谷幽蘭， 代西梅， 李建欣

(鄭州大學(xué) 物理工程學(xué)院 河南 鄭州 450001)

不同倍性水稻品種米質(zhì)分析研究

谷幽蘭， 代西梅， 李建欣

(鄭州大學(xué) 物理工程學(xué)院 河南 鄭州 450001)

以5份同源四倍體水稻和5份相應(yīng)的二倍體水稻為材料，對其谷粒性狀、堊白度、膠稠度、堿消值、糊化溫度和可溶性蛋白質(zhì)含量進(jìn)行了差異性比較分析.結(jié)果表明,谷粒性狀中長寬比和長厚比降低的水稻材料較多，其他性狀大多表現(xiàn)為顯著增加，其中谷粒體積增加幅度最大，其次為單粒重；水稻染色體加倍后堊白度變化差異較大，同源四倍體水稻大都沒有達(dá)到優(yōu)質(zhì)米水平；膠稠度中紅米四倍體達(dá)到優(yōu)質(zhì)水平，在糊化溫度中同源四倍體水稻基本達(dá)到中糊化溫度;在可溶性蛋白質(zhì)含量中3個(gè)四倍體材料均有顯著增加，幅度最大的為圭630(4)，另外2個(gè)材料沒有明顯差異.不同水稻品種染色體加倍后對其籽粒大小及米質(zhì)有一定的影響，通過篩選及改良有望獲得高品質(zhì)的同源四倍體稻米.

同源四倍體水稻； 谷粒性狀； 米質(zhì)分析

0 引言

在物種進(jìn)化、新物種的形成以及禾本科植物的進(jìn)化歷程中，染色體組多倍化可以提高植株的適應(yīng)性和產(chǎn)量潛力[1].水稻是二倍體物種(2n=2x=24) ，在現(xiàn)有栽培作物中其基因組最小，系統(tǒng)進(jìn)化程度很有限.在二倍體水平上提高其產(chǎn)量的空間很小，而從物種進(jìn)化的倍性水平和染色體大小的適應(yīng)性理論來看，適當(dāng)增加水稻基因組，提高其倍性水平，可以豐富遺傳變異范圍，增加優(yōu)良基因重組的幾率，提高其適應(yīng)性和產(chǎn)量潛力[2-4].目前，同源四倍體水稻與二倍體水稻的差異研究主要集中在形態(tài)學(xué)觀察、生長發(fā)育研究、分子標(biāo)記等方面[5-8]，對谷粒性狀和米質(zhì)分析的差異研究相對較少.谷粒性狀不但影響單粒重的大小，對米粒品質(zhì)也有一定的影響.堊白度為稻米外觀品質(zhì)的重要指標(biāo)之一[9]，高堊白稻米不僅外觀品質(zhì)差，而且在碾米時(shí)易碎，導(dǎo)致整精米率低，蒸煮后飯粒易斷裂或降低米飯的適口性[10].膠稠度、堿消值、糊化溫度是米質(zhì)蒸煮性質(zhì)的幾個(gè)重要指標(biāo)，一般為中間水平較受消費(fèi)者喜愛[11-12].可溶性蛋白質(zhì)是指可以以小分子狀態(tài)溶于水或其他溶劑的蛋白,其含量的增加能提高細(xì)胞的保水能力，對細(xì)胞的生命物質(zhì)及生物膜起到保護(hù)作用.作者以5份同源四倍體水稻和5份相應(yīng)的二倍體水稻為材料，對其谷粒性狀、堊白度、膠稠度、堿消值、糊化溫度和可溶性蛋白質(zhì)含量進(jìn)行了差異性比較分析，結(jié)果表明，部分水稻品種染色體加倍后劑量效應(yīng)能夠提高水稻的產(chǎn)量及品質(zhì)，可以通過篩選及改良獲得高品質(zhì)的同源四倍體稻米.

