40 份糜子資源淀粉組成及含量分析

邵歡歡，石甜甜，何杰麗，馮 穎，陳 凌，王海崗，王瑞云,，喬治軍

（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)文理學(xué)院，山西太谷030801；3.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)制重點(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）

糜子（Panicum miliaceum L.）又叫黍稷，為禾本科一年生草本植物，是世界上最古老的栽培作物之一[1]。糜子在歐亞大陸廣泛種植，在我國(guó)的栽培歷史至少有10 000 a，起源于我國(guó)西部地區(qū)[2]。糜子是禾本科植物中重要的經(jīng)濟(jì)作物[3-4]，具有與小麥和水稻相似的古老特性[5]，在我國(guó)歷史上，糜子曾起到維持國(guó)民生計(jì)的作用。糜子是異源四倍體，生長(zhǎng)周期短、抗旱耐瘠，是干旱半干旱地區(qū)的特色作物[6-8]。我國(guó)糜子種質(zhì)資源豐富，在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所國(guó)家基因庫(kù)共收集保存種質(zhì)資源9 885 份[8-10]。糜子是能量和蛋白的主要來(lái)源，營(yíng)養(yǎng)豐富，可以與小麥、水稻和玉米相比，其富含鈣、鐵、鉀、鎂、磷、鋅、膳食纖維、多酚類(lèi)、蛋白和大量人體必需的氨基酸，是我國(guó)北方居民的主食，同時(shí)也是黃酒制作原料，具有食品保健功能，越來(lái)越受到人們的關(guān)注[11-12]。

淀粉是水稻、小麥、玉米等作物籽粒的重要組成成分，為蒸煮食味品質(zhì)的主要決定因素，在水稻籽粒中占80%～90%[13-19]。根據(jù)分子結(jié)構(gòu)，淀粉包括支鏈淀粉和直鏈淀粉；依據(jù)直鏈淀粉的含量，糜子可分為粳性和糯性，其中，直鏈淀粉含量為4.5%～12.7%時(shí)呈粳性，小于3.7%時(shí)呈糯性[20]。迄今已有許多關(guān)于糜子淀粉的研究[13-17]，田翔等[13]通過(guò)單波長(zhǎng)法測(cè)定發(fā)現(xiàn)，80 份山西糜子直鏈淀粉的含量為0～27.96%，并且給出了不同含量范圍的材料，為品質(zhì)育種親本的選配提供了材料。王穎等[14]以陜西、甘肅、寧夏和山西4 個(gè)糜子主產(chǎn)區(qū)的7 份粳性糜子資源為試驗(yàn)材料，研究發(fā)現(xiàn)，淀粉含量為641.4～708.1 g/kg，平均為667.8 g/kg；直鏈淀粉含量為215.1～235.8 g/kg，平均為225.9 g/kg；支鏈淀粉含量為414.4～489.4 g/kg，平均為451.9 g/kg；淀粉顆粒呈棱角圓滑的多面體形，粒徑為4.32～11.04 μm（平均為7.48 μm）。張麗珍等[15]用雙波長(zhǎng)比色法測(cè)定了山西省河曲縣糯、粳2 種糜子面粉中淀粉和直鏈淀粉含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，前者分別為73.08%和68.31%，后者分別為0 和28.76%；糯、粳2 種淀粉中直鏈淀粉含量分別為8.21%和34.72%，支鏈淀粉含量分別為91.78%和65.28%。CHAO 等[16]調(diào)查糯性糜子淀粉特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其直鏈淀粉含量為0.21%。王瑞云等[7]分析Waxy 基因調(diào)控糜子淀粉粳糯性的分子機(jī)制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，含有S-15 等位變異的材料均呈糯性。但是，對(duì)我國(guó)不同糜子生態(tài)栽培區(qū)糜子資源淀粉組成和含量的研究尚不深入。

本研究擬用雙波長(zhǎng)比色法檢測(cè)11 個(gè)省/自治區(qū)糜子資源的淀粉組成和含量，以期為糜子食味品質(zhì)改良育種提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為來(lái)源于國(guó)內(nèi)11 個(gè)省/自治區(qū)的40 份糜子資源（表1）。

表1 40 份糜子試材明細(xì)

