‘川麥42’ב川農(nóng)16’重組自交系的主要淀粉特性研究

代小梅，李 俏，鄧光兵，龍 海，余懋群，潘志芬*

(1.中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所，四川 成都 610041；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

【研究意義】小麥?zhǔn)侨祟?lèi)飲食所需能量和蛋白質(zhì)的重要來(lái)源[1]，其品質(zhì)的提高對(duì)于滿(mǎn)足全球?qū)Ω咂焚|(zhì)小麥制品的消費(fèi)需求具有重要意義。淀粉是小麥籽粒的主要組分，占小麥籽粒干重的70 %左右[2]，淀粉的糊化特性和膨脹勢(shì)在很大程度影響著小麥的加工性能和產(chǎn)品的最終質(zhì)量[3]。膨脹勢(shì)與面條的食用品質(zhì)高度相關(guān)[4-5]，膨脹勢(shì)高，面條質(zhì)地、光滑度、彈性等較好[6]，糊化峰值粘度與小麥面包體積、中國(guó)饅頭色澤、面條食味等呈顯著正相關(guān)[5,7-10]，峰值時(shí)間、最低粘度、最終粘度、崩解值、回升值也與面條的品質(zhì)顯著相關(guān)[6,11-12]。α-淀粉酶(EC 3.2.1.1)是主要的淀粉水解酶之一，屬于糖苷水解酶家族(glycoside hydrolase 13 family，GH13)，可以催化降解淀粉[13-14]，對(duì)淀粉糊化特性有顯著影響[15-16]。α-淀粉酶的活性可被硝酸銀抑制[16-17]，加入硝酸銀與不加硝酸銀測(cè)定的糊化峰值粘度差值可以快速預(yù)測(cè)成熟種子中α-淀粉酶活性，峰值粘度差值越大，α-淀粉酶的活性越高[18]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】‘川麥42’和‘川農(nóng)16’是兩個(gè)分別利用小麥族近緣屬種優(yōu)異基因資源選育出的穗數(shù)穗粒并重型及穗數(shù)型高產(chǎn)品種，是四川省的主要推廣品種。四川省農(nóng)科院作物所楊武云研究員通過(guò)單粒傳法構(gòu)建了‘川麥42’ב川農(nóng)16’重組自交系群體。目前對(duì)該群體的主要淀粉特性還未進(jìn)行研究。【本研究切入點(diǎn)及擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】分析不同種植環(huán)境下‘川麥42’ב川農(nóng)16’重組自交系群體的膨脹勢(shì)、糊化特性及α-淀粉酶活性對(duì)糊化特性的影響，旨在有效利用該群體，為小麥品質(zhì)改良和優(yōu)質(zhì)小麥的選育提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為‘川麥42’與‘川農(nóng)16’雜交構(gòu)建的110個(gè)重組自交系(RILs)F8群體，于2015和2016年種植于中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所雙流和什邡試驗(yàn)基地。田間采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，每小區(qū)4行，行長(zhǎng)1 m，行距20 cm，每行10穴，來(lái)自3個(gè)區(qū)組的同一材料混收。

1.2 方法

1.2.1 膨脹勢(shì)的測(cè)定 參照翟會(huì)生等[19]的測(cè)定方法，小麥全麥粉置于37 ℃烘箱中干燥過(guò)夜，稱(chēng)量干燥的1.5 mL離心管重量，記為G1。稱(chēng)取40 mg左右全麥粉于離心管中(每個(gè)樣品重復(fù)3次),重量記為G，再向離心管中加入1 mL蒸餾水密封后將水和全麥粉震蕩混勻，迅速于92.5 ℃水浴30 min并定時(shí)上下溫和的顛倒混勻，第1分鐘內(nèi)上下顛倒混勻20次，第1.5、 2、 3、 4、 5、 7.5、 10、15、25分鐘時(shí)顛倒混勻兩次。水浴結(jié)束后將離心管置于20 ℃冷卻3 min，開(kāi)始冷卻時(shí)先輕輕顛倒離心管2次，1.5 min時(shí)再輕輕顛倒離心管2次。冷卻后于12 000 r/min離心10 min，棄去上清液，70 ℃烘干1 h后取出放于干燥器中，冷卻后稱(chēng)量離心管重量記為G2。計(jì)算膨脹勢(shì)：膨脹勢(shì)=(G2-G1)/G。

1.2.2 糊化特性的測(cè)定定 糊化特性的測(cè)定儀器為德國(guó)Brabender公司的微型粘度糊化儀(Brabender Micro Visco-Amylo-Graph)。稱(chēng)取15 g全麥粉于測(cè)量杯中，加入100 mL蒸餾水或98 mL蒸餾水和2 mL 10 % AgNO3(m/v)溶液,攪拌均勻后進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試程序?yàn)椋洪_(kāi)始以7.5 ℃/min的升溫速率升溫，到92 ℃恒溫5 min后以7.5 ℃/min的速度降溫至50 ℃，保溫1 min，轉(zhuǎn)速為250 r/min。

