功能性小麥品種的概念、類別和發展前景

田紀春，胥 倩

（山東農業大學 農學院 作物生物學國家重點實驗室 小麥品質育種研究室，山東 泰安 271018）

1 功能性小麥品種的提出背景和概念

建國70多年來，特別是經過40多年的改革開放，我國糧食生產取得舉世矚目的成就，實現了從“吃不飽”到“吃得飽”，再到“吃得好”的歷史性轉變。近十年，隨著商品生產經濟轉向服務型經濟的后工業時代的到來，特別是在近幾年新冠病毒有可能長期與人類共存的警示下，人們更加關心健康長壽及與其直接有關的食物質量[1]。小麥是全世界，特別是我國的主要糧食作物，隨著人們再次由“吃得飽”、“吃得好”向“吃得健康”轉變，小麥品種也會由“高產品種”、“綠色優質品種”向“功能性品種”發展。由于“功能性小麥品種”是國內外至今沒有提出的新名詞，本文從“營養導向型農業”、“功能性食品”和“特殊用途品種”的提出和內容，逐步闡述“功能性小麥品種”的發展背景及其概念和內涵。

1.1 功能性小麥品種的提出背景

作物功能性品種是功能性食品的原料，闡述功能性小麥品種必然涉及功能性食品。功能性食品是個較早提出的概念，1987年日本文部省在《食品功能的系統性解釋與展開》中首先使用了“功能性食品”措辭[2]。1995年國內鄭建仙博士編輯出版了《功能性食品》專著。2005年毛跟年等編輯出版了《功能性食品生理特性與檢查技術》專著。國內外專家均將食品的功能性定義為“解決溫飽”、“享受美食”之后第三大功能，指出功能性食品是“具有機體免疫力、調節機體生理節律、預防疫病、促進康復或阻抗衰老功能的工業食品”，并列出了有保健作用的糖、脂、蛋白、纖維素等多種營養成分，對功能性食品的發展起到了很大促進作用。但由于當時社會發展尚未形成對該類食品的較強需求，加上將功能性食品只定義為“工業食品”或“工程化食品”[3]，沒有與食品原料的農產品供應聯系起來，也沒有上升到避免不良膳食，保障國民健康的高度來推動。因此，“功能性食品”還有很大的發展空間。

近幾十年，我國和世界經濟都取得了前所未有的發展。現代農業在滿足人們溫飽需求和色、香、味食欲需求方面取得了很大成績，但同時也帶來了因高糖、高脂、高蛋白等膳食不良導致健康風險的嚴重問題[4]。2019年Afshin A等分析了1990—2017全世界195個國家因膳食不良導致疾病和死亡的因素，其膳食不良引起死亡比率最高的國家是烏茲別克斯坦，其后從低向高排列依次為法國、西班牙和日本，美國、印度和中國分別占43位、118位和140位。包括中國在內的許多國家，不良膳食已成為導致死亡的第一大因素，2017年不良膳食、高血壓、煙草和空氣污染導致死亡人數，我國分別為310、250、250、120萬[5]。因此探尋農業、營養、健康的關系已成為近幾年全球農業發展研究的熱點。2013年前后，RUEL（2013）[6]和 BALZ（2015）[7]首先提出了營養導向型農業（Nutrition-Sensitive Interventions）的概念。2014年，聯合國糧食與農業組織（FAO）與世界衛生組織（WHO）聯合舉辦的第二屆國際營養大會（ICN2）在羅馬召開，形成《營養問題羅馬宣言》和《行動框架》，營養過剩和隱性饑餓成為關注焦點[8]。2017年，FAO提出：“營養導向型農業是一種以可持續的方式滿足居民膳食需求的新型農業范式或方案”的明確定義。2017年12月14日，農業農村部糧食營養研究所與FAO中國辦聯合舉辦研討會，確定將Nutrition-Sensitive Agriculture（NSA）翻譯為“營養導向型農業”，確定營養導向型農業是我國農業發展的新理念和新范式，是經濟社會發展對食物供給的新需求[9]。我國制定了《健康中國行動（2019—2030年）》等政策，明確指出“鼓勵企業研發生產符合健康需求的產品，增加健康產品供給”[10]。2017年我國的農作物育種導向也發生了重大變化，農業農村部的發布的《主要農作物品種審定標準》（國品審〔2017〕1號），將小麥分為高產穩產品種、綠色優質品種和特殊類型品種三大類[11]。這意味著營養導向型農業和功能作物品種迎來了前所未有的發展機遇。

