RVA譜特征值的影響因素及其與稻米食味品質的關系綜述

岳紅亮， 張夢龍， 程新杰， 劉 凱， 宛柏杰， 朱靜雯， 唐紅生， 孫明法

(江蘇沿海地區農業科學研究所，江蘇鹽城 224000)

水稻是我國重要的糧食作物，播種面積常年穩定在3 000萬hm2，占糧食作物總播種面積的25%以上。隨著我國種植產業結構的調整，“優質”已成為水稻育種的首要目標，快速黏度分析儀(rapid visco analyzer，RVA)是目前水稻淀粉品質測定中重要的儀器之一。RVA最初是為了快速判定小麥穗發芽導致品質下降而開發的加熱攪拌黏度儀，因其可以用少量的樣品簡便且迅速地測定黏度，1992年田縁勝洋應用RVA對稻米米粉樣品進行黏度測定及其測定條件的分析，發現RVA可以用來測定稻米的黏滯性[1]。淀粉黏滯性譜別稱RVA譜，是指將一定質量的米粉加入到一定體積的水中并攪拌均勻，攪拌中的米粉漿在快速黏度分析儀中經過一定時間的加熱和冷卻處理，淀粉黏滯性發生一系列變化而形成的特征曲線。RVA譜模擬了米飯的蒸煮過程，揭示了稻米淀粉在蒸煮過程中黏性隨溫度和時間的變化規律。本試驗介紹了RVA的測定步驟及原理，RVA譜特征值QTL的定位研究、影響稻米RVA譜特征值的因素以及RVA譜特征值與稻米品質的關系，探討了RVA譜特征值對稻米食味品質的評價效果，以期為稻米品質的深入研究提供參考，并為RVA譜的進一步推廣應用奠定基礎。

1 RVA的測定步驟及原理

RVA譜的測定可以分為6個階段：(1)向稱有3.0 g待測米粉樣品的測試罐中加入25.0 mL去離子水，用槳葉將水和米粉攪拌均勻；(2)RVA以 960 r/min 快速攪拌10 s，然后降至160 r/min保持整個過程；(3)RVA將米粉漿從50 ℃均勻加熱至95 ℃；(4)在95 ℃下保持2.5 min；(5)RVA將米粉漿從95 ℃均勻降至50 ℃；(6)RVA在50 ℃下保溫1.4 min。整個測定程序時間為12.5 min(表1)。

表1 快速黏度分析儀測定程序

在RVA譜黏度曲線測定過程中，當淀粉與水攪拌混合時，水會進入淀粉內部，并與蛋白質等成分結合，但在溫度低于50 ℃時，淀粉還未開始糊化，淀粉顆粒的膨脹很小，淀粉黏性基本沒有變化。隨著溫度的升高，首先支鏈淀粉開始糊化，淀粉黏度達到峰值黏度后，由于淀粉顆粒水合物膨脹破裂導致直鏈淀粉和分子量較小的支鏈淀粉浸出，淀粉黏度下降。持續高溫使得淀粉顆粒的結晶區域融化，更多的淀粉顆粒破裂，黏度進一步降低。隨著溫度的降低，淀粉凝膠冷卻回生淀粉顆粒重新排列，形成晶體化的結構，淀粉黏度再次增加。在這一階段，淀粉黏度與直鏈淀粉含量有關，較低的回復值表明直鏈淀粉含量較低[2-3]。

RVA譜中可以得到的一級參數有峰值黏度(peak viscosity，PKV)、熱漿黏度(hot viscosity，HPV)、冷膠黏度(cool viscosity，CPV)、峰值時間(peak time，PeT)、糊化溫度(pasting temperature，PaT)以及由一級參數通過計算而來的崩解值(breakdown viscosity，BDV)、消減值(setback viscosity，SBV)、回復值(consistency viscosity，CSV)等，其計算方式分別為BDV=PKV-HPV、SBV=CPV-PKV、CSV=CPV-HPV，黏度值以cP(centi poise)為單位(圖1)。其中峰值黏度又稱為最高黏度，熱漿黏度又稱為最低黏度，冷膠黏度又稱為最終黏度，糊化溫度又稱為起漿溫度、成糊溫度[4]，崩解值又稱為衰減值，回復值又稱為回冷值、回生值[5-6]。

