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转基因作物监测原理与方法
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转基因作物监测的目的是为了防止转基因作物释放后对环境、对人类和动物健康产生不良影响。由于市场对非转基因产品和有机产品的要求，转基因作物的监测还包括栽培转基因作物对常规作物及其有机作物产品的影响。两种监测的目的不同，但监测的指标相似。
监测方法有特别监测和一般监测两种。特别监测是指对生态风险评估中确认的风险进行监测。例如，监测转基因作物的花粉扩散、植株扩散和植株残留对环境的影响。监测还包括转基因成分扩散到有性繁殖的有机作物和非转基因作物的中可能性。一般监测是观察和记录在生态风险评估中未预见到的间接的，延发的和累积后发生的不良影响。一般监测可以纳入现有农作物日常监测管理，结合施肥、病虫草害防治进行。
在转基因作物引种的各个阶段对控制措施的效果进行监测
监测应选择有代表性的地区进行，并应包括所有的转基因作物。转基因生物安全管理条例中规定的生物安全管理措施都要通过监测来保障其实施并评价其效果。如抽查种子质量并抽查收获的作物产品；检查空间隔离距离、保护行和种植面积；检查轮作方式和间歇种植年限；检查自生苗控制措施与效果；检查播种设备、收割设备、运输器械及仓库的清扫措施与效果。
种子和收获作物检测
种子公司应该对销售的种子进行检测，非转基因常规种子和有机作物种子中应尽可能不含或含有很少转基因成分。应该定期对非转基因常规种子和有机作物种子进行抽查。通过多年抽查和积累数据，随时掌握转基因成分的变化规律。种子播种前检测把关，播种收获后再取样进行分析，了解转基因种子在生产过程中是否增加。
空间隔离，保护行和土地面积
推荐的隔离距离是否合理可以通过研究花粉在同物种转基因作物和非转基因作物间的传播来评估。如果某种作物的实际花粉扩散面积比预期的大，则隔离距离太短。相反，如果花粉扩散的面积比预期的小，则可以缩小隔离距离。
有关保护行减少花粉扩散的作用还需要更多研究。可以通过设有保护行和未设保护行的传统油菜田的比较，也可以通过与转基因油菜田隔离不同距离时的取样检测转基因成分含量来进行。
间歇种植
间歇种植的效果可以通过研究种植过转基因作物的田块第二年生长的自生苗的数量来评估。每种转基因作物都应观察有代表性的田块数量，根据调查的结果延长或缩短种植间歇时间。
控制自生苗
实践中，转基因自生苗的控制作为一种好的耕作方式可以由农民独立完成。其效果可以通过对比实施控制（机械或化学方法）或未实施控制的田地中自生苗的数量来研究。
另外，应该对田边、田埂上的自生苗以及收获和运输过程中的落粒产生的自生苗进行监测。
清扫播种设备、收割设备、运输器械及仓库
彻底的清理播种设备、收割设备、运输器械和仓库是防止转基因种子扩散的有效方法。
可以通过不同作物清理前后遗漏在播种设备和收割设备中的种子数来衡量清理的效果。
另外，可随机抽查播种设备，收割设备、运输器械和仓库是否清理干净。
作物共存栽培管理条例的实施情况检查
除监测以上管理措施的效果外，还需要建立制度来监督作物共存栽培管理条例的实施。这些条例还有待建立。
共存栽培管理条例将以推荐的作物共存栽培管理措施为基础。
监督检查是保证作物共存栽培管理条例顺利实施的保证。监测可以为管理措施的效果提供评判依据，也可为共存栽培管理条例的修订提供依据。
转基因成分分析
从农场到餐桌的各个环节，例如，播种前，种植中、收割后或加工的各个环节都可以抽样检测转基因成分。对饲料和肥料也可以抽样调查。
由于多数转基因成分检测费用很高，必须谨慎地选取样品和测试方法。
目前，对有机农场使用的种子和饲料，都要求检测转基因成分的含量。此外从欧盟以外的国家进口到丹麦的种子也要求检测。
抽样调查
所有抽样方法都是要设法挑选有代表性的样品。因为样品分析的结果完全取决于第一次抽样和随后的二次抽样的代表性。样本容量的大小应考虑法规容许的转基因成分域值。 转基因成分域值越低，抽样规模就越大。
针对上述几种场合，推荐如下抽样方法:
对于种子测试，可以参照ISTA (国际种子测试协会)规定的抽样方法。欧盟种子和植物繁殖材料常务委员会的一个工作小组建议用这些规定来检查常规种子中的转基因成分含量。而且，该小组建议转基因成分域值为0.3-0.7%时，抽样调查的样本容量为3000颗种子。
JRC/IPTS（欧洲联合研究中心和技术预测研究所）2002年度关于作物共存的报告只涉及油菜、玉米和马铃薯。 该报告提出在收获油菜和玉米后，从每块地抽取1000粒种子进行转基因成分测试。对于马铃薯，建议从生长的植株上采取10000片叶子。这些样本容量可以保证转基因成分0.1%的定量要求。
