华中农业大学张启发院士合作最新论文

4月11日，华中农业大学张启发院士和国际水稻研究所Jauhar Ali研究员，联合国际粮食政策研究所Howarth Bouis研究员、中国水稻研究所胡培松院士、美国加尼福利亚大学戴维斯分校Gurdev Khush院士、崖州湾国家实验室李家洋院士、上海市农业生物基因中心罗利军研究员、国家粮食和物资储备局科学研究院谭斌研究员、中国农业科学院作物科学研究所万建民院士、哈佛大学Walter Willett教授、美国亚利桑那大学Rod Wing教授，以及华中农业大学水稻团队熊立仲教授、余四斌教授、陈浩教授、李一博教授和欧阳亦聃教授，在Science Bulletin上发表了题为“Developing Green Nutritious Super Rice for a healthy Anthropocene”的展望论文，对水稻育种和稻米产业的使命和前景提出了新的倡议。

该文以近二十年绿色超级稻（少打农药、少施化肥、节水抗旱、优质高产）实践为基础，提出培育绿色营养超级稻，改变根深蒂固“精米为主食”的千年习俗，让主食担负起提高人民营养健康水平的使命。该文概述了绿色营养超级稻的概念、目标及意义，并提出以全谷黑米为基本型培育绿色营养超级稻的技术策略。

水稻作为全球一半以上人口的主要粮食作物，对保障全球粮食安全具有重大意义。数千年来，稻米主要为人类提供能量，而稻米的生产，尤其是近几十年来的生产方式，导致了资源环境的代价沉重。

绿色超级稻的培育最初针对中国水稻生产中这一严峻问题。中国的水稻年产量占全球总产量的30%。长期以来，中国以仅约8%的耕地养活了世界20%-22%的人口，但消耗了全球35%以上的农药和化肥。为缓解这一矛盾，中国科学家于本世纪初提出了绿色超级稻（Green Super Rice, GSR）的构想。绿色超级稻具有产量潜力高、抗病虫害、耐非生物胁迫（如干旱、高低温等），以及水分养分高效利用的特点，这些性状的改良可以通过基因组选择技术从水稻种质资源中引入目标基因而实现。

自古以来，水稻是以淀粉胚乳为食物来源的主粮，以其低成本为人类提供了大部分能量。随着近几十年来世界许多地区（尤其是中国）的社会经济发展，人们对口感美味的追求使稻米加工愈发精细，而全谷物消费量愈发降低。在中国，饮食相关的心血管疾病死亡率和癌症死亡率包括DALY（disability-adjusted life-year）全球最高。

禾本科的全谷物由果皮、种皮、糊粉层、胚和胚乳组成，而精加工的谷物（如精白米）仅保留了胚乳部分。根据多项大规模研究，全谷物摄入与降低多种疾病引起的全因死亡率和特定病因死亡率风险相关，包括癌症、心血管疾病、冠心病、中风、糖尿病、呼吸系统疾病、感染性疾病和神经系统疾病；据估计，足量全谷物摄入可降低罹患各种疾病和疾病导致的死亡风险30%以上。这是因为全谷物摄入不足或精制谷物摄入过多会引发胰岛素抵抗，而胰岛素抵抗与几乎所有非传染性疾病高度相关。

有色稻米，尤其是全谷黑米，富含多种营养成分，包括蛋白质、膳食纤维、必需脂肪酸、维生素、矿物质及多种生物活性成分。黑米果皮和种皮中合成的花青素具有促进健康和延长寿命的多重效应。近期一项关于全谷黑米、全谷白米及精白米的营养组学研究表明，全谷黑米能够为人类健康提供全面且丰富的营养来源。

科学家已经开始了将黑米推广为营养主食的行动。针对当前黑米普遍存在烹煮难、口感欠佳等问题，华中农业大学的育种团队最近培育出一款全谷黑米新品种“华墨香3号”，做米饭食味特佳，全谷营养丰富且均衡，产量视生产条件在5.5至11吨/公顷之间。该品种可回应消费者对能量和营养健康的需求，被赋予“米饭型全谷黑米”的新理念。这类水稻品种的推出为人类解锁黑米的营养宝藏提供了重要契机。

