7月15日下午，海南大學(xué)三亞南繁研究院實(shí)驗(yàn)室里，熱帶作物代謝生物學(xué)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人羅杰正指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展兒茶素提取實(shí)驗(yàn)。不久前，該團(tuán)隊(duì)成功培育出胚乳富集兒茶素的水稻新材料——“茶稻”，相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際期刊《植物生物技術(shù)雜志》，為功能型谷物開(kāi)發(fā)提供了新思路。
“兒茶素屬于類黃酮家族，是茶葉中含量最高的多酚類化合物，具備抗氧化、抗炎及心血管保護(hù)等功效。”羅杰說(shuō)，但部分人群對(duì)茶葉中的咖啡堿、茶堿敏感，無(wú)法通過(guò)飲茶獲取兒茶素。水稻作為全球重要主糧作物，類黃酮代謝存在基因表達(dá)水平低或功能缺陷問(wèn)題，導(dǎo)致多數(shù)栽培稻品種胚乳中類黃酮含量極低，有色稻的類黃酮也主要存在于果皮，胚乳幾乎不含。
羅杰介紹，基于兒茶素的強(qiáng)大生物活性，研究團(tuán)隊(duì)提出通過(guò)組織特異性代謝工程改造水稻的思路，即利用參與兒茶素生物合成途徑的酶，開(kāi)發(fā)胚乳富含兒茶素的功能型水稻。具體做法是提取茶葉中控制天然成分合成的基因，聚合其他植物有用基因，轉(zhuǎn)入細(xì)菌擴(kuò)增成遺傳轉(zhuǎn)化載體，再導(dǎo)入水稻，培育出能產(chǎn)生兒茶素的水稻品種或材料，經(jīng)篩選獲得富含兒茶素的家系。
“我們研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)創(chuàng)新性整合茶樹(shù)及其他外源植物的關(guān)鍵功能基因，結(jié)合胚乳特異性表達(dá)技術(shù)，成功在水稻胚乳中構(gòu)建了兒茶素的生物合成通路。”羅杰透露，“茶稻”的兒茶素只在胚乳中積累，又規(guī)避茶葉中不需要的成分。
三亞氣候條件適宜作物種植，大大加快了育種進(jìn)程，縮短了從研究到推向市場(chǎng)的周期。該研究于2019年啟動(dòng)，目前取得了階段性成果。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，改造后的水稻胚乳中檢測(cè)到表兒茶素、兒茶素等多種成分，其抗氧化活性較對(duì)照品種提升顯著。“從效果看，‘茶稻’外觀與普通水稻相似，只是米粒顏色微微發(fā)綠，種子略小。”羅杰說(shuō)，“茶稻”已進(jìn)行了小規(guī)模種植。
科研人員在觀察“茶稻”生長(zhǎng)情況。
當(dāng)天下午，記者在崖州區(qū)壩頭基地的一處大棚里看到，“茶稻”長(zhǎng)勢(shì)良好。海南大學(xué)三亞南繁研究院科研主管王毓富和作物學(xué)專業(yè)博士生朱津津正在觀察其生長(zhǎng)情況。“小苗期要注重水分管理，確保水分充足；中期分蘗后注意施肥；成熟期保持水分充足以促進(jìn)籽粒充實(shí)；后期減少水分以加速成熟。肥料管理需在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)適量增肥，確保水稻生長(zhǎng)全程水量充足、水分控制得當(dāng)……”談及水稻管理要點(diǎn)時(shí)，王毓富介紹道。
對(duì)于是否向農(nóng)戶推廣“茶稻”，羅杰表示，目前相關(guān)成果已進(jìn)入下一階段，需依照一系列法律法規(guī)程序申請(qǐng)中間實(shí)驗(yàn)專項(xiàng)材料，經(jīng)一系列安全評(píng)價(jià)確保無(wú)風(fēng)險(xiǎn)后，才能獲得安全證書(shū)，進(jìn)而開(kāi)展規(guī)模化種植與貿(mào)易推廣，最終讓百姓受益。
該研究突破了水稻胚乳中類黃酮物質(zhì)積累的技術(shù)瓶頸，不僅為開(kāi)發(fā)兒茶素強(qiáng)化型功能谷物提供了實(shí)踐范例，也為類胡蘿卜素、植物甾醇等其他高附加值天然產(chǎn)物在農(nóng)作物中的定向合成提供了通用技術(shù)思路。除了兒茶素研究，該團(tuán)隊(duì)還在開(kāi)展其他研究，嘗試將維生素、必需氨基酸等保健營(yíng)養(yǎng)成分融入大米，讓人們通過(guò)食用大米獲取均衡營(yíng)養(yǎng)。
海南大學(xué)三亞南繁研究院在功能型谷物研發(fā)上的這一突破，為農(nóng)業(yè)科研和糧食產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)新希望。隨著研究深入和技術(shù)完善，未來(lái)有望為人們的健康飲食提供更多優(yōu)質(zhì)選擇。
（記者 張慧臏 文/圖）
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