转基因(genetically modified, GM)作物是一类利用基因工程技术将外源的有益基因导入到作物基因组中并稳定遗传，以获得更加优良的农艺性状和经济价值的作物[1]。自1996年全球首例转基因农作物实现商业化以来，转基因作物的种植面积迅速扩大，至今已有包括中国、美国、日本、加拿大、南非、巴西、澳大利亚等75个国家和地区批准了转基因作物的进口和种植。据AgbioInvestor GM Monitor统计，全球转基因作物的种植面积已由1996年的170万hm2增加至2023年的2.063亿hm2，种植面积增长了121倍，约占全球15亿hm2耕地的13%[2]。目前国际上已有一大批具有抗虫、抗病和高产优质等特性的转基因作物大面积推广使用，这极大地减少了化学农药的使用，在降低农业生产成本的同时提高了作物产量，增加了经济效益。

我国转基因育种及产业化历程大致分为3个阶段。第1阶段(1986‒2008年)：我国转基因育种始于1986年的国家高技术发展计划(863计划)。1997年，国内首例转基因抗虫棉实现商业化推广。2008年我国启动转基因生物新品种培育重大专项，以期培育一批抗病虫、抗逆、优质、高产、高效的转基因动植物新品种，实现产业化。第2阶段(2009‒2019年)：2009年我国批准了首个转基因抗虫水稻和饲用转植酸酶基因玉米安全证书，引发社会对转基因的广泛关注。2010年之后，政策导向趋于审慎，转基因育种商业化停滞。2016年国家“十三五”科技规划重新提及转基因商业化推广，但发展进度缓慢。2019年我国重启了对转基因安全证书的审批，并批准了3例转基因玉米和大豆的安全证书。第3阶段(2020年至今)：近年来，我国对转基因技术育种的政策支持力度有所增强。2021年农业部启动了转基因玉米和大豆的产业化试点种植工作，截至2023年种植范围扩展到河北、内蒙古、吉林、四川、云南5个省(自治区)的20个县，种植面积达26.67万hm2 [3]。未来，随着转基因产业化的推进以及相关法律法规的完善，我国生物育种领域将不断取得新突破。

目前我国已经进行商业化种植的转基因作物只有棉花和番木瓜，转基因水稻和转基因玉米尚未完成种子法规定的审批，没有实现商业化种植。批准进口用作加工原料的转基因作物有大豆、玉米、油菜、棉花和甜菜。随着转基因作物的商业化种植，其导致的潜在生态安全问题也不可轻视。2001年，我国颁布了《农业转基因生物安全管理条例》。随后，农业农村部(原农业部)制定了《农业转基因生物安全评价管理办法》《农业转基因生物进口安全管理办法》《农业转基因生物标识管理办法》和《农业转基因生物加工审批办法》共4个配套法规，加强农业转基因生物安全评价与监管工作。本文对转基因作物的优势以及其潜在的生态风险进行分析，以期更全面地认识和对待转基因作物。

1 转基因作物的优势 杂草和病虫害是影响农作物高产的主要原因，全球每年用于除草和杀虫的农药花费超过200亿美元[4]。转基因作物的出现，弥补了传统杂交育种技术的缺陷，使作物能够更快地获得抗病虫、耐除草剂、抗逆等优良性状，从而间接提高产量，或通过调控作物生理作用直接增产。

1.1 抗病 用于植物抗病基因工程的目的基因主要包括植物抗病基因(R基因)、病原体无毒基因、植物防卫反应基因以及其他生物的抗菌蛋白基因[5]。有研究将小麦中的持久抗病基因Lr34引入到玉米中，显著增强了玉米对普通锈病和大斑病的抗性[6]。Guo等[7]从海岛棉‘7124’中克隆得到一个乙烯响应因子(ethylene response factor, ERF)类转录因子GbERF1-like，可以通过激活木质素合成提高对黄萎病菌的抗性。Liu等[8]发现在烟草中过表达GbERFb可以提高烟草对大丽轮枝菌的抵抗力。于惠敏等[9]采用农杆菌介导法成功地将来自木霉的新型几丁质酶基因和来自烟草的β-葡聚糖酶基因导入番茄，得到了抗病性增强、生长发育正常的转基因植株。另外，寄主介导的基因沉默(host-induced gene silencing, HIGS)技术也是常用的转基因技术，该技术以病原菌生长发育和致病关键基因为分子靶标，在寄主植物中表达与病原菌靶基因互补的RNA分子，经植物细胞加工形成siRNA。当病原菌侵染寄主植物时，siRNA被转运到病原菌细胞内特异性识别病原菌靶基因mRNA，诱导目标基因沉默，从而影响病原菌的正常生长发育及致病性，是提高宿主对病原体抗性的一种有效策略。例如，中国科学院微生物研究所郭惠珊课题组利用HIGS靶向大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)的疏水蛋白基因VdH1，创制出高抗黄萎病的转基因棉花，并在田间试验中验证了其有效性[10]。Chen等[11]通过HIGS沉默了稻曲菌(Ustilaginoidea virens)的致病基因UvAspE、UvCom1和UvPro1，显著提高了水稻对稻曲病的抗性。

