转基因作物生物安全:科学证据

2017-01-23 | 作者: 逄金辉 马彩云 封勇丽 胡瑞法 | 标签: 转基因安全性

作为国际上种植面积增长最快的技术之一,2014年全球28个国家的1800万农户在种植转基因作物中受益。研究表明,1995-2014年间,全球转基因作物的种植不仅使农作物的产量提高了22%,农民利润增加22%,而且减少了37%的化学农药使用量,显著地减少了农药尤其是杀虫剂的农产品农药残留及其对环境和人类健康的影响。然而,伴随着转基因作物种植面积的快速增长,有关转基因作物安全性的争论越来越激烈。转基因作物的安全性是人们争论与关注的最重要内容。需要指出的是,有关转基因作物安全性的争论,并未发生在从事转基因作物研发及转基因作物安全性科学研究的科学家群体内部,而是来自外部非专业研究人员的非专业之争。本文将通过对美国Web of Science数据平台的全部转基因作物生物安全SCI论文的检索,研究科学界有关转基因作物生物安全研究的主流结论,并据此提出相关的科学证据。

本研究采用文献分析的方法研究了转基因作物的安全性。通过对Web of Science数据库的检索,获取所有已发表的有关转基因生物安全的SCI论文。通过阅读所有所获取的论文,根据其研究内容分别将其分为食品、生态、生产、研发过程和其他研究共五类;在此基础上,根据其材料和研究方法,分别将各类研究论文分为初始实验性论文和非初始实验性论文;由于研发过程未能进入到生产环节,因此本研究仅选择食品、生态和生产影响三方面论文进行分析,并根据其研究结果,分别得出食品、生态和生产安全的安全性。最后,考虑到健康影响,本研究对得出转基因食品危害健康的论文进行追踪研究,分析学术界对这些研究结果的评价及相关研究结果的可靠性。

一、文献检索结果

遵循检全原则,检索了Web of Science数据平台有记录以来到2014年5月底的全部英文学术论文。所采取的检索原则为:分别从转基因农作物生物安全、食品实验和生态安全三个方面编制出三个相互补充的检索式,然后将不同检索式的检索结果去重后获得全部检索文献。

本研究的数据下载日期为2014年6月。去重后,三个检索式共检出文献9 333篇。通过阅读全部下载文献摘要或者全文,将所有文献分为食品、生态、生产、研发过程和其它论文共五类。其中食品类论文451篇,生态类论文1 074篇,生产影响论文1 763篇,研发过程安全论文4 727篇,其它论文(与转基因生物安全无关)1 360篇。由于一些综述类论文涵盖了上述五类论文中的多种,因此,上述论文总和超过检出总数。

由于转基因农作物安全主要发生在商业化种植后,为此,本研究仅分析食品安全、生态安全、生产影响类论文,并分别按其研究所采用的数据将其分为初始实验性论文和非初始实验性论文。凡是采用人体或动物做实验的数据或者采用实验室或者田野调查数据的研究论文,本研究均将其定义为初始实验性论文,否则则定义为非初始实验性论文。

根据每篇论文的研究结果,本研究分别将食品安全类论文分为安全和不安全,生态安全类论文分为安全和有风险,生产影响类论文分为正影响、负影响和没影响。其中食品安全性与否的判别标准为凡是研究结果表明与非转基因作物相比,其对动物或者人体健康无显著差异或者显著改善人体或动物健康的,定义为安全,否则定义为不安全。生态安全的判别标准为凡是研究结果表明与非转基因作物相比,转基因作物的生产不会导致靶标害虫的抗性、生态系统及其相关生物种群发生显著改变的,定义为安全,否则定义为有风险。生产影响的判断标准为研究结果表明转基因作物产量或收入显著优或劣于非转基因农作物的,分别定义为正影响或者负影响,没有显著差异的定义为无影响。上述论文的分类结果见表 1。

表 1 转基因作物生物安全SCI论文文献检索结果


文献检索结果表明,绝大多数研究证明,转基因作物的生物安全与非转基因作物相比并无显著差异或者更优(表 1)。在全部451篇食品安全论文中,得出不安全的论文仅35篇,占该类研究论文的7.8%。这其中包括3篇综述性论文及32篇初始实验性论文,初始实验性论文得出不安全结论的比例则占全部274篇初始实验性论文的11.6%,高于其占全部食品安全论文的比例。

