韓玉娥+王建林

摘 要：β-淀粉酶活性是大麥品質(zhì)的一個重要指標。該文分析了大麥β-淀粉酶活性與品種及環(huán)境因子之間的關(guān)系，提出當前大麥β-淀粉酶活性的品種和環(huán)境效應相關(guān)研究尚存在的一些問題，并針對存在的問題進一步提出了今后的研究重點和研究方向，這對于今后通過品種改良和適當?shù)脑耘啻胧﹣硖岣叽篼湨?淀粉酶活性，改良大麥釀造品質(zhì)，促進大麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：大麥；β-淀粉酶活性；品種；環(huán)境效應

中圖分類號 S512.3 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）16-0024-04

Research Progress on the Varieties and Environmental Effects of β-amylase Activity in Barley

Han Yu′e et al.

（College of Plant Science，Xizang Agriculture and Animal Husbandry College，Linzhi 860000，China）

Abstract：β-amylase activity is an important indicator of barley quality.The relationship between barley β-amylase and varieties and environmental factors was analyzed，and someproblems in the study on barley β-amylase activity and varieties and environmental effects were proposed，then the future research focus and irection were put forward，which was of great importance to increase barley β-amylase activity，improve barley brewing quality and promote barley industry development by improving vareties and applying suitable cultivation measures in the future.

Key words：Barley；β-amylase activity；Variety；Environmental effects

大麥（Hordeum vulgare L.）是最古老的谷類作物之一，用途廣泛，近代主要用于飼料和釀酒原料，少量食用。β-淀粉酶（Ec 3.2.1.2）催化水解淀粉鏈之非還原α-1，糖苷鍵，釋放β-麥芽糖，其活性與淀粉糖化力緊密相關(guān)，因此被認為是最關(guān)鍵的淀粉降解酶[1]。β-淀粉酶，全稱為（1→4）-α-葡聚糖麥芽水解酶[2]，是一種外切酶。在大麥籽粒中，β-淀粉酶以自由態(tài)與束縛態(tài)兩種形式存在。自由β-淀粉酶可由水和鹽溶液提取，而束縛態(tài)β-淀粉酶則與籽粒中蛋白質(zhì)，如水/鹽可溶解的蛋白質(zhì)和麥谷蛋白以不可溶解的復合體形式存在，它的提取需要添加還原劑或蛋白水解酶。在成熟籽粒中，β-淀粉酶主要以束縛態(tài)形式存在，而當種子萌發(fā)后，自由態(tài)β-淀粉酶可達到78%～99%。由于β-淀粉酶在種子成熟期間合成和積累，種子萌發(fā)時沒有進一步合成，故而測定成熟籽粒中的總β-淀粉酶活性，可作為評判該品種釀造品質(zhì)的重要參數(shù)[3]。β-淀粉酶總量一般占大麥籽粒蛋白質(zhì)含量的1%～2%。也有研究表明，在高賴氨酸的基因型中其含量更高。這說明β-淀粉酶在改良大麥籽粒營養(yǎng)品質(zhì)上具有很大潛力。為此，本文對大麥β-淀粉酶活性的品種和環(huán)境效應進行了綜述，旨在為優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效啤酒大麥生產(chǎn)提供科學的理論依據(jù)。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 β-淀粉酶的活性與品種的關(guān)系 從目前研究來看，關(guān)于品種對大麥β-淀粉酶活性的影響還存在很大的異議。一些研究者認為品種對大麥籽粒β-淀粉酶活性有明顯影響。例如：Zhang等[4]對西藏138份野生大麥和20份栽培大麥品種的比較研究發(fā)現(xiàn)，野生大麥無論β-淀粉酶活性還是變化范圍均明顯高于栽培大麥，不同品種之間β-淀粉酶活性受基因型影響明顯；Arends等[5]采用11個澳大利亞大麥品種進行了2年試驗，結(jié)果指出，品種之間β-淀粉酶活性存在很大變異，品種間變幅為501～1100U/g；Henry等[6]對意大利栽培大麥的研究表明，不同品種間大麥籽粒β-淀粉酶活性差異明顯；張國平等[7]分析比較了不同棱型的188個大麥品種的籽粒β-淀粉酶活性的差異，結(jié)果表明，同一棱型的品種間籽粒β-淀粉酶活性均存在較大變異，六棱大麥變異系數(shù)最大；Maria等[8]對瑞典栽培大麥的研究表明，不同品種間大麥籽粒β-淀粉酶活性差異明顯；張新忠等[9]認為大麥籽粒β-淀粉酶活性取決于植物基因型；Zhang等[10]研究表明，大麥籽粒β-淀粉酶活性明顯受到品種的影響；Yin等[11]在研究大麥β-淀粉酶活性的品種變異時指出，品種間以及同一品種的穗部不同部位間β-淀粉酶活性存在很大差異，差異大小因品種而異；Wei等[12]研究發(fā)現(xiàn)，中國大麥148個大麥品種間β-淀粉酶活性差異顯著；Gcorg-Kraemer等[13]測定了10個巴西大麥品種的β-淀粉酶活性活性，發(fā)現(xiàn)品種間β-淀粉酶酶活性存在顯著差異，變幅為716.72～1470.55U/g。