1.2 抗虫 苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis, Bt)毒蛋白编码基因是目前世界上应用最广泛的抗虫基因。叶恭银等[12]利用快速离体叶片测定法对转cry1Ab基因的水稻抗螟性进行分析，结果表明二化螟、三化螟和大螟取食抗性植株叶片后，食叶量与对照相比显著下降，接虫后第4天的幼虫死亡率高达100%。王延锋[13]利用花粉管通道法和基因枪法将cry1Ah和cry1Ie这2个基因转入到新玉米品种中，获得的新玉米品种有较好的目的糖蛋白表达量，抗虫效果好。豇豆胰蛋白酶抑制剂基因CpTI编码的丝氨酸蛋白酶抑制剂可特异性抑制昆虫中肠胰蛋白酶样活性，从而降低其蛋白质消化效率，在天然与转基因背景下均表现出显著的抗虫效应；中国科学院遗传与发育生物学研究所朱祯[14]将CpTI基因的信号肽和内质网定位信号KDEL的编码序列融合，得到融合基因Signal-cpti-KDEL (sck基因)，其翻译产物最终定位于细胞的内质网中，增加了外源抗虫物质的稳定性，大大提高了转化植株的杀虫效果。2007年，陈晓亚团队首次发现一种植物介导的RNA干扰技术可有效、特异地抑制昆虫基因的表达，从而抑制害虫的生长[15]。该发现为农业害虫的防治提供了特异性更强且环境安全的新思路、新技术。

1.3 耐除草剂 耐除草剂转基因作物是通过转基因技术将耐受或修饰降解除草剂药害的基因导入作物，从而使作物具有耐除草剂特性[16]。1996年，美国首先研究出耐草甘膦大豆，并进行推广种植[17]。之后，耐除草剂作物的种植在全球范围内扩大，许多大田作物都具有多种耐除草剂性状[18]。全球商业化应用的耐除草剂基因包括耐草甘膦基因epsps (编码5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸合成酶)、gat (编码草甘膦N-乙酰转移酶)、goxv247 (编码草甘膦氧化还原酶)等，耐草铵膦基因pat和bar (编码草铵膦乙酰转移酶)、耐磺酰脲类除草剂基因als (编码乙酰乳酸合成酶)等，且转基因作物已经由单一耐除草剂向复合耐除草剂、抗虫、抗逆、品质改良等多种性状发展[19]。

1.4 抗逆 作物在其整个生命周期中会面临各种非生物胁迫的影响，不利于作物的生长和产量的提高，而转基因技术已成为培育作物抗逆新品种的重要手段。周永斌[20]将来自大豆的2个干旱应答元件结合因子(drought response element binding factor, DREB)类转录因子编码基因GmDREB1及GmDREB3分别导入我国大面积推广的小麦品种‘济麦19’ ‘济麦20’ ‘石4185’和‘济麦22’中，创制转基因小麦新品系；室内和田间多年多点抗旱性耐低氮性鉴定结果显示，转GmDREB1/3基因小麦抗旱性显著高于野生型，且连续2年田间试验结果显示，在低氮胁迫条件下，转GmDREB3基因小麦与野生型小麦相比，光合作用显著增强，2年平均产量比野生型小麦增产6.33%‒22.53% (P < 0.05)。甜菜碱醛脱氢酶BADH是渗透调节剂甜菜碱生物合成中涉及的第2个酶，郭岩等[21]将含盐生植物山菠菜BADH基因的植物双元表达载体通过基因枪法导入水稻，在含0.5%氯化钠的盐池中大多数转基因植株生长基本正常，结实率约为10%，而对照组受盐害现象显著，几乎全部枯萎。C-repeat结合因子(C-repeat binding factor, CBF)是一类ERF家族转录因子，能够结合C-repeat/脱水响应元件(C-repeat/dehydration responsive element, CRT/DRE)，调控下游冷响应基因的表达，从而增强植物的低温胁迫耐受性；郭惠明等[22]将从棉花中克隆得到的CBF基因转化进烟草，低温处理条件下，转基因烟草的电解质渗透率明显低于对照组，可溶性糖及游离脯氨酸含量明显增加，证明了CBF基因能够提高烟草的抗寒能力，为棉花的抗逆改良及培育优良的耐寒性棉花新品种奠定了基础。

1.5 增产 中国农业科学院作物科学研究所周文彬团队发现，在水稻中过表达OsDREB1C基因，可提高作物产量30%以上[23]；该基因能够分别与作用于光合作用的碳同化基因、氮素吸收转运基因以及开花途径基因等多个下游靶基因直接结合并激活转录，提高相关基因的表达水平，进而协同调控水稻的光合效率、氮素利用效率以及抽穗期等3个生理过程，实现高产早熟、绿色高效。