在全部1074篇生态安全论文中,得出安全和有风险的论文分别为984篇和90篇,分别占全部转基因生态安全论文的91.6%和8.4%(表 1)。在全部1074篇生态安全论文中,有601篇初始实验性论文,这些论文中得出安全和有风险的论文分别为559篇和42篇,分别占转基因生态安全初始实验性论文的93%和7%。初始实验性论文得出不安全结论的比例低于全部生态安全论文的比例。

在全部1 763篇生产影响论文中,得出正影响的论文1 630篇,占全部转基因生产影响论文的92.5%;得出负影响的论文49篇,仅占该类论文的2.8%;而得出无显著影响的论文84篇,占该类论文的4.7%(表 1)。负影响和无显著影响论文的比例之和仅占全部生产影响论文的7.5%。

二、文献检索发现


除了多数转基因生物安全研究得出了转基因作物与非转基因作物在安全性上无显著差异外,本研究还有以下三个发现:

1、 转基因研究专业领域的权威学者最早介入转基因生物安全研究,他们比公众更关心转基因生物安全问题

早在上世纪60年代,当分子生物学界发现了生物信息传递的规律,并开始发展与构建生物工程之日起,生物安全问题便进入了人们的视线。1971年美国斯坦福大学的生物学家伯格首次把噬菌体λ的DNA片段与猿猴病毒SV40的基因进行了体外酶切和连接,成功地将来自不同物种的DNA重组起来,建立了人类历史上的第一例转基因。然而,由于SV40是一种致癌病毒,该研究有可能使人工创造的携带致癌基因的重组大肠杆菌,有可能被结合进哺乳动物细胞的染色体中,或者在肠道细菌(例如大肠杆菌)中扩增,从而造成导致致癌基因在人群中的传播。为此,当Berg在1971年6月冷泉港会议上首次报告其实验结果时,科学家们在为其突破性成就欢呼的同时,对其有可能带来的风险也表示担忧,为此,1973年1月22-24日在阿斯洛马举行会议讨论重组DNA技术的危险性问题。

与此同时,1973年3月,波义耳(Herbert Boyer)、科恩(Stanley Cohen)实验室采用细菌的质粒作为重组DNA的载体,并成功地实现重组基因的自动大量复制和表达。该实验同样引起了分子生物学家们的担忧,美国科学院建立了一个专门的委员会,召开一次讨论会讨论重组DNA技术潜在的危险性的会议。为此,1974年4月,Berg召集巴尔的摩(David Baltimore,1975年诺贝尔奖得主) 、科恩(Stanley Cohen)和波义耳(Herbert Boyer),沃森(James Watson,诺贝尔奖得主)等当时最为杰出的分子生物学家开会,专门讨论生物安全问题。会后他们同时给《美国科学院院刊》和《科学》写了一封信,建议分子生物学家自愿地暂停重组DNA实验,并召开一次讨论会讨论重组DNA技术潜在的危险性。

1975年2月24~27日,有关重组DNA技术潜在风险的国际会议成功在美国阿斯洛马举办,这一有关转基因技术安全性问题具有里程碑的会议邀请了来自世界各国的顶尖科学家与会,同时一些知名律师、一些新闻媒体的记者和政界人士等也参加了会议。通过4天的充分激烈的讨论,会议形成报告,建议继续从事这方面的研究,同时应采取措施降低实验的危险性。1976年6月23日,美国国家卫生院在阿斯洛马会议所提出的建议的基础上,公布了重组DNA研究规则。与此同时,欧洲国家也制定了类似的规则。

阿斯洛马会议使科学界有关重组DNA技术的争议告一段落,不仅在科学界奠定了有关转基因技术安全性研究的规则及采取措施规避由此带来风险的相关法律基础,更重要地表明除最早介入研究外,科学家比公众更早更关注转基因的生物安全问题。

2、国际上批准商业化的转基因技术产品经过了有史以来最为严格的生物学安全检验与检测,也建立了有史以来最为严格的监管体系


虽然科学家们早在第一例重组DNA产生便开始关注转基因的安全问题,但国际上首次提出生物安全概念的,则是在阿斯洛马会议后,美国国家卫生院发布的重组DNA研究规则。该规则详细规定了从事转基因研究应该遵守的安全规定,该规定涉及实验室建设、实验材料、实验方法及整个实验过程中的安全管理规定及相关安全管理检测方法。这一规则的出台,确保了转基因研究在整个研发过程中的安全性。