另外，一些研究者則認為品種對大麥β-淀粉酶活性無明顯影響。例如，Marcus等[14]研究表明，雖然北美洲野生大麥β-淀粉酶的活性明顯高于栽培大麥，但是在灌漿期不同階段，不同基因型間無明顯差異。在籽粒成熟期，不同基因型之間β-淀粉酶的活性也無明顯不同；Xue等[15]對以色列大麥、西藏野生大麥和中國地方大麥品種的比較研究發(fā)現(xiàn)，雖然以色列大麥的β-淀粉酶的活性高于中國地方大麥，低于西藏野生大麥，但是這些不同品種間β-淀粉酶的活性差異不顯著；孫軍利等[16]報道，β-淀粉酶活性與賴氨酸含量呈正相關(guān)，β-淀粉酶活性高的品種其賴氨酸含量也高；林亞康等[17]對10個二棱啤酒大麥品種和10個F2雜種的成熟籽粒進行了β-淀粉酶活性和麥芽糖化力的相關(guān)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)β-淀粉酶水平與麥芽糖化力之間相關(guān)極顯著（R=0.991）。由此可見，β-淀粉酶的活性與品種的關(guān)系尚未闡明，需要進一步地深入研究。endprint

1.2 β-淀粉酶活性與環(huán)境的關(guān)系 關(guān)于環(huán)境對大麥β-淀粉酶活性的影響，前人已做了大量研究。其中，一些研究者認為，雖然品種對大麥籽粒β-淀粉酶活性有一定影響，但是主要受環(huán)境因素的影響。例如，Zhang等[18]對8個大麥品種在7個地點的研究表明，雖然基因型對大麥β-淀粉酶活性有影響，但主要受環(huán)境的影響；Wang等[19]發(fā)現(xiàn)環(huán)境是影響大麥籽粒β-淀粉酶活性的主導因素；Reinhardt等[20]對德國大麥的研究表明，開花期30℃的溫度明顯有利于提高大麥籽粒β-淀粉酶的活性，10℃的低溫則會明顯降低大麥籽粒β-淀粉酶的活性；Ahokas等[21]研究表明，灌漿中期干旱有利于增加西藏大麥籽粒β-淀粉酶的活性；汪軍妹等[22]研究表明，大麥籽粒充實中期，水分脅迫有利于β-淀粉酶的積累，而熱脅迫則無明顯影響。Ahokas等[21]對法國大麥的研究結(jié)果表明，年平均降水量、平均降水日數(shù)與β-淀粉酶活性呈負相關(guān)關(guān)系；年降水量的平均相對變異性與β-淀粉酶活性呈正相關(guān)關(guān)系；不同地區(qū)對β-淀粉酶活性有很大影響，Arends等[5]研究結(jié)果指出，不同地區(qū)間β-淀粉酶活性的變幅為389～1290U/g，方差分析還表明環(huán)境因素對大麥籽粒β-淀粉酶活性的影響起有主導作用，且總體上來自澳大利亞和加拿大的品種β-淀粉酶活性明顯高于國內(nèi)品種。