1 材料與方法

所用水稻材料為圭630(2)，紅米(2)，紫米(2)，雙胚苗(2)，紫粳(2)及其對應(yīng)的同源四倍體材料圭630(4)，紅米(4)，紫米(4)，雙胚苗(4)，紫粳(4).上述水稻品種于2014年在新鄉(xiāng)農(nóng)科院種植，按不同品種適時(shí)收獲.水稻曬干貯藏 3個(gè)月后, 隨機(jī)抽取100粒飽滿米粒，測定單粒重和其長、寬、厚，精確至0.01 mm.寬、厚在米粒最寬、最厚處測定，重復(fù)3次，計(jì)算長寬比、長厚比、谷粒體積(以長×寬×厚值近似代替)3個(gè)二級數(shù)據(jù).材料的堊白度、堊白米率、堿消值和糊化溫度等指標(biāo)按農(nóng)業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)[13]進(jìn)行測定，可溶性蛋白質(zhì)含量的測定方法參考文獻(xiàn)[14].取平行測定結(jié)果的算術(shù)平均值作為測定結(jié)果，所得數(shù)據(jù)利用 SPSS 21．0 軟件計(jì)算， 對四倍體與二倍體之間的數(shù)據(jù)變化進(jìn)行差異分析.

2 結(jié)果分析

2.1 谷粒性狀差異分析

水稻染色體加倍后，從外觀上來看米粒明顯變大.圖1為不同倍性水稻單粒重的比較，可以看出，四倍體植株的單粒重明顯高于其二倍體植株.如雙胚苗(4)增加85.71%，圭630(4)增加58.33%，達(dá)到1%顯著水平，其余3個(gè)品種也有相應(yīng)增加，其中紫粳(4)沒有明顯變化.表1為不同倍性水稻谷粒性狀的差異比較結(jié)果，可以看出，在谷粒的長、寬、厚以及谷粒體積4個(gè)谷粒性狀中，除了在寬上雙胚苗(4)比雙胚苗(2)減少且幅度較大，其余量均為增加.除圭630(4)寬、雙胚苗(4)的長和谷粒體積、紫粳(4)的厚差異不顯著外，其余均達(dá)到1%或5%顯著差異，且大多為極顯著水平.長寬比和長厚比兩個(gè)性狀變化較大，除圭630(4)和雙胚苗(4)的長寬比及紫粳(4)的長厚比為增加外，其余都為減少.紫米(4)的長寬比達(dá)到5%顯著差異，雙胚苗(4)的長寬比和長厚比及紫粳(4)的長寬比達(dá)到1%極顯著差異，其余谷粒沒有顯著差異.在所觀察的7個(gè)性狀中，谷粒體積增加幅度最大，平均為119.4%；其次為單粒重，平均為47.03%.由此可見，同源四倍體水稻比二倍體水稻籽粒更大、更重，同時(shí)谷粒容重穩(wěn)定，極具增產(chǎn)潛力.

注：*,**分別表示差異達(dá)5%或1%顯著水平；“+”表示四倍體比二倍體有所增加；“-”表示四倍體比二倍體有所減少.

2.2 米粒堊白度和堊白米率差異分析

表2為不同倍性水稻堊白度和堊白米率差異比較，可以看出，水稻在染色體加倍后，堊白度和堊白米率發(fā)生很大的變化.除紅米(4)的堊白米率與紅米(2)相比沒有明顯差異，紅米(4)和紫粳(4)的堊白度與其二倍體相比為顯著差異外，其余均達(dá)到極顯著差異.就四倍體堊白度和堊白米率變化趨勢而言，除了紫粳(4)比其二倍體顯著降低外，其他品種四倍體的堊白度和堊白米率均有顯著或極顯著增加.堊白度是評價(jià)稻米品質(zhì)優(yōu)劣的一項(xiàng)重要指標(biāo)，也是限制稻米品質(zhì)改良的一個(gè)瓶頸因素[15].堊白是淀粉合成與積累不正常導(dǎo)致淀粉顆粒排列不緊密形成的.有研究表明,堊白米率和堊白度除影響米粒外觀評價(jià)和市場價(jià)格外 ，對米飯的口感影響較小.一級優(yōu)質(zhì)米堊白米率在10%以下，二級11%～20%，三級21%～30%，堊白米率在30%以上為劣質(zhì)米.如表2所示，在二倍體水稻中有兩個(gè)材料達(dá)到一級優(yōu)質(zhì)米水平，兩個(gè)材料達(dá)到二級米水平,但在四倍體材料中只有兩個(gè)達(dá)到三級米水平.研究發(fā)現(xiàn),染色體加倍后對米粒的堊白度及堊白米率影響程度較大，四倍體水稻如要在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用，仍需進(jìn)一步進(jìn)行相關(guān)性狀改良.

