水稻是最重要的糧食作物，全球大約有38億人食用。稻米的維生素A原（β-胡蘿卜素）只存在于糊粉層中，但糊粉層在稻米加工過程中已被剝除。因此，在以稻米為主食的地區(qū)，維生素A缺乏已成為重要的營養(yǎng)問題。據(jù)2005年統(tǒng)計，在122個國家中有1.9億兒童及1900萬孕婦患有維生素A缺乏癥，每年造成50萬人失明，數(shù)百萬人患上干眼病。維生素A缺乏還會使其他健康問題如腹瀉、麻疹和呼吸道疾病惡化，改善維生素營養(yǎng)每年可挽救100萬~200萬兒童的生命！

     雖然水稻胚乳細胞含有合成β-胡蘿卜素的前體，但缺少將這些前體轉(zhuǎn)化為β-胡蘿卜素的酶系。瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Potrykus及德國弗萊堡大學(xué)Beyer領(lǐng)銜的研究小組于2000年宣布，他們成功培育出胚乳含有β-胡蘿卜素的轉(zhuǎn)基因水稻。這種水稻的米粒因呈金黃色而被稱為“黃金稻米”。目前已在原產(chǎn)菲律賓、中國臺灣、美國的水稻品系中育成黃金稻米。
同年，Potrykus因黃金稻米杰出成就榮登《時代》周刊8月號封面，并配有“這種稻米每年能拯救100萬兒童”的畫外音。值得一提的是，華裔科學(xué)家葉旭東參與了黃金稻米的培育，并以第一作者的身份在《科學(xué)》雜志發(fā)表第一篇黃金稻米論文。在黃金稻米培育中，葉旭東等分兩次導(dǎo)入了3個外源基因：黃水仙八氫番茄紅素合酶基因（psy）、歐文氏菌ξ-胡蘿卜素去飽和酶基因（crt1）和黃水仙番茄紅素環(huán)化酶基因（lyc）。后來研究發(fā)現(xiàn)，水稻胚乳中本來就有番茄紅素環(huán)化酶，即導(dǎo)入的lyc基因是多余的。

     黃金稻米原代米粒都呈金黃色，表明有類胡蘿卜素合成，但其中僅部分米粒含β-胡蘿卜素，其他米粒則含各種類型類胡蘿卜素。在次代黃金水稻混合分離群體中，β-胡蘿卜素平均含量為1.6微克/克胚乳，純合子米粒所含β-胡蘿卜素有2微克/克胚乳。若每天進食300克大米，相當(dāng)于攝入100微克維生素A。不過，這種稻米的β-胡蘿卜素含量還太低，成年人每天必須吃9公斤米飯才能滿足其對維生素A的需求！

     2005年，總部設(shè)在瑞士的先正達又培育出第二代黃金稻米，稱為“黃金稻米二代”。它是將玉米psy基因?qū)氲谝淮S金稻米（含crt1基因）后育成，其類胡蘿卜素含量比第一代黃金稻米高23倍，達到37微克/克，其中β-胡蘿卜素含量為31微克/克。成年人只要每天食用75克黃金稻米二代煮熟的米飯，就足以滿足其對維生素A的需求。

     2005年6月，第一代黃金大米發(fā)明人之一Beyer獲得比爾及梅琳·蓋茨基金會資助，旨在通過基因工程手段提高黃金稻米中維生素A原、維生素E、鐵、鋅的含量水平或生物利用度，同時改良其蛋白質(zhì)品質(zhì)。在黃金稻米育成之前的1999年，就曾有人將psy基因?qū)胧忀迹ㄓ址Q“大頭菜”），結(jié)果檢測到高含量的類胡蘿卜素。孟山都利用這項技術(shù)培育出類胡蘿卜素含量大幅度提高的轉(zhuǎn)基因油菜。

     2009年，以西班牙Lleida大學(xué)Christou為首的科研團隊成功培育出一種強化型多種維生素轉(zhuǎn)基因玉米，富含普通玉米中缺乏的3種維生素，即維生素A原（β-胡蘿卜素）、維生素C和葉酸（維生素B9）。與普通玉米相比，轉(zhuǎn)基因玉米的維生素C含量提高了6倍，葉酸含量提高2倍，β-胡蘿卜素含量為正常值的169倍，并且比黃金稻米中的β-胡蘿卜素含量還高5倍！

     盡管早在2004年就在美國路易斯安那州立大學(xué)農(nóng)業(yè)中心完成了黃金稻米的大田種植試驗，但至今黃金稻米還未能走入市場。Potrykus曾于2010年預(yù)測，黃金稻米可能在2013年正式面世。黃金稻米的發(fā)明權(quán)歸屬捷利康（即現(xiàn)在的先正達），但黃金大米研發(fā)使用了32家公司及大學(xué)的70項專利。在孟山都率先表態(tài)免費提供黃金稻米相關(guān)的專利授權(quán)后，其他專利持有者也全部放棄了專利權(quán)。

     “黃金稻米人道主義委員會”提出的區(qū)分黃金稻米二代人道主義用途與商用的界限是每年1萬美元。若農(nóng)戶種植黃金稻米的年收入不超過1萬美元，就可免交特許使用費。另外，也允許由聯(lián)合國糧農(nóng)組織指定的低收入、糧食不足的發(fā)展中國家（包括中國）的農(nóng)戶自留種子用于來年種植。（作者系廣州中醫(yī)藥大學(xué)教授）《中國科學(xué)報》 (2012-09-11 B2 生物)