轉AO基因高植酸酶玉米營養學評價分析

張 宇，令狐麗琴，胡貽椿，楊曉光，樸建華，張一平，楊麗琛

(1中國疾病預防控制中心營養與健康所/衛生部微量元素營養重點實驗室，北京 100050；2山西省疾病預防控制中心，太原 030012)

轉AO基因高植酸酶玉米營養學評價分析

張 宇1，令狐麗琴2，胡貽椿1，楊曉光1，樸建華1，張一平1，楊麗琛1

(1中國疾病預防控制中心營養與健康所/衛生部微量元素營養重點實驗室，北京 100050；2山西省疾病預防控制中心，太原 030012)

目的：評價轉AO基因高植酸酶玉米的主要營養學價值。方法：以國標法測定轉基因玉米及其親本的主要營養成分。選擇斷乳SD大鼠100只隨機分為5組，飼養28d。對5組大鼠飼養前、后主要營養學指標、血液和生化學指標，以及蛋白質功效比值(PER)進行比較。 結果：轉AO基因高植酸酶玉米與非轉基因對照玉米在主要營養成分方面均有相似性。各試驗組大鼠的平均增重和平均日增重量均顯著高于對照組(P<0.05)，且A組的平均增重亦顯著高于B組(P<0.05)。雄性試驗組和雌性A、B組的WBC計數顯著低于對照組(P<0.05)，雄性B、D組的AST，以及A組的CRE均顯著高于對照組(P<0.05)，雄性C組的AST顯著低于D組(P<0.05)。所有試驗組的PER均顯著低于對照組(P<0.05)，轉基因玉米與對照玉米在PER和校正PER方面均無統計學差異(P>0.05)。 結論：轉AO基因高植酸酶玉米在蛋白質營養價值方面與非轉基因玉米具有實質等同性，從營養學角度分析該類型玉米是安全的。

轉基因玉米；植酸酶；28d喂養試驗；蛋白質功效評價；營養成分分析

玉米是我國主糧之一，經濟價值巨大，且在糧食方面具有重要的地位。傳統育種方法已無法滿足現階段對玉米總量和特殊用途的需求。轉基因技術不僅可以滿足玉米產量提升的需求，同時也為特殊品種開發帶來了機遇[1]。磷是動物生長所必需的重要元素，盡管在玉米中含量豐富，但約有65%是以植酸鹽的形式存在[2]，消化利用率極低。不僅會造成資源浪費，同時還易引發環境污染[3]。植酸酶不僅能夠有效降低植酸對蛋白質的螯合作用[4]，更重要的是能夠提高機體對蛋白質、磷及其他礦物質元素的利用率。如何增加飼料中植酸酶含量，提升礦物質利用率已成為畜牧業關注的焦點。傳統方法是在飼料配置過程中人為添加植酸酶，但存在高成本和高風險的弊端[5]，因此，在推廣過程中受到限制。

轉植酸酶基因玉米是將黑曲霉素中的植酸酶基因引入玉米中高效表達，不僅提高了磷、鈣等元素的利用率，降低了外源性磷酸氫鈣的使用，更重要的是能夠有效降低飼料生產成本。目前，轉植酸酶基因玉米的應用前景和效果已受到了廣泛的肯定[3，4]。盡管如此，轉基因技術在我國尚處于研究階段，其安全性和營養學價值仍是世界范圍內關注的焦點[6]。目前，關于轉植酸酶玉米的報道主要集中于毒理學評價[7]，鮮有關于營養學評價的報道。本文擬通過對轉AO基因高植酸酶玉米的營養成分，以及蛋白質功效比值進行評價，旨在為其推廣應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 實驗材料 轉AO基因高植酸酶玉米(簡稱轉植酸酶玉米)和非轉基因對照玉米，均由北京奧瑞金股份有限公司提供。其中轉植酸酶玉米材料包括11TPY001和11TPY050兩個品種。非轉基因對照玉米包括OSL963和OSL940，二者均為轉植酸酶玉米的父本自交系，為生長、加工條件與轉基因玉米相同的傳統品種。