然而,鉴于上述规则出台时尚未有转基因产品进入商业化生产,因此,仅可保证其在研究阶段的安全性,无法确保商业化生产尤其是作为食品的安全性。为此,率先商业化种植转基因作物的美国以及虽未种植转基因作物但作为主要粮食进口国的欧盟、日本等西方发达国家,均制定了严格的转基因产品安全性检测的法律法规,这些法律法规一是在确保转基因产品在进入市场前的研发阶段的安全性;二是确保在其进入市场后其产品与非转基因产品一样安全。这些法律法规规定了详细的商业化转基因产品检测指标、检测办法与监管流程。例如,为了确保转基因产品的食用安全性,在产品被批准上市之前,需要经过营养成分、毒理性、过敏性、非预期性等安全性检测。而这些检测对于目前所有的农作物新品种及传统食品,尤其是通过各种方法(例如通过辐射诱变技术、通过多倍体技术等)选育的农作物新品种所没有的。科学界经常引用的例子是美国的传统育种家通过杂交方法不断选择具有抗虫特性的Psoralen高表达水平芹菜品种,结果这种高水平表达的芹菜却使农民和菜场工作人员产生严重的皮肤过敏反应。而一些传统食品(例如传统的泡菜、淹制食品、烤羊肉串、松花蛋等)如果采用有关对转基因作物的检测方法检测,则有可能无法确保其通过安全性检测。

除此之外,现行的管理体系也制定了严格的转基因产品生产或者市场管理等安全管理、检验检测及监管法律法规。这些法律法规包括转基因产品生产的生态环境安全、安全证书审批、市场准入、市场监管等内容。例如,为了防止转基因抗除草剂品种的基因漂移和抗虫品种目标害虫抗性的累加,美国等转基因种植国家分别制定了严格的种植隔离带制度和避难所种植制度,并为此建立了严格的监管体系;而中国、欧盟、日本等国的转基因食品标签管理制度则同样也是转基因产品市场监管的最有力证据。与此相对应,传统农产品的生产与市场管理,则很少能发现对其如此完备和严格的监管体系的。

3、得出转基因食品不安全结论的毒理性研究论文,有一半是以Malatesta和Seralini为代表的团队发表的

虽然绝大多数有关食品安全研究成果表明转基因食品是安全的,但在全部451篇食品安全论文中,仍有35篇论文得出了拒绝其安全性的结论,这其中包括32篇研究论文和3篇综述性论文(表 1)。而在全部32篇实验研究论文中,包括24篇毒理性研究,5篇外源基因转移研究及3篇致敏性研究(表 2)。

表 2 转基因食品安全研究初始性实验研究论文统计



需要指出的是,在全部24篇毒理性研究论文中,以Malatesta和Seralini为代表的团队便发表了12篇论文,占全部毒理性研究不安全论文的一半。其它的论文则分别包括Sagstad为代表的团队发表了两篇论文;以Ewen、Winnicka、 Einspanier、Ferrini、Schroder、Poulsen、Kilic、Krzyzowsk、Cirnatu和 Buzoianu为代表的团队各发表了一篇论文(表 2)。

在其余8篇有关外源基因转移和致敏性不安全实验研究论文中(表 2),5篇外源基因转移分别由以Tudisco为代表的团队(发表了2篇),以Chowdhury为代表的团队、以Ran Tao为代表的团队和以Douville为代表的团队(各发表了1篇)所发表,分别研究了35S启动子和CP4 EPSPS基因大豆饲养的山羊体内酶和基因片段的变化、Bt11玉米喂食的猪的胃肠道中BT玉米Cry1Ab蛋白的降解、抗草甘膦转基因大豆饲养的罗非鱼吸收外源基因而不是由消化道完全降解和转CRY1和转cry1Ab基因玉米对野生淡水贻贝消化腺和性腺有显著污染。3篇致敏性研究分别由以Campbell为代表的团队、以Nordlee为代表的团队和以Prescott为代表的团队(各发表了1篇)所发表,分别研究了大鼠摄入转阿尔法AI豌豆及鹰嘴豆引起Th1和Th2抗体亚型反应、转巴西坚果2S蛋白大豆的皮肤致敏和转基因豌豆引发小白鼠肺部感染。

