香菇雜交選育新菌株的氨基酸特征及蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值評價

李巧珍,張美彥,劉建雨,尚曉冬,李 玉,周 峰,譚 琦,宋春艷

(國家食用菌工程技術(shù)研究中心,農(nóng)業(yè)部應(yīng)用真菌資源與利用重點開放實驗室,上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院食用菌研究所,上海201403)

香菇是我國產(chǎn)量居首位的食用菌,其風(fēng)味獨特[1],具有較高的營養(yǎng)和藥用價值[2-5],已被聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織推薦為高營養(yǎng)價值的食用菌和有價值的藥用化合物的來源[6]。香菇具備高蛋白、低脂肪的特點,是優(yōu)質(zhì)的膳食蛋白來源,其蛋白質(zhì)品質(zhì)優(yōu)于許多果蔬和作物[7-9]。

蛋白質(zhì)的含量和品質(zhì)是食品營養(yǎng)價值的重要評價指標(biāo)[10-11]。其評價方法主要包括傳統(tǒng)的依據(jù)氨基酸平衡理論提出的氨基酸評分(AAS)、化學(xué)評分(CS)、氨基酸比值系數(shù)(RC)、氨基酸比值系數(shù)分(SRC)和必需氨基酸指數(shù)(EAAI)及近幾年依據(jù)人群適應(yīng)性、蛋白質(zhì)生物利用率和生物矩陣等因素提出的WHO∕FAO∕UNU和IOM模式譜[9,12-15]。

雜交育種能夠使雙親性狀優(yōu)勢互補,是目前香菇新品種選育中最有效、最重要的技術(shù)手段[16]。當(dāng)前香菇新品種的選育主要圍繞菌齡、產(chǎn)量、菇型、菌蓋厚度、菌柄長短等農(nóng)藝性狀和環(huán)境適應(yīng)性等栽培特性開展[17-19]。‘L808’子實體中大型,朵型圓正,肉質(zhì)厚,組織致密,白色,不易開傘,抗逆性強(qiáng),適應(yīng)性廣,中偏高溫型中熟品種,菌齡90—120 d,出菇溫度10—25℃[20]。‘申香18’子實體單生,菇型圓整,菌蓋深棕色,菌肉緊實,產(chǎn)量高,適應(yīng)性廣,中溫中熟品種,菌齡75—85 d,出菇溫度10—22℃[21]。前期研究發(fā)現(xiàn),在現(xiàn)有廣適主栽品種中,‘L808’粗蛋白含量處于中等水平,‘申香18’粗蛋白含量較低,但‘申香18’的必需氨基酸在總氨基酸中的占比、蛋白中總必需氨基酸的含量、每種必需氨基酸的AAS評分、反映氨基酸平衡性的EAAI值以及反映食物蛋白質(zhì)能提供人體必需氨基酸需要量的能力的蛋白質(zhì)校正氨基酸計分(PDCAAS值)均最高。本研究對香菇親本菌株‘L808’和‘申香18’以及單孢雜交選育的農(nóng)藝性狀優(yōu)良的10個雜交菌株進(jìn)行氨基酸特征及蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值評價,并對香菇雜交育種蛋白的遺傳分化進(jìn)行初探,以期為篩選優(yōu)質(zhì)蛋白香菇加工和育種材料提供科學(xué)依據(jù),以更加有效地開展優(yōu)質(zhì)蛋白香菇品種的選育。

1 材料與方法

1.1 供試菌株與試劑

供試菌株:‘申香18’、‘L808’以及10株雜交選育新菌株由上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院食用菌研究所提供。

試劑:緩沖液和茚三酮購于日本日立集團(tuán)。氫氧化鈉、濃硫酸、硼酸、氯化鈉、甲基紅、檸檬酸、溴甲酚綠、濃鹽酸、檸檬酸鈉、氫氧化鋰,為分析純,購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9145A鼓風(fēng)干燥箱,上海恒科技術(shù)有限公司;QE-100高速粉碎機(jī),浙江屹立工貿(mào)有限公司;Foss 8400全自動凱氏定氮儀,丹麥FOSS公司;L8900全自動氨基酸分析儀,日本日立公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 栽培及取樣

