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，維生素A缺乏已成為重要的營養問題。據2005年統計，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化為β-胡蘿卜素的酶系。瑞士蘇黎世聯邦理工學院Potrykus及德國弗萊堡大學Beyer領銜的研究小組于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》雜志發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化酶基因（lyc）。后來研究發現，水稻胚乳中本來就有番茄紅素環化酶，即導入的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基因導入第一代黃金稻米（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，同時改良其蛋白質品質。在黃金稻米育成之前的1999年，就曾有人將psy基因導入蕪菁（又稱“大頭菜”），結果檢測到高含量的類胡蘿卜素。孟山都利用這項技術培育出類胡蘿卜素含量大幅度提高的轉基因油菜。

     2009年，以西班牙Lleida大學Christou為首的科研團隊成功培育出一種強化型多種維生素轉基因玉米，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農業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年預測，黃金稻米可能在2013年正式面世。黃金稻米的發明權歸屬捷利康（即現在的先正達），但黃金大米研發使用了32家公司及大學的70項專利。在孟山都率先表態免費提供黃金稻米相關的專利授權后，其他專利持有者也全部放棄了專利權。

     “黃金稻米人道主義委員會”提出的區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，也允許由聯合國糧農組織指定的低收入、糧食不足的發展中國家（包括中國）的農戶自留種子用于來年種植。（作者系廣州中醫藥大學教授）《中國科學報》 (2012-09-11 B2 生物)