‘川麥42’ב川農16’重組自交系的主要淀粉特性研究

代小梅，李 俏，鄧光兵，龍 海，余懋群，潘志芬*

(1.中國科學院成都生物研究所，四川 成都 610041；2.中國科學院大學，北京 100049)

【研究意義】小麥是人類飲食所需能量和蛋白質的重要來源[1]，其品質的提高對于滿足全球對高品質小麥制品的消費需求具有重要意義。淀粉是小麥籽粒的主要組分，占小麥籽粒干重的70 %左右[2]，淀粉的糊化特性和膨脹勢在很大程度影響著小麥的加工性能和產品的最終質量[3]。膨脹勢與面條的食用品質高度相關[4-5]，膨脹勢高，面條質地、光滑度、彈性等較好[6]，糊化峰值粘度與小麥面包體積、中國饅頭色澤、面條食味等呈顯著正相關[5,7-10]，峰值時間、最低粘度、最終粘度、崩解值、回升值也與面條的品質顯著相關[6,11-12]。α-淀粉酶(EC 3.2.1.1)是主要的淀粉水解酶之一，屬于糖苷水解酶家族(glycoside hydrolase 13 family，GH13)，可以催化降解淀粉[13-14]，對淀粉糊化特性有顯著影響[15-16]。α-淀粉酶的活性可被硝酸銀抑制[16-17]，加入硝酸銀與不加硝酸銀測定的糊化峰值粘度差值可以快速預測成熟種子中α-淀粉酶活性，峰值粘度差值越大，α-淀粉酶的活性越高[18]?！厩叭搜芯窟M展】‘川麥42’和‘川農16’是兩個分別利用小麥族近緣屬種優異基因資源選育出的穗數穗粒并重型及穗數型高產品種，是四川省的主要推廣品種。四川省農科院作物所楊武云研究員通過單粒傳法構建了‘川麥42’ב川農16’重組自交系群體。目前對該群體的主要淀粉特性還未進行研究?！颈狙芯壳腥朦c及擬解決的關鍵問題】分析不同種植環境下‘川麥42’ב川農16’重組自交系群體的膨脹勢、糊化特性及α-淀粉酶活性對糊化特性的影響，旨在有效利用該群體，為小麥品質改良和優質小麥的選育提供基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為‘川麥42’與‘川農16’雜交構建的110個重組自交系(RILs)F8群體，于2015和2016年種植于中國科學院成都生物研究所雙流和什邡試驗基地。田間采用隨機區組設計，3次重復，每小區4行，行長1 m，行距20 cm，每行10穴，來自3個區組的同一材料混收。

1.2 方法

1.2.1 膨脹勢的測定 參照翟會生等[19]的測定方法，小麥全麥粉置于37 ℃烘箱中干燥過夜，稱量干燥的1.5 mL離心管重量，記為G1。稱取40 mg左右全麥粉于離心管中(每個樣品重復3次),重量記為G，再向離心管中加入1 mL蒸餾水密封后將水和全麥粉震蕩混勻，迅速于92.5 ℃水浴30 min并定時上下溫和的顛倒混勻，第1分鐘內上下顛倒混勻20次，第1.5、 2、 3、 4、 5、 7.5、 10、15、25分鐘時顛倒混勻兩次。水浴結束后將離心管置于20 ℃冷卻3 min，開始冷卻時先輕輕顛倒離心管2次，1.5 min時再輕輕顛倒離心管2次。冷卻后于12 000 r/min離心10 min，棄去上清液，70 ℃烘干1 h后取出放于干燥器中，冷卻后稱量離心管重量記為G2。計算膨脹勢：膨脹勢=(G2-G1)/G。

1.2.2 糊化特性的測定定 糊化特性的測定儀器為德國Brabender公司的微型粘度糊化儀(Brabender Micro Visco-Amylo-Graph)。稱取15 g全麥粉于測量杯中，加入100 mL蒸餾水或98 mL蒸餾水和2 mL 10 % AgNO3(m/v)溶液,攪拌均勻后進行測試。測試程序為：開始以7.5 ℃/min的升溫速率升溫，到92 ℃恒溫5 min后以7.5 ℃/min的速度降溫至50 ℃，保溫1 min，轉速為250 r/min。

1.2.3 α-淀粉酶活性的測定定 使用The CERALPHA 試劑盒測定α-淀粉酶活性。稱取50 mg全麥粉，加入α-淀粉酶提取緩沖液(Extraction Buffer solution，pH 5.4)500 μl，劇烈震蕩混勻，40 ℃水浴20 min，期間間歇混勻，水浴結束后于17 000 r/min離心10 min，取上清得到α-淀粉酶提取液。吸取15 μl反應底物(Amylase HR Reagent)于96孔板，加入15 μl α-淀粉酶提取液，混合充分后40 ℃水浴20 min，水浴結束后立即加入225 μl反應終止液(Stopping Reagent)，于400 nm波長下讀取待測液與空白對照液的吸光度值，二者之差即表示為樣品中總α-淀粉酶活性。

1.3 分析方法

利用SPSS Statstics 17.0、Excel軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 膨脹勢的變異及分布

在兩年三點的試驗環境中RILs群體材料膨脹勢都存在多樣性，其變異系數分別為8.84 %、10.96 %、12.03 %。膨脹勢在RILs群體中呈連續變異，存在超親現象，分布呈正態分布(圖1)。2015年什邡試點、2016年雙流試點、2016年什邡試點的變幅分別為7.08～11.93、8.62～12.95、7.50～13.29，平均值分別為9.89、10.70、9.84(圖2)。兩年三點的膨脹勢集中于9.00～11.00，此區段材料所占的比例為53.64 %～75.45 %。2015年什邡試點的膨脹勢與2016年什邡試驗點的膨脹勢的差異不顯著，而2016年雙流和什邡兩試驗點的膨脹勢具有顯著差異。結果表明不同種植地點對膨脹勢的影響大于年份間對膨脹勢的影響，這可能與土壤特性差異有關。

