品種及地理位置對(duì)糯玉米糊化特性和食味品質(zhì)影響

韓 晴, 沈 淵, 孫小淋, 況慧云, 王 慧,關(guān) 媛, 唐 偲, 樓堅(jiān)鋒, 王海宏, 鄭洪建

(上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物育種栽培研究所;CIMMYT-中國(guó)特用玉米研究中心;上海特用玉米工程技術(shù)研究中心;農(nóng)業(yè)農(nóng)村部糧油作物種質(zhì)創(chuàng)新與遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(部省共建)1,上海 201403)(上海市金山區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心2,上海 201599)(上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究所3,上海 201403)(上海壹加壹農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司4,上海 201517)(上海市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心5,上海 201103)

玉米是我國(guó)第一大糧食作物,是重要的飼料和工業(yè)原料[1,2]。糯玉米起源于我國(guó)云貴川一帶,在我國(guó)種植歷史悠久,因普通玉米發(fā)生基因突變使子粒所含淀粉幾乎全部為支鏈型淀粉[3],主要在乳熟期食用鮮果穗。糯玉米風(fēng)味獨(dú)特,營(yíng)養(yǎng)豐富,富含膳食纖維、多種維生素、氨基酸等活性物質(zhì),具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。此外,糯玉米還被廣泛應(yīng)用在食品、醫(yī)藥、紡織、鑄造等行業(yè)。我國(guó)“十四五”規(guī)劃指出,因地制宜發(fā)展鮮食玉米,到2025年,鮮食玉米面積穩(wěn)定在1 333 333 hm2以上,隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,鮮食玉米逐漸成為種植面積較大的非設(shè)施蔬菜作物[4]。

鮮食糯玉米品質(zhì)的好壞是衡量一個(gè)品種能否滿足生產(chǎn)需求和市場(chǎng)消費(fèi)需求的重要指標(biāo)之一,目前生產(chǎn)上鮮食糯玉米品質(zhì)評(píng)價(jià)一般采用“品嘗”的方法,但這種方法容易受品嘗者的性別、年齡、地域等因素的影響,使得品質(zhì)品嘗結(jié)果不夠準(zhǔn)確。淀粉糊化特性是評(píng)價(jià)淀粉理化特性的一個(gè)重要指標(biāo),可直接準(zhǔn)確反映糯玉米品質(zhì)好壞,最常用的測(cè)定方法是快速黏度分析(RVA)。淀粉糊化特性一般受直鏈淀粉含量、直/支鏈淀粉比例、淀粉粒大小和比例、淀粉酶活性及糊化體系中糖分等的影響[5]。目前,關(guān)于水稻、小麥、糯玉米等作物的淀粉糊化特性及利用淀粉糊化特征值對(duì)品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)和篩選已有研究報(bào)道。李淦等[6]對(duì)不同區(qū)域來(lái)源的171份小麥品種(系)面粉糊化特性進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)品種對(duì)面粉糊化特性值有極顯著影響,并篩選出峰值黏度較高的6份小麥品種(系),這些優(yōu)異材料可用于小麥品質(zhì)育種。程玉靜等[7]測(cè)定了63份糯玉米種質(zhì)的淀粉糊化特征值,發(fā)現(xiàn)峰值黏度>1 200 RVU、谷值黏度>1 100 RVU、崩解值>120 RVU、峰值時(shí)間<6 min的糯玉米有可能具有較優(yōu)的食味品質(zhì)。趙春芳等[8]研究認(rèn)為,米飯黏度與終值黏度、消減值、回復(fù)值呈顯著負(fù)相關(guān),與崩解值顯著正相關(guān)?？琢钇降萚9]發(fā)現(xiàn),不同玉米品種和播期的淀粉峰值黏度、谷值黏度、崩解值、回復(fù)值、峰值時(shí)間、糊化溫度差異顯著,且品種的影響要大于播期。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)玉米淀粉糊化特性的影響因素如采收期[10]、施肥方式[11]、高溫[12]等以及淀粉膨脹、晶體、熱力學(xué)等理化特性[13-15]做了大量研究,而不同適宜種植區(qū)的糯玉米淀粉糊化特性研究及與品質(zhì)相關(guān)性分析的報(bào)道不多。本研究以4個(gè)適宜種植區(qū)[16]即東南區(qū)、西南區(qū)、黃淮海區(qū)和東華北區(qū)的198份糯玉米主栽品種為材料,研究糯玉米淀粉糊化特性及其與食味品質(zhì)的相關(guān)關(guān)系,以期了解中國(guó)不同適宜種植區(qū)的糯玉米品質(zhì)特點(diǎn)旨在為糯玉米品質(zhì)改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)材料來(lái)源于不同適宜種植區(qū)的198個(gè)糯玉米品種即東南區(qū)69個(gè),西南區(qū)46個(gè),黃淮海區(qū)29個(gè),東華北區(qū)54個(gè),其中42個(gè)為純糯玉米、156個(gè)為甜加糯玉米。實(shí)驗(yàn)于2021年春季在上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院莊行綜合實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行,2行區(qū),行長(zhǎng)8 m,小區(qū)面積4.3 m2,密度60 000株/hm2。實(shí)驗(yàn)地肥力中等,土質(zhì)屬粉沙黏壤土,前茬油菜?；视袡C(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥375 kg/hm2,開(kāi)溝條施,栽培管理同大田。