注：*，**分別表示差異達(dá)5%或1%顯著水平.

2.3 膠稠度、堿消值、糊化溫度及可溶性蛋白質(zhì)含量差異分析

膠稠度是指在規(guī)定條件下， 一定量大米粉糊化、 回升后的膠體在水平狀態(tài)流動(dòng)的長度， 顯示大米膠的延展性和柔軟性[16].在一定范圍內(nèi)，膠稠度越大米飯?jiān)饺彳?，稻米品質(zhì)也就越好.表3為不同倍性水稻膠稠度、堿消值、糊化溫度及可溶性蛋白質(zhì)含量差異分析，可以看出，5個(gè)材料中有3個(gè)對膠稠度的變化達(dá)到極顯著差異，另外2個(gè)沒有明顯差異.在圭630(4)中增加幅度較大，紫米(4)增加幅度較小，其他品種均為降低.有2個(gè)材料由軟膠稠度變?yōu)橛材z稠度，紅米品種沒有明顯變化，都基本達(dá)到一個(gè)中膠稠度的類別，而中膠稠度的品種較受消費(fèi)者的喜愛.糊化溫度是決定稻米食味與蒸煮品質(zhì)的重要因素，而堿消值則是衡量稻米糊化溫度的關(guān)鍵指標(biāo).根據(jù)堿消值的不同，水稻品種可分為 7 個(gè)等級，其中，1 ～ 3 級對應(yīng)高糊化溫度(>74 ℃)，4 ～5 級對應(yīng)中糊化溫度(70～74 ℃)，6 ～7 級對應(yīng)低糊化溫度(<70 ℃).堿消值與糊化溫度為中間值大家較為接受[11].由表3可知5個(gè)材料中，雙胚苗(4)達(dá)到極顯著差異，圭630(4)和紅米(4)達(dá)到顯著水平，剩下2個(gè)材料沒有明顯差異.就變化趨勢而言，除了紫粳(4)為降低，其余均為增加，但幅度不一.就糊化溫度而言，在二倍體水稻中有3個(gè)材料為低糊化溫度，1個(gè)為高糊化溫度，只有紫米為中糊化溫度.但在四倍體水稻中，除了圭630(4)為低糊化溫度，其余均為中糊化溫度.可溶性蛋白質(zhì)含量在3個(gè)材料中有增加，其中在圭630 (4)中達(dá)到極顯著差異，上升幅度最大，為106.45%.在紫米(4)和紫粳(4)中有明顯差異，在紅米(4)和雙胚苗(4)中降低幅度較小，沒有明顯差異.可溶性蛋白質(zhì)是植物所有蛋白質(zhì)組分中最活躍的一部分，包括各種酶原、酶分子和代謝調(diào)節(jié)物，在發(fā)育中起著十分重要的作用[17].

注：*，**分別表示差異達(dá)5%或1%顯著水平.