于上海金山星秀食用菌種植專業(yè)合作社進(jìn)行常規(guī)袋料栽培出菇,在菌膜剛要拉開時進(jìn)行采收,放入鼓風(fēng)干燥箱中烘至恒重,用QE-100高速粉碎機(jī)粉碎,過80目篩(孔徑0.177 mm)。

1.3.2 粗蛋白測定

采用全自動凱氏定氮儀依據(jù)GB 5009.5—2016標(biāo)準(zhǔn)[22]測定供試菌株子實體的含氮量,粗蛋白含量=6.25×氮含量。

1.3.3 水解氨基酸測定

依據(jù)GB∕T 15399—1994[23]中的過氧化酸氧化合并酸水解法利用氨基酸自動分析儀測定半胱氨酸含量,根據(jù)GB 5009.124—2016[24]中的酸水解法測定其余氨基酸含量。

1.3.4 氨基酸營養(yǎng)特征和蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值分析

氨基酸評分(Aminoacid score,AAS)、化學(xué)評分(Chemical score,CS)、IOM評分、氨基酸比值系數(shù)分(Score of RC,SRC)、氨基酸比值系數(shù)(Ratio coefficient,RC)、必需氨基酸指數(shù)(Essential amino acid index,EAAI)和蛋白質(zhì)校正氨基酸計分(Protein digestibility corrected amino acids score,PDCAAS)參考文獻(xiàn)[8,9,25]中方法計算得出。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析

選取3個不同的小區(qū),每個小區(qū)放置60個菌棒進(jìn)行出菇試驗,試驗檢測樣品為3個小區(qū)均勻混合樣品,3次重復(fù),結(jié)果用均值和標(biāo)準(zhǔn)差表示,采用SPSS 25.0軟件進(jìn)行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 10個雜交選育新菌株的粗蛋白含量

如圖1所示,10株雜交選育新菌株的粗蛋白含量為19.72%—25.26%,除15L2、15L22菌株外,其余子代的粗蛋白含量均顯著高于親本。15L19的粗蛋白含量最高,為25.26%,15L21次之,為25.00%,二者無顯著差異,其次為15L18(為24.41%)和15L15(24.32%)。

圖1 10個雜交選育新菌株及其親本的粗蛋白含量Fig.1 Crude protein content in 10 new hybrid strains and parents

2.2 10個雜交選育新菌株的氨基酸組成

從圖2可以看出,子代菌株15L18(168.48 mg∕g)、15L21(167.25 mg∕g)、15L15(166.00 mg∕g)和15L16(157.44 mg∕g)氨基酸總量與高親菌株‘L808’無顯著差異。子代15L15必需氨基酸總量最高,為69.44 mg∕g,高于高親菌株‘L808’(69.25 mg∕g),與15L18(67.43 mg∕g)、15L21(65.79 mg∕g)和15L16(64.04 mg∕g)菌株無顯著差異。必需氨基酸在總氨基酸中所占比例最高的為15L2菌株,為45.37%,其次為15L13(42.63%)、15L15(41.81%)和15L22(41.59%),均高于兩親本菌株。

圖2 10個雜交選育新菌株及其親本的氨基酸組成Fig.2 Amino acids composition in 10 new hybrid strains and parents

