不同小麥品種抗性淀粉含量及其與其他淀粉品質性狀的關系

劉素君，姚永偉，高宏歡，杜晨陽，王晨陽，方保停，李向東，謝迎新，馬冬云

(1.河南農業大學農學院/國家小麥工程技術研究中心，河南鄭州 450046；2.河南省農業科學院小麥研究所，河南鄭州 450002)

淀粉是人類生存必不可少的碳水化合物。近年來，抗性淀粉由于其特殊功能，成為碳水化合物的一個熱門研究方向。抗性淀粉(RS)是指未被健康個體的小腸消化吸收的淀粉及其降解產物的總和[1]；具有較小的分子結構，不溶于水，其持水性是所有膳食纖維中最低的[2]。抗性淀粉具有較低能量，用其加工的食品可以達到控制體重、預防便秘、防止糖尿病、降低血脂含量、促進礦物質吸收等生理功能[3-7]。Englyst等[8]將抗性淀粉分為四類：物理包埋淀粉(RS1)、抗性淀粉顆粒或生淀粉(RS2)、回生淀粉或老化淀粉(RS3)以及化學修飾淀粉(RS4)。其中RS3經糊化和回生后形成，相對穩定，是最重要的一類抗性淀粉。RS被認為與直鏈淀粉有一定的相關性，由于其以結晶體形式存在，從而具有抗酶解性[9-10]。植物的RS含量與基因型密切相關。有研究發現，稻米RS含量較低，僅為1.0%～2.1%[11-12]；而甘薯RS含量較高，為16.0%～23.7%；環境及其與基因型互作對抗性淀粉含量也有顯著影響[13]。

小麥是世界上第三大作物，也是我國居民主食之一，其營養品質對人們的健康水平有重要意義。抗性淀粉含量作為小麥的一個新的品質性狀日益受到關注。秦海霞等[14]通過分析小麥的硬度Puroindoline b 位點7個近等基因系之間抗性淀粉含量的差異，認為Pina-D1a/Pinb-D1b基因型具有較高的抗性淀粉含量。龐 歡等[15]研究表明，在供試的6個春小麥品種中，安農90202抗性淀粉含量最高，為2.67%；D68-20的抗性淀粉含量最低，為 0.59%。劉樹興等[16]和王 琳等[17]的研究表明，抗性淀粉含量與直鏈淀粉含量呈極顯著正相關關系。

不同小麥品種的抗性淀粉含量存在顯著差異，且抗性淀粉含量受產地環境影響[17]。本研究選用河南省主推的30個小麥品種，分別在河南省7個地點種植，以探討基因型與環境對小麥抗性淀粉含量和其他品質性狀的影響及抗性淀粉含量與淀粉其他品質性狀的關系，旨在篩選優質專用小麥粉、提高小麥抗性淀粉含量的栽培措施、優化小麥品質和高抗性淀粉含量小麥品種的選育提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

供試品種包括百農201、百農207、百農307、新麥26、平安11等30個品種。分別于2016-2017年種植在河南省的原陽、商丘、許昌、開封、西華、西平、淇縣7個地點。田間管理按照當地常規高產麥田管理方式，防止病蟲草害發生。成熟期人工收獲、脫粒，籽粒室溫儲存2個月后進行磨粉及淀粉的制備，用于相關品質性狀測定。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 籽粒磨粉

小麥籽粒樣品采用ALBM實驗磨粉機(布勒LRMM804，無錫)制粉。

1.2.2 小麥淀粉的提取

稱取10 g面粉用MJ-III型面筋數量和質量測定儀(大成光電)洗面筋，得到淀粉漿，待淀粉漿靜置10～20 min后倒掉上清，淀粉漿3 000 r·min-1離心15 min，棄上清以及上層顏色深的部分，取下層純白色淀粉，置于通風干燥處晾干，粉碎之后過100目篩，得到淀粉成品。

