北方春糜子區(qū)黍稷資源抗性淀粉含量差異分析

王 倩，陳小紅，馬瑞凱，王海崗，陳 凌，井 苗，喬治軍，王瑞云，

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷 030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)基因資源研究中心（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所），山西太原 030031；3.榆林市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，陜西榆林 719000）

黍稷（Panicum miliaceum L.）又稱糜子或糜黍，是禾本科黍?qū)俚? 年生草本作物，生育期短，抗瘠耐旱，在干旱和半干旱地區(qū)糧食生產(chǎn)和功能食品開(kāi)發(fā)中具有重要作用[1-3]。淀粉不僅是人們膳食中碳水化合物的主要來(lái)源，而且是食品加工行業(yè)中所用的原料之一[4]。糜子中富含淀粉，包括支鏈淀粉和直鏈淀粉。糯性糜子直鏈淀粉含量少、黏性強(qiáng)、口感好，深受大眾喜愛(ài)。當(dāng)今水資源緊缺、全球變暖等問(wèn)題日益凸顯，加大對(duì)黍稷的研究對(duì)維護(hù)世界糧食安全有著重大意義。

淀粉在人體內(nèi)表現(xiàn)出消化速率差異，可分為抗性淀粉（Resistant starch，RS）和非抗性淀粉[5]。RS 又稱抗酶解淀粉，是一種特殊淀粉，是指人體小腸中不被吸收的淀粉及其降解物[6]?？剐缘矸塾捎谄洚a(chǎn)生的熱量值非常低而且對(duì)食品的味道和結(jié)構(gòu)無(wú)副作用，已廣泛用于各種食物中。RS 被分為5 種類型，即RS1、RS2、RS3、RS4 和RS5[6-8]。RS1 為物理包埋淀粉，主要存在于部分研磨的谷物和種子中；RS2為抗性淀粉顆粒，主要存在于天然高直鏈玉米淀粉和生馬鈴薯等中；RS3 為回生淀粉，是淀粉經(jīng)過(guò)糊化、冷卻過(guò)程而產(chǎn)生的抗消化淀粉；RS4 是化學(xué)改性淀粉，指通過(guò)酯化、醚化或交聯(lián)等修飾作用，產(chǎn)生新官能團(tuán)的淀粉；RS5 為直鏈淀粉-脂類復(fù)合物，指淀粉與脂肪酸或脂肪醇等形成的復(fù)合物[9]。膳食纖維通過(guò)刺激腸道蠕動(dòng)有助于腸道正常消化。RS作為一種功能性食品，其對(duì)腸道的調(diào)節(jié)作用主要是通過(guò)在結(jié)腸中細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸（Short chain fatty acids，SCFA），從而刺激腸道上皮細(xì)胞的發(fā)育、生長(zhǎng)和更新，有利于保持腸道上皮細(xì)胞的完整性，降低結(jié)腸癌的發(fā)病率[10-12]。此外，SCFA 能夠降低腸道pH 值，凈化腸道[13]。另外，RS 作為一種益生元，可以通過(guò)選擇性地刺激大腸中的特定益生菌物種的生長(zhǎng)和活性，有利于改善宿主健康環(huán)境[14-15]。目前，RS 可以顯著控制糖尿病患者的血糖指數(shù)，并且還具有降血脂、控制體質(zhì)量和促進(jìn)礦物質(zhì)的吸收等生理功能[6，9，16-20]。近年來(lái)，RS 在人體保健方面的研究取得長(zhǎng)足進(jìn)展。肖兵[21]研究了玉米R(shí)S3 對(duì)小鼠血糖的影響，結(jié)果表明，控制組小鼠血糖上升了10.90%，而飼喂RS3 的小鼠血糖值下降了14.70%，說(shuō)明玉米R(shí)S3 能夠有效降低Ⅱ型糖尿病小鼠的血糖。PANEBIANCO 等[22]研究發(fā)現(xiàn)，飼料中加入RS后，胰腺癌小鼠體內(nèi)有25 個(gè)基因引起胰腺癌失調(diào)、6 種血清代謝物發(fā)生紊亂，RS 可作為治療癌癥的潛在方法。李凌巖等[23]以大鼠為研究對(duì)象，在飼料中添加RS4 型抗性淀粉后發(fā)現(xiàn)，大鼠血清的IgA、IgM的濃度和脾臟指數(shù)提高，極大提高了機(jī)體的免疫功能。AZIZ 等[24]通過(guò)給肥胖大鼠喂食高RS 含量食品，研究發(fā)現(xiàn)，大鼠體質(zhì)量顯著降低，可見(jiàn)RS 具有減肥效果。因此，高RS 食物有益于治療人類肥胖癥。迄今已經(jīng)培育出一批高RS 含量的作物新品種。CARCIOFI 等[25]通過(guò)沉默所有的SBE 基因后表明，大麥籽粒胚乳內(nèi)只有直鏈淀粉產(chǎn)生，且僅含直鏈淀粉的天然淀粉中就有高含量的RS（90%）存在。ZHOU等[26]通過(guò)篩選γ-輻射的雜交稻恢復(fù)系R7954，鑒定了1 種突變體b10，在熟米中RS 含量較高。測(cè)定小麥、水稻等作物的淀粉含量結(jié)果表明，RS 含量與直鏈淀粉的含量呈正相關(guān)[27-29]。研究發(fā)現(xiàn)，小麥品種的直鏈淀粉含量高，RS 含量低，而有的品種前者低，后者相對(duì)較高[30]，說(shuō)明除了直鏈淀粉含量外，還有別的因素會(huì)影響RS 含量，這也為篩選適口性好的優(yōu)質(zhì)品種提供了基礎(chǔ)。迄今為止，對(duì)大宗作物如小麥、水稻、玉米等的RS 研究頗多，但是針對(duì)黍稷抗性淀粉研究較少，亟待開(kāi)展研究。