表1 糯玉米種質(zhì)信息表

每個(gè)品種選10個(gè)代表性植株,吐絲前套袋,在盛花期同一天自交授粉。于乳熟期摘取套袋果穗,100 ℃殺青20 min后轉(zhuǎn)為65 ℃烘干至恒重用于淀粉糊化特性測(cè)定,鮮果穗用于食味品質(zhì)測(cè)定。

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 淀粉的分離

淀粉分離參照陸大雷等[16]的方法。將100 g籽粒洗凈后放于250 mL燒杯中,加純凈水浸泡24 h過(guò)夜,用粉碎機(jī)打碎,過(guò)100目篩子,漿水轉(zhuǎn)入250 mL燒杯中,靜置3 h,然后將沉淀倒進(jìn)50 mL離心管中,3 500×g離心 15 min后去除上面雜質(zhì),重復(fù)3次,加入無(wú)水乙醇,振蕩 5 min 后3 500×g離心15 min,重復(fù)3 次,除去淀粉中水分;脫水淀粉加過(guò)量無(wú)水乙醚,振蕩5 min 后3 500×g離心15 min,重復(fù) 3 次,除去淀粉中脂肪,即得淀粉。淀粉于40 ℃烘箱烘干后用于糊化特性分析。

1.2.2 糊化特性的測(cè)定

淀粉糊化特性采用RVA(Rapid Visco Analyzer, Model 3D)測(cè)定,并用TCW(Thermal Cycle for Windows)配套軟件分析。稱取2 g淀粉,加23 g超純水,配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的淀粉糊。峰值黏度、谷值黏度、崩解值、終值黏度、回復(fù)值、峰值時(shí)間和糊化溫度的測(cè)定方法參照Chang等[17]的方法。

1.2.3 食味品質(zhì)的測(cè)定

食味品質(zhì)測(cè)定按照農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒布的糯玉米行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NY/T 524—2002)進(jìn)行鑒定和評(píng)價(jià),糯玉米最佳采收期為授粉后24 d,評(píng)價(jià)人員固定5人,為上海鮮食甜、糯玉米品種實(shí)驗(yàn)品質(zhì)檢測(cè)人員,均在同一條件下進(jìn)行品嘗測(cè)定。

表2 糯玉米食味品質(zhì)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)分值

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel2007、 SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 品種糊化特性分析

