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种业交流 || 功能性小麦育种和有关标准解读

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-11-22  来源:一麦众承  作者:田纪春  浏览次数:968
 
      作者简介
 
      田纪春,男,博士,山东农业大学农学院教授(二级),博士生导师,获国务院特殊津贴。专注小麦遗传育种40多年,主持包括国家“973”和5项国家自然科学基金在内的国家及省部级课题32项,自主育成国家和省审小麦新品种18个,获国家发明专利8项,植物新品种权12项。培养博、硕士研究生89名,发表科研论文316篇,其中SCI论文61篇,出版专著和教材10部。获国家科技进步二等奖、国家发明二等奖、国家发明专利银奖、山东省优秀教师和齐鲁最美科技工作者等奖项荣誉称号。
 
      1

      功能性小麦品种的提出背景和概念
 
      新中国成立70多年来,特别是经过40多年的改革开放,我国粮食生产取得举世瞩目成就,实现了从“吃不饱”到“吃的饱”,再到“吃的好”的历史性转变。近十年,随着商品生产经济转向服务型经济的后工业时代的到来,特别是近几年新冠病毒有可能长期与人类共存的警示,人们更加关心健康长寿及与其直接有的食物质量。小麦是全世界、特别是我国的主要粮食作物,随着人们再次由“吃得饱”、“吃的好”向“吃健康”转变,小麦品种也会由“高产品种”、“绿色优质品种”向“功能性品种”发展。
 
      “功能性小麦品种”是国内外至今没有提出的新名词。从广义方面讲,功能性小麦品种有“加工功能性品种”和“营养功能性品种”两类。加工功能性品种主要指能改善食品结构及品质的一类品种,例如,糯小麦能增加面制品的吸水率,延长货架期,属于“加工功能性品种”。现在国家大力发展的强筋小麦和弱筋小麦品种,分别能生产优质面包或饼干蛋糕,也应该属于“加工功能性品种”。这类品种是目前政府大力推动、生产上已有的品种,是与人们“吃得好”有关的品种,本文不展开讨论。
 
      本团队首次提出并重点讨论的“功能性小麦品种”,是与人们“吃健康”有关的一类品种。其基本定义是“含有对人体健康有益活性成份,可调节人体有益代谢,能给人体健康带来某种益处或满足特定人群的特特殊需求,同时可以作为日常食物的口感正常、无毒副作用的小麦品种类型。”这类品种有5个方面的内涵:a.含有较高的有益健康的活性成份,例如含有麦黄酮,多肽等;b.可调节人体有益代谢,增强机体器官的免疫力,例如抗氧化、清除自由基的色素,激活酶的锌、硒等微量矿质元素;c.满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;面粉过敏人群需要的低醇溶性蛋白品种;d. 无毒副作用、外观口感均正常日常食物原料;e.不必担心某些微量元素超标和其它物质存在风险。因为这类品种是育种家利用特异种质资源和聚合育种技术,定向培育的定向含有较高有益成份的品种。例如,培育“富锌品种”,育种家在籽粒锌含量变幅较大的种质资源中选择亲本,通过聚合杂交可以培育出锌含量比现有品种平均值高出2倍左右、正好适合人体需求的富锌品种。因不是转基因品种,也不是人工添加(添加过程可能存在过量或污染风险)强化的食品,其产量、抗病性性和农艺性状与当前主推品种相当,其籽粒和面粉与普通品种相同,其食品加工方式和口感与正常面粉无异。因此,功能性小麦品种是继高产品种、优质品种、绿色品种后的新类型,具有“农业增效、农民增收、人民增寿”的显著优势。
 
      2

      功能性物质和功能性小麦育种进展
 
      功能农业是国内外最近几年才提出的新概念。2014年,FAO与WHO举办的第二届国际营养大会(ICN2)形成《营养问题罗马宣言》和2017年我国制定了《健康中国行动(2019—2030年)》分别是国内外功能农业的标志性事件。这些国际和国内的重大行动虽然没有出现功能小麦名词,但我国的小麦功能性物质和功能小麦育种起步很早。2000年田纪春教授作为美国谷物市场研究中心的高级访问学者回国后,立即启动了小麦功能成份的的前瞻性研究,利用主持山东省小麦育种又兼任“农业农村部谷物品质监督检验测试中心”主任的有利条件,先后将”功能蛋白”、“抗性淀粉”、“植酸”、“功能性脂类”等功能成份作为10多名博士和硕士的研究题目,启动了小麦功能成份基因定位和种质创制的开拓性研究,发表国内外论文30多篇。并率先开展了功能性小麦新品种培育,已育成审定和即将审定的多个功能性品种(系)。主要简介如下:(1)富含麦黄酮的功能小麦新品种山农1012020年山东省审定(鲁审麦20206035)。麦黄酮含量1.013mg/kg,是普通小麦平均含量的3.5-5倍。黄酮类物质是小麦籽粒中重要的生理活性物质,具有扩张血管、抗菌消炎和增强人体免疫力等多重功效,对高血脂、心血管疾病、动脉硬化和肿瘤等疾病有一定疗效。(2)富含类胡罗卜素小麦品种“山农蓝麦1号”, 2020年通过山东省农作物品种审定委员会审定(鲁审麦20206033)。该品种含有人体不能合成的花青色素而呈深蓝色,富含多种色素和VE、VB等多种维生素,是营养价值突出的功能性小麦新品种。(3)抗消化淀粉小麦新品系,抗性淀粉(resistant starch)又称抗酶解淀粉及难消化淀粉,,可控制血糖平衡,特别适宜糖尿病患者食用;而且在大肠中分解为短链脂肪酸,促进肠蠕动,可减少便秘和结肠癌的危险;抗性淀粉也可可减少血胆固醇和三甘油脂的量,因而具有一定的减肥作用。另外,低植酸和低醇溶蛋白等功能新小麦品系也已稳定,即将出圃。科技日报等刊物均已“国内第一个功能小麦培育成功”为标题进行了报道。
 