2 转基因作物潜在的生态风险

2.1 转基因植物的杂草化 杂草化(weediness)是指原本自然分布的或被栽培的植物，在新的人工生境中能自然繁殖其种群而转变为杂草的演化过程[24]。杂草区别于作物的最显著特征为：(1) 繁殖力和生存力强；(2) 落粒性和传播能力强；(3) 种子具有长短不一的休眠期；(4) 人类不宜长期食用；(5) 以某种方式阻碍其他植物的生长。杂草的这些特性常常给世界农业生产造成巨大损失，我国每年由于杂草危害造成作物产量损失约10%，粮食减产达6 000万t，经济损失达2 200亿元[25]。

有些植物本身就具有很强的杂草特性，如油菜、向日葵、草莓、大麦、小麦、燕麦等，以这些植物作为转基因的受体，其转基因后代就有可能因为比亲本有更强的生存能力而更易演化为杂草[26]。以油菜为例，因其异花授粉、落粒性和二次休眠强等特性被认为是最容易发生杂草化的作物之一。自1995年在加拿大商业化种植以来，油菜的杂草化特性一直是全球研究关注的重点[27]。早在2000年，在加拿大Alberta省的转基因油菜田里就发现了同时含有耐草甘膦、耐草铵膦和耐咪唑啉酮类基因的油菜自生苗，其中耐草甘膦和草铵膦的特性来自转基因油菜，而耐咪唑啉酮类除草剂的特性来自传统育种培育的耐性油菜[28]。自2004年在日本某一港口发现了转基因油菜后，所有13个从外国进口油菜籽的日本港口周围都陆续发现了转基因油菜，转基因油菜的扩散除依靠花粉传播外，卡车将种子从进口港运输到炼油厂过程中的散落也是主要原因，并且这些转基因的油菜还表现出了多年生长的情况[29]。

我国目前也在积极开展转基因杂草化趋势的研究，张庆玲等[30]和闫静等[31]对耐草甘膦转基因油菜与野芥菜回交3代子1代、子2代和子3代的适合度进了研究，结果显示耐草甘膦或耐草丁膦的正反回交3代子3代都具有在野外生存定植的可能性。因此，在防范转基因作物的基因逃逸时不仅要防范转基因作物与近缘杂草的初始杂交，而且要防范杂交后代与近缘杂草的不断回交，以免产生适合度较高的回交后代。与油菜这种本身杂草属性较强的植物不同，水稻和大豆等粮食转基因作物的杂草化风险较低。王园园等[32]和李雷等[33]对抗虫耐草铵膦的转cry2A*/bar基因的复合性状转基因水稻‘T2A-1’的生存竞争力和与杂草稻3代抗性杂交后代的适合度进行了研究，结果显示在无除草剂选择压下，‘T2A-1’向杂草稻基因漂移可能引起的生态风险较低。胡玉琪等[34]对美国孟山都公司培育的抗虫、耐草甘膦转基因大豆‘MON 87701RR2Y’、抗虫转基因大豆‘MON 87701’与受体大豆‘A5547’、栽培大豆‘南农99-10’的农艺性状进行了评估，结果显示转基因大豆的生存竞争力、繁育能力、种子延续能力、自生苗和落粒性均与受体大豆相当，且都显著低于当地常规大豆或与其相似，自身杂草化风险较小。研究转基因植物杂草化的最终目的并非为了限制转基因植物的种植，而是为了全面了解转基因植物在不同环境下的生存竞争能力，以获得更加充分的风险评估资料，提前规划相应的应对措施。安全评价指南中明确需要提供与受体植物比较，转基因植物种子数量、重量、活力和休眠性以及生长势和生育期等实验数据和结论，用以评价转基因植物的生存竞争能力。

2.2 由基因漂移引起的生态风险 基因漂移(基因流、基因漂流)是指一个生物群体的遗传物质(1个或多个基因)通过媒介转移到另一个生物群体中的现象[35]。花粉通过风、昆虫、鸟和一些野生动物的传播是基因漂移发生的主要途径[36-38]。作为自然界中普遍存在的现象，基因漂移为扩充生物多样性和推动生物进化提供了基础，其本身并不存在生态风险，非转基因作物的大面积种植也会发生近缘物种、品种间的基因漂移，但如果外源导入的基因通过基因漂移的方式释放到生态环境中，就可能导致严重的生态后果[30]。由基因漂移引发的生态风险包括以下3种：(1) 基因漂移可能引发超级杂草问题。转基因作物中的耐除草剂、抗虫或其他抗性基因导入到近缘或远缘的杂草中，会导致其对除草剂耐受性增强，加大了田间杂草的治理难度[39]。(2) 基因漂移可能会导致非转基因种子纯度下降。对于异花授粉植物如玉米、棉花、油菜、瓜类等，由于转基因作物与非转基因作物具有相似的生育期和开花期，外源基因就更容易向没有栽培转基因作物品种的区域扩散，导致种子污染，影响种质资源的完整性[40-42]。(3) 基因漂移可能导致野生近缘种灭绝。大规模的基因漂移可能造成野生种质等位基因丢失，影响野生群体的遗传完整性和遗传多样性，甚至会导致野生种群的局部灭绝[43]。杂交种的田间适生性如果高于野生亲本，那么杂交种将可能入侵野生亲本群体甚至取代野生亲本，并进一步威胁环境中其他物种的生存[44-46]。