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 直鏈淀粉和支鏈淀粉測(cè)定波長(zhǎng)及參比波長(zhǎng)的確定 采用等吸收點(diǎn)作圖法繪制直鏈淀粉和支鏈淀粉的吸收曲線(xiàn)，直鏈淀粉和支鏈淀粉最大吸收波長(zhǎng)分別為λ1和λ3，直鏈淀粉和支鏈淀粉的參比波長(zhǎng)分別為λ2和λ4，作圖方法參照文獻(xiàn)[17]進(jìn)行。

1.2.2 直鏈淀粉和支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的繪制

分別吸取1 mg/mL 直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)溶液0.3，0.5，0.7，0.9，1.1，1.3 mL，依次放入6 個(gè)50 mL 容量瓶，各加蒸餾水30 mL，用0.1 mol/L HCl 溶液調(diào)節(jié)pH 值至3.5 左右；再分別加入碘試劑0.5 mL，并用蒸餾水定容至50 mL，混勻，顯色10 min。以蒸餾水為空白，在直鏈淀粉測(cè)定波長(zhǎng)λ1和參比波長(zhǎng)λ2下分別測(cè)定各自的吸光值，即Aλ1和Aλ2，2 個(gè)吸光值差（ΔA直＝Aλ1-Aλ2）。以ΔA直為縱坐標(biāo)，直鏈淀粉質(zhì)量濃度（μg/mL）為橫坐標(biāo)，繪制直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。

分別吸取1 mg/mL 支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)溶液2.5，3.0，3.5，4.0，4.5，5.0 mL，依次放入6 個(gè)50 mL 容量瓶，各加蒸餾水30 mL，用0.1 mol/L HCl 溶液調(diào)節(jié)pH值至3.5 左右，再分別加入碘試劑0.5 mL，并用蒸餾水定容至50 mL，混勻，顯色10 min。以蒸餾水為空白，在支鏈淀粉測(cè)定波長(zhǎng)λ3和參比波長(zhǎng)λ4下分別測(cè)定各自的吸光值，即Aλ3和Aλ4，2 個(gè)吸光值差（ΔA支＝Aλ3-Aλ4）。以ΔA支為縱坐標(biāo)，支鏈淀粉質(zhì)量濃度（μg/mL）為橫坐標(biāo)，繪制支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。

采用雙波長(zhǎng)比色法測(cè)定直鏈淀粉和支鏈淀粉含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 計(jì)算40 份糜子直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉含量的平均值（X）、標(biāo)準(zhǔn)差（SD），并制作直鏈淀粉含量、支鏈淀粉含量和淀粉含量的柱狀分析圖。

式中，50，50 分別為2 次定容的體積（mL），W1為含水量（%），W2為粗脂肪含量（%），2.5 為樣品液體積（mL），0.1 為脫脂的樣品質(zhì)量（g）。

2 結(jié)果與分析

2.1 直鏈淀粉、支鏈淀粉的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)

從圖1、圖2 可以看出，回歸方程分別為y＝0.008 1x＋0.082 0 和y＝0.003 6x-0.049 1，復(fù)相關(guān)系數(shù)R2分別為0.994 6 和0.999 6。

2.2 40 份糜子直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉含量分析

從表2 可以看出，40 份糜子直鏈淀粉含量介于0.00～20.34%，其中，31 號(hào)（青海黃卵糜）最高，4 號(hào)（山西晉黍1 號(hào)）最低；40 份糜子支鏈淀粉含量介于46.70%～69.61%，其中，5 號(hào)（山西晉黍3 號(hào)）最高，31 號(hào)（青海黃卵糜）最低；40 份糜子總淀粉含量介于58.43%～75.45%，其中，30 號(hào)（甘肅靖遠(yuǎn)縣穗長(zhǎng)紅糜子）最高，19 號(hào)（山西平定縣青糜子）最低。

基于胚乳直鏈淀粉含量劃分糜子類(lèi)型，結(jié)果列于表3。從表3 可以看出，糯性糜子有23 份，其中，優(yōu)質(zhì)糯性有1 份（晉黍1 號(hào)）；粳性糜子有17 份，其中，優(yōu)質(zhì)粳性有4 份。