三、 转基因食品不安全论文的追踪分析


为了验证转基因不安全论文结论的科学性,本研究对全部32篇得出转基因食品不安全的论文进行了前期研究和后期研究的追踪分析。研究发现上述论文的研究结论全部被学术界否定(表 3)。所有给出不安全的初步结论的论文没有一篇给出后续分子机制水平的支持。

表 3 得出转基因食品不安全饲喂实验论文及其追踪 Table 3 The papers which

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1、转基因毒理性实验研究不安全论文追踪

在全部24篇得出转基因不安全结论的毒理性初始实验研究论文中,发表最早影响最大的是以Ewen、Pusztai(1999)团队所发表的转Glycinins基因马铃薯饲喂大鼠实验(表 3)。截止2014年5月,该文曾被引用高达145次。该论文在英国Rowett研究所Pusztai博士于1998年8月10日在ITV电视台的World in Action节目中提前公布实验结果并被其所在单位劝其退休后,于1999年又在著名的《柳叶刀》杂志正式发表了他们的研究成果。事实上,由于该研究在实验设计上的错误而广受批评。主要包括:无法确定实验用转基因和非转基因马铃薯的化学成分是否存在差异,对食用转基因马铃薯的大鼠所提供的蛋白质不足营养不足使其长期处于饥饿状态,供试动物样本小,饲喂的食物不是大鼠的标准食物,实验设计未作双盲测定,实验结果缺乏一致性等。该文发表后,全部引用中所有支持该文观点的论文除了所有得出不安全结论的另外2篇毒理性研究实验研究论文外,其他10篇全部为缺乏实验数据的研究论文。相反,采用标准实验方法的研究则不仅未能重复得出Ewen、Pusztai团队的研究结果,而且以严格的统计学检验证明饲喂转Glycinins基因马铃薯与非转基因对照间并无显著差异(表 3,见Hashimoto et al.,1999)。

在转基因毒理学研究中,Malatesta、Seralini团队用已批准商业化的转基因玉米和转基因大豆饲喂大鼠和小鼠,并得出了转基因玉米和大豆导致大鼠和小鼠健康损害的一系列证据。在该团队所发表的12篇论文中,以Malatesta为第一作者或者通讯作者发表了5篇论文。由于其从2002年开始陆续发表了一系列论文,因此在学术界的讨论也较多,全部5篇论文共被引用高达146次,其中支持性引用59次,否定性引用23次。在全部59次支持性引用中,除了18次自引外,其他41次引用中,拥有实验数据的研究20次,均为得出不安全研究结论的论文。需要说明的是,除了采用标准方法未能得出Malatesta系列论文转基因有损动物健康结论的前期研究外,更多的采用标准方法重复Malatesta实验的研究否定了其研究结论(表 3)。学术界对Malatesta系列研究的评价是,实验样本小,控制组非等位基因系,未按国际标准实验等 。

在Malatesta、Seralini团队的系列研究中,Seralini团队的研究引起了学术界和全社会的普遍关注。尤其是其2012年的致癌研究甚至引起了社会的恐慌。在其所发表的三篇文章中,2007年90天大鼠饲喂转基因玉米试验,与2009年14周大鼠饲喂转基因玉米试验均被后续的标准试验结果所推翻(表 3),而2012年的致癌研究除了日本学者Nagasawa早在2008年就发表了104周每组50只大鼠(F344 DuCrj大鼠)饲喂转基因玉米试验的研究得出未发现任何安全问题外,在其成果发表后,即刻引起科学界、各国政府的强烈反响。在科学界,学者们纷纷发文质疑他们的研究。2012年11月《自然》杂志专门发表了评论,质疑了该项研究的科学性。该文2013年被《食品与化学毒理学》杂志撤稿后,2014年在《欧洲环境科学》(非SCI的开放杂志)上重发,《自然》网站又专门发文进行了批驳。学术界否定Seralini团队论文的主要依据包括(表 3):实验用大鼠样本少,大鼠品种不合适,基于现有数据无法得出实验组与对照组之间在肿瘤发生率上有显著不同结论等。

