综述：探索干旱地区的隐藏宝藏：假谷物作为可持续、气候韧性作物对粮食安全的作用

本综述系统探讨了藜麦、苋菜和荞麦等假谷物（pseudocereals）作为气候韧性作物在应对全球粮食安全挑战中的潜力。文章详细分析了其营养特性（高蛋白、必需氨基酸、抗氧化剂）、环境适应性（抗旱、耐盐、耐极端温度）及分子机制（如SnRK2基因通路、ABA信号传导），并指出通过现代育种技术（CRISPR/Cas、RNA干扰）和可持续农艺实践可推动其在干旱地区的整合，为实现可持续发展目标（SDGs）提供新路径。

　　

Introduction

全球农业正面临严峻挑战：预计到2050年粮食需求将增长50%，而约90%的农田受气候变化相关胁迫影响，减产高达70%。干旱和半干旱地区因水资源短缺和土壤退化尤为脆弱。传统主粮（水稻、小麦、玉米）虽占全球能量摄入的60%，但其遗传多样性在过去世纪流失75%，加剧了粮食系统的脆弱性。假谷物——包括藜麦（quinoa）、苋菜（amaranth）和荞麦（buckwheat）——作为非禾本科营养密集型作物，因其环境韧性和营养价值成为可持续农业的新焦点。

Pseudocereals as alternative crops

假谷物被视为“孤儿作物”，其种植规模仅为主粮的1/400–1/500，但年复合增长率（CAGR）达1.5–2.1倍。藜麦被称为“超级食物”，其全球市场预计在2025年达124.27亿美元（CAGR 10.2%）；苋菜富含赖氨酸，市场CAGR为11.51%；荞麦则预计在2034年达331.4亿美元市场。这些作物天然无麸质（gluten-free），富含氨基酸、脂肪酸及矿物质，且能在贫瘠土壤中生长，对改善营养缺乏和促进可持续农业具有关键作用。

Adaptability of pseudocereals

假谷物表现出卓越的环境适应性：藜麦作为“嗜极生物”（extremophile）可耐受盐碱和干旱；苋菜通过热休克蛋白（heat shock proteins）抗热；荞麦则具有短生育期和抗铝毒特性。分子机制研究揭示，荞麦中的FtZIP5基因通过ABA信号通路激活胁迫响应基因（如^RD29A、^RAB18），增强抗旱耐盐性。此外，假谷物通过蜡质叶片、深层根系和次生代谢物（如芦丁）协同应对生物与非生物胁迫。

Bioavailability and health benefits

假谷物富含多酚、黄酮类及膳食纤维，其生物利用度可通过加工技术（如发酵、萌发）提升。研究证实：

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  苋菜肽可抑制ACE活性，调控血压；

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  藜麦皂苷增强小鼠体液和细胞免疫反应；

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  荞麦调节肠道菌群，促进短链脂肪酸生产，改善高胆固醇血症；

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  苋菜籽蛋白中的lunasin类似肽通过组蛋白乙酰化抑制机制展现抗癌潜力。

  这些功能特性使其成为预防慢性疾病（如糖尿病、心血管病）的理想功能食品原料。

Pseudocereals in food security

假谷物可集成于传统食品体系，如添加50%荞麦粉的水饼干抗氧化性提升，且氨基酸谱更均衡。发酵和萌发处理能进一步增加多酚含量及抗氧化活性（如乳酸菌发酵苋菜粉）。产业链开发涵盖烘焙食品、饮料和挤压零食，但其推广受限于加工成本、苦味物质和消费者接受度。政策支持（如学校供餐计划）和价值链整合是推动其主流化的关键。

Recent molecular advances

基因组学进展加速了假谷物育种：

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  藜麦（基因组1.5 Gb）中鉴定出54,438个基因，SnRK2基因家族介导ABA信号传导；

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  苋菜（466 Mb）基因组分析揭示物种特异性SNP；

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  荞麦重测序项目发现FtUFGT3和FtAP2YT1基因调控黄酮积累与粒重。

  全基因组关联分析（GWAS）和代谢组学（mGWAS）为标记辅助育种和营养强化品种选育提供工具。

Pseudocereals: challenges and strategies

假谷物推广面临多重挑战：气候不确定性、农民对陌生作物的疑虑、反营养因子（如苦味皂苷）以及产业链不完善。策略包括：

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  构建生态地理数据库以优化种植区划；

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  整合传统知识（如墨西哥Milpa间作系统）；

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  通过发酵/萌发改善营养特性；

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  政策激励（补贴、营养指南推广）和消费者教育。

Pseudocereal breeding: current trends

当前育种研究聚焦高产、抗逆品种选育，但CRISPR/Cas等现代技术应用仍不足。野生近缘种（CWRs）的保护和分子标记开发（如SSR、SNP）是未来重点。政府机构（如ICBA、ICAR）已启动田间试验和品种改良计划，旨在提升假谷物在边际环境中的生产力和适应性。

Conclusion

假谷物作为干旱地区的“隐藏宝藏”，整合了营养安全性、环境韧性和健康益处，是应对全球粮食安全挑战的战略资源。通过分子育种、可持续农艺和政策支持，其可在多样化食品系统、气候适应型农业和营养干预中发挥核心作用。未来需跨学科合作推动从基因到餐桌的创新，实现可持续发展目标（SDGs）下的粮食转型。