馮 鏈,石甜甜,劉彥余,王海崗,陳 凌,喬治軍,王瑞云,
(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,山西太谷030801;2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)基因資源研究中心,農(nóng)業(yè)部黃土高原作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,雜糧種質(zhì)資源發(fā)掘與遺傳改良山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山西太原030031)
糜子(Panicum miliaceumL.)又稱黍稷,是禾本科(Gramineae)黍?qū)僖荒晟荼竞坦阮愖魑铮蛧?yán)寒高溫、喜光、適應(yīng)力強(qiáng)、耐干旱短日性C4 作物。糜子的起源可以追溯到1 萬年前[1],是我國旱作農(nóng)業(yè)的重要糧食作物。最新的考古發(fā)現(xiàn),我國黃土高原地區(qū)是最早發(fā)現(xiàn)糜子的農(nóng)耕遺址[2]。糜子在世界上栽培面積約為550 萬~600 萬hm2,主要生產(chǎn)于亞洲東、中部,非洲、印度、東歐(烏克蘭和俄羅斯)、中東以及北美等地區(qū)[3]。我國共有7 大糜子產(chǎn)區(qū)(北方春糜子區(qū)、黃土高原春夏糜子區(qū)、青藏高原春糜子區(qū)、南方秋冬糜子區(qū)、東北春糜子區(qū)、華北夏糜子區(qū)和西北春夏糜子區(qū))[4],糜子資源非常豐富,到目前為止,共收錄有10 200 份糜子種質(zhì)資源,中國種質(zhì)基因庫存留8 849 份[5],剩余種質(zhì)資源主要收錄在32個(gè)省份中[6-7],其中,山西、陜西、內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏、黑龍江、吉林、遼寧、河北、山東收錄較多,其他省份收錄較少[8-9]。糜子的營養(yǎng)含量較為全面,淀粉含量約為70%,蛋白質(zhì)含量約為12%,富含鈣、磷、銅、鎂,維生素B1、B2、B6、E 等礦物元素[10-11]。
抗性淀粉(Resistant starch,RS)又稱抗酶解淀粉,是健康機(jī)體小腸中不被吸收的淀粉及其降解產(chǎn)物的總稱[12]?,F(xiàn)今人們注重綠色生活,抗性淀粉對(duì)人們的健康非常重要,所以,致力于抗性淀粉的研究,也就是提高人們的健康水平。RS 能有效抑制腸道有害細(xì)菌,促進(jìn)有益細(xì)菌的生長,維護(hù)腸道健康并且控制體質(zhì)量的增長[13-14]。RS2、RS3、RS4 具有良好的成膜質(zhì)量,用于微膠囊的制備[15]。王琦[16]研究表明,蓮子RS 能夠降低人體的血糖水平,調(diào)節(jié)胰島素的分泌。閆國森等[17]研究表明,RS 對(duì)直腸癌、慢性腎病具有一定的預(yù)防作用。由此可見,RS 具有十分重要的研究價(jià)值,作為一種重要功能性成分,測(cè)定分析作物中RS 含量并評(píng)估對(duì)種質(zhì)資源開發(fā)、品種選育都有一定的參考價(jià)值。
糜子具有潤腸通便、美容養(yǎng)顏、養(yǎng)胃補(bǔ)脾、明目安神、清熱解毒等多種功效,適用于肥胖癥、心血管疾病及糖尿病患者食用。近年來,由于其食用價(jià)值和保健功能,其種植面積有所增長,日益受到人們的關(guān)注[18]。抗性淀粉含量作為健康性標(biāo)準(zhǔn)的必備指標(biāo)之一,其他作物關(guān)于RS 含量已有不少的報(bào)道,但關(guān)于糜子的研究較少。2020 年通過對(duì)黃土高原春夏糜子區(qū)(山西、陜西、寧夏)共60 份糜子種質(zhì)資源RS 含量測(cè)定并評(píng)估,通過生物統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)抗性淀粉含量進(jìn)行分析,旨在為黃土高原春夏糜子區(qū)優(yōu)質(zhì)糜子種質(zhì)資源的品種選育和后續(xù)抗性淀粉的研究提供一定的理論依據(jù)。
