转基因大豆COR23134中三种杀虫蛋白对非靶标生物的环境风险评估：基于暴露-危害框架的综合分析

本综述系统评估了表达Cry1B.34.1、Cry1B.61.1和IPD083Cb三种杀虫蛋白的转基因大豆COR23134对非靶标生物（NTOs）的潜在环境风险。研究通过建立最坏情况暴露浓度（EEC）和实验室危害评估，计算暴露边际（MOE），证实即使在极端保守假设下，COR23134大豆对传粉昆虫、土壤生物、水生生物、捕食性天敌、食虫鸟类及啮齿动物等关键生态功能群均不构成显著风险，为其环境安全性提供了科学依据。

引言

随着农业生物技术的发展，转基因作物在害虫防治中发挥着日益重要的作用。转基因大豆COR23134通过表达三种具有不同作用机制的杀虫蛋白——Cry1B.34.1、Cry1B.61.1（均属于Cry蛋白家族）和IPD083Cb蛋白，旨在有效防治鳞翅目害虫。然而，这些外源蛋白在环境中的留存可能对非靶标生物构成潜在风险。因此，开展系统的环境风险评估对于保障农业生态安全至关重要。本研究基于暴露-危害评估框架，综合分析了COR23134大豆中三种杀虫蛋白对代表性非靶标生物群的潜在影响。

暴露评估：量化环境中的蛋白浓度

暴露评估是风险分析的基石。研究人员首先测定了COR23134大豆不同组织（包括叶片、花粉、茎秆、豆荚和种子）以及关键生长阶段（如营养生长期V6、开花期R2和结荚期R3）中三种杀虫蛋白的浓度。基于极端保守原则，确定了最坏情况暴露浓度（EEC）。例如，考虑到土壤有机质的输入，主要利用R3期青贮饲料（forage）中的蛋白浓度来估算土壤生物的暴露水平；而对于水生生物，则采用美国环保署（EPA）的标准池塘模型，假设10公顷农田的所有地上部组织一次性进入1公顷水体，且蛋白完全溶解并瞬时生物可利用。

值得注意的是，实际环境中的暴露水平远低于这些理论极值。原因包括：植物组织在环境中的降解会导致蛋白浓度迅速下降；田间杂草管理措施减少了非靶标生物宿主植物的密度；大豆花的自花授粉特性限制了花粉扩散；环境因素（如紫外线、温度、湿度）会加速蛋白失活；以及非靶标生物通常具有多样化的食性，不会单一取食转基因作物组织。为了更贴近现实，研究还对部分蛋白（Cry1B.34.1和Cry1B.61.1）进行了暴露浓度 refinements（修正），采用组织中的最高平均浓度而非绝对最大值进行计算。

危害评估：实验室高剂量测试验证安全性

危害评估的核心是在实验室条件下，让代表性非靶标生物暴露于远高于野外预估浓度的杀虫蛋白，以检测任何潜在的不利效应。研究遵循良好实验室规范（GLP），选取了涵盖不同生态功能的六大类群的代表性生物：

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  传粉者与花粉取食者：以意大利蜜蜂（Apis mellifera）的幼虫和成虫为代表。评估终点包括存活率、化蛹率、羽化率和成虫体重。
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  土壤生物：以跳虫（Folsomia candida）为代表。评估终点包括存活率和繁殖率。
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  水生生物：以大型溞（Daphnia magna）为代表。评估终点包括存活率和繁殖率。
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  捕食者与寄生性天敌：包括草蛉（Chrysoperla rufilabris）、瓢虫（Coleomegilla maculata）和寄生蜂（Pediobius foveolatus）。评估终点包括存活率、发育历期和体重。
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  食虫鸟类：以北美鹑（Colinus virginianus）为代表。通过急性经口毒性试验，评估终点包括死亡率、体重变化和采食量。
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  食谷哺乳动物：以小鼠（Mus musculus）为代表。通过急性经口毒性试验，评估终点包括死亡率、临床体征和大体病理学检查。

所有试验均设立阴性对照（不含测试蛋白的膳食或溶液）和阳性对照（含有已知毒性物质的膳食），以确保试验系统的灵敏度和可靠性。测试蛋白的浓度均经过验证，以确保其在试验介质中的稳定性和均一性。此外，在开展三类蛋白的混合效应评估前，还先期验证了Cry1B.34.1、Cry1B.61.1和IPD083Cb蛋白对敏感昆虫（大豆夜蛾，Chrysodeixis includens）不存在协同作用，从而支持了对单个蛋白进行独立危害评估的有效性。

风险表征：综合暴露与危害计算暴露边际

风险表征通过计算暴露边际（MOE）来完成，即无观察效应浓度（NOEC）或无观察效应剂量（NOED）与暴露浓度（EEC）的比值。通常，MOE ≥ 10 被认为风险可接受。