1.2 功能性小麥品種的概念和內涵

從上述“功能性食品”和“營養導向型農業”的概念和發展分析，“功能性食品”的研究應從“工業食品”或“工程化食品”擴展到功能性食品的原料–農業產品，擴展到培育含有較高功能性物質的作物品種。近幾年國內外提出的“營養導性農業”，將營養目標明確納入農業中，涉及食物和食品安全的應用層面，也涉及健康、教育、經濟、環境和社會等方面，其重點在于突出農業生產與人類營養健康之間的關系[12]。小麥是我國人民的主要食物，是含有營養成分最豐富、食品加工花樣最多的主要谷物，也是“功能性食品”的重要原料和“營養導向性農業”的重要內容。因此，從新品種選育入手，挖掘和聚集小麥種質中含有的“營養物質和活性功能性成分”，培育“定向含有”的特殊用途或功能性小麥新品種，對營養導向型農業和功能性食品的發展具有重大意義。

從廣義方面講，功能性小麥品種有“加工功能性品種”和“營養功能性品種”兩類。“加工功能性品種”主要指能改善食品結構及品質的一類品種，例如，糯小麥能增加面制品的吸水率，延長貨架期，屬于“加工功能性品種”。現在國家大力發展的強筋小麥和弱筋小麥品種，分別能生產優質面包或餅干蛋糕，也應該屬于“加工功能性品種”。這類品種是目前政府大力推動、生產上已有的品種，是與人們“吃得好”有關的品種，本文不展開討論。

本文首次提出并重點討論的“功能性小麥品種”，是與人們“吃得健康”有關的一類品種。其基本定義是“含有對人體健康有益活性成分，可調節人體有益代謝，能給人體健康帶來某種益處或滿足特定人群的特殊需求，同時可以作為日常食物的口感正常、無毒副作用的小麥品種類型”。這類品種有5個方面的內涵：（1）含有較高的有益健康的活性成分，例如含有麥黃酮、多肽等；（2）可調節人體有益代謝，增強機體器官的免疫力，例如抗氧化、清除自由基的色素，激活酶的鋅、硒等微量礦質元素；（3）滿足特定人群的特定需求，例如高血糖和肥胖人群需要的抗性淀粉、面粉過敏人群需要的低醇溶性蛋白品種；（4）無毒副作用、外觀口感均正常的日常食物原料；（5）不必擔心某些微量元素超標和其它物質存在風險。因為這類品種是利用特異種質資源和聚合育種技術，定向培育的定向含有較高有益成分的品種。例如，培育適合孕婦和兒童食物需求的“富鋅（硒）品種”，育種家在籽粒鋅含量變幅較大的種質資源[13]中選擇親本，通過聚合雜交可以培育出鋅含量比現有品種平均值高出2倍左右、正好適合人體需求的富鋅（硒）品種。因不是轉基因品種，也不是人工添加（操作不好可能存在過量風險）強化的食品，其產量、抗病性和農藝性狀與當前主推品種相當，其籽粒和面粉與普通品種相同，其食品加工方式和口感與正常面粉無異。因此，“功能性小麥品種”是繼高產品種、優質品種、綠色品種后的新類型，具有“農業增效、農民增收、人民增壽”的顯著優勢。

2 主要功能性物質和功能性小麥品種

筆者帶領的專注小麥品質研究 40多年的山東農業大學小麥品質育種課題組（以下簡稱“本課題組”），利用農業農村部谷物品質監督檢驗測試中心的平臺，早在15年前就進行了小麥功能性物質的研究分析[14-16]，確定了小麥中的“活性蛋白和多肽”、“抗性淀粉和功能性多糖”、“功能性脂類”、“功能性微量礦資元素”和“功能性維生素”等5大類功能性物質，并根據“功能明確、含量差異大和易檢測”等原則率先開展了功能性小麥新品種培育，已育成審定和即將審定的多個功能性品種（系）。主要簡介如下：

