小麦膳食纤维含量研究及优异资源筛选

姜小苓，李 淦，吴晓军，李小军，于红彩，李秀玲，茹振钢，张晓克

(河南科技学院/河南省现代生物育种协同创新中心/河南省高校作物分子育种重点开放实验室，河南新乡 453003)

随着生活水平的提高和膳食结构的改变，人们对膳食纤维(dietary fiber，DF)的摄入量相对减少，致使高血压等心血管疾病及癌症、糖尿病等发病率逐年上升，严重威胁着人体健康；适当增加膳食纤维摄入量可以预防及治疗这类疾病[1]。阿拉伯木聚糖(arabinoxylan，AX，又名戊聚糖)是膳食纤维的重要组分，具有一定生理活性，一直是谷物化学领域研究的重要内容[2]。根据其溶解性，可分为水溶性阿拉伯木聚糖(water-extractable arabinoxylan，WE-AX)和非水溶性阿拉伯木聚糖(water-unextractable arabinoxylan，WU-AX)[3]，二者之和统称为总阿拉伯木聚糖(total arabinoxylan，TOT-AX)。

小麦是我国重要的粮食作物[4]。小麦籽粒的膳食纤维含量为10%～14%，面粉中含2.5%～4.5%[5]，麸皮中含35%～50%[6]。小麦膳食纤维是天然食物纤维，安全性高，已被用作多种食品的添加剂以解决人们膳食纤维摄入量不足的问题[7-8]。膳食纤维分子的游离羟基可与面团体系中的水分子发生作用，进而影响面团品质[9-10]。有研究报道，英国居民所需膳食纤维的20%来自小麦制品，其中11%来自白面包，5%来自全麦面包[11]。在我国，消费者对小麦粉加工精度和白度的要求一直较高，导致小麦粉中膳食纤维的含量较低[12]。目前，我国人均膳食纤维的摄入量严重不足，且随着食品精加工水平的提高呈逐步下降趋势[13]。因此，培育高膳食纤维的优质小麦新品种是目前小麦育种的一个重要目标。

迄今，国内外学者就膳食纤维对面筋蛋白[14-15]、面团[16-17]、面包[18-19]、馒头[20]及面条[21]等制品品质的影响做了大量研究，得出许多有价值的结论，但有关小麦种质膳食纤维含量多样性的研究较少。因此，本研究选用来源于不同种植区的小麦主推品种或高代品系，分析其膳食纤维含量和阿拉伯木聚糖含量的变异和分布规律，旨在为小麦品质育种提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

用于研究小麦膳食纤维含量的试验材料为79份小麦主推品种、地方品种或高代品系，其中国外材料13份，黄淮冬麦区39份，长江中下游冬麦区9份，北方冬麦区8份，西南冬麦区6份，春麦区4份，均由河南科技学院小麦中心提供。

用于研究小麦阿拉伯木聚糖含量的试验材料为175份小麦主推品种、地方品种或高代品系，其中国外材料33份，黄淮冬麦区87份，长江中下游冬麦区16份，北方冬麦区21份，西南冬麦区10份，华南冬麦区3份，春麦区5份，均由河南科技学院小麦中心提供。

1.2 试验方法

1.2.1 膳食纤维含量测定

利用旋风式样品磨(1093，丹麦福斯分析仪器公司)制取全麦粉，过60目筛；利用膳食纤维测定仪(GDE+CSF6，意大利VELP公司)参照GB/T 5009.88-2008检测小麦籽粒的总膳食纤维含量；总阿拉伯木聚糖、水溶性阿拉伯木聚糖含量测定利用地衣酚法，参照梁 恒[22]的方法；非水溶性阿拉伯木聚糖含量=总阿拉伯木聚糖含量-水溶性阿拉伯木聚糖含量。

1.2.2 品质特性测定

利用实验磨粉机(LRMM 8040-3-D，江苏无锡锡粮机械制造公司)制取面粉，出粉率65%左右；面粉白度采用数显白度仪(SBDY-1，上海悦丰仪器仪表有限公司)测定；粗蛋白含量采用全自动凯氏定氮仪(UDK159，意大利VELP公司生产)测定；粉质特性参照GB/T14614-06采用粉质仪(810101，德国Brabender公司)测定；面筋含量及面筋指数参照SB/T10249-95采用面筋仪(2200，瑞典波通公司)测定。

1.3 数据分析

利用DPS 7.05和Excel 2007进行数据处理、分析。

2 结果与分析

2.1 小麦膳食纤维含量的分布

2.1.1 小麦总膳食纤维含量的分布

由表1可以看出，79份参试材料总膳食纤维(TOT-DF)含量平均为10.03%，变化范围为8.27%～12.10%，其中高膳食纤维材料是低膳食纤维材料的1.46倍；变异系数为10.2%，品种对其有极显著影响(P<0.01) 。改良潜力为38.18%，说明通过育种途径可提高小麦籽粒膳食纤维含量。

