不同小麥品種抗性淀粉含量及其與其他淀粉品質(zhì)性狀的關(guān)系

劉素君，姚永偉，高宏歡，杜晨陽，王晨陽，方保停，李向東，謝迎新，馬冬云

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/國家小麥工程技術(shù)研究中心，河南鄭州 450046；2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所，河南鄭州 450002)

淀粉是人類生存必不可少的碳水化合物。近年來，抗性淀粉由于其特殊功能，成為碳水化合物的一個熱門研究方向?？剐缘矸?RS)是指未被健康個體的小腸消化吸收的淀粉及其降解產(chǎn)物的總和[1]；具有較小的分子結(jié)構(gòu)，不溶于水，其持水性是所有膳食纖維中最低的[2]?？剐缘矸劬哂休^低能量，用其加工的食品可以達到控制體重、預(yù)防便秘、防止糖尿病、降低血脂含量、促進礦物質(zhì)吸收等生理功能[3-7]。Englyst等[8]將抗性淀粉分為四類：物理包埋淀粉(RS1)、抗性淀粉顆粒或生淀粉(RS2)、回生淀粉或老化淀粉(RS3)以及化學(xué)修飾淀粉(RS4)。其中RS3經(jīng)糊化和回生后形成，相對穩(wěn)定，是最重要的一類抗性淀粉。RS被認為與直鏈淀粉有一定的相關(guān)性，由于其以結(jié)晶體形式存在，從而具有抗酶解性[9-10]。植物的RS含量與基因型密切相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，稻米RS含量較低，僅為1.0%～2.1%[11-12]；而甘薯RS含量較高，為16.0%～23.7%；環(huán)境及其與基因型互作對抗性淀粉含量也有顯著影響[13]。

小麥是世界上第三大作物，也是我國居民主食之一，其營養(yǎng)品質(zhì)對人們的健康水平有重要意義。抗性淀粉含量作為小麥的一個新的品質(zhì)性狀日益受到關(guān)注。秦海霞等[14]通過分析小麥的硬度Puroindoline b 位點7個近等基因系之間抗性淀粉含量的差異，認為Pina-D1a/Pinb-D1b基因型具有較高的抗性淀粉含量。龐 歡等[15]研究表明，在供試的6個春小麥品種中，安農(nóng)90202抗性淀粉含量最高，為2.67%；D68-20的抗性淀粉含量最低，為 0.59%。劉樹興等[16]和王 琳等[17]的研究表明，抗性淀粉含量與直鏈淀粉含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。

不同小麥品種的抗性淀粉含量存在顯著差異，且抗性淀粉含量受產(chǎn)地環(huán)境影響[17]。本研究選用河南省主推的30個小麥品種，分別在河南省7個地點種植，以探討基因型與環(huán)境對小麥抗性淀粉含量和其他品質(zhì)性狀的影響及抗性淀粉含量與淀粉其他品質(zhì)性狀的關(guān)系，旨在篩選優(yōu)質(zhì)專用小麥粉、提高小麥抗性淀粉含量的栽培措施、優(yōu)化小麥品質(zhì)和高抗性淀粉含量小麥品種的選育提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設(shè)計

供試品種包括百農(nóng)201、百農(nóng)207、百農(nóng)307、新麥26、平安11等30個品種。分別于2016-2017年種植在河南省的原陽、商丘、許昌、開封、西華、西平、淇縣7個地點。田間管理按照當?shù)爻Ｒ?guī)高產(chǎn)麥田管理方式，防止病蟲草害發(fā)生。成熟期人工收獲、脫粒，籽粒室溫儲存2個月后進行磨粉及淀粉的制備，用于相關(guān)品質(zhì)性狀測定。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 籽粒磨粉

小麥籽粒樣品采用ALBM實驗?zāi)シ蹤C(布勒LRMM804，無錫)制粉。

1.2.2 小麥淀粉的提取

稱取10 g面粉用MJ-III型面筋數(shù)量和質(zhì)量測定儀(大成光電)洗面筋，得到淀粉漿，待淀粉漿靜置10～20 min后倒掉上清，淀粉漿3 000 r·min-1離心15 min，棄上清以及上層顏色深的部分，取下層純白色淀粉，置于通風(fēng)干燥處晾干，粉碎之后過100目篩，得到淀粉成品。