为满足未来水稻产业和人类健康的需求，该文发出培育绿色营养超级稻（GNSR, Green Nutritious Super Rice）的倡议，从而为地球创造更美好的未来。为实现这一愿景，绿色营养超级稻应具备以下特征：高产且稳产；绿色农业性状，包括对生物和非生物胁迫的抗性，以及其他有助于资源节约、环境友好的特性；全谷物，尤其是果皮种皮积累花青素的全谷黑米。以全谷黑米作为营养健康主食替代目前仅只包含胚乳的精白米，为人类提供齐全平衡的营养素（全营养），对促进人类健康发挥全功能。

倡议提出了绿色营养超级稻的基因组育种的技术策略。绿色营养超级稻育种的第一步是水稻品种目标性状的基因组设计。针对特定稻作区，设计应考虑以下几个内容：环境适应性与开花时间；产量水平及其相关农艺性状；生物和非生物胁迫的抗性；以及全谷物营养成分。育种计划的设计还需考虑核心亲本及特定性状供体的选择；还应列出与育种计划相匹配的目标性状、育种方案及程序的目标基因清单。

近二十多年来，国际水稻功能基因组研究已鉴定并解析了5000多个与各类性状及生物学过程相关的基因，包括产量性状与抽穗期基因；稻瘟病、白叶枯病和褐飞虱等病虫害抗性基因；高低温、干旱等非生物胁迫相关抗性基因；水分及氮利用效率基因；以及常规的精米品质基因。这些成果为绿色营养超级稻育种奠定了坚实的基因和资源基础。然而，一些重要性状，如对螟虫、卷叶螟、以及稻曲病等病虫害的抗性基因仍然缺乏。更重要的是，全谷物品质相关性状的功能基因组研究很少，目前可用于此类性状遗传改良的基因极为有限。

基因编辑技术为实现特定水稻基因的定向突变、多基因的操纵以及靶向替换提供强有力的工具。人工智能等新兴技术有助于预测基因变异的潜在效应，并优化基因聚合或编辑的目标性状。这些方法有望进一步加速基因组育种的进程，推动绿色营养超级稻培育从设计到实施。

倡议指出，全谷黑米作为主食具有多方面潜在的协同效益：提升稻米营养价值，促进人类健康；通过食用全谷而非精米，有效保障粮食安全；缓解对高产目标的压力，为资源和环境可持续农业的绿色发展提供更多选择；相较于传统白米，因其潜在的价格优势，可以增加稻农的收益，使水稻产业更具吸引力。

该文倡议将全谷黑米作为稻米消费人群的主食，这也是对2021年“主食全谷化，黑米主食化”提议的积极回应。主食的变革有望为人类、农业与自然的和谐发展带来新的范式。当然，实现这一目标需要多方协同努力，包括政策支持、公众教育、提升社会认知、知识创新等，不同国家科学家参与的跨学科研究，整合植物学、育种学、食品营养学与健康医学等领域的研究，共同推动科学前沿发展。此外，产业界应积极生产并向消费者推广营养健康的稻米产品。最近国家出台的《国家全谷物行动计划（2024-2035）》（https://www.lswz.gov.cn/html/tzgg/2024-12/24/content_285634.shtml）为“黑米主食化”行动提供了非常令人鼓舞的信号。

附：作者简介

张启发，华中农业大学教授，中国科学院院士。提出并实施了“少打农药、少施化肥、节水抗旱、优质高产”的绿色超级稻战略构想，推动了绿色超级稻的培育与产业化进程。倡导“主食全谷化，黑米主食化”，奉献对人类和地球都健康的食品。

Jauhar Ali，国际水稻研究所（IRRI）首席科学家，杂交水稻发展联盟（HRDC）主席。专注于培育适应南亚和东南亚市场需求的杂交水稻亲本材料。通过IRRI、中国农业科学院（CAAS）及各国农业研究系统（NARES）的紧密合作，培育出73个具有多重抗性的绿色超级稻（GSR）品种，为解决粮食安全和可持续农业问题作出了重要贡献。

Howarth Bouis，国际粮食政策研究所（IFPRI）高级研究员，于20世纪90年代初率先提出生物强化概念，国际作物营养强化项目（HarvestPlus）的发起人。因在“通过生物强化解决全球隐性饥饿问题方面的开创性贡献”，于2016年荣获世界粮食奖。