圖1 RILs群體的膨脹勢分布Fig.1 The frequency distribution of swelling power in the RILs of Chuanmai 42×Chuannong16

不同字母表示在0.05水平上差異顯著Different letters indicate signifcant difference at 0.05 levels圖2 不同環境RILs群體的膨脹勢Fig.2 Swelling power of RILs of Chuanmai42×Chuannong16 in different environments

2.2 群體材料的糊化特性差異

表1顯示，糊化參數變異系數為1.83 %～30.70 %，其中崩解值的變異系數最高。就3個不同環境而言，2015年雙流試驗點除峰值時間和峰值溫度外，其余糊化參數的變異系數都高于另外2個試驗環境。

RILs群體材料的各糊化參數在3個試驗環境中呈連續變異，均存在超親現象，分布趨勢基本一致且大致呈正態分布(圖3)。從糊化參數的分布來看，峰值時間、峰值溫度、峰值粘度、最低粘度、最終粘度、崩解值、回升值分別集中于5.00～6.00 min、85.0～89.0 ℃、900～1100 BU、600～800 BU、1000～1200 BU、200～400 BU、400～500 BU。就同一地點不同年份的材料的糊化特性比較，雙流試驗點在2015年的峰值時間顯著低于2016年，峰值溫度顯著高于2016年，而粘度參數差異不顯著；同一年份不同地點的材料的糊化特性比較發現，2016年雙流試驗點峰值溫度、峰值粘度、最低粘度顯著高于什邡試驗點，回升值顯著低于什邡試驗點，峰值時間、最終粘度和崩解值差異不顯著(表1)。結果表明，年份間對粘度參數的影響小于不同試驗點對粘度參數的影響。所以在優質小麥生產中，選擇適宜的種植地區是非常重要的。

表1 RILs群體的糊化特性Table 1 The Brabender parameters in the RILs of Chuanmai42×Chuannong16

注：PTime：峰值時間；PTemp峰值溫度；PV：峰值粘度；TV：最低粘度；FV：最終粘度；BD：崩解值；SB：回生值. 字母不同表示不同參數在不同環境的差異顯著。下同。
Notes：PTime=peak time；PTemp=pasting temperature；PV=peak viscosity；TV=trough viscosity； FV=final viscosity；BD=breakdown value；SB=setback value. Different letters show signifcant difference atP<0.05 of Brabender Parameters in different enviroments. The same as below.

2.3 RILs群體材料的α-淀粉酶活性差異

雙流、什邡兩試驗點不添加硝酸銀時的峰值時間、峰值溫度、峰值粘度、最低粘度、最終粘度、崩解值、回升值均顯著低于添加硝酸銀時所對應的糊化參數(圖4)，表明α-淀粉酶活性會顯著降低淀粉各糊化參數。以添加硝酸銀前后所測的峰值糊化粘度差值大小代表材料中α-淀粉酶活性大小差異。2016年雙流、什邡兩試驗點的峰值粘度差值在RILs群體中呈連續變異，均存在超親現象，分布趨勢基本一致且呈正態分布(圖5)。2016年雙流、什邡試驗點的峰值粘度差值變幅分別為119～820、164～878 BU，平均值分別為443、558 BU，RILs群體在什邡試驗點的峰值粘度差值顯著高于雙流試驗點，表明什邡試驗點RILs群體的α-淀粉酶活性顯著高于雙流試驗點。

3 討 論

‘川麥42’ב川農16’重組自交系群體在不同環境下種植，表現出的膨脹勢和糊化特性不同，但均出現連續變異，分布趨勢基本一致且大致呈正態分布，說明膨脹勢和糊化特性為多基因控制的數量性狀，這與前人研究結果一致[20-23]。本研究通過對三個環境下RILs群體的膨脹勢差異顯著性分析發現不同種植試驗點對膨脹勢的影響大于年份間對膨脹勢的影響，而Morris等人的研究發現年份間對膨脹勢的影響大于不同種植試驗點[24]。同樣，本研究發現不同年份對RILs群體的糊化特性影響也小于不同種植試驗點的影響。這可能與年份間的氣候差異大小或土壤肥力差異大小有關，本研究所得結果可能由于年份間氣候差異的影響小于不同種植試驗點的土壤特性差異所致。

α-淀粉酶作為小麥粉中一種重要的內源酶，可以催化淀粉的降解，也會影響面粉的吸水率和粘度及面團的發酵特性，從而影響小麥制品的最終質量。已有研究報道，不同的小麥材料的成熟種子中α-淀粉酶的活性有很大差異，從而使不同小麥淀粉特性差異擴大[18]。本研究發現RILs群體中α-淀粉酶活性差異仍然很大，而且隨種植環境不同而呈現不同的差異，什邡試驗點的α-淀粉酶的活性顯著高于雙流試驗點。因而，優質小麥選育中需要對α-淀粉酶活性進行評估。

PV：峰值粘度差值PV :Difference between peak viscosities with and without AgNO3圖5 RILs群體峰值粘度差值分布Fig.5 The frequency distribution of difference between peak viscosities with and without AgNO3 in the RILs of Chuanmai 42×Chuannong 16

4 結 論

‘川麥42’ב川農16’重組自交系群體的淀粉膨脹勢、糊化特性及α-淀粉酶活性差異很大，為多基因控制的數量性狀，受種植壞境影響很大，可根據育種需要選擇具有適宜淀粉特性指標的材料加以利用。