1.2.3 抗性淀粉含量(RS)的測定

抗性淀粉含量(RS)的測定采用王 琳等[17]方法且有適當改進。還原糖測定采用3,5-二硝基水楊酸(DNS)法，使用多功能酶標儀(Bio Tek，美國)在540 nm處測吸光度。

RS=M/W×待測液的體積×0.9

其中，M是葡萄糖含量；W是樣本干質(zhì)量； 0.9是淀粉與葡萄糖轉(zhuǎn)換系數(shù)。

1.2.4 籽粒總淀粉及其組分含量測定

總淀粉含量采用國標NY/T 11-1985《谷物籽粒粗淀粉的測定法》測定，直鏈淀粉含量參考何照范等[18]方法測定。支鏈淀粉含量=總淀粉含量-直鏈淀粉含量。

1.2.5 淀粉糊化特性測定

采用快速粘度分析儀(Rapid Visco Analyzer4500,瑞典)測定糊化特性，并用TCW(Thermal Cycle for Windows)配套軟件進行分析。

1.2.6 淀粉粒度分布的測定

淀粉粒提取參照Peng等[19]和Malouf等[20]方法；采用激光衍射粒度分析儀(LS 13320，USA)分析淀粉粒度的分布。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016和SPSS進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 淀粉品質(zhì)性狀的影響因素分析

方差分析(表1)表明，除<2.0 μm和>9.8 μm淀粉粒表面積和淀粉粒數(shù)目分布外，環(huán)境對其他指標的影響均達到顯著或極顯著水平；品種對被測品質(zhì)指標的影響均達到顯著或極顯著水平(粒徑<2.0 μm和2.0～9.8 μm的淀粉粒表面積分布以及數(shù)目分布除外)?；蚝铜h(huán)境互作效應(yīng)對淀粉含量、支直比，淀粉粒體積分布和淀粉粒表面積分布(淀粉粒<2.0 μm除外)的影響均達到顯著或極顯著水平。從表1的F值可見，大多數(shù)品質(zhì)性狀受環(huán)境影響效應(yīng)較大，其次為基因型效應(yīng)，而基因型和環(huán)境互作效應(yīng)較小。

表1 淀粉性狀的基因、環(huán)境及其互作方差分析(F值)

2.2 環(huán)境對品質(zhì)性狀的影響

2.2.1 對淀粉組分的影響

由表2可以看出，總淀粉含量以西華點最高(73.33%)，許昌點最低(71.72%)；直鏈淀粉含量以開封點最高(23.65%)，原陽點最低(19.77%)；支鏈淀粉含量和支直比均以原陽點最高(52.73%，2.76)，開封點最低(48.56%，2.08)?？剐缘矸酆縿t在開封點表現(xiàn)最高(2.06%)，西華點最低(1.50%)?？偟矸酆亢椭ф湹矸酆孔儺愊禂?shù)較小，支直比和抗性淀粉含量的變異系數(shù)較大?？剐缘矸酆砍髌健㈤_封點外，其他點變異系數(shù)均超過15.00%，以在原陽試點的變異系數(shù)最高(41.80%)，而在開封點的最低(12.41%)。

表2 不同地點間小麥抗性淀粉、總淀粉及淀粉組分含量的差異

2.2.2 對糊化特性的影響

由表3可以看出，峰值粘度、低谷粘度、最終粘度和稀懈值這四個糊化參數(shù)在開封點均表現(xiàn)最高，分別為2 524.7、1 725.4、3 026.9和817.3；而反彈值在原陽點表現(xiàn)最高(1 309.1)。峰值粘度、低谷粘度、最終粘度和反彈值在商丘點均表現(xiàn)為最低，分別為1 680.7、1 001.3、2 002.5和 1 001.2。從變異系數(shù)來看，不同品質(zhì)指標在西華和商丘試點的變異系數(shù)高于其他試點。

表3 不同地點間小麥淀粉糊化特性比較

2.2.3 對淀粉粒度分布的影響

成熟期籽粒淀粉粒直徑< 2.0 μm的為C型淀粉粒，2.0～9.8 μm的為B型淀粉粒，>9.8 μm的為A型大淀粉粒。由表4可見，淀粉粒體積分布中，粒徑<2.0 μm、2.0～9.8 μm的淀粉粒體積百分比均表現(xiàn)在商丘點最高，分別為 8.17%、27.35%；而在開封點表現(xiàn)最低，分別為7.53%、24.49%。粒徑>9.8 μm的A型大淀粉粒體積百分比在開封點表現(xiàn)最高(67.98%)，在商丘點表現(xiàn)最低(64.47%)。

