中國(guó)黍稷種質(zhì)資源抗性淀粉含量分析

丁 敏，陳小紅，張宇奇，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），農(nóng)業(yè)部黃土高原作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，雜糧種質(zhì)資源發(fā)掘與遺傳改良山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，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.）屬禾本科黍?qū)僮魑铮渥蚜Ｃ撈ず笏追Q黃米，黍稷有粳糯之分，粳性的一般稱為稷、稷子、塔爾米，糯性的稱為黍、黍子以及黏糜等[1-2]。其原產(chǎn)于我國(guó)西部地區(qū)，目前，糜子被廣泛種植于亞洲、歐洲的一些發(fā)展中國(guó)家，是當(dāng)?shù)刂匾募Z食資源，其在美洲和大洋洲也均有分布[3-4]。黍稷抗旱耐瘠、生育周期短，因此成為干旱和半干旱地區(qū)的優(yōu)勢(shì)糧食作物[5-6]。隨著氣溫升高，水資源減少等環(huán)境問(wèn)題的加劇，黍稷抗旱和耐高溫等優(yōu)良性質(zhì)就顯得尤為重要[7]。黍稷作為我國(guó)特色小雜糧作物，含有豐富的蛋白質(zhì)、淀粉、膳食纖維以及鈣、鐵、鉀、鎂、磷、鋅等多種礦物質(zhì)元素，此外還含有一些生物活性成分如多酚和黃酮，具有抗氧化、降血糖、抗癌以及預(yù)防肝損傷等多種生理功能[8]。

之前對(duì)于黍稷的研究主要集中于農(nóng)藝性狀、遺傳多樣性以及理化性質(zhì)等方面[9-17]。2015 年，田翔等[18]利用雙波長(zhǎng)比色法對(duì)15 份黍稷樣品中直鏈淀粉和支鏈淀粉同時(shí)進(jìn)行測(cè)定，首次實(shí)現(xiàn)了黍稷直鏈淀粉和支鏈淀粉的分離和純化。2017 年，韓浩坤等[19]對(duì)糜子形成過(guò)程中的淀粉含量變化進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在籽粒成熟過(guò)程中，總淀粉、直鏈淀粉和支鏈淀粉含量都呈S 型趨勢(shì)增長(zhǎng)，且各個(gè)時(shí)期粳性品種直鏈淀粉的積累量和積累速率都高于糯性品種。2018 年，WANG 等[20]對(duì)Waxy 基因進(jìn)行測(cè)序，并分析其控制黍稷粳糯的分子機(jī)制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，被測(cè)材料中有68 份材料存在S-15 等位變異，其直鏈淀粉含量在0～2.58，均為糯性。2019 年，邵歡歡等[21]選用40 份來(lái)自全國(guó)不同地區(qū)的黍稷品種，采用雙波長(zhǎng)比色法對(duì)其淀粉組成及含量進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，其中23 份品種為糯性，17 份為粳性，結(jié)果與Waxy基因分型相同。

已有研究多集中在對(duì)黍稷淀粉分離方法以及粳糯品性上。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，抗性淀粉（Resistant starch，RS）具有為人體提供能量、降低食物熱效應(yīng)、改善食物口感、調(diào)節(jié)和保護(hù)小腸以及預(yù)防一些非傳染性疾病等功效，因此，其成為當(dāng)下研究的一大熱點(diǎn)[22-24]。劉敬科等[25]對(duì)于中國(guó)谷子品種RS 分布規(guī)律進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)中國(guó)地方品種谷子RS 大致上呈現(xiàn)正態(tài)分布，且不同生態(tài)區(qū)、不同省份間RS 均存在一定差異。LIN 等[26]研究表明，RS 和直鏈淀粉的含量呈正相關(guān)，選育高直鏈淀粉株系可以得到高RS的品種。目前，對(duì)小麥、水稻等其他作物抗性淀粉含量的評(píng)估相對(duì)較多[25，27-29]，而對(duì)于黍稷抗性淀粉含量研究相對(duì)較少。

RS 含量的測(cè)定方法主要有體內(nèi)和體外2 種測(cè)定法，其中，體外測(cè)定法即模擬人體內(nèi)的消化環(huán)境進(jìn)行RS 含量測(cè)定，較體內(nèi)測(cè)定法便捷且成本低[30]。本研究選取90 份來(lái)自國(guó)內(nèi)8 個(gè)不同省份的黍稷種質(zhì)資源，采用Megazyme 抗性淀粉試劑盒法（體外測(cè)定法）進(jìn)行抗性淀粉含量分析，旨在為以RS為指標(biāo)的黍稷食品研發(fā)和黍稷育種等研究提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2018—2019 年在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

供試材料為國(guó)內(nèi)8 個(gè)省份的資源共90 份，包括山西20 份、青海10 份、甘肅10 份、內(nèi)蒙古10份、陜西10 份、寧夏10 份、河北10 份、黑龍江10份。材料詳細(xì)信息如表1 所示。