2.3 40 份糜子淀粉含量分布情況

由圖3 可知，淀粉含量集中在63.5%～71.5%，其中，來(lái)自山西的糜子淀粉含量在各組距內(nèi)分布比較均勻；西北地區(qū)（青海、寧夏、甘肅）和山西部分地區(qū)直鏈淀粉含量分布比較均勻，幾乎每個(gè)組距內(nèi)都有分布，說(shuō)明這幾個(gè)地區(qū)的糜子淀粉含量多態(tài)性比較豐富；支鏈淀粉含量基本上分布均勻，西北（青海、寧夏）部分地區(qū)和山西陽(yáng)泉、大同部分地區(qū)含量相對(duì)較低。

表2 40 份糜子胚乳直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉含量分析 %

表3 糜子胚乳淀粉特性類(lèi)型

3 結(jié)論與討論

淀粉是糧食中主要的營(yíng)養(yǎng)成分，由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，對(duì)水稻、玉米等多種淀粉食物口感的研究表明，直鏈淀粉含量是影響適口性的因素之一[21-23]。作物中支鏈淀粉和直鏈淀粉含量與物種自身特性有關(guān)，分別為70%～90%和10%～30%；水稻、普通玉米、高直玉米、高粱和青稞直鏈淀粉含量分別為10%～25%，27%，55%～75%，1%～5%和10%～35%，而糯質(zhì)水稻和玉米中不含直鏈淀粉[24-28]。糜子穎果淀粉含量為67.6%～75.1%，其中，糜子中直鏈淀粉含量在粳性糜子中為4.5%～12.7%、在糯性糜子中低于3.7%，而優(yōu)質(zhì)糯性糜子幾乎不含直鏈淀粉[20，29]。姚亞平等[19]分析了3 份陜西糜子的理化性質(zhì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其直鏈淀粉含量為2.85%～19.30%。王瑞云等[7]研究了132 份中國(guó)糜子的粳糯性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，糯性糜子直鏈淀粉含量平均為3.5%。本研究發(fā)現(xiàn)，40 份糜子總淀粉含量介于58.43%～75.45%，糯性糜子的直鏈淀粉含量為0～2.58%，與上述研究結(jié)果基本相符；23 份糜子為糯性，17 份為粳性，這與以往對(duì)糜子Waxy 基因分型結(jié)果相符[7，30]。本研究還發(fā)現(xiàn)，優(yōu)質(zhì)糯性糜子資源3 份：4 號(hào)（晉黍1 號(hào)）、8號(hào)（粘黍）和26 號(hào)（紅糜子），其可以為糜子Waxy基因調(diào)控機(jī)制等基礎(chǔ)研究和育種親本選配等提供試驗(yàn)材料。

本研究還發(fā)現(xiàn)，40 份糜子材料的總淀粉含量為58.43%～75.45%，較田翔等[29]的檢測(cè)結(jié)果（67.6%～75.1%）寬泛，可能與本研究試材來(lái)源廣有關(guān)。來(lái)自山西的糜子直鏈淀粉含量分布比較均勻，說(shuō)明山西的糜子淀粉組分特性多樣性豐富，進(jìn)一步證實(shí)了糜子在山西以糯性為主。各地區(qū)糜子直鏈淀粉含量差異也較顯著，而淀粉含量差異不大。直鏈淀粉含量是影響糜子適口性的重要因素之一，各地區(qū)直鏈淀粉含量的差異可能與當(dāng)?shù)鼐用竦娘嬍称糜嘘P(guān)。本試驗(yàn)以來(lái)自我國(guó)11 個(gè)地區(qū)40 份糜子種質(zhì)資源為試材，取材廣泛，可以為我國(guó)糜子直鏈淀粉和淀粉含量的多樣性研究提供一定理論依據(jù)。迄今為止，我國(guó)的糜子生產(chǎn)和利用尚不充分，精深層次的加工力度偏低，缺乏對(duì)糜子藥用、飼用、外貿(mào)等特殊價(jià)值的深度挖掘和龍頭加工產(chǎn)業(yè)。糜子的淀粉組成含量、比例不同，使適口性存在差異，適口性由粳糯性控制，是重要的品質(zhì)指標(biāo)。由于人為選擇，淘汰某些適口性差或收益、出米率低的品種，是導(dǎo)致直鏈淀粉含量高的糜子資源種質(zhì)減少的原因之一。