2 RVA譜特征值QTL的定位研究

RVA譜特征值是由多基因控制的數量性狀，且受基因和環境共同作用，對其研究工作較復雜。Zhang等通過構建染色體片段置換系群體，對表觀直鏈淀粉含量相近的水稻群體和親本進行研究，在第2、第5、第7、第8號染色體上鑒定出qPKV2-1、qSBV2-1、qPKV5-1、qHPV5-1、qCPV5-1、qPKV7-1、qHPV7-1、qCPV7-1、qSBV7-1、qPKV8-1等10個穩定的QTL，其貢獻率范圍為-95.6%～47.1%[7]。Shar等通過雙單倍體群體在3個種植季節對RVA譜特征值的遺傳位點進行分析，檢測到4個穩定調控CPV、CPV、SBV、PeT的QTL均位于RM6 775～RM3 805區間[8]。包勁松等構建了雙單倍體群體及分子連鎖圖譜，發現稻米RVA譜特征值主要受Wx基因控制，且在第1、第5號染色體上存在共同調節BDV和SBV的微效QTL，在第12號染色體上存在調控PKV和BDV的微效QTL[9]。張巧鳳等利用F2群體對RVA譜特征值進行遺傳分析，發現與包勁松等的結論[9]相似，并發現PeT可能由2對主基因控制，且還受微效多基因的影響；此外，通過構建重組自交系還檢測到位于第2號染色體RM341～RM475標記之間的qHPV2、qCSV2和位于RM573～RM250標記之間的qCPV2；在第2號染色體上與支鏈淀粉合成有關的基因Sbe3和SssⅡ-2與RVA譜特征值有密切關系[10]。張杰等通過回交重組自交系群體在定位區間C470-R1 944、G264-G177和R2 829-R2 401發現4個尚未報道過的基因位點，分別是qCPV1、qBDV4、qPKV7、qHPV7[11]。Yao等利用重組自交系群體，在第2、第6、第7、第11號染色體上檢測到分別位于RM7 581-STS、RM190～RM217、RM11～RM1 279和RM2 064～RM144區間的4個含有穩定表達的QTL的多效性區域[12]。

3 影響水稻RVA譜特征值的因素

3.1 淀粉對RVA譜特征值的影響

淀粉作為稻米最主要的成分，以淀粉粒的形式存在于細胞中，在含水量為14%的精米中，淀粉含量占總質量的75%以上[13]。根據淀粉的分子結構不同，可將淀粉分為直鏈淀粉和支鏈淀粉2類。岳紅亮等對江蘇省內粳稻品種進行研究，發現直鏈淀粉含量(amylose content，AC)較低的粳稻品種PKV和BDV較高，HPV、SBV和PeT較低[14]。趙春芳等對江蘇省普通粳稻與東北粳稻RVA譜進行比較，發現兩者RVA曲線相似，CPV近似或略高于PKV，而江蘇省半糯粳稻的RVA曲線與前兩者有顯著差異，具體表現為PeT提前，HPV較低，CPV顯著低于PKV，因而具有較高的BDV和較低的SBV[15]。朱艷菊對415份按不同AC值分類的水稻品種進行RVA譜特征值比較，發現HPV、CPV、CSV隨AC值的升高而增大，且AC值在 15%～22%時相關性最好，PKV、BDV隨AC值先增大后減小，SBV隨AC值先減小后增大[16]。張蓉對僅表觀直鏈淀粉含量不同的水稻株系RVA譜進行研究，發現隨著表觀直鏈淀粉含量的升高，RVA譜的PKV、HPV、CPV也逐漸升高，PeT延遲；對糯-極低(1.20%～3.29%)、低(13.13%～13.91%)、中(21.39%～22.84%)、高(25.26%～25.93%)4組表觀直鏈淀粉含量相似的水稻品種RVA譜進行比較，發現具有相近表觀直鏈淀粉含量的水稻品種，其RVA譜也有較大差異[17]。可見，在一定范圍內直鏈淀粉含量的升高會減小PKV和BDV，增大HPV、CPV、CSV、SBV、PeT等特征值，但直鏈淀粉含量差異還不足以完全解釋淀粉對RVA譜特征值的影響。