1.2.3 抗性淀粉含量(RS)的測定

抗性淀粉含量(RS)的測定采用王 琳等[17]方法且有適當改進。還原糖測定采用3,5-二硝基水楊酸(DNS)法，使用多功能酶標儀(Bio Tek，美國)在540 nm處測吸光度。

RS=M/W×待測液的體積×0.9

其中，M是葡萄糖含量；W是樣本干質量； 0.9是淀粉與葡萄糖轉換系數。

1.2.4 籽粒總淀粉及其組分含量測定

總淀粉含量采用國標NY/T 11-1985《谷物籽粒粗淀粉的測定法》測定，直鏈淀粉含量參考何照范等[18]方法測定。支鏈淀粉含量=總淀粉含量-直鏈淀粉含量。

1.2.5 淀粉糊化特性測定

采用快速粘度分析儀(Rapid Visco Analyzer4500,瑞典)測定糊化特性，并用TCW(Thermal Cycle for Windows)配套軟件進行分析。

1.2.6 淀粉粒度分布的測定

淀粉粒提取參照Peng等[19]和Malouf等[20]方法；采用激光衍射粒度分析儀(LS 13320，USA)分析淀粉粒度的分布。

1.3 數據分析

采用Excel 2016和SPSS進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 淀粉品質性狀的影響因素分析

方差分析(表1)表明，除<2.0 μm和>9.8 μm淀粉粒表面積和淀粉粒數目分布外，環境對其他指標的影響均達到顯著或極顯著水平；品種對被測品質指標的影響均達到顯著或極顯著水平(粒徑<2.0 μm和2.0～9.8 μm的淀粉粒表面積分布以及數目分布除外)。基因和環境互作效應對淀粉含量、支直比，淀粉粒體積分布和淀粉粒表面積分布(淀粉粒<2.0 μm除外)的影響均達到顯著或極顯著水平。從表1的F值可見，大多數品質性狀受環境影響效應較大，其次為基因型效應，而基因型和環境互作效應較小。

表1 淀粉性狀的基因、環境及其互作方差分析(F值)

2.2 環境對品質性狀的影響

2.2.1 對淀粉組分的影響

由表2可以看出，總淀粉含量以西華點最高(73.33%)，許昌點最低(71.72%)；直鏈淀粉含量以開封點最高(23.65%)，原陽點最低(19.77%)；支鏈淀粉含量和支直比均以原陽點最高(52.73%，2.76)，開封點最低(48.56%，2.08)。抗性淀粉含量則在開封點表現最高(2.06%)，西華點最低(1.50%)。總淀粉含量和支鏈淀粉含量變異系數較小，支直比和抗性淀粉含量的變異系數較大。抗性淀粉含量除西平、開封點外，其他點變異系數均超過15.00%，以在原陽試點的變異系數最高(41.80%)，而在開封點的最低(12.41%)。

表2 不同地點間小麥抗性淀粉、總淀粉及淀粉組分含量的差異

2.2.2 對糊化特性的影響

由表3可以看出，峰值粘度、低谷粘度、最終粘度和稀懈值這四個糊化參數在開封點均表現最高，分別為2 524.7、1 725.4、3 026.9和817.3；而反彈值在原陽點表現最高(1 309.1)。峰值粘度、低谷粘度、最終粘度和反彈值在商丘點均表現為最低，分別為1 680.7、1 001.3、2 002.5和 1 001.2。從變異系數來看，不同品質指標在西華和商丘試點的變異系數高于其他試點。

表3 不同地點間小麥淀粉糊化特性比較

2.2.3 對淀粉粒度分布的影響

成熟期籽粒淀粉粒直徑< 2.0 μm的為C型淀粉粒，2.0～9.8 μm的為B型淀粉粒，>9.8 μm的為A型大淀粉粒。由表4可見，淀粉粒體積分布中，粒徑<2.0 μm、2.0～9.8 μm的淀粉粒體積百分比均表現在商丘點最高，分別為 8.17%、27.35%；而在開封點表現最低，分別為7.53%、24.49%。粒徑>9.8 μm的A型大淀粉粒體積百分比在開封點表現最高(67.98%)，在商丘點表現最低(64.47%)。

