不同基因型糯性大麥籽粒抗性淀粉含量及積累特性分析

張想平，1969年生，研究員，甘肅省優秀專家，享受國務院政府特殊津貼專家，主要從事大麥育種栽培及青稞產品加工技術研發。育成農作物新品種12個，取得農業部植物新品種保護授權6個，其中啤酒大麥專用品種甘墾啤7號以國家北方區試第1名通過國審，育成的甘墾5號是國內第1個糯青稞品種，以及全糯青稞品種甘墾糯2號、高膳食纖維和β-葡聚糖青稞品種甘墾糯3號，均已實現產業化；獲授權國家發明專利15項，獲省部級獎3項，2項技術獲評“中國好技術”，4項技術被科技日報報道。現任國家大麥青稞產業技術體系武威綜合試驗站站長兼體系執行專家組成員，中國作物學會大麥青稞專業委員會副會長兼常務理事，中國作物學會“大麥青稞營養健康食品與加工技術傳播專家團隊”專家成員。

摘 要：為探明直鏈淀粉、支鏈淀粉和β-葡聚糖對抗性淀粉合成的影響，以30份不同基因型糯性大麥為試驗材料，分別測定開花后期（灌漿初期）7、14、21d和成熟期淀粉各組分、β-葡聚糖含量及抗性淀粉含量。結果表明：30份不同基因型大麥成熟籽粒淀粉組分、β-葡聚糖含量和抗性淀粉含量表現出顯著差異。抗性淀粉含量范圍為0.28%～1.22%，平均值為0.56%，品系西C1抗性淀粉含量最高，為1.22%，甘墾糯3號次之，為0.91%；抗性淀粉含量最低的兩個品系為2014（7）-5-1-2（0.28%）、2014（1）-1-2-1（0.29%）。隨著灌漿進程推進，甘墾糯3號抗性淀粉含量呈升高趨勢，成熟期達到最大值；品系2014（1）-1-2-1呈先升高再降低的趨勢，品系西C1和品系2014（7）-5-1-2則與品系2014（1）-1-2-1的變化趨勢正好相反。30份大麥材料中有13個材料β-葡聚糖含量高于6%，是典型的高β-葡聚糖材料，其中中糯8號的β-葡聚糖含量高達8.59%。直鏈淀粉含量范圍為1.81%～18.54%，支鏈淀粉含量范圍為81.46%～98.19%，30份大麥材料中有22份材料支鏈淀粉含量＞90%，是高支鏈淀粉材料。30份不同基因型大麥籽粒抗性淀粉含量不同，抗性淀粉積累特性不同。相關分析表明，抗性淀粉含量與直鏈淀粉含量呈極顯著正相關，與β-葡聚糖含量呈顯著負相關。

關鍵詞：大麥；抗性淀粉；積累特性；支鏈淀粉；直鏈淀粉；β-葡聚糖

中圖分類號：S512.3 文獻標志碼：A 文章編號：0253?2301（2024）06?0001?06

DOI：10.13651/j.cnki.fjnykj.2024.06.001

收稿日期：2024?04?16

作者簡介：張燕，女，1991年生，助理研究員，主要從事青稞育種及功能成分檢測。

＊通信作者：張想平，男，1969年生，研究員，主要從事大麥育種栽培及青稞產品加工技術研發（E-mail：13893537823@163.com）。

基金項目：甘肅省青年基金項目（22JR11RA284）；國家大麥青稞產業技術體系（CARS-05）。

Analysis of Resistant Starch Content and Accumulation Characteristics in the Glutinous Barley Grains with Different Genotypes

ZHANG Yan，CAI Xiao-bin，WANG Lei，ZHAO Hai-peng，MA Shu-lin，

XU Ye，TANG Hui-chun，ZHANG Xiang-ping＊

（Gansu Academy of Agricultural Engineering Technology，Lanzhou，Gansu730000，China）

Abstract：In order to explore the effects of amylose，amylopectin and β-glucan on the synthesis of resistant starch，30glutinous barley with different genotypes were used as the experimental materials to determine the starch components，β-glucan content and resistant starch content at7，14，and21days after flowering（early grain-filling stage），and the maturation period.The results showed that there were significant differences among the starch components，β-glucan content and resistant starch content in the mature grains of30barley materials with different genotypes.The content of resistant starch ranged from0.28%to1.22%，with an average value of0.56%.The content of resistant starch in the strain Xi C1was the highest（1.22%），followed by Gankennuo No.3（0.91%）.The two strains with the lowest content of resistant starch were2014（7）-5-1-2（0.28%）and2014（1）-1-2-1（0.29%）.With the advance of grain filling process，the content of resistant starch in Gankennuo No.3showed an increasing trend，and reached the maximum at the maturation period.The strain2014（1）-1-2-1showed atrend of first increasing and then decreasing，while the variation trends for the strain Xi C1and strain2014（7）-5-1-2were exactly opposite to that of the strain2014（1）-1-2-1.Among the30barley materials，the contents of β-glucan in13materials were higher than6%，indicating that they were typical high β-glucan materials.The content of β-glucan in Zhongnuo No.8was as high as8.59%.The amylose content ranged from1.81%to18.54%，and the amylopectin content ranged from81.46%to98.19%.Among the30barley materials，the contents of amylopectin in22materials were more than90%，indicating that they were high-amylopectin starch materials.Thecontentsofresistantstarchin30barleygrainswithdifferentgenotypesweredifferent，andthe accumulation characteristics of resistant starch were also different.Therefore，the correlation analysis showed that the content of resistant starch was significantly positively correlated with the content of amylose，but was significantly negatively correlated with the content of β-glucan.

