中央农村工作会议系列解读⑭树立大食物观 构建多元化食物供给体系******

　　作者：赵思诚、王国刚，中国农业科学院农业经济与发展研究所

　　“洪范八政，食为政首”，顺应居民食品消费结构调整趋势，保障食品供给数量充足、质量过硬、结构适配，是我国农业生产的重点任务之一。而树立“大农业”“大食物”观念，是新时期保障我国食品市场供需平衡和居民营养健康的重要抓手。2022年中央农村工作会议强调，要树立大食物观，构建多元化食物供给体系，多途径开发食物来源。未来一段时间内，在“吃得饱”“吃得好”之外进一步倡导“吃得健康”，深挖潜力构建更为全面的食品供给体系，是树立大食物观的题中之义。

　　随着经济发展以及居民收入提高，我国居民的食品消费结构发生显著调整，口粮消费不断下降，水果、蔬菜与畜产品消费持续增长。2021年我国人均口粮消费131.4公斤，相较于2013年下降11.3%；人均禽肉消费量26.5公斤，增长55.1%；人均蛋类消费量13.2公斤，增长61%；人均奶类消费14.4公斤，增长23.1%；人均水产品消费14.2公斤，增长38.5%；居民食品消费多元化趋势十分明显，畜禽产品消费快速增长，膳食营养水平不断提升。居民食品需求结构变化直接反映于食品进口端，2021年，我国食品进口额再创历史新高，全年进口额高达1354.6亿美元，同比增长25.4%。进口额排在前五位的食品品类分别是肉类、粮食、水产品、乳制品和水果，五项进口额均超过百亿美元。

　　粮食安全概念应当与居民食品消费结构调整相适应，目前我国粮食安全仍然存在“米袋子”提得多、“菜篮子”提得少，“供给端”提得多、“需求端”提得少的“两多两少”问题。未来一段时间内，粮食安全概念应当向食物安全逐步转变，除了稻谷、小麦、玉米、大豆等粮食作物之外，也需要将肉、蛋、奶、菜、果等品类纳入考虑范围，在更广泛的基础上讨论数量安全和自给能力问题，力争实现主要食品供需动态平衡。

　　食品消费结构调整直接影响居民营养健康情况。总体而言，我国居民营养供给快速增长，蛋白质、脂肪与能量供给充足，动物蛋白供给明显增加，居民人均每日能量供给量达到3400千卡，能够满足居民营养需求。但“吃得好”并不等同于“吃得健康”，居民营养水平提升也引发了一系列问题。

　　首先是膳食结构不平衡，居民营养供给存在短板。当前我国居民精加工谷物食用多而全谷物与杂粮食用少，红肉食用多而白肉食用少，蛋类食用多而奶类食用少，油、盐、糖消费过多而各类维生素与钙、铁等微量元素摄入不足，居民营养过剩与营养缺乏问题同时存在，大量居民处于“隐性饥饿”状态。

　　其次是膳食结构不平衡导致肥胖与慢性病患病率增长。根据《中国居民膳食指南科学研究报告（2021）》的统计结果，我国18岁及以上居民超重或肥胖比例已经超过50%，6～17岁儿童青少年超重肥胖率已经达到19.0%，而超重肥胖是引发心血管疾病、糖尿病、高血压等慢性疾病的主要诱因之一。当前我国成人高血压患病率为27.5%，糖尿病患病率为11.9%，膳食结构变化对居民营养健康的影响不容忽视。

　　最后是城乡居民营养供给仍有差距，老龄人口的营养健康状况需要引起关注。农村居民肉类消费以红肉为主，维生素、钙等营养素供给水平相较于城镇更低。农村居民营养不良、贫血的发生率也高于城市地区，而农村居民对高血压问题的知晓率、控制率和治疗率均显著低于城市居民。当前我国老龄化程度不断加深，部分老龄人存在能量和蛋白质摄入不足，80岁以上高龄老年人贫血率达到10%，新冠疫情背景下，老年人营养不良问题仍需高度警惕。