除上述研究外,其余得出转基因不安全实验研究论文均被学术界的后续研究所推翻(表 3)。主要包括:

1)Sagstad等(2007)和Bakke-McKellep等(2007)团队分别采用MON810玉米和RR大豆喂食大西洋鲑鱼,分别发现大西洋鲑鱼在喂食MON810玉米后与免疫系统相关联的白血细胞种群显著改变(Sagstad等,2007),而在喂食RR大豆后则大西洋鲑鱼中度炎症的发生率较高(Bakke-McKellep等,2007)。与上述研究不同,Hemre等(2007),GuJinn(2013)和Sanden(2006)等的研究则发现无健康不良反应或全身免疫问题 。
2)Winnicka等(2001)用转基因马铃薯喂食大鼠5周,发现喂养转基因马铃薯增加大鼠细菌由单核细胞、中性粒细胞产生活性氧的百分比以及活性氧的依赖性。而前期Hashimoto等(1999)的研究与后续Quemada(2010)和Rhee(2005)的研究均表明转基因土豆对大鼠无不良影响。
3)Einspanier等(2004)用Bt176玉米喂食黄牛4周,发现黄牛的粪便、胃肠道中有Bt毒素。而Flachowsky(2001)与Paul(2010)的研究表明在动物体内Bt玉米未检测到或已被降解。
4)Ferrini等(2007)体外模拟人的胃液消化Bt176玉米,研究发现DNA的某些性状到达人体胃液肠道。后续研究用相似方法得出了相反的结论,即没有检测到转基因片段或转基因DNA,而且Ferrini的实验研究方法不可重复。另外,Trabalza(2008)使用Bt176玉米喂食母羊及其后代3年未检测到转基因DNA。
5)Schroder等(2007)采用Cry1Ab蛋白水稻喂食wistar 大鼠90天,发现wistar 大鼠的血液学和生化指标有几个参数显著不同。但后续Zhang等(2014)、Wang等(2013)与Tang等(2012)的研究却发现转基因水稻对wistar 大鼠无不良影响。
6)Poulsen等(2007)用转PHA-E凝集素水稻喂食大鼠90天发现大鼠小肠、胃的重量及胰腺和血浆生物化学指标显著差异。Momma等(2000)和Zhou等(2011)的研究表明转基因水稻与传统水稻同样安全。
7)Kilic等(2008)用BT转基因玉米喂食大鼠3代,研究发现大鼠肝、肾的病理变化,肌酸酐、总蛋白、球蛋白水平改变。MacKenzie等(2007)和Appenzeller等(2009)的研究发现Bt玉米与对照组无显著差异。
8)Krzyzowsk等(2010)用抗BASTA除草剂小黑麦(非商业化)喂食小鼠5代,发现小鼠次级淋巴器官的B细胞隔室扩张。但Van等(2013)认为该研究没有分析对健康的影响,没有使用必要的对照组,研究有缺陷。
9) Cirnatu等(2011)使用转基因大豆喂食肉鸡42天,发现肉鸡肝脏炎症和退行性病变。其研究结果与Swiatkiewicz等(2010)前期的研究对性能指标没有不良影响结果则完全不同。
10)Buzoianu等(2012)用MON810玉米喂食母猪及后代143天,研究表明母猪及后代血液指标显著变化。而后续Buzoianu(2012;2013)的研究表明转基因玉米对生长、肠道菌群无不利影响且未转移到血液或器官。

2、转基因致敏性实验研究不安全论文追踪

转基因致敏性实验研究共有3篇得出转基因不安全的论文,其中以Nordlee团队1996年发表的转巴西坚果试验影响最大(表 3)。1994年,美国先锋(Pioneer)公司的Nordlee团队将来自巴西坚果(Bertholletia excelsa)中富含甲硫氨酸和半胱氨酸蛋白质的编码2S albumin基因转入大豆中,并且实现了成功地表达。然而,他的后续研究发现,转2S基因大豆会导致过敏现象,由于其研究成果发表在著名的《新英格兰医学杂志》上,从而产生了“转基因大豆会导致过敏”的影响。然而,后续的研究发现,导致过敏的主要原因是巴西坚果的2S基因所具有的特征(表 3)。也正因为该研究,所转基因的安全性引起了更为广泛的重视,使得转基因相关研究和安全评价过程中对基因本身的安全性成为了重要内容。

