组(P<0.05)，转基因玉米与对照玉米在PER和校正PER方面均无统计学差异(P>0.05)。 结论：转AO基因高植酸酶玉米在蛋白质营养价值方面与非转基因玉米具有实质等同性，从营养学角度分析该类型玉米是安全的。

转基因玉米；植酸酶；28d喂养试验；蛋白质功效评价；营养成分分析

玉米是我国主粮之一，经济价值巨大，且在粮食方面具有重要的地位。传统育种方法已无法满足现阶段对玉米总量和特殊用途的需求。转基因技术不仅可以满足玉米产量提升的需求，同时也为特殊品种开发带来了机遇[1]。磷是动物生长所必需的重要元素，尽管在玉米中含量丰富，但约有65%是以植酸盐的形式存在[2]，消化利用率极低。不仅会造成资源浪费，同时还易引发环境污染[3]。植酸酶不仅能够有效降低植酸对蛋白质的螯合作用[4]，更重要的是能够提高机体对蛋白质、磷及其他矿物质元素的利用率。如何增加饲料中植酸酶含量，提升矿物质利用率已成为畜牧业关注的焦点。传统方法是在饲料配置过程中人为添加植酸酶，但存在高成本和高风险的弊端[5]，因此，在推广过程中受到限制。

转植酸酶基因玉米是将黑曲霉素中的植酸酶基因引入玉米中高效表达，不仅提高了磷、钙等元素的利用率，降低了外源性磷酸氢钙的使用，更重要的是能够有效降低饲料生产成本。目前，转植酸酶基因玉米的应用前景和效果已受到了广泛的肯定[3，4]。尽管如此，转基因技术在我国尚处于研究阶段，其安全性和营养学价值仍是世界范围内关注的焦点[6]。目前，关于转植酸酶玉米的报道主要集中于毒理学评价[7]，鲜有关于营养学评价的报道。本文拟通过对转AO基因高植酸酶玉米的营养成分，以及蛋白质功效比值进行评价，旨在为其推广应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 实验材料 转AO基因高植酸酶玉米(简称转植酸酶玉米)和非转基因对照玉米，均由北京奥瑞金股份有限公司提供。其中转植酸酶玉米材料包括11TPY001和11TPY050两个品种。非转基因对照玉米包括OSL963和OSL940，二者均为转植酸酶玉米的父本自交系，为生长、加工条件与转基因玉米相同的传统品种。

清洁级断乳SD大鼠100只，体重60～80g，雌雄各半，购置于北京维通利华实验动物技术有限公司(动物许可证号：SCXK 2006-0009)。

1.1.2 设备与试剂 GX-200型电子天平，日本A&D公司生产；TE3102S型万分之一天平，德国赛多利斯公司生产；XT-1800IV型五分类血液分析仪，日本希森美康株式会社生产；7080型全自动生化分析仪，日本株式会社日立高新技术生产。主要试剂：血红蛋白检测试剂，购置于日本希森美康株式会社；生化分析试剂盒，购自中生北控生物技术有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 营养成分检测 玉米及饲料的营养成分分析由北京市营养源研究所参照相关国家标准完成。

1.2.2 饲料 转基因和非转基因饲料配置：根据转基因与非转基因玉米营养成分分析结果，按照饲料中蛋白含量控制在10%的原则，以最大掺入比分别加入玉米蛋白，不足部分以酪蛋白补充(对照组全部为酪蛋白)，其他营养素参照AIN-93G配方[8]完成。饲料由北京华阜康生物科技股份有限公司提供。

1.2.3 实验动物分组与饲养 适应性饲养3d，并依据体重随机分为5组，每组各20只，雌雄各半。其中A和C组为转植酸酶玉米组(简称转基因组)，饲喂含转植酸酶玉米饲料；B和D组为非转基因对照玉米(简称非转基因组)，饲喂含非转基因对照玉米饲料；E组为对照组，饲喂含酪蛋白饲料。