表1 参试材料膳食纤维含量的统计分析Table 1 Statistical analysis of DF contents in test materials

**:P<0.01

79份参试材料中，总膳食纤维含量在9.00%～11.00%的有53个品种(系)，占总数的67.1%；高于11.00%的有14个品种(系)，分别为江苏的徐麦31、NAU617和扬麦18，福建的厦大春-1，四川的MR168，贵州的毕2008-1，河南的丰德存1号、温麦6号、偃展4110、郑麦379、平原50和百农3217以及国外的非黑土地24和山前麦2号；低于9.00%的仅有12个品种(系)，分别为河北的衡观35、新疆的新春9号、河南的天民矮早八A系及国外的CL0401和硬质博莱特等。

2.1.2 小麦阿拉伯木聚糖含量分布

由表1可得，总阿拉伯木聚糖(TOT-AX)、水溶性阿拉伯木聚糖(WEAX)和非水溶性阿拉伯木聚糖(WUAX)含量的变异系数均较大，分别为12.06%、26.88%和14.62%；品种对3个目标性状影响均达极显著水平(P<0.01) 。TOT-AX的平均含量为3.77%，变化范围2.50%～4.90%，高TOT-AX品种是低TOT-AX品种的1.96倍，改良潜力为63.7%，说明通过育种途径大约可提高小麦TOT-AX含量0.64倍；WE-AX平均为0.49%，变化范围为0.16%～1.14%；WU-AX平均为3.28%，变化范围为1.93%～4.38%。

175份参试材料中，总阿拉伯木聚糖含量在3.00%～4.50%的有155个品种(系)，占总数的88.6%；高于4.50%的有8个品种(系)，分别为北京的农大8P297、CP07-14-1-1F7，河北的邯郸6172矮系，陕西的陕优225-47，河南的沁南麦、偃师4110和百农矮抗58以及国外的阿大学AGT；其中，沁南麦的总阿拉伯木聚糖含量(4.90%)最高。低于3.00% 的仅有12个品种(系)，分别为山东的济麦22和鲁麦14、湖北的汉北麦、江苏的扬糯麦1号、福建的厦大春-1、河南的矮早781和温麦6号及国外的硬质博莱特、KPL-3和CL0401等，其中硬质博莱特的总阿拉伯木聚糖含量(2.50%)最低。

水溶性阿拉伯木聚糖含量在0.30%～0.70%的有159个品种(系)，约占材料总数的90.9%；高于0.70%的有8个品种(系)，全部来自河南，分别为科育818、郑麦7698、郑9023、中育1429、百农160、天民矮早八A系、花培5号和TMF2，其中TMF2的水溶性阿拉伯木聚糖含量(1.14%)最高；低于0.30% 的仅有8个品种(系)，分别为北京的CP03-10-41-1F11、CP03-28-1-1-1-1-4-1F11、中植1号、普冰201，河南的周麦11，陕西的陕122-1-5-2和抗赤6号及墨西哥的墨176，其中品系CP03-10-41-1F11的水溶性阿拉伯木聚糖含量(0.16%)最低。

非水溶性阿拉伯木聚糖含量在2.50%～4.00%的有153个品种(系)，占总数的87.4%；高于4.00%的有8个品种(系)，分别为北京的农大8P297和普冰201，河北的邯郸6172，河南的沁南麦，陕西的陕优225-47及国外的阿大学AGT，其中沁南麦的非水溶性阿拉伯木聚糖含量(4.38%)最高；低于2.50%的有14个品种(系)，分别为山东的济麦22和鲁麦14，湖北的汉北麦，江苏的扬糯麦1号，福建的厦大春-1，河南的矮早781、花培5号、丰德存1号和温麦6号及国外的硬质博莱特、KPL-3、NSR-5、Jaggar-1和CL0401，其中，硬质博莱特的非水溶性阿拉伯木聚糖含量(1.93%)最低。

2.2 高膳食纤维种质材料的筛选

在79份试验材料中，总膳食纤维含量高于11.5%的种质材料9个，分别为江苏的扬麦18，贵州的毕2008-1，河南的丰德存1号、偃展4110、郑麦379、平原50和百农3217及国外的非黑土地24和山前麦。其中，毕2008-1和丰德存1号的膳食纤维含量最高，分别达到12.10%和12.05%(表2)。

面团稳定时间作为评价小麦强弱筋最重要的指标之一，是本研究重点关注的指标。由表3可以看出，9个高膳食纤维品种(系)中，毕2008-1、丰德存1号、百农3217、非黑土地24、山前麦和郑麦379的面团稳定时间均大于10 min，其中毕2008-1和丰德存1号的稳定时间(39.2 min和20.0 min)最长，远超过国家标准规定的优质强筋小麦标准(稳定时间大于7 min)。此外，毕2008-1和丰德存1号的面粉白度(分别为80.9和77.6)和面筋指数(分别为96.4%和65.2%)也较高。因此，这两个品种(系)可作为培育优质高膳食纤维小麦新品种的亲本材料加以利用。

