云南軟米直鏈淀粉含量及蛋白質(zhì)積累動態(tài)研究

辜瓊瑤，李華慧，黃 平，朱 斌，班洪興，奎麗梅，陳憶昆，張 云，涂 建*

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，云南 昆明 650205；2.云南省氣候中心，云南 昆明 660034；3.德宏州潞西市種子公司，云南 潞西 678400)

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云南軟米直鏈淀粉含量及蛋白質(zhì)積累動態(tài)研究

辜瓊瑤1，李華慧1，黃 平1，朱 斌2，班洪興3，奎麗梅1，陳憶昆1，張 云1，涂 建1*

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，云南 昆明 650205；2.云南省氣候中心，云南 昆明 660034；3.德宏州潞西市種子公司，云南 潞西 678400)

通過對云南地方傳統(tǒng)軟米資源與粘米和糯米的直鏈淀粉含量及蛋白質(zhì)的積累動態(tài)進(jìn)行比較研究。結(jié)果表明，3種類型的稻米在籽粒灌漿過程中直鏈淀粉積累表現(xiàn)基本一致，以開花后20 d為轉(zhuǎn)折點，日平均積累速度前期積累速度快，后期積累速度較緩慢，直鏈淀粉積累速率的順序為粘米>云南軟米>糯米；3種類型的稻米在籽粒灌漿過程中蛋白質(zhì)積累動態(tài)基本相似，籽粒的蛋白質(zhì)百分含量，灌漿開始最高，而后逐漸下降。蛋白質(zhì)含量的日平均積累速度順序為糯米品種>軟米品種>粘米品種，與直鏈淀粉積累動態(tài)相反，籽粒直鏈淀粉和蛋白質(zhì)積累之間可能有一定的矛盾關(guān)系。開花后30 d內(nèi)是軟米品質(zhì)形成的主要時期，可以把開花后30 d內(nèi)氣象生態(tài)條件作為云南軟米生態(tài)區(qū)劃重要指標(biāo)。

云南軟米；直鏈淀粉含量；蛋白質(zhì)含量；積累動態(tài)

云南地處中國西南邊陲，北回歸線橫貫本省南部,位于21°8′32″N～ 29°15′8″N和97°31′39″E～106°11′47″ E。全省氣候類型豐富多樣，立體氣候特點顯著。獨特的地理氣候形成了多樣的稻作生態(tài)環(huán)境，從海拔76 m的河口縣到2700 m的永寧鎮(zhèn)均有稻種資源分布[1]，是中國稻種最大的遺傳和生態(tài)多樣性中心[2]。軟米是云南特有的一種秈型優(yōu)質(zhì)米，是云南邊疆兄弟民族對稻作科學(xué)的一項重大貢獻(xiàn)[3]。軟米傣語稱毫文，它煮成的米飯比較軟，但軟而不爛，富有彈性，具有冷不回生，冷飯食口性及膨化性好的特點，因此，得名軟米[4]。軟米其以獨特的蒸煮食用品質(zhì)在國際市場上倍受青睞。培育軟米品種可以滿足多樣化的消費需求，并且有助于開拓國內(nèi)外稻米市場。

云南軟米的米質(zhì)介于粘米和糯米之間，有研究表明云南軟米與其它類型優(yōu)質(zhì)稻米在品質(zhì)上的主要差別在于粒型、直鏈淀粉含量、膠稠度和蛋白質(zhì)含量這4項品質(zhì)指標(biāo)上[5]。直鏈淀粉含量的高低是水稻品種選育的關(guān)鍵指標(biāo)，也是云南軟米的主要鑒定指標(biāo)。隨著水稻胚乳的發(fā)育，直鏈淀粉的積累是一個由少到多逐漸增長的動態(tài)過程，因品種不同表現(xiàn)不同特性，受Wx基因控制[6-7]。直鏈淀粉與支鏈淀粉在胚乳中如何轉(zhuǎn)化形成，不同的研究有不同的觀點，一般認(rèn)為直鏈淀粉是支鏈淀粉合成的前體[8]。王守海等[7]把谷粒成熟過程中直鏈淀粉含量的變化擬合為二次曲線方程。蛋白質(zhì)是稻米營養(yǎng)品質(zhì)的重要構(gòu)成因素，其含量的高低直接影響稻米的蒸煮食味品質(zhì)。一般認(rèn)為，蛋白質(zhì)含量超過9 %，稻米的蒸煮食味品質(zhì)下降[9]。有關(guān)水稻籽粒灌漿過程中粒重、直鏈淀粉含量及蛋白質(zhì)含量的動態(tài)變化規(guī)律，國內(nèi)外均有研究報道[10-11]。