氮肥施用量及其運籌是對啤酒大麥產(chǎn)量及品質(zhì)最具調(diào)控作用的因子之一。以往研究對氮肥用量考慮較多，不少研究發(fā)現(xiàn)，土壤含氮量水平或施氮量在適當范圍內(nèi)提高，可以顯著增加大麥產(chǎn)量，并提高籽粒蛋白質(zhì)含量和淀粉酶活性[23-24]。Swanston等[25]研究指出，大麥籽粒β-淀粉酶活性在不同環(huán)境間存在顯著差異，且β-淀粉酶活性與籽粒中的氮含量呈顯著正相關(guān)；齊軍倉等[26]研究表明，不同氮肥施用時期（苗期、拔節(jié)期和灌漿期）處理對大麥β-淀粉酶活性影響顯著，且灌漿期（齊穗期）處理的β-淀粉酶活性最高。隨著施用氮肥時期從分蘗、拔節(jié)到抽穗期的推移，β-淀粉酶活性逐漸增加，說明后期施氮有利于提高籽粒β-淀粉酶活性。不同氮肥施用時期，隨著氮肥用量的增加，β-淀粉酶活性顯著增加，且氮肥施用時期對β-淀粉酶活性的影響要比品種大；徐紹英等[27]也指出，β-淀粉酶活性與糖化力和麥芽中的氮含量呈極顯著正相關(guān)；Yin等[11]研究表明，孕穗期施氮肥可顯著提高大麥籽粒β-淀粉酶活性；韋康等[28]研究表明，增加后期用氮比例能顯著增加大麥籽粒β-淀粉酶活性；Qi等[29]研究表明，大麥籽粒中β-淀粉酶活性隨著施氮量的增加而增加，且與籽粒蛋白質(zhì)含量密切相關(guān)；Zhou等[30]對中國大麥的研究表明，β-淀粉酶活性隨著施氮量的增加而增加，不同施氮水平β-淀粉酶活性達到顯著水平，這也說明了啤酒大麥合理施用氮肥的重要性。此外，適期播種的β-淀酶活性較高，過早或過遲播種都會導致β-淀粉酶活性降低；Chen等[31]對中國大麥的研究結(jié)果表明，隨著播種量的增加，β-淀粉酶活性在播種量90～270g/m2增加，且在270g/m2達到最大，此后則逐漸下降；β-淀粉酶活性在籽粒灌漿前期和后期增加幅度明顯高于中期，最高值出現(xiàn)在成熟期，與單位籽粒蛋白質(zhì)積累量呈顯著正相關(guān)性。綜上所述，前人已做了大量工作，但由于環(huán)境因素的本身的復雜性和多樣性，大麥β-淀粉酶活性的環(huán)境效應相關(guān)研究還需進一步系統(tǒng)化。

2 存在的問題

從以上分析可以得出，當前對大麥β-淀粉酶活性與品種及環(huán)境效應的研究還存在以下問題：

2.1 品種與β-淀粉酶活性研究結(jié)果不盡一致 Arends等[5]認為大麥品種之間β-淀粉酶活性存在顯著差異，Marcus等[14]研究表明品種對大麥β-淀粉酶活性無明顯影響。另外，不同品種大麥β-淀粉酶活性和遺傳效應及蛋白質(zhì)含量之間的關(guān)系尚有諸多不盡一致之處。通常籽粒蛋白質(zhì)含量越高意味著β-淀粉酶活性也越高，而制麥芽時要求籽粒蛋白質(zhì)含量低于11.5%，因此在品種和農(nóng)藝措施上同時改良籽粒β-淀粉酶活性與蛋白質(zhì)含量可能存在一定難度。

2.2 環(huán)境對β-淀粉酶活性影響缺乏系統(tǒng)性研究 環(huán)境對β-淀粉酶活性影響方面的研究報道不多，特別缺少較高層面的環(huán)境因子如氣候（溫度、降水）、土壤（營養(yǎng)元素）和地理（經(jīng)度、緯度、海拔）對大麥籽粒β-淀粉酶活性的影響，以及籽粒發(fā)育過程中β-淀粉酶活性積累與碳（水化合物）氮代謝關(guān)系和農(nóng)藝措施（播種期、播種量、氮肥用量、氮肥運籌、收獲時間）對大麥籽粒β-淀粉酶活性影響的系統(tǒng)性研究。

2.3 研究結(jié)果未推行于大田 進一步證明，雖然有在人工氣候室研究了熱脅迫處理和水分脅迫處理對大麥籽粒β-淀粉酶活性和麥芽品質(zhì)的影響，但在大田情況下，干旱與熱脅迫對大麥籽粒β-淀粉酶活性的研究尚未報道，且其他逆境脅迫對大麥β-淀粉酶活性影響的研究也鮮見報道。

2.4 尚未形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈 受自然條件和人為因素等方面的限制，雖然青藏高原地區(qū)大麥已經(jīng)有著悠久的栽培歷史，但大麥生產(chǎn)尚未形成完整產(chǎn)業(yè)鏈，同時，我國對大麥的精深加工、功能因子開發(fā)以及綜合利用涉及較少，使得大麥沒有得到合理充分的利用，這既不利于地方經(jīng)濟的發(fā)展，也影響了大麥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3 分析與展望