单笼饲养，温度设定21～23℃、湿度控制为55～58%、光照/黑暗12h循环。连续喂养28d，动物自由饮水和采食。试验全程由专人负责，参照中国疾病预防控制中心动物实验中心大鼠饲养和管理规程。记录每日摄食量，每周体重变化，观察并记录大鼠外观和行为异常，毒性表现以及死亡情况。

1.2.4 指标检测 试验期末，大鼠禁食12h，腹主动脉取血测定血常规和生化指标，包括：血红蛋白含量(HGB)、红细胞计数(RBC)、白细胞计数(WBC)、血小板数(PLT)和淋巴细胞百分比(LYMPH)。生化指标包括：谷-草转氨酶(AST)、谷-丙转氨酶(ALT)、血清尿素氮(BUN)、白蛋白(Alb)和肌酐(CRE)。计算蛋白质功效比值，PER=28d体重增量/28d蛋白质摄入总量[9]。

1.3 统计学分析

2 结果与分析

2.1 主要营养成分分析

除水分外，其他营养成分具有可比性(P>0.05)(表1)。除部分品种饲料的水分略高外，其余营养学指标均符合国家标准(表2)。

表1 转植酸酶玉米与非转基因对照玉米主要营养素分析

注：与非转基因对照玉米相比，*P<0.05

表2 饲料主要营养成分检测结果(%)

2.2 转植酸酶玉米对大鼠生长性能的影响

由表3可见，无论是雄性或雌性大鼠，各组的平均增重和平均日增重均显著低于对照组(P<0.05)，A组平均增重显著低于B组(P<0.05)，其余转基因组与非转基因组间差异均无统计学意义(P>0.05)。各组在平均日均采食量间差异无统计学意义(P>0.05)。各试验组的料重比均显著高于对照组(P<0.05)，但转基因组与非转基因组间差异则无统计学意义(P>0.05)。

表3 转植酸酶玉米对大鼠生长性能的影响

注：与对照组相比，*P<0.05；与非转基因组相比，#P<0.05

2.3 转植酸酶玉米对血液学指标影响

由表4可见，雌性大鼠各试验组，以及雄性A和B组的WBC计算均显著低于对照组(P<0.05)，但转基因组与非转基因组间差异均无统计学意义(P>0.05)。各试验组与对照组间在RBC计数、HGB和淋巴细胞比例方面差异均无统计学意义(P>0.05)。A组雌性的PLT计数显著高于对照组(P<0.05)，但其余组间则无统计学差异(P>0.05)。

雄性B、D组的AST，以及A组的CRE均显著高于对照组(P<0.05)，雄性C组的AST显著低于D组(P<0.05)，但雌性大鼠无此现象。其余各试验组与对照组间，以及转基因与非转基因组间差异均无统计学意义(P>0.05)(表5)。

表4 28d喂养期末血常规结果

注：与对照组相比，*P<0.05；与非转基因组相比，#P<0.05

表5 28d喂养期末生化指标结果

注：与对照组相比，*P<0.05；与非转基因组相比，#P<0.05

2.4 蛋白质功效比值评价

所有试验组的PER均显著低于对照组(P<0.05)，但无论是PER还是校正PER，转基因组与非转基因组间均无统计学差异(P>0.05)，提示转基因产品的蛋白质功效比等同于亲本对照物，但劣于酪蛋白(表6)。

表6 各组PER及以酪蛋白校正

注：与对照组相比，*P<0.05

3 讨论

玉米的转基因市场化具有广阔的发展前景，其种植面积正以每年6%的速度增长[10]。尽管在我国商业化种植尚无确切的时间表，但优势性品种的研究正持续开展，转植酸酶玉米就是其中之一。

传统饲料加工过程中主要是采用植酸酶外源性添加的方法，解决磷利用率低的问题，但成本较高。梁陈冲等[11]分析几种不同来源的植酸酶对猪消化率和生长性能的影响时发现，转植酸酶玉米来源与外源添加的植酸酶具有相同的效果。

