中国黍稷种质资源抗性淀粉含量分析

丁 敏，陈小红，张宇奇，王海岗，陈 凌，井 苗，乔治军，王瑞云，

（1.山西农业大学农学院，山西太谷 030801；2.山西农业大学农业基因资源研究中心（山西省农业科学院农作物品种资源研究所），农业部黄土高原作物基因资源与种质创新重点实验室，杂粮种质资源发掘与遗传改良山西省重点实验室，山西太原 030031；3.榆林市农业科学研究院，陕西榆林 719000）

黍稷（Panicum miliaceum L.）属禾本科黍属作物，其籽粒脱皮后俗称黄米，黍稷有粳糯之分，粳性的一般称为稷、稷子、塔尔米，糯性的称为黍、黍子以及黏糜等[1-2]。其原产于我国西部地区，目前，糜子被广泛种植于亚洲、欧洲的一些发展中国家，是当地重要的粮食资源，其在美洲和大洋洲也均有分布[3-4]。黍稷抗旱耐瘠、生育周期短，因此成为干旱和半干旱地区的优势粮食作物[5-6]。随着气温升高，水资源减少等环境问题的加剧，黍稷抗旱和耐高温等优良性质就显得尤为重要[7]。黍稷作为我国特色小杂粮作物，含有丰富的蛋白质、淀粉、膳食纤维以及钙、铁、钾、镁、磷、锌等多种矿物质元素，此外还含有一些生物活性成分如多酚和黄酮，具有抗氧化、降血糖、抗癌以及预防肝损伤等多种生理功能[8]。

之前对于黍稷的研究主要集中于农艺性状、遗传多样性以及理化性质等方面[9-17]。2015 年，田翔等[18]利用双波长比色法对15 份黍稷样品中直链淀粉和支链淀粉同时进行测定，首次实现了黍稷直链淀粉和支链淀粉的分离和纯化。2017 年，韩浩坤等[19]对糜子形成过程中的淀粉含量变化进行了研究，结果发现，在籽粒成熟过程中，总淀粉、直链淀粉和支链淀粉含量都呈S 型趋势增长，且各个时期粳性品种直链淀粉的积累量和积累速率都高于糯性品种。2018 年，WANG 等[20]对Waxy 基因进行测序，并分析其控制黍稷粳糯的分子机制，结果发现，被测材料中有68 份材料存在S-15 等位变异，其直链淀粉含量在0～2.58，均为糯性。2019 年，邵欢欢等[21]选用40 份来自全国不同地区的黍稷品种，采用双波长比色法对其淀粉组成及含量进行分析，结果显示，其中23 份品种为糯性，17 份为粳性，结果与Waxy基因分型相同。

已有研究多集中在对黍稷淀粉分离方法以及粳糯品性上。近年来研究发现，抗性淀粉（Resistant starch，RS）具有为人体提供能量、降低食物热效应、改善食物口感、调节和保护小肠以及预防一些非传染性疾病等功效，因此，其成为当下研究的一大热点[22-24]。刘敬科等[25]对于中国谷子品种RS 分布规律进行了分析，发现中国地方品种谷子RS 大致上呈现正态分布，且不同生态区、不同省份间RS 均存在一定差异。LIN 等[26]研究表明，RS 和直链淀粉的含量呈正相关，选育高直链淀粉株系可以得到高RS的品种。目前，对小麦、水稻等其他作物抗性淀粉含量的评估相对较多[25，27-29]，而对于黍稷抗性淀粉含量研究相对较少。

RS 含量的测定方法主要有体内和体外2 种测定法，其中，体外测定法即模拟人体内的消化环境进行RS 含量测定，较体内测定法便捷且成本低[30]。本研究选取90 份来自国内8 个不同省份的黍稷种质资源，采用Megazyme 抗性淀粉试剂盒法（体外测定法）进行抗性淀粉含量分析，旨在为以RS为指标的黍稷食品研发和黍稷育种等研究提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

试验于2018—2019 年在山西农业大学作物遗传育种重点实验室进行。

供试材料为国内8 个省份的资源共90 份，包括山西20 份、青海10 份、甘肃10 份、内蒙古10份、陕西10 份、宁夏10 份、河北10 份、黑龙江10份。材料详细信息如表1 所示。

