利用小麦遗传多样性提升籽粒营养与产量：生物强化育种的新策略

针对全球20亿人面临的铁(Fe)和锌(Zn)缺乏问题，研究人员通过筛选813份小麦种质资源，发现籽粒颜色(GC)与微量营养素浓度显著相关，并鉴定出高Fe(51 mg kg-1 )、高Zn(37 mg kg-1 )且低植酸(PA)摩尔比(PA:Fe=5.3)的优质基因型TA87。该研究为简化生物强化育种提供了形态标记(GC)和种质基础，同时证明产量与营养性状可协同改良。

　　

全球约40%人口面临"隐性饥饿"，其中铁(Fe)和锌(Zn)缺乏最为突出。小麦作为主要粮食作物，其籽粒营养含量却因绿色革命基因(Rht-dwarfing)降低了3-4 ppm。更严峻的是，植酸(PA)作为磷储存分子会与Fe/Zn形成不溶性复合物，进一步降低生物利用度。传统育种中产量与营养性状的权衡、缺乏高效筛选标记等问题，制约着生物强化进展。

为破解这些难题，来自MNS农业大学和德国卡塞尔大学的研究团队在《Biological Research》发表研究，通过多学科交叉策略，系统评估了小麦种质资源的遗传多样性。研究人员首先从巴基斯坦、CIMMYT和澳大利亚收集813份小麦基因型(包括普通小麦Triticum aestivum、硬粒小麦T. durum和小黑麦Triticosecale)，结合表型组学(叶角LA、叶片茸毛PH等新型叶性状NLTs)和籽粒颜色(GC)量化分析(L
a
b^*
色度值)，筛选出26份核心种质进行两年田间试验。采用原子吸收光谱法测定Fe/Zn浓度，Megazyme试剂盒分析PA含量，并通过PA:Fe/Zn摩尔比评估生物利用度。

关键结果

1. 籽粒颜色作为形态标记
   通过色度计量化发现，浅色(琥珀/黄色)籽粒与高Fe(31-54 mg kg^-1
   )、Zn(15-38 mg kg^-1
   )显著相关(r=-0.57)，L
   (亮度)和b
   (黄度)值可解释80%变异。这为田间初筛提供了可视化指标。

2. 种质资源突破
   普通小麦TA87表现最优：Fe 51 mg kg^-1
   、Zn 37 mg kg^-1
   ，且PA:Fe/Zn比仅5.3和7.4，产量达5020 kg ha^-1
   。小黑麦在PA控制(2.7 g 100 g^-1
   )和硬粒小麦在Fe浓度(48 mg kg^-1
   )上各具优势。

3. 性状协同机制
   遗传参数分析显示，Fe/Zn具有高遗传力(H²

80%)和遗传增益(GAM>20%)，而产量相关性状受环境调控更显著。PCA分析揭示内向卷叶(LR=1)基因型具有更高水分利用效率(WUE=5 mmol CO₂
mol^-1
H₂
O)。

1. 生物利用度差异
   普通小麦的Fe/Zn生物利用度最高(PA:Fe=5)，显著优于硬粒小麦(PA:Fe=8)，这与胚乳中类胡萝卜素分布相关。

结论与意义
该研究首次建立籽粒颜色-营养素关联模型，打破了"产量-营养"负相关的传统认知。提出的"形态标记辅助选择+多物种资源利用"策略，为联合国可持续发展目标(SDG2/3)提供了实践路径。后续需在不同生态区验证标记稳定性，并解析L
/b
值与类胡萝卜素合成的分子机制。