1. 对传粉者（蜜蜂）的风险

蜜蜂幼虫和成虫通过取食花粉可能暴露于蛋白。基于最坏情况EEC计算，三种蛋白对蜜蜂幼虫和成虫的MOE均大于10（例如，Cry1B.34.1对幼虫和成虫的MOE分别为11.7和10.2）。虽然IPD083Cb在最高测试剂量（7500 ng/幼虫/天）下导致蜜蜂幼虫存活率显著下降，但其NOED（5000 ng/幼虫/天）对应的MOE（28.4）远高于安全阈值。考虑到蜜蜂的广食性及花粉蛋白在环境中的不稳定性，实际风险可忽略不计。非靶标鳞翅目（如帝王蝶）因取食习惯和花粉沉积量有限，暴露可能性极低，未进行专项测试即可判定风险极小。

2. 对土壤生物（跳虫）的风险

基于最坏情况EEC，Cry1B.34.1对跳虫的MOE为3.2，略低于10。但使用修正后的EEC计算，MOE升至3.9。尽管此值仍低于10，但需要指出的是，评估中使用了R3期青贮饲料的蛋白浓度，而实际进入土壤的衰老组织蛋白浓度会低得多。更重要的是，实验室测试中，即使暴露于高达1000 ng Cry1B.34/mg（折合Cry1B.34.1为584 ng/mg）、3000 ng Cry1B.61.1/mg和20000 ng IPD083Cb/mg的浓度，跳虫的存活和繁殖均未受影响。加之这些蛋白在土壤中降解迅速，其对土壤生物的实际风险极低。

3. 对水生生物（大型溞）的风险

基于保守的池塘模型EEC，Cry1B.61.1对大型溞的MOE为2.1（最坏情况）和4.1（修正后），Cry1B.34.1和IPD083Cb的MOE分别为13.5和9.8。尽管Cry1B.61.1的MOE稍低，但试验中未观察到其对大型溞的不利效应。Cry1B.34在最高浓度（30 mg/L）下显示毒性，但这被归因于蛋白溶解度限制所致的人工效应，而非蛋白本身毒性（其NOEC为8.8 mg/L）。考虑到模型假设的极端性（如全部组织瞬时入水）和蛋白在水体中的预期降解，实际风险可接受。

4. 对捕食性天敌的风险

评估假设蛋白100%从植物经植食性昆虫传递至天敌。基于最坏情况EEC，三种蛋白对草蛉、瓢虫和寄生蜂的MOE分别为4.9（Cry1B.34.1）、12.3（Cry1B.61.1）和153.8（IPD083Cb）。使用修正EEC后，Cry1B.34.1的MOE升至10.2。虽然Cry1B.61.1在8000 ng/mg浓度下引起草蛉存活率和化蛹率下降，在16000 ng/mg浓度下延长化蛹时间，但效应程度未达50%的关切阈值，且缺乏剂量依赖性，被认为生物学意义不显著。更重要的是，真实的营养级转移过程中存在蛋白降解和稀释，天敌的广食性也进一步降低了暴露水平，因此风险可忽略。

5. 对食虫鸟类（北美鹑）的风险

暴露假设与天敌相同。基于最坏情况EEC，三种蛋白对北美鹑的MOE分别为1.0（Cry1B.34.1）、1.5（Cry1B.61.1）和15.4（IPD083Cb）。使用修正EEC后，Cry1B.34.1和Cry1B.61.1的MOE分别升至2.2和4.1。尽管MOE值较低，但急性经口毒性试验中，即使给予高达1700 mg Cry1B.34/kg体重（折合Cry1B.34.1为992.8 mg/kg）、2000 mg Cry1B.61.1/kg体重和2000 mg IPD083Cb/kg体重的极限剂量，北美鹑未出现死亡率或中毒体征。结合其活动性强和暴露途径的间接性，风险判定为可接受。

6. 对食谷哺乳动物（小鼠）的风险

小鼠通过取食大豆种子可能暴露。基于最坏情况EEC（假设饮食100%为COR23134种子），三种蛋白对小鼠的MOE极高，分别为42.1（Cry1B.34.1）、684.9（Cry1B.61.1）和793.6（IPD083Cb）。急性经口毒性试验中，5000 mg/kg体重的极限剂量下未观察到不良反应。野生啮齿动物的杂食习性将进一步降低其实际暴露风险。

综合结论

本研究通过系统的环境风险评估表明，表达Cry1B.34.1、Cry1B.61.1和IPD083Cb蛋白的转基因大豆COR23134，在预期的田间暴露水平下，对包括传粉者、土壤生物、水生生物、捕食性天敌、鸟类和哺乳动物在内的各类非靶标生物均不构成显著风险。所有计算出的暴露边际（MOE）在考虑实际环境因素后均处于可接受范围，或得到实验室高剂量测试中无不利效应结果的支持。因此，种植COR23134大豆对生态环境的影响很可能是有益的，且不劣于种植非转基因大豆。该研究为COR23134大豆的商业化应用提供了全面的生态安全性科学数据。