轉(zhuǎn)載自《環(huán)球科學(xué)》 撰文 | 黃雨佳 審校 | 二七
圖片來源：unsplash 到2100年，大米品質(zhì)或?qū)⒃俳?%。 撰文 | 黃雨佳 審校 | 二七 對許多人來說，米飯是餐桌上的“必備主角”。一碗熱氣騰騰、香氣撲鼻的大米飯，不僅是我們碳水化合物的重要來源，更是各種菜肴的最佳搭檔。作為全球最重要的糧食作物之一，水稻養(yǎng)育了全球近45%的人口（超過35億人）。而在世界上最大的大米生產(chǎn)、消費(fèi)和進(jìn)口國——中國，大米的品質(zhì)不僅影響著我們的日常飲食，也直接關(guān)系到糧食安全。 然而，陜西師范大學(xué)的一項(xiàng)最新研究給我們敲響了警鐘。這篇發(fā)表于《地球物理研究快報(bào)》（Geophysical Research Letters）的論文指出，在過去幾十年間，我國的大米品質(zhì)正在悄然下降。 品質(zhì)下降 大米的品質(zhì)可以通過多種標(biāo)準(zhǔn)來衡量，各國的評判標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同。在我國，根據(jù)優(yōu)質(zhì)稻谷相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 17891-2017），整精米率、堊白度和食味品質(zhì)是稻谷分級的重要指標(biāo)，直鏈淀粉含量為限制指標(biāo)，即不同品質(zhì)的稻谷均需達(dá)到一定含量。而在同樣廣泛種植水稻的日本，大米品質(zhì)則通過糙米的厚度和粉質(zhì)度來評判。 所謂整精米，是指稻谷去殼后，經(jīng)過加工碾磨后，達(dá)到完整米粒平均長度四分之三及以上的米粒。堊白則是指米粒胚乳中粉質(zhì)、白色的不透明部分。這種現(xiàn)象之所以發(fā)生，是由于大米在生長過程中因某些原因出現(xiàn)了淀粉積累不足和結(jié)構(gòu)松散。一方面，堊白會影響米粒的外觀，讓消費(fèi)者在購買時(shí)有所顧慮，進(jìn)而影響大米的價(jià)格；另一方面，它也反映了大米中的淀粉含量變化，會直接影響大米的烹飪特性和口感。 在最近發(fā)表的這篇論文中，研究人員分析了1985-2020年間中國水稻研究所記錄的稻谷品質(zhì)數(shù)據(jù)，以及1979-2018年間日本農(nóng)林水產(chǎn)省所記錄的一級品質(zhì)大米率數(shù)據(jù)，揭示了兩國過去幾十年的水稻品質(zhì)變化趨勢。 研究結(jié)果顯示，從1985年到2020年，我國大米品質(zhì)呈持續(xù)下降趨勢。優(yōu)質(zhì)大米率每十年平均下降1.45%。其中，2004年的優(yōu)質(zhì)大米率最低，僅為58.88%。相比之下，日本的大米品質(zhì)年際間波動較大，并未表現(xiàn)出長期下降趨勢。不過，日本大米在1996年至2010年間也經(jīng)歷了明顯的品質(zhì)下滑，平均下降幅度達(dá)每十年7.6%。
過去幾十年間我國（圖a和圖c）和日本（圖b和圖d）的大米品質(zhì)變化（圖片來源：原論文） 背后的因素 研究人員對我國和日本的大米品質(zhì)下降背后的原因充滿了好奇。他們詳細(xì)分析了兩國1979-2020年間的小時(shí)級氣象數(shù)據(jù)，重點(diǎn)關(guān)注夜間溫度、日間溫度、日降水量、太陽輻射、云量、日間蒸氣壓虧缺（可反映空氣濕度）以及二氧化碳濃度等可能影響大米品質(zhì)的氣象因素。 分析結(jié)果顯示，對我國優(yōu)質(zhì)大米率影響最大的因素是夜間溫度：夜間溫度越高，大米的品質(zhì)就越差，反之則越高。特別是，當(dāng)我國大米產(chǎn)區(qū)的夜間溫度超過了18°C時(shí)，優(yōu)質(zhì)大米率會隨溫度升高而明顯下降。日本的溫度閾值甚至更低，僅為12°C。隨著氣候變化加劇，我國水稻生長季節(jié)高溫事件頻發(fā)，這已經(jīng)直接影響了大米的品質(zhì)。 這也是研究人員第一次在如此大規(guī)模的研究中，證實(shí)了氣候變化對大米品質(zhì)的直接影響。此前的研究通常集中于氣候變化對大米產(chǎn)量的影響。例如，一篇2023年發(fā)表于《整體環(huán)境科學(xué)》（Science of The Total Environment）的論文指出，從25°C到30°C，夜間溫度每升高1°C，大米的產(chǎn)量就會減少1%，同時(shí)其中直鏈淀粉和蛋白質(zhì)的含量也顯著降低。