事實上，野生大麥種質(zhì)資源的合理利用仍有較大潛力。中國西藏地區(qū)被認為是世界栽培大麥的起源中心之一，其野生大麥種質(zhì)資源豐富，遺傳變異幅度大且許多基因型為西藏地區(qū)所特有的[32-34]。因此，在青藏高原地區(qū)發(fā)展大麥品質(zhì)改良和保健大麥食品開發(fā)的工作，進而建立不同用途大麥生產(chǎn)基地具有十分重要的戰(zhàn)略意義。從目前研究現(xiàn)狀來看，大麥品質(zhì)（尤其β-淀粉酶活性）與環(huán)境和品種方面的系統(tǒng)性研究尚未有相關(guān)報道。大麥生產(chǎn)的發(fā)展離不開大麥科學研究的發(fā)展。從目前來看，關(guān)于青藏高原大麥種質(zhì)的研究還十分薄弱，今后應緊緊圍繞生產(chǎn)實踐，針對以下問題進行深入研究：

（1）合理利用獨特資源：大麥麥芽品質(zhì)或作為功能食品營養(yǎng)品質(zhì)的改良有賴于相關(guān)性狀優(yōu)良基因的發(fā)現(xiàn)和利用，而這首先需要有變異范圍廣，變異幅度大的種質(zhì)資源作為育種改良的材料。青藏高原地區(qū)是我國典型的低緯度、高海拔農(nóng)業(yè)區(qū)，是世界大麥起源中心之一，擁有豐富獨特的野生大麥種質(zhì)資源，然而目前對西藏野生大麥種質(zhì)資源麥芽品質(zhì)及營養(yǎng)品質(zhì)的相關(guān)研究還十分有限。endprint

（2）選育優(yōu)良品種：篩選出一些具有優(yōu)良性狀（如：高β-淀粉酶活性）的世界優(yōu)質(zhì)栽培大麥及西藏近緣野生大麥材料，進行大田品比試驗，擇優(yōu)推廣。同時，開展高原條件下大麥品種的選育工作，為大田生產(chǎn)提供適應性更強、β-淀粉酶活性更高的新品種；

（3）合理施肥：研究不同施肥量及施用時期對大麥β-淀粉酶活性的影響；

（4）合理密植：由于高原氣候的特殊性，應根據(jù)不同地域挖掘有利于產(chǎn)出高β-淀粉酶活性大麥的最佳種植密度；

（5）適期播種：進行不同地域大麥品種的分期播種試驗，探討各地高β-淀粉酶活性大麥的最適播期。

參考文獻

[1]Deleour J A，Versehaeve S G.Malt diastatie Power.Part1.Amodified EBC diastatie Power assay for the seleetive estimation of β-amylase activity.Time and temperature dependence of the release of reducing sugars[J].Joumal of the Institute of Brewing，1987，93：296-301.

[2]孫俊良，梁新紅，賈彥杰，等.植物β-淀粉酶研究進展[J].河南科技學院學報：自然科學版，2011，39（6）：1-4.

[3]Wang J M，Zhang G P，Chen J X，et al.Genotypie and environmental variation in barley beta-amylase activity and its relation to protein content[J].Food Chemistry，2003，83：163-165.

[4]Zhang H T.The effects of nitrogen and potassium fertilizer application rates and timing on barley grain quality[J].Acta Agriculture Zhejiangensis.，2000，12（2）：74-77.

[5]Arends A M，F(xiàn)ox D P，Henry R J，et al.Genetic and environmental variarion in the diastatic power of Australian barley[J].Journal of Cereal Science，1995，20：63-70.

[6]Henry，R.J.Genetic and environmental variation in the pentosan and β-glucan contents of barley，and their relation to malting quality[J].Cereal Sci. 2006，4：267-277.

[7]張國平，陳錦新，汪軍妹，等.氮肥運籌對大麥β-淀粉酶活性和蛋白品質(zhì)的影響[J].作物學報，2004，30（1）：47-51.

[8]Maria M M，Preben Riis.Optimized McCleary method for measurement of total β-amylase in barley and its applicability[J].Journal of the Institute of the Brewing，1996，102（3）：271-275.

[9]張新忠，汪軍妹，黃祖六，等.大麥β-淀粉酶的研究進展[J].大麥與谷類科學，2009，3：6-8.

[10]Zhang G P，Li C D.Genetics and Improvement of Barley Malt Quality[M].Zhejiang University Press & Springer，2009：15-18.