本試驗(yàn)選取60 份糜子資源(陜西20 份、寧夏20 份、山西20 份),育成品種和地方品種由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所、山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高寒區(qū)作物研究所提供(表1)。
表1 供試糜子資源及其獲取單位
續(xù)表1
用組織破碎儀(型號(hào):Tiss-Basic12)研磨試驗(yàn)樣品,用Megazyme 淀粉抗性檢測(cè)試劑盒K-RSTAR檢測(cè)種質(zhì)資源的抗性淀粉含量,用分光光度計(jì)510 nm 下測(cè)量各溶液吸光度值,測(cè)定抗性淀粉含量和非抗性淀粉含量,每個(gè)品種重復(fù)3 次,設(shè)置空白對(duì)照,取平均值。
使用Microsoft Excel 軟件整理數(shù)據(jù),用SPSS25.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
由表2 可知,測(cè)定的60 份糜子種質(zhì)資源抗性淀粉平均含量為5.43%,其中最低含量是1.31%,來自于寧夏回族自治區(qū);最高含量是9.99%,來源于寧夏回族自治區(qū)。結(jié)合表3 可知,60 份糜子資源間的抗性淀粉變異系數(shù)為40.70%,表明所測(cè)的60 份糜子種質(zhì)資源的抗性淀粉含量差異較大。
由表2 可知,60 份糜子種質(zhì)資源總淀粉含量為28.82%~67.57%,平均含量為47.92%。結(jié)合表3 可以看出,60 份糜子材料的總淀粉含量變異系數(shù)(20.45%)較小,說明60 份糜子資源的總淀粉含量相似。
對(duì)糜子抗性淀粉含量進(jìn)行Shapiro-Wilks(SW)正態(tài)分布檢驗(yàn)(圖1),得到其P值為0.254,大于0.05,符合正態(tài)分布。根據(jù)不同糜子種質(zhì)資源的抗性淀粉含量的分布特征分析,抗性淀粉含量的偏度為0.22,峰度為-0.562(表3),說明其分布呈正偏態(tài),正態(tài)曲線右側(cè)偏長,曲線較平坦,為平坦峰??剐缘矸酆繛?%~6%的種質(zhì)資源較多。
對(duì)糜子總抗性淀粉含量進(jìn)行Shapiro-Wilks(SW)正態(tài)分布檢驗(yàn)(圖2),得到其P值為0.466,大于0.05,符合正態(tài)分布。根據(jù)不同糜子種質(zhì)資源的總淀粉含量的分布特征分析,總淀粉含量的偏度為-0.101,峰度為-0.678(表3),說明其分布呈負(fù)偏態(tài),正態(tài)曲線左側(cè)偏長,曲線較平坦,為平坦峰??偟矸酆繛?0%~60%的種質(zhì)資源較多。
表2 供試糜子資源的淀粉含量 %
表3 不同糜子種質(zhì)抗性/非抗性淀粉含量的分布特征
由表4 可知,糜子種質(zhì)資源的抗性淀粉在0.05水平下與總淀粉含量顯著相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.286;非抗性淀粉在0.01 水平下與總淀粉含量極顯著相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.974;而抗性淀粉與非抗性淀粉間相關(guān)性小。
表4 抗性淀粉、非抗性淀粉、總淀粉含量間的相關(guān)性分析
2.3.1 各省份RS 與總淀粉含量的方差分析 從表5 可以看出,RS 含量的方差顯著性P<0.05,說明在不同的省份間差異達(dá)到顯著水平,而總淀粉含量在各省份間的差異未達(dá)到顯著水平。
表5 抗性、總淀粉含量方差分析