另外，欧盟有一个由检验转基因生物的权威机构组成了工作网。他们制定了一系列用于转基因成分分析的叶片和种子抽样标准。这些标准可用于鉴别转基因作物的转基因特性是否存在，转基因作物是否混有其它转基因成分或非转基因品种，以及在常规种子中是否混有转基因种子。
欧盟有一个关于动物饲料的管理规定，记载了对不同类型饲料抽样和进行官方测试的方法。
种子样本的抽样价格为每小时246丹麦克朗 (丹麦作物管理局2002年指导价)。抽样最少需要2.5小时，即615丹麦克朗。
转基因成分分析
转基因成分分析可分为3种: 1）检测样本是否含有转基因成分； 2） 鉴定转基因成分的种类；3）定量检测
目前使用的转基因成分分析方法可以大致分为蛋白质检测法和DNA检测法两类。
以蛋白质为基础的检测方法最快捷、最便宜，操作也最简单。这种方法是针对转基因作物的外源蛋白质开发其抗体作为检测基础。目前，已经有转Bt基因的抗虫转基因植物检测和抗除草剂转基因植物检测试剂盒出售。由于各种转基因作物中含有相同的的外源蛋白，用这些方法可以检测转基因特性是否存在，但不能识别是什么转基因生物。
最灵敏的蛋白质检测方法是ELISA法(固相酶联免疫吸附测试)，这种方法既可定性也可定量。但由于蛋白质含量变化很大，定量检测并不可靠。
试纸条检测只需`10-20分钟即可完成。该方法不需要试验室。测试可在田间进行，例如在种子抽样现场，该方法只能定性检测指定的转基因成分，不能定量，对于转基因成分的初筛很有用。
以DNA为基础的所谓PCR（聚合酶链式反应）方法最为常用，可用作转基因成分的定性和定量分析。
PCR检测必须在实验室进行，与蛋白质法相比需要较长时间和较高成本。另一方面，PCR检测法比蛋白质法灵敏的多，特异性更强。PCR检测法的灵敏度是ELISA法的10倍，是试纸条法的100倍。如果想知道某个产品含有什么转基因成分，可以进行PCR检测。
用PCR方法检测的是外源基因本身。如果检测外源基因与植物基因组的连接区，就可以准确区分不同的转化事件。
按照逻辑顺序，PCR方法的第一步是对外源基因进行定性检测。如检测结果为阳性，再进行定量检测。一般认为，转基因成分的准确定量极限为0.1 %。
表1对以上方法进行了比较。
表1 各种转基因检测方法的时间与大致价格比较
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方法 |
持续时间 |
价格（元） |
|
ELISA |
3-5 天1) |
927 |
|
试纸条 |
10－20分钟 |
37 |
|
PCR定性检测 |
3-5天1) |
1731 |
|
PCR定量检测 |
3-5天1) |
1360 |
1）一商业实验室完成测试的时间（工作日）
2）定性检测后的外加费用，玉米测试的定价。
以上价格是商业实验室检测的平均价格。这些价格一部分来自JRC/IPTS（2002）的定价，还参考了两家私人实验室提供的价目表。
JRC/IPTS（2002）认为，转基因成分测试的价格（定性与定量一起的价格）可能会下降到1607元。这种推断的依据是收获的每块田都要求检测转基因成分，因此申请检测转基因成分的需求预计会增加。
检测技术的极限
以DNA为基础的转基因成分检测方法（PCR法），无论是定性还是定量都有技术上的检测极限。定性检测的极限是指能检测到的DNA 的最少数量。定量检测的极限是指测定转基因DNA实际含量所需的最少转基因DNA数量。
PCR法检测转基因成分的理论极限通常认为是0.01 %，甚至更低。实际上，由于抽样和检测的不确定性，平均检测极限通常只有0.1 %左右。
欧盟植物科学委员会在2001年3月的一份关于常规种子中混杂转基因种子的文件中，也宣称日常检测的技术极限值为0.1 %。
另外，有些植物种（如小麦）基因组很大（含有大量染色体DNA)，相对来说，参加PCR反应的外源基因的DNA只有很小比例，因此检测的极限值升高。
表2 列出了基因组大小与定性检测和定量检测极限值的关系。表中的数据是使用100ng DNA进行PCR反应的数据，假设定性检测必须有10个拷贝的外源DNA分子，定量检测有100个拷贝的外源DNA分子。表2列出的极限值适合于最佳分析条件，由于受上述的不确定因素影响极限值经常会提高。
表2 不同物种转基因成分定性与定量检测的实际极限值
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作物 |
基因组大小(1 C值) |
定性检测极限值 |
定量检测极限值 |
|
油菜 |
1.15pg |
0.01 % |
0.12 % |
|
玉米 |
2.73pg |
0.03 % |
0.27 % |
|
大豆 |
1.14pg |
0.01 % |
0.11 % |
|
小麦 |
17.33pg |
0.17 % |
1.73 % |
