记者 王佳义
硒作为一种稀有营养素，是人体必需的微量元素之一，具有多种生物活性功能，对人体健康起着非常关键的作用。 人体健康的多种疾病都与缺硒有关，数据显示，我国居民硒摄入严重不足，硒营养素“隐性饥饿”问题十分严重。 富含硒的蔬菜的生物合成生产扩大了人类获得有机硒的机会。 目前，合成生物学蓬勃发展，已成为国内外的热门赛道。 如何把握新一轮科技革命和产业变革的重大机遇，推动合成生物学技术向实用化、产业化方向发展？中国工程院院士王汉忠在中原农谷举行的2023国际未来农业食品百强大会上表示，生物合成具有快速、高效、绿色三大优势，稀有营养物质的生物合成正在成为未来农业的新赛道。
硒营养素“隐性饥饿”是一个严重的问题
影响人体健康的多种疾病都与缺硒有关，如“克山病”、“大骨关节病”等，免疫功能低下、癌症、心脑血管疾病等重大人类健康问题也与硒摄入不足有关。 数据显示，中国居民硒摄入量严重不足，仅为0026—0.032毫克天，硒营养素“隐性饥饿”问题严重。 硒作为人体必需的营养素，其生物半衰期只有11天，人体无法自行合成，因此必须不断从外部补充。
硒在自然界中以两种形式存在：无机硒和有机硒。 无机硒一般为亚硒酸盐和亚硒酸盐，生物利用度低，毒性大，不宜被人体直接食用。 有机硒主要是一种硒氨基酸，在体内参与蛋白质合成，易于在组织中储存和吸收，被人体吸收后能迅速利用，有效改善人体缺硒。 其中，甲基硒代半胱氨酸是有机硒的常见形式，也是有报道的有助于抗癌的最佳硒形式。
目前，富含硒的蔬菜和谷物是有机硒最安全、最有效的**，但富含甲基硒代半胱氨酸的食物却很少。 据中国地质科学院地球物理化学研究所数据显示，我国绿色富硒土地仅占3约5%。 如果在种植过程中施用外源无机硒，也容易造成二次污染。
王汉忠表示，总体来看，我国有机硒总量不足，但需求潜力大，亟需开辟获取有机硒特别是甲基硒的新途径。 “近年来，我和我的团队将100多份油菜芽与9种常见蔬菜（每种蔬菜4-6个品种）的总营养品质进行了比较，发现油菜芽对硒有特殊的富集功能，其硒含量明显高于其他测量蔬菜。 ”
生物合成增加蔬菜的硒含量
油菜芽作为中国人餐桌上常见的蔬菜之一，具有可食用的起源和演变，味道鲜美。
一般来说，硒含量为001—0.1毫克公斤的蔬菜被认为是富含硒的蔬菜。 在未添加外源硒的非富硒土壤中，油菜芽硒含量为0009—0.074 mg kg，表明油菜品种硒含量的提高潜力巨大。 这存在于非富硒土壤中（<04 mg kg）能高效富集硒，生长富硒油菜籽，称为“硒效率”现象。“基于这一现象的发现，植物型'超级油菜籽'成为我们团队培育富硒蔬菜新品种的目标。 王汉忠说。
2024年，王汉忠团队依托优良种质资源，利用高分子杂交、小孢子培养、分子标记辅助筛选等现代育种方法，培育出全球首个“高效硒”蔬菜——杂交油菜新品种“硒子源1号”051 mg kg （武昌土壤硒含量 0.）172毫克千克）。
王汉忠介绍，该品种具有较强的富硒能力，全国许多非富硒土壤种植的油菜籽硒含量保持在001—0.07毫克kg，并具有高钙、高维生素C、高氨基酸、高锌等特点。 播种后两个月即可采摘，一次可采摘3-4根茬口，亩产可达600-800公斤，配套的密植栽培措施可达到更高的产量。
后来我们培育了'硒子源2号'，得到了广泛的推广，该品种的总硒含量为0鲜重213毫克千克，其中甲基硒占476%。王汉忠表示，采用超高甲基硒油菜生物合成技术，高效富集甲基硒作为油菜籽基因型的生物反应器，配套使用设施、无土、自动化栽培技术和设施，未来将进一步提高油菜硒含量，增加甲基硒比例。
农业的未来增加了一条新轨道
王汉忠表示，以甲基硒为代表的稀有营养物质的生物合成，拓宽了人类获取有机硒的途径，也为油菜籽的多功能开发利用提供了新的选择。
除了甲基硒的生物合成外，还有胡萝卜素、维生素E、麦角硫因等营养物质的生物合成。 以麦角硫因为例，它是一种天然稀有的氨基酸，通常由细菌和真菌生物合成，2024年首次从麦角蘑菇中分离出来，该植物主要用于蘑菇、平菇、谷物、西兰花等。 与传统的生物提取或化学合成相比，生物合成技术使麦角硫因的收率提高了近5倍，从而实现了麦角硫因的低成本、规模化生产。 近年来，生物合成逐渐影响着人类产业的未来发展，成为绿色生物制造产业快速发展的引擎。
王汉忠介绍，利用设计构建的新生物体人工合成有机化合物的过程和产业是生物合成。 其中，常见的生物合成反应器包括微生物（如酵母、大肠杆菌等）和植物（如水稻、油菜籽等）。 生物合成中的化合物类别包括稀有营养素、生物能源、生物医药等。 “生物合成具有快速、高效和绿色的三大优势。 它比化学合成更环保、更便宜;与传统农业相比，具有设施化、规模化、24小时不间断、不分季节、不受环境影响等优点，能真正实现工业化生产。 他说。
《生物经济发展“十四五”规划》明确提出，包括合成生物学在内的生物经济是未来中国经济转型的新动能。 在国家政策的大力支持下，北京、上海、深圳、天津等地相继将合成生物学列为重点发展规划的重点领域。
因此，笔者认为，稀有营养物质的生物合成应该是未来农业发展的新赛道。 王汉忠说。