类似的研究还包括Campbell(2011)和Prescott(2005)的研究成果(表 3)。在Campbell早期的研究发现转α- AI基因豌豆、鹰嘴豆会引起Th1和Th2抗体亚型反应后,Lee等(2013)的后续研究发现,转基因α- AI豌豆、鹰嘴豆以及非转基因豆都致敏BALB /c小鼠。与转基因坚果和转基因豌豆等的研究不同,Prescott的研究在发现转基因豌豆引发小白鼠肺部感染后,澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)中止了相关转基因豌豆项目。

3、 外源基因转移实验研究论文追踪

外源基因转移研究是转基因安全研究中引起高度关注的研究。在全部39篇研究中,共有5篇得出了不安全的结论。其中Tudisco团队(2007;2010)发表了两篇转EPSPS基因大豆饲喂山羊试验,分别发现在喂养组山羊的肝、肾、心脏、肌肉、脾和血液中发现35S和 EPSPS基因大豆的片段和在处理组小羊的心脏、骨骼肌、肾脏中乳酸脱氢酶显著增加。虽然到目前为止没有类似的试验发表,但相关的研究认为,该研究存在实验对照样本不精确,实验材料(转基因大豆和对照组)培育条件不一致等问题。

Chowdury等(2003)发表了采用Bt玉米饲喂猪后在喂养组猪的胃肠道发现Bt玉米的Cry1Ab蛋白不完全降解现象。该文曾被支持性引用9次。然而,否定性引用高达29次。学术界通过喂养Bt玉米后非常仔细地研究了这些外源基因是否转移到猪的器官及其后代,发现没有证据证明Bt毒素转移到器官或血液。表明即使存在转基因玉米在动物消化系统不完全降解的现象,然而,这与相应基因转移到相应的器官完全是两码事。

另外,Ran等(2009)研究了采用抗除草剂大豆饲喂罗非鱼,发现外源基因被罗非鱼全身吸收而不是消化道完全降解。然而,后续的研究证明,在罗非鱼体内未发现外源基因转移的证据,并证明转基因大豆饲喂罗非鱼是安全的。类似的,Douville等(2009)研究了转Bt玉米饲喂野生淡水贻贝,发现其消化腺和性腺显著污染的现象,同样后续的研究无法重复其发现。

四、 结论与讨论

通过对美国Web of Science数据平台的全部转基因作物生物安全SCI论文的检索,研究了有关转基因作物生物安全的科学证据。得出科学家始终比其他群体,包括普通消费者更关心转基因技术的安全性;批准商业化生产的转基因技术经过了有史以来最为严格的生物学安全检验与检测并建立了有史以来最为严格的监管体系;在所发表的全部9333篇转基因生物安全论文中,90%以上的论文证明转基因技术的安全性与传统非转基因作物无显著差异;而对于所有得出转基因食品不安全结论的论文的追踪研究发现,其研究结论被证明是在错误的研究材料或方法条件下得出的。

目前有关转基因的争论陷入了无谓争论的陷阱。近年来,有关转基因安全性的争论非常激烈。然而,绝大多数争论忽视了通过专业的在现代科学技术水平下的有史以来最严格的检测研究,未得出转基因食品不安全结论这一事实,从而使这一争论陷入了无谓争论的陷阱。在现有科技水平已证明是安全的条件下,再激烈的争论都是无意义的,除非科技进步通过新技术发现该技术是不安全的。否则,激烈的争论将导致过多的非专业人士参与而引起民意变化从而影响政府正确的科学决策。

目前的转基因安全性的争论为非科学争论。科学争论必须具备三个特征,即争论的是高度聚焦的科学问题,参与争论的必须是专业科学家和争论必然促进科学发展。然而,目前的转基因争论多数并不是在专业科学家之间展开,从事转基因生物安全研究的专业科学家有关其安全性的观点并无不同。而争论的所谓“危害人类健康”等安全问题均被专业科学领域研究所否定。与此同时,这些争论不仅未能导致有关转基因科学技术的进步,相反,过度的争论导致了谣言的流行。事实上对谣言进行纠正的科学检测成本是很高的,广大纳税人不得不为这些成本买单。 

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来源:中国生物工程杂志

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