　　需求端，首先，树立科学的膳食营养观，倡导均衡饮食结构。宣传低油、盐饮食与粗粮的营养健康作用，降低居民精粮消费倾向，控制钠盐与脂肪摄入。推广普及禽肉、水产等白肉的健康功效与营养价值，倡导居民使用白肉消费替代猪肉消费，促进肉类消费多元化，从饮食层面降低各类慢性疾病发病率，提升居民营养健康水平。其次，开展节粮动员，树立节粮减损意识，遏制饮食铺张攀比。厉行节约，倡导科学点餐，狠抓食堂浪费，持续关注外卖行业中的点餐过量和畜禽养殖过程中的饲料粮浪费问题，多渠道“堵漏”，通过“食”端的调整，实现“农”端的节粮减损目标，降低食品供给体系的压力。

　　供给端，首先，多渠道构建食品供给体系。以粮食为基础，在充分考虑自然环境承载力的基础上，通过设施农业、生物技术等手段，按照宜粮则粮、宜经则经、宜牧则牧、宜渔则渔、宜林则林的原则，向山水林田湖草沙要食物，充分利用广袤的国土资源，有效缓解我国人均耕地不足的窘境。其次，重点关注蛋白饲料粮的供给问题。发展低蛋白日粮技术，着重研发大豆蛋白替代产品，推动小品种氨基酸生产核心技术突破，加大对新型限制性氨基酸生产技术的支持，满足低蛋白日粮配制需求，适度降低饲料中豆粕等蛋白原料用量，逐步降低养殖行业对进口大豆蛋白的依赖。推广大豆玉米带状复植技术，努力实现“玉米不减产、多收一季豆”的政策目标。做好玉米大豆的协同发展的研判工作，尽可能提升我国的大豆自给能力。

诺奖问答| 2022 年诺贝尔化学奖授予点击化学和生物正交化学，有哪些信息值得关注？******

　　相比起今年诺贝尔生理学或医学奖、物理学奖的高冷，今年诺贝尔化学奖其实是相当接地气了。

　　你或身边人正在用的某些药物，很有可能就来自他们的贡献。

　　2022 年诺贝尔化学奖因「点击化学和生物正交化学」而共同授予美国化学家卡罗琳·贝尔托西、丹麦化学家莫滕·梅尔达、美国化学家巴里·夏普莱斯（第5位两次获得诺贝尔奖的科学家）。