表4 不同地點間小麥淀粉粒度分布的差異

從淀粉粒表面積分布看出，粒徑<2.0 μm的淀粉粒分布百分比在原陽點最高(52.22%)，許昌點最低(48.21%)；粒徑為2.0～9.8 μm的淀粉粒和>9.8 μm的大淀粉粒表面積分布百分比均在許昌點最高，分別為34.35%、17.45%。

從淀粉粒數目分布看，粒徑<2.0 μm的C型淀粉粒和粒徑>9.8 μm的A型淀粉粒在四個地點之間沒有顯著差異；粒徑為2.0～9.8 μm的B型淀粉粒數目百分比表現在許昌點最高(2.31%)，在原陽點最低(0.99%)。這表明地點可能主要影響粒徑2.0～9.8 μm的B型淀粉粒的數目分布。

2.3 品種間品質性狀的差異

2.3.1 淀粉組分的差異

由表5可知，30個小麥品種抗性淀粉含量的范圍為2.28%～1.47%，平均值為1.88%；其中賽德麥1號抗性淀粉含量最高，商麥156次之，且與百農307、鄭麥366、鄭麥119、豫麥49-198、許科316、周麥32和豐德存5號之間差異顯著。總淀粉含量以百農201最高，其次為豐德存5號，且與其他多數品種之間差異顯著。直鏈淀粉含量以鄭麥379最高，豫麥158次之，且均與豫麥49-198和豐德存5號之間差異顯著。支鏈淀粉含量則以豐德存5號最高，鄭麥379次之。支直比以豐德存5號最高，商麥156次之，且僅與新麥26和鄭麥379之間差異顯著。總體而言，商麥156、賽德麥1號、百農4199、平安11、許科316和周麥27的抗性淀粉含量以及支直比均優于其他品種。

表5 不同小麥品種的抗性淀粉、總淀粉及淀粉組分含量

2.3.2 糊化特性

由表6可見，品種百農4199、鄭麥366、鄭麥119及洛麥26的峰值粘度、低谷粘度、稀懈值及最終粘度均較高，與先麥10、百農307、鄭麥0943間差異均達顯著水平，表明這四個品種的糊化特性優于其他品種。

表6 不同品種小麥淀粉糊化特性的比較

2.3.3 淀粉粒度分布

由表7可知，淀粉粒徑<2.0 μm的C型淀粉粒體積分布、表面積分布和數目分布，以新麥26較高，分別為8.99%、54.52%和99.20%；周麥27次之，分別為8.90%、48.76%和98.13%；周麥32和周麥36均表現較低，且體積和表面積分布與新麥26之間差異達顯著水平。

表7 不同品種淀粉粒度分布的差異

淀粉粒直徑為2.0～9.8 μm的B型淀粉粒體積分布周麥27最高，表面積分布以洛麥26最高，數目分布以百農307最高，而平安11和豫農186淀粉粒的體積和數目分布均較低，且淀粉粒體積分布與周麥27差異達顯著水平。

