黄金稻米的“黄金”是怎样炼成的

中国科学报,2012-09-12,曾庆平

水稻是最重要的粮食作物，全球大约有38亿人食用。稻米的维生素A原（β-胡萝卜素）只存在于糊粉层中，但糊粉层在稻米加工过程中已被剥除。因此，在以稻米为主食的地区，维生素A缺乏已成为重要的营养问题。据2005年统计，在122个国家中有1.9亿儿童及1900万孕妇患有维生素A缺乏症，每年造成50万人失明，数百万人患上干眼病。维生素A缺乏还会使其他健康问题如腹泻、麻疹和呼吸道疾病恶化，改善维生素营养每年可挽救100万~200万儿童的生命！

虽然水稻胚乳细胞含有合成β-胡萝卜素的前体，但缺少将这些前体转化为β-胡萝卜素的酶系。瑞士苏黎世联邦理工学院Potrykus及德国弗莱堡大学Beyer领衔的研究小组于2000年宣布，他们成功培育出胚乳含有β-胡萝卜素的转基因水稻。这种水稻的米粒因呈金黄色而被称为“黄金稻米”。目前已在原产菲律宾、中国台湾、美国的水稻品系中育成黄金稻米。

同年，Potrykus因黄金稻米杰出成就荣登《时代》周刊8月号封面，并配有“这种稻米每年能拯救100万儿童”的画外音。值得一提的是，华裔科学家叶旭东参与了黄金稻米的培育，并以第一作者的身份在《科学》杂志发表第一篇黄金稻米论文。在黄金稻米培育中，叶旭东等分两次导入了3个外源基因：黄水仙八氢番茄红素合酶基因（psy）、欧文氏菌ξ-胡萝卜素去饱和酶基因（crt1）和黄水仙番茄红素环化酶基因（lyc）。后来研究发现，水稻胚乳中本来就有番茄红素环化酶，即导入的lyc基因是多余的。

黄金稻米原代米粒都呈金黄色，表明有类胡萝卜素合成，但其中仅部分米粒含β-胡萝卜素，其他米粒则含各种类型类胡萝卜素。在次代黄金水稻混合分离群体中，β-胡萝卜素平均含量为1.6微克/克胚乳，纯合子米粒所含β-胡萝卜素有2微克/克胚乳。若每天进食300克大米，相当于摄入100微克维生素A。不过，这种稻米的β-胡萝卜素含量还太低，成年人每天必须吃9公斤米饭才能满足其对维生素A的需求！

2005年，总部设在瑞士的先正达又培育出第二代黄金稻米，称为“黄金稻米二代”。它是将玉米psy基因导入第一代黄金稻米（含crt1基因）后育成，其类胡萝卜素含量比第一代黄金稻米高23倍，达到37微克/克，其中β-胡萝卜素含量为31微克/克。成年人只要每天食用75克黄金稻米二代煮熟的米饭，就足以满足其对维生素A的需求。

2005年6月，第一代黄金大米发明人之一Beyer获得比尔及梅琳·盖茨基金会资助，旨在通过基因工程手段提高黄金稻米中维生素A原、维生素E、铁、锌的含量水平或生物利用度，同时改良其蛋白质品质。在黄金稻米育成之前的1999年，就曾有人将psy基因导入芜菁（又称“大头菜”），结果检测到高含量的类胡萝卜素。孟山都利用这项技术培育出类胡萝卜素含量大幅度提高的转基因油菜。

2009年，以西班牙Lleida大学Christou为首的科研团队成功培育出一种强化型多种维生素转基因玉米，富含普通玉米中缺乏的3种维生素，即维生素A原（β-胡萝卜素）、维生素C和叶酸（维生素B9）。与普通玉米相比，转基因玉米的维生素C含量提高了6倍，叶酸含量提高2倍，β-胡萝卜素含量为正常值的169倍，并且比黄金稻米中的β-胡萝卜素含量还高5倍！

尽管早在2004年就在美国路易斯安那州立大学农业中心完成了黄金稻米的大田种植试验，但至今黄金稻米还未能走入市场。Potrykus曾于2010年预测，黄金稻米可能在2013年正式面世。黄金稻米的发明权归属捷利康（即现在的先正达），但黄金大米研发使用了32家公司及大学的70项专利。在孟山都率先表态免费提供黄金稻米相关的专利授权后，其他专利持有者也全部放弃了专利权。

“黄金稻米人道主义委员会”提出的区分黄金稻米二代人道主义用途与商用的界限是每年1万美元。若农户种植黄金稻米的年收入不超过1万美元，就可免交特许使用费。另外，也允许由联合国粮农组织指定的低收入、粮食不足的发展中国家（包括中国）的农户自留种子用于来年种植。（作者系广州中医药大学教授