FAO/WHO专家咨询委员会认为考虑到非期望效应的影响，转基因作物即便是在营养成分上与传统作物一致，仍需考虑进行安全性评价。毒理学、致敏性和营养学评价都是安全评价的重要组成部分，但目前关于转植酸酶玉米的报道主要集中于利用率和毒理学评价[12]。本研究立足于此，首先对转植酸酶玉米与非转基因对照玉米的营养素含量进行了比较，结果表明，两种转植酸酶玉米在蛋白质、矿物质元素和维生素等主要营养素方面与亲本间并无差异。国内报道称植酸酶添加有助于提高采食量和采食量[11]，但本结果中未得到相应结论。转基因组与非转基因组在平均增重、采食和料重比方面均无差异，这可能与饲料中添加的转植酸酶玉米总量有限，且观察时间较短有关。此外，试验组的料重比均显著低于对照组，提示玉米蛋白的增重效果略差于酪蛋白，这也与国内报道一致[2-4]。血液生化指标改变是转基因作物非期望效应的主要标志，陈小萍等[9]以转豇豆胰蛋白酶抑制剂大米喂养大鼠时也发现，转基因组的AST和ALT等指标也出现升高现象。本研究中除试验组的WBC计数出现升高外，其他指标与对照组均无差异，且转基因与非转基因组间并无差异，提示转植酸酶玉米对血常规并无明显影响。生化指标方面，雄性A组的CRE显著高于对照组，但与非转基因组间无差异，提示这可能与饲料中蛋白质组成不同有关。此外，雄性C组的AST显著低于非转基因组(D组)，但与对照组间无差异，且雌性大鼠则无此现象。提示尽管C组AST有升高，但仍在正常范围内，其升高可能与进食量和饲料组成有，暂不能确定是否与转植酸酶基因有关。

非期望效应的发生，一方面是特异性蛋白进入体内后生的病理生理反应，另一方面则是与转入基因所表达蛋白的种类和数量改变有关。毒理和致敏性评价主要是针对第一方面，PER则是对第二方面评价的最佳办法。本组研究发现与酪蛋白相比，试验组的PER均较低，提示无论是转基因或非转基因玉米，其蛋白质的利用率均较酪蛋白差。另一方面，经酪蛋白校正后，各转基因组与非转基因组的PER均无差异，提示两种转AO高植酸酶基因玉米与非转基因对照玉米在蛋白质利用率等方面具有相同的营养学价值，同时转AO高植酸酶基因也未对其他营养素的吸收产生影响。

综上所述，本实验所检测的转AO基因高植酸酶玉米品种11TPY001和11TPY050，在蛋白质营养价值方面与非转基因对照玉米具有实质等同性。从营养学角度分析认为，这两个转基因品种是安全的。◇

[1]左娇，郭运玲，孔华，等.转基因玉米安全性评价研究进展[J]. 玉米科学，2014，22(1)：73-78.

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[4]陈琳，王恬.植酸酶对樱桃谷肉鸭能量、蛋白质和氨基酸利用率及消化酶活性的影响[J]. 动物营养学报，2009，21(6)：938-944.

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[11]梁陈冲，陈宝江，于会民，等.不同来源植酸酶对猪生长性能、营养物质表观消化率及肠道微生物区系的影响[J]. 动物营养学报，2013，25(11)：2705-2712.

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(责任编辑 李婷婷)

Nutritional Evaluation onAOTransgenic High Phytase Maize

ZHANG Yu1, LINGHU Li-qin2, HU Yi-chun1, YANG Xiao-guang1, PIAO Jian-hua1, ZHANG Yi-ping1,YANG Li-chen1

(1National Institute for Nutrition and Health, Chinese Center for Disease Control and Prevention/Key Laboratory of Trace Element Nutrition, National Health and Family Planning Commission, Beijing 100050, China;2Shanxi Center for Disease Control and Prevention, Taiyuan 030012, China)

genetically modified maize; phytase; 28 days feeding test; protein efficacy evaluation; nutrients anlysis

转基因生物新品种培育科技重大专项“优质功能型转基因玉米新品种培育”(项目编号：2014ZX08003-002)。

张 宇(1982— )，男，博士，副研究员，研究方向：营养与食品安全。

杨丽琛(1974— )，女，硕士生导师，研究员，研究方向：营养与食品安全。