撰稿人：黃閔裕 / 臺灣穀物產業發展協會秘書處助理
前言：
傳統玉米的胚乳蛋白主要由「玉米醇溶蛋白（zeins）」組成，長期食用容易導致缺乏離胺酸（lysine）與色胺酸（tryptophan）等營養問題。為改善此問題，科學家開發出「優質蛋白玉米（Quality Protein Maize, QPM）」以提供這兩種必需胺基酸及蛋白質，解決營養缺乏等飲食問題。QPM的營養價值源自於特定基因突變與胚乳修飾基因，有效減少玉米醇溶蛋白的合成，並提升其他非醇溶蛋白的含量比例。這不僅提供大量離胺酸與色胺酸，也進一步促進鋅等微量營養素在胚乳中的累積，建立蛋白質與礦物質代謝的正向連結。
然而，在實際農業生產環境中，由於氮肥不足與乾旱等非生物性逆境，產業界與學術界擔憂玉米產量會因此環境壓力而下降，並抑制修飾基因的作用，導致胚乳產生白化、軟化、蛋白質流失等問題產生。此外玉米的產量與微量營養素之間是否存在負相關的「稀釋效應」，仍有需要進一步分析探討。
為探討逆境對營養與產量的影響，並確保未來的玉米品種能適應氣候變遷，本文獻旨在評估最新培育的 QPM 雜交品種在氮肥不足與乾旱逆境下的實際表現。透過量化環境壓力對穀物產量、蛋白質組成及礦物質濃度的影響，並深入探討各性狀之間的相關性，期望能為未來培育兼具「高營養價值」與「抗逆境韌性」的優良玉米品種提供關鍵的選育指引。
材料與方法：
本文獻選用40個最新培育的QPM雜交品種及多個商業對照組，分別種植於衣索比亞與辛巴威的試驗田中。實驗環境被劃分為水分與養分充足的「最適條件」、模擬貧瘠土壤的「低氮逆境」，以及年降雨量稀少的「乾旱逆境」。透過在不同環境下測量穀物的實際產量，以利後續進行營養性狀分析並建立對照基礎。
為避免外來花粉干擾種子內部的營養表現，研究團隊針對測試植株進行嚴密的自交授粉。收成的玉米穀粒經均勻篩選並研磨成粉後，進一步使用有機溶劑進行脫脂處理以去除脂質對分析的干擾，確保後續萃取胺基酸與微量元素的穩定性與精確度。
完成前處理的樣品首先會利用近紅外光譜儀（NIR）快速測定穀物的整體蛋白質含量。隨後，將色胺酸作為評估指標，透過酵素水解與呈色反應，以分光光度計精確計算出蛋白質品質指數。最後，針對鐵與鋅等關鍵微量營養素，則將樣品經乾灰化與酸液消化處理後，透過原子吸收光譜法完成金屬離子定量分析。
結果與討論：
- 遺傳變異具備抗逆境潛力：低氮與乾旱逆境分別使玉米產量平均下降 68% 與 37%。然而，仍有多個 QPM 雜交品種在所有環境下的產量表現超越商業對照組。該結果證明 QPM 基因遺傳庫中存在具潛力的抗逆境變異，能在壓力環境下維持相對穩定的產量。
- 逆境下維持高色胺酸含量：在各類環境中，QPM 雜交品種的總蛋白質含量雖與對照組相近或略低，但其色胺酸含量平均高出非 QPM 品種達 38%。儘管低氮環境會導致總蛋白質與色胺酸含量同時下降，而乾旱環境則使總蛋白質上升但色胺酸微幅下降，新培育的 QPM 品種仍能在這些逆境中，穩定維持顯著高於傳統玉米的色胺酸濃度與蛋白質品質。
- 鐵與鋅含量下降與共調控：環境逆境對微量營養素的累積具有負面影響，鐵濃度在低氮與乾旱下分別下降 32% 與 38%；鋅濃度的下降幅度則在低氮環境下尤為明顯。然而，部分 QPM 品種在逆境中的鐵、鋅含量仍優於對照組。此外，鐵與鋅在逆境條件下呈現顯著的正相關，暗示兩者在壓力環境中可能受到共調控基因的影響，具備同步生物強化的潛力。
- 產量與營養性狀之獨立性：結果顯示，穀物產量與大部分營養性狀（蛋白質、色胺酸、鐵、鋅）之間僅存在極弱的相關性，顯示高產量與高營養之間的「稀釋效應」並不明顯，證明兩者可進行獨立改良。此外，最適條件與逆境環境下的表現具有高度正相關，這為未來的育種計畫提供科學依據，使育種人員能在最適條件下進行篩選，並有效預測該品種在低氮或乾旱逆境下的表現。
結論：
本文獻顯示，優質蛋白玉米（QPM）雜交品種在最適、低氮與乾旱條件下，於產量、蛋白質品質及礦物質密度上皆展現出顯著的變異。儘管環境逆境會導致平均產量與微量營養素濃度下降，仍有多個品種能兼顧優良的農藝表現與營養價值。綜上所述，部分性狀在不同環境間呈現顯著的正相關，顯示其具備跨環境選育的潛力。然而，未來仍需在環境特徵更明確、控管更精確的低氮與水分受限條件下進行進一步驗證，以確立此選育策略的穩定性與應用價值。
文獻來源：國際穀物科學與技術協會(ICC)官方科學期刊 第131卷 (2026.09)
Engida, B. T., Jacoby, A., Tarekegne, A., Wegary, D., & Labuschagne, M. (2026). Impact of low-rainfall and low nitrogen stress on nutritional quality traits and yield of quality protein maize hybrids. Journal of Cereal Science, 104514. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2026.104514