28份蚕豆淀粉含量遗传多样性分析

韩雪梅，侯万伟

(青海大学农林科学院，青海 西宁 810016)

蚕豆(ViciafabaL.)，豆类，野豌豆属,一年生或越年生草本植物，是一种在世界农业中具有重要地位的谷物豆科作物[1]。蚕豆含有多种对人体有益的生理活性物质，如类酮、原花色素、活性蛋白、活性肽及巢菜碱苷等，有降低胆固醇和血脂及防止过饱等作用[2]。蚕豆胚乳中的淀粉是蚕豆籽粒中含量最丰富的一类碳水化合物，占蚕豆干物质的40%～50%[3]。根据淀粉分子结构特征，主要可以分为直链淀粉(Amylose)和支链淀粉(Amylopectin)两类。淀粉颗粒大小、糊化特性对食品的口感、白度、体积等品质性状和蒸煮品质有很大影响，这些因素又与其直链淀粉与支链淀粉的比例相关。直链淀粉含量越高，分子间越容易自我缔合，糊化后易老化；而由于支链淀粉分子量大，其链状分支构造在糊化以后可以形成复杂的网状结构，网目数较多，结构强而不宜崩塌，物料在膨化过程中，能承受较强的蒸汽压力，使产品容易膨化，且膨化率大[4-5]，淀粉作为植物界普遍存在的储藏多糖[6]，其含量的高低是大多数谷类作物衡量品质优劣的重要标准[7-8]。豆科作物中关于淀粉含量组分分析的相关研究报道较少。蚕豆作为小杂粮中不可或缺的一类，经济价值和营养价值都很高。目前国内对蚕豆淀粉的研究主要集中在淀粉的物理性质等方面，如蚕豆淀粉颗粒形状、黏度、溶解度、膨润度、透明度，以及淀粉凝胶强度和质构特性等[9-10]，宋晓敏等[11]从淀粉的浓度、热处理时间、pH和离子强度等因素对蚕豆淀粉凝胶的强度和质构特性进行了研究；谭斌等[12]对20种蚕豆淀粉的物理特性、升降温过程中的黏度变化、凝胶强度和冷藏稳定性进行了测定。

我国蚕豆的利用形式主要以粒用、休闲食品和饲料加工为主，食品加工专用型蚕豆品种少，影响了蚕豆食品加工行业的发展。因此，针对目前蚕豆淀粉研究的不足，对蚕豆淀粉含量和组成成分进行分析，可为评价蚕豆加工品质的高低提供理论依据。通过分析28份青海省蚕豆种质资源淀粉含量及组成成分，为不同淀粉含量蚕豆新品种的选育和品质评价提供借鉴。

1 材料及方法

1.1 试验材料

28份蚕豆种质资源均由青海大学农林科学院作物研究所蚕豆研究室提供(表1)。

表1 28份供试种质资源

1.2 方法

1.2.1 试验地基本情况 田间种植设在青海大学农林科学院蚕豆试验田(101°45′E，36°43′N)，土壤为栗钙土，肥力均匀。

1.2.2 材料种植及收获处理 本研究方法采用单因素完全随机设计，28份蚕豆种质均于2019年4月9日播种。将每份蚕豆种质分为3份，分别种植于蚕豆试验田的3个小区内，植株成长时期正常田间管理,并于成熟后收取成熟籽粒，每个单株选取两个籽粒，去掉种皮，于研磨机进行频率为40 Hz，时间为60 s 的研磨，研磨完成后，称取0.05 g样品进行总淀粉含量、直链淀粉含量以及支链淀粉含量的测定。

1.2.3 淀粉测定方法 本研究利用Megazyme总淀粉及直/支链淀粉含量测定试剂盒测定淀粉含量，该试剂盒测定结果准确且不需要制作标准曲线[13]，与传统的碘比色等淀粉含量测定方法相比，该试剂盒材料用量较少，试验步骤也更为简单，操作更为方便，结果更为精准。

Megazyme总淀粉试剂盒原理：使用耐热性淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶和抗耐热性淀粉酶将淀粉水解为可溶性分支麦芽糊精和去分支麦芽糊精。

Megazyme直链淀粉/支链淀粉比例试剂盒原理：通过加热淀粉样品可以完全溶解于二甲基亚砜(DMSO)中。用乙醇沉淀淀粉去除其中的脂质，回收沉淀的淀粉。用醋酸/盐溶液溶解沉淀的样品，加入ConA，特异性沉淀支链淀粉，离心去除沉淀。单位体积上清液中的直链淀粉被酶水解为D-葡萄糖，然后用葡萄糖氧化酶/过氧化物酶试剂进行测定。另外一份单位体积醋酸/盐溶液中的总淀粉同样用酶水解为D-葡萄糖，然后加入葡萄糖氧化酶/过氧化物酶，用比色法测定。根据ConA沉淀样品的上清液与总淀粉样品中的GOPOD在510 nm处的吸光光度值之比判断直链淀粉在总淀粉中的含量。

1.2.4 数据统计及分析 利用Excel计算其平均值、变幅、变异系数及多样性指数，多样性指数应用Shannon(H′)指数，并利用SPSS26.0软件根据直链淀粉含量、支链淀粉含量以及总淀粉含量进行聚类分析，聚类方法为组间连接，测量区间选平方欧氏距离，最后利用DPS软件对28份蚕豆种质资源进行总淀粉含量、直链淀粉含量与支链淀粉含量和生育期以及百粒重之间的相关性分析。