Key words：Barley；Resistant starch；Accumulation property；Amylopectin；Amylose；β-glucan

抗性淀粉（Resistant starch，RS）存在于很多含有淀粉的食物中，是近年來迅速為人們所熟知的一種新型低熱量功能性食品基料[1]。抗性淀粉最早是由英國生理學家Englyst首次提出的。1992年，聯合國糧農組織（FAO）將其定義為“在健康者小腸中不被吸收的淀粉及其降解產物”。抗性淀粉包括物理包埋淀粉（RS1）、抗性淀粉顆粒（RS2）、回生淀粉（RS3）以及化學修飾淀粉（RS4）4種類型，其中RS2、RS3是主要的商業化抗性淀粉類型，目前RS2約占抗性淀粉市場的43%以上，RS3約占抗性淀粉市場的40%左右。抗性淀粉作為一種新型膳食纖維，具有降低健康成年人的餐后葡萄糖和胰島素水平的作用[2]，對減肥瘦身、穩定血糖、降低膽固醇、抑制脂肪的吸收囤積具有正面效益。同時，結腸中的微生物菌群能將抗性淀粉發酵并產生短鏈脂肪酸[3]，可以降低腸道內的pH，調節腸道菌群和免疫功能，對人體健康具有極大的益處[4]。

抗性淀粉是一種具有特殊分子結構的淀粉，主要由凝沉之后的直鏈淀粉產生，大多研究表明抗性淀粉含量與直鏈淀粉含量顯著正相關[5?8]。抗性淀粉之所以被認為與直鏈淀粉有相關性，是因為其結晶體的存在，對抗性淀粉的形成有積極的作用[9?11]。蹇華麗等[12]認為直鏈淀粉高的抗性淀粉含量不一定高，但直鏈淀粉低的抗性淀粉含量一定低。可見直鏈淀粉含量不是影響抗性淀粉含量的唯一因素。抗性淀粉含量隨著直鏈/支鏈比率的升高而增加[13]，支鏈淀粉在抗性淀粉的形成過程中也具有一定的重要性[14]。作物品種不同抗性淀粉含量不同，張平等[15]研究表明小麥籽粒抗性淀粉含量為0.64%±0.11%，石勱等[16]研究結果則為2.80%±0.35%。環境及其與基因型互作對抗性淀粉含量也有顯著影響[17]。王琳等[18?19]研究表明，不同小麥品種抗性淀粉含量存在顯著差異，同時產地不同也影響著抗性淀粉含量。大麥、小麥、水稻、玉米等直鏈及支鏈淀粉的累積規律有較多研究[20?21]，但大麥抗性淀粉在籽粒灌漿過程中的積累特征的研究尚未見報道。因此，本研究以不同基因型糯大麥為材料，對不同基因型糯大麥在籽粒灌漿過程中抗性淀粉含量及積累規律進行研究，旨在探明抗性淀粉的累積規律，以及在灌漿進程中抗性淀粉和支鏈淀粉、直鏈淀粉、β-葡聚糖的相關性，探明直鏈淀粉、支鏈淀粉和β-葡聚糖對抗性淀粉合成的影響，為大麥抗性淀粉合成機理研究奠定基礎。

1材料與方法

1.1試驗材料

甘肅省農業工程技術研究院已有的30份糯性大麥種質。

1.2試驗方法

試驗在甘肅省農業工程技術研究院原種場試驗田（103°15′E，37°30′N）進行。試驗地前茬為大麥，土壤肥力適中，全生育期施磷二銨300kg·hm?2，尿素225kg·hm?2，基肥一次性施入。試驗采用隨機區組排列，每個品種為1個處理，小區面積10m2，小區長5.0m，寬2.0m，株距25cm。田間統一管理，2023年3月中旬種植，開花中后期（灌漿初期）開始選取株高、穗型大小基本一致的健康麥穗，105℃殺青30min，75℃烘至恒重，每隔7d取樣1次，連續取4次，待全部樣品取完之后統一測定。將樣品粉碎后過40目篩，分組編號備用，測定每個樣品的抗性淀粉、直/支鏈淀粉和β-葡聚糖含量，每個樣品重復測定3次，取平均值。