目前对基因漂移的安全性评估通常从3个方面开展：(1) 特定空间距离的转基因漂移频率；(2) 转基因与野生近缘种的异交率；(3) 转基因的表达及为野生近缘种群体带来的适合度效应[47]。随着转基因植物在环境中大量释放，不断有研究发现不同来源的基因通过花粉可以向相关近缘物种转移。关于基因漂移的研究最早发表于1995年，Timmons等[48]发现转基因油菜的花粉会受风力的影响而发生长距离的基因漂移。王欣玉和刘勇波[49]对已报道的转基因作物油菜、棉花、玉米、大豆、水稻和小麦与其近缘种之间发生基因流的频率和最远发生距离进行了总结。在自然条件下，转基因油菜与普通栽培油菜和埃塞俄比亚芥的基因流频率分别为0.2%‒16.2%和0.002%‒0.092%，最远发生距离分别为3 000 m和150 m；转基因棉花到普通栽培棉花的基因流频率为0.03%‒19%，主要发生距离在72 m以内，最远发生距离约1 625 m；转基因玉米与普通栽培玉米间的基因流频率为0.32%‒82%，最远发生距离为300 m；转基因大豆与普通栽培大豆间的基因流频率为0.05%‒0.52%，最远发生距离为29 m；转基因水稻与野生稻之间在自然条件下的基因流频率范围是1%‒18%，主要发生在43.2 m内，但最远在250 m处也能检测到基因流；转基因水稻与杂草稻之间的基因流频率为0.01%‒0.30%，主要发生在距离花粉源14 m的范围内；转基因小麦与普通栽培小麦的基因流频率为0.01%‒8.5%，最远发生距离为80 m[49]。

转基因植物与其近缘种之间的基因漂移发生频率受物种之间亲缘关系、气候条件、花期重叠时间、花粉源大小、种植方式等因素的影响；最远发生距离受气候条件、传粉媒介、地理条件等因素的影响[49]。我国科学家研究表明，随着转基因水稻与非转基因水稻之间的间隔距离由0.2 m增至6.2 m，发生基因漂移的频率由0.28%降至小于0.01%，远低于欧盟的标准(0.9%)[50]。因此，采取一定距离的安全隔离措施，严格安全管理，转基因作物基因漂移问题是可控的。此外，细胞质转基因技术、雄性不育技术、基因切除技术、染色体倍性变化限制技术、闭花受精限制技术和基因弱化技术等都可以有效地限制基因漂移水平[35]。

2.3 从抗病毒的转基因作物发展出新病毒的问题 近年来，植物病毒病发生的面积和种类不断扩大增多，每年在全世界造成的经济损失高达600亿美元，其中仅粮食作物的损失就高达200亿美元，传统的防治方法已无法从根本上解决病毒病的危害问题[51]。早在1928年，科学家们就发现相同植物病毒之间存在着干扰现象，接种了烟草环斑病毒弱毒株的烟草，虽然接种的叶片出现了坏死斑，但整株植物却获得了对相近种病毒的抗性，此后将这种现象称为交叉保护[52]。但直到1990年，Napoli等[53]在研究转基因矮牵牛花中时观察到了RNA干扰(RNA interference, RNAi)现象，这种交叉保护的机制才得以被最终阐明，并广泛应用于抗病毒转基因作物的育种中。

近年来的植物抗病毒基因工程主要包括以下几种策略：(1) 病毒外壳蛋白介导的抗性；(2)病毒复制酶介导的抗性；(3) 病毒运动蛋白介导的抗性；(4) R蛋白介导的抗性；(5) RNAi介导的抗性[54]。以转基因番木瓜为例，其生长过程中一直受到番木瓜环斑病毒(papaya ring spot virus, PRSV)的严重威胁，美国科学家将PRSV毒株HA5-1的外壳蛋白(coat protein, CP)编码基因转入番木瓜中，并于1990年获得了世界上首例转PRSV-CP基因的番木瓜，在1998年获得了商业化种植转基因木瓜的许可(商品名为“Sunup”和“Rainbow”)[55]。2006年，我国华南农业大学的科研人员将华南地区PRSV优势株系的复制酶基因转入番木瓜植株，成功培育出我国首例获得商业化生产许可的转基因番木瓜‘华农一号’，产生了巨大的经济效益，深受瓜农喜爱[56]。但是随着植物抗病毒基因工程不断发展，抗病毒转基因植物释放后的安全性问题也引起了越来越多的关注，其潜在的风险主要集中在异源包壳、重组、协生等方面。

2.3.1 病毒的异源包壳 异源包壳是指一种病毒的基因组在装配成病毒粒子的过程中被其他病毒的外壳蛋白包裹的现象，其潜在风险在于可能扩大病毒的寄主范围[54]。在自然条件下，不同病毒(株系)异源包装现象是存在的，目前已有一些关于转基因植物中出现病毒异源包装的报道。早在1970年，Rochow[57]就发现当大麦黄矮病毒(barley yellow dwarf virus, BYDV)的桃蚜-燕麦特异性病毒(Myzus persicae-Avenae-specific virus, MAV)株系与禾谷缢管蚜特异性病毒(Rhopalosiphum padi-specific virus, RPV)株系共同侵染时，RPV的核酸会被MAV的外壳蛋白包被，使原来麦长管蚜不能传播的RPV变得能够被麦长管蚜传播。但是更多的研究表明这种异源包壳发生的概率相对较低，由于转基因表达的CP量很低，侵染病毒本身的CP量却很高，因而病毒基因组通常包裹在自身的CP内，异源包壳发生的概率极小。即使侵染的病毒获得了转化CP的特性，因异源包壳的病毒只能被新的介体传播1次，因此可能造成的危害也是很低的[58]。

