利用稻米淀粉特性进行食味品质辅助选择

李旭 付立东 王宇 隋鑫 任海 吕小红 马畅 杜萌 毛艇

摘要：目前，稻米食味品质评价主要依靠人工品尝，消耗样品量大、耗时较长且易受主观因素影响，其鉴定效率亟待优化。通过分析稻米淀粉特性对食味品质的影响，筛选出稻米食味品质的关键影响因子，科学评价利用稻米淀粉特性进行食味品质辅助选择的应用效果。结果表明：淀粉特性中的直链淀粉含量、低谷黏度、最终黏度、崩解值及消减值是影响食味品质的关键因子，对上述指标分别赋分后加合获得稻米淀粉特性综合评分，与食味值的相关性达到0.001水平，相比于上述各单项指标，相关性显著提高。综合分析表明，利用稻米淀粉特性综合评分所需样品量极少（3 g精米粉），并具有快速、便捷及不易受人为因素影响的优势，这为稻米食味品质的快速鉴定提供了技术支撑。

关键词：水稻;食味品质;淀粉特性;辅助选择

中图分类号：S511.01   文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2022）07-0178-06

收稿日期：2021-07-02

基金项目：辽宁省自然科学基金指导计划（编号：2019-ZD-0397）;国家重点研发计划（编号：2017YFD0300700）;辽宁省博士科研启动基金（编号：2020-BS-300）。

作者简介：李 旭（1983—），女，辽宁盘锦人，硕士，副研究员，主要从事水稻栽培研究。E-mail：chinalixu1983@163.com。

通信作者：毛 艇，博士，副研究员，主要从事水稻遗传育种研究。E-mail：chinamaoting1985@163.com。

稻米是世界2/3以上人口的口粮[1]，随着稻米产业的调整升级，优质食味稻米的需求量逐年增加，是水稻遗传改良的重点攻关方向[2]。传统的食味品质测定主要依靠人工品尝，受品尝人员所在地域、年龄及性别等影响，且需要大量稻米样品作为支撑，在收获样品量较少的育种早世代难以开展[3]。针对上述问题，前人进行过大量研究[4-5]，但多集中于理化指标与食味品质的相关性研究，而如何利用理化指标进行食味品质辅助选择少见报道[6-7]。

有研究表明，直链淀粉含量是食味品质的主要影响因子[8-9]。一般认为，直链淀粉含量高，米饭黏性小、硬度大、蓬松干燥、适口性差，而适当降低直链淀粉含量对提高食味品质具有重要意义[10]。直链淀粉含量相近的品种，食味值仍表现出较大的分布范围[11]，以反映淀粉在加热膨胀过程中理化状态变化的RVA特征谱，对区分直链淀粉含量相近品种的食味差异有较好的效果[12-13]。因此，本研究以遗传背景较复杂的籼粳杂交重组自交系为材料，筛选与食味品质密切相关的稻米淀粉特性，提出用稻米淀粉特性进行食味品质辅助选择的实施方案，以期为育种工作中的大量试验材料，特别是收获量较少早世代育种材料的食味快速鉴定提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料与田间种植

试验材料包含2套重组自交系群体（RILs 及RILs-1）及1套回交重组自交系群体（BILs）：RILs由盐丰47（粳稻）杂交黄花占（籼稻）获得（ n =144），RILs-1  （ n =101） 的父母本分别为盐粳218（粳稻）、七山占（籼稻），BILs （ n =48） 由盐粳218/七山占//盐粳218获得。于2020年在辽宁省盐碱地利用研究所试验田（122.03°E、41.07°N）开展试验，随机区组设计，3次重复，小区面积12 m2，2019年4月21日播种，5月26日移栽，全生育期施入N （15 kg/667 m2）、P 2O 5 （7 kg/667 m2） 和 K 2O （3 kg/667 m2），其他栽培管理和当地生产田相同。

1.2 稻米直链淀粉含量及RVA特性谱的测定

稻谷收获后，室温储存3个月，分别碾磨成精米及米粉，参照Butardo等的研究[13-14]，进行直链淀粉含量及RVA谱特性的测定。RVA谱特征包括峰值黏度、低谷黏度及最终黏度3个初始测定值，用RUV作单位表示，进一步计算3项衍生值：崩解值（峰值黏度-低谷黏度）、回复值（最终黏度-低谷黏度）及消减值（最终黏度-峰值黏度）。

1.3 稻米食味品质的测定

食味品质由人工品尝进行赋分，参照Lestari等的方法[15]进行，略作改动：品尝小组由12个不同年龄、不同职业及不同性别具有鉴别食味能力的人员组成。评分标准划分为气味、外观结构、适口性、滋味及冷饭质地5个指标，每个指标满分20分，划分为优良、较好、较差、特差4个等级，对应的分值分别为20、15、10、5分。最终，把各项指标所获分值相加得到综合的食味品质评分。