胡培松，中国水稻研究所研究员，中国工程院院士，水稻遗传育种专家。担任国家水稻产业技术体系首席科学家、杂交水稻发展联盟（HRDC）专家委员会委员。荣获国家科技进步二等奖三次，并获浙江省农业科技突出贡献奖及中国作物学会科学技术成就奖等荣誉。成功培育出中嘉早17、中香1号等优质稻品种，累计推广面积超过1.7亿亩。

Gurdev Khush，加州大学戴维斯分校名誉兼职教授，植物遗传学家。曾任国际水稻研究所（IRRI）首席育种家。印度国家科学院、第三世界科学院、美国国家科学院（外籍）、英国皇家学会（外籍）、中国科学院（外籍）及俄罗斯农业科学院院士。因其在作物遗传育种领域的卓越贡献，先后荣获世界粮食奖（1996）、沃尔夫农业奖（2000）、中国政府友谊奖（2000）、中华人民共和国国际科学技术合作奖（2001）、金镰刀奖（2007）以及中国河姆渡稻作国际合作奖（2013）等多项国际殊荣。

李家洋，崖州湾国家实验室主任，中国科学院院士、美国国家科学院外籍院士，植物分子遗传学家。荣获未来科学大奖“生命科学奖”、何梁何利基金科学与技术成就奖、国家自然科学一等奖等多项荣誉。揭示了水稻株型形成的分子机理，克隆了理想株型基因IPA1，开创了分子设计育种技术体系，培育出高产优质水稻新品种，为保障国家粮食安全作出重大贡献。

罗利军，上海市农业生物基因中心首席科学家，国家“百千万人才工程”人才。长期从事作物遗传资源的收集保护、研究评价与创新利用研究，选育出多个节水抗旱稻新品种，在节水抗旱稻的理论与育种研究上做出了重要贡献。先后获国家技术发明二等奖、国家科技进步一等奖、何梁何利基金科学与技术进步奖。

谭斌，国家粮食和物资储备局科学研究院首席研究员，国家粮食产业（全谷物）技术创新中心主任。长期围绕全谷物食品的营养与加工开展工作，推动全谷物相关政策与标准的完善，编著《全谷物营养健康与加工》，在推动全谷物产业发展方面作出了重要贡献。

万建民，中国农业科学院作物科学研究所研究员，中国工程院院士。曾任中国农业科学院副院长、中国农业科学院作物科学研究所所长等职。长期致力于水稻优异基因挖掘和分子育种研究，为我国水稻育种和粮食安全作出了重大贡献。荣获国家科技进步一等奖、国家技术发明二等奖、何梁何利基金科学与技术进步奖。

Walter Willett，哈佛大学陈曾熙公共卫生学院流行病学与营养系教授，哈佛大学医学院医学教授，美国医学科学院院士，全球最具影响力的流行病学及营养学家之一。开创性地建立并完善了膳食问卷及生物标记物的研究方法，系统揭示了营养与重大疾病之间的关联，在心血管疾病及癌症的生活方式危险因素研究领域取得了卓越成就。《EAT-柳叶刀》报告联合主席。撰写了经典教科书《营养流行病学》。多次荣获美国及国际重要奖项，其研究成果对全球营养科学和公共卫生领域产生了深远影响。

Rod Wing，美国亚利桑那大学教授，沙特阿卜杜拉国王科技大学教授，植物基因组学家。作为全球植物基因组研究领域的领军人物，在作物基因组学领域取得了开创性成就，为作物基因组学的发展奠定了重要基础。

熊立仲，华中农业大学教授，国家“杰青”。长期从事植物非生物逆境抗性的分子基础研究，获国家科技发明二等奖。

余四斌，华中农业大学教授，长期从事水稻种质创新、基因发掘与利用。曾担任国家高新技术计划“绿色超级稻新品种选育”项目负责人、国家水稻产业技术体系岗位科学家。获国家自然科学二等奖。

陈浩，华中农业大学教授，国家重点研发计划“稻麦玉米全谷物营养健康性状形成的机理”项目负责人。主要研究黑米特殊营养成分及其遗传调控机制，致力于黑米主食化推广应用。

李一博，华中农业大学教授，主要研究水稻粒型与垩白的调控机制。

欧阳亦聃，华中农业大学教授，国家水稻产业技术体系岗位科学家。长期从事杂交稻生物学机制的相关研究，成果入选中国科学十大进展。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927325003743?via%3Dihub

来源：华中农业大学 南湖新闻网