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特种稻研究与利用_赵则胜

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特种稻研究与利用_赵则胜

特种稻研究与利用

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特种稻研究与利用

赵则胜

(上海交通大学农业与生物学院食品科学与工程系天然健康食品研究所,上海

201101)

摘要:特种稻是具有特殊遗传性状和特殊用途的水稻,它主要包括香稻、色稻和专用稻三大类,其中专用稻类又包括加

工型专用稻、高营养功能性专用稻和观赏专用稻。随着特种稻产业的发展,进入21世纪以来,世界各国对特种稻米的研究迅速朝着功能性的方向发展,对功能性稻与水稻基因组及传统育种方法关系的研究越来越广泛而深入。特种稻的开发应用具有显著的经济效益与社会效益,开发前景广阔。关键词:特种稻;功能性稻;国内外;研究;利用;效益;展望中图分类号:S-3

文献标志码:A

文章编号:1673-6737(2007)06-0001-06

ResearchandUtilizationofSpecialRices

ZHAOZe-sheng

(NaturalHealthyFoodResearchInstitute,FoodScienceandEngineeringDepartment,CollegeofAgricultureandBiolo-

gy,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai201101,China)

Abstract:Specialrice,asakindofricewithspecificgeneticcharactersandspecialusage,includesaromaticrice,coloredrice,andspecificrice.Specificriceisalsodividedintoprocessingspecificrice,nutritiousandfunctionalspecif-icrice,andornamentalspecificrice.Withthedevelopmentofspecialriceindustry,sincesteppingintothe21stcentu-ry,theresearchonspecialriceisorientedtoitsfunctionandtherelationshipbetweenfunctionalriceandricegenomeandtraditionalbreedingmethodsarepaidmoreattention.Theexplorationandutilizationofspecialricehadobviouseco-nomicandsocialefficiencyandareprospective.

Keywords:Specialrice;functionalrice;domesticandabroad;research;utilization;benefit;prospect

20世纪90年代在我国首届特种稻学术研讨

会上,作者曾提出了“具有特殊遗传性状和特殊用途的水稻”概念。特种稻包括了香稻、色稻和专用稻,10余年来经过特种稻育种、推广、加工、销售各方人员的努力,在国内已经形成了特种稻米产业。香米、黑米走进了千家万户,深受消费者欢迎。随着特种稻产业的发展,进入21世纪以来,世界各国对特种稻米的研究迅速朝着功能性的方向发展,这是研究利用特种稻米的新动向,也是特种稻米研究的前沿课题,令世人瞩目。功能性稻米走上人类餐桌之后人们无需改变原先的饮食习惯,没

收稿日期:2007-05-24

作者简介:赵则胜(1939-),男,教授,现任上海交大农学院

天然健康食品研究所名誉所长。主要研究方向:特种稻的育种及其利用。

有类似药物的副作用,这是健康功能性水稻的显著优点。开发功能性水稻必将造福于人类。

民以食为天,稻米是人类生活的必需食物。现在人们吃饱饭已不成问题,人们更关心的是如何吃得健康,吃得更好。新世纪培育水稻的目标就是高营养、高功能、高效益、高产量,通过对水稻无污染的有机栽培,使大米既有营养,口感又好,并起到弥补人体生理功能不协调的食疗作用。特种稻的种植与加工,适应了市场发展的需求,它为增加农业生产效益,提高农民收入开创了一条途径,同时,作为一种新兴产业,它的开发与应用不仅给水稻生产带来新的经济增长点,更重要的是它给粮食市场注入新的活力。

生20世纪90年代以来,我国特种稻的研究、产与开发利用有了较大的发展,特种稻中的香稻、色稻已经普及市场,很多专用稻也进入食品厂,被

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加工出既美味可口又营养丰富的新一代健康食品。我们深信人们所需的味美色香、富含营养的高产特种水稻将很快投入生产,走进寻常百姓人家。

学成分主要取决于花色素苷(anthocyanins)。花色素苷是汁液中的可溶性糖苷,以糖苷形式存在,其中形成颜色的成分是花色素,分三大类:一是天竺葵素类(pelargonidin),颜色为鲜红色;二是花青素类(cyanidin),颜色为西洋红;三是翠雀素类(del-