　　一、夏普莱斯：两次获得诺贝尔化学奖

　　2001年，巴里·夏普莱斯因为「手性催化氧化反应[1] [2] [3]」获得诺贝尔化学奖，对药物合成（以及香料等领域）做出了巨大贡献。

　　今年，他第二次获奖的「点击化学」，同样与药物合成有关。

　　1998年，已经是手性催化领军人物的夏普莱斯，发现了传统生物药物合成的一个弊端。

　　过去200年，人们主要在自然界植物、动物，以及微生物中能寻找能发挥药物作用的成分，然后尽可能地人工构建相同分子，以用作药物。

　　虽然相关药物的工业化，让现代医学取得了巨大的成功。然而随着所需分子越来越复杂，人工构建的难度也在指数级地上升。

　　虽然有的化学家，的确能够在实验室构造出令人惊叹的分子，但要实现工业化几乎不可能。

　　有机催化是一个复杂的过程，涉及到诸多的步骤。

　　任何一个步骤都可能产生或多或少的副产品。在实验过程中，必须不断耗费成本去去除这些副产品。

　　不仅成本高，这还是一个极其费时的过程，甚至最后可能还得不到理想的产物。

　　为了解决这些问题，夏普莱斯凭借过人智慧，提出了「点击化学（Click chemistry）」的概念[4]。

　　点击化学的确定也并非一蹴而就的，经过三年的沉淀，到了2001年，获得诺奖的这一年，夏普莱斯团队才完善了「点击化学」。

　　点击化学又被称为“链接化学”，实质上是通过链接各种小分子，来合成复杂的大分子。

　　夏普莱斯之所以有这样的构想，其实也是来自大自然的启发。

　　大自然就像一个有着神奇能力的化学家，它通过少数的单体小构件，合成丰富多样的复杂化合物。

　　大自然创造分子的多样性是远远超过人类的，她总是会用一些精巧的催化剂，利用复杂的反应完成合成过程，人类的技术比起来，实在是太粗糙简单了。

　　大自然的一些催化过程，人类几乎是不可能完成的。

　　一些药物研发，到了最后却破产了，恰恰是卡在了大自然设下的巨大陷阱中。

　　　夏普莱斯不禁在想，既然大自然创造的难度，人类无法逾越，为什么不还给大自然，我们跳过这个步骤呢？

　　大自然有的是不需要从头构建C-C键，以及不需要重组起始材料和中间体。

　　在对大型化合物做加法时，这些C-C键的构建可能十分困难。但直接用大自然现有的，找到一个办法把它们拼接起来，同样可以构建复杂的化合物。

　　其实这种方法，就像搭积木或搭乐高一样，先组装好固定的模块（甚至点击化学可能不需要自己组装模块，直接用大自然现成的），然后再想一个方法把模块拼接起来。

　　诺贝尔平台给三位化学家的配图，可谓是形象生动[5] [6]：

　　夏普莱斯从碳-杂原子键上获得启发，构想出了碳-杂原子键（C-X-C）为基础的合成方法。

　　他的最终目标，是开发一套能不断扩展的模块，这些模块具有高选择性，在小型和大型应用中都能稳定可靠地工作。

　　「点击化学」的工作，建立在严格的实验标准上：

　　反应必须是模块化，应用范围广泛

　　具有非常高的产量

　　仅生成无害的副产品

　　反应有很强的立体选择性

　　反应条件简单(理想情况下，应该对氧气和水不敏感)

　　原料和试剂易于获得

　　不使用溶剂或在良性溶剂中进行(最好是水)，且容易移除

　　可简单分离，或者使用结晶或蒸馏等非色谱方法，且产物在生理条件下稳定

　　反应需高热力学驱动力（>84kJ/mol）

　　符合原子经济

　　夏尔普莱斯总结归纳了大量碳-杂原子，并在2002年的一篇论文[7]中指出，叠氮化物和炔烃之间的铜催化反应是能在水中进行的可靠反应，化学家可以利用这个反应，轻松地连接不同的分子。

　　他认为这个反应的潜力是巨大的，可在医药领域发挥巨大作用。

　　二、梅尔达尔：筛选可用药物

　　夏尔普莱斯的直觉是多么地敏锐，在他发表这篇论文的这一年，另外一位化学家在这方面有了关键性的发现。

　　他就是莫滕·梅尔达尔。

　　梅尔达尔在叠氮化物和炔烃反应的研究发现之前，其实与“点击化学”并没有直接的联系。他反而是一个在“传统”药物研发上，走得很深的一位科学家。

　　为了寻找潜在药物及相关方法，他构建了巨大的分子库，囊括了数十万种不同的化合物。

　　他日积月累地不断筛选，意图筛选出可用的药物。

　　在一次利用铜离子催化炔与酰基卤化物反应时，发生了意外，炔与酰基卤化物分子的错误端（叠氮）发生了反应，成了一个环状结构——三唑。

　　三唑是各类药品、染料，以及农业化学品关键成分的化学构件。过去的研发，生产三唑的过程中，总是会产生大量的副产品。而这个意外过程，在铜离子的控制下，竟然没有副产品产生。

　　2002年，梅尔达尔发表了相关论文。

　　夏尔普莱斯和梅尔达尔也正式在“点击化学”领域交汇，并促使铜催化的叠氮-炔基Husigen环加成反应（Copper-Catalyzed Azide–Alkyne Cycloaddition），成为了医药生物领域应用最为广泛的点击化学反应。