2.1 高黃酮小麥品種

黃酮類物質屬多酚類化合物，主要有黃銅、黃銅醇、黃烷醇（兒茶素）、異黃酮和花青素等幾十種物質，統稱類黃酮（Flavonoids）。黃酮類物質根據不同來源分別稱為蘆荀黃酮、銀杏黃酮和麥黃酮等。麥黃酮是小麥籽粒中重要的抗氧化劑和生理活性物質，具有擴張血管、抗菌消炎和增強人體免疫力等多重功效。日常飲食中攝入的黃酮類化合物能夠減少癌癥和心臟病等疾病的發病率[17]。

本課題組在高黃酮小麥方面的研究起始于2005級趙善倉博士課題《不同品種的彩色小麥天然抗氧化活性物質的分析研究》，先后發表“超高效液相色譜串聯質譜法測定小麥籽粒中麥黃酮”等論文[18]。“山農101”（區試號：山農黃酮麥1號），就是培育的多個麥黃酮含量較高的品種（系）之一。2020年通過山東省農作物品種審定委員會審定（魯審麥20206035），是國內審定的第一個高黃酮小麥新品種。山東省農科院農業質量標準與檢測技術研究所測定，麥黃酮含量1.013 mg/kg，是普通小麥平均含量的3.5～5倍。該品種田間表現良好，株型半緊湊，旗葉上舉，較抗倒伏，穗長方形，頂芒、白殼、白粒，籽粒硬質，越冬抗寒性好。在2017—2019年特殊用途區域試驗中，兩年平均畝產508.52公斤，比2個對照品種分別增產5.27%和4.13%；在2018—2019年生產試驗，平均畝產537.16公斤，比對照品種分別增產4.28%和4.20%。

2.2 富含類胡羅卜素小麥品種

類胡羅卜素（Carrotenoids）為類異戊二烯化合物，是胡蘿卜素類（40碳氫化合物）和葉黃素類（胡蘿卜素的含氧衍生物）兩大類色素物質的總稱。類胡蘿卜素是一種抗氧化物質，能有效的清除植物體內的活性氧[19]，是大腦、眼睛、關節、動脈等器官不可缺少的物質，有清除人體內自由基、強化免疫系統功能、改善心肌營養和抑制癌細胞發生等生理功能。由于人體沒有合成類胡蘿卜素的能力，只能從外界食物中獲取[20]。因此，自2010年起，含有高類胡蘿卜素的藍、紫和黑小麥一直是本課題組的育種目標[21]。“山農藍麥 1號”，母本為藍矮敗小麥（4D/4E異位附加系），父本為PH85-16。經過 3年的區域和生產試驗，2020年通過山東省農作物品種審定委員會審定（魯審麥20206033）。該品種籽粒因糊粉層含有大量藍色花青色素而呈深藍色，富含多種色素和VE、VB等多種維生素，是營養價值突出的功能性小麥新品種。該品種半冬性，株型較緊湊，葉片深綠，旗葉上舉，抗倒伏，長芒、白殼、藍粒，籽粒半角質，越冬抗寒性好。在2017—2020年特殊用途小麥區域試驗中，平均畝產488.48公斤；2019成功—2020年生產試驗中，平均畝產502.17公斤，皆比對照品種增產2%左右，山東及其相鄰地區均可訂單種植。

2.3 抗消化淀粉小麥品種

抗性淀粉（resistant starch）又稱抗酶解淀粉及難消化淀粉，是1998年FAO和WHO在《人類營養中的碳水化合物》一書中首次提出的淀粉新類型。抗性淀粉胃酶不能消化分解，具有較低的胰島素反應，可控制血糖平衡，特別適宜糖尿病患者食用；抗性淀粉在大腸中分解為短鏈脂肪酸，促進腸蠕動，可減少便秘和結腸癌的危險；抗性淀粉也可減少血膽固醇和三甘油脂的量，因而具有一定的減肥作用[22-24]。