1.3測定項目及方法

1.3.1抗性淀粉含量測定 采用Megazyme公司生產的抗性淀粉試劑盒測定抗性淀粉含量。用a-胰腺淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶將樣品中非抗性淀粉水解為葡萄糖，然后加入乙醇，經離心獲得抗性淀粉顆粒，將之溶于氫氧化鉀溶液，用淀粉葡萄糖苷酶水解成葡萄糖后，與葡萄糖氧化酶-過氧化物酶反應產生顯色復合物，在510nm測定其吸光度值。

1.3.2支鏈淀粉含量測定 采用Megazyme公司生產的直鏈淀粉/支鏈淀粉試劑盒測定直鏈淀粉占總淀粉的比例，根據總淀粉含量計算支鏈淀粉和直鏈淀粉含量。樣品通過加熱完全地溶解在DMSO里，用乙醇沉淀淀粉去除其中的脂質，回收沉淀的淀粉，用醋酸鹽溶液溶解沉淀的樣品，加入ConA，特異性沉淀支鏈淀粉，離心去除沉淀。單位體積上清液中的直鏈淀粉用酶水解為D-葡萄糖，然后用葡萄糖氧化酶-過氧化物酶試劑進行測定。另外一份單位體積醋酸鹽溶液中的總淀粉同樣用酶水解為D-葡萄糖，然后加入葡萄糖氧化酶-過氧化物酶，用比色法測定。直鏈淀粉在總淀粉中的含量是ConA沉淀樣品的上清液與總淀粉樣品在510nm處的吸光度值之比。

1.3.3β-葡聚糖含量測定 采用Megazyme公司生產的β-葡聚糖試劑盒測定β-葡聚糖含量。樣品水化后加入真菌多糖酶在pH6.5緩沖液中培養，提取液離心（或過濾）后加入β-葡萄糖苷酶，在葡萄糖氧化酶-過氧化酶緩沖液保護下產生葡萄糖，在510nm測定其吸光度值。

1.4數據處理采用Excel2010和SPSS21.0進行數據整理及分析。

2結果與分析

2.1大麥籽粒灌漿過程抗性淀粉積累特性

不同基因型大麥開花中后期至成熟期的籽粒淀粉組分、β-葡聚糖含量和抗性淀粉動態變化見圖1。由圖1A可以看出，隨著灌漿進程推進，甘墾糯3號和品系2014（7）-5-1-2的直鏈淀粉含量呈先升高后降低的趨勢，在21d有峰值；品系2014（1）-1-3-1呈先升高后降低再升高的趨勢，在14d有峰值；品系2014（1）-1-2-1和西C1呈先降低后升高再降低的趨勢，在14d有個低谷值，21d有個峰值。由圖1B可知，甘墾糯3號和品系2014（7）-5-1-2的支鏈淀粉含量呈先降低后升高的趨勢；品系2014（1）-1-3-1呈先降低后升高的趨勢；品系2014（1）-1-2-1和西C1呈先升高后降低的趨勢。由圖1C可知，隨著灌漿進程推進，品系2014（7）-5-1-2β-葡聚糖含量呈先降低再升高后降低的趨勢，甘墾糯3號、品系2014（1）-1-3-1、2014（1）-1-2-1和西C1均呈先上升后降低的趨勢，甘墾糯3號、品系2014（1）-1-3-1和西C1在21d有峰值，品系2014（1）-1-2-1在成熟期有峰值。由圖1D可知，隨著灌漿進程推進，甘墾糯3號抗性淀粉含量呈升高趨勢，成熟期達到最大值；品系2014（1）-1-3-1呈先升高后降低再升高的趨勢，在14d有峰值；品系2014（1）-1-2-1呈先升高再降低的趨勢，品系西C1呈先降低再升高的趨勢，品系2014（7）-5-1-2呈先降低再升高后降低的趨勢。

綜合5個不同基因型大麥抗性淀粉含量的變化規律發現，花后14～21d抗性淀粉的累積速率較快，花后21d至成熟期抗性淀粉積累相對緩慢，灌漿后期各基因型大麥抗性淀粉含量的累積緩慢，是不同基因型大麥成熟籽粒中抗性淀粉含量最終差異的原因。由此得出，灌漿后期至成熟期籽粒抗性淀粉含量的累積是造成基因型間抗性淀粉含量差異的主要原因。