2.3.2 病毒的重组 重组是2种不同的DNA分子在复制过程中遗传物质的交换，尽管大多数植物病毒为单链RNA病毒，RNA-RNA之间的重组极为少见，但仍有可能发生[54]。Greene等[59]报道将豇豆褪绿花叶斑驳病毒(cowpea chlorotic mottle virus, CCMV)的CP基因部分序列转化本氏烟(Nicotiana benthamiana)后再接种CCMV的缺失突变体(该突变体不能在本氏烟上产生系统侵染)，突变体病毒能重组而恢复其系统侵染的功能。Borja等[60]发现在转番茄丛矮病毒(tomato bushy stunt virus, TBSV) CP基因的烟草中，CP基因与缺陷TBSV之间发生了重组，从而再生出了野生型病毒。但也有相反的观点，如Falk和Breuning[61]认为转基因植株中的RNA与野生病毒RNA基因组之间重组率很低，即便是发生了重组，新产生的重组体在病毒侵染周期中一般不具备更高的适应性或复制优势，并且在抗病毒转基因植物中发现的重组现象几乎都是运用病毒的部分缺失突变体接种转基因植物而产生的，这很可能是由过高的选择压力造成的。Tepfer等[62]利用一种改进的策略对黄瓜花叶病毒(cucumber mosaic virus, CMV)的重组进行了评估，结果显示在转基因植物中没有新病毒产生的风险。

2.3.3 病毒的协生 协生作用是指2种异源病毒相互作用时，产生比其中任何1种病毒单独侵染更加严重的症状，以及被侵染组织通常表现出至少1种病毒积累量的增加[54]。病毒的协生作用最早发现于1925年，1955年Rochow等对马铃薯X病毒(potato virus X, PVX)和马铃薯Y病毒(potato virus Y, PVY)复合侵染现象的研究，使人们对病毒协生作用有了初步认识[63]。随后Pruss等[64]于1997年发现表达PVY P1/HC-Pro (病毒沉默抑制子)的烟草接种PVX、CMV或烟草花叶病毒(tobacco mosaic virus, TMV)也能产生协生作用，并证明这种协生作用是由RNA沉默机制受到抑制造成的。从生物安全性考虑，由这种协生作用引起的风险可通过不转病毒的沉默抑制子基因来避免。面对潜在的新病毒出现的风险，只要加大抗病毒转基因方法研究的广度和深度，加强风险监管和监控，就能降低抗病毒转基因技术可能带来的负面影响，使抗病毒转基因工程更好地应用于农业生产。

2.4 转基因植物对非靶标生物的影响 随着生物技术的发展，全世界已培育出众多转基因抗虫植物品系，有效控制了虫害，减少了化学农药的使用。其中，表达Bt基因的抗虫转基因作物对靶标害虫起到了较好的控制效果。Bt基因产生的杀虫晶体蛋白(insecticidal crystal protein, ICP)被靶标昆虫取食后，在中肠碱性的环境中被降解为活性肽，进而与昆虫受体蛋白结合，引起细胞膜穿孔，导致昆虫瘫痪或死亡[65]。Bt基因的作物品系如Bt棉花和Bt玉米已在很多国家大规模种植，随着抗虫转基因作物的大面积种植，其非靶标效应的研究也受到越来越多的重视[66-67]。转基因生物的非靶标效应是指转基因生物释放后对于目标害虫或病原菌以外的生物的各种直接或者间接的不利影响，如死亡或适合度下降等，非靶标效应评价是现在转基因植物风险评价最主要的内容之一[68]。欧洲目前广泛采用的评价方法为分层次评价体系[69]。该体系可简单概括为先选择合适的受试生物，然后依次开展从实验室试验到半田间试验，再到田间试验的分层次、分阶段进行的系统评价。我国转基因生物安全评价需要根据转基因植物与外源基因表达蛋白特点和作用机制，提供对相关非靶标植食性生物、有益生物、受保护的物种等潜在影响的评估。