本研究選取北方春糜子區(qū)4 個(gè)?。ㄉ轿鳌⑶嗪?、甘肅、內(nèi)蒙古）的黍稷種質(zhì)共80 份為材料，擬對(duì)其RS 含量進(jìn)行評(píng)估，以此為優(yōu)異品質(zhì)黍稷資源的篩選提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用80 份北方春糜子區(qū)黍稷資源（山西、青海、甘肅、內(nèi)蒙古各20 份）為材料（表1）。

1.2 試驗(yàn)方法

稱取50 g 黍稷種子，用磨碎機(jī)研磨，過(guò)1.0 mm篩后混勻，稱取0.1 g，參照Megazyme 淀粉抗性檢測(cè)試劑盒K-RSTAR 說(shuō)明書(shū)進(jìn)行操作，測(cè)定并計(jì)算RS、非RS 含量和總淀粉含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 25.0 軟件處理數(shù)據(jù)，對(duì)RS 含量和非RS 含量進(jìn)行方差分析、正態(tài)分布檢驗(yàn)，繪制含量分布圖。用Microsoft Excel 軟件對(duì)RS 含量、非RS 含量以及總淀粉含量進(jìn)行線性回歸分析和多重比較，繪制含量分布及趨勢(shì)圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 黍稷種質(zhì)抗性、非抗性淀粉含量分析

從表1 可以看出，80 份資源的RS 含量為2.14%（5 號(hào)小紅黍）～10.76%（36 號(hào)白皮糜），最低RS 含量種質(zhì)來(lái)源于山西，最高RS 含量種質(zhì)來(lái)源于青海，平均含量為6.50%。80 份資源非RS 含量為21.79%（74 號(hào)紅糜子）～69.21%（72 號(hào)內(nèi)糜6 號(hào)），非RS 含量最高與最低種質(zhì)均屬于內(nèi)蒙古資源，平均含量為47.84%。就總淀粉含量而言，80 份資源為25.47%（74 號(hào)紅糜子）～77.34%（63 號(hào)臨河黃糜子），含量最高與最低種質(zhì)均屬于內(nèi)蒙古資源，平均含量為54.35%。

