大米變難吃了，而且還會(huì )越來(lái)越難吃，科學(xué)家已經(jīng)證明了這一點(diǎn)
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到2100年，大米品質(zhì)或將再降5%。
撰文 | 黃雨佳
審校 | 二七
對許多人來(lái)說(shuō)，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(lái)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，水稻養育了全球近45%的人口（超過(guò)35億人）。而在世界上最大的大米生產(chǎn)、消費和進(jìn)口國——中國，大米的品質(zhì)不僅影響著(zhù)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》（Geophysical Research Letters）的論文指出，在過(guò)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(guò)多種標準來(lái)衡量，各國的評判標準也不盡相同。在我國，根據優(yōu)質(zhì)稻谷相關(guān)國家標準（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，直鏈淀粉含量為限制指標，即不同品質(zhì)的稻谷均需達到一定含量。而在同樣廣泛種植水稻的日本，大米品質(zhì)則通過(guò)糙米的厚度和粉質(zhì)度來(lái)評判。
所謂整精米，是指稻谷去殼后，經(jīng)過(guò)加工碾磨后，達到完整米粒平均長(cháng)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。這種現象之所以發(fā)生，是由于大米在生長(cháng)過(guò)程中因某些原因出現了淀粉積累不足和結構松散。一方面，堊白會(huì )影響米粒的外觀(guān)，讓消費者在購買(mǎi)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(huì )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)數據，以及1979-2018年間日本農林水產(chǎn)省所記錄的一級品質(zhì)大米率數據，揭示了兩國過(guò)去幾十年的水稻品質(zhì)變化趨勢。
研究結果顯示，從1985年到2020年，我國大米品質(zhì)呈持續下降趨勢。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(dòng)較大，并未表現出長(cháng)期下降趨勢。不過(guò)，日本大米在1996年至2010年間也經(jīng)歷了明顯的品質(zhì)下滑，平均下降幅度達每十年7.6%。
過(guò)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(lái)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(mǎn)了好奇。他們詳細分析了兩國1979-2020年間的小時(shí)級氣象數據，重點(diǎn)關(guān)注夜間溫度、日間溫度、日降水量、太陽(yáng)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，當我國大米產(chǎn)區的夜間溫度超過(guò)了18°C時(shí)，優(yōu)質(zhì)大米率會(huì )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(zhù)氣候變化加劇，我國水稻生長(cháng)季節高溫事件頻發(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(huì )減少1%，同時(shí)其中直鏈淀粉和蛋白質(zhì)的含量也顯著(zhù)降低。而隨著(zhù)日間溫度的上升，堊白度幾乎呈線(xiàn)性增加：在超過(guò)25°C的環(huán)境中，溫度每升高1°C，大米的堊白度就會(huì )增加6%。
高溫之所以會(huì )影響大米的產(chǎn)量和質(zhì)量，是因為高溫會(huì )影響水稻的光合作用和淀粉積累過(guò)程。溫度升高會(huì )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(guò)程中受損。與此同時(shí)，大米中的蛋白質(zhì)和脂肪酸等營(yíng)養成分也會(huì )發(fā)生變化，大米的黏度和糊化溫度也會(huì )提升，影響大米的營(yíng)養價(jià)值和口感。
未來(lái)會(huì )怎樣
隨著(zhù)氣候變化的影響逐漸顯現，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遠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(zhù)，大米品質(zhì)的持續下降可能是我們不得不面對的嚴峻現實(shí)。
研究人員評估了未來(lái)幾十年大米品質(zhì)進(jìn)一步下降的可能性。結果令人擔憂(yōu)：無(wú)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(lái)幾十年內幾乎注定會(huì )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)預計將分別下降1.5%和0.5%；在中高排放情景下，下降幅度則更加顯著(zhù)，尤其是2050年后，我國大米品質(zhì)的下降速度將明顯超過(guò)日本，到2100年的降幅可能將超過(guò)5%。
到2100年前，我國和日本的大米品質(zhì)趨勢預測（圖片來(lái)源：原論文）
研究結果同時(shí)顯示，我國不同地區的大米品質(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重。這或許與我國南北方水稻種植系統不同有關(guān)：北方地區普遍種植單季稻，而南方許多地區則種植雙季稻（早稻和晚稻）。由于早稻的生長(cháng)季節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。
面對氣候變化對大米產(chǎn)量和品質(zhì)的威脅，我們真的無(wú)能為力了嗎？為應對氣候危機，科學(xué)家正致力于培育更耐熱、抗逆性更強的水稻品種。例如，在一篇2023年發(fā)表于《植物雜志》（The Plant Journal）的論文中，研究人員就嘗試利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)，來(lái)解決溫度升高導致的大米粉質(zhì)化、堊白化問(wèn)題。
研究團隊將目標鎖定在了一個(gè)與大米粉質(zhì)化相關(guān)的關(guān)鍵基因——液泡質(zhì)子轉位焦磷酸酶（V-PPase）。他們通過(guò)基因編輯技術(shù)修改了該基因的啟動(dòng)子區域，以降低其表達水平。結果，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(zhù)提升，甚至在夜間溫度升高的條件下仍能保持良好表現。
不過(guò)，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(dòng)，持續推進(jìn)節能減排，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.nature.com/articles/d41586-024-03668-9
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024GL110557
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969723038792
https://phys.org/news/2023-07-gene-grain-quality-stress-rice.html
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.16317
https://www.frontiersin.org/journals/microbiology/articles/10.3389/fmicb.2022.926059/full
本文來(lái)自“環(huán)球科學(xué)”。
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