2.3.2 多重比較 對(duì)不同省份糜子種質(zhì)資源的抗性淀粉和總淀粉含量進(jìn)行多重比較(圖3),在3 個(gè)省份收集糜子資源的平均總淀粉含量無差別,山西和陜西的平均抗性淀粉含量差異不顯著,說明山西和陜西的糜子資源的相似性較高。寧夏與山西、陜西差異顯著,寧夏的平均抗性淀粉含量明顯高于其他2 個(gè)省份,說明寧夏容易收集到抗性淀粉含量高的糜子資源。
2.3.3 各省糜子種質(zhì)資源抗性淀粉含量分型 由表6 可知,糜子資源(陜西、寧夏和山西)的RS 含量變幅為1.31%~9.99%,其中,陜西變幅最小,寧夏變幅最大。陜西、寧夏和山西變異系數(shù)分別為38.22%、40.53%和35.18%,其中,寧夏變異系數(shù)最高。
表6 不同省份糜子資源RS 含量分布 %
根據(jù)RS 含量,劃分為Ⅰ型(1%~4%)、Ⅱ型(4%~7%)和Ⅲ型(7%~10%)。陜西的20 份糜子中RSⅠ型有7 份,占比為35%;Ⅱ型有10 份,占比為50%;Ⅲ型有3 份,占比為15%。山西的20 份糜子中RSⅠ型有6 份,占比為30%;Ⅱ型有11 份,占比為55%;Ⅲ型有3 份,占比為15%。寧夏的20 份糜子中RSⅠ型有4 份,占比為20%;Ⅱ型有7 份,占比為35%;Ⅲ型有9 份,占比為45%。陜西和山西不同類型RS 資源數(shù)由高到低依次為Ⅱ、Ⅰ和Ⅲ型;寧夏不同類型RS 資源數(shù)由高到低依次為Ⅲ、Ⅱ和Ⅰ型。由此可見,寧夏主要以Ⅲ型糜子種質(zhì)資源為主,說明寧夏RS 含量較高的糜子種質(zhì)資源較其他兩省豐富,陜西和山西RS 含量以Ⅱ型種質(zhì)資源為主。
糜子是藥食同源作物,營養(yǎng)價(jià)值高,抗旱性強(qiáng),適應(yīng)性廣,生育期短,利用前景好[19]。糜子資源有粳、糯之分,粳性糜子飯比糯性糜子飯更難消化,粳性糜子湯的糊化程度比糯性的要小,所以,粳性比糯性的糜子適口性要差一些[20]。糜子粳性和糯性與直鏈淀粉含量有關(guān),粳性糜子的直鏈淀粉含量遠(yuǎn)大于糯性的[21]。有研究表明,RS 主要是直鏈淀粉回生重結(jié)晶的產(chǎn)物[22-23],直鏈淀粉含量的提高有利于RS的形成[24]。因此,可以利用抗性淀粉的含量作為優(yōu)良糜子品種的依據(jù),篩選出口感好、直鏈淀粉含量少的糜子種植資源。曹小艷等[25]對(duì)72 個(gè)板栗品種栗仁中淀粉各組成成分含量進(jìn)行測(cè)定分析,亦得到RS 含量與直鏈淀粉顯著正相關(guān)的結(jié)論。張麗珍等[26]研究表明,糯性糜子的直鏈淀粉含量為8.21%,粳性的直鏈淀粉含量為34.72%,所以,粳性糜子中的抗性淀粉含量均高于糯性糜子。
以黃土高原春夏糜子區(qū)的60 份糜子種質(zhì)資源進(jìn)行抗性淀粉的測(cè)定,得到其抗性淀粉平均含量為5.43%,與張薈等[27]報(bào)道的27 份秈稻材料抗性淀粉平均含量(4.15%)相比高出23.57%。劉敬科等[22]研究表明,216 種谷子材料的抗性淀粉平均含量為2.43%。王琳等[28]測(cè)定國內(nèi)外100 份春小麥材料得到的小麥籽??剐缘矸燮骄繛?.11%。周閑容等[29]測(cè)定140 個(gè)小豆種質(zhì)的抗性淀粉平均含量為14.25%。糜子與水稻、小麥同屬禾本科作物,其抗性淀粉平均含量高于秈稻、小麥,因?yàn)槊幼拥闹辨湹矸酆扛哂谒竞托←淸26]。小豆是豆科作物,與糜子基因差異較大,其直鏈淀粉含量較高[30],其RS 含量均值遠(yuǎn)高于糜子。
本研究表明,60 份糜子種質(zhì)資源的總淀粉含量各個(gè)省份的差異性不顯著,說明各個(gè)省份的糜子種質(zhì)資源具有相似性;抗性淀粉含量寧夏的顯著高于山西和陜西,說明寧夏糜子種質(zhì)資源有較大的開發(fā)潛力。根據(jù)RS 的含量,陜西和山西不同類型RS資源數(shù)由高到低依次為Ⅱ、Ⅰ和Ⅲ型;寧夏不同類型RS 資源數(shù)由高到低依次為Ⅲ、Ⅱ和Ⅰ型,說明寧夏的糜子種質(zhì)資源要比山西和陜西的豐富。