表1 供試黍稷資源及其來(lái)源

續(xù)表1

1.2 方法

1.2.1 黍稷抗性淀粉含量測(cè)定 準(zhǔn)確稱取50 g 黍稷樣本種子，用磨碎機(jī)進(jìn)行研磨并烘干后，稱取0.1g，按照Megazyme 抗性淀粉檢測(cè)試劑盒K-RSTAR說(shuō)明書進(jìn)行操作，在樣品中加入α-胰淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶（AMG）混合工作液，放入37 ℃水浴搖床中振蕩孵育16 h；離心后得到的絮狀沉淀即為黍稷樣品中的RS，用GOPOD 對(duì)樣品中RS 含量進(jìn)行測(cè)定。

1.2.2 黍稷非抗性淀粉含量測(cè)定 將1.2.1 離心得到的上清液定容至100 mL，再用GOPOD 進(jìn)行測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft Excel 和SPSS 23.0 對(duì)各省份種質(zhì)資源抗性淀粉和非抗性淀粉含量平均值、最大值、最小值和變異系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并進(jìn)行回歸分析、方差分析、多重比較等，制作相關(guān)分析圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 我國(guó)黍稷抗性/非抗性淀粉含量測(cè)定以及分布特征

從表2、3 可以看出，90 份黍稷資源淀粉含量在21.72%～76.60%，其中，抗性淀粉含量介于0.17%～10.88%，平均含量為5.76%，標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.83%；非抗性淀粉含量變幅在15.16%～67.87%，平均含量為44.30%，標(biāo)準(zhǔn)偏差為11.28%?？剐缘矸鄣淖儺愊禂?shù)（49.13%）遠(yuǎn)高于非抗性淀粉的變異系數(shù)（25.46%）。

從表3 可以看出，抗性淀粉和非抗性淀粉偏度系數(shù)均為負(fù)數(shù)（-0.16），表明2 個(gè)指標(biāo)偏離正態(tài)分布對(duì)稱性相同，均為左偏分布；峰度系數(shù)也均為負(fù)數(shù)，分別為-1.02 和-0.32，為平峰分布；總淀粉含量的偏度系數(shù)和峰度系數(shù)也均為負(fù)值，為左偏分布，且為平峰。

從圖1、2 進(jìn)一步可以看出，抗性淀粉多分布在9～13 組，第11 組頻率最高；非抗性淀粉多分布在8、10、11 組，其中，第8 組頻率最高。

2.2 抗性淀粉和非抗性淀粉的回歸分析

運(yùn)用SPSS 軟件對(duì)不同省份的抗性淀粉和非抗性淀粉進(jìn)行線性回歸分析，首先對(duì)2 個(gè)變量進(jìn)行直線回歸的假設(shè)檢驗(yàn)（表4），回歸的顯著性水平P＝0.015＜0.05，說(shuō)明2 個(gè)變量之間存在顯著的直線影響關(guān)系，回歸方程是有意義的?；貧w方程為：y＝0.063 9x＋2.933 9（R2＝0.064 8），擬合度較?。▓D3）。

從表5 可以看出，非抗性淀粉含量的顯著性P＝0.015＜0.05，意味著非抗性淀粉含量能夠顯著影響抗性淀粉的含量，回歸系數(shù)0.064＞0，回歸方程單調(diào)遞增，說(shuō)明非抗性淀粉含量能夠顯著正向影響抗性淀粉含量，二者呈顯著正相關(guān)。

表2 90 份黍稷資源淀粉含量 %

表3 不同黍稷抗性和非抗性淀粉含量總體分布特征

表4 抗性淀粉和非抗性淀粉的線性回歸ANOVA 分析結(jié)果

2.3 國(guó)內(nèi)不同省份黍稷抗性、非抗性淀粉含量分型

從表6 可以看出，青海黍稷抗性淀粉含量最高，內(nèi)蒙古和甘肅次之，河北最低；各省份變異系數(shù)在14.20%～63.89%，其中，黑龍江黍稷的變異系數(shù)最大，為63.89%，內(nèi)蒙古黍稷變異系數(shù)最小，為14.20%，說(shuō)明黍稷變異程度也受到地域大小差異的影響。按照含量范圍，可以將其劃分為3 種類型，分別為Ⅰ型（0%～4%）、Ⅱ型（4%～8%）和Ⅲ型（8%～12%），其中，河北和黑龍江以I 型為主，山西、甘肅、內(nèi)蒙古、寧夏以II 型為主，青海以III 型為主?？傮w上來(lái)講，Ⅱ型黍稷占45.6%，Ⅰ型和Ⅲ型黏稷分別占30.0%和24.4%。

表5 不同省份抗性淀粉和非抗性淀粉含量的回歸系數(shù)

表6 不同省份抗性淀粉含量差異分析

從表7 可以看出，內(nèi)蒙古黍稷非抗性淀粉含量最高，陜西、甘肅和青海次之，河北最低，各省份變異系數(shù)在9.49%～33.49%，其中，河北黍稷的變異系數(shù)最大，為33.49%，青海黍稷變異系數(shù)最小，為9.49%。按照含量范圍，可以將其劃分為3 種類型，分別為Ⅰ型（10%～30%）、Ⅱ型（30%～50%）、Ⅲ型（50%～70%），其中，河北以I 型為主，山西、青海、甘肅、黑龍江以II 型為主，內(nèi)蒙古、陜西和寧夏以III 型為主。總體上來(lái)講，Ⅱ型黍稷最多，占53.4%，III 型黍稷次之，占32.2%，I 型黍稷最少，占14.4%。