本課題組抗消化淀粉小麥研究開始于 2008年付蕾博士的論文“抗性淀粉對面團流變學特性及加工品質的研究”[25-26]，通過化學誘變和回交選擇，歷經15年，已培育出直鏈淀粉含量超出普通小麥20%、抗性淀粉含量高出10%以上的多個新品系，并研究出多種低GI（升糖指數）的試驗食品，具有巨大的市場前景。

2.4 低醇溶蛋白小麥品種

醇溶蛋白是小麥子粒中積累的一類重要貯藏蛋白，一般占面粉蛋白的35%左右，與麥谷蛋白共同組成小麥特有的物質面筋，是小麥加工品質的重要因素。小麥醇溶蛋白也是造成小麥過敏癥的重要過敏原。1995年聯合國糧農組織指出，約有90%的食物過敏是由八類食物引起的，其中位于第五位的是小麥[27]。小麥醇溶蛋白是主要的小麥致敏蛋白，其中乳糜瀉就是由麥醇溶蛋白肽誘導的免疫反應所致。中國科學院王道文課題組創造了ω-黑麥堿（Sec-1位點）缺失位點與蛋白質優質亞基5+10進行組裝的DLGliD2突變體材料，降低了小麥中的乳糜瀉病誘發因子[28]。本課題組利用這些突變體，與當前的主要品種如山農20、山農22、山農優麥3號等進行了雜交和回交，結合這些位點的分子標記輔助選擇，選育了 Sec-1位點缺失且含有5+10亞基的二聚體單株648個，Gli-D2位點缺失且含有5+10亞基的二聚體單株2個，Sec-1位點及Gli-D2位點均缺失且含有5+10亞基的三聚體單株6個，其醇溶蛋白比普通小麥低3倍，減少乳糜瀉疾病誘因子且加工品質優良。為培育功能性低乳糜瀉病誘發因子的小麥新品種奠定了良好的基礎。

2.5 富鋅、富硒小麥品種

現代營養醫學研究表明，人體必需的微量礦質元素有13種，均在人體中有重要的生理作用，由于這些必需元素在人體中無法合成，必須要從日常食物當中獲取，不足會導致嚴重的代謝紊亂，造成身體機能低下或營養素缺乏等疾病[29]。例如，鋅是維持機體正常生長、保護神經系統、調節免疫等，并參與多種酶代謝的一種人體所必須的金屬微量元素，缺鋅會導致生長發育遲緩、食欲不振、青少年男性性腺機能減退、細胞介導的免疫功能障礙等問題。硒是與人體健康息息相關的25種酶的活性中心，具有抗氧化、提高免疫、保護肝臟、排除毒素、拮抗重金屬、防癌抑癌等生物學功能[30]。

近幾年富鋅、富硒小麥產品大多通過土壤施用或葉面噴施鋅、硒肥等農藝實踐方式來獲得。本課題組自2005年碩士生郝志“小麥主要礦質元素的基因定位分析”開始[31]，通過鑒定篩選高含量種質和聚合雜交育種途徑，培育了多個富鋅、富硒小麥品系。農民種植小麥籽粒鋅、硒等必須元素自然含量高的品種，減少了土壤施用或葉面噴施鋅、硒肥用工和過量使用的副作用，而且可生產出高于施肥作用的富鋅、富硒小麥商品糧。

2.6 低植酸小麥品種

植酸（Phyticacid）又稱肌醇六磷酸，是廣泛存在于谷類植物中的天然物質，具有鰲合作用和抗氧化作用，也是降低血脂濃度、防止腎結石和抑制癌細胞生長的重要生理功能[5]。但植酸在動物體內與二價、三價陽離子及蛋白質結合形成不溶復合物，嚴重影響無機鹽和蛋白質的生物利用度，因此也被認為是單胃動物的抗營養因子。經測定84%～88%的植酸存在于麩皮（糊粉層）和米糠中，所以高植酸含量是麥麩和全麥粉利用的最大缺陷[32]。

