28份蠶豆淀粉含量遺傳多樣性分析

韓雪梅，侯萬偉

(青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院，青海 西寧 810016)

蠶豆(ViciafabaL.)，豆類，野豌豆屬,一年生或越年生草本植物，是一種在世界農(nóng)業(yè)中具有重要地位的谷物豆科作物[1]。蠶豆含有多種對(duì)人體有益的生理活性物質(zhì)，如類酮、原花色素、活性蛋白、活性肽及巢菜堿苷等，有降低膽固醇和血脂及防止過飽等作用[2]。蠶豆胚乳中的淀粉是蠶豆籽粒中含量最豐富的一類碳水化合物，占蠶豆干物質(zhì)的40%～50%[3]。根據(jù)淀粉分子結(jié)構(gòu)特征，主要可以分為直鏈淀粉(Amylose)和支鏈淀粉(Amylopectin)兩類。淀粉顆粒大小、糊化特性對(duì)食品的口感、白度、體積等品質(zhì)性狀和蒸煮品質(zhì)有很大影響，這些因素又與其直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例相關(guān)。直鏈淀粉含量越高，分子間越容易自我締合，糊化后易老化；而由于支鏈淀粉分子量大，其鏈狀分支構(gòu)造在糊化以后可以形成復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)目數(shù)較多，結(jié)構(gòu)強(qiáng)而不宜崩塌，物料在膨化過程中，能承受較強(qiáng)的蒸汽壓力，使產(chǎn)品容易膨化，且膨化率大[4-5]，淀粉作為植物界普遍存在的儲(chǔ)藏多糖[6]，其含量的高低是大多數(shù)谷類作物衡量品質(zhì)優(yōu)劣的重要標(biāo)準(zhǔn)[7-8]。豆科作物中關(guān)于淀粉含量組分分析的相關(guān)研究報(bào)道較少。蠶豆作為小雜糧中不可或缺的一類，經(jīng)濟(jì)價(jià)值和營養(yǎng)價(jià)值都很高。目前國內(nèi)對(duì)蠶豆淀粉的研究主要集中在淀粉的物理性質(zhì)等方面，如蠶豆淀粉顆粒形狀、黏度、溶解度、膨潤度、透明度，以及淀粉凝膠強(qiáng)度和質(zhì)構(gòu)特性等[9-10]，宋曉敏等[11]從淀粉的濃度、熱處理時(shí)間、pH和離子強(qiáng)度等因素對(duì)蠶豆淀粉凝膠的強(qiáng)度和質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行了研究；譚斌等[12]對(duì)20種蠶豆淀粉的物理特性、升降溫過程中的黏度變化、凝膠強(qiáng)度和冷藏穩(wěn)定性進(jìn)行了測(cè)定。

我國蠶豆的利用形式主要以粒用、休閑食品和飼料加工為主，食品加工專用型蠶豆品種少，影響了蠶豆食品加工行業(yè)的發(fā)展。因此，針對(duì)目前蠶豆淀粉研究的不足，對(duì)蠶豆淀粉含量和組成成分進(jìn)行分析，可為評(píng)價(jià)蠶豆加工品質(zhì)的高低提供理論依據(jù)。通過分析28份青海省蠶豆種質(zhì)資源淀粉含量及組成成分，為不同淀粉含量蠶豆新品種的選育和品質(zhì)評(píng)價(jià)提供借鑒。

1 材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

28份蠶豆種質(zhì)資源均由青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院作物研究所蠶豆研究室提供(表1)。

表1 28份供試種質(zhì)資源

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)地基本情況 田間種植設(shè)在青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院蠶豆試驗(yàn)田(101°45′E，36°43′N)，土壤為栗鈣土，肥力均勻。

1.2.2 材料種植及收獲處理 本研究方法采用單因素完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，28份蠶豆種質(zhì)均于2019年4月9日播種。將每份蠶豆種質(zhì)分為3份，分別種植于蠶豆試驗(yàn)田的3個(gè)小區(qū)內(nèi)，植株成長時(shí)期正常田間管理,并于成熟后收取成熟籽粒，每個(gè)單株選取兩個(gè)籽粒，去掉種皮，于研磨機(jī)進(jìn)行頻率為40 Hz，時(shí)間為60 s 的研磨，研磨完成后，稱取0.05 g樣品進(jìn)行總淀粉含量、直鏈淀粉含量以及支鏈淀粉含量的測(cè)定。