表7 不同省份非抗性淀粉含量差異分析

2.4 不同省份黍稷抗性淀粉/非抗性淀粉含量方差分析及多重比較

從表8 可以看出，非抗性淀粉的組間平方和與組內(nèi)平方和相差較大，它們之間的均方之比F 值為4.830，說(shuō)明這組數(shù)據(jù)之間存在差異性；抗性淀粉的組內(nèi)平方和與組間平方和相差不大，但是均方之比F 值較大，為10.940，遠(yuǎn)大于1，有理由拒絕零假設(shè)，說(shuō)明該項(xiàng)指標(biāo)的均值存在顯著差異。就P 值而言，抗性淀粉和非抗性均為0.000，小于0.05，說(shuō)明2 項(xiàng)指標(biāo)在不同的省份之間差異都達(dá)到了顯著水平。

從圖4 可以看出，各省份黍稷資源中，抗性淀粉含量明顯低于非抗性淀粉含量，抗性淀粉含量均在10%以下，而非抗性淀粉含量均在30%以上；比較各省份抗性淀粉含量可知，河北省抗性淀粉含量明顯低于其他省份，青海省抗性淀粉平均含量在8 個(gè)省份中最高；山西、甘肅、陜西、寧夏以及黑龍江誤差明顯，青海、內(nèi)蒙古以及河北誤差不明顯；其中，河北與其他省份差異顯著，青海與內(nèi)蒙古之間差異不顯著，但這2 個(gè)省份與其他省份間差異顯著，山西、甘肅、山西、寧夏及黑龍江5 個(gè)省份之間差異不顯著。

3 結(jié)論與討論

田翔等[18]采用雙波長(zhǎng)比色法對(duì)黍稷的直鏈淀粉和支鏈淀粉含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其測(cè)定的15 份樣品中，總淀粉含量在70.09%～73.31%；邵歡歡等[21]對(duì)40 份黍稷淀粉含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，總淀粉含量在58.43%～75.45%。本試驗(yàn)測(cè)定了包括山西、陜西、甘肅等國(guó)內(nèi)8 個(gè)省份共90 份黍稷資源淀粉含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，總淀粉含量在21.72%～75.60%，變幅較前述已有研究寬泛，這可能與本研究所選種質(zhì)來(lái)源范圍廣有關(guān)。

不同種作物的抗性淀粉含量差異比較大。石勱等[31]研究發(fā)現(xiàn)，薯類中抗性淀粉含量所占比例較高，而面粉含量較低，為2.80%±0.35%。基于禾本科作物抗性淀粉含量測(cè)定，以往研究發(fā)現(xiàn)，水稻（Oryza sativa）、谷子（Setaria italica）、小麥（Triticum aestivum）中RS 含量平均值分別為2.96%、2.43%、0.64%[25，28-29]，本研究測(cè)得黍稷抗性淀粉含量平均值為5.76%，說(shuō)明黍稷是一種制作高抗性淀粉副產(chǎn)品很好的原材料。同種作物的不同品種其RS 含量亦不同，曹小艷等[32]對(duì)72 個(gè)板栗品種抗性淀粉含量進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，北方品系中RS 含量差異明顯，最高為22.22%，最低為3.44%。本研究對(duì)比了我國(guó)8 個(gè)省份的90 份不同品種的黍稷抗性淀粉含量，結(jié)果顯示，抗性淀粉含量最高的來(lái)自青海的灰麻糜，為10.88%，含量最低的來(lái)自黑龍江的黑笊籬頭，為0.17%。同時(shí)，抗性淀粉對(duì)黍稷資源抗性淀粉和非抗性淀粉含量進(jìn)行線性回歸分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，二者呈顯著正相關(guān)，但是擬合程度低，說(shuō)明抗性淀粉含量受多種因素影響，包括樣本間的遺傳特性以及不同地理位置的氣候、栽培條件等。楊燁[33]研究表明，不同溫度、不同品種對(duì)于抗性淀粉含量均有一定影響。本研究對(duì)不同省份黍稷資源進(jìn)行分型，結(jié)果顯示，各省份之間差異顯著，山西省、陜西省、甘肅省、寧夏省差異較小，其他省份間差異較大，其中，河北省與其他各省間差異極大，這可能與各省份所處的地理位置有關(guān)。

對(duì)各省份黍稷資源進(jìn)行方差分析及多重比較，可以看出，抗性淀粉和非抗性淀粉2 項(xiàng)指標(biāo)在各省份之間均達(dá)到極顯著水平；河北省抗性淀粉含量與其他省份差異極大，但誤差較小，青海和內(nèi)蒙古2 個(gè)的省抗性淀粉含量差異不顯著，誤差也均較小，山西、甘肅、陜西、寧夏、黑龍江5 個(gè)省份抗性淀粉差異不顯著，但誤差均較大。