2.4.1 对非靶标昆虫的影响 由于不同类型Bt杀虫蛋白有不同的杀虫谱，转基因植物中不同Bt基因的表达必然对鳞翅目、鞘翅目、双翅目及膜翅目等许多非靶标昆虫产生影响，这种影响取决于昆虫对Bt杀虫蛋白的敏感程度以及转基因植株中Bt杀虫蛋白的表达浓度。目前全世界范围内应用规模最大的转Bt基因抗虫植物所针对的靶标害虫主要是直接取食转Bt基因棉花、玉米、水稻的棉铃虫(Helicoverpa armigera)、棉红铃虫(Pectinophora gossypiella)、棉造桥虫(Anomis flava)、玉米螟(Ostrinia furnacalis)、二化螟(Chilo suppressalis)等鳞翅目昆虫[68]，但是直接取食转Bt基因植物的非靶标生物如家蚕和帝王斑蝶等鳞翅目昆虫[70]、传粉蜂类[71]以及蚜虫[72]和盲蝽[73]等刺吸式害虫也可能会受到影响。祝旋等[74]的研究发现，与无花粉处理和非转基因亲本对照花粉处理相比，喂食转基因玉米花粉处理的桑叶使各龄期家蚕的体重显著降低，发育期显著延长，但对家蚕化蛹率、羽化率、茧重、蛹重、茧层重和产卵量无显著影响。但是在实际生产过程中，受距离、天气条件、花期等各种环境因素的影响，桑叶上漂移沉积的玉米花粉数量达不到实验所用的密度，因此转Bt基因玉米的种植对家蚕养殖风险较低。蜜蜂作为农业生态系统中重要的传粉和经济昆虫，也常作为指示物种被用于转基因抗虫作物的环境安全评价工作中。Duan等[75]对多个Bt蛋白对蜜蜂存活率影响的研究数据进行了系统分析，结果显示目前培育的转基因作物所表达的Cry蛋白如Cry1A、Cry1F、Cry1Ba、Cry2A、Cry3A、Cry3B和Cry9C等，对西方蜜蜂幼虫和成虫的生长发育不会产生显著的负面影响。转cry1Ab/cry2Aj基因玉米‘双抗12-5’是我国自主研发的抗虫耐除草剂玉米品系，姜媛媛等[76]采用室内生测的方法评价了转基因玉米‘双抗12-5’花粉和Cry1Ab杀虫蛋白对意大利蜜蜂的影响，结果表明转基因玉米‘双抗12-5’或Cry1Ab杀虫蛋白对意大利蜜蜂的风险较小。

此外，由于所使用的Cry蛋白对靶标害虫具有特异性，非靶标害虫可能会因为农药和靶标害虫的减少而上升为主要害虫。周晓静等[77]对我国南阳转Bt棉田刺吸式害虫的调查研究发现，Bt棉的大面积种植在有效控制棉铃虫、棉红铃虫等靶标害虫危害的同时，棉田刺吸式口器害虫如盲蝽、棉蚜、棉蓟马和白粉虱的种群呈现上升的趋势。因此有必要结合转Bt作物的实际种植需求，同时开展室内研究和田间监测，提前制定防控对策。

2.4.2 对害虫天敌的影响 在田间环境下有许多天敌生物(特别是天敌昆虫)，它们或以有害生物为食，或以有害生物作为寄主。转基因植物在对靶标和非靶标生物直接作用的同时，也可能间接地影响天敌生物的生存和繁殖。大规模种植转基因植物是否影响农业生态系统中有益天敌生物的种类和种群数量已经成为各国科学家关注的焦点。

Bt作物产生的毒素可以通过直接的方式对天敌产生影响，草蛉和瓢虫是玉米田间常见的天敌昆虫，它们通过取食Bt玉米花粉或捕食以Bt玉米为食的害虫暴露于杀虫蛋白中，因此评估Bt杀虫蛋白对害虫天敌的直接影响对于转基因抗虫植物的科学、安全应用具有重要的意义。Ali等[78]研究发现，Bt蛋白(Cry1Ab、Cry1Ac、Cry1Ah、Cry1Ca、Cry1F、Cry2Aa、Cry2Ab、Vip3Aa)对日本通草蛉(Chrysoperla nipponensis)、大草蛉(Chrysopa pallens)的存活率、化蛹率、幼虫发育时间、成虫羽化率等均未造成不利影响。李亚荣等[79]的研究发现，与对照相比，Cry2Ab蛋白对同龄期龟纹瓢虫(Propylea japonica)的发育期、成虫体重和雌雄比例均无明显差异，体内氨基酸种类和含量也没有显著差异。马月等[80]的研究发现，在种植‘瑞丰125’ ‘DBN9936’ ‘MON89034’等抗虫玉米的转基因玉米田中，瓢虫和草蛉无论是数量还是发生趋势都与对照玉米田基本保持一致，两者均在玉米生长中后期数量达到峰值，没有表现出显著差异。