1特种稻类型

特种稻主要包括香稻、色稻和专用稻三大类,

phinidin),颜色为蓝和紫。经化学成分分析证明,

上述三大类花色素的差别是由侧酚环中羟基数目的多少而决定的。羟基数目增加,颜色由红向蓝方向变化。色稻中的绿米是叶绿素沉积在果皮、种皮上而带天然绿色,其色易在光线下分解褪色,色素极不稳定。色稻中以红黑稻占多数,利用价值也高。黑稻糙米可溶性色素随溶液中的酸碱度的强弱而变化,pH在7以上呈黄色,pH在7以下呈紫红色。

据我国国家种质库和国际水稻研究所种质中心(IRGC)检索统计,全世界共有黑米品种583份。其中我国有359份,占总数的61.6%,主要产于我国西南各省以及陕西、湖南、福建、江苏省等,各省都有一些著名的品种,如云南的西双黑糯、贵州的惠水黑糯、广西的东兰黑米、福建的云霄紫米、江苏常熟鸭血糯等。国外主要分布在东亚、东南亚和南亚。资源丰富的几个国家为斯里兰卡、印度尼西亚、印度、菲律宾、孟加拉、马来西亚、缅甸、泰国等。

其营养价值、健康作用和生产效益均优于普通大米,具有较大的生产潜力和开发前景,受到国内外人士的普遍重视。

1.1香稻类

在籼、粳、糯稻中会出现茎、叶、花及谷、米中

散发出香味的自然群体,具有这种遗传性状的稻谷称香稻。在色稻和甜米的资源中也有自然香味存在。香味的主要化学成分是2-乙酰-1-吡咯啉(2-acetyle-1-pyrroline),除了这类挥发性的芳香物质外,还有2-乙酰-1,4、5、6-四氢吡啶,2-乙酰对氯苯,2-乙酰-2-噻唑啉等也能散发香味。由于化学成分结构的不同,散发出的天然香气气味也有所不同,但至今未有统一标准。人们常称有“莴苣香”、“桂花香”、“茉莉香”等自然群体。也有把过于浓郁的香气称为“鼠粪气味”。在云南地方品种中还发现一种稻米在煮饭时能散发出特殊的气味,使煮成的饭在盛夏季节存放多天也不会变馊变质。这种带防腐气味的物质值得研究。

我国香稻种植历史悠久,产地遍布15个省(市)、自治区。各地均有著名的当家品种,如陕西洋县的香谷、云南景洪县的大香糯、苏浙沪一带的香粳和香粳糯等。国外最著名的香稻有:原产于巴基斯坦的“巴斯玛蒂”,最有名的品种被称为Bas-印度、阿富mati370。该品种广泛种植于巴基斯坦、

透明、香味浓、食味汉、孟加拉国、泰国等,米粒长、佳,属感光性不强的籼型中稻。育种专家常用

1.3专用稻类

专用稻是指稻米或植株的内含成分、形态结

构对人类健康、食品加工、工艺制作方面具有专门用途的栽培稻。

1.3.1加工型专用稻利用特种稻资源中对各种

米制品点心所需的特殊色、香、味、高营养的加工用稻米,以及用稻草、米糠为原料加工成饲料、糠油、工艺品等所要求的稻米。

Basmati做亲本进行香稻品种的改良,如我国育成的“桂香占1号“等就是成功的例子。此外,泰国的KDMl05、美国的Jasmine85等在世界各地均

有种植。

1.3.2高营养功能性专用稻在具有特殊用途的

水稻种质资源和人工育成的品种及转基因稻的稻米中含有丰富的人体生长、发育、繁衍所必需的天然营养源(蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、矿物质、纤维素和植物性化学物质),这些营养源中某些物质含量非常突出,它存在于整个糙米之中,具有降低血清胆固醇、预防贫血、降血压、促进胰岛素分泌的功能并富含硒、铁、锌、维生素A、维生素E、B族维生素,通过种质资源的筛选和转基因等育种手段是能够育成具有上述营养功能性的水稻。人们经常食用功能性稻米加工成的糙米或精