植酸的抗營養作用是值得關注、并需要通過育種解決的問題。本課題組關于植酸的研究起始于2007級博士吳澎的博士論文，她以我國核心種質資和自創的重組自交群體（RIL群體）為材料，詳細分析了的植酸含量及其基因效應，并進行了植酸對饅頭加工品質的影響及其數量性狀基因（QTL）定位，在國內外刊物發表了多篇有關論文[32-33]。其后，本課題組利用篩選鑒定的高、低植酸種質，通過有性雜交和誘變育種，進行了高、低植酸新品種的選育，選育出的山農低植酸麥 1號曾參加2017年的特殊用途區域試驗。現已有幾個低植酸品系已在企業成果轉化，利用其生產有關特殊營養產品。

3 功能性小麥發展展望和建議

3.1 發展展望

3.1.1 功能性小麥食品有利于提高人體免疫力

近20年發生的“非典”和“新冠”兩次疫情，尤其是至今仍在全世界猖獗的新冠肺炎疫情，不僅嚴重影響了全球經濟，而且預示著病毒可能會與人類長期共存。病毒不會像侵入人體的細菌那樣可以用抗生素殺死，而是靠人們的自身免疫系統抵御和戰勝。由于調節人體代謝、提高免疫功能的許多物質（例如，前面提到的類黃酮，必需微量元素等）人體不能合成，所以合理膳食是人體提高免疫功能的前提和基石。通過培育功能性作物品種，生產功能性食物，使人們在正常飲食中就能及時獲得維持免疫系統正常運轉所需的營養物質，提高自身的免疫力和患者治愈率，對個人和社會來說都是最經濟有效的方法。所以今后人們在選擇食物上，會由第一階段的“有什么吃什么”，到現在階段的“想吃什么吃什么”，進入將來第三階段的“該吃什么吃什么”，即每個人都會定身考慮自己身體缺什么，該補什么，吃了什么能健康長壽。因此，功能性食品可以成為新冠疫情后人們的第一選擇。有幾億人的消費群體，功能性小麥品種及其加工的食品會有廣闊的市場和巨大的社會經濟效益。

3.1.2 功能性小麥食品有利于提高國民體質

隨著工業化、城鎮化、人口老齡化進程加快，我國居民的生活方式和膳食結構不斷發生變化，目前存在著營養不良和營養過剩兩大隱患。據統計，我國高血壓病人 2012年已超過 25%，其中60歲以上人口患病率高達60%左右；高血脂患者1.6億，高血脂異常人數占18.8%，其中心腦血管病患者4 000萬；肥胖者8 000萬，糖尿病人2 000萬，瀕臨血糖指數界限的年輕人不計其數。心腦血管疾病、癌癥、慢性呼吸系統疾病、糖尿病等慢性非傳染性疾病導致的死亡人數占總死亡人數的88%，導致的疾病負擔占疾病總負擔的70%以上，約占中國GDP的4%，如不采取干預措施，預計到2025年將達中國GDP的9%[34-35]。我國制定的《健康中國2030規劃》，是實施健康中國戰略的重大決策部署，明確提出合理膳食是健康的基礎，大力倡導發展營養健康功能性食品。小麥是我國口糧和主食，不同的品種類型適應不同的發展階段和生產目的，“高產品種”是解決吃飽的問題，“優質品種”是解決“吃好”的問題，而現在提出的“功能性品種”是解決“吃得健康”的問題。因此培育出功能性品種小麥，對生產出功能性食品、落實《健康中國2030規劃》，有非常大的經濟價值和民生意義。