转Bt基因作物对农田天敌的间接影响主要包括2种方式，一种是通过“转Bt基因抗虫植物-非鳞翅目昆虫-捕食性天敌”的食物链方式影响捕食性天敌，另一种是通过“转Bt基因植物-鳞翅目昆虫-寄生性天敌”的方式影响寄生性天敌[68]。Stephens等[81]的研究首次报道了Bt蛋白可以通过猎物如玉米蚜(Rhopalosiphum maidis)和禾谷缢管蚜(Rhopalosiphum padi)传递给捕食者异色瓢虫(Harmonia axyridis)，从而使其寿命与对照相比缩短了38%。在对寄生性天敌的影响方面，因为靶标生物的高死亡率会导致寄生性天敌数量的减少，同时存活的猎物也可能因摄取Bt蛋白后营养状况下降，对天敌的表型、发育甚至存活均产生很大的影响；例如为了研究转基因水稻经寄主二化螟对绒茧蜂生物学特性的影响，姜永厚等[82]用转Cry1Ab水稻饲喂二化螟一段时间后将其作为绒茧蜂的寄主，结果发现与对照相比，绒茧蜂的结茧率和寄生率均显著降低，茧长和绒茧蜂成虫的前翅长度降低，从5龄幼虫所羽化的雄蜂寿命显著降低，但对寄生蜂的茧块茧数、羽化率和性比没有显著不良影响。由此可见，转基因抗虫植物的推广应用不是一劳永逸的，需要预判随之出现的新的生态环境风险，持续加强相关检测监测和评价研究，并提前制定好切实可行的应对方案，既有序推进转基因抗虫作物的产业化，又保障生态安全。

2.5 转基因植物对土壤生态系统的影响 土壤是生态系统中物质循环和能量转化的重要场所，研究转基因作物对土壤生态系统的影响是其安全性评价的重要组成部分[83]。土壤微生物多样性的研究是土壤生态系统研究的重要组成部分，主要包括土壤生态系统中所有微生物的基因、微生物种类的多样性以及微生物与土壤环境之间相互作用的多样性。随着转基因作物的大面积种植，其对土壤微生物和土壤酶活性的潜在风险也引起了人们越来越多的关注。我国转基因植物安全评价指南中不仅要求有选择地提供微生物群落结构和多样性的评估，还需要考虑对动物群落以及植物群落的影响。

2.5.1 Bt毒素在土壤中的残留 转Bt基因作物编码的杀虫毒素通过转基因植物根系分泌物或者植株残体残留到土壤中[84]，检测外源蛋白在环境中的残留与积累是转Bt基因作物环境安全评价的重要内容之一。Bt外源蛋白可以被黏土颗粒和腐殖酸快速吸附而形成紧密结合体，在这个过程中，Bt蛋白的空间结构不会发生改变，因此可以继续保持其杀虫活性，并减缓微生物对外源蛋白的降解，但是毒素降解的中间产物对土壤中蚯蚓、线虫、原生动物、细菌和真菌并没有毒性[85]。王永模等[86]连续9年的试验表明，种植转Bt基因水稻的水稻田土壤中可以检测出微量的Bt外源蛋白，但水稻收获60 d后，根际土中外源蛋白浓度与非转基因对照之间无显著差别，说明释放到土壤中的外源蛋白在60 d内已降解完毕，且土壤中外源蛋白浓度与种植年数也不存在显著相关性。

2.5.2 对土壤微生物的影响 转基因植物在生长发育过程中通过根系与土壤进行着频繁的物质交换，因此根际微生物极有可能受到影响，目前的研究认为评价转基因作物对土壤微生物群落的影响应至少进行2年的田间监测[87]。胡建军等[88]对7年生转Bt基因欧洲黑杨林地的土壤微生物数量进行了研究，结果显示转基因林地与非转基因林地间的土壤细菌、放线菌和霉菌数量无显著差异。范巧兰等[89]对转Bt基因棉花和常规棉花不同生育期土壤中的微生物进行了测定，结果显示转基因棉花对土壤微生物有明显的影响，但在各个生育期各种微生物种类及其生理群表现不太一致。陈静怡等[90]的研究发现，磷高效转基因水稻与其受体亲本相比，土壤微生物群落的多样性指数在部分生育时期出现显著差异，但是这种差异主要因施肥条件和生育时期的不同而变化。张伟溪等[91]对试验林内的‘抗逆1号杨’与非转基因对照在成龄期后的土壤微生物群落结构进行了连续监测，结果显示试验林地土壤微生物的数量和种类平衡并未发现显著变化，而环境变化如降雨差异可能是不同年份微生物数量差异的主要原因。目前随着高通量测序技术在土壤微生物多样性、结构多样性、功能多样性和遗传多样性研究方面的迅速发展，为未来转基因作物对土壤微生物群落影响的评估提供了更精准的研究方法。

2.5.3 对土壤动物的影响 土壤无脊椎动物作为评价土壤质量的重要指标，已成为转基因作物环境安全性评价的重要内容之一[83]。目前国内外对转基因作物对线虫、跳虫、螨类、蚯蚓和甲虫等重要土壤无脊椎动物的影响都进行了大量研究。Höss等[92]通过生物测定和基因表达分析测定了纯化的Cry3Bb1对秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)的毒性，结果显示Cry3Bb1对秀丽隐杆线虫的生长、繁殖有一定抑制作用，但转cry3Bb1基因的玉米对土壤线虫总体群落的组成、丰富度、多样性无明显影响。跳虫因其种类丰富、个体密度大、多样性高，是评价土壤质量最重要的指示物种之一；目前多数研究结果均表明转基因作物对跳虫没有明显负面影响；但也有研究指出，跳虫的个别种属对转基因产物在土壤中的残留极为敏感，易受到影响；在对螨类的影响方面，有研究表明Bt蛋白对螨类的生长有抑制作用，该抑制作用与Bt蛋白的浓度相关，不同转基因作物对螨类的影响也各不相同，不同螨类对转基因作物的敏感性也差异很大[93]。在对蚯蚓的影响方面，有研究认为蚯蚓可以促进土壤中Bt蛋白的分解，且Bt蛋白对蚯蚓未产生不利影响[94]。Zeilinger等[95]通过4年大田试验研究了3种转Bt基因的玉米对4种蚯蚓种群的影响，结果表明转Bt基因玉米对蚯蚓成虫和幼虫的生物量均未产生显著影响。由于调查方法和作物种类、土壤类型及生物种类等因素的不统一，不同的研究结果之间无法进行比较，因此建立统一的转基因作物对土壤无脊椎动物影响的评价方法和标准，才能提供更为客观可靠的评价结果，推动转基因作物的商业化种植。