1.2.3 α-淀粉酶活性的測(cè)定定 使用The CERALPHA 試劑盒測(cè)定α-淀粉酶活性。稱(chēng)取50 mg全麥粉，加入α-淀粉酶提取緩沖液(Extraction Buffer solution，pH 5.4)500 μl，劇烈震蕩混勻，40 ℃水浴20 min，期間間歇混勻，水浴結(jié)束后于17 000 r/min離心10 min，取上清得到α-淀粉酶提取液。吸取15 μl反應(yīng)底物(Amylase HR Reagent)于96孔板，加入15 μl α-淀粉酶提取液，混合充分后40 ℃水浴20 min，水浴結(jié)束后立即加入225 μl反應(yīng)終止液(Stopping Reagent)，于400 nm波長(zhǎng)下讀取待測(cè)液與空白對(duì)照液的吸光度值，二者之差即表示為樣品中總α-淀粉酶活性。

1.3 分析方法

利用SPSS Statstics 17.0、Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 膨脹勢(shì)的變異及分布

在兩年三點(diǎn)的試驗(yàn)環(huán)境中RILs群體材料膨脹勢(shì)都存在多樣性，其變異系數(shù)分別為8.84 %、10.96 %、12.03 %。膨脹勢(shì)在RILs群體中呈連續(xù)變異，存在超親現(xiàn)象，分布呈正態(tài)分布(圖1)。2015年什邡試點(diǎn)、2016年雙流試點(diǎn)、2016年什邡試點(diǎn)的變幅分別為7.08～11.93、8.62～12.95、7.50～13.29，平均值分別為9.89、10.70、9.84(圖2)。兩年三點(diǎn)的膨脹勢(shì)集中于9.00～11.00，此區(qū)段材料所占的比例為53.64 %～75.45 %。2015年什邡試點(diǎn)的膨脹勢(shì)與2016年什邡試驗(yàn)點(diǎn)的膨脹勢(shì)的差異不顯著，而2016年雙流和什邡兩試驗(yàn)點(diǎn)的膨脹勢(shì)具有顯著差異。結(jié)果表明不同種植地點(diǎn)對(duì)膨脹勢(shì)的影響大于年份間對(duì)膨脹勢(shì)的影響，這可能與土壤特性差異有關(guān)。

圖1 RILs群體的膨脹勢(shì)分布Fig.1 The frequency distribution of swelling power in the RILs of Chuanmai 42×Chuannong16

不同字母表示在0.05水平上差異顯著Different letters indicate signifcant difference at 0.05 levels圖2 不同環(huán)境RILs群體的膨脹勢(shì)Fig.2 Swelling power of RILs of Chuanmai42×Chuannong16 in different environments

2.2 群體材料的糊化特性差異

表1顯示，糊化參數(shù)變異系數(shù)為1.83 %～30.70 %，其中崩解值的變異系數(shù)最高。就3個(gè)不同環(huán)境而言，2015年雙流試驗(yàn)點(diǎn)除峰值時(shí)間和峰值溫度外，其余糊化參數(shù)的變異系數(shù)都高于另外2個(gè)試驗(yàn)環(huán)境。

RILs群體材料的各糊化參數(shù)在3個(gè)試驗(yàn)環(huán)境中呈連續(xù)變異，均存在超親現(xiàn)象，分布趨勢(shì)基本一致且大致呈正態(tài)分布(圖3)。從糊化參數(shù)的分布來(lái)看，峰值時(shí)間、峰值溫度、峰值粘度、最低粘度、最終粘度、崩解值、回升值分別集中于5.00～6.00 min、85.0～89.0 ℃、900～1100 BU、600～800 BU、1000～1200 BU、200～400 BU、400～500 BU。就同一地點(diǎn)不同年份的材料的糊化特性比較，雙流試驗(yàn)點(diǎn)在2015年的峰值時(shí)間顯著低于2016年，峰值溫度顯著高于2016年，而粘度參數(shù)差異不顯著；同一年份不同地點(diǎn)的材料的糊化特性比較發(fā)現(xiàn)，2016年雙流試驗(yàn)點(diǎn)峰值溫度、峰值粘度、最低粘度顯著高于什邡試驗(yàn)點(diǎn)，回升值顯著低于什邡試驗(yàn)點(diǎn)，峰值時(shí)間、最終粘度和崩解值差異不顯著(表1)。結(jié)果表明，年份間對(duì)粘度參數(shù)的影響小于不同試驗(yàn)點(diǎn)對(duì)粘度參數(shù)的影響。所以在優(yōu)質(zhì)小麥生產(chǎn)中，選擇適宜的種植地區(qū)是非常重要的。

表1 RILs群體的糊化特性Table 1 The Brabender parameters in the RILs of Chuanmai42×Chuannong16

注：PTime：峰值時(shí)間；PTemp峰值溫度；PV：峰值粘度；TV：最低粘度；FV：最終粘度；BD：崩解值；SB：回生值. 字母不同表示不同參數(shù)在不同環(huán)境的差異顯著。下同。
Notes：PTime=peak time；PTemp=pasting temperature；PV=peak viscosity；TV=trough viscosity； FV=final viscosity；BD=breakdown value；SB=setback value. Different letters show signifcant difference atP<0.05 of Brabender Parameters in different enviroments. The same as below.

