正值水稻豐收的時節(jié)，浙江大學(xué)生物物理樓二樓的辦公室里，吳殿星教授正專注地瞅著桌上一捧新收的谷粒。

潔白、飽滿，它們看起來和普通大米并無區(qū)別，其實，在微觀的分子層面已經(jīng)產(chǎn)生顛覆性的改變?！斑@是一種能夠延緩餐后血糖升高的功能性大米。”吳殿星掬起一捧，置于掌心，“健康密碼，就蘊藏在其所具有的特殊淀粉結(jié)構(gòu)中?！?/p>

這是人稱“米癡”的吳殿星及團隊歷經(jīng)8年攻關(guān)，在國際上率先培育出的高抗性淀粉水稻品種?？剐缘矸墼谛∧c中不易被消化吸收，不會立即轉(zhuǎn)化為葡萄糖并進入血液循環(huán)，這類大米品種也因此具有穩(wěn)血糖、降血脂功效，團隊給它取了個好聽的名字——“宜糖米”，意指“適宜糖尿病人食用的大米”。

11月14日是聯(lián)合國糖尿病日。當(dāng)前，全球Ⅱ型糖尿病的發(fā)病率顯著攀升，這一趨勢在亞洲地區(qū)尤為明顯。國際糖尿病聯(lián)盟最新數(shù)據(jù)顯示，我國糖尿病患者已超過1.4億，Ⅱ型占90%。這提醒著我們，不僅僅是糖尿病患者，更廣泛的人群需要優(yōu)化飲食結(jié)構(gòu)和生活方式。

對話吳殿星，我們循著一粒大米的生長印跡，聊聊“通過優(yōu)化糖的供給實現(xiàn)科學(xué)控糖”這場關(guān)切每個人的“健康革命”。

成千上萬的種質(zhì)篩選

一株地方稻品種的“饋贈”

在絕大多數(shù)關(guān)于水稻的科學(xué)研究中，育種工作是一切的起點。

早在上個世紀(jì)末，抗性淀粉結(jié)構(gòu)和功效的發(fā)現(xiàn)引起了人們的極大興趣，但是它在普通優(yōu)質(zhì)大米中的含量一般都在0.5%以下。想要培育高抗性淀粉大米的品種，首先要找到特異性的新種質(zhì)。

1998年，也是一個深秋，吳殿星在進行水稻品種的淀粉結(jié)構(gòu)測定時，在2000多份品種資源里，發(fā)現(xiàn)了一株生長在金華婺城區(qū)的地方水稻種質(zhì)。檢測數(shù)據(jù)讓所有人意外——它的抗性淀粉含量竟然達(dá)到了3%，要知道，普通的水稻抗性淀粉含量不到1%。

它是這塊沉淀著濃郁稻種文化的土地給予的饋贈。

這是一次偶然的發(fā)現(xiàn)，但育種從來不靠“碰運氣”。找到具有優(yōu)良性狀的“材料”后，吳殿星立即帶著團隊，這株高抗性淀粉水稻跟隨他們來到了2000多公里以外的海南。

育種家就像候鳥，每年的這個時候總會無一例外“遷徙”。北緯18度，海南島南部的稻田在冬日是一個天然的大溫室，水稻在這里能夠進行一年三季的人工選育。從這里開始，以吳殿星、舒小麗、張寧為主要成員的“米教授團隊”，在中國著名水稻育種專家、原浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)校長夏英武教授的帶領(lǐng)下開展了近10年的技術(shù)攻關(guān)。

育種人的工作，主要是“種田”?；卦囼灥乩铮煌谵r(nóng)民大面積播種，吳殿星及團隊一粒一粒播種，一株一株移栽及收獲，“因為幾株混在一起不好進行品質(zhì)比較，不利于發(fā)現(xiàn)特殊性狀?！?/p>

漫長的選育過程，需要腳踏實地的耕種培植海量的實驗樣品，也需要現(xiàn)代生物科技手段，帶來創(chuàng)制全新品種的可能。

分子標(biāo)記技術(shù)能夠精確到DNA分子層面，揭示出不同水稻個體間微妙的遺傳差異。吳殿星及團隊采用這項技術(shù)，對這些稻株的基因組進行全面分析，確定與抗性淀粉合成緊密相關(guān)的遺傳位點。采用現(xiàn)代誘變技術(shù)，對目標(biāo)位點精準(zhǔn)“微調(diào)”，調(diào)控基因表達(dá)，設(shè)計制造出具有天然特異性結(jié)構(gòu)的新淀粉。