趙春芳等對支鏈淀粉結構與RVA譜特征值進行研究，發現南粳系列水稻品種支鏈淀粉短鏈A鏈[6≤支鏈淀粉鏈長聚合度(DP)≤12]含量與HPV、CPV、CSV呈顯著負相關，支鏈淀粉B1鏈(13≤DP≤24)含量與HPV、CPV呈顯著正相關[18]。李丁魯等對長江下游地區部分優質粳稻品種與越光稻米支鏈淀粉結構進行比較，發現支鏈淀粉的短鏈部分(5≤DP≤12)的占比和支鏈淀究短/長鍵[Fa(5≤DP≤12)/Fb3(37≤DP≤58)]與PKV和BDV均呈顯著正相關[19]；蔡一霞等發現長鏈部分(44≤DP≤47和DP>100)與PKV和BDV呈極顯著負相關[20]。趙營等認為，支鏈淀粉含長鏈的占比越高，淀粉粒越不易充分糊化，PKV和BDV將降低，影響米飯口感；支鏈淀粉中短鏈含量高，利于淀粉粒的糊化，易形成較高的PKV和BDV，使米飯的口感較好[21]。對不同類型水稻品種按AC值分組后進行研究，發現支鏈淀粉結構主要與淀粉的起始成糊溫度和相對結晶度相關，與淀粉RVA譜特征值關系不密切[22]。周慧穎等認為，在低AC值水稻品種中，支鏈淀粉的平均鏈長、平均外鏈長與起始糊化溫度、最高糊化溫度、終結糊化溫度、SBV呈正相關，與PKV、BDV呈負相關；支鏈淀粉A ∶B值(每條B鏈上所具有的A鏈數量)與起始糊化溫度、SBV呈負相關，與PKV、BDV呈正相關[23]。張超等認為，在直鏈淀粉含量相同的前提下，支鏈淀粉鏈長越長，分支結構越多，平均鏈長越長，雙螺旋結構越多，結晶度、PaT越高，BDV越小[24]。可見，支鏈淀粉中短鏈部分的含量越高越利于淀粉的糊化，PKV和BDV值也會越高。

3.2 蛋白對RVA譜特征值的影響

陳能等認為，蛋白是稻米中的第二大成分，稻米中的大部分蛋白以貯藏性蛋白形式存在，一般占糙米干質量的8%～11%[25]。張啟莉等認為，按溶解性可將其分為堿溶性谷蛋白、醇溶性醇溶蛋白、鹽溶性球蛋白、水溶性清蛋白(別稱白蛋白)，谷蛋白占貯藏蛋白的75%～90%，醇溶蛋白、球蛋白、清蛋白所占比例分別為1%～5%、2%～10%、2%～5%[26]。

石呂等認為，蛋白含量高的米飯質地較硬，口感較差，還會對RVA譜特征值產生顯著影響[27]。謝新華等認為，隨著稻米種蛋白含量的增加，RVA譜曲線呈整體下降趨勢，RVA譜的PKV、HPV、BDV、CPV、CSV、SBV隨蛋白含量的增加呈顯著或極顯著降低[28]。郭濤等認為，隨著稻米蛋白含量增加，淀粉RVA譜曲線也呈整體下降趨勢，不同的是只有PKV、HPV、CPV均呈下降趨勢，BDV和SBV先升高后降低，PaT和PeT無顯著變化[29]。謝新華等通過中性蛋白酶與超聲波結合去除糙米中蛋白，去除蛋白質后的米粉RVA譜與未去除蛋白的相比，RVA譜曲線整體下降，糙米中的蛋白使RVA特征值的PKV、HPV、CPV等值升高，去除蛋白后RVA譜曲線上升段的斜率降低[30]。謝黎虹等在米粉中分別添加一定量的二硫蘇糖醇和蛋白酶，發現PKV、HPV、CPV有不同程度的降低，并認為蛋白通過水合作用和二硫鍵形成的蛋白網絡結構改變了淀粉的糊化特性[31]。可見，在一定范圍內蛋白含量增加會顯著降低PKV、HPV、CPV、BDV、SBV等特征值，造成淀粉RVA譜曲線整體下降。當人為去除米粉中的蛋白、降低米粉中蛋白含量時也會造成RVA譜曲線整體下降，且這種現象在直鏈淀粉含量越低時情況越顯著。