3.1.3 功能性小麥品種將推動我國種業、食品工業和國民經濟發展

中央經濟工作會議確定的工作任務第五項是“解決好種子和耕地問題”，明確提出：“要加強種質資源保護和利用，加強種子庫建設。要尊重科學、嚴格監管，有序推進生物育種產業化應用。要開展種源“卡脖子”技術攻關，立志打一場種業翻身仗”。功能性小麥品種就是我國科學家通過種源“卡脖子”技術攻關，創造的優異和特色資源，是功能性面制食品的原料。一種功能性品種可以形成一類功能性食品，多種功能性品種可以形成我國功能性食品產業，推動我國整個食品業的發展。而食品加工業將是我國進入“后工業時代”后涉及千萬人就業的重要行業，一頭連著與“三農”有關的億萬農民，一頭連著與市場有關的億萬消費者。專家預測：近幾年全球將推出80～100種功能農產品，僅中國產值就將達1 000億元；功能農業在農業中的占比2020年將為1%，2030年達到 10%，2050年達到 50%以上，產值將達數萬億[36-37]。所以功能性小麥（包括其他作物）品種及其加工的功能性食品，是我國實施“營養導向型農業”的重要內容，是“雙循環”和“內循環”中拉動我國經濟發展的重要抓手，必將對我國種業、食品工業和國民經濟發展起到很大推動作用。

3.2 發展建議

3.2.1 從品種審定導向和推廣方面重視功能性小麥品種

“功能性小麥品種”是我國現有小麥審定標準（國品審〔2017〕1號）中規定的“高產品種”“綠色優質品種”和“特殊用途品種”后的新品種類型，是比特殊用途品種（只注明：糯小麥和彩色小麥）內容更廣、更注重營養健康和調節人體功能代謝的新品種類型。“營養導向型農業”和“功能性食品”都是國外首先提出的，但“功能性小麥品種”則是我國科學家根據我國食物發展需求首先提出，并進行了有關研究和新品種培育，且已有可以推廣應用的審定品種，是處于世界領先水平的科技創新成果。建議政府主管部門給與重視，要從農業新品種審定導向入手，把功能性成分和營養品質納入育種目標，與農藝、產量、抗逆性狀等一起構成國家農業新品種審定評價體系，推動更多類型的小麥功能性品種審定推廣，引導玉米、水稻等更多作物的功能性品種的選育推廣，奠定我國功能性食品的發展基礎。

3.2.2 推進功能性食品和功能性農作物品種的政策法規和標準體系建設

功能性食品和功能性農作物品種是關系全體國民健康的大事。美國、歐盟等多數國家在提倡營養導向型農業的同時，還制定了具體的國民營養干預制度。我國也應著手編制面向新時代的發展綱要，組織研究老、幼、孕、病（各種慢性病）不同人群的不同營養需求，組織研發調節腦、心、肺、肝和血管等器官有利代謝的功能性物質，編制有關功能性品種和食品的國家或行業標準，設立功能性食品和功能性農作物品種的商業標志。同時，在國民中大力倡導食養理念，讓城鄉居民都認識到，合理健康的膳食是比藥品更能健身防病、延年益壽的重要途徑，讓全體國民都能選擇適宜自己的食物，通過合理膳食促進營養健康。

3.2.3 建立專門檢測鑒定實驗室，保證功能性食品的穩定性和可靠性

功能性小麥品種培育期很長，其功能性成分雖然主要由品種的遺傳特性決定，但某些功能性成分（比如蛋白質、色素、微量元素等）還會受到環境和農藝措施的影響。因此，功能性品種及其食品的功能成分穩定性和可靠性是我們必須考慮的問題。建議國家質檢或農業部門，建立有資質的谷物功能性品質監督檢驗測試中心，負責推向市場的功能性品種和食品的檢測和釋放工作。建立檢測鑒定機構，還能有效控制功能性食品“真假不分，良莠不齊”的現象，防止某些急功近利企業，為了獲得市場和利潤，將一些粗制品推入市場，并夸大宣傳，破壞功能性食品的聲譽。建議有責任心的加工企業和科研單位緊密合作，面向《“健康中國2030”規劃綱要》《國民營養計劃（2017—2030）》等重大國家戰略，緊緊抓住功能農業這一新興方向，專注培育功能性品種和研發功能性食品，打造功能性食品的品牌產品，以名牌產品拓展市場，滿足人民群眾對生活質量和健康水平的新需求，確保我國營養導向性農業的健康發展。