文章對云南軟米與粘米、糯米籽粒灌漿過程中直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)的積累動態(tài)及差異進(jìn)行比較研究，其目的在于更深入地了解云南軟米品種與其它類型優(yōu)質(zhì)米品種籽粒灌漿過程中直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)的積累動態(tài)及差異，探討云南軟米品質(zhì)形成的機(jī)理，為軟米品種的選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗處理

選用8份云南地方傳統(tǒng)軟米資源，2份秈型粘米品種和2份秈型糯米品種，共計12份材料(表1)。田間試驗于2010年4-10月在德宏州潞西市城郊大灣村(云南軟米集中產(chǎn)區(qū))進(jìn)行。土壤為砂壤土，不施基肥，栽后12 d，追施尿素300 kg/hm2，過磷酸鈣600 kg/hm2，硫酸鉀450 kg/hm2，一次追完。試驗播種，設(shè)4個播期，第1期4月20日播種，以后每隔10 d播1期，每期播后30 d移栽。調(diào)節(jié)抽穗期，以保證所有品種在基本相同的環(huán)境條件下抽穗和進(jìn)行籽粒灌漿。于齊穗當(dāng)日選取生長基本一致并已開花1/3～1/2的主穗或大分蘗穗掛牌標(biāo)記。自標(biāo)記當(dāng)天起取樣，隨機(jī)取10～20穗(重復(fù)2次，每重復(fù)一半的穗數(shù)，然后混合)，以后每隔5 d取1次，直到成熟。取回的樣品在120 ℃烘箱中殺青2 h，再于65 ℃下烘至恒重，計粒數(shù)，稱干重。

1.2 品質(zhì)性狀的測定

1.2.1 直鏈淀粉含量的測定 ①標(biāo)準(zhǔn)曲線的制定。應(yīng)用常規(guī)法，選取直鏈淀粉具有一定梯度糙米粉樣品進(jìn)行20次重復(fù)測定，以其吸光度均值(OD值)和直鏈淀粉值制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。②測定步驟。以重量為基礎(chǔ)，計算試劑用量。用萬分之一天平準(zhǔn)確稱取各待測樣品單粒糙米重量，并置于具塞刻度管中，加入95 %乙醇0.1 mL濕潤樣品，按每毫克樣品加入1 mol/L NaOH 0.1 mL的比例加堿，把刻度管放于30 ℃恒溫箱中糊化18～24 h。取出刻度管，按每毫克樣品加入1 mL水的比例定容，混勻，若定容體積大于5 mL，用移液管準(zhǔn)確吸取5 mL于100 mL容量瓶中，加入1 mol/L乙酸0.1 mL、碘試劑工作液1.5 mL于容量瓶中，定容。對體積小于5 mL的刻度管，以最終粗淀粉濃度為5 %計算全量定容體積，并以全量定容體積計算應(yīng)加入的乙酸和碘試劑工作液量。在620 nm分光光度計下比色，測定OD值。同時準(zhǔn)確稱取10 mg標(biāo)樣進(jìn)行測定，并應(yīng)用所得的標(biāo)準(zhǔn)曲線計算待測樣品的直鏈淀粉含量。

表1 供試品種品質(zhì)特性

1.2.2 蛋白質(zhì)含量的測定 蛋白質(zhì)含量測定以半微量凱氏定氮法[12]，換算系數(shù)為5.95。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌漿結(jié)實過程中直鏈淀粉含量的積累動態(tài)比較