張欣等對水稻4種蛋白組分進行分離并與RVA特征譜進行分析，發現醇溶蛋白含量和總蛋白含量與PKV、BDV呈極顯著負相關，與SBV呈顯著和極顯著正相關；谷蛋白含量僅與SBV呈顯著負相關，谷醇比與PKV、BDV呈極顯著正相關，與SBV呈顯著負相關[32]。周顯青等對秈糯米逐步去除蛋白，發現糯米粉的PKV和BDV能夠顯著降低，其中去除谷蛋白影響最大，其次是球蛋白、醇溶蛋白；去除球蛋白能顯著降低米粉的CSV；去除球蛋白和谷蛋白后，米粉PeT延長、PaT升高[33]。陳書強等認為，粳稻不同粒位間籽粒的總蛋白及其4種組分含量與PKV、HPV、BDV、SBV的相關性顯著[34]。吳洪愷等通過對谷蛋白相對于醇溶蛋白含量差異較大的2種基因型LGCLGC(谷蛋白含量較醇溶蛋白低)和基因型lgclgc(谷蛋白含量較醇溶蛋白高)稻米的RVA譜特征值進行研究，發現LGCLGC型稻米的總蛋白含量與BDV和SBV存在顯著的負相關和正相關；lgclgc型稻米的總蛋白含量與SBV和CSV都存在極顯著的負相關，且LGCLGC型稻米RVA譜特征值的BDV和CSV分別顯著和極顯著大于lgclgc型[35]。郭濤等對低谷蛋白品種圣稻LG03和其背景親本圣稻735進行研究，發現谷蛋白含量降低會導致PKV、HPV、CPV、BDV、PaT降低和PeT減少，CSV和SBV增加[36]。因此，研究蛋白對RVA譜特征值的影響不僅需要從稻米總蛋白含量上進行分析，還要對4種蛋白組含量及各組分之間的比例進行研究。

3.3 耕作措施及環境對RVA譜特征值的影響

稻米食味品質是一個受自身遺傳因素和生長環境等多因素控制的復雜性狀。同一品種的RVA譜特征值在不同環境和栽培條件下均有一定的差異[37-38]。因此，研究RVA譜特征值在不同種植條件下的性狀表現對改善稻米品質具有重要意義。對半糯粳稻進行地點和播期試驗，發現除PKV外，HPV、CPV、BDV、SBV、CSV、PeT等在不同地點間的差異均達到極顯著水平；PKV、HPV、CPV、CSV、PeT與播期相關性顯著；推遲播種會導致粳稻PKV、HPV、CPV、PeT、CSV上升[39]。對不同播期和種植地點的南粳46 RVA譜特征值進行研究，發現隨著播期的推遲，PKV、HPV、CPV、CSV、PaT呈先降后升趨勢，BDV先升后降，PeT無明顯變化規律。隨著緯度的降低，PKV、HPV、BDV、CPV總體上均呈先降后升的變化趨勢，SBV和PeT降低，PaT升高[40]。對不同生態類型的粳稻進行播期與種植地點研究，發現品種對RVA譜特征值的影響最大，不同種植環境下RVA譜特性差異明顯，CPV和CSV呈現北高南低的趨勢，SBV隨緯度的升高呈增加趨勢。PaT和PeT在不同緯度間差異較小。隨著播期的推遲，PKV、HPV、CPV、PeT呈減小趨勢，而SBV和CSV呈增加趨勢，BDV呈先升后降的趨勢，PaT表現為先降后升的趨勢。RVA譜特征值在不同種植地點隨播期的變化趨勢基本一致，且在江蘇省北部地區受播期的影響較顯著，同一品種在適宜種植區域內均以早播為佳[41]。收獲期對RVA的影響因品種不同和種植環境不同有較大差異[42-44]。