而隨著日間溫度的上升，堊白度幾乎呈線性增加：在超過25°C的環(huán)境中，溫度每升高1°C，大米的堊白度就會增加6%。 高溫之所以會影響大米的產(chǎn)量和質(zhì)量，是因?yàn)?strong>高溫會影響水稻的光合作用和淀粉積累過程。溫度升高會抑制光合作用效率，減少籽粒中的淀粉積累。此外，高溫還降低了大米中的直鏈淀粉含量，增加淀粉粒的平均粒徑，使大米變得更脆弱，容易在加工和碾磨過程中受損。與此同時(shí)，大米中的蛋白質(zhì)和脂肪酸等營養(yǎng)成分也會發(fā)生變化，大米的黏度和糊化溫度也會提升，影響大米的營養(yǎng)價(jià)值和口感。 未來會怎樣 隨著氣候變化的影響逐漸顯現(xiàn)，極端高溫事件的頻率也在不斷增加。研究表明，氣候變化對夜間溫度的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對日間溫度的影響——夜間平均溫度的升幅甚至是日間升幅的3倍。這意味著，大米品質(zhì)的持續(xù)下降可能是我們不得不面對的嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)。 研究人員評估了未來幾十年大米品質(zhì)進(jìn)一步下降的可能性。結(jié)果令人擔(dān)憂：無論是采取減排措施，還是維持中等或高排放路徑，我國大米的品質(zhì)在未來幾十年內(nèi)幾乎注定會大幅下降：在減排情景下，從2020年到2100年，我國和日本的大米品質(zhì)預(yù)計(jì)將分別下降1.5%和0.5%；在中高排放情景下，下降幅度則更加顯著，尤其是2050年后，我國大米品質(zhì)的下降速度將明顯超過日本，到2100年的降幅可能將超過5%。
到2100年前，我國和日本的大米品質(zhì)趨勢預(yù)測（圖片來源：原論文） 研究結(jié)果同時(shí)顯示，我國不同地區(qū)的大米品質(zhì)下降趨勢可能存在差異，南方大米品質(zhì)受氣候變化影響將更為嚴(yán)重。這或許與我國南北方水稻種植系統(tǒng)不同有關(guān)：北方地區(qū)普遍種植單季稻，而南方許多地區(qū)則種植雙季稻（早稻和晚稻）。由于早稻的生長季節(jié)較短且夜間溫度更高，因此南方大米可能面臨更大的品質(zhì)下降風(fēng)險(xiǎn)。 面對氣候變化對大米產(chǎn)量和品質(zhì)的威脅，我們真的無能為力了嗎？為應(yīng)對氣候危機(jī)，科學(xué)家正致力于培育更耐熱、抗逆性更強(qiáng)的水稻品種。例如，在一篇2023年發(fā)表于《植物雜志》（The Plant Journal）的論文中，研究人員就嘗試?yán)肅RISPR/Cas9基因編輯技術(shù)，來解決溫度升高導(dǎo)致的大米粉質(zhì)化、堊白化問題。 研究團(tuán)隊(duì)將目標(biāo)鎖定在了一個(gè)與大米粉質(zhì)化相關(guān)的關(guān)鍵基因——液泡質(zhì)子轉(zhuǎn)位焦磷酸酶（V-PPase）。他們通過基因編輯技術(shù)修改了該基因的啟動子區(qū)域，以降低其表達(dá)水平。結(jié)果，改良后的大米堊白度降低了7～15倍，淀粉顆粒排列更緊密，谷粒重量增加，整體品質(zhì)顯著提升，甚至在夜間溫度升高的條件下仍能保持良好表現(xiàn)。 不過，培育耐熱水稻只是解決方案之一。大米的品質(zhì)和產(chǎn)量還受到稻谷品種、種植環(huán)境、管理方式等多種因素的影響。為了保護(hù)糧食安全，我們不僅需要科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新，還必須采取行動，持續(xù)推進(jìn)節(jié)能減排，減緩氣候變化的腳步，盡可能減少極端天氣的發(fā)生。 參考鏈接： https://www./articles/d41586-024-03668-9 https://agupubs.onlinelibrary./doi/10.1029/2024GL110557 https://www./science/article/pii/S0048969723038792 https:///news/2023-07-gene-grain-quality-stress-rice.html https://onlinelibrary./doi/10.1111/tpj.16317 https://www./journals/microbiology/articles/10.3389/fmicb.2022.926059/full 本文來自“環(huán)球科學(xué)”。 |
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