2.3 10個雜交選育新菌株蛋白質(zhì)的營養(yǎng)評估

2.3.1 10個雜交選育新菌株蛋白中必需氨基酸組成

如表1所示,親本‘申香18’、‘L808’、子代15L2、15L15、15L16和15L18蛋白中必需氨基酸總量高于WHO∕FAO∕UNU模式值,子代中,15L2蛋白中必需氨基酸總量最高,其次為15L15。親本‘申香18’和‘L808’的所有單個必需氨基酸含量均高于WHO∕FAO∕UNU模式譜的值。10個子代菌株的蘇氨酸含量均高于WHO∕FAO∕UNU模式譜的值,且15L15蛋白中蘇氨酸含量最高;除15L2、15L19和15L22外,其余子代菌株纈氨酸含量均高于WHO∕FAO∕UNU模式譜的值,其中15L15蛋白中纈氨酸含量最高;除15L2和15L14外,其余菌株蛋氨酸+半胱氨酸含量均低于WHO∕FAO∕UNU模式譜的值,15L2菌株含量最高;除15L15和15L16外,其余菌株異亮氨酸含量均低于WHO∕FAO∕UNU模式譜的值;所有子代菌株的亮氨酸含量均低于模式譜的值;除15L15、15L16和15L18菌株的苯丙氨酸和酪氨酸之和高于WHO∕FAO∕UNU模式譜的值,且三者在0.05水平無顯著差異,其余菌株均低于模式譜的值;15L14、15L15和15L18菌株的賴氨酸含量高于WHO∕FAO∕UNU模式譜的值,其中15L15菌株的賴氨酸含量最高,其余菌株均低于模式譜的值;除15L2、15L19、15L20和15L22外,其余菌株的組氨酸的含量均高于WHO∕FAO∕UNU模式譜的值,其中15L15菌株蛋白中組氨酸含量最高。

表1 10個雜交選育新菌株及其親本蛋白中必需氨基酸的組成及比較分析Table 1 Comparison of essential amino acids in proteins of ten new hybrid strains and parents (mg·g-1 pro)

2.3.2 10個雜交選育新菌株蛋白中必需氨基酸營養(yǎng)特征

氨基酸評分(AAS)是當(dāng)前評價氨基酸營養(yǎng)價值的主要指標(biāo)[14]。如圖3所示,親本‘申香18’和‘L808’的所有必需氨基酸的AAS值均大于100,除15L2的蛋氨酸和半胱氨酸之和的AAS值高于兩親本菌株外,其余子代菌株的必需氨基酸的AAS值均低于親本菌株。蘇氨酸是所有香菇樣品中(除15L2)含量最高的氨基酸,亮氨酸是‘申香18’、‘L808’、15L2、15L13、15L14、15L20和15L22中第一限制氨基酸,蛋氨酸和半胱氨酸是其余菌株的第一限制氨基酸。

圖3 10個雜交選育新菌株及其親本的氨基酸評分Fig.3 Amino acids scores in 10 new hybrid strains and parents

由圖4可知,親本‘申香18’和‘L808’的所有必需氨基酸的IOM值均大于100,符合完全蛋白質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn),是除豆制品、肉類食品和蛋乳制品等傳統(tǒng)完全蛋白源外新的完全蛋白來源[11]。15L2的蛋氨酸和半胱氨酸之和的IOM值高于兩親本菌株,其余子代菌株的必需氨基酸的AAS值均低于親本菌株。此模式下所有香菇樣品的蘇氨酸、纈氨酸和異亮氨酸的IOM值均大于100,是香菇中含量較高的氨基酸。

圖4 10個雜交選育新菌株及其親本的IOM評分Fig.4 IOM scores in 10 new hybrid strains and parents

如圖5所示,親本‘申香18’的所有必需氨基酸的CS值均大于100,說明其蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值高于雞蛋蛋白,親本‘L808’的蘇氨酸、纈氨酸、賴氨酸和15L2的蛋氨酸和半胱氨酸的CS值大于100,是這些菌株中比較充足的必需氨基酸,除此之外,其余菌株的其余氨基酸的CS值均小于100,均遜色于雞蛋蛋白。此模式下,‘申香18’的第一限制氨基酸是異亮氨酸,‘L808’、15L2和15L14中的第一限制氨基酸是苯丙氨酸和酪氨酸,蛋氨酸和半胱氨酸是其余菌株的第一限制氨基酸。

圖5 10個雜交選育新菌株及其親本的化學(xué)評分Fig.5 Chemical scores in 10 new hybrid strains and parents

2.3.3 10個雜交選育新菌株蛋白中必需氨基酸平衡評價及蛋白質(zhì)校正氨基酸計分

SRC、EAAI是基于氨基酸平衡理論提出的,被廣泛用于評價蛋白質(zhì)營養(yǎng)。如表2所示,15L2的SRC值為41.75,其余菌株的SRC值在71.25—77.55,高于大米(70.50),比雞蛋(81.22)略差。15L13的氨基酸平衡性最好,其次是親本‘L808’。除15L19和15L22,其余菌株EAAI值均大于95,說明各菌株蛋白質(zhì)中必需氨基酸的分布與各參照模式相比較為均衡。

