功能性稻米研究進展

摘要：功能性稻米具有普通稻米所沒有的調節人體生理機能、預防疾病的功能。目前，國內外對稻米營養品質、生理活性物質與人體生理活動關系進行了研究，通過常規育種、基因突變技術、分子標記輔助選擇技術選育出一些具有特定保健功能的水稻新品種、新品系。

關鍵詞：稻米；保健功能；研究現狀；發展方向

中圖分類號：S511 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）12-2997-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.12.002

Abstract：Functional rice has the functions of adjusting physiological enginery and preventing diseases， both of which common rice does not possess. Nowadays， the relationships between rice’s nutritional quality as well as its physiological activator and human physiology activities are being researched on. Some new rice species and strains have been bred selectively by means of the technologies such as conventional breeding， genetic mutation and molecular marker-assisted selection.

Key words：rice； healthcare function； research status； development direction

功能性稻米是富含某種生理活性物質，能調節人體生理功能，適宜于特定人群食用的稻米[1]。其外觀和食感與普通食用稻米一樣，具有一般稻米的營養成分，與普通食用稻米的區別就在于某種生理活性成分含量高，能夠調節人體生理功能，從而增強生理防御機制、提升體力和精力、預防特殊疾病、延緩衰老等[2]。

功能性稻米的發展源自功能性食品。功能性食品研究開始于20世紀70年代，它的興起是在當時歐美、日本等國家，隨著社會經濟的發展，物質供應豐富，生活水平日益提高，人們的飲食結構、飲食習慣發生較大改變，因營養物質攝入失衡出現的一系列“亞健康”問題，相關研究機構和學者開始重視主糧食品營養物質含量與疾病之間的關系[3]。研究表明，腎病和糖尿病患者食用谷蛋白含量超過4%的普通大米會導致氨中毒[4]；缺鐵性貧血病患者食用有機鐵含量高的大米可以有效緩解病癥[5]；高血壓病患者食用高GABA（γ-氨基丁酸）含量的稻米能起到降壓效果[6]；兒童缺鋅會引起厭食、生長發育緩慢、智力低下，兒童食品中添加適量鋅能有效減輕厭食、挑食等不良飲食習慣，提高免疫力[7]。在此基礎上，相關研究機構研制、生產出功能明確，針對需要調整機體某種功能的特定人群，不以治療為目的，符合應有營養要求和食品安全的功能性食品。例如增強人體體質（增強免疫能力，激活淋巴系統等）的食品，防止疾病（高血壓、糖尿病、冠心病、便秘和腫瘤等）的食品，恢復健康（控制膽固醇、防止血小板凝集、調節造血功能等）的食品，調節身體節律（神經中樞、神經末梢、攝取與吸收功能等）的食品和延緩衰老的食品[8]。近年來，國內外已經研究開發出多種功能性稻米產品。

1 功能性稻米的分類

功能性稻米按其生理功能可分為：增強人體體質的功能性稻米，例如高蛋白質米、功能肽米；防止疾病的功能性稻米，例如富硒米、富鋅米、高維生素A米；恢復健康的功能性稻米，例如低糖功能米、益腎功能米；調節身體節律的功能性稻米，例如低谷蛋白質米、低過敏米；延緩衰老的功能性稻米，例如黑米、紅米。

2 國外功能性稻米研究概況

歐美、日本等經濟發達國家非常重視稻米中必需營養成分和生理活性成分的研究。1994年，國際水稻研究所的研究人員針對東南亞地區水稻主食人群的營養缺乏癥狀，開展了富鐵、富鋅稻米遺傳育種研究[9]。日本自20世紀80年代就開始功能性稻米的研究，20世紀90年代陸續開發出一系列功能性稻米新品種、新產品[10]。

營養學研究表明，大米蛋白質由清蛋白、球蛋白、醇溶性蛋白和谷蛋白等4種蛋白組成，其中谷蛋白占蛋白質總量的70%左右，是大米中可供人體吸收的蛋白質的主要成分。但腎病和糖尿病患者如食入蛋白質含量過高的食品，會加重病癥，因此，低谷蛋白含量稻米適合腎病和糖尿病患者食用。日本最大的農業基礎科學研究機構——國立農業生物資源研究所（Natioanl Institute of Agrobiological Sciences，NIAS）研究人員以優質水稻品種日本優（Nihomasari）為材料，用化學誘變劑乙烯亞胺處理，通過雜交、回交，結合分子標記輔助選擇技術，選育出低水溶性蛋白含量、性狀穩定的水稻突變體NM67[11]。遺傳分析表明，NM67的低谷蛋白性狀是由單個顯性基因控制的。以NM67突變體為親本，選育出了谷蛋白含量低于4%的突變水稻新品種LGC-1（Low glutelin content-1）。臨床應用表明，低水溶性蛋白稻米是糖尿病和腎臟病患者非常有效的食療輔助食品，對治療有顯著的輔助作用。