　　三、贝尔托齐西：把点击化学运用在人体内

　　不过，把点击化学进一步升华的却是美国科学家——卡罗琳·贝尔托西。

　　虽然诺奖三人平分，但不难发现，卡罗琳·贝尔托西排在首位，在“点击化学”构图中，她也在C位。

　　诺贝尔化学奖颁奖时，也提到，她把点击化学带到了一个新的维度。

　　她解决了一个十分关键的问题，把“点击化学”运用到人体之内，这个运用也完全超出创始人夏尔普莱斯意料之外的。

　　这便是所谓的生物正交反应，即活细胞化学修饰，在生物体内不干扰自身生化反应而进行的化学反应。

　　卡罗琳·贝尔托西打开生物正交反应这扇大门，其实最开始也和“点击化学”无关。

　　20世纪90年代，随着分子生物学的爆发式发展，基因和蛋白质地图的绘制正在全球范围内如火如荼地进行。

　　然而位于蛋白质和细胞表面，发挥着重要作用的聚糖，在当时却没有工具用来分析。

　　当时，卡罗琳·贝尔托西意图绘制一种能将免疫细胞吸引到淋巴结的聚糖图谱，但仅仅为了掌握多聚糖的功能就用了整整四年的时间。

　　后来，受到一位德国科学家的启发，她打算在聚糖上面添加可识别的化学手柄来识别它们的结构。

　　由于要在人体中反应且不影响人体，所以这种手柄必须对所有的东西都不敏感，不与细胞内的任何其他物质发生反应。

　　经过翻阅大量文献，卡罗琳·贝尔托西最终找到了最佳的化学手柄。

　　巧合是，这个最佳化学手柄，正是一种叠氮化物，点击化学的灵魂。通过叠氮化物把荧光物质与细胞聚糖结合起来，便可以很好地分析聚糖的结构。

　　虽然贝尔托西的研究成果已经是划时代的，但她依旧不满意，因为叠氮化物的反应速度很不够理想。

　　就在这时，她注意到了巴里·夏普莱斯和莫滕·梅尔达尔的点击化学反应。

　　她发现铜离子可以加快荧光物质的结合速度，但铜离子对生物体却有很大毒性，她必须想到一个没有铜离子参与，还能加快反应速度的方式。

　　大量翻阅文献后，贝尔托西惊讶地发现，早在1961年，就有研究发现当炔被强迫形成一个环状化学结构后，与叠氮化物便会以爆炸式地进行反应。

　　2004年，她正式确立无铜点击化学反应（又被称为应变促进叠氮-炔化物环加成），由此成为点击化学的重大里程碑事件。

　　贝尔托西不仅绘制了相应的细胞聚糖图谱，更是运用到了肿瘤领域。

　　在肿瘤的表面会形成聚糖，从而可以保护肿瘤不受免疫系统的伤害。贝尔托西团队利用生物正交反应，发明了一种专门针对肿瘤聚糖的药物。这种药物进入人体后，会靶向破坏肿瘤聚糖，从而激活人体免疫保护。

　　目前该药物正在晚期癌症病人身上进行临床试验。

　　不难发现，虽然「点击化学」和「生物正交化学」的翻译，看起来很晦涩难懂，但其实背后是很朴素的原理。一个是如同卡扣般的拼接，一个是可以直接在人体内的运用。

「　　点击化学」和「生物正交化学」都还是一个很年轻的领域，或许对人类未来还有更加深远的影响。（宋云江）

　　参考

　　https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2001/press-release/

　　Pfenninger, A. Asymmetric Epoxidation of Allylic Alcohols: The Sharpless Epoxidation[J]. Synthesis, 1986, 1986(02):89-116.

　　Rao A S . Addition Reactions with Formation of Carbon–Oxygen Bonds: (i) General Methods of Epoxidation - ScienceDirect[J]. Comprehensive Organic Synthesis, 1991, 7:357-387.

　　Kolb HC, Finn MG, Sharpless KB. Click Chemistry: Diverse Chemical Function from a Few Good Reactions. Angew Chem Int Ed Engl. 2001 Jun 1;40(11):2004-2021.

　　https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/popular-chemistryprize2022.pdf

　　https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/advanced-chemistryprize2022.pdf

　　Demko ZP, Sharpless KB. A click chemistry approach to tetrazoles by Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition: synthesis of 5-acyltetrazoles from azides and acyl cyanides. Angew Chem Int Ed Engl. 2002 Jun 17;41(12):2113-6. PMID: 19746613.