1.4 数据处理与图表绘制

数据处理及图表绘制分别利用GraphPad Prism ver. 5.0和Microsoft Office PowerPoint 2007进行。

2 结果与分析

2.1 稻米淀粉特性及食味值在RILs中的分布

圖1显示，直链淀粉含量分布范围为12.90%～23.30%，均值为17.60%;峰值黏度分布范围为 1 712～3 727 RUV，均值为2 745 RUV;低谷黏度分布范围为1 112～3235 RUV，均值为1 723 RUV;最终黏度分布范围为1 942～5 308 RUV，均值为 3 040 RUV;崩解值分布范围为191～2 036，均值为952; 回复值分布范围为580～2 073， 均值为1 291;消减值分布范围为-1 242～1 624，均值为292.5;食味值分布范围为37.9～87.4，均值为66.95。整体来看，RILs稻米淀粉特性及食味值的分布范围较广，相较于亲本均存在超亲分布。

2.2 RILs中RVA特征谱与直链淀粉含量的相关性

图2-a至图2-f分别显示了各项RVA特征谱与直链淀粉含量的相关性，其中，直链淀粉含量与低谷黏度、最终黏度及消减值达到显著或极显著正相关，与崩解值达到极显著负相关;而与峰值黏度及回复值的相关性未达到显著水平。进一步，笔者所在课题组以RILs中直链淀粉含量均值17.6%为分级标准，将RILs划分为高直链淀粉含量（n=70）及低直链淀粉含量（n=74）2个组别，比较不同组别间RVA特征谱（与直链淀粉含量达到显著相关的各项指标）的差异，由图2-g至图2-j可以看出，高直链淀粉含量组别具有较高的低谷黏度、最终黏度及消减值，并具有较低的崩解值。

2.3 RILs中稻米淀粉特性与食味值的相关性

图3-a至图3-g显示了各项淀粉特性与食味值间的相关性，其中，直链淀粉含量与食味值呈极显著负相关;RVA特性谱中低谷黏度、最终黏度及消减值与食味值呈极显著负相关，而崩解值与食味值呈显著正相关。进一步，笔者所在课题组以食味值60及70为分级标准，将RILs划分为高 （食味值>70，n=48）、中（60<食味值≤70，n=53）及低 （食味值≤60，n=43）食味组，比较了直链淀粉含量、低谷黏度、最终黏度、崩解值及消减值在不同食味组的表現，整体来看（图3-h至图3-l），高食味组具有低直链淀粉含量、较小低谷黏度、低最终黏度、低消减值及高崩解值的特性。

2.4 利用稻米淀粉特性进行食味品质辅助选择的分析

由以上分析可知，直链淀粉含量、低谷黏度、最终黏度、崩解值及消减值与人工品尝所获得食味值密切相关，笔者所在课题组参考食味值的赋分标准，将上述5项淀粉特性分布的25%、50%及75%作为界限，对应赋分为20、15、10及5（表1），5项淀粉特性加合获得稻米淀粉特性综合评分，代表淀粉特性对食味品质的综合贡献。由图4-a可以看出，在RILs中，稻米淀粉特性综合评分与食味值间的相关性达到0.001水平上的显著正相关，相比于各单项淀粉特性，其代表性显著增强。为进一步验证稻米淀粉特性综合评分在食味品质辅助选择中的准确性及适用性，笔者所在课题组于另外的试验材料RILs-1及BILs中，开展了淀粉特性综合评分与食味值的相关性分析（图4-b、图4-c）。结果表明，稻米淀粉特性综合评分与食味值间的相关性均达到0.001水平上的显著正相关。

3 讨论与结论

本研究发现，RVA特征谱中低谷黏度、最终黏度、崩解值及消减值与直链淀粉含量的相关性达到显著或极显著水平，不同直链淀粉含量分组间，上述指标差异亦达到显著或极显著水平。这与以往研究结论[8，10]基本相似，但相关系数较籼或粳亚种内的相关性略有降低[16]，这可能是在籼粳稻杂交后代，由于亚种血缘的混合，遗传背景更为复杂[17]，影响因子更多造成的。所有淀粉特性中，直链淀粉含量、低谷黏度、最终黏度、崩解值及消减值与食味值密切相关，通过赋分加合，获得了稻米淀粉特性综合评分，与食味值的相关性达到0.001水平上显著，与各单项指标相比，相关性显著增强;笔者所在课题组进一步通过其他遗传群体进行验证，也得到了类似的结论。整体来看，淀粉特性综合评分代表了淀粉特性对于食味值的综合贡献，且具有所需样品量少、不易受人为因素影响的优点;但除了淀粉特性，食味品质还受蛋白质含量、微量元素等多因子影响[18-20]，因此，上述评价方法还需进一步优化，以期最准确地反映食味品质，笔者所在课题组将就以上问题继续开展研究。

参考文献：

[1]田志喜，严长杰，钱 前，等. 水稻淀粉合成相关基因分子标记的建立[J]. 科学通报，2010，55（26）：2591-2601.