徐正浩等對水稻不同灌溉方式進行研究，發現水脅迫環境下會降低稻米的PKV、HPV、CPV、BDV，增加SBV[45]。劉立軍等認為，水稻結實期輕度干-濕交替處理可以提高稻米的BDV，降低SBV，而重度干-濕交替處理結果[46]則相反。相較于深水和淺水的供水方式，濕潤灌溉會獲得較高的PKV和HPV[47]，與淹水管理和旱栽管理相比，節水灌溉和間歇灌溉方式有利于獲得更高的PKV、HPV、BDV，降低CPV、SBV、CSV，獲得較優的稻米品質[48]。對水稻氮肥施肥期進行研究，發現水稻進入抽穗期盡早施入穗肥，可以獲得更高的BDV和較低的SBV[49]。從拔節期到齊穗期，增施鎂肥可以顯著降低稻米的CPV、CSV、SBV，增加PKV、HPV、BDV；然而穗肥時期鎂鋅配施會降低PKV、HPV、BDV，提高SBV和PaT，導致食味品質變差[50-51]。與常規栽培處理相比，生物菌肥的施用能在不改變稻米直鏈淀粉含量和蛋白含量的情況下顯著提高稻米的PKV、BDV，降低SBV[52]。遮陰避光處理對水稻淀粉糊特性有顯著影響，且在生育中后期的影響大于生育前期，但不同品種對遮陰的反應也有明顯差異[53]。隨著海拔高度的升高，稻米的PKV、CSV、PaT會降低，灌漿結實期間日均溫度降低和日照時數減少導致PKV、HPV、CPV顯著下降；秧齡和移栽方式發生改變，RVA譜特性也會發生變化，PKV和CPV均隨秧齡的增加而升高，雙苗手插處理的PKV、HPV、CPV均高于單苗優化定拋處理[54]。與常規耕作方式相比，有機耕作能提高稻米PKV、CSV、PaT等主要糊化特性[55]。

3.4 其他因素對RVA譜特征值的影響

除了稻米自身所含的淀粉、蛋白和農田耕作管理等因素，稻米中的脂肪含量以及稻米的儲藏條件、蒸煮工藝等對RVA譜特征值也有很大影響。在不同儲藏條件下，儲藏溫度、儲藏時間和稻米含水量對稻米RVA特征值均有顯著影響，其中溫度為主要因素，隨著儲藏時間的延長，稻米的PKV和BDV在儲藏期先升高后降低，高溫(30、35 ℃)儲藏條件下，稻米的PKV和BDV在后期降低更快；CPV、CSV、SBV、PaT在整個儲藏期內呈增加趨勢，高溫儲藏下CSV、SBV、PaT的變化明顯大于其他儲藏溫度(25、20、15 ℃)[56]。RVA特征值在儲藏1～5個月內變化較小，而6～7個月期間變化較大，秈稻類儲藏過程中變化較大的特征值主要為PKV、BDV、PeT，粳稻類為HPV、CPV、CSV，而粳糯類為PKV、BDV、CSV、PaT，大部分特征值變化差異達到顯著或極顯著水平；且不同類型稻谷在儲藏期間RVA譜特征值發生明顯差異的時間點不同，粳糯類水稻品種在儲藏期間發生明顯差異的時間點明顯早于粳稻和秈稻類[57]。Wongsaipun等認為，PKV和CPV可以作為模型參數來判斷稻米的貯藏時間，且這種方法對糯米的預測結果更加準確[58]。因此，在稻米儲存和保鮮過程中應對不同類型的水稻品種提供適宜的儲藏條件，同時儲藏時間不宜過長。吳洪愷等認為，稻米米粉經脫脂處理后PKV和HPV顯著高于未脫脂米粉，說明米粉脂肪含量升高會降低米粉黏度[59]。對大米進行微波處理能夠降低PKV、HPV、CPV、CSV，且PaT和SBV均隨著微波功率和處理時間的增加而升高；微波功率(400、640 W)和處理時間(60、90 s)對RVA特征值均有顯著影響，800 W的微波功率及120 s的微波時間影響達極顯著水平，原因可能是微波處理對淀粉顆粒的結構和形態有修飾作用，使淀粉顆粒間空隙變大，大米在蒸煮時可滲入更多水分，蒸煮品質得到改善[60]。