表1 80 份黍稷資源淀粉含量分析 %

從表2 可以看出，80 份黍稷種質(zhì)的RS 平均含量（MN）為6.50%，標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD）為1.99%，變異系數(shù)（CV）為30.62%；非RS 的MN、SD、CV 分別為47.84%、9.22%、19.27%；總淀粉的MN、SD、CV 分別為54.35%、9.76%、17.96%，這表明80 份黍稷資源間差異較小，RS 含量的變異程度大于非RS 含量和總淀粉含量。對(duì)黍稷淀粉含量進(jìn)行正態(tài)性分布檢驗(yàn)，就抗性淀粉而言，Kolmogorov-Smirnov（KS）和Shapiro-Wilks（SW）檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，P 值分別為0.200（KS）、0.491（SW），均大于0.05；就非抗性淀粉而言，P 值分別為0.076（KS）、0.066（SW），也均大于0.05，可以認(rèn)為RS 和非RS 符合正態(tài)分布。

從表2 還可以看出，就RS 含量分布特征而言，偏度系數(shù)為-0.095，說(shuō)明分布呈負(fù)偏態(tài)，即正態(tài)曲線左側(cè)偏長(zhǎng)，右側(cè)偏短；峰度系數(shù)為-0.673，說(shuō)明曲線較平坦，為平坦峰。非RS 含量分布特征與RS 含量正好相反，偏度系數(shù)為0.021，呈正偏態(tài)，即正態(tài)曲線右側(cè)偏長(zhǎng)，左側(cè)偏短；峰度系數(shù)為0.764，說(shuō)明曲線較凸出，為尖峰。

表2 不同黍稷種質(zhì)抗性、非抗性淀粉含量的分布特征

從圖1 可以看出，抗性淀粉含量分布為中部偏左，中間6～10 組樣本數(shù)據(jù)頻率相對(duì)較高。從圖2可以看出，80 份黍稷種質(zhì)非抗性淀粉含量分布為中部偏右，中間7～8 組樣本數(shù)據(jù)頻率明顯高于其他組。

2.2 黍稷抗性、非抗性淀粉含量的總體比對(duì)及回歸分析

對(duì)各省份黍稷資源RS 含量進(jìn)行回歸分析，由圖3 可知，山西省線性回歸方程為y＝0.031 6x＋4.259 8，擬合優(yōu)度R2＝0.017 2，顯著性P 值為0.580＞0.05；青海省線性回歸方程為y＝0.049 5x＋7.615 8，擬合優(yōu)度R2＝0.063 5，顯著性P 值為0.284＞0.05，說(shuō)明這2 個(gè)省份的樣本數(shù)對(duì)抗性淀粉含量的擬合程度低，呈低度正線性相關(guān)，樣本數(shù)對(duì)山西和青海的抗性淀粉含量無(wú)顯著影響。甘肅省線性回歸方程為y＝-0.031x＋7.411，擬合優(yōu)度R2＝0.012 8，顯著性P 值為0.634＞0.05，說(shuō)明該省的樣本數(shù)對(duì)抗性淀粉含量的擬合程度低，呈低度負(fù)線性相關(guān)，樣本數(shù)對(duì)抗性淀粉含量無(wú)顯著影響。內(nèi)蒙古線性回歸方程為y＝-0.228 4x＋8.603 2，擬合優(yōu)度R2＝0.537 2，顯著性P 值為0.000＜0.05，說(shuō)明該省的樣本數(shù)對(duì)抗性淀粉含量的擬合程度較高，呈中度負(fù)線性相關(guān)，樣本數(shù)對(duì)抗性淀粉含量有顯著影響。