[2]Sun J，Liu D，Wang J Y，et al. The contribution of intersubspecific hybridization to the breeding of super-high-yielding  Japonica  rice in northeast China[J]. Theoretical and Applied Genetics，2012，125（6）：1149-1157.

[3]刘巧泉，蔡秀玲，李钱峰，等. 分子标记辅助选择改良特青及其杂交稻米的蒸煮与食味品质[J]. 作物学报，2006，32（1）：64-69.

[4]蔡秀玲，刘巧泉，汤述翥，等. 用于筛选直链淀粉含量为中等的籼稻品种的分子标记[J]. 植物生理与分子生物学学报，2002，28（2）：137-144.

[5]倪 晖. 水稻 Wx 基因不同等位变异的效应及其育种应用的初步研究[D]. 扬州：扬州大学，2013.

[6]Biselli C，Cavalluzzo D，Perrini R，et al.Improvement of marker-basedpredictabilityof Apparent Amylose Contentin Japonica ricethrough  GBSSI  allele mining[J]. Rice，2014，7（1）：1.

[7]Kinoshita N，Kato M，Koyasaki K，et al. Identification of quantitative trait loci for rice grain quality and yield-related traits in two closely related  Oryza sativa  L. subsp.  japonica  cultivars grown near the northernmost limit for rice paddy cultivation[J]. Breeding Science，2017，67（3）：191-206.

[8]姚 姝，陈 涛，张亚东，等. 分子标记辅助选择聚合水稻暗胚乳突变基因 Wx-mq 和抗条纹叶枯病基因 Stv-bi [J]. 中国水稻科学，2010，24（4）：341-347.

[9]Tian Z X，Qian Q A，Liu Q Q，et al. Allelic diversities in rice starch biosynthesis lead to a diverse array of rice eating and cooking qualities[J]. PNAS，2009，106（51）：21760-21765.

[10]Wada T，Ogata T，Tsubone M，et al. Mapping of QTLs for eating quality and physicochemical properties of the  Japonica  rice ‘Koshihikari’[J]. Breeding Science，2008，58（4）：427-435.

[11]Bao J S，Kong X L，Xie J K，et al. Analysis of genotypic and environmental effects on rice starch.1. Apparent amylose content，pasting viscosity，and gel texture[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry，2004，52（19）：6010-6016.

[12]Lee H，Kim H S. Pasting and paste properties of waxy rice starch as affected by hydroxypropyl methylcellulose and its viscosity[J]. International Journal of Biological Macromolecules，2020，153：1202-1210.

[13]Butardo V M，Fitzgerald M A，Bird A R，et al.Impact of down-regulation of starch branching enzyme IIb in rice by artificial micro RNA-and hairpin RNA-mediated RNA silencing[J]. Journal of Experimental Botany，2011，62（14）：4927-4941.

[14]Loubes M A，González L C，Tolaba M P. Pasting behaviour of high impact ball milled rice flours and its correlation with the starch structure[J]. Journal of Food Science and Technology，2018，55（8）：2985-2993.

[15]Lestari P，Ham T H，Lee H H，et al. PCR marker-based evaluation of the eating quality of  Japonica  rice （ Oryza sativa  L.）[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry，2009，57（7）：2754-2762.

[16]Sandhu R S，Singh N，Kaler R S S，et al. Effect of degree of milling on physicochemical，structural，pasting and cooking properties of short and long grain Indica rice cultivars[J]. Food Chemistry，2018，260：231-238.

[17]朱霽晖，张昌泉，顾铭洪，等. 水稻 Wx 基因的等位变异及育种利用研究进展[J]. 中国水稻科学，2015，29（4）：431-438.

[18]Sun M M，Abdula S E，Lee H J，et al. Molecular aspect of good eating quality formation in  Japonica  rice[J]. PLoS One，2011，6（4）：e18385.

[19]Yamanaka S，Nakamura I，Watanabe K N，et al. Identification of SNPs in the  waxy  gene among glutinous rice cultivars and their evolutionary significance during the domestication process of rice[J]. Theoretical and Applied Genetics，2004，108（7）：1200-1204.

[20]Zhou H J，Wang L J，Liu G F，et al. Critical roles of soluble starch synthase SSIIIa and granule-bound starch synthase  Waxy  in synthesizing resistant starch in rice[J]. PNAS，2016，113（45）：12844-12849.