表1 供试黍稷资源及其来源

续表1

1.2 方法

1.2.1 黍稷抗性淀粉含量测定 准确称取50 g 黍稷样本种子，用磨碎机进行研磨并烘干后，称取0.1g，按照Megazyme 抗性淀粉检测试剂盒K-RSTAR说明书进行操作，在样品中加入α-胰淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶（AMG）混合工作液，放入37 ℃水浴摇床中振荡孵育16 h；离心后得到的絮状沉淀即为黍稷样品中的RS，用GOPOD 对样品中RS 含量进行测定。

1.2.2 黍稷非抗性淀粉含量测定 将1.2.1 离心得到的上清液定容至100 mL，再用GOPOD 进行测定。

1.3 数据统计与分析

采用Microsoft Excel 和SPSS 23.0 对各省份种质资源抗性淀粉和非抗性淀粉含量平均值、最大值、最小值和变异系数进行计算，并进行回归分析、方差分析、多重比较等，制作相关分析图。

2 结果与分析

2.1 我国黍稷抗性/非抗性淀粉含量测定以及分布特征

从表2、3 可以看出，90 份黍稷资源淀粉含量在21.72%～76.60%，其中，抗性淀粉含量介于0.17%～10.88%，平均含量为5.76%，标准偏差为2.83%；非抗性淀粉含量变幅在15.16%～67.87%，平均含量为44.30%，标准偏差为11.28%。抗性淀粉的变异系数（49.13%）远高于非抗性淀粉的变异系数（25.46%）。

从表3 可以看出，抗性淀粉和非抗性淀粉偏度系数均为负数（-0.16），表明2 个指标偏离正态分布对称性相同，均为左偏分布；峰度系数也均为负数，分别为-1.02 和-0.32，为平峰分布；总淀粉含量的偏度系数和峰度系数也均为负值，为左偏分布，且为平峰。

从图1、2 进一步可以看出，抗性淀粉多分布在9～13 组，第11 组频率最高；非抗性淀粉多分布在8、10、11 组，其中，第8 组频率最高。

2.2 抗性淀粉和非抗性淀粉的回归分析

运用SPSS 软件对不同省份的抗性淀粉和非抗性淀粉进行线性回归分析，首先对2 个变量进行直线回归的假设检验（表4），回归的显著性水平P＝0.015＜0.05，说明2 个变量之间存在显著的直线影响关系，回归方程是有意义的。回归方程为：y＝0.063 9x＋2.933 9（R2＝0.064 8），拟合度较小（图3）。

从表5 可以看出，非抗性淀粉含量的显著性P＝0.015＜0.05，意味着非抗性淀粉含量能够显著影响抗性淀粉的含量，回归系数0.064＞0，回归方程单调递增，说明非抗性淀粉含量能够显著正向影响抗性淀粉含量，二者呈显著正相关。

表2 90 份黍稷资源淀粉含量 %

表3 不同黍稷抗性和非抗性淀粉含量总体分布特征

表4 抗性淀粉和非抗性淀粉的线性回归ANOVA 分析结果

2.3 国内不同省份黍稷抗性、非抗性淀粉含量分型

从表6 可以看出，青海黍稷抗性淀粉含量最高，内蒙古和甘肃次之，河北最低；各省份变异系数在14.20%～63.89%，其中，黑龙江黍稷的变异系数最大，为63.89%，内蒙古黍稷变异系数最小，为14.20%，说明黍稷变异程度也受到地域大小差异的影响。按照含量范围，可以将其划分为3 种类型，分别为Ⅰ型（0%～4%）、Ⅱ型（4%～8%）和Ⅲ型（8%～12%），其中，河北和黑龙江以I 型为主，山西、甘肃、内蒙古、宁夏以II 型为主，青海以III 型为主。总体上来讲，Ⅱ型黍稷占45.6%，Ⅰ型和Ⅲ型黏稷分别占30.0%和24.4%。

表5 不同省份抗性淀粉和非抗性淀粉含量的回归系数

表6 不同省份抗性淀粉含量差异分析

从表7 可以看出，内蒙古黍稷非抗性淀粉含量最高，陕西、甘肃和青海次之，河北最低，各省份变异系数在9.49%～33.49%，其中，河北黍稷的变异系数最大，为33.49%，青海黍稷变异系数最小，为9.49%。按照含量范围，可以将其划分为3 种类型，分别为Ⅰ型（10%～30%）、Ⅱ型（30%～50%）、Ⅲ型（50%～70%），其中，河北以I 型为主，山西、青海、甘肃、黑龙江以II 型为主，内蒙古、陕西和宁夏以III 型为主。总体上来讲，Ⅱ型黍稷最多，占53.4%，III 型黍稷次之，占32.2%，I 型黍稷最少，占14.4%。