3 討論

水稻是我國主要的糧食作物，是單子葉植物，屬于莎草目.在自然界的生物中，染色體組的多倍化現(xiàn)象非常普遍[18].在生物物種的長期進(jìn)化過程中，染色體組多倍化可以在一定程度上提高新物種的形成速度.多倍化不僅是植物進(jìn)化變異的自然現(xiàn)象，同時(shí)也是促進(jìn)植物發(fā)生進(jìn)化突變的重要力量.水稻染色體加倍后劑量效應(yīng)能夠提高一些水稻的產(chǎn)量、品質(zhì)和抗逆性[19]，其次利用同源四倍體水稻可以有效進(jìn)行種質(zhì)資源創(chuàng)新.目前，對于同源四倍體水稻生長發(fā)育過程研究較多，但同源四倍體水稻和二倍體水稻在谷粒性狀上有哪些區(qū)別，如何才能更有效地挖掘同源四倍體水稻的增產(chǎn)潛力，同源四倍體水稻的營養(yǎng)價(jià)值又如何，這些問題值得進(jìn)一步探討.

研究結(jié)果表明，在谷粒性狀中，四倍體水稻與相應(yīng)二倍體水稻相比變化較大，5個(gè)品種大多都達(dá)到顯著差異水平.谷粒性狀中長寬比和長厚比降低的水稻材料較多，其他性狀大多表現(xiàn)為增加，且達(dá)到顯著差異水平.四倍體植株的單粒重明顯高于其二倍體植株，其中雙胚苗(4)增加85.71%，圭630(4)增加58.33%.表明通過染色體加倍后水稻米粒變大，更具增產(chǎn)潛力.堊白度分析結(jié)果表明，水稻在染色體加倍后，堊白度和堊白米粒發(fā)生很大的變化.紅米(4)和紫粳(4)的堊白度存在顯著差異，其余品種達(dá)到極顯著增加.高堊白稻米不僅外觀品質(zhì)差, 而且在碾米時(shí)易碎, 導(dǎo)致整精米率低, 蒸煮后飯粒易斷裂或降低米飯的適口性.在堊白度品質(zhì)上，同源四倍體水稻仍需進(jìn)一步的遺傳改良，以達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)水平.對于膠稠度性狀，紅米品種基本達(dá)到一個(gè)中膠稠度的類別，在糊化溫度中同源四倍體水稻基本達(dá)到中糊化溫度.在可溶性蛋白質(zhì)含量中有3個(gè)水稻材料表現(xiàn)為增加，幅度最大的為圭630 (4)，達(dá)到106.45%，另外2個(gè)水稻材料沒有明顯差異.總而言之，雖然不同品種之間存在一些差異，但某些水稻品種染色體加倍后劑量效應(yīng)能夠提高水稻的產(chǎn)量、品質(zhì)，為挖掘其潛在利用價(jià)值奠定了基礎(chǔ).

[1] 蔡得田,陳建國,陳冬玲,等. 兩個(gè)具多倍體減數(shù)分裂穩(wěn)定性的多倍體水稻品系的選育 [J]. 中國科學(xué)：C輯 生命科學(xué), 2007, 37(2): 217-226.

[2] 汪杏莉,謝慧波,黃群策,等. 水稻染色體組加倍對其形態(tài)和胚乳蛋白質(zhì)含量的影響 [J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008(2): 21-24.

[3] 黃雅琴,黃群策,趙帥鵬. 不同染色體組倍性水稻在谷粒性狀上的差異比較 [J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009(10): 57-61.

[4] 劉建新,陳建國,陳冬玲,等. 四倍體水稻花器和花粉性狀研究 [J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 41(12): 3941-3951.

[5] 孫鵬,李云,姜金仲，等. 植物同源四倍體花器官及種子變異研究進(jìn)展 [J]. 植物研究, 2011, 31(2): 249-256.

[6] He Yuchi, Wei Qiong, Ge Jie, et al. Genome duplication effects on pollen development and the interrelated physiological substances in tetraploid rice with polyploid meiosis stability [J]. Planta,2010, 232(5): 1219-1228.

[7] 陳士強(qiáng). 關(guān)于稻麥花粉管伸長和極核受精過程的研究 [D]. 揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué), 2007.

