讓稻米承擔(dān)提高營(yíng)養(yǎng)健康水平的使命——全球多位院士和學(xué)者倡議培育綠色營(yíng)養(yǎng)超級(jí)稻

近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)張啟發(fā)院士和國(guó)際水稻研究所Jauhar Ali研究員聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多位專家在Science Bulletin雜志發(fā)表題為“Developing Green Nutritious Super Rice for a healthy Anthropocene”的展望文章，對(duì)水稻育種和稻米產(chǎn)業(yè)的使命和前景提出了新的倡議。

該文以近二十年綠色超級(jí)稻（少打農(nóng)藥、少施化肥、節(jié)水抗旱、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)）實(shí)踐為基礎(chǔ)，提出培育綠色營(yíng)養(yǎng)超級(jí)稻，旨在改變根深蒂固“精米為主食”的千年習(xí)俗，讓主食擔(dān)負(fù)起提高人民營(yíng)養(yǎng)健康水平的使命。該文概述了綠色營(yíng)養(yǎng)超級(jí)稻的概念、目標(biāo)及其意義，并提出以全谷黑米為基本型培育綠色營(yíng)養(yǎng)超級(jí)稻的技術(shù)策略。

水稻作為全球一半以上人口的主要糧食作物，對(duì)保障全球糧食安全具有重大意義。數(shù)千年來(lái)，稻米主要為人類提供能量，而稻米的生產(chǎn)，尤其是近幾十年來(lái)的生產(chǎn)方式，導(dǎo)致了資源環(huán)境的代價(jià)沉重。

綠色超級(jí)稻的培育最初針對(duì)中國(guó)水稻生產(chǎn)中這一嚴(yán)峻問(wèn)題。中國(guó)的水稻年產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的30%。長(zhǎng)期以來(lái)，中國(guó)以僅約8%的耕地養(yǎng)活了世界20%-22%的人口，但使用了全球35%以上的農(nóng)藥和化肥。為緩解這一矛盾，中國(guó)科學(xué)家于本世紀(jì)初提出了綠色超級(jí)稻（Green Super Rice, GSR）的構(gòu)想(Zhang et al 2007)。綠色超級(jí)稻具有產(chǎn)量潛力高、抗病蟲(chóng)害、耐非生物脅迫（如干旱、高低溫等），以及水分養(yǎng)分高效利用的特點(diǎn)，這些性狀的改良可以通過(guò)基因組選擇技術(shù)從水稻種質(zhì)資源中引入目標(biāo)基因而實(shí)現(xiàn)。

自古以來(lái)，水稻是以淀粉胚乳為食物來(lái)源的主糧，以其低成本為人類提供了大部分能量。隨著近幾十年來(lái)世界許多地區(qū)（尤其是中國(guó)）的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們對(duì)口感美味的追求使稻米加工愈發(fā)精細(xì)，而全谷物消費(fèi)量愈發(fā)降低。在中國(guó)，飲食相關(guān)的心血管疾病死亡率和癌癥死亡率包括傷殘調(diào)整生命年（disability-adjusted life-year, DALY）全球最高(GBD 2017 Diet collaborators, 2019)。

禾本科的全谷物由果皮、種皮、糊粉層、胚和胚乳組成（圖1），而精加工的谷物（如精白米）僅保留了胚乳部分。根據(jù)多項(xiàng)大規(guī)模研究，全谷物攝入與降低多種疾病引起的全因死亡率和特定病因死亡率相關(guān)，包括癌癥、心血管疾病、冠心病、中風(fēng)、糖尿病、呼吸系統(tǒng)疾病、感染性疾病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病；據(jù)估計(jì)，足量全谷物攝入可降低罹患各種疾病和疾病導(dǎo)致的死亡風(fēng)險(xiǎn)30%以上（Aune et al 2016）。這是因?yàn)槿任飻z入不足或精制谷物攝入過(guò)多會(huì)引發(fā)胰島素抵抗，而胰島素抵抗與幾乎所有非傳染性疾病高度相關(guān)。

圖1 綠色營(yíng)養(yǎng)超級(jí)稻（GNSR）的特征和目標(biāo)

有色稻米，尤其是全谷黑米，富含多種營(yíng)養(yǎng)成分，包括蛋白質(zhì)、膳食纖維、必需脂肪酸、維生素、礦物質(zhì)和多種生物活性成分(Sedeek et al 2023)。黑米果皮和種皮中合成的花青素具有促進(jìn)健康和延長(zhǎng)壽命的多重效應(yīng)(Leonarski et al 2023)。近期一項(xiàng)關(guān)于全谷黑米、全谷白米及精白米的營(yíng)養(yǎng)組學(xué)研究表明，全谷黑米能夠?yàn)槿祟惤】堤峁┤媲邑S富的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源(Yang et al 2025)。

科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)始了將黑米推廣為營(yíng)養(yǎng)主食的行動(dòng)。針對(duì)當(dāng)前黑米普遍存在烹煮難、口感欠佳等問(wèn)題，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的育種團(tuán)隊(duì)最近培育出一款全谷黑米新品種“華墨香3號(hào)”，做米飯食味特佳，全谷營(yíng)養(yǎng)豐富且均衡，產(chǎn)量視生產(chǎn)條件在5.5至11噸/公頃之間(Zhang et al 2024)。該品種可回應(yīng)消費(fèi)者對(duì)能量和營(yíng)養(yǎng)健康的需求，被賦予“米飯型全谷黑米”的新理念。這類水稻品種的推出為人類解鎖黑米的營(yíng)養(yǎng)寶藏提供了重要契機(jī)。