對(duì)各省份黍稷資源非RS 含量進(jìn)行回歸分析，由圖4 可知，山西省線性回歸方程為y＝-0.343 1x＋44.833，擬合優(yōu)度R2＝0.114，顯著性P 值為0.145＞0.05；甘肅省線性回歸方程為y＝0.193 8x＋47.195，擬合優(yōu)度R2＝0.025 9，顯著性P 值為0.498＞0.05；青海省線性回歸方程為y＝0.064 8x＋48.065，擬合優(yōu)度R2＝0.003，顯著性P 值為0.820＞0.05；內(nèi)蒙古線性回歸方程為y＝-0.778 2x＋60.336，擬合優(yōu)度R2＝0.142 8，顯著性P 值為0.100＞0.05，說(shuō)明這4 個(gè)省份的樣本數(shù)對(duì)非抗性淀粉含量的擬合程度低，山西和內(nèi)蒙古呈中低度負(fù)線性相關(guān)，甘肅和青海呈低度正線性相關(guān)，樣本數(shù)對(duì)非抗性淀粉含量無(wú)顯著影響。

對(duì)80 份黍稷資源RS 及非RS 含量分布進(jìn)行回歸分析，得出圖5 中抗性淀粉含量回歸方程為y＝0.015x＋5.897，擬合優(yōu)度R2＝0.030 6，顯著性P值為0.121＞0.05，說(shuō)明樣本數(shù)對(duì)抗性淀粉含量的擬合程度低，呈低度正線性相關(guān)，樣本數(shù)對(duì)抗性淀粉含量無(wú)顯著影響；非抗性淀粉含量回歸方程為y＝0.142 6x＋42.067，擬合優(yōu)度R2＝0.129，顯著性P 值為0.001＜0.05，總淀粉含量回歸方程為y＝0.157 6x＋47.964，擬合優(yōu)度R2＝0.141，顯著性P 值為0.001＜0.05，說(shuō)明樣本數(shù)對(duì)非抗性淀粉含量和總淀粉含量的擬合程度低，呈中低度正線性相關(guān)，樣本數(shù)對(duì)非抗性淀粉含量和總淀粉含量有顯著影響。

綜上所述，黍稷種質(zhì)樣本對(duì)RS 含量無(wú)顯著影響，但不同省份種質(zhì)樣本對(duì)RS 含量的影響程度存在一定的差異。黍稷種質(zhì)樣本對(duì)非抗性淀粉含量有顯著影響，但不同省份種質(zhì)樣本對(duì)非抗性淀粉含量都無(wú)顯著影響；總淀粉含量與非抗性淀粉含量的分布規(guī)律具有較高的相似性?？剐缘矸酆俊⒎强剐缘矸酆亢涂偟矸酆? 個(gè)指標(biāo)線性相關(guān)關(guān)系普遍較弱。

2.3 不同省份黍稷抗性、非抗性淀粉含量的多重比較及分型分析

2.3.1 各省份RS 與非RS 含量的方差分析 從表3 可以看出，RS 和非RS 含量顯著性均小于0.05，說(shuō)明這2 項(xiàng)指標(biāo)在不同省份間的差異均達(dá)到顯著水平。

2.3.2 不同省份黍稷抗性、非抗性淀粉含量的多重比較 從圖6 可以看出，各省份黍稷資源抗性淀粉含量低于非抗性淀粉含量。就抗性淀粉平均含量而言，山西資源與其他3 個(gè)省之間存在顯著差異；青海資源與甘肅和內(nèi)蒙古資源之間差異顯著；甘肅資源與內(nèi)蒙古資源間差異不顯著。就非抗性淀粉含量而言，山西省與其他3 個(gè)省之間差異顯著，而其他3 個(gè)省間差異不顯著。某種程度上可以說(shuō)明，山西的黍稷資源較為復(fù)雜，而青海、甘肅、內(nèi)蒙古3 個(gè)省的黍稷資源有一定的相似性。