1.2色稻类

色稻主要是指糙米带有色泽的籼、粳、糯稻,

也有一些栽培稻中茎叶、花、颖壳上带有色泽的自然群体,但其糙米不带色的不作为色稻。根据糙米色泽的变化,大致分为乌黑、红黑、紫红、红褐、褐色、红色、黄色和绿色等八类。这种自然色素的化

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铁质预防贫血的铁蛋白,具有降压作用的生理活性肽等,培育治疗糖尿病的水稻,必须首先在胚乳中发现能促进胰岛素分泌的肽激素,当这类物质在水稻中高度浓缩后就可使糖尿病患者通过每天吃饭,就能让血糖向正常值调节。科学家还研究开发出能治疗牙周炎的水稻等一系列的健康功能性水稻。目前通过转基因生物技术手段在英国已开发出一种富含β-胡萝卜素的转基因大米,这种大米人们食用后在人体内将β-胡萝卜素转化为菲律宾政府也在积极支持培育富含VA的基因VA。改良大米。

米,可以对某些慢性病(高胆固醇、高血压、高血糖、牙周炎、贫血、夜盲症、癌症等)起到助疗作用。

1.3.3观赏专用稻观赏水稻是指利用水稻种质

资源,通过基因重组、基因突变等育种手段,培育出株型、叶型、叶色、穗型、穗色具有观赏价值的专用水稻。这种稻不是以产量、品质为主,而是培育出奇形怪状、形形色色的具有较高的观赏性和遗传研究的标记性状的专用水稻。如湖北农科院培育的多小穗水稻,它比普通水稻每穗多长两个小穗,开花时形成与单穗稻完全不一样的景象;中国科学院遗传所、上海农科院水稻研究室、上海交大农学院特种稻课题组也有一批茎叶、颖壳多种颜色的稻以及迷你稻等等。这种水稻在大城市绿化中形成独特的景观。

2.2传统育种的试验方法与功能性稻的关系功能性稻米的来源之一是通过传统的育种试

验方法筛选出具有人体健康因子存在的种质资源并加以利用。如药稻中的补血因子、类黄酮类物质、紫红花青素,巨胚稻米中含有丰富的天然维生素E,某些紫米中含有丰富的天然硒和维生素A,某些红米中富含B族维生素、矿质元素和类黄酮类物质、棕红花青素物质,这类物质能抗氧化和消除自由基。

几千年来,水稻在复杂的生态环境中形成了多种多样的类型,我国云南省有着丰富的稻种资源,在边远山区还保留着大量的水稻农家种,这些都是筛选功能性水稻的资源库。20世纪90年代上海农学院特种稻课题组联合上海市仁济医院普外科、妇产科、肺科等医务工作者临床实验并经有关部门的检测,选育出对人体具有健康作用的功能性水稻新品种“乌贡1号”。1993年9月作者赴日本国农林水产省农业研究中心水稻育种研究室参加新性状稻米合作研究,搜集了乌贡1号、上农黑糯、黑香粳糯、稀珍黑米、黑米(民间)、东北糯奥羽糯349(黑)、鸿280号(黑)、鸿149号(黑)、

育法468(黑)、红香玉(红)、鸿309号463号(红)、

(红)、探系2015(巨胚)等13个特种稻品种(系),及日本粳(黄糙)、日本晴(黄糙)2个普通稻(糙米)作对照,经日本食品分析中心对11个营养指标(VB1、食物纤维)VB2、VE、VPP、P、Fe、Ca、K、Mg、Zn、

的检测,结果乌贡1号黑糙米的含铁量达2.57mg/100g是一般粳稻糙米的2.2倍,其中维生素B2、维生素E、维生素PP、矿质元素钙等营养素在15个检测样品中其含量较高,综合评价排序第一(表为了更好地利用乌贡1号黑糙米的营养素,上1)。