清潔級斷乳SD大鼠100只，體重60～80g，雌雄各半，購置于北京維通利華實驗動物技術有限公司(動物許可證號：SCXK 2006-0009)。

1.1.2 設備與試劑 GX-200型電子天平，日本A&D公司生產；TE3102S型萬分之一天平，德國賽多利斯公司生產；XT-1800IV型五分類血液分析儀，日本希森美康株式會社生產；7080型全自動生化分析儀，日本株式會社日立高新技術生產。主要試劑：血紅蛋白檢測試劑，購置于日本希森美康株式會社；生化分析試劑盒，購自中生北控生物技術有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 營養成分檢測 玉米及飼料的營養成分分析由北京市營養源研究所參照相關國家標準完成。

1.2.2 飼料 轉基因和非轉基因飼料配置：根據轉基因與非轉基因玉米營養成分分析結果，按照飼料中蛋白含量控制在10%的原則，以最大摻入比分別加入玉米蛋白，不足部分以酪蛋白補充(對照組全部為酪蛋白)，其他營養素參照AIN-93G配方[8]完成。飼料由北京華阜康生物科技股份有限公司提供。

1.2.3 實驗動物分組與飼養 適應性飼養3d，并依據體重隨機分為5組，每組各20只，雌雄各半。其中A和C組為轉植酸酶玉米組(簡稱轉基因組)，飼喂含轉植酸酶玉米飼料；B和D組為非轉基因對照玉米(簡稱非轉基因組)，飼喂含非轉基因對照玉米飼料；E組為對照組，飼喂含酪蛋白飼料。

單籠飼養，溫度設定21～23℃、濕度控制為55～58%、光照/黑暗12h循環。連續喂養28d，動物自由飲水和采食。試驗全程由專人負責，參照中國疾病預防控制中心動物實驗中心大鼠飼養和管理規程。記錄每日攝食量，每周體重變化，觀察并記錄大鼠外觀和行為異常，毒性表現以及死亡情況。

1.2.4 指標檢測 試驗期末，大鼠禁食12h，腹主動脈取血測定血常規和生化指標，包括：血紅蛋白含量(HGB)、紅細胞計數(RBC)、白細胞計數(WBC)、血小板數(PLT)和淋巴細胞百分比(LYMPH)。生化指標包括：谷-草轉氨酶(AST)、谷-丙轉氨酶(ALT)、血清尿素氮(BUN)、白蛋白(Alb)和肌酐(CRE)。計算蛋白質功效比值，PER=28d體重增量/28d蛋白質攝入總量[9]。

1.3 統計學分析

2 結果與分析

2.1 主要營養成分分析

除水分外，其他營養成分具有可比性(P>0.05)(表1)。除部分品種飼料的水分略高外，其余營養學指標均符合國家標準(表2)。

表1 轉植酸酶玉米與非轉基因對照玉米主要營養素分析

注：與非轉基因對照玉米相比，*P<0.05

表2 飼料主要營養成分檢測結果(%)

2.2 轉植酸酶玉米對大鼠生長性能的影響

由表3可見，無論是雄性或雌性大鼠，各組的平均增重和平均日增重均顯著低于對照組(P<0.05)，A組平均增重顯著低于B組(P<0.05)，其余轉基因組與非轉基因組間差異均無統計學意義(P>0.05)。各組在平均日均采食量間差異無統計學意義(P>0.05)。各試驗組的料重比均顯著高于對照組(P<0.05)，但轉基因組與非轉基因組間差異則無統計學意義(P>0.05)。

表3 轉植酸酶玉米對大鼠生長性能的影響

注：與對照組相比，*P<0.05；與非轉基因組相比，#P<0.05

2.3 轉植酸酶玉米對血液學指標影響

由表4可見，雌性大鼠各試驗組，以及雄性A和B組的WBC計算均顯著低于對照組(P<0.05)，但轉基因組與非轉基因組間差異均無統計學意義(P>0.05)。各試驗組與對照組間在RBC計數、HGB和淋巴細胞比例方面差異均無統計學意義(P>0.05)。A組雌性的PLT計數顯著高于對照組(P<0.05)，但其余組間則無統計學差異(P>0.05)。

雄性B、D組的AST，以及A組的CRE均顯著高于對照組(P<0.05)，雄性C組的AST顯著低于D組(P<0.05)，但雌性大鼠無此現象。其余各試驗組與對照組間，以及轉基因與非轉基因組間差異均無統計學意義(P>0.05)(表5)。

