不同小麦品种抗性淀粉含量及其与其他淀粉品质性状的关系

刘素君，姚永伟，高宏欢，杜晨阳，王晨阳，方保停，李向东，谢迎新，马冬云

(1.河南农业大学农学院/国家小麦工程技术研究中心，河南郑州 450046；2.河南省农业科学院小麦研究所，河南郑州 450002)

淀粉是人类生存必不可少的碳水化合物。近年来，抗性淀粉由于其特殊功能，成为碳水化合物的一个热门研究方向。抗性淀粉(RS)是指未被健康个体的小肠消化吸收的淀粉及其降解产物的总和[1]；具有较小的分子结构，不溶于水，其持水性是所有膳食纤维中最低的[2]。抗性淀粉具有较低能量，用其加工的食品可以达到控制体重、预防便秘、防止糖尿病、降低血脂含量、促进矿物质吸收等生理功能[3-7]。Englyst等[8]将抗性淀粉分为四类：物理包埋淀粉(RS1)、抗性淀粉颗粒或生淀粉(RS2)、回生淀粉或老化淀粉(RS3)以及化学修饰淀粉(RS4)。其中RS3经糊化和回生后形成，相对稳定，是最重要的一类抗性淀粉。RS被认为与直链淀粉有一定的相关性，由于其以结晶体形式存在，从而具有抗酶解性[9-10]。植物的RS含量与基因型密切相关。有研究发现，稻米RS含量较低，仅为1.0%～2.1%[11-12]；而甘薯RS含量较高，为16.0%～23.7%；环境及其与基因型互作对抗性淀粉含量也有显著影响[13]。

小麦是世界上第三大作物，也是我国居民主食之一，其营养品质对人们的健康水平有重要意义。抗性淀粉含量作为小麦的一个新的品质性状日益受到关注。秦海霞等[14]通过分析小麦的硬度Puroindoline b 位点7个近等基因系之间抗性淀粉含量的差异，认为Pina-D1a/Pinb-D1b基因型具有较高的抗性淀粉含量。庞 欢等[15]研究表明，在供试的6个春小麦品种中，安农90202抗性淀粉含量最高，为2.67%；D68-20的抗性淀粉含量最低，为 0.59%。刘树兴等[16]和王 琳等[17]的研究表明，抗性淀粉含量与直链淀粉含量呈极显著正相关关系。

不同小麦品种的抗性淀粉含量存在显著差异，且抗性淀粉含量受产地环境影响[17]。本研究选用河南省主推的30个小麦品种，分别在河南省7个地点种植，以探讨基因型与环境对小麦抗性淀粉含量和其他品质性状的影响及抗性淀粉含量与淀粉其他品质性状的关系，旨在筛选优质专用小麦粉、提高小麦抗性淀粉含量的栽培措施、优化小麦品质和高抗性淀粉含量小麦品种的选育提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

供试品种包括百农201、百农207、百农307、新麦26、平安11等30个品种。分别于2016-2017年种植在河南省的原阳、商丘、许昌、开封、西华、西平、淇县7个地点。田间管理按照当地常规高产麦田管理方式，防止病虫草害发生。成熟期人工收获、脱粒，籽粒室温储存2个月后进行磨粉及淀粉的制备，用于相关品质性状测定。

1.2 测定项目及方法

1.2.1 籽粒磨粉

小麦籽粒样品采用ALBM实验磨粉机(布勒LRMM804，无锡)制粉。

1.2.2 小麦淀粉的提取

称取10 g面粉用MJ-III型面筋数量和质量测定仪(大成光电)洗面筋，得到淀粉浆，待淀粉浆静置10～20 min后倒掉上清，淀粉浆3 000 r·min-1离心15 min，弃上清以及上层颜色深的部分，取下层纯白色淀粉，置于通风干燥处晾干，粉碎之后过100目筛，得到淀粉成品。

1.2.3 抗性淀粉含量(RS)的测定

抗性淀粉含量(RS)的测定采用王 琳等[17]方法且有适当改进。还原糖测定采用3,5-二硝基水杨酸(DNS)法，使用多功能酶标仪(Bio Tek，美国)在540 nm处测吸光度。

RS=M/W×待测液的体积×0.9

其中，M是葡萄糖含量；W是样本干质量； 0.9是淀粉与葡萄糖转换系数。

1.2.4 籽粒总淀粉及其组分含量测定

总淀粉含量采用国标NY/T 11-1985《谷物籽粒粗淀粉的测定法》测定，直链淀粉含量参考何照范等[18]方法测定。支链淀粉含量=总淀粉含量-直链淀粉含量。

1.2.5 淀粉糊化特性测定

采用快速粘度分析仪(Rapid Visco Analyzer4500,瑞典)测定糊化特性，并用TCW(Thermal Cycle for Windows)配套软件进行分析。

1.2.6 淀粉粒度分布的测定

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

1.3 数据分析

采用Excel 2016和SPSS进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 淀粉品质性状的影响因素分析