海交大的研究人员发明了黑米素,已获国家发明

2.1

功能性稻的研究与开发

水稻基因组与功能性稻的关系

科学》杂志在“水稻2002年4月5日,美国《

基因组图谱”中公布了中国科学家完成了籼稻基因组框架图,瑞士和美国科学家完成了粳稻基因组框架图,这标志着世界有一半以上的人口靠稻米裹腹的主要粮食作物水稻的研究进入了基因水平。

文汇报》登载了张田勘的2002年5月6日《

“水稻基因组:希望和困惑”一文,指出水稻事关人类的生存和健康,那么如何利用转基因水稻培育出功能性稻米呢?目前需要引进其他外源性基因,产生特殊的大米,科学家已在普通的粳稻中发现有一种植物酸,它阻碍人体消化系统(主要是小肠)对铁的吸收,但是利用转基因技术却可以解决这种植物酸妨碍人体从水稻中吸收铁的问题,例如瑞士的研究人员把水仙的几种基因转入水稻中,使水稻含铁量增高,从而弥补了植物酸妨碍人体从稻米中吸收铁的不足。此外植入的转基因还提高了水稻中维生素A的含量。

解放日报》登载了周祺的2002年6月28日《

“科技进步:造福人类健康”一文,指出日本科研人员利用转基因技术培育出了能降低血清胆固醇的大米,能预防贫血和高血压的大米等,文中还介绍在培育功能性水稻的过程中,如何在胚乳中高度浓缩具有预防和治疗疾病作用的物质,包括具有降低血清胆固醇作用的大豆球蛋白、能通过储存

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专利。黑米素就是选用乌贡黑糙米为原料通过物理高新技术工艺将其对人体健康有效成分浓缩而得,内含有丰富的营养素和黄酮类花青素等生物活性物质(表2),经上海仁济医院和上海闵行区中心医院进行260例食疗临床观察试验,初步证

表1

实了对患者的血红素、血清铁、白血球和血小板有着很好的改善作用。

1994年作者从日本引入探系2015(巨胚稻),经引种驯化和系统育种,1996年育成巨胚稻6601

品系,1995年在上海市科委立项“保健型巨胚稻

部分特种稻(糙米)品种(系)部分营养成分分析结果

矿物质(mg/100g)

维生素

检体

(mg/100g)

食物纤维综合评

VB1

乌贡1号上农黑糯黑香粳糯稀珍黑米黑米(民间)东北糯149号(黑)奥羽糯349(黑)鸿280号(黑)鸿463号(红)育法468(黑)红香玉(红)鸿309号(红)探系2015(巨胚)日本粳(黄糙)日本晴(黄糙)

VB20.070.080.050.060.060.080.070.070.080.080.050.050.060.050.05

VE2.42.12.61.30.81.91.91.31.61.90.91.82.71.91.6

VPP7.499.176.396.907.006.545.567.236.758.196.745.834.974.995.61

P294321316367352346347347377419280354294309287

Fe2.572.071.401.632.371.301.231.411.221.171.861.631.361.231.16

Ca14.416.512.913.011.313.519.211.114.912.715.613.612.69.39.0

K224298272335308298310297305345202253291218230

Mg115116132136127125135127141155103128117127108

Zn2.522.183.293.032.692.922.632.833.733.061.733.153.362.512.24

(%)2.83.1

价顺序

0.410.300.500.510.440.440.370.460.570.540.240.580.450.430.39

123456

5.22.8

7891011121314

2.315

注:1994年12月由日本食品分析中心检测。

表2

维生素

黑米素部分营养成分和生物活性物质检测结果

矿物质

生物活性物质

粗纤维

(mg/100g)

检体

(mg/100g)

VB2

Fe27.8

Zn5.8

Ca86.8

Se0.0159

VB1

黑米素

(%)

总黄酮

(以芦丁计)

花青素

(mg/100g)