以上关系适合于较容易实施的种子中的转基因成分检测。测试混杂样品时，由于作为检测对象的外源DAN被冲淡，定性和定量检测的极限值都将增大。经过加工的材料DNA的性质在加工过程中可能发生变化，从而增加了检测的不确定性，其定性和定量检测的极限值也相应上升。
上述规律同样适用于转基因成分的定量检测场合，因为测试材料的不确定性越大，对少量转基因DNA的准确量化就越困难。因此太低的转基因成分域值难以实行。
方法的局限性
如上所述，取样对测试结果的可靠性至关重要，取样必须有代表性。象动物饲料等经过碾磨、质地均匀的材料取样问题不大。相反，在一批常规种子中混有转基因种子时，其分布是不均匀的，此时很难抽取有代表性的样品。
无论是以蛋白质为基础还是以DNA为基础的分析方法，一次能够检测的转基因植物的数量都是有限的。两种方法都可以对目前种植的一些转基因作物所共有的蛋白质或DNA片断进行初筛。例如，通过PCR方法对目前市场上的大多数转基因作物中共有的DNA片断进行检测。
然而，市场上还有不含这些特殊DNA片断的转基因植物。这种特殊的转基因植物将来会越来越多。
另外，有时某些植物器官无法用较便宜的蛋白质测试方法( ELISA和试纸条)。例如，如果外源基因只在植物的营养器官中表达，种子测试就只能用PCR方法进行。
要鉴别样品中存在哪种转基因植物，用PCR分析法一次只能检测一种或少数几种转基因植物。而且每次检测要设置重复，大大增加了测试的成本。
下文提到的基因芯片法能一次检测多种植物。
鉴别不同的转基因植物需要了解该转基因植物的外源基因与植物基因组结合部分的基因序列信息。根据最新发布的文件，开发商在申请新的转基因作物投放市场时必须提供该产品的基因结构特异性检测方法。
相反，没有批准商业化的转基因作物无法立即识别。能否鉴别这些转基因植物取决于开发商是否乐意提供必要的DNA序列。
可选择的方法
目前有许多可供选择的转基因测试方法，如除草剂检测法。让种子在含有除草剂的培养基上发芽观察是否存在抗除草剂的转基因植物。这种检测方法价格比较低廉。
新发展的基因芯片法能一次观察和识别多种转基因作物。这种测试将各种转基因植物的外源基因片断都固定在一个玻璃片上。被测样品中可能存在的转基因植物的外源基因DNA将与固定在玻璃片上的相应基因杂交。 对分析的DNA事先进行标记，杂交后便可以在玻璃片上识别。
此方法可同时检测所有已获批准的转基因植物。那些没有批准的转基因植物，如果能得到其基因序列也可加到芯片中用于检测。
目前，已有几家公司开始出售用于转基因成分检测的基因芯片(又称生物芯片)。另外，欧盟也立项研究芯片在转基因成分检测中的应用 (www.gmochips.org)。
目前， 还不能用基因芯片法得出可靠的定量分析结果。这种方法可初步探知转基因植物类型，定量还要借助定量PCR分析。
常规种子中的转基因成分检测
2002年欧盟的几个国家先后在常规油菜籽中发现转基因油菜籽，此后欧盟种子和繁殖材料常务委员会开始要求对常规种子进行检测。首先检测从欧盟以外的国家进口的种子，如大豆、玉米、油菜、甜菜、棉花、番茄和菊苣，这些物种的转基因种子在容许种植这些转基因作物的国家已经市场化。
从欧盟以外的国家进口种子必须报告作物管理局。而且，作物管理局每月收集丹麦海关和税务局的进口报告。如果进口国生产相关物种的转基因作物，丹麦国家森林与自然保护署就要决定是否对进口种子进行转基因成分检测。
2001年和2002年1-7月对有机饲料中的转基因成分进行了抽查，检测结果列于表3。
表3 2001-2002年丹麦有机饲料转基因成分抽查结果
|
抽样时间 |
样品数 |
不含转基因成分的样品 |
转基因成分低于0.1 %的样品或痕量* |
转基因成分为0.1-1 %的样品 |
转基因成分超过1%的样品 |
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2001年1-3月 |
48 |
58% |
27% |
0% |
15% |
|
2001年6-12月 |
88 |
36% |
15% |
3% |
46% |
|
2002年1-4月 |
59 |
75% |
2% |
17% |
7% |
|
2002年3-7月 |
73 |
75% |
3% |
21% |
1% |
*指发现很少量的转基因成分，例如，未申报并且混合物中不一定存在的成分。
而且，有几个种子公司对有机玉米、油菜和甜菜种子进行测试，抽查样品中未发现转基因成分。
2002年1-7月的检测结果表明，2002年交易的有机饲料75%的样品不含转基因成分，含转基因成分的样本少于2001年。即使探测出转基因成分，含量大多在0.1-1%之间。而在2001年，不含有转基因成分的样品只有44%。
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