為滿足未來(lái)水稻產(chǎn)業(yè)和人類健康的需求，該文發(fā)出培育綠色營(yíng)養(yǎng)超級(jí)稻（Green Nutritious Super Rice, GNSR）的倡議，從而為地球創(chuàng)造更美好的未來(lái)。為實(shí)現(xiàn)這一愿景，綠色營(yíng)養(yǎng)超級(jí)稻應(yīng)具備以下特征：高產(chǎn)且穩(wěn)產(chǎn)；綠色農(nóng)業(yè)性狀，包括對(duì)生物和非生物脅迫的抗性，以及其他有助于資源節(jié)約、環(huán)境友好的特性；全谷物，尤其是果皮種皮積累花青素的全谷黑米。以全谷黑米作為營(yíng)養(yǎng)健康主食替代目前僅包含胚乳的精白米，為人類提供齊全平衡的營(yíng)養(yǎng)素（全營(yíng)養(yǎng)），對(duì)促進(jìn)人類健康發(fā)揮全功能。

倡議提出了綠色營(yíng)養(yǎng)超級(jí)稻的基因組育種的技術(shù)策略。綠色營(yíng)養(yǎng)超級(jí)稻育種的第一步是水稻品種目標(biāo)性狀的基因組設(shè)計(jì)。針對(duì)特定稻作區(qū)，設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾個(gè)內(nèi)容：環(huán)境適應(yīng)性與開(kāi)花時(shí)間；產(chǎn)量水平及其相關(guān)農(nóng)藝性狀；生物和非生物脅迫的抗性；以及全谷物營(yíng)養(yǎng)成分。育種計(jì)劃的設(shè)計(jì)還需考慮核心親本及特定性狀供體的選擇；還應(yīng)列出與育種計(jì)劃相匹配的目標(biāo)性狀、育種方案及程序的目標(biāo)基因清單。

近二十多年來(lái)，國(guó)際水稻功能基因組研究已鑒定并解析了5000多個(gè)與各類性狀及生物學(xué)過(guò)程相關(guān)的基因，包括產(chǎn)量性狀與抽穗期基因；稻瘟病、白葉枯病和褐飛虱等病蟲(chóng)害抗性基因；高低溫、干旱等非生物脅迫相關(guān)抗性基因；水分及氮利用效率基因；以及常規(guī)的精米品質(zhì)基因。這些成果為綠色營(yíng)養(yǎng)超級(jí)稻育種奠定了堅(jiān)實(shí)的基因和資源基礎(chǔ)。然而，一些重要性狀，如對(duì)螟蟲(chóng)、卷葉螟、以及稻曲病等病蟲(chóng)害的抗性基因仍然缺乏。更重要的是，全谷物品質(zhì)相關(guān)性狀的功能基因組研究很少，目前可用于此類性狀遺傳改良的基因非常有限。

基因編輯技術(shù)為實(shí)現(xiàn)特定水稻基因的定向突變、多基因的操縱以及靶向替換提供強(qiáng)有力的工具。人工智能等新興技術(shù)有助于預(yù)測(cè)基因變異的潛在效應(yīng)，并優(yōu)化基因聚合或編輯的目標(biāo)性狀。這些方法有望進(jìn)一步加速基因組育種的進(jìn)程，推動(dòng)綠色營(yíng)養(yǎng)超級(jí)稻培育從設(shè)計(jì)到實(shí)施。

倡議指出，全谷黑米作為主食具有多方面潛在的協(xié)同效益：提升稻米營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，促進(jìn)人類健康；通過(guò)食用全谷而非精米，有效保障糧食安全；緩解對(duì)高產(chǎn)目標(biāo)的壓力，為資源和環(huán)境可持續(xù)農(nóng)業(yè)的綠色發(fā)展提供更多選擇；相較于傳統(tǒng)白米，因其潛在的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，可以增加稻農(nóng)的收益，使水稻產(chǎn)業(yè)更具吸引力。

該文倡議將全谷黑米作為稻米消費(fèi)人群的主食，也是對(duì)(Zhang et al 2021)的“主食全谷化，黑米主食化”提議的回應(yīng)。主食的變革有望為人類、農(nóng)業(yè)與自然的和諧發(fā)展帶來(lái)新的范式。當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要多方協(xié)同努力，包括政策支持、公眾教育、提升社會(huì)認(rèn)知、知識(shí)創(chuàng)新等，不同國(guó)家科學(xué)家參與的跨學(xué)科研究，整合植物學(xué)、育種學(xué)、食品營(yíng)養(yǎng)學(xué)與健康醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的研究，共同推動(dòng)科學(xué)前沿發(fā)展。此外，產(chǎn)業(yè)界應(yīng)積極生產(chǎn)并向消費(fèi)者推廣營(yíng)養(yǎng)健康的稻米產(chǎn)品。最近國(guó)家出臺(tái)的《國(guó)家全谷物行動(dòng)計(jì)劃（2024-2035）》（鏈接）為“黑米主食化”行動(dòng)提供了非常令人鼓舞的信號(hào)。