1.2.3 淀粉測(cè)定方法 本研究利用Megazyme總淀粉及直/支鏈淀粉含量測(cè)定試劑盒測(cè)定淀粉含量，該試劑盒測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確且不需要制作標(biāo)準(zhǔn)曲線[13]，與傳統(tǒng)的碘比色等淀粉含量測(cè)定方法相比，該試劑盒材料用量較少，試驗(yàn)步驟也更為簡單，操作更為方便，結(jié)果更為精準(zhǔn)。

Megazyme總淀粉試劑盒原理：使用耐熱性淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶和抗耐熱性淀粉酶將淀粉水解為可溶性分支麥芽糊精和去分支麥芽糊精。

Megazyme直鏈淀粉/支鏈淀粉比例試劑盒原理：通過加熱淀粉樣品可以完全溶解于二甲基亞砜(DMSO)中。用乙醇沉淀淀粉去除其中的脂質(zhì)，回收沉淀的淀粉。用醋酸/鹽溶液溶解沉淀的樣品，加入ConA，特異性沉淀支鏈淀粉，離心去除沉淀。單位體積上清液中的直鏈淀粉被酶水解為D-葡萄糖，然后用葡萄糖氧化酶/過氧化物酶試劑進(jìn)行測(cè)定。另外一份單位體積醋酸/鹽溶液中的總淀粉同樣用酶水解為D-葡萄糖，然后加入葡萄糖氧化酶/過氧化物酶，用比色法測(cè)定。根據(jù)ConA沉淀樣品的上清液與總淀粉樣品中的GOPOD在510 nm處的吸光光度值之比判斷直鏈淀粉在總淀粉中的含量。

1.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析 利用Excel計(jì)算其平均值、變幅、變異系數(shù)及多樣性指數(shù)，多樣性指數(shù)應(yīng)用Shannon(H′)指數(shù)，并利用SPSS26.0軟件根據(jù)直鏈淀粉含量、支鏈淀粉含量以及總淀粉含量進(jìn)行聚類分析，聚類方法為組間連接，測(cè)量區(qū)間選平方歐氏距離，最后利用DPS軟件對(duì)28份蠶豆種質(zhì)資源進(jìn)行總淀粉含量、直鏈淀粉含量與支鏈淀粉含量和生育期以及百粒重之間的相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 28份蠶豆種質(zhì)總淀粉含量

由表2可知，28份蠶豆種質(zhì)3類淀粉含量差異較大，多樣性較高，多樣性指數(shù)均大于1.9，其中支鏈淀粉多樣性指數(shù)最大，達(dá)到了2.035；28份蠶豆種質(zhì)直鏈淀粉含量變異系數(shù)達(dá)到了19.013%，說明作為供試材料的青海省28份蠶豆種質(zhì)資源直鏈淀粉含量差異大，在日后可作為不同淀粉含量品種選育的親本，親本遺傳差異較大，有利于后代育種工作的開展。

表2 28份蠶豆種質(zhì)淀粉含量數(shù)據(jù)表

由表2和表3可知，28份蠶豆種質(zhì)中，總淀粉平均含量為39.968%，其中總淀粉含量最高為紅大豆，達(dá)到52.767%，西皮尕大豆總淀粉含量最低，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份蠶豆種質(zhì)總淀粉含量的變異系數(shù)為13.568%，變幅為31.719%～52.767%，多樣性指數(shù)為1.942。

表3 28份蠶豆種質(zhì)總淀粉含量表

2.2 28份蠶豆種質(zhì)支鏈淀粉含量

由表2和表4可知，在28份蠶豆種質(zhì)中，支鏈淀粉平均含量為31.501%，支鏈淀粉含量最高的是紅大豆，為40.329%，最低的是西皮尕大豆，含量僅為24.503%。28份蠶豆種質(zhì)支鏈淀粉含量的變異系數(shù)為12.99%。變幅為24.503%～40.329%，多樣性指數(shù)為2.035。28份蠶豆種質(zhì)中只有紅大豆支鏈淀粉達(dá)到了40%以上，16份支鏈淀粉含量集中在30%～40%，其余11份支鏈淀粉含量集中在20%～30%。