2.2成熟大麥籽粒淀粉組分、β-葡聚糖及抗性淀粉含量

由表1可知，30份不同基因型大麥成熟籽粒抗性淀粉、直鏈淀粉、支鏈淀粉和β-葡聚糖含量均表現出顯著差異。抗性淀粉含量范圍為0.28%～1.22%，平均值為0.56%，有1份材料抗性淀粉含量超過1%，為1.22%，其余材料均小于1%。β-葡聚糖含量范圍為3.39%～8.59%，平均值為5.74%，有13個材料β-葡聚糖含量高于6%，是典型的高β-葡聚糖材料，其中中糯8號β-葡聚糖含量高達8.59%，品系2019-1127β-葡聚糖含量8.02%。直鏈淀粉含量范圍為1.81%～18.54%，支鏈淀粉含量范圍為81.46%～98.19%，30份大麥材料中有22份材料支鏈淀粉含量＞90%，是高支鏈淀粉材料。

2.3大麥籽粒灌漿過程淀粉組分、β-葡聚糖與抗性淀粉含量的相關性

由表2可知，大麥籽粒灌漿過程中抗性淀粉含量與直鏈淀粉含量呈正相關，與支鏈淀粉含量和β-葡聚糖含量呈負相關。β-葡聚糖含量與支鏈淀粉含量呈極顯著正相關，與直鏈淀粉含量呈極顯著負相關。

3討論

淀粉由支鏈淀粉和直鏈淀粉組成，大麥籽粒中含有55%～65%的淀粉，一般直鏈淀粉占總淀粉含量的20%～25%，有研究發現直鏈淀粉在抗性淀粉形成過程中發揮著重要作用，兩者呈顯著正相關[22]。但也有研究表明，并非直鏈淀粉含量越高，抗性淀粉含量越高[22]。楊光等[23]研究認為，直鏈淀粉參與了抗性淀粉的形成，支鏈淀粉不利于抗性淀粉的形成。朱輝明等[24]研究發現，抗性淀粉含量與基因型緊密相關，稻米抗性淀粉含量最高為2.1%，最低為1.0%，甘薯抗性淀粉含量最高為23.7%，最低為16%。趙春艷等[25]研究發現不同大麥品種抗性淀粉含量以二棱、紫色皮大麥含量為高。王琳等[18?19]測定了200份小麥材料的抗性淀粉含量，發現不同小麥品種抗性淀粉含量顯著差異，同時也受產地的影響。本試驗結果表明，不同基因型大麥抗性淀粉含量的變化規律不盡相同，甘墾糯3號抗性淀粉含量隨著灌漿進程的推進而逐漸增加，在成熟期達到最大值；品系2014（1）-1-3-1呈先升高后降低再升高的趨勢，在14d有峰值；品系2014（1）-1-2-1呈先升高再降低的趨勢，品系西C1呈先降低再升高的趨勢，品系2014（7）-5-1-2呈先降低再升高后降低的趨勢。花后14～21d，抗性淀粉的累積速率較快，花后21d至成熟期積累相對緩慢，灌漿后期各基因型大麥抗性淀粉含量的累積出現一些停滯，致使成熟籽粒中抗性淀粉含量的最終差異。本試驗結果與前人研究有一定的差異，可能存在著一定的試驗誤差和采樣時間不準而導致抗性淀粉累積過程含量的差異。在籽粒灌漿末期，總淀粉的累積達到穩定狀態，控制抗性淀粉合成酶活性高的品種，抗性淀粉含量明顯增加。說明高抗性淀粉在末期抗性淀粉仍在累積，同時也表現出與低抗性淀粉品種的差異[26]。臧慧等[27]研究發現β-葡聚糖含量在整個灌漿期呈逐漸上升趨勢，成熟期達到最大值。王蕾等[28]研究表明，β-葡聚糖含量與直鏈淀粉含量、直鏈淀粉/支鏈淀粉比呈極顯著負相關，與支鏈淀粉含量呈正相關。成熟大麥籽粒中直鏈淀粉含量越低，β-葡聚糖含量越高。本研究主要探討了抗性淀粉與直鏈淀粉、支鏈淀粉及β-葡聚糖之間的相關性，并未對抗性淀粉、淀粉各組分、β-葡聚糖代謝過程作研究，為了深入探索其合成過程及相互作用，有必要對代謝相關酶等影響因素作進一步分析。

4結論

不同基因型大麥籽粒抗性淀粉含量及變化規律不盡相同，灌漿后期至成熟期大麥籽粒抗性淀粉含量的累積是造成基因型間抗性淀粉含量差異的主要原因。隨著灌漿進程，抗性淀粉含量與直鏈淀粉含量正相關，與支鏈淀粉含量和β-葡聚糖含量呈負相關，β-葡聚糖含量與支鏈淀粉含量正相關，與直鏈淀粉含量負相關。

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（責任編輯：林玲娜）