從表3得知,除糊化時(shí)間和糊化溫度外,其他糊化參數(shù)的變異系數(shù)均超過(guò)10%。其中崩解值的變異系數(shù)最大,達(dá)20.12%。198個(gè)參試材料的7個(gè)糊化參數(shù)差異達(dá)極顯著,說(shuō)明品種對(duì)糊化參數(shù)的影響最大。由表4可知,峰值黏度、崩解值、終值黏度、回復(fù)值顯著性水平P值均大于0.05,參試材料的糊化特征值基本呈正態(tài)分布(圖1),說(shuō)明參試材料可用作首選種質(zhì)用于選育優(yōu)質(zhì)糯玉米品種。其中,80%的材料峰值黏度集中在2 300～3 000 cP,超過(guò)3 000 cP有16個(gè)品種。74%的材料崩解值集中在400～1 200 cP,超過(guò)1 400 cP有4個(gè)品種,小于400 cP 有18個(gè)。78%的材料終值黏度集中在2 650～3 600 cP,超過(guò)3 600 cP有20個(gè)品種,小于1 300 cP 有4個(gè)品種。68%的材料回復(fù)值集中在1 350～1 600 cP,超過(guò)1 600 cP有32個(gè)品種,小于700 cP有8個(gè)品種。

圖1 198個(gè)糯玉米品種糊化特征值分布圖

表3 198個(gè)糯玉米淀粉糊化特性值比較

表4 198個(gè)糯玉米的糊化特性值正態(tài)性檢驗(yàn)

2.2 糊化特征值的相關(guān)性

由表5可知,大部分糯玉米淀粉糊化特征值間存在顯著或極顯著相關(guān)。其中,峰值黏度、谷值黏度、崩解值、終值黏度、回復(fù)值間為極顯著正相關(guān),而與糊化時(shí)間、糊化溫度呈極顯著負(fù)相關(guān),說(shuō)明黏性較高的品種,其淀粉穩(wěn)定性也高且需要的糊化溫度較低、糊化時(shí)間較短。糊化時(shí)間與糊化溫度間呈極顯著正相關(guān),說(shuō)明糯玉米淀粉糊化所需的糊化溫度越高時(shí),其糊化時(shí)間也就越長(zhǎng)。另外,回復(fù)值與糊化時(shí)間、糊化溫度相關(guān)性不明顯。

表5 糯玉米糊化特征值的相關(guān)性分析

2.3 適宜種植區(qū)糊化特性分析

根據(jù)198份糯玉米種質(zhì)的育成地等信息將它們劃分到相應(yīng)種植區(qū),分析種植區(qū)間的淀粉糊化特性(表6)。不同糊化特征值在不同適宜種植區(qū)糯玉米間的差異程度不同,其中東南區(qū)的峰值黏度、谷值黏度、終值黏度最高,而西南區(qū)的谷值黏度、終值黏度、回復(fù)值和糊化時(shí)間最低。東南區(qū)的峰值黏度顯著高于東華北區(qū),其谷值黏度、終值黏度則顯著高于西南區(qū)。西南區(qū)的崩解值顯著高于東南區(qū)、黃淮海,而糊化溫度顯著高于北方區(qū)。東華北區(qū)的回復(fù)值最高,且顯著高于西南區(qū)。黃淮海區(qū)的糊化時(shí)間最高,且顯著高于西南區(qū),而西南區(qū)的糊化溫度最高,顯著高于東華北區(qū)。

表6 不同適宜種植區(qū)糯玉米糊化特性值的比較

2.4 適宜種植區(qū)品質(zhì)分析

糯玉米食味品質(zhì)主要對(duì)感官品質(zhì)、氣味風(fēng)味品質(zhì)、色澤、糯性、柔嫩性等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定,是一個(gè)綜合指標(biāo)[7]。分析198份糯玉米在4個(gè)適宜種植區(qū)的食味品質(zhì)(表7),東南區(qū)的食味品質(zhì)總評(píng)分最高,為86.8分,顯著高于西南區(qū)、黃淮海區(qū)和東華北區(qū),而西南區(qū)、黃淮海區(qū)、東華北區(qū)間差異不顯著?？梢?jiàn),不同適宜種植區(qū)食味品質(zhì)比較,東南區(qū)要優(yōu)于西南區(qū)、黃淮海區(qū)和東華北區(qū)。

表7 不同種植區(qū)糯玉米食味品質(zhì)指標(biāo)