胚乳中直鏈淀粉的含量主要是由遺傳因素決定的,是水稻品種的特性,各類型的品種直鏈淀粉的形成有所不同[13]。從圖1可以看出，3種不同類型的品種表現(xiàn)基本一致。以開花后20 d為轉(zhuǎn)折點，可以分為前后2個時期，前期積累速度較快，幾乎呈直線上升，積累量也較多，后期積累速度較緩慢。日平均積累速度見圖2，灌漿前期粘米最快，平均日積累速率為0.978 %，軟米、糯米次之，日平均積累速度分別為0.518 %、0.086 %。灌漿后期與前期一致，粘米最快，為0.133 %，其次是軟米、糯米，分別為0.04和0.02 %。軟米、糯米品種在整個籽粒灌漿過程中直鏈淀粉含量的日平均積累速度一直呈下降趨勢，但粘米品種在開花后10～15 d，直鏈淀粉含量的日平均積累速度一度呈上升趨勢，開花15 d后，緩慢下降。開花20 d，籽粒中直鏈淀粉已積累到最終直鏈淀粉含量的比例，軟米平均為92.92 %，粘米平均為83.0 %，糯米為81.6 %。在整個籽粒灌漿過程中，籽粒中直鏈淀粉含量的高低順序為粘米品種>軟米品種>糯米品種。籽粒中直鏈淀粉的積累在灌漿前期基本結(jié)束，直鏈淀粉含量高的品種具有較快的積累速度，3種類型優(yōu)質(zhì)米直鏈淀粉含量的日平均積累速度順序為粘米品種>軟米品種>糯米品種。

2.2 灌漿結(jié)實過程中蛋白質(zhì)含量的積累動態(tài)

蛋白質(zhì)含量很大程度上取決于品種本身的遺傳性狀[14]，不同品種的蛋白質(zhì)積累速度有一定的差異，但其積累動態(tài)變化基本是一致的。本試驗所采用的3種類型稻米品種在籽粒灌漿結(jié)實過程中籽粒蛋白質(zhì)含量的變化趨勢是一致的(圖3)。籽粒蛋白質(zhì)含量，開花后第5天是整個灌漿結(jié)實過程中最高的時期，說明這時淀粉積累少，蛋白質(zhì)所占比重最大。隨著灌漿日數(shù)的增加，干物質(zhì)積累的增加，蛋白質(zhì)含量逐漸下降，開花后25～30 d (即灌漿盛期)降到最低，可能與這時期大量積累碳水化合物蛋白質(zhì)比重降低有關(guān)。此后隨籽粒干物質(zhì)日增量上升，蛋白質(zhì)含量又緩慢上升至成熟，蛋白質(zhì)積累速度略有回升，所占比重稍有增大。到收獲時籽粒中的蛋白質(zhì)含量軟米品種的平均值為8.77 %，粘米為8.05 %，糯米為9.85 %。在所有時期糯米的蛋白質(zhì)含量都高于軟米和粘米，蛋白質(zhì)含量的日積累速度(圖4)，在整個灌漿結(jié)實期間軟米品種都處于2個類型品種之間。

圖1 籽粒灌漿過程中直鏈淀粉含量的積累動態(tài)Fig.1 Dynamic of accumulation of amylose during grain filling

盡管，在籽粒灌漿過程中蛋白質(zhì)的百分含量一直在下降，但實際上，單粒中積累的蛋白質(zhì)絕對數(shù)量是隨著灌漿日數(shù)的增加而逐漸增加的， 3種類型的品種基本一致(圖5)。但在灌漿不同時期積累速度和數(shù)量上，不同類型間、品種間仍有一定差異。籽粒蛋白質(zhì)日平均積累速度(圖6)，從開花至開花后15 d軟米為0.083 mg粒/d、粘米為0.053 mg粒/d、糯米為0.1 mg粒/d，開花后16 d～30 d軟米為0.043 mg粒/d、粘米為0.03 mg粒/d、糯米為0.033 mg粒/d，開花后31 d至收獲軟米為0.005 mg粒/d、粘米為0.008 mg粒/d、糯米為0.011 mg粒/d。籽粒蛋白質(zhì)積累到最終蛋白質(zhì)含量的比例是，到開花后15 d時軟米為65.79 %、粘米為60.15 %、糯米為71.09 %；開花后30 d時軟米為97.37 %、粘米為93.98 %、糯米為94.79 %?？梢?，蛋白質(zhì)含量高的品種類型從灌漿開始就有較高的積累蛋白質(zhì)的能力，并且籽粒蛋白質(zhì)的積累從開花后30 d基本上結(jié)束。這與高淀粉含量的品種在淀粉積累能力上的表現(xiàn)一致。

圖2 籽粒灌漿過程中直鏈淀粉含量積累速度Fig.2 Speed of amylose content accumulation during grain filling

圖3 籽粒灌漿過程中蛋白質(zhì)積累動態(tài)Fig.3 Dynamic accumulation of protein during grain filling