每一次誘變或聚合后，團隊都會對育種后代進行嚴(yán)格的檢測，篩選出那些遺傳性狀發(fā)生了預(yù)期變化的優(yōu)良個體，并經(jīng)多次種植與反復(fù)驗證“固定”，也就是通過連續(xù)多代的雜交回交和定向選擇，穩(wěn)定其遺傳性狀。

經(jīng)過無數(shù)次的檢測、優(yōu)選和固定循環(huán)，團隊終于在2006年迎來了突破性的成果——他們成功在國際上率先創(chuàng)制出首個抗性淀粉含量高達(dá)10%左右的水稻新種質(zhì)?！皣H上沒有先例，我們也沒有資料參考?！眳堑钚钦f，后續(xù)團隊對該品種的淀粉理化、消化及營養(yǎng)特性進行了系統(tǒng)研究。

10%的含量意味著什么？

吳殿星對此解釋，抗性淀粉（Resistant Starch，RS）主要分為RS1、RS2、RS3、RS4、RS5五種類型?！拔覀冏顬殛P(guān)心的是這種大米經(jīng)過蒸煮加工后回生的過程中天然形成的RS3，而且其含量會隨著米飯的蒸煮糊化程度的增加而有所提高?！绷硪环矫?，宜糖米具有特殊的淀粉結(jié)構(gòu)，對普通淀粉有良好的包埋作用，類似于緩釋膠囊可以緩慢釋放藥物，可顯著延緩整個米飯粒中糖的消化釋放與吸收速度。由此，人們通過日常飲食就能輕松攝入足夠的抗性淀粉。

“吃飯這件事，不再會帶來升糖的身心焦慮?！眳堑钚钦f。

遺傳研究尋找關(guān)鍵基因

“躲避”酶的“追擊”

業(yè)內(nèi)有個形象的比喻：淀粉里的葡萄糖就像給身體中細(xì)胞吃的“外賣”，細(xì)胞“吃下”，吸收了就能轉(zhuǎn)化為能量，運輸葡萄糖的胰島素就像“外賣員”。對糖尿病患者而言，胰島素分泌不足，大量的“外賣”留在血管里引發(fā)血糖升高。

增加“外賣員”胰島素是最常見的療法，那么，是不是還可以在“外賣”上下功夫？

吳殿星團隊繼續(xù)深入研究，探索水稻中高抗性淀粉合成的分子機理，尋找提高抗性淀粉含量的關(guān)鍵基因。

他們以創(chuàng)制的高抗性淀粉水稻突變體為材料，進行了突變體和原親本雜交群體構(gòu)建并遺傳實驗，F(xiàn)1，F(xiàn)2，F(xiàn)3……一代代的分離、檢測及分析。

“這是一個一步步縮小范圍，精準(zhǔn)定位的過程?！眳堑钚钦f，就是將水稻基因組的不同片段加上標(biāo)記，一步一步地測試候選基因及功能的聯(lián)系。就像從中國版圖中找到浙江省，繼而從浙江省找到杭州市某街道某門牌號，直至定位到某一個具體的房間。

2016年，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋院士課題組與吳殿星教授課題組合作，分離鑒定了調(diào)控抗性淀粉含量的新基因SSⅢa（Soluble starch synthase，可溶性淀粉合酶），這一發(fā)現(xiàn)，揭示了水稻中抗性淀粉合成的分子機制。

2023年，這項研究又取得突破性進展，他們在水稻中再一次發(fā)現(xiàn)了另外一個關(guān)鍵的淀粉合成酶基因SSⅢb，與SSⅢa共同調(diào)控提升抗性淀粉的含量。

“發(fā)現(xiàn)了候選基因不代表研究的終結(jié)?！眳堑钚钦f，同樣關(guān)鍵的一步是要通過“過表達(dá)”或者“抑制干擾”的方式來驗證確定它的功能，并高效轉(zhuǎn)育到普通品種中服務(wù)生產(chǎn)。

這是一個同樣復(fù)雜和漫長的過程。吳殿星介紹，淀粉的合成代謝途徑是由各種酶控制的，他們需要同時使用多種儀器設(shè)備，模擬人體攝入大米后淀粉的逐步消化過程——