表4 不同地點間小麥淀粉粒度分布的差異

從淀粉粒表面積分布看出，粒徑<2.0 μm的淀粉粒分布百分比在原陽點最高(52.22%)，許昌點最低(48.21%)；粒徑為2.0～9.8 μm的淀粉粒和>9.8 μm的大淀粉粒表面積分布百分比均在許昌點最高，分別為34.35%、17.45%。

從淀粉粒數(shù)目分布看，粒徑<2.0 μm的C型淀粉粒和粒徑>9.8 μm的A型淀粉粒在四個地點之間沒有顯著差異；粒徑為2.0～9.8 μm的B型淀粉粒數(shù)目百分比表現(xiàn)在許昌點最高(2.31%)，在原陽點最低(0.99%)。這表明地點可能主要影響粒徑2.0～9.8 μm的B型淀粉粒的數(shù)目分布。

2.3 品種間品質(zhì)性狀的差異

2.3.1 淀粉組分的差異

由表5可知，30個小麥品種抗性淀粉含量的范圍為2.28%～1.47%，平均值為1.88%；其中賽德麥1號抗性淀粉含量最高，商麥156次之，且與百農(nóng)307、鄭麥366、鄭麥119、豫麥49-198、許科316、周麥32和豐德存5號之間差異顯著。總淀粉含量以百農(nóng)201最高，其次為豐德存5號，且與其他多數(shù)品種之間差異顯著。直鏈淀粉含量以鄭麥379最高，豫麥158次之，且均與豫麥49-198和豐德存5號之間差異顯著。支鏈淀粉含量則以豐德存5號最高，鄭麥379次之。支直比以豐德存5號最高，商麥156次之，且僅與新麥26和鄭麥379之間差異顯著?？傮w而言，商麥156、賽德麥1號、百農(nóng)4199、平安11、許科316和周麥27的抗性淀粉含量以及支直比均優(yōu)于其他品種。

表5 不同小麥品種的抗性淀粉、總淀粉及淀粉組分含量

2.3.2 糊化特性

由表6可見，品種百農(nóng)4199、鄭麥366、鄭麥119及洛麥26的峰值粘度、低谷粘度、稀懈值及最終粘度均較高，與先麥10、百農(nóng)307、鄭麥0943間差異均達顯著水平，表明這四個品種的糊化特性優(yōu)于其他品種。

表6 不同品種小麥淀粉糊化特性的比較

2.3.3 淀粉粒度分布

由表7可知，淀粉粒徑<2.0 μm的C型淀粉粒體積分布、表面積分布和數(shù)目分布，以新麥26較高，分別為8.99%、54.52%和99.20%；周麥27次之，分別為8.90%、48.76%和98.13%；周麥32和周麥36均表現(xiàn)較低，且體積和表面積分布與新麥26之間差異達顯著水平。

表7 不同品種淀粉粒度分布的差異

淀粉粒直徑為2.0～9.8 μm的B型淀粉粒體積分布周麥27最高，表面積分布以洛麥26最高，數(shù)目分布以百農(nóng)307最高，而平安11和豫農(nóng)186淀粉粒的體積和數(shù)目分布均較低，且淀粉粒體積分布與周麥27差異達顯著水平。

淀粉粒直徑>9.8 μm的A型淀粉粒體積分布和表面積分布以周麥32最高，分別為71.80%和22.48%；而新麥26、周麥27較低，且與周麥32差異達顯著水平。

2.4 小麥抗性淀粉與其他淀粉品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析

由表8可知，抗性淀粉含量與直鏈淀粉含量、峰值粘度、低谷粘度及最后粘度均呈顯著正相關(guān)。這表明提高小麥籽?？剐缘矸酆靠梢愿纳频矸鄣暮匦?。

表8 小麥抗性淀粉與品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析

3 討 論

不同作物的抗性淀粉含量差異較大，而同一作物不同品種的抗性淀粉含量亦不同。張 平等[21]研究表明，小麥的抗性淀粉含量較低，平均為0.64%；石 勱等[22]研究表明，薯類中抗性淀粉比例較高，而面粉中含量較低(2.80%±0.35%)。本研究結(jié)果表明，小麥的抗性淀粉含量為1.47%～2.28%，平均為1.88%。王 琳等[23]測定了100份國內(nèi)外小麥材料抗性淀粉含量，發(fā)現(xiàn)其平均含量為2.11%，略高于本研究結(jié)果。這種差異可能與小麥品種及栽培環(huán)境有關(guān)。在本研究中，賽德麥1號、百農(nóng)4199、許科316等品種的抗性淀粉含量較高。