4 RVA譜特征值與食味品質的關系

RVA譜模擬了米飯的蒸煮過程，將加熱過程中糊狀米粉黏性隨溫度和時間的變化以特征值的形式反映出來。因此，稻米RVA譜特征值與稻米食味品質必然有很大相關性[61]。

目前評價稻米食味品質的指標除RVA譜特征值外，主要有直鏈淀粉含量、蛋白含量、膠稠度和食味值，其中食味值又分為米飯食味值和米粒食味值。馬會珍等認為，不僅RVA譜特征值之間相關性顯著，且RVA譜特征值與直鏈淀粉含量、蛋白含量、米飯食味值相關性也顯著[62-68]。其中多數研究結果顯示，直鏈淀粉含量與HPV、CPV、SBV、CSV、PeT、PaT等顯著或極顯著正相關，與BDV顯著或極顯著負相關，與PKV的相關性在不同的研究中結果不一致；蛋白含量與CPV、CSV、PeT、PaT顯著或極顯著正相關，與BDV顯著或極顯著負相關，與PKV、HPV、SBV的相關性在不同的研究中結果不一致；米飯食味值與BDV、PKV顯著或極顯著正相關，與SBV、CSV、CPV、PeT、PaT顯著或極顯著負相關[62-68]，與HPV的相關性在不同的研究中結果不一致，這些差異可能是由不同研究者所采用的品種類型不同以及是否進行分組分析造成的。舒慶堯等認為，食味較好的水稻品種大多表現為BDV>100 RVU，而SBV<25 RVU，且多數為負值；食味較差的品種大多表現為BDV>35 RVU，而SBV>80 RVU[69]。Allahgholipour等認為，除BDV和SBV外，PKV和CSV和對食味品質有較好的評價效果[70-71]。Champagne等認為，感官評價中米飯內聚性、黏性、適口性和質構分析儀中的黏附性與RVA譜特征值有較高的相關性，其中BDV與米飯黏性的相關性最強[72]。因此，可以通過CPV、CSV、PeT、PaT、BDV等判斷稻米直鏈淀粉含量和蛋白含量，通過BDV、PKV以及SBV、CSV、CPV、PeT、PaT等鑒定米飯食味值。

5 結論與展望

黏度特性是稻米食味品質的重要性狀，在稻米食味品鑒活動中，黏度特性作為評價稻米食味品質等級的重要參考指標[73-74]，對優質稻米的選育和品鑒都具有十分重要的指導意義。RVA特征值是反映稻米黏度特性的重要參數指標，近年來隨著對稻米食味品質研究的深入，對RVA特征值影響因素的研究以及調控RVA特征值主效和微效基因的定位工作都取得了較好的進展，RVA特征值與米飯食味值的相關性也得到較明確的研究結論。這些都為RVA特征值在稻米品質鑒定及育種中的應用提供了更加準確的理論依據，并為RVA譜的進一步推廣應用奠定了基礎。

隨著分子技術的不斷發展和完善，分子標記輔助選擇技術也越來越多地應用在水稻黏度基因鑒定和水稻育種的研究中。應當充分利用黏度特性對稻米黏性基因進行挖掘，明確不同基因位點與RVA譜特征值的相關性，通過分子標記輔助選擇快速準確地培育出攜帶不同主效和微效基因的種質資源，加速種質資源的創新，通過與基因緊密連鎖的標記進行輔助選擇，提高育種的準確性，縮短育種年限，加速品質育種進程。