美國中學(xué)實驗：PCR法檢測轉(zhuǎn)基因食品

黃一平

基因工程使得科學(xué)家們能夠在生物中表達(dá)特定的基因，通過外源基因的植入和表達(dá)提高農(nóng)作物抗病蟲害、耐酸堿鹽、耐除草劑、耐貯藏等能力，從而提高品質(zhì)、增加產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本。世界人口不斷增長的壓力促使許多國家投入大量人力、物力、財力發(fā)展轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品。自1983年第一株轉(zhuǎn)基因植物誕生以來，轉(zhuǎn)基因作物正源源不斷地走出實驗室進(jìn)入大田并商品化。

轉(zhuǎn)基因食品在食品市場中的份額不斷加大，這一方面展示出現(xiàn)代科技在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的巨大應(yīng)用前景，另一方面也引發(fā)了轉(zhuǎn)基因作物對人體健康和生態(tài)環(huán)境影響的爭論。歐盟、美國、日本等發(fā)達(dá)國家地區(qū)都制定了相應(yīng)的法規(guī)，我國國務(wù)院也早在2001年就出臺了《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理條例》，并在2011年進(jìn)行修正和頒布實施。然而要使消費(fèi)者更加了解和接受轉(zhuǎn)基因食品，除了相關(guān)部門頒布的法律法規(guī)之外，民眾對于商品標(biāo)識的透明度和信任度也至關(guān)重要。

美國作為世界上最發(fā)達(dá)的國家，同時也是轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品種植面最廣的國家之一，其國內(nèi)民眾和科學(xué)家從很早就開始關(guān)注轉(zhuǎn)基因食品的安全性。下面介紹了美國中學(xué)階段推薦進(jìn)行的一項學(xué)生探究實驗“PCR法檢測轉(zhuǎn)基因食品”，旨在讓學(xué)生了解轉(zhuǎn)基因生物的檢測原理。

實驗中學(xué)生們可以用試劑盒檢測玉米（或是大豆）制品是否為轉(zhuǎn)基因食品，以非轉(zhuǎn)基因大豆作為對照。實驗涉及DNA的提取、PCR（聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）、凝膠電泳等實驗技術(shù)和分析方法。

1 材料和準(zhǔn)備

1.1 試劑盒

由美國多蘭DNA學(xué)習(xí)中心（生物教育項目及資源研究組織，www.dnalc.org）設(shè)計，并附有評估學(xué)生的問題設(shè)計、拓展活動、講義光盤、動畫演示等材料。每個試劑盒足夠進(jìn)行10組食物樣本和2組對照的反應(yīng)（共24組PCR反應(yīng)）。試劑盒包含的大豆樣本需要在實驗前2～3周進(jìn)行播種，以獲取其葉片進(jìn)行檢測。

1.2 實驗樣本

實驗前，學(xué)生們可以收集和購買他們想要檢測的食物樣本。實驗需要的材料量很少，不過是一片薯片或是幾顆花生豆。

1.3 儀器

PCR儀、凝膠電泳裝置、微量移液器及微量移液管等。

2 實驗步驟

（1） 從食物和對照樣本中提取DNA。2個對照組的DNA可以根據(jù)實際情況由教師或?qū)W生提取。

（2） 每組樣本分別用兩種引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增反應(yīng)。第一種是用微管蛋白基因（所有植物中都含有）引物進(jìn)行擴(kuò)增，以證明提取出了樣本的DNA。第二種用植物轉(zhuǎn)基因工程中常用花椰菜花葉病毒35S啟動子序列引物進(jìn)行擴(kuò)增，用以鑒定是否為轉(zhuǎn)基因生物。

（3） PCR反應(yīng)的產(chǎn)物用凝膠電泳及顯色法進(jìn)行分析。

試劑盒手冊中包括所需材料儀器清單、每個步驟大致需要的準(zhǔn)備時間等，方便教師計劃和安排。由于DNA的提取和PCR反應(yīng)都可以進(jìn)行冷凍貯藏，以上的步驟可以在實際運(yùn)用時進(jìn)行一定的調(diào)整。

3 實驗討論

目前被批準(zhǔn)商品化生產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因食品中90%以上為轉(zhuǎn)基因植物及其衍生品，因此現(xiàn)在所說的轉(zhuǎn)基因食品基本上是指轉(zhuǎn)基因植物性食品。課堂實驗中能夠利用試劑盒做出膨化食品、麥片以及含花生的能量棒等食物的檢測結(jié)果。但應(yīng)注意大多數(shù)轉(zhuǎn)基因作物是用煙草花葉病毒35S作為啟動子的，因此將它作為轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品檢測的常用指標(biāo)。而植物在正常情況下也可能受到花椰菜病毒侵染而被檢出35S的情況；又由于食用油的加工步驟使得原本含量就較低的核酸被嚴(yán)重破壞成碎片狀，因此對食品中食用油等深加工原料的檢測并不一定準(zhǔn)確。據(jù)此，教師應(yīng)注意對學(xué)生結(jié)果討論的適當(dāng)引導(dǎo)和解釋。

試劑盒的最大優(yōu)點在于學(xué)生能夠很容易使用并親自動手檢測，而不是從教師和書本中獲得知識。本實驗還可以進(jìn)行一系列的拓展，如試劑盒說明中給定的引物序列，可用本地基本序列檢測工具（BLAST）檢測PCR使用的35S啟動子及微管蛋白基因的序列。學(xué)生也可以對不夠確定的結(jié)論進(jìn)行質(zhì)疑。由于實驗中涉及到多種食品，不難發(fā)現(xiàn)其中可能含有對DNA的提取或是PCR擴(kuò)增的抑制成分。

對食品的分析結(jié)果還能夠用以推動關(guān)于轉(zhuǎn)基因商品的標(biāo)識政策的討論。學(xué)生們可以通過調(diào)查其他國家的標(biāo)識政策進(jìn)行討論，甚至可以分組設(shè)計食品的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品標(biāo)簽。在富有創(chuàng)造力及批判精神的環(huán)境中，學(xué)生們能夠進(jìn)行開放的思維，得出各種合理的結(jié)論。

4 總結(jié)與反思

為了引起學(xué)生們的興趣，教師可以讓他們選取經(jīng)常購買的一些品牌食品，并且盡可能多樣化。如果只對一種食品做檢測，課堂中能夠得出的數(shù)據(jù)難以說明市場現(xiàn)狀。

總的來說，PCR法檢測轉(zhuǎn)基因食品是一個以學(xué)生探究為目的的實驗。試劑盒使用方便，實驗也可根據(jù)情況修改和拓展，能夠讓學(xué)生體驗課本經(jīng)典實驗之外的探究方法。通過本實驗，學(xué)生們對DNA的提取、PCR擴(kuò)增、凝膠電泳等分子生物學(xué)知識的實驗技術(shù)有更深刻的了解。考慮到探究實驗涉及諸多分子生物學(xué)的原理技術(shù)和儀器，此實驗在有條件的高中實施較為適宜。

我國雖然也有多家生物試劑公司代理轉(zhuǎn)基因檢測的試劑盒，但基本用于高等教育科研層面，并沒有專門針對中學(xué)教育階段學(xué)生利用現(xiàn)代生物技術(shù)進(jìn)行探究的相關(guān)公司或教育機(jī)構(gòu)。我國中學(xué)生物教學(xué)中的技術(shù)性突破往往只能依托生物教師自身的科研背景和資源，無法給大多數(shù)奮戰(zhàn)在教學(xué)一線的普通教師良好的背景支持。