從口腔到腸胃、消化道，它們會遇到各種各樣的酶，只有一路躲避過“追擊”，經(jīng)過胃、小腸都能抵抗住這些酶的分解到達(dá)了大腸才具有功效。這是因為，如果在沒到達(dá)大腸之前就被消化，作為葡萄糖聚合體的淀粉就會被酶解不斷釋放出糖，引發(fā)血糖的快速上升。而到了大腸的特質(zhì)淀粉，經(jīng)腸道微生物發(fā)酵變成短鏈不飽和的脂肪酸，在大腸桿菌的作用下合成泛酸、尼克酸、核黃素等人體不可缺少的生命物質(zhì)，增加營養(yǎng)的同時，還有利于腸道健康。

這一系列研究的成果，每一項之間幾乎都是長達(dá)10年的時間間隔，由多代的眾多團隊成員接力完成。他們對稻米中高抗性淀粉形成的分子基礎(chǔ)，進行深入的解析，研究成果2次均發(fā)表于《美國科學(xué)院院刊》，是迄今為止國際上有關(guān)抗性淀粉最具權(quán)威和代表性文章之一。

“增加大米中的抗性淀粉，這是對廣大消費者健康有益的研究?！狈坡少e水稻研究所研究員R。 Ordonio與日本名古屋大學(xué)教授M。 Matsuoka在同一期刊上撰寫專文，高度評價該項工作的理論意義與潛在的應(yīng)用價值。

從膳食源頭出發(fā)

走向更多人群的餐桌

“開展高抗性淀粉類作物設(shè)計育種，對于從膳食源頭預(yù)防糖尿病的發(fā)生具有特殊意義?！闭憬髮W(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院營養(yǎng)科主任張片紅說。他與吳殿星團隊開展了長達(dá)數(shù)十年的合作，從一個醫(yī)生的角度，觀察和驗證了高抗性淀粉大米在臨床應(yīng)用上帶來的療效。

合作團隊以高抗性淀粉大米為材料，對糖尿病人開展了長達(dá)7年以上的食用實驗和跟蹤調(diào)查。

調(diào)查結(jié)果表明，宜糖米的血糖指數(shù)（GI）僅為46.03，與普通大米（GI為80以上）相比更加不容易升高餐后的血糖。同時，宜糖米飽腹耐饑，糖尿病患者食用后可以像正常人一樣三餐吃飽，改變每日多餐的現(xiàn)象，并且能夠平穩(wěn)血糖，大大改善生活質(zhì)量和疾病病癥。

高抗性淀粉水稻育種，也被國家發(fā)改委列為國家生物育種高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程，直到今天，吳殿星和團隊的腳步仍沒有停下。

“不可否認(rèn)的是，生產(chǎn)高抗性淀粉且兼顧美味、方便簡易烹飪的大米的挑戰(zhàn)仍然存在?！眳堑钚墙忉?，這是因為抗性淀粉含量高之后會顯著改變大米的蒸煮特性，與日常的蒸煮習(xí)慣反差很大，按老觀念煮這米飯容易煮不熟。第一代“宜糖米”，是典型秈米，口感較差，食用前一定要先浸泡1-2小時，不然就煮不熟、咬不動。

“與優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)綠色的主流水稻育種有機接軌，形成體系化的培育。在保證功效的同時，兼顧品質(zhì)和產(chǎn)量，改良優(yōu)質(zhì)口感和多營養(yǎng)復(fù)合?！眳堑钚钦J(rèn)為，一個好的功能水稻的終極目標(biāo)，既要高產(chǎn)，也要體現(xiàn)在一碗健康、好吃的米飯上。

今年，團隊又創(chuàng)制選育出超高含量抗性淀粉水稻種質(zhì)12份，研制出了烘焙熟化米粉的抗性淀粉含量30%以上的品系3個，最高的達(dá)43.6%，抗性淀粉含量還在升高。同時，為符合更多元的消費要求，宜糖米不斷向粳米、秈粳中間型及優(yōu)質(zhì)化發(fā)展，這些消費者最為關(guān)注的口感問題在近期上新的第五代宜糖米中已得到明顯改善。吳殿星告訴記者，相同的技術(shù)原理，已高效延伸用于小麥、玉米、土豆、紅薯等一系列其他淀粉類主糧作物，未來，人們在“優(yōu)化糖的供給”的低GI主食品種及類型的選擇上也會更為豐富。

一萬年前，生活在浙江的先民們運用智慧把野生稻馴化為栽培水稻，孕育人類文明的第一粒稻種。

站在時間的另一端，一代又一代育種人用科技激發(fā)了這粒稻米的更大潛力，讓養(yǎng)活世界近一半人口的糧食作物水稻，更高產(chǎn)、更強韌，也更健康。（林曉暉）