表2 高膳食纤维材料及其来源Table 2 Names and sources of materials with high DF content

表3 高膳食纤维含量小麦材料的品质特性Table 3 Quality properties of the wheat varieties(lines) with high DF content

2.3 不同来源小麦品种(系)膳食纤维含量比较分析

由表4可看出，长江中下游冬麦区小麦的总膳食纤维平均含量(10.54%)最高，春麦区最低(9.49%)；国外引进种质和黄淮冬麦区小麦的水溶性阿拉伯木聚糖平均含量(均为0.52%)最高，北方冬麦区和西南冬麦区最低(均为0.42%)；总膳食纤维和水溶性阿拉伯木聚糖含量在不同麦区间差异不显著。北方冬麦区小麦的总阿拉伯木聚糖平均含量(3.93%)最高，显著高于华南冬麦区(P<0.05)；北方冬麦区小麦的不溶性阿拉伯木聚糖平均含量(3.51%)最高，显著高于华南冬麦区(P<0.05)。各麦区小麦膳食纤维含量的变异系数普遍较低，以西南冬麦区的变异系数最高(13.45%)；各麦区小麦阿拉伯木聚糖含量的变异系数均较高，说明其变异丰富，以北方冬麦区小麦水溶性阿拉伯木聚糖的变异系数(31.48%)最高。

2.4 小麦膳食纤维含量指标间的相关性

由表5可以看出，非水溶性阿拉伯木聚糖含量与总膳食纤维和总阿拉伯木聚糖含量间呈显著或极显著正相关，而与水溶性阿拉伯木聚糖含量呈极显著负相关。

表4 不同来源小麦品种(系)膳食纤维含量Table 4 DF content of wheat varieties(lines) derived from different regions

同列同指标数据后不同字母表示来源间差异在0.05水平显著。

Different small letters following data within same column and region mean significant difference among sources at 0.05 level.

表5 小麦膳食纤维含量与阿拉伯木聚糖含量的相关性Table 5 Correlation between DF content and AX content in wheat

*:P<0.05；**:P<0.01.

3 讨 论

本研究79份参试材料膳食纤维含量的变异系数为10.2%，品种间存在极显著差异(P<0.01)；175个小麦品种(系)的总阿拉伯木聚糖、水溶性阿拉伯木聚糖和非水溶性阿拉伯木聚糖含量的变异系数均较大，分别为12.06%、26.88%和14.62%，品种间也存在极显著差异(P<0.01)，这与前人[23-25]研究结果基本一致，说明供试材料的膳食纤维和阿拉伯木聚糖含量多样性丰富，可进一步通过育种途径进行改良。参试材料的4个膳食纤维含量指标均近似呈正态分布，其中绝大多数材料的总膳食纤维含量集中在9.00%～11.00%范围、总阿拉伯木聚糖含量集中在3.00%～4.50%范围、水溶性阿拉伯木聚糖含量分布在0.30%～0.70%范围，缺乏膳食纤维含量极高的育种材料。本研究共筛选出9个总膳食纤维含量较高的材料，如毕2008-1、丰德存1号、百农3217、非黑土地24、山前麦、郑麦379等，尤其是毕2008-1和丰德存1号，总膳食纤维含量高且面团筋力强、面粉白度高，可作为今后培育优质高膳食纤维小麦新品种的亲本材料。

本研究发现，小麦总膳食纤维和水溶性阿拉伯木聚糖含量在不同种植区间差异不显著，而总阿拉伯木聚糖和非水溶性阿拉伯木聚糖含量存在显著差异(P<0.05)。总体趋势为北方麦区的总膳食纤维含量略低于南方麦区，而总阿拉伯木聚糖和非水溶性阿拉伯木聚糖含量略高于南方麦区；国外材料的总膳食纤维、总阿拉伯木聚糖和非水溶性阿拉伯木聚糖含量均比较低，说明小麦膳食纤维含量可能受长期育种选择和育种方向的影响。

水溶性阿拉伯木聚糖和非水溶性阿拉伯木聚糖两者结构的差异导致其对小麦面团和面制品品质产生不同影响，多数研究认为，前者有利于改善小麦最终的加工品质[17,26]，后者却有一定的负向作用[27-28]。因此，小麦品质育种中要尽量选择水溶性阿拉伯木聚糖含量较高的材料。本研究相关分析得出，水溶性阿拉伯木聚糖含量与非水溶性阿拉伯木聚糖含量极显著负相关，这与今后小麦品质育种目标相一致，高水溶性阿拉伯木聚糖含量的优质小麦新材料既能满足增加膳食纤维含量的要求，也能进一步改善小麦加工品质。