方差分析(表1)表明，除<2.0 μm和>9.8 μm淀粉粒表面积和淀粉粒数目分布外，环境对其他指标的影响均达到显著或极显著水平；品种对被测品质指标的影响均达到显著或极显著水平(粒径<2.0 μm和2.0～9.8 μm的淀粉粒表面积分布以及数目分布除外)。基因和环境互作效应对淀粉含量、支直比，淀粉粒体积分布和淀粉粒表面积分布(淀粉粒<2.0 μm除外)的影响均达到显著或极显著水平。从表1的F值可见，大多数品质性状受环境影响效应较大，其次为基因型效应，而基因型和环境互作效应较小。

表1 淀粉性状的基因、环境及其互作方差分析(F值)

2.2 环境对品质性状的影响

2.2.1 对淀粉组分的影响

由表2可以看出，总淀粉含量以西华点最高(73.33%)，许昌点最低(71.72%)；直链淀粉含量以开封点最高(23.65%)，原阳点最低(19.77%)；支链淀粉含量和支直比均以原阳点最高(52.73%，2.76)，开封点最低(48.56%，2.08)。抗性淀粉含量则在开封点表现最高(2.06%)，西华点最低(1.50%)。总淀粉含量和支链淀粉含量变异系数较小，支直比和抗性淀粉含量的变异系数较大。抗性淀粉含量除西平、开封点外，其他点变异系数均超过15.00%，以在原阳试点的变异系数最高(41.80%)，而在开封点的最低(12.41%)。

表2 不同地点间小麦抗性淀粉、总淀粉及淀粉组分含量的差异

2.2.2 对糊化特性的影响

由表3可以看出，峰值粘度、低谷粘度、最终粘度和稀懈值这四个糊化参数在开封点均表现最高，分别为2 524.7、1 725.4、3 026.9和817.3；而反弹值在原阳点表现最高(1 309.1)。峰值粘度、低谷粘度、最终粘度和反弹值在商丘点均表现为最低，分别为1 680.7、1 001.3、2 002.5和 1 001.2。从变异系数来看，不同品质指标在西华和商丘试点的变异系数高于其他试点。

表3 不同地点间小麦淀粉糊化特性比较

2.2.3 对淀粉粒度分布的影响

成熟期籽粒淀粉粒直径< 2.0 μm的为C型淀粉粒，2.0～9.8 μm的为B型淀粉粒，>9.8 μm的为A型大淀粉粒。由表4可见，淀粉粒体积分布中，粒径<2.0 μm、2.0～9.8 μm的淀粉粒体积百分比均表现在商丘点最高，分别为 8.17%、27.35%；而在开封点表现最低，分别为7.53%、24.49%。粒径>9.8 μm的A型大淀粉粒体积百分比在开封点表现最高(67.98%)，在商丘点表现最低(64.47%)。

表4 不同地点间小麦淀粉粒度分布的差异

从淀粉粒表面积分布看出，粒径<2.0 μm的淀粉粒分布百分比在原阳点最高(52.22%)，许昌点最低(48.21%)；粒径为2.0～9.8 μm的淀粉粒和>9.8 μm的大淀粉粒表面积分布百分比均在许昌点最高，分别为34.35%、17.45%。

从淀粉粒数目分布看，粒径<2.0 μm的C型淀粉粒和粒径>9.8 μm的A型淀粉粒在四个地点之间没有显著差异；粒径为2.0～9.8 μm的B型淀粉粒数目百分比表现在许昌点最高(2.31%)，在原阳点最低(0.99%)。这表明地点可能主要影响粒径2.0～9.8 μm的B型淀粉粒的数目分布。

2.3 品种间品质性状的差异

2.3.1 淀粉组分的差异

由表5可知，30个小麦品种抗性淀粉含量的范围为2.28%～1.47%，平均值为1.88%；其中赛德麦1号抗性淀粉含量最高，商麦156次之，且与百农307、郑麦366、郑麦119、豫麦49-198、许科316、周麦32和丰德存5号之间差异显著。总淀粉含量以百农201最高，其次为丰德存5号，且与其他多数品种之间差异显著。直链淀粉含量以郑麦379最高，豫麦158次之，且均与豫麦49-198和丰德存5号之间差异显著。支链淀粉含量则以丰德存5号最高，郑麦379次之。支直比以丰德存5号最高，商麦156次之，且仅与新麦26和郑麦379之间差异显著。总体而言，商麦156、赛德麦1号、百农4199、平安11、许科316和周麦27的抗性淀粉含量以及支直比均优于其他品种。

表5 不同小麦品种的抗性淀粉、总淀粉及淀粉组分含量

2.3.2 糊化特性

由表6可见，品种百农4199、郑麦366、郑麦119及洛麦26的峰值粘度、低谷粘度、稀懈值及最终粘度均较高，与先麦10、百农307、郑麦0943间差异均达显著水平，表明这四个品种的糊化特性优于其他品种。

表6 不同品种小麦淀粉糊化特性的比较

2.3.3 淀粉粒度分布

由表7可知，淀粉粒径<2.0 μm的C型淀粉粒体积分布、表面积分布和数目分布，以新麦26较高，分别为8.99%、54.52%和99.20%；周麦27次之，分别为8.90%、48.76%和98.13%；周麦32和周麦36均表现较低，且体积和表面积分布与新麦26之间差异达显著水平。