從圖5～6可以看出，單粒蛋白質(zhì)含量高低和蛋白質(zhì)含量的日平均積累速度的品種順序為糯米>軟米>粘米，這一順序與品種間直鏈淀粉積累動態(tài)和含量相反。說明籽粒直鏈淀粉和蛋白質(zhì)積累之間可能有一定的矛盾關(guān)系。

3 討 論

3.1 云南軟米籽粒灌漿過程中直鏈淀粉積累動態(tài)差異

胚乳中直鏈淀粉的含量主要是由遺傳因素決定的，是水稻品種的特性，各類型的稻米品種直鏈淀粉的形成有所不同。本試驗結(jié)果表明，籽粒灌漿結(jié)實過程中直鏈淀粉含量積累的動態(tài)水平及直鏈淀粉含量的高低順序為粘米>軟米>糯米。云南軟米、糯米品種在整個籽粒灌漿過程中直鏈淀粉含量的日平均積累速度一直呈下降趨勢，但粘米品種在開花后10～15 d，直鏈淀粉含量的日平均積累速度一度呈上升趨勢，開花后15 d，積累速度再緩慢下降。云南軟米、粘米、糯米三類品種基本上都以開花20 d為轉(zhuǎn)折點，日平均積累速度灌漿前期快，后期比較緩慢。有研究表明[15]水稻齊穗后0～15 d淀粉合成酶活性保持較高，直鏈淀粉含量快速增長，15 d后活性降低，而淀粉分支酶(Q酶)活性在0～18 d活性較低，18 d后活性逐漸提高，這樣使合成的直鏈淀粉較多地轉(zhuǎn)變?yōu)橹ф湹矸郏辨湹矸酆繙p少。淀粉合成酶促進(jìn)直鏈淀粉合成，不同階段的積累速度和積累量，各類型、各品種間有差異。

圖4 粒粒灌漿過程中蛋白質(zhì)積累速度Fig.4 The speed of protein during grain filling

圖5 籽粒灌漿過程中單籽粒蛋白積累動態(tài)Fig.5 Dynamic accumulation of protein during grain filling per grain

灌漿前期是籽粒直鏈淀粉積累受外界環(huán)境因素影響最大的時期，品種類型間直鏈淀粉含量差異在水稻籽粒灌漿的開始階段已顯現(xiàn)，而不是在灌漿中后期才表現(xiàn)出來。本試驗直鏈淀粉積累速率的順序為粘米>云南軟米>糯米。這是由于粘米品種一般直鏈淀粉含量要高于云南軟米，雖然有效積累天數(shù)品種間有一定差異，但變幅較小。對積累速率的影響主要取決于品種直鏈淀粉含量的高低，高的品種其平均積累速率也高，灌漿開始就具有較快的直鏈淀粉合成能力和積累速度，成熟時品種類型間直鏈淀粉含量的不同，反映了它們直鏈淀粉合成能力和積累速度的不同。

3.2 云南軟米籽粒灌漿過程中蛋白質(zhì)積累動態(tài)差異

稻米蛋白質(zhì)含量主要受遺傳物質(zhì)的控制[16]，不同品種的蛋白質(zhì)積累速度有一定的差異，但其積累動態(tài)變化基本是一致的。本試驗結(jié)果表明，在灌漿過程中云南軟米與粘米、糯米籽粒蛋白質(zhì)積累動態(tài)基本相似，籽粒的蛋白質(zhì)百分含量，開花后5 d前是整個灌漿過程中最高的時期，隨著籽粒灌漿的進(jìn)行、干物質(zhì)積累的增加，蛋白質(zhì)含量迅速下降，至開花后20 d左右(即灌漿盛期)，蛋白質(zhì)含量降至最低。而后隨籽粒干物質(zhì)日增量上升，蛋白質(zhì)含量又逐漸增加。比較3個類型稻米蛋白質(zhì)積累動態(tài)可以看出，雖然蛋白質(zhì)相對含量由高到低再升高的變化表現(xiàn)一致，但含量的多少卻有一定的差異，云南軟米品種在灌漿過程中一直處于中間水平，灌漿前期具有較快的積累速度。籽粒蛋白質(zhì)含量，品種類型間的差異，實際上反映了不同的蛋白質(zhì)合成和積累能力的差異，這是品種本身的遺傳特性。在灌漿初期，籽粒蛋白質(zhì)含量相對較高，說明此時期蛋白質(zhì)積累較快。