2.3.3 各省份黍稷資源抗性、非抗性淀粉含量分型分析 從表4 可以看出，青海資源RS 含量最高，甘肅、內(nèi)蒙古次之，山西最低，山西和青海2 個(gè)省區(qū)RS 含量差異最大。就黍稷RS 含量變幅而言，山西、青海、甘肅和內(nèi)蒙古資源分別為2.14%～7.04%、6.66%～10.76%、3.69%～9.93%和3.68%～9.87%，甘肅變幅最大，青海變幅最小。不同省份黍稷RS 含量變異系數(shù)為14.25%～30.95%。不同省份幅度范圍和變異系數(shù)變化不大，有較為一致的分布規(guī)律。依據(jù)含量范圍，可將RS 種質(zhì)劃分為Ⅰ型（2.00%～4.93%）、Ⅱ型（4.93%～7.86%）和Ⅲ型（7.86%～10.80%）。甘肅的黍稷資源中不同含量RS 樣本數(shù)為Ⅱ型＞Ⅲ型＞Ⅰ型；內(nèi)蒙古為Ⅱ型＞Ⅰ型＝Ⅲ型；山西以Ⅰ型和Ⅱ型RS 種質(zhì)為主，且Ⅰ型＞Ⅱ型，無(wú)Ⅲ型；青海則以Ⅱ型和Ⅲ型為主，且Ⅱ型＞Ⅲ型，無(wú)Ⅰ型；總體上，Ⅱ型種質(zhì)居多，Ⅰ型和Ⅲ型基本持平。

表4 不同省份黍稷RS 含量分布情況

從表5 可以看出，內(nèi)蒙古資源非RS 含量最高，甘肅、青海次之，山西最低。山西和內(nèi)蒙古2 個(gè)省區(qū)非RS 含量差異最大。就非抗性淀粉含量變幅而言，山西、青海、甘肅和內(nèi)蒙古資源分別為27.56%～49.45%、26.57%～59.07%、37.26%～67.19% 和21.79%～69.21%，內(nèi)蒙古變幅最大，山西變幅最小。不同省份黍稷非RS 含量變異系數(shù)為14.48%～23.35%，其中，山西、青海、甘肅3 個(gè)省資源的變異程度基本一致，而內(nèi)蒙古的變異程度相對(duì)較大。依據(jù)非抗性淀粉含量的不同，可將非RS 種質(zhì)劃分為A 型（21.00%～37.10%）、B 型（37.10%～53.20%）和C 型（53.20%～69.30%）。甘肅的黍稷資源中不同含量非RS 樣本數(shù)為B 型＞C 型，無(wú)A 型；內(nèi)蒙古為B型＞C 型＞A 型；山西為B 型＞A 型，無(wú)C 型；青海則B 型＞C 型＞A 型；總體上，B 型種質(zhì)居多，C 型次之，A 型最少。

表5 不同省份黍稷非RS 含量分布情況

3 結(jié)論與討論

黍稷是我國(guó)最古老的農(nóng)作物之一，栽培歷史有10 000 多年，在世界各地均有種植[31-32]。黍稷種質(zhì)資源豐富，目前我國(guó)已保存超過(guò)9 885 份[33]。遺傳多樣性是生物多樣性的重要組成部分，近年來(lái)，黍稷遺傳多樣性研究較多。連帥等[34]、王瑞云等[35]利用SSR標(biāo)記對(duì)不同來(lái)源的黍稷地方品種和野生資源的遺傳多樣性和親緣關(guān)系進(jìn)行了分析。薛延桃等[36]研究表明，我國(guó)河北地區(qū)的遺傳多樣性最豐富，其可能是黍稷的起源地。林元香等[37]研究發(fā)現(xiàn)，相較于印度，中國(guó)黍稷資源的遺傳多樣性較高。但是黍稷抗性淀粉含量的遺傳差異研究不多。

田翔等[38]研究發(fā)現(xiàn)，黍稷總淀粉含量為67.60%～75.10%。本研究測(cè)定了我國(guó)北方春糜子區(qū)山西、青海、甘肅、內(nèi)蒙古4 個(gè)省份80 份黍稷資源的總淀粉平均含量為54.35%，其范圍介于25.47%～77.34%之間，較其結(jié)果而言，本研究更寬泛，這可能與試驗(yàn)材料來(lái)源廣泛有關(guān)。普通小麥面粉中RS 含量?jī)H占1.00%～1.70%[39]，但本研究檢測(cè)出RS 平均含量為6.50%，介于2.14%～10.76%，黍稷RS 含量高于小麥，這可能與黍稷的遺傳特性有關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)，黍稷RS 含量呈負(fù)偏態(tài)分布，但是谷子和水稻RS 含量呈正偏態(tài)分布[40]，這與物種自身遺傳特性及資源的數(shù)量有關(guān)。