2.3 RILs群體材料的α-淀粉酶活性差異

雙流、什邡兩試驗(yàn)點(diǎn)不添加硝酸銀時(shí)的峰值時(shí)間、峰值溫度、峰值粘度、最低粘度、最終粘度、崩解值、回升值均顯著低于添加硝酸銀時(shí)所對(duì)應(yīng)的糊化參數(shù)(圖4)，表明α-淀粉酶活性會(huì)顯著降低淀粉各糊化參數(shù)。以添加硝酸銀前后所測(cè)的峰值糊化粘度差值大小代表材料中α-淀粉酶活性大小差異。2016年雙流、什邡兩試驗(yàn)點(diǎn)的峰值粘度差值在RILs群體中呈連續(xù)變異，均存在超親現(xiàn)象，分布趨勢(shì)基本一致且呈正態(tài)分布(圖5)。2016年雙流、什邡試驗(yàn)點(diǎn)的峰值粘度差值變幅分別為119～820、164～878 BU，平均值分別為443、558 BU，RILs群體在什邡試驗(yàn)點(diǎn)的峰值粘度差值顯著高于雙流試驗(yàn)點(diǎn)，表明什邡試驗(yàn)點(diǎn)RILs群體的α-淀粉酶活性顯著高于雙流試驗(yàn)點(diǎn)。

3 討 論

‘川麥42’ב川農(nóng)16’重組自交系群體在不同環(huán)境下種植，表現(xiàn)出的膨脹勢(shì)和糊化特性不同，但均出現(xiàn)連續(xù)變異，分布趨勢(shì)基本一致且大致呈正態(tài)分布，說(shuō)明膨脹勢(shì)和糊化特性為多基因控制的數(shù)量性狀，這與前人研究結(jié)果一致[20-23]。本研究通過(guò)對(duì)三個(gè)環(huán)境下RILs群體的膨脹勢(shì)差異顯著性分析發(fā)現(xiàn)不同種植試驗(yàn)點(diǎn)對(duì)膨脹勢(shì)的影響大于年份間對(duì)膨脹勢(shì)的影響，而Morris等人的研究發(fā)現(xiàn)年份間對(duì)膨脹勢(shì)的影響大于不同種植試驗(yàn)點(diǎn)[24]。同樣，本研究發(fā)現(xiàn)不同年份對(duì)RILs群體的糊化特性影響也小于不同種植試驗(yàn)點(diǎn)的影響。這可能與年份間的氣候差異大小或土壤肥力差異大小有關(guān)，本研究所得結(jié)果可能由于年份間氣候差異的影響小于不同種植試驗(yàn)點(diǎn)的土壤特性差異所致。

α-淀粉酶作為小麥粉中一種重要的內(nèi)源酶，可以催化淀粉的降解，也會(huì)影響面粉的吸水率和粘度及面團(tuán)的發(fā)酵特性，從而影響小麥制品的最終質(zhì)量。已有研究報(bào)道，不同的小麥材料的成熟種子中α-淀粉酶的活性有很大差異，從而使不同小麥淀粉特性差異擴(kuò)大[18]。本研究發(fā)現(xiàn)RILs群體中α-淀粉酶活性差異仍然很大，而且隨種植環(huán)境不同而呈現(xiàn)不同的差異，什邡試驗(yàn)點(diǎn)的α-淀粉酶的活性顯著高于雙流試驗(yàn)點(diǎn)。因而，優(yōu)質(zhì)小麥選育中需要對(duì)α-淀粉酶活性進(jìn)行評(píng)估。

PV：峰值粘度差值PV :Difference between peak viscosities with and without AgNO3圖5 RILs群體峰值粘度差值分布Fig.5 The frequency distribution of difference between peak viscosities with and without AgNO3 in the RILs of Chuanmai 42×Chuannong 16

4 結(jié) 論

‘川麥42’ב川農(nóng)16’重組自交系群體的淀粉膨脹勢(shì)、糊化特性及α-淀粉酶活性差異很大，為多基因控制的數(shù)量性狀，受種植壞境影響很大，可根據(jù)育種需要選擇具有適宜淀粉特性指標(biāo)的材料加以利用。