日本九州大學農學部和國立農業生物資源研究所合作，利用化學誘變方法，選育出胚芽內氨酪酸含量比普通大米高約4倍的巨大胚稻米新品種海米諾里和低過敏反應的稻米新品系[12]。巨大胚稻米蒸煮后，其γ-氨基丁酸（GABA）的含量會顯著提高，γ-氨基丁酸具有鎮靜神經抗焦慮、降低血壓和血氨的功效，高血壓患者食用GABA含量高的稻米，對降低血壓、改善脂質代謝、防止動脈硬化具有較好的輔助治療作用。而低過敏大米由于其過敏蛋白（16 kD過敏源蛋白）的含量比普通大米低很多，可以專供對大米過敏的人群食用。

日本九州大學農學部研究人員通過農桿菌介導，將大豆中的鐵基因導入越光水稻中，選育出富含鐵水稻新品種，大米的鐵含量達40～45 mg/kg，是普通大米含鐵量的2倍，對防缺鐵性貧血有效，適合缺鐵性貧血患者食用。2000年富鐵高產水稻品種IRl64通過日本農林水產省組織的農業資財審議會審定[13]。

日本北興化學工業株式會社的研究人員通過轉基因技術，培育出色氨酸、賴氨酸含量分別比普通稻米高90、10倍的水稻品種[14]，由于這兩種氨基酸人體內不能合成，必須從食物中攝取，因此該品種具有很高的應用價值。

20世紀90年代，著名跨國農業生物技術公司孟山都、先正達（Syngenta）開始關注功能性稻米，并利用其雄厚的資本支持相關研究機構開展功能性水稻育種研究。瑞士蘇黎世聯邦理工大學的研究人員通過農桿菌介導的轉化方法，將兩種植物基因（尼古丁胺合成酶和鐵酸鹽蛋白質合成酶）轉移到水稻種子中，開發出可提高土壤中鐵質吸收效率，并使鐵主要保存在米胚而非稻殼中的超級富鐵轉基因水稻，該新品種水稻米胚的含鐵量比普通水稻高約6倍[15]。Su等[16]將外源合成β-胡蘿卜素（維生素A的前體）的基因導入水稻基因組中，培育出維生素A含量比普通水稻提高了20多倍的新型轉基因水稻金稻。

3 國內功能性稻米研究概況

中國長期以來就有“藥食同源、藥食同用”的理論。明代李時珍在其巨著《本草綱目》中就記載黑米主治“走馬喉痹，調中氣，主骨節風，癱瘓不遂，常年白發”，谷芽可治療食欲減退、消化不良；唐代著名中藥學家孟詵《食療本草》記載糙米有“止痢、補中益氣、堅筋骨、和血脈之功”；紅米味甘、性溫，富含鐵質，有補血、預防貧血及清除體內自由基、提高機體抗氧化能力、延緩衰老的作用，稱為補血米、藥米[17]。目前，國內一些研究機構對稻米營養品質與生理活性物質進行了研究，并有各種功能性保健稻米產品問世。

上海師范大學植物種質資源開發中心選用日本水稻品種春陽與上海主栽水稻品種秀水128雜交，培育出能輔助治療腎病的優良粳稻品種——益腎稻1號[18]。經農業部稻米及制品質量監督檢驗測試中心分析，該品種總谷蛋白含量比上海普通稻米品種下降61%，不利腎病患者的易消化吸收蛋白下降60%，可輔助食療腎病。

中國農業科學院水稻研究所功能米研究中心從日本引進適合腎功能障礙人群、高血壓患者等專用的品種與育種材料，通過利用與低谷蛋白性狀緊密連鎖的SSR標記對回交世代群體進行輔助選擇、甲基磺酸乙酯（EMS）處理等手段對中國優質水稻主栽品種進行改良，培育出低磷低水溶性蛋白含量、特別適合腎功能障礙人群和糖尿病患者食用的水稻新品種W3660（康盾1號，品種權號CNA20020113.1）[19]。該品系稻米中的人體可吸收蛋白（谷蛋白）和磷含量分別只有普通稻米的60%、50%，在保證熱量供給的情況下，有效減少蛋白質和磷的吸收，食用者的蛋白質攝入量和血清肌酸酐含量明顯降低，腎臟負擔明顯減輕，特別適合對蛋白質攝入具有特殊要求的腎功能障礙人群、糖尿病患者食用，可作為臨床腎功能障礙人群、糖尿病患者食療輔助食品。