0.16

0.88

1.0

2.11×103

(%)1.73

注:2004年9月由国家轻工业食品质量监督检测上海站对Se、粗纤维、VB1、VB2检测,报告编号:2004-2498Z-1624。

2004年9月由上海副食品质量监督检测站对Fe、Zn、Ca检测,报告编号:MW04212。

花青素检测,报告编号:2006-5027-Z-1819。2006年8月由国家轻工业食品质量监督检测上海站对总黄酮、

米的产品研制与开发”,1998年通过专家组成果鉴定,营养分析见表3。相继不久中国水稻研究所育成了巨胚1号水稻,上海农科院作物所也报导了大巨胚、中巨胚和小巨胚类型的巨胚稻,上海交大农学院与浦东新区合作育成了红巨胚和黑巨胚,通过常规育种产生了一批巨胚型功能稻,这种巨胚稻米在日本被誉为“长寿米”,国内外正在对

它的功能作用进行深入的研究。

2005年5月由江西省科技厅主持通过专家

组鉴定“维生素A紫色香糯型水稻的选育成果”。含VA紫宝香糯1号是江西省玉山县特种水稻研

究开发中心通过杂交育种手段而育成的富含维生素A的功能水稻,此水稻的糙米经浙江省食品质量监督检验站检测,VA为11IU/100g,以目前资

-4-

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表3

巨胚稻糙米与粳稻糙米部分营养成分分析比校

矿物质

维生素

检体

(mg/100g)

VE

VPP2.121.42+49.30%

Ca168.70144.60+16.70%

(mg/100g)

Zn26.8016.20+65.43%

P635.80198.10+220.90%

巨胚6601粳糙8901(CK)与CK比较

0.800.70+14.30%

注:1997年12月由中国农业大学食品学院食品检测中心对VPP、Ca、Zn、P检测。

1998年4月由上海市食品营养质量监督检测站对VE检测。

料来看含有VA的水稻资源并不多,应用紫宝香糯(1)种植效益。在市场前景看好、食品加工工业对特种稻米需求日益增加的情况下,种植特种稻不仅对种植业结构调整起到一定的作用,更重要的是可以提高种植业的产值。20年来的发展已使特种稻米在市场及其加工工业的产值趋于相对稳定(表4)。

(2)加工(产品)效益。特种稻米的经济效益主要反映在原料加工成产品后的升值。十几年来,从全国各地开发的初加工或深加工产品都起到了增效的作用。一般来说,特种米作原料经一次加工后,每千克原料可增值约1元,经两次深加工,每千克原料可增值4元左右,而通过高新技术加工,每千克原料约可增值数倍(表5)。

(3)流通(贸易)效益。十多年来,特种稻米及其加工产品在上海、北京、广州、西安等地市场应用规模不断扩大,效益不断增加。据统计,特种稻米及其产品贸易净利润可达15%以上。

1号进行人体健康功能作用试验,有待深入开发。

东方城乡报》报道中国2004年11月18日《

水稻所培育成可降低血压的降压米,日本科学家培育出降糖型水稻品种降糖米,这种降压米有缓解和预防血压升高的功能,是因为这种米内含有的氨基丁酸比一般水稻品种高出5~6倍,氨基丁酸能抑制中枢神经兴奋,有降压作用,日本的降糖米内蛋白质中富含“,它能够大量增加人体GLP-1”内胰岛素的分泌从而达到抑制血糖升高的功能。

3特种稻的效益分析

随着人们生活质量的不断提高,稻中之

秀———特种稻米有了较快的发展空间,受到了国内外消费者的欢迎,产生了比较显著的经济效益和社会效益。

3.1经济效益

表4

特种稻类型

香稻色稻专用稻高营养功能稻普通稻(CK)

产量(kg/667m2)

特种稻种植效益

2001年稻谷收价

(元/kg)

产值(元/667m2)

较CK平均效益(±元/667m2)

450~500350~400400~450250~300500~600

2.002.601.804.001.30

900~1000910~1040720~8101000~1200650~780

+235+260+50+3850

注:2000 ̄2001年调查统计数。

表5

产品名称上农香糯八宝饭

黑米素

规格

特种稻米加工产品的附加值

增值比率(%)

年销量

净利润(万元)

市场单价

200g/盒1kg/袋

2.5元/盒300.0元/kg

2040

500万盒10t

250120

注:2000 ̄2001年调查统计数。

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