[8] Tian Zhixi, Yan ChangJie, Qian Qian, et al. Development of gene-tagged molecular markers for starch synthesis-related genes in rice [J]. Chinese Science Bulletin, 2010, 55(33): 3768-3777.

[9] 石英堯,申廣勒,石揚(yáng)娟,等. 雜交早稻堊白度的雜種優(yōu)勢和相關(guān)性研究 [J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2006, 34(14): 3332- 3333.

[10]周立軍, 江玲,劉喜,等. 水稻千粒重和堊白粒率的 QTL 及其互作分析 [J]. 作物學(xué)報(bào), 2009, 35(2): 255-261.

[11]Hao Xianbin, Ma Xiufang, Hu Peisong, et al. Relationship between plant type and grain quality of japonica hybrid rice in northern China [J]. Rice Science, 2010, 17(1): 43-50.

[12]Ramesh M N, Narasimhan S, Prakash M. Quality evaluation of quick cooking basmati rice[J]. Journal of Food Quality, 2000, 23 (2):225-231.

[13]中華人民共和國農(nóng)業(yè)部.NY/T 593—2002食用稻品種品質(zhì)[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2002.

[14]湯章城. 現(xiàn)代植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指南 [M]. 北京:科學(xué)出版社,1999: 392-394.

[15]呂建群,何芳,陳林,等. 四川省水稻審定雜交稻米質(zhì)分析[J]. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2012, 27 (1): 14-18.

[16]姜松, 劉錦偉,朱婷,等. 秈米膠稠度測定方法的研究 [J]. 中國糧油學(xué)報(bào), 2012, 27(11): 87-91.

[17]傅軍如, 賀浩華,劉宜柏 ,等. 萍鄉(xiāng)顯性核不育水稻幼穗發(fā)育時(shí)期可溶性蛋白質(zhì)含量的變化研究 [J]. 雜交水稻 , 2003,18(4): 57- 60.

[18]彭云霞,王宏霞,李玉萍. 植物多倍體研究綜述 [J]. 甘肅農(nóng)業(yè)科技, 2012(11): 29-32.

[19]代西梅, 黃群策. 植物多倍體研究進(jìn)展 [J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2005(1): 9-12.

(責(zé)任編輯：孔 薇)

Rice Quality Analysis of Different Ploidy Rice

GU Youlan, DAI Ximei, LI Jianxin

(CollegeofPhysicalEngineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001,China)

The grain character and rice quality (such as chalkiness degree, gel consistency and alkali spreading value, etc) of 5 autotetraploid rice and their diploid rice were analyzed. Results showed that except for the length-width and the length-thickness ratio were lower, most other traits were increased and reached a significantly different level. The largest change was the grain volume, followed by the single grain weight. Chalkiness degree varied widely in autotetraploid rice, and most of them did not meet good character. High quality level of gel consistency was obtained in red autotetraploid rice. The gelatinization temperature of autotetraploid rice basically reached medium level. The content of the soluble protein increasesed significantly in three autotetraploid materials, especially in Gui 630 (4). No significant differences were identified in the other two materials. The doubled chromosomes in rice had definite influence in seed size and rice quality. High quality autotetraploid rice could be obtained by screening and continuous improvement.

autotetraploid rice； grain character； rice quality analysis

2015-08-24

河南省基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃項(xiàng)目,編號142300410227.

谷幽蘭(1990—)，女，河南鄭州人，碩士研究生，主要從事植物遺傳育種研究，E-mail：1124859827@qq.com；通訊作者：代西梅(1974—)，女，河南鄭州人，副教授，博士，主要從事離子束生物效應(yīng)研究，E-mail：daiximei@zzu.edu.cn.

谷幽蘭，代西梅,李建欣.不同倍性水稻品種米質(zhì)分析研究[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)：理學(xué)版，2015,47(4)：81-85.

S511

A

1671-6841(2015)04-0081-05

10.3969/j.issn.1671-6841.2015.04.016