蛋白质既是人类膳食营养的关键组成，也是动物饲料中不可或缺的成分。谷物的蛋白质含量提升直接关乎人类营养安全与畜牧业的高质量发展。玉米是我国种植面积最广、总产量最高的作物，既是人类重要的食物来源，更是动物饲料中最主要的能量源，支撑着畜禽养殖业的稳定运行。当前，作为饲料蛋白主要原料的大豆对外依存度居高不下，给国家粮食安全带来潜在风险。因此，提升玉米蛋白质含量，既能优化人类膳食营养结构，又能减少饲料行业对进口大豆的依赖、降低养殖成本，对筑牢国家粮食安全防线、推动农业可持续发展具有深远意义。

近日，Nature Plants期刊以 “营养、产量与可持续性交叉视角下的谷类蛋白质生物强化”为题在线发表了bv伟德国际与国际水稻研究所（菲律宾）及马克斯·普朗克分子植物生理学研究所（德国）等合作单位联合撰写的综述论文。该综述以玉米、水稻、小麦等谷类作物为对象，系统探讨了在气候变化与人口增长的背景下，如何通过遗传改良提升谷物籽粒蛋白含量以应对全球营养挑战。

蛋白质、氨基酸营养的缺乏是当前全球主要营养挑战之一，特别是对于以谷物为主食且缺乏多样化蛋白来源的人群。提升水稻、小麦和玉米等主粮的蛋白含量和品质，不仅能直接改善人类健康，还能减少对环境代价较大的动物性食品的依赖。这与EAT-Lancet行星健康饮食框架相契合，即通过植物性蛋白替代部分动物蛋白，以降低温室气体排放并保障粮食安全。

谷物籽粒蛋白含量调控的分子机制复杂，涉及氮素吸收、转运、同化、氨基酸和储藏蛋白合成等多个环节。文章重点介绍了通过关键基因的利用，如挖掘自然变异或进行基因编辑，有望在不牺牲作物产量的情况下，精准提升谷物的蛋白水平。

虽然在谷物驯化过程中为了追求高产（淀粉为主），常导致蛋白含量下降，但淀粉与蛋白含量并非绝对相互矛盾。文章提出，要打破蛋白含量与产量之间的负相关，不能仅仅依靠在籽粒内部重新分配现有的碳氮资源，而必须对植物的整个“氮素经济”进行重新设计。

谷物籽粒蛋白品质的驯化历史与未来遗传改良路径

环境胁迫对谷物蛋白品质构成双重威胁：一方面，大气CO2浓度升高会导致“稀释效应”，降低谷物蛋白浓度；另一方面，热胁迫会改变蛋白组分并影响籽粒外观品质。因此，文章呼吁必须培育兼具高蛋白含量和气候韧性的作物品种。这需要结合耐热基因与高产优质性状，以确保在未来气候条件下能稳定生产高蛋白谷物。

国际水稻研究所博士后Rhowell Tiozon Jr和bv伟德国际詹俊鹏副教授为论文共同第一作者，bv伟德国际严建兵教授、国际水稻研究所Nese Sreenivasulu研究员和马克斯·普朗克分子植物生理学研究所Alisdair R. Fernie教授为论文共同通讯作者。该研究获得国家自然科学基金等项目的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41477-026-02252-5

审核人：范金凤