2.5 糊化特征值與品質(zhì)的相關(guān)性

由表8可知,除感官品質(zhì)外,峰值黏度、谷值黏度、崩解值和終值黏度與食味品質(zhì)各指標(biāo)呈極顯著正相關(guān);回復(fù)值與食味品質(zhì)間均呈極顯著負(fù)相關(guān)。糊化時(shí)間與感官品質(zhì)、糯性呈負(fù)相關(guān),而與其他指標(biāo)呈正相關(guān);糊化溫度與感官品質(zhì)、色澤和氣味風(fēng)味呈負(fù)相關(guān),而與其他指標(biāo)間呈正相關(guān)。峰值黏度、谷值黏度、崩解值和終值黏度與總分為極顯著正相關(guān),而回復(fù)值與總分為極顯著負(fù)相關(guān)。說(shuō)明食味品質(zhì)較好的糯玉米其峰值黏度、谷值黏度、崩解值、終值黏度較高,而回復(fù)值則較低。

3 討論

3.1 不同種植區(qū)糯玉米品質(zhì)性狀差異分析

2008年全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心品種管理處對(duì)鮮食玉米區(qū)試進(jìn)行改革,將我國(guó)鮮食糯玉米劃分為4個(gè)種植區(qū)[18],從不同適宜種植區(qū)的角度分析能夠較好地了解我國(guó)糯玉米品種的品質(zhì)地域特點(diǎn)。本文通過(guò)比較4個(gè)適宜種植區(qū)的糊化特征值和食味品質(zhì)發(fā)現(xiàn),東南區(qū)的峰值黏度、谷值黏度、終值黏度要高于其他區(qū),且食味品質(zhì)得分最高,說(shuō)明該區(qū)品種淀粉的持水能力和膨脹能力比較強(qiáng)且食味品質(zhì)較好,可能是由于該區(qū)一直以來(lái)是鮮食糯玉米重要的研發(fā)基地,是我國(guó)較早開(kāi)展鮮食糯玉米育種科研和生產(chǎn)應(yīng)用的地區(qū),再加上近些年選育方向逐漸從產(chǎn)量轉(zhuǎn)向口感品質(zhì),使得該種植區(qū)的糯玉米育種種質(zhì)受到一定的選擇重點(diǎn)轉(zhuǎn)向品質(zhì)特別是食味品質(zhì)育種方向。史亞興等[19]研究發(fā)現(xiàn),杭嘉湖等東南區(qū)的糯玉米品種特點(diǎn)為品質(zhì)較好,而滇、黔、川等西南地區(qū)和北方地區(qū)的品種則耐隱蔽、產(chǎn)量高和植株高大等。陸大雷等[16]通過(guò)對(duì)948份國(guó)家鮮食糯玉米區(qū)試品種(組合)的品質(zhì)研究也發(fā)現(xiàn),東南區(qū)的品嘗品質(zhì)要優(yōu)于其他種植區(qū)。

3.2 糯玉米糊化特性分析

種質(zhì)資源是玉米品種選育的前提,收集種質(zhì)資源、科學(xué)評(píng)價(jià)和鑒定種質(zhì)對(duì)糯玉米品種選育與改良具有重要意義[19]。糯玉米主要以鮮食為主,品質(zhì)是衡量糯玉米種質(zhì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要指標(biāo),糯玉米品質(zhì)一般采用淀粉品質(zhì)和食用品質(zhì)的衡量標(biāo)準(zhǔn)。本研究對(duì)收集到的198份糯玉米種質(zhì)進(jìn)行淀粉品質(zhì)和食用品質(zhì)分析,涵蓋了糯玉米4個(gè)適宜種植區(qū)即東南區(qū)、西南區(qū)、黃淮海區(qū)和東華北區(qū)的主栽品種,較全面反應(yīng)我國(guó)糯玉米品質(zhì)特點(diǎn),在一定程度上可以反映我國(guó)現(xiàn)階段糯玉米育種特點(diǎn)和水平。通過(guò)比較198份糯玉米種質(zhì)的淀粉糊化特性發(fā)現(xiàn),除峰值時(shí)間和糊化溫度外,峰值黏度、谷值黏度、崩解值、終值黏度、回復(fù)值的變異系數(shù)在10%以上,同王慧等[20]糯玉米主栽品種的研究結(jié)果相比,研究供試材料在變異系數(shù)有所提高,說(shuō)明近年來(lái)隨著我國(guó)玉米育種手段和雜優(yōu)模式的不斷創(chuàng)新,我國(guó)糯玉米遺傳基礎(chǔ)得以擴(kuò)寬,遺傳變異不斷豐富。糯玉米淀粉的性質(zhì)因品種不同而有所差異,所以不同糯玉米淀粉糊化特性也存在顯著差異。本研究發(fā)現(xiàn)198份糯玉米種質(zhì)的峰值黏度、谷值黏度、崩解值、終值黏度、回復(fù)值、峰值時(shí)間和糊化溫度等糊化特征值差異達(dá)極顯著水平?？琢钇降萚9]和陸大雷等[15]研究也發(fā)現(xiàn)不同玉米品種間峰值黏度、谷值黏度、崩解值等差異顯著。說(shuō)明糊化特征值主要受品種基因型影響,這可能是由于不同品種的淀粉分子長(zhǎng)度和淀粉粒結(jié)晶類型存在差異,進(jìn)而影響淀粉的糊化特征值。