表4 28份蠶豆種質(zhì)支鏈淀粉含量表

2.3 28份蠶豆種質(zhì)直鏈淀粉含量

由表2和表5可知，在28份蠶豆種質(zhì)中，直鏈淀粉平均含量為8.467%，直鏈淀粉含量集中在 5%～13%，直鏈淀粉含量的變異系數(shù)為19.031%。變幅為5.753%～12.438%，多樣性指數(shù)為1.979。其中紅大豆直鏈淀粉含量最高，為12.438%，青海9號(hào)含量最低(5.753%)。

表5 28份蠶豆種質(zhì)直鏈淀粉含量表

表5(續(xù))

2.4 28份蠶豆種質(zhì)淀粉聚類分析

利用SPSS26.0 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)28份蠶豆種質(zhì)淀粉組成進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，聚類結(jié)果見圖1。由圖1可知，28份蠶豆種質(zhì)在歐氏距離為25時(shí)被分為2大類，在歐氏距離為5時(shí)被分為4小類。其中，曹家堡尕大豆、蠶豆、紅大豆3份材料總淀粉含量、支鏈淀粉含量與直鏈淀粉含量在28份種質(zhì)中均處于較高值，因此被劃分為一類；尕大豆、馬牙蠶豆、尕馬牙、青海6號(hào)和青海5號(hào)3類淀粉含量均處于28份種質(zhì)的中等偏高值，被劃分為一類；其余20份材料被劃分為一大類，其中，青海9號(hào)、青海15號(hào)和西皮尕大豆由于3類淀粉含量值均為28份種質(zhì)中的較低值被劃分為一類。

3 相關(guān)分析

利用DPS軟件對(duì)28份蠶豆種質(zhì)3類淀粉含量與生育期及百粒重做相關(guān)分析，由表6可以看出，總淀粉含量與直鏈淀粉含量、支鏈淀粉含量在0.01水平上呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.87、0.98，說明直鏈淀粉含量、支鏈淀粉含量越大，總淀粉含量越大；總淀粉含量與百粒重在0.05水平上呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.46，說明總淀粉含量越低，百粒重越大；直鏈淀粉含量與支鏈淀粉含量在0.01水平上呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.77，說明直鏈淀粉含量越大，支鏈淀粉含量越大；直鏈淀粉含量與百粒重在0.01水平上呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.53，說明直鏈淀粉含量越小，百粒重越大；支鏈淀粉含量與百粒重在0.05水平上呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.41，說明支鏈淀粉含量越小，百粒重越大。3類淀粉含量大小與生育期在0.01和0.05水平上均未達(dá)到顯著相關(guān)，說明淀粉含量大小與生育期無相關(guān)性。

表6 相關(guān)分析結(jié)果

4 討論與結(jié)論

目前對(duì)蠶豆的研究主要集中在表型農(nóng)藝性狀上，對(duì)蠶豆淀粉的研究相對(duì)較少，而針對(duì)蠶豆的淀粉含量測(cè)定組成成分分析研究更少，李翠翠等[14]對(duì)蠶豆和豌豆的理化性質(zhì)進(jìn)行分析，并對(duì)其總淀粉含量以及直鏈淀粉含量做了測(cè)定；Gunasekera等[15]利用碘比色法對(duì)世界范圍內(nèi)72份蠶豆進(jìn)行直鏈淀粉的測(cè)定，研究了種內(nèi)、種間直鏈淀粉含量變化范圍及變化趨勢(shì)，并且對(duì)直鏈淀粉含量與籽粒大小是否相關(guān)進(jìn)行了探究。本研究利用青海省內(nèi)28份蠶豆種質(zhì)資源，對(duì)其蠶豆淀粉含量及組成成分進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，28份蠶豆種質(zhì)淀粉含量差異較大，多樣性豐富，今后可作為不同淀粉含量品種選育的親本。3類淀粉含量的顯著性分析顯示，紅大豆3類淀粉含量均為最大值，總淀粉含量和支鏈淀粉含量均高于其余27份，百粒重與3類淀粉含量多少均呈負(fù)相關(guān)，所以選育淀粉含量高的品種，可以從百粒重較小的品種當(dāng)中選育。蠶豆是炒貨類食品行業(yè)的一類重要的加工原材料，蠶豆自身品質(zhì)直接決定了加工成品的品質(zhì)，淀粉是評(píng)價(jià)蠶豆品質(zhì)的重要指標(biāo)，因此，本研究可為日后選育品質(zhì)優(yōu)良的蠶豆品種提供借鑒。