通過(guò)對(duì)北方春糜子區(qū)的80 份黍稷資源進(jìn)行對(duì)比和回歸分析發(fā)現(xiàn)，黍稷樣本數(shù)對(duì)RS 含量無(wú)顯著影響，但是不同省份黍稷樣本數(shù)對(duì)RS 含量的影響有一定的差異。如內(nèi)蒙古的黍稷樣本數(shù)對(duì)RS 含量有顯著影響，而山西、青海、甘肅黍稷樣本數(shù)對(duì)RS含量無(wú)顯著影響，這說(shuō)明黍稷抗性淀粉含量可能與環(huán)境條件、品種自身遺傳特性等因素有關(guān)。邵歡歡等[41]研究40 份糜子資源淀粉后認(rèn)為，不同地區(qū)飲食習(xí)慣不同，會(huì)對(duì)黍稷RS 的地理分布產(chǎn)生影響。直鏈淀粉含量的提高有利于抗性淀粉形成和提取，增加直鏈淀粉的含量可相應(yīng)增加抗性淀粉含量[42-43]。VIDA 等[44]用體外方法研究野生型和2 種突變型豌豆淀粉的RS 含量時(shí)發(fā)現(xiàn)，基因類型會(huì)影響RS 含量。EERLINGEN 等[45]通過(guò)研究平均聚合度在40～60 的淀粉的抗性淀粉含量發(fā)現(xiàn)，分子平均聚合度越小，抗性淀粉含量越低；通過(guò)遺傳改良可以獲得高RS 含量的新品種。LEE 等[46]研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)劑量的輻射可以明顯提高玉米的抗性淀粉含量。張志轉(zhuǎn)[47]通過(guò)對(duì)蘇麥6 號(hào)干種子誘變，在M3 一代中篩選鑒定了1 個(gè)RS 含量較高的突變株系。但目前RS含量較高的作物新品種還很少，遺傳機(jī)制的研究也不夠深入，還需要加大對(duì)RS 遺傳改良的研究。

本研究對(duì)不同省份黍稷資源抗性淀粉含量進(jìn)行方差分析，得出不同省份之間的差異顯著，并且山西與其他3 個(gè)省的差異較大，這可能與山西黍稷資源復(fù)雜有關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)，就RS 平均含量而言，青海＞甘肅＞內(nèi)蒙古＞山西。同一生態(tài)區(qū)的不同地區(qū)氣候和環(huán)境條件略有差異，因此，種植的黍稷品種也會(huì)有不同。青海地形復(fù)雜、地貌多樣，是我國(guó)最貧瘠的地方，而黍稷抗旱耐瘠，因此，較其他3 個(gè)省份來(lái)說(shuō)，青海種植出來(lái)的黍稷可能質(zhì)量好，營(yíng)養(yǎng)更高。80 份黍稷資源RS 含量為2.14%～10.76%，山西RS 含量分布在2.14%～7.04%；甘肅黍稷資源RS 含量為3.69%～9.93%；青海RS 含量為6.66%～10.76%；內(nèi)蒙古RS 含量在3.68%～9.87%。總的來(lái)說(shuō)，這4 個(gè)省份RS 含量集中在5.00%～8.00%。王琳等[48]對(duì)172 份春小麥種質(zhì)資源抗性淀粉含量進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)RS 含量為0.54%～3.07%，只有6 份材料的RS含量超過(guò)3.00%。劉敬科等[40]測(cè)定了216 份谷子RS含量，幅度范圍為0～6.74%，發(fā)現(xiàn)僅有16 份RS 含量超過(guò)4.00%。糜子作為一種小雜糧，適應(yīng)性廣，具有廣泛的使用價(jià)值。就抗性淀粉含量而言，其比小麥和谷子有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，應(yīng)加大在食品工業(yè)方面的應(yīng)用。