小麥品質(zhì)性狀受基因型、環(huán)境及其互作效應(yīng)的影響，其中環(huán)境對抗性淀粉含量的影響大于基因型及其互作效應(yīng)，這一方面可能是由于本試驗選用品種多為高產(chǎn)品種，品種間抗性淀粉含量差異較小；另一方面也表明，選擇合適的栽培環(huán)境有助于提高抗性淀粉含量。整體而言，開封點和原陽點小麥的抗性淀粉含量及被測品質(zhì)性狀表現(xiàn)均優(yōu)于其他地區(qū)，表明在這兩個地點種植抗性淀粉含量高的品種可能有利于發(fā)揮其優(yōu)質(zhì)的潛力(高抗性淀粉)。

小麥淀粉品質(zhì)指標主要包括淀粉組分含量及淀粉糊化特性。有研究表明，直鏈淀粉含量與抗性淀粉含量顯著正相關(guān)[17]；也有研究表明，并非直鏈淀粉含量越高，抗性淀粉含量越高，抗性淀粉含量受直鏈淀粉的分子量大小影響[24]。本研究結(jié)果表明，抗性淀粉含量與直鏈淀粉含量呈顯著正相關(guān)；且大多數(shù)抗性淀粉含量高的品種其直鏈淀粉含量較高，表明提高直鏈淀粉含量可在一定程度上提高抗性淀粉含量。面粉糊化特性顯著影響面條質(zhì)量，淀粉峰值黏度、稀懈值、低谷黏度和最終黏度高的小麥粉適合制作優(yōu)質(zhì)面條[25]。王 琳等[17]認為，抗性淀粉含量與峰值粘度和膨脹勢顯著正相關(guān)。也有研究認為，生面粉和熟面粉的抗性淀粉含量與糊化特性的相關(guān)性并不完全一致，而較高的抗性淀粉含量會弱化面粉的糊化特性[26-27]。本研究發(fā)現(xiàn)，品種對糊化特性有顯著影響，抗性淀粉含量高的品種其峰值粘度、最后粘度均表現(xiàn)較高，如賽德麥1號、百農(nóng)4199、許科316等；抗性淀粉含量與峰值粘度和最后粘度呈顯著正相關(guān)，這表明可通過提高抗性淀粉含量改善淀粉糊化特性。

淀粉顆粒是淀粉分子的集聚體，不同小麥品種因受遺傳因素和種植環(huán)境等條件的影響，所形成的淀粉顆粒結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)也不同。楊朝柱等[28]研究發(fā)現(xiàn)，顆粒大的淀粉不易消化，形成的抗性淀粉較多。而張志轉(zhuǎn)[29]發(fā)現(xiàn)，高抗性淀粉含量突變體的淀粉粒粒徑大于對照，B型淀粉粒較對照材料多。本研究結(jié)果表明，小麥品種對淀粉粒的粒徑分布有顯著影響，其中抗性淀粉含量較高的平安11、鄭麥7698的>9.8 μm的A型淀粉粒體積分布和表面積分布較高，而新麥26、周麥27和賽德麥1號則表現(xiàn)為粒徑在2.0～9.8 μm型的淀粉粒體積分布和表面積分布較高，表明相對于C型的小淀粉粒，較多的大顆粒淀粉?？赡苡欣诳剐缘矸鄣男纬伞Ｒ灿醒芯空J為，小粒徑、低蛋白質(zhì)含量利于抗性淀粉的形成[28]。這種差異可能一方面與品種有關(guān)，另一方面則反映了小麥籽粒不同品質(zhì)指標相互影響。因此，進一步研究抗性淀粉含量與其他加工品質(zhì)指標之間的關(guān)系，有助于在提高籽粒營養(yǎng)品質(zhì)(高抗性淀粉含量)的同時改善加工品質(zhì)，為優(yōu)質(zhì)專用小麥粉的開發(fā)和利用提供參考。