表4 28d喂養期末血常規結果

注：與對照組相比，*P<0.05；與非轉基因組相比，#P<0.05

表5 28d喂養期末生化指標結果

注：與對照組相比，*P<0.05；與非轉基因組相比，#P<0.05

2.4 蛋白質功效比值評價

所有試驗組的PER均顯著低于對照組(P<0.05)，但無論是PER還是校正PER，轉基因組與非轉基因組間均無統計學差異(P>0.05)，提示轉基因產品的蛋白質功效比等同于親本對照物，但劣于酪蛋白(表6)。

表6 各組PER及以酪蛋白校正

注：與對照組相比，*P<0.05

3 討論

玉米的轉基因市場化具有廣闊的發展前景，其種植面積正以每年6%的速度增長[10]。盡管在我國商業化種植尚無確切的時間表，但優勢性品種的研究正持續開展，轉植酸酶玉米就是其中之一。

傳統飼料加工過程中主要是采用植酸酶外源性添加的方法，解決磷利用率低的問題，但成本較高。梁陳沖等[11]分析幾種不同來源的植酸酶對豬消化率和生長性能的影響時發現，轉植酸酶玉米來源與外源添加的植酸酶具有相同的效果。

FAO/WHO專家咨詢委員會認為考慮到非期望效應的影響，轉基因作物即便是在營養成分上與傳統作物一致，仍需考慮進行安全性評價。毒理學、致敏性和營養學評價都是安全評價的重要組成部分，但目前關于轉植酸酶玉米的報道主要集中于利用率和毒理學評價[12]。本研究立足于此，首先對轉植酸酶玉米與非轉基因對照玉米的營養素含量進行了比較，結果表明，兩種轉植酸酶玉米在蛋白質、礦物質元素和維生素等主要營養素方面與親本間并無差異。國內報道稱植酸酶添加有助于提高采食量和采食量[11]，但本結果中未得到相應結論。轉基因組與非轉基因組在平均增重、采食和料重比方面均無差異，這可能與飼料中添加的轉植酸酶玉米總量有限，且觀察時間較短有關。此外，試驗組的料重比均顯著低于對照組，提示玉米蛋白的增重效果略差于酪蛋白，這也與國內報道一致[2-4]。血液生化指標改變是轉基因作物非期望效應的主要標志，陳小萍等[9]以轉豇豆胰蛋白酶抑制劑大米喂養大鼠時也發現，轉基因組的AST和ALT等指標也出現升高現象。本研究中除試驗組的WBC計數出現升高外，其他指標與對照組均無差異，且轉基因與非轉基因組間并無差異，提示轉植酸酶玉米對血常規并無明顯影響。生化指標方面，雄性A組的CRE顯著高于對照組，但與非轉基因組間無差異，提示這可能與飼料中蛋白質組成不同有關。此外，雄性C組的AST顯著低于非轉基因組(D組)，但與對照組間無差異，且雌性大鼠則無此現象。提示盡管C組AST有升高，但仍在正常范圍內，其升高可能與進食量和飼料組成有，暫不能確定是否與轉植酸酶基因有關。

非期望效應的發生，一方面是特異性蛋白進入體內后生的病理生理反應，另一方面則是與轉入基因所表達蛋白的種類和數量改變有關。毒理和致敏性評價主要是針對第一方面，PER則是對第二方面評價的最佳辦法。本組研究發現與酪蛋白相比，試驗組的PER均較低，提示無論是轉基因或非轉基因玉米，其蛋白質的利用率均較酪蛋白差。另一方面，經酪蛋白校正后，各轉基因組與非轉基因組的PER均無差異，提示兩種轉AO高植酸酶基因玉米與非轉基因對照玉米在蛋白質利用率等方面具有相同的營養學價值，同時轉AO高植酸酶基因也未對其他營養素的吸收產生影響。

綜上所述，本實驗所檢測的轉AO基因高植酸酶玉米品種11TPY001和11TPY050，在蛋白質營養價值方面與非轉基因對照玉米具有實質等同性。從營養學角度分析認為，這兩個轉基因品種是安全的。◇

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(責任編輯 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

轉基因生物新品種培育科技重大專項“優質功能型轉基因玉米新品種培育”(項目編號：2014ZX08003-002)。

張 宇(1982— )，男，博士，副研究員，研究方向：營養與食品安全。

楊麗琛(1974— )，女，碩士生導師，研究員，研究方向：營養與食品安全。