      3

      功能小麦育种体会
 
      (1)功能性品种是功能农业的基础,是功能食品的原料。一种功能性品种可以形成一类功能性食品,多种功能性品种可以形成起我国功能性食品产业,推动我国高端食品和人民健康事业的发展。我们小麦育种工作者,应该在继续培育高产品种和优质品种的同时,重视培育“功能性小麦品种”的育种工作。
 
      (2)种质是新品种的芯片。从现有小麦种质库(含野生和国外)中鉴定发现高含各种“营养物质和活性功能成份”的特异种质,通过QTL定位等创制富含功能成份和已知分子标记的“分子育种元件”,是我团队20多年的重点工作之一。的种质资源,特别是培育“定向含有”的特殊用途或功能性小麦新品种,
 
      (3)功能成份的检测分析是功能小麦新品种培育所必需的,是根据“功能明确、成份易检测和含量差异大”等原则开展功能性小麦新品种培育的基本保障。
 
      (4)功能小麦培育在国内外都是新的育种方向,目前国内外几乎没有小麦重要功能性物质的检测标准,也没有小麦功能成份的含量标准。因此,制订功能性品种功能成份含量极其检测方法的标准,对该类品种选育、品种审定及市场认可都有非常重要的意义。
 
      4

      高抗性淀粉小麦、高麦黄酮小麦和低植酸小麦三种重要功能小麦团体标准解读
 
      为了满足社会需求和选育及审定功能性小麦品种的需求,2021年8月,本团队组织山东华田农业科技有限公司、山东国仓健生物科技和山东农业大学等9家单位共同成立标准起草委员会,成员包括小麦育种、检测、种植、加工和小麦制品生产等产业链上下游科研工作者,还包括医学健康领域的相关专家,主要成员18人。起草制定了高抗性淀粉、高麦黄酮和低植酸三种重要功能小麦团体标准,于2022年2月8日在国家标准委员会全国信息平台发布实施。
 
      (1)《高抗性淀粉小麦籽粒中抗性淀粉含量指标和检测方法》(T/CI005-2022)
 
      规定了高抗性淀粉小麦的术语定义和感官、质量、抗性淀粉含量等技术要求及检验方法、检验规则。将高抗性淀粉小麦定义为 :在生长发育过程中,自然产生和积累的抗性淀粉含量>6%的一类小麦品种(系)。其确定依据是根据现有普通小麦的抗性淀粉含量和人工创制高抗性淀粉的最高含量,及高抗性淀粉对面团理化特性影响和稳血糖试验确定的;标准规定的抗性淀粉检测方法,是改进的爱尔兰Megazyme抗性淀粉检测试剂盒方法,提取步骤中增加了3处预处理,去除蛋白质等更彻底,测定结果更准确;效率高;成本低,(详见具体标准)。
 
      (2)《高麦黄酮小麦籽粒中麦黄酮含量指标和检测方法》(T/CI004-2022)
 
      本标准规定了高麦黄酮小麦籽粒中游离态麦黄酮(tricin)和总麦黄酮2个重要成份的术语定义及检验方法、检验规则。高麦黄酮小麦也分为高游离态麦黄酮(tricin)和高总麦黄酮2个指标。高麦黄酮小麦的定义为:小麦生长发育过程自然产生和积累的游离态麦黄酮含量大于0.5mg/kg(含)或者总麦黄酮含量大于1mg/kg(含)的小麦品种(不含黑、紫、蓝等彩色小麦)。标准规定的游离态麦黄酮的测定方法——液相色谱-质谱联用法;总麦黄酮的测定方法——分光光度比色法(以芦丁计)。两类高麦黄酮小麦的定量值及检测方法均参考国内外有关研究结果及反复验证制定的(详见具体标准)。
 
      (3)《低植酸小麦籽粒中植酸含量指标和检测方法》(T/CI003-2022)
 
      本标准规定了植酸及低植酸小麦的术语、定义及检验方法、检验规则。将低植酸小麦定义为 :通过生长过程,自然产生和积累的植酸含量低于5 g/kg的小麦品种(系)。其确定依据是根据现有小麦品种中,特别是麦麸中植酸含量较高(9.6 ~22.2 g/kg)和我们创制的品种中可以获得低于5g/kg的小麦品种(系)确定的。标准规定的植酸检测方法为分光光度比色法,但对样品提取、净化过程进行了优化,提高了检测的准确性,方便易操作,更有利于育种家使用(详见具体标准)。
 
      高抗性淀粉、高麦黄酮和低植酸三种重要功能小麦团体标准的制定和颁布实施,是国内外功能小麦研究的重要进展,对育种家培育新品种及国家审定功能性品种提供了依据,对满足人民生活质量和健康水平日益增长的需求,确保我国营养导向型农业的健康发展也具有重要意义。希望全国有兴趣的种业同行、粮食和食品企业朋友,合作共赢于功能性品种培育及功能食品开发,使其尽快产业化、市场化,大众餐桌化,为健康中国做出贡献!
 
 
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