圖6 籽粒灌漿過程中單籽粒蛋白質(zhì)日平均積累速度Fig.6 The speed of protein during grain filling per grain

蛋白質(zhì)含量的高低順序為糯米>軟米>粘米，蛋白質(zhì)含量的日平均積累速度順序為糯米>軟米>粘米，而這一順序恰好與品種間直鏈淀粉積累動態(tài)和含量相反。說明籽粒直鏈淀粉和蛋白質(zhì)積累之間可能有一定的矛盾關(guān)系。

3.3 關(guān)于云南軟米的生態(tài)區(qū)劃

云南軟米資源是由當(dāng)?shù)厣贁?shù)民族的食用習(xí)慣以及特殊的自然生態(tài)條件相互作用所形成的，是品種基因型與環(huán)境共同作用的結(jié)果。軟米品種具有較嚴(yán)格的地域適應(yīng)性，在異地種植后，往往難以保持其優(yōu)良品質(zhì)。軟米品種對灌漿期間的溫度敏感，品質(zhì)因溫度而波動[17]，嚴(yán)重地制約了軟米的推廣種植和品質(zhì)的保持。本試驗結(jié)果來看，開花后30 d內(nèi)是云南軟米品質(zhì)形成的主要時期，30 d以后(品種間略有差異)與軟米品質(zhì)形成關(guān)系很緊密的直鏈淀粉、蛋白質(zhì)的積累基本趨于穩(wěn)定。因此，在進(jìn)行云南軟米生態(tài)區(qū)劃中可以把開花后30 d內(nèi)氣象生態(tài)條件作為重要指標(biāo)，這樣就可以克服以往用全灌漿結(jié)實期的氣象生態(tài)條件進(jìn)行米質(zhì)研究和生態(tài)區(qū)劃，造成結(jié)論不準(zhǔn)和有較大失誤的弊端。

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(責(zé)任編輯 王家銀)

Study on Accumulation Dynamic of Amylose and Protein of Soft Rice (indica) in Yunnan Province

GU Qiong-yao1，LI Hua-hui1，HUANG Ping1，ZHU Bin2，BAN Hong-xing3，KUI Li-mei1，CHEN Yi-kun1，ZHANG Yun1，TU Jian1*

(1.Food Crops Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Yunnan Kunming 650205, China; 2.Yunnan Climate Center， Yunnan Kunming 660034, China ；3.Luxi Seed Company, Yunnan Luxi 678400, China)

Using some Yunnan local resources of traditional Soft rice, Sticky rice and Glutinous rice to compare the amylose content and protein accumulation dynamic, the results showed that three types of rice amylose accumulation during the process of grain filling performance, after flowering 20 d in the average daily accumulation, early accumulation speed was fast, late accumulation speed was slow. The order of amylose accumulation rate was sticky rice > yunnan soft rice > glutinous rice. Three types of rice protein accumulation in the process of grain-filling dynamic basic were similar. Grain protein content was the highest in the grouting start, and was then gradually declining. Average daily protein accumulation rate in order was glutinous rice varieties > soft rice variety>sticky rice varieties. On the other hand, amylose accumulation dynamics between the accumulation of amylose and protein of grain may have certain relations of contradictions. After flowering 30 d was the main period of soft rice quality formation, so we could put 30 d after flowering as important indicators of soft rice ecological districts in Yunnan.

Yunnan soft rice; Amylose content; Protein content; Dynamic accumulation

1001-4829(2016)08-1761-05

10.16213/j.cnki.scjas.2016.08.001

2014-10-13

“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國家科技計劃課題“節(jié)水抗旱與抗病蟲害新品種選育”(2014AA10A604-16 )；國家科技計劃項目“強(qiáng)優(yōu)勢水稻雜交種的創(chuàng)制與應(yīng)用”(2011AA10A101)；“十二五”國家科技支撐項目“云南突發(fā)性災(zāi)害指標(biāo)及發(fā)生規(guī)律研究”；蓋茨基金項目(51587-0-6)

辜瓊瑤(1978-)，女，云南綏江人，副研究員，碩士，主要從事水稻遺傳育種研究，*為通訊作者：E-mail: yn.tujian.2008@163.com。

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