3.3 糊化特性與品質(zhì)的相互關(guān)系

玉米的品質(zhì)是決定其價(jià)格和市場(chǎng)接受度的重要因素之一[21]。品質(zhì)通常用淀粉的糊化特性指標(biāo)來(lái)衡量。分析玉米淀粉糊化特性與品質(zhì)的相互關(guān)系,對(duì)揭示玉米品質(zhì)的形成機(jī)理、科學(xué)地制定育種策略,提高玉米育種水平具有重要意義。目前,淀粉特性在作物品質(zhì)研究中越來(lái)越受到重視,尤其是淀粉糊化特性,因其具有快速、簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、重復(fù)性好[7]等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在如小麥[22]、水稻[8]等作物品質(zhì)研究。侯夫云等[23]以山東3個(gè)甘薯品種,通過(guò)比較它們的終值黏度、回復(fù)值,篩選出食味品質(zhì)最優(yōu)的甘薯品種,最終篩選出適合粉條加工甘薯品種。曠娜等[24]研究表明,再生季稻米糊化溫度越低、糊化時(shí)峰值黏度越大、崩解值越大、最終膠黏度越小、消減值越小、起始糊化溫度越低,其蒸煮食味品質(zhì)越好。程玉靜等[6]分析了63份糯玉米淀粉RVA 譜各特征值與食味品質(zhì)間的關(guān)系,通過(guò)峰值黏度、谷值黏度、崩解值、峰值時(shí)間篩選出食味品質(zhì)較優(yōu)的的糯玉米。本研究發(fā)現(xiàn)峰值黏度、谷值黏度和崩解值與糯玉米食味品質(zhì)總分呈正相關(guān),這3個(gè)糊化特性值越高,食味品質(zhì)越好,它們可用于評(píng)價(jià)糯玉米食味品質(zhì)優(yōu)劣,快速篩選糯玉米優(yōu)質(zhì)品種,其中崩解值是評(píng)價(jià)糯玉米品質(zhì)好壞最重要的指標(biāo)。這可能是因?yàn)椴煌魑锓N類及同一作物種類不同品種導(dǎo)致用于評(píng)價(jià)食用品質(zhì)的淀粉糊化特征值也不同。

4 結(jié)論

4個(gè)適宜種植區(qū)198份糯玉米品種淀粉糊化特性存在顯著差異。東南區(qū)的峰值黏度、谷值黏度、終值黏度最高,表明其具有較好的食味品質(zhì),食味品質(zhì)總評(píng)分優(yōu)于西南區(qū)、黃淮海區(qū)和東華北區(qū),為86.8分。相關(guān)性分析表明淀粉糊化特性與食味品質(zhì)關(guān)系密切。結(jié)果表明,糯玉米品種的糊化特性因品種不同而存在差異,這可能是由不同品種的淀粉分子長(zhǎng)度和淀粉粒結(jié)晶類型存在差異,導(dǎo)致品種淀粉糊化特性的差異。