近日，華中農業大學張啟發院士和國際水稻研究所Jauhar Ali研究員聯合國內外多位專家在Science Bulletin雜志發表題為“Developing Green Nutritious Super Rice for a healthy Anthropocene”的展望文章，對水稻育種和稻米產業的使命和前景提出了新的倡議。

該文以近二十年綠色超級稻（少打農藥、少施化肥、節水抗旱、優質高產）實踐為基礎，提出培育綠色營養超級稻，旨在改變根深蒂固“精米為主食”的千年習俗，讓主食擔負起提高人民營養健康水平的使命。該文概述了綠色營養超級稻的概念、目標及其意義，并提出以全谷黑米為基本型培育綠色營養超級稻的技術策略。

水稻作為全球一半以上人口的主要糧食作物，對保障全球糧食安全具有重大意義。數千年來，稻米主要為人類提供能量，而稻米的生產，尤其是近幾十年來的生產方式，導致了資源環境的代價沉重。

綠色超級稻的培育最初針對中國水稻生產中這一嚴峻問題。中國的水稻年產量占全球總產量的30%。長期以來，中國以僅約8%的耕地養活了世界20%-22%的人口，但使用了全球35%以上的農藥和化肥。為緩解這一矛盾，中國科學家于本世紀初提出了綠色超級稻（Green Super Rice, GSR）的構想(Zhang et al 2007)。綠色超級稻具有產量潛力高、抗病蟲害、耐非生物脅迫（如干旱、高低溫等），以及水分養分高效利用的特點，這些性狀的改良可以通過基因組選擇技術從水稻種質資源中引入目標基因而實現。

自古以來，水稻是以淀粉胚乳為食物來源的主糧，以其低成本為人類提供了大部分能量。隨著近幾十年來世界許多地區（尤其是中國）的社會經濟發展，人們對口感美味的追求使稻米加工愈發精細，而全谷物消費量愈發降低。在中國，飲食相關的心血管疾病死亡率和癌癥死亡率包括傷殘調整生命年（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。根據多項大規模研究，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，包括癌癥、心血管疾病、冠心病、中風、糖尿病、呼吸系統疾病、感染性疾病和神經系統疾病；據估計，足量全谷物攝入可降低罹患各種疾病和疾病導致的死亡風險30%以上（Aune et al 2016）。這是因為全谷物攝入不足或精制谷物攝入過多會引發胰島素抵抗，而胰島素抵抗與幾乎所有非傳染性疾病高度相關。

圖1 綠色營養超級稻（GNSR）的特征和目標

有色稻米，尤其是全谷黑米，富含多種營養成分，包括蛋白質、膳食纖維、必需脂肪酸、維生素、礦物質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健康和延長壽命的多重效應(Leonarski et al 2023)。近期一項關于全谷黑米、全谷白米及精白米的營養組學研究表明，全谷黑米能夠為人類健康提供全面且豐富的營養來源(Yang et al 2025)。

科學家已經開始了將黑米推廣為營養主食的行動。針對當前黑米普遍存在烹煮難、口感欠佳等問題，華中農業大學的育種團隊最近培育出一款全谷黑米新品種“華墨香3號”，做米飯食味特佳，全谷營養豐富且均衡，產量視生產條件在5.5至11噸/公頃之間(Zhang et al 2024)。該品種可回應消費者對能量和營養健康的需求，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養寶藏提供了重要契機。

為滿足未來水稻產業和人類健康的需求，該文發出培育綠色營養超級稻（Green Nutritious Super Rice, GNSR）的倡議，從而為地球創造更美好的未來。為實現這一愿景，綠色營養超級稻應具備以下特征：高產且穩產；綠色農業性狀，包括對生物和非生物脅迫的抗性，以及其他有助于資源節約、環境友好的特性；全谷物，尤其是果皮種皮積累花青素的全谷黑米。以全谷黑米作為營養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養素（全營養），對促進人類健康發揮全功能。

倡議提出了綠色營養超級稻的基因組育種的技術策略。綠色營養超級稻育種的第一步是水稻品種目標性狀的基因組設計。針對特定稻作區，設計應考慮以下幾個內容：環境適應性與開花時間；產量水平及其相關農藝性狀；生物和非生物脅迫的抗性；以及全谷物營養成分。育種計劃的設計還需考慮核心親本及特定性狀供體的選擇；還應列出與育種計劃相匹配的目標性狀、育種方案及程序的目標基因清單。

近二十多年來，國際水稻功能基因組研究已鑒定并解析了5000多個與各類性狀及生物學過程相關的基因，包括產量性狀與抽穗期基因；稻瘟病、白葉枯病和褐飛虱等病蟲害抗性基因；高低溫、干旱等非生物脅迫相關抗性基因；水分及氮利用效率基因；以及常規的精米品質基因。這些成果為綠色營養超級稻育種奠定了堅實的基因和資源基礎。然而，一些重要性狀，如對螟蟲、卷葉螟、以及稻曲病等病蟲害的抗性基因仍然缺乏。更重要的是，全谷物品質相關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。

基因編輯技術為實現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有力的工具。人工智能等新興技術有助于預測基因變異的潛在效應，并優化基因聚合或編輯的目標性狀。這些方法有望進一步加速基因組育種的進程，推動綠色營養超級稻培育從設計到實施。

倡議指出，全谷黑米作為主食具有多方面潛在的協同效益：提升稻米營養價值，促進人類健康；通過食用全谷而非精米，有效保障糧食安全；緩解對高產目標的壓力，為資源和環境可持續農業的綠色發展提供更多選擇；相較于傳統白米，因其潛在的價格優勢，可以增加稻農的收益，使水稻產業更具吸引力。

該文倡議將全谷黑米作為稻米消費人群的主食，也是對(Zhang et al 2021)的“主食全谷化，黑米主食化”提議的回應。主食的變革有望為人類、農業與自然的和諧發展帶來新的范式。當然，實現這一目標需要多方協同努力，包括政策支持、公眾教育、提升社會認知、知識創新等，不同國家科學家參與的跨學科研究，整合植物學、育種學、食品營養學與健康醫學等領域的研究，共同推動科學前沿發展。此外，產業界應積極生產并向消費者推廣營養健康的稻米產品。最近國家出臺的《國家全谷物行動計劃（2024-2035）》（鏈接）為“黑米主食化”行動提供了非常令人鼓舞的信號。

來源: 《中國科學》雜志社