表7 不同品种淀粉粒度分布的差异

淀粉粒直径为2.0～9.8 μm的B型淀粉粒体积分布周麦27最高，表面积分布以洛麦26最高，数目分布以百农307最高，而平安11和豫农186淀粉粒的体积和数目分布均较低，且淀粉粒体积分布与周麦27差异达显著水平。

淀粉粒直径>9.8 μm的A型淀粉粒体积分布和表面积分布以周麦32最高，分别为71.80%和22.48%；而新麦26、周麦27较低，且与周麦32差异达显著水平。

2.4 小麦抗性淀粉与其他淀粉品质性状的相关性分析

由表8可知，抗性淀粉含量与直链淀粉含量、峰值粘度、低谷粘度及最后粘度均呈显著正相关。这表明提高小麦籽粒抗性淀粉含量可以改善淀粉的糊化特性。

表8 小麦抗性淀粉与品质性状的相关性分析

3 讨 论

不同作物的抗性淀粉含量差异较大，而同一作物不同品种的抗性淀粉含量亦不同。张 平等[21]研究表明，小麦的抗性淀粉含量较低，平均为0.64%；石 劢等[22]研究表明，薯类中抗性淀粉比例较高，而面粉中含量较低(2.80%±0.35%)。本研究结果表明，小麦的抗性淀粉含量为1.47%～2.28%，平均为1.88%。王 琳等[23]测定了100份国内外小麦材料抗性淀粉含量，发现其平均含量为2.11%，略高于本研究结果。这种差异可能与小麦品种及栽培环境有关。在本研究中，赛德麦1号、百农4199、许科316等品种的抗性淀粉含量较高。

小麦品质性状受基因型、环境及其互作效应的影响，其中环境对抗性淀粉含量的影响大于基因型及其互作效应，这一方面可能是由于本试验选用品种多为高产品种，品种间抗性淀粉含量差异较小；另一方面也表明，选择合适的栽培环境有助于提高抗性淀粉含量。整体而言，开封点和原阳点小麦的抗性淀粉含量及被测品质性状表现均优于其他地区，表明在这两个地点种植抗性淀粉含量高的品种可能有利于发挥其优质的潜力(高抗性淀粉)。

小麦淀粉品质指标主要包括淀粉组分含量及淀粉糊化特性。有研究表明，直链淀粉含量与抗性淀粉含量显著正相关[17]；也有研究表明，并非直链淀粉含量越高，抗性淀粉含量越高，抗性淀粉含量受直链淀粉的分子量大小影响[24]。本研究结果表明，抗性淀粉含量与直链淀粉含量呈显著正相关；且大多数抗性淀粉含量高的品种其直链淀粉含量较高，表明提高直链淀粉含量可在一定程度上提高抗性淀粉含量。面粉糊化特性显著影响面条质量，淀粉峰值黏度、稀懈值、低谷黏度和最终黏度高的小麦粉适合制作优质面条[25]。王 琳等[17]认为，抗性淀粉含量与峰值粘度和膨胀势显著正相关。也有研究认为，生面粉和熟面粉的抗性淀粉含量与糊化特性的相关性并不完全一致，而较高的抗性淀粉含量会弱化面粉的糊化特性[26-27]。本研究发现，品种对糊化特性有显著影响，抗性淀粉含量高的品种其峰值粘度、最后粘度均表现较高，如赛德麦1号、百农4199、许科316等；抗性淀粉含量与峰值粘度和最后粘度呈显著正相关，这表明可通过提高抗性淀粉含量改善淀粉糊化特性。

淀粉颗粒是淀粉分子的集聚体，不同小麦品种因受遗传因素和种植环境等条件的影响，所形成的淀粉颗粒结构及其性质也不同。杨朝柱等[28]研究发现，颗粒大的淀粉不易消化，形成的抗性淀粉较多。而张志转[29]发现，高抗性淀粉含量突变体的淀粉粒粒径大于对照，B型淀粉粒较对照材料多。本研究结果表明，小麦品种对淀粉粒的粒径分布有显著影响，其中抗性淀粉含量较高的平安11、郑麦7698的>9.8 μm的A型淀粉粒体积分布和表面积分布较高，而新麦26、周麦27和赛德麦1号则表现为粒径在2.0～9.8 μm型的淀粉粒体积分布和表面积分布较高，表明相对于C型的小淀粉粒，较多的大颗粒淀粉粒可能有利于抗性淀粉的形成。也有研究认为，小粒径、低蛋白质含量利于抗性淀粉的形成[28]。这种差异可能一方面与品种有关，另一方面则反映了小麦籽粒不同品质指标相互影响。因此，进一步研究抗性淀粉含量与其他加工品质指标之间的关系，有助于在提高籽粒营养品质(高抗性淀粉含量)的同时改善加工品质，为优质专用小麦粉的开发和利用提供参考。