表7 不同省份非抗性淀粉含量差异分析

2.4 不同省份黍稷抗性淀粉/非抗性淀粉含量方差分析及多重比较

从表8 可以看出，非抗性淀粉的组间平方和与组内平方和相差较大，它们之间的均方之比F 值为4.830，说明这组数据之间存在差异性；抗性淀粉的组内平方和与组间平方和相差不大，但是均方之比F 值较大，为10.940，远大于1，有理由拒绝零假设，说明该项指标的均值存在显著差异。就P 值而言，抗性淀粉和非抗性均为0.000，小于0.05，说明2 项指标在不同的省份之间差异都达到了显著水平。

从图4 可以看出，各省份黍稷资源中，抗性淀粉含量明显低于非抗性淀粉含量，抗性淀粉含量均在10%以下，而非抗性淀粉含量均在30%以上；比较各省份抗性淀粉含量可知，河北省抗性淀粉含量明显低于其他省份，青海省抗性淀粉平均含量在8 个省份中最高；山西、甘肃、陕西、宁夏以及黑龙江误差明显，青海、内蒙古以及河北误差不明显；其中，河北与其他省份差异显著，青海与内蒙古之间差异不显著，但这2 个省份与其他省份间差异显著，山西、甘肃、山西、宁夏及黑龙江5 个省份之间差异不显著。

3 结论与讨论

田翔等[18]采用双波长比色法对黍稷的直链淀粉和支链淀粉含量进行测定，结果发现，其测定的15 份样品中，总淀粉含量在70.09%～73.31%；邵欢欢等[21]对40 份黍稷淀粉含量进行测定，结果发现，总淀粉含量在58.43%～75.45%。本试验测定了包括山西、陕西、甘肃等国内8 个省份共90 份黍稷资源淀粉含量，结果发现，总淀粉含量在21.72%～75.60%，变幅较前述已有研究宽泛，这可能与本研究所选种质来源范围广有关。

不同种作物的抗性淀粉含量差异比较大。石劢等[31]研究发现，薯类中抗性淀粉含量所占比例较高，而面粉含量较低，为2.80%±0.35%。基于禾本科作物抗性淀粉含量测定，以往研究发现，水稻（Oryza sativa）、谷子（Setaria italica）、小麦（Triticum aestivum）中RS 含量平均值分别为2.96%、2.43%、0.64%[25，28-29]，本研究测得黍稷抗性淀粉含量平均值为5.76%，说明黍稷是一种制作高抗性淀粉副产品很好的原材料。同种作物的不同品种其RS 含量亦不同，曹小艳等[32]对72 个板栗品种抗性淀粉含量进行了测定，结果发现，北方品系中RS 含量差异明显，最高为22.22%，最低为3.44%。本研究对比了我国8 个省份的90 份不同品种的黍稷抗性淀粉含量，结果显示，抗性淀粉含量最高的来自青海的灰麻糜，为10.88%，含量最低的来自黑龙江的黑笊篱头，为0.17%。同时，抗性淀粉对黍稷资源抗性淀粉和非抗性淀粉含量进行线性回归分析，结果发现，二者呈显著正相关，但是拟合程度低，说明抗性淀粉含量受多种因素影响，包括样本间的遗传特性以及不同地理位置的气候、栽培条件等。杨烨[33]研究表明，不同温度、不同品种对于抗性淀粉含量均有一定影响。本研究对不同省份黍稷资源进行分型，结果显示，各省份之间差异显著，山西省、陕西省、甘肃省、宁夏省差异较小，其他省份间差异较大，其中，河北省与其他各省间差异极大，这可能与各省份所处的地理位置有关。

对各省份黍稷资源进行方差分析及多重比较，可以看出，抗性淀粉和非抗性淀粉2 项指标在各省份之间均达到极显著水平；河北省抗性淀粉含量与其他省份差异极大，但误差较小，青海和内蒙古2 个的省抗性淀粉含量差异不显著，误差也均较小，山西、甘肃、陕西、宁夏、黑龙江5 个省份抗性淀粉差异不显著，但误差均较大。