2.5.4 对土壤酶的影响 土壤酶是生物在土壤中活动累积的具有化学催化活性的物质，主要以酶-腐殖质复合体、酶-无机矿质胶体复合体等形式吸附在土壤有机质和矿质胶体上，少部分游离在土壤中，其活性可以反映土壤生态系统中微生物的活性、土壤养分循环状况及肥力变化[96]。Wu等[97]通过2年的田间试验，发现抗小麦黄花叶病毒转基因小麦对根际土壤中脱氢酶、脲酶和蔗糖酶的活性没有显著性影响。植物秸秆中含有大量的新鲜有机物料，秸秆还田有助于提升土地肥力，但有研究认为秸秆还田会使外源Bt蛋白更容易进入土壤生态系统，导致土壤肥力改变。张富丽等[98]对转Bt基因棉秸秆还田对酶活力和土壤肥力的影响进行了研究，结果显示转Bt基因棉秸秆还田不会造成土壤中Bt蛋白含量增加，土壤中脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶活性皆较秸秆还田前显著性增加，但土壤中纤维素酶活性较秸秆还田前有不同程度降低，并且秸秆还田可使土壤肥力显著增加，增加幅度在转基因品种与非转基因品种间并无显著差异。李荣兴等[99]连续3年大田试验的监测结果显示，耐草甘膦转基因大豆叶片还田对土壤酶活性也没有产生异常影响。因土壤条件不同且土壤生态环境变化是一个长期过程，作物种植或残体还田对土壤生态功能的影响需要长时间的检验，才能做出更客观的评价，为农业生产提供科学理论指导。

2.6 转基因植物引起的靶标抗性问题 转Bt基因作物最初的种植时期，靶标害虫得到了有效控制，但是随着转基因作物的连续大面积种植，靶标害虫一直处于较高的筛选压力下，携带抗性等位基因的个体不断富集，抗性等位基因突变频率不断增加，使靶标害虫逐渐产生了抗药性，最终导致一些转基因抗虫作物推广失败[97]。

目前，为了延缓害虫对Bt作物的抗性演化，全球广泛应用的方法是“高剂量/庇护所”策略[100]。该策略是在高剂量表达Bt杀虫蛋白的Bt作物区域附近种植非Bt作物，作为敏感害虫种群的庇护所，Bt作物区域存活下来的少量抗性个体，可以与庇护所里的敏感种群自由交配，所产生的抗性杂合子后代能够被高剂量表达Bt杀虫蛋白的转基因作物杀死，从而减少抗性昆虫的累积[101]。但是害虫Bt抗性的管理方法从来不是单一的，除了执行该策略外，还需要结合我国国情和农业绿色发展的趋势，及时进行转基因抗虫作物品种的更新换代和长期的抗性监测，保障抗虫作物的可持续应用和健康发展。在我国进行转基因植物安全评价时，需要提供拟采取的抗性监测方案和治理措施等。

综上所述，虽然目前还没有较多的研究结果证明转基因植物会对生态环境造成严重影响，但转基因植物的生态风险仍受到世界各国的关注，因此在转基因作物商业化种植之前应进行全面的安全性评价，种植之后也需要持续进行相关的监测，不断完善转基因作物安全评价体系，通过科学手段将转基因作物的潜在生态风险控制在可接受的水平。

3 展望 转基因作物的应用显著提高了作物的抗病虫能力，改善农作物品质的同时大幅减少了化学农药的使用，推动了现代农业的可持续发展，为解决全球粮食安全问题提供了有效方案。然而，公众认知不足、生态风险争议仍是未来需重点突破的瓶颈。随着新一代基因编辑技术CRISPR/Cas的发展，转基因作物的研究进入了新的阶段，该技术可以锁定特定的基因编码区域，能够对调控基因表达的顺式作用元件或启动子进行精确修改，这种策略减少了可能的脱靶效应、多效性影响及表观遗传交互作用[102]，能够在不引入外来基因的前提下对作物进行改良，并为风险防控提供新路径。因此该技术有望在未来成为培育作物新品种的主要手段，引领农业绿色发展。

作者贡献声明

陈青杰：初稿写作；程宇情：文献数据管理；马宇、徐宁：监督指导、稿件润色修改。

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