廣東省農業科學院水稻研究所與廣州醫學院合作，運用空間誘變技術，培育出具有輔助治療復發性口腔潰瘍功能作用的航天富硒特種米[20]。

國內還開展了高γ-氨基丁酸水稻品種、富鐵富鋅水稻品種、特異淀粉水稻品種的選育研究。中國熱帶農業科學院品種資源研究所通過大批水稻品種資源的篩選鑒定、系統選育，從1 000個水稻品種中選育出3個符合標準、適宜海南富硒土地種植的富硒香米新品種，其糙米含有機硒量達300 ug/kg[21]。湖南農業大學農學院作物遺傳育種研究室選育出富含鐵的晚秈品種特3029，該品種糙米含鐵量達47.6 mg/kg[22]。廣東省農業科學院生物研究所采用稻穗離體雜交、孤雌誘導及子房培養的方法，選育出鐵含量顯著高于國外品種的高鐵水稻黑優粘3號，其糙米含鐵量達52.20 mg/kg[23]。上海交通大學農學院通過引種馴化，選育獲得高含鐵量的黑米品種烏貢1號，其糙米含鐵量達到62.77 mg/kg[24]。浙江大學、云南省農業科學院共同選育出系列功能稻米新品種功米1號、功米2號、功米3號和云資粳82號，其中功米3號含高抗性淀粉，飽腹耐饑餓，能延緩葡萄糖的釋放與吸收，具有控制血糖及預防糖尿病、減肥、防治便秘和腸道疾病等功能，主要針對糖尿病患者，作為主推品種在云南哀牢山區大力推廣[25]。浙江大學原子核農業科學研究所與寧波市河姆渡稻作生物技術有限公司合作，以強感溫性優質早粳為材料，采用航天誘變和60Co-r輻射篩選小粒突變體，培育出迷你型高鋅水稻——粒粒滋，具有高鋅含量、小粒、溫敏型香粳米特點，精米中鋅含量高達34.1 mg/kg，是當地普通稻米鋅含量的3倍以上[26]。

總體而言，目前國內功能性稻米的研究大多集中在稻米營養品質分析方面，對稻米中具有重要保健功能的生理活性物質研究較少并且不夠深入，特別是稻米生理活性物質臨床功能研究很少，與之相關、針對特定人群的功能稻米及其制品的開發仍較少[27]。因此，必須統籌規劃，將功能性稻品種選育、稻米生理活性物質特定保健功效研究與現代營養醫學緊密地結合起來，利用豐富的稻種資源篩選不同保健功能稻米品種（品系），在育成品種（品系）、提高稻米經濟價值的同時，又能滿足不同人群的保健需要，通過食療和食補的方式達到增強生理防御機制、提升體力和精力、預防特殊疾病、增進人體健康的功效，促進功能性稻米研究與現代營養醫學的共同發展。

4 功能性稻米研究的發展方向

水稻是世界上主要糧食作物，全世界有1/3的人口以稻米為主食。中國是水稻的發源地，種植分布區域遼闊，全國以稻米為主食的人口約占總人口的50%。在通過日常飲食增強人體體質、調節身體生理機能、預防疾病的主糧中，稻米及其制品的生物強化措施是最重要的途徑之一[28]。

營養學和農業育種學者認為，提高主食產品生理活性物質含量的一個有效途徑是發掘富含特定生理活性物質的作物種質，通過育種方法提高作物中特定生理活性物質含量[29]。目前國內外功能性稻米新品種（品系）的研究尚處于起步階段，開發富含特定生理活性物質、具有特定保健功能的稻米產品在技術上還存在許多困難和問題。為了提高稻米生理活性物質成分，目前主要的手段是利用外源基因導入水稻種子中。由于轉基因生物技術研究產生的生物安全性問題有待探討，因此，目前消費者對轉基因稻米及其產品還持懷疑態度[30]。

充分利用水稻本身的特定生理活性物質、微量元素與優良基因，利用傳統的育種方法，結合現代基因突變技術和分子生物學技術，例如分子標記輔助選擇技術及電泳分析、氨基酸分析、原子吸收分析等現代生物化學分析、篩選、鑒定方法，通過育種途徑篩選具有特定保健功能、特殊品質性狀（例如低谷蛋白，富含有機鐵，高GABA含量、高維生素A含量等）的水稻株系[31]，培育適合中國種植的高產、優質、多抗保健功能型水稻新品種（品系），是獲得功能性保健稻米的高效、安全、深受歡迎的途徑。同時，隨著生物技術的發展和不斷探索，稻米生理活性物質成分加工工藝的不斷優化，對稻米特定生理活性物質的生理功效可以更多更深入地進行臨床研究，功能性稻米及其產品必將得到廣泛開發與應用。

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