表2 10個雜交選育新菌株及其親本蛋白中必需氨基酸平衡評價及蛋白質(zhì)校正氨基酸計分Table 2 SRC,EAAI and PDCAAS of essential amino acids in proteins of 10 new hybrid strains and parents

蛋白質(zhì)校正氨基酸計分(PDCAAS)為經(jīng)蛋白質(zhì)消化率校正過的AAS,可反映食物蛋白質(zhì)能提供人體必需氨基酸需要量的能力[26]。12個香菇菌株的PDCAAS值在0.17—0.89,親本‘申香18’和‘L808’分別為0.89和0.74,比其余子代菌株能提供人體必需氨基酸需要量的能力強(qiáng)。

3 結(jié)論與討論

蛋白質(zhì)是食物營養(yǎng)成分的重要組成,蛋白質(zhì)的品質(zhì)與氨基酸和蛋白質(zhì)的含量,尤其是人體必需氨基酸的含量和組成比例息息相關(guān)。本試驗中,12株菌株的粗蛋白含量在14.87%—25.26%,15L2、15L22菌株和親本的粗蛋白含量差異不顯著,其余子代的粗蛋白含量顯著高于親本,雜種優(yōu)勢較明顯。除15L20和15L21外,其余菌株必需氨基酸在總氨基酸中的占比均超過40%,符合FAO∕WHO提出的理想蛋白模式要求。綜合子實體中粗蛋白含量以及蛋白中必需氨基酸總量和必需氨基酸在總氨基酸中的占比來看,15L15菌株優(yōu)于兩親本菌株,且在10個子代菌株中綜合表現(xiàn)較優(yōu)。含硫氨基酸、賴氨酸是膳食蛋白質(zhì)中最常缺乏的必需氨基酸[27]。賴氨酸參與蛋白質(zhì)合成,能增強(qiáng)免疫力、促進(jìn)人體發(fā)育[28]。親本‘申香18’和‘L808’的蛋白中必需氨基酸總量和單個氨基酸含量均高于WHO∕FAO∕UNU模式譜的值,是優(yōu)質(zhì)的蛋白源,15L14、15L15和15L18菌株的賴氨酸含量以及15L2和15L14菌株的蛋氨酸+半胱氨酸含量高于WHO∕FAO∕UNU模式譜的值,這些菌株與谷物食品搭配食用可以彌補賴氨酸等的不足。必需氨基酸在總氨基酸中所占比例最高的為15L2菌株,為45.37%,其次為15L13(42.63%)、15L15(41.81%)和15L22(41.59%),均高于兩親本菌株,表現(xiàn)出雜種優(yōu)勢。

在AAS、IOM和CS三種評分模式下,親本‘申香18’的值均大于100,是優(yōu)質(zhì)的蛋白源。15L2菌株的總必需氨基酸在總氨基酸中的占比以及蛋氨酸和半胱氨酸含量高于兩親本菌株和其余子代菌株,可以作為優(yōu)質(zhì)的蛋氨酸+半胱氨酸補充食物。在AAS評分模式下,部分菌株的第一限制性氨基酸為亮氨酸,其余菌株的第一限制性氨基酸為蛋氨酸和半胱氨酸。在CS評分模式下,親本‘申香18’的第一限制氨基酸是異亮氨酸,‘L808’、15L2和15L14中的第一限制氨基酸是苯丙氨酸和酪氨酸,蛋氨酸和半胱氨酸是其余菌株的第一限制氨基酸。纈氨酸與亮氨酸和異亮氨酸協(xié)同作用,能調(diào)節(jié)血糖、修復(fù)組織、促進(jìn)機(jī)體正常生長,并提供能量[13],從AAS和IOM的評分結(jié)果來看,蘇氨酸、纈氨酸、異亮氨酸是香菇中含量較高的氨基酸。本研究對香菇雜交育種蛋白的遺傳分化進(jìn)行了初探,可為篩選優(yōu)蛋白香菇加工和育種材料提供科學(xué)依據(jù),后續(xù)將利用更多的雜交群體對蛋白的遺傳效應(yīng)進(jìn)行研究。