2 结果与分析

2.1 28份蚕豆种质总淀粉含量

由表2可知，28份蚕豆种质3类淀粉含量差异较大，多样性较高，多样性指数均大于1.9，其中支链淀粉多样性指数最大，达到了2.035；28份蚕豆种质直链淀粉含量变异系数达到了19.013%，说明作为供试材料的青海省28份蚕豆种质资源直链淀粉含量差异大，在日后可作为不同淀粉含量品种选育的亲本，亲本遗传差异较大，有利于后代育种工作的开展。

表2 28份蚕豆种质淀粉含量数据表

由表2和表3可知，28份蚕豆种质中，总淀粉平均含量为39.968%，其中总淀粉含量最高为红大豆，达到52.767%，西皮尕大豆总淀粉含量最低，只有31.719%；含量在50%以上的2份，含量在 40%～50%的10份，含量在30%～40%的16份。28份蚕豆种质总淀粉含量的变异系数为13.568%，变幅为31.719%～52.767%，多样性指数为1.942。

表3 28份蚕豆种质总淀粉含量表

2.2 28份蚕豆种质支链淀粉含量

由表2和表4可知，在28份蚕豆种质中，支链淀粉平均含量为31.501%，支链淀粉含量最高的是红大豆，为40.329%，最低的是西皮尕大豆，含量仅为24.503%。28份蚕豆种质支链淀粉含量的变异系数为12.99%。变幅为24.503%～40.329%，多样性指数为2.035。28份蚕豆种质中只有红大豆支链淀粉达到了40%以上，16份支链淀粉含量集中在30%～40%，其余11份支链淀粉含量集中在20%～30%。

表4 28份蚕豆种质支链淀粉含量表

2.3 28份蚕豆种质直链淀粉含量

由表2和表5可知，在28份蚕豆种质中，直链淀粉平均含量为8.467%，直链淀粉含量集中在 5%～13%，直链淀粉含量的变异系数为19.031%。变幅为5.753%～12.438%，多样性指数为1.979。其中红大豆直链淀粉含量最高，为12.438%，青海9号含量最低(5.753%)。

表5 28份蚕豆种质直链淀粉含量表

表5(续)

2.4 28份蚕豆种质淀粉聚类分析

利用SPSS26.0 统计软件对28份蚕豆种质淀粉组成进行系统聚类分析，聚类结果见图1。由图1可知，28份蚕豆种质在欧氏距离为25时被分为2大类，在欧氏距离为5时被分为4小类。其中，曹家堡尕大豆、蚕豆、红大豆3份材料总淀粉含量、支链淀粉含量与直链淀粉含量在28份种质中均处于较高值，因此被划分为一类；尕大豆、马牙蚕豆、尕马牙、青海6号和青海5号3类淀粉含量均处于28份种质的中等偏高值，被划分为一类；其余20份材料被划分为一大类，其中，青海9号、青海15号和西皮尕大豆由于3类淀粉含量值均为28份种质中的较低值被划分为一类。

3 相关分析

利用DPS软件对28份蚕豆种质3类淀粉含量与生育期及百粒重做相关分析，由表6可以看出，总淀粉含量与直链淀粉含量、支链淀粉含量在0.01水平上呈极显著正相关关系，相关系数分别为0.87、0.98，说明直链淀粉含量、支链淀粉含量越大，总淀粉含量越大；总淀粉含量与百粒重在0.05水平上呈显著负相关关系，相关系数为-0.46，说明总淀粉含量越低，百粒重越大；直链淀粉含量与支链淀粉含量在0.01水平上呈极显著正相关关系，相关系数为0.77，说明直链淀粉含量越大，支链淀粉含量越大；直链淀粉含量与百粒重在0.01水平上呈极显著负相关关系，相关系数为-0.53，说明直链淀粉含量越小，百粒重越大；支链淀粉含量与百粒重在0.05水平上呈显著负相关关系，相关系数为-0.41，说明支链淀粉含量越小，百粒重越大。3类淀粉含量大小与生育期在0.01和0.05水平上均未达到显著相关，说明淀粉含量大小与生育期无相关性。

表6 相关分析结果

4 讨论与结论

目前对蚕豆的研究主要集中在表型农艺性状上，对蚕豆淀粉的研究相对较少，而针对蚕豆的淀粉含量测定组成成分分析研究更少，李翠翠等[14]对蚕豆和豌豆的理化性质进行分析，并对其总淀粉含量以及直链淀粉含量做了测定；Gunasekera等[15]利用碘比色法对世界范围内72份蚕豆进行直链淀粉的测定，研究了种内、种间直链淀粉含量变化范围及变化趋势，并且对直链淀粉含量与籽粒大小是否相关进行了探究。本研究利用青海省内28份蚕豆种质资源，对其蚕豆淀粉含量及组成成分进行了分析。结果显示，28份蚕豆种质淀粉含量差异较大，多样性丰富，今后可作为不同淀粉含量品种选育的亲本。3类淀粉含量的显著性分析显示，红大豆3类淀粉含量均为最大值，总淀粉含量和支链淀粉含量均高于其余27份，百粒重与3类淀粉含量多少均呈负相关，所以选育淀粉含量高的品种，可以从百粒重较小的品种当中选育。蚕豆是炒货类食品行业的一类重要的加工原材料，蚕豆自身品质直接决定了加工成品的品质，淀粉是评价蚕豆品质的重要指标，因此，本研究可为日后选育品质优良的蚕豆品种提供借鉴。