淀粉粒直徑>9.8 μm的A型淀粉粒體積分布和表面積分布以周麥32最高，分別為71.80%和22.48%；而新麥26、周麥27較低，且與周麥32差異達顯著水平。

2.4 小麥抗性淀粉與其他淀粉品質性狀的相關性分析

由表8可知，抗性淀粉含量與直鏈淀粉含量、峰值粘度、低谷粘度及最后粘度均呈顯著正相關。這表明提高小麥籽粒抗性淀粉含量可以改善淀粉的糊化特性。

表8 小麥抗性淀粉與品質性狀的相關性分析

3 討 論

不同作物的抗性淀粉含量差異較大，而同一作物不同品種的抗性淀粉含量亦不同。張 平等[21]研究表明，小麥的抗性淀粉含量較低，平均為0.64%；石 勱等[22]研究表明，薯類中抗性淀粉比例較高，而面粉中含量較低(2.80%±0.35%)。本研究結果表明，小麥的抗性淀粉含量為1.47%～2.28%，平均為1.88%。王 琳等[23]測定了100份國內外小麥材料抗性淀粉含量，發現其平均含量為2.11%，略高于本研究結果。這種差異可能與小麥品種及栽培環境有關。在本研究中，賽德麥1號、百農4199、許科316等品種的抗性淀粉含量較高。

小麥品質性狀受基因型、環境及其互作效應的影響，其中環境對抗性淀粉含量的影響大于基因型及其互作效應，這一方面可能是由于本試驗選用品種多為高產品種，品種間抗性淀粉含量差異較小；另一方面也表明，選擇合適的栽培環境有助于提高抗性淀粉含量。整體而言，開封點和原陽點小麥的抗性淀粉含量及被測品質性狀表現均優于其他地區，表明在這兩個地點種植抗性淀粉含量高的品種可能有利于發揮其優質的潛力(高抗性淀粉)。

小麥淀粉品質指標主要包括淀粉組分含量及淀粉糊化特性。有研究表明，直鏈淀粉含量與抗性淀粉含量顯著正相關[17]；也有研究表明，并非直鏈淀粉含量越高，抗性淀粉含量越高，抗性淀粉含量受直鏈淀粉的分子量大小影響[24]。本研究結果表明，抗性淀粉含量與直鏈淀粉含量呈顯著正相關；且大多數抗性淀粉含量高的品種其直鏈淀粉含量較高，表明提高直鏈淀粉含量可在一定程度上提高抗性淀粉含量。面粉糊化特性顯著影響面條質量，淀粉峰值黏度、稀懈值、低谷黏度和最終黏度高的小麥粉適合制作優質面條[25]。王 琳等[17]認為，抗性淀粉含量與峰值粘度和膨脹勢顯著正相關。也有研究認為，生面粉和熟面粉的抗性淀粉含量與糊化特性的相關性并不完全一致，而較高的抗性淀粉含量會弱化面粉的糊化特性[26-27]。本研究發現，品種對糊化特性有顯著影響，抗性淀粉含量高的品種其峰值粘度、最后粘度均表現較高，如賽德麥1號、百農4199、許科316等；抗性淀粉含量與峰值粘度和最后粘度呈顯著正相關，這表明可通過提高抗性淀粉含量改善淀粉糊化特性。

淀粉顆粒是淀粉分子的集聚體，不同小麥品種因受遺傳因素和種植環境等條件的影響，所形成的淀粉顆粒結構及其性質也不同。楊朝柱等[28]研究發現，顆粒大的淀粉不易消化，形成的抗性淀粉較多。而張志轉[29]發現，高抗性淀粉含量突變體的淀粉粒粒徑大于對照，B型淀粉粒較對照材料多。本研究結果表明，小麥品種對淀粉粒的粒徑分布有顯著影響，其中抗性淀粉含量較高的平安11、鄭麥7698的>9.8 μm的A型淀粉粒體積分布和表面積分布較高，而新麥26、周麥27和賽德麥1號則表現為粒徑在2.0～9.8 μm型的淀粉粒體積分布和表面積分布較高，表明相對于C型的小淀粉粒，較多的大顆粒淀粉粒可能有利于抗性淀粉的形成。也有研究認為，小粒徑、低蛋白質含量利于抗性淀粉的形成[28]。這種差異可能一方面與品種有關，另一方面則反映了小麥籽粒不同品質指標相互影響。因此，進一步研究抗性淀粉含量與其他加工品質指標之間的關系，有助于在提高籽粒營養品質(高抗性淀粉含量)的同時改善加工品質，為優質專用小麥粉的開發和利用提供參考。