[11]Yin C，Zhang G P，Wang J M，et al.Variation of beta-amylase activity in barley as affected by cultivar and environment and its relation to protein content and grain weight[J].Journal of Cereal Science，2002，36：307-312.

[12]Wei K，Dai F，Wu F B.，et al.The variation of β-amylase activity and protein fractions in barley grains as affected by genotypes and postanthesis temperatures[J].Inst Brew，2009，115（3）：208-213.

[13]Georg-kraemer J E，Mundstock E C，Cavalli-Molina L.Developmental expression of amylase during barley malting[J].Journal of Cereal Science，2001，33（3）：279-288.

[14]Marcus A，F(xiàn)rancesch M，Perez-Vendrell A M，et al.Genetic and environmental variation in malting and feed quality of quality[J].Journal of Cereal Science，1997，25：37-47.endprint

[15]Xue D，Dong J，Wu F B，et al.Genotypic and environmental variation in grain protein components and their relations to β-amylase and β-glucanase activity in malting barley[J].Cereal Research Communism，2008，36（1）：125-134.

[16]孫軍利，董貴民，楊萬勇.環(huán)境條件對啤酒大麥品質(zhì)的影響[J].大麥科學，2003（2）：29-30.

[17]林亞康，張毓芳，俞志隆.二棱大麥和雜種的β-淀粉酶同功酶研究[J].遺傳學報，1992，19（2）：122-130.

[18]Zhang G.P，Dai F，Wang J M，et al.Genotypic and environmental variation in phytic acid content and its relation to protein content and malt quality in barley[J].Food Chemistry，2007，105（2）：606-611.

[19]Wang J M，Chen J X，Dai F，et al.Protein fractions in barley grains as affected by some agronomic factors and their relationships to malt quality[J].Cereal Res Commun，2007，35：129-140.

[20]Reinhardt，Shewry P R，Miflin B J.Differential protein accumulation during barley grain development[J].Journal of Experimental Botany，1982，33：717-728.

[21]Ahokas H，Erkkilae M J.Barley β-amylase and β-glucanase activities at germination in vulgare type lines from backcrosses of wild，spontaneum strains with cv[J].Adorra Agric Sci Finl.，1992，1：339-350.

[22]汪軍妹，陳錦新.啤酒大麥蛋白質(zhì)含量與粒重的品種和環(huán)境效應[J].浙江大學學報（農(nóng)業(yè)與生命科學版），2001，27（5）：503-507.

[23]Qi J C，Zhang G P，Zhou M X，et al.Protein and horde in fraction eontent in barley seeds as affected by nitrogen level and their relations to beta-amylase aetivity[J].Joumal of cereal seience，2006，43：102-107.

[24]齊軍倉，王鵬，汪飛，等.氮肥施用時期對啤酒大麥籽粒醇溶蛋白組分含量和β-淀粉酶活性的影響[J].大麥與谷類科學，2007，1：28-32.

[25]Swanston J S，Taylor K.The effects of different steeping regimes on water uptake，germination rate，milling energy and hot water extract[J].Journal of the Institute of Brewing，1990，96：36.

[26]齊軍倉，常金花，王定義.氮肥供應對啤酒大麥品質(zhì)及產(chǎn)量的影響[J].河北農(nóng)業(yè)大學學報，2000，23（4）：26-28.

[27]徐紹英，閻新甫，朱軍，等.啤酒大麥糖化力及其有關(guān)釀造品質(zhì)性狀的胚和胚乳遺傳效應分析[J].作物學報，1999，25（1）：25-31.

[28]韋 康，陳錦新，張國平.氮鉀肥用量與配比對大麥籽粒品質(zhì)的影響[J].浙江農(nóng)業(yè)學報，2001，12：74-77.

[29 Qi J C，Zhang G P，Zhou M X.Protein and hordein content inbarley seeds as affected by nitrogen level and their relationship to beta-amylase activeity[J].Cereal Sci.，2006，43：102-107.

[30]Zhou S M，Wang Q，Zhang X N.Research advances in functional polysaccharide-wheat arabinoxylan[J].Nucl Agric Sci.，2009，23（2）：297-301.

[31]Chen J X，Zhang G P，Wang J M，Chen Z H，Zhou T Y.The effect of timing of N application on barley β-glucanase activity and malt quality[J].Acta Agron Sin，2004，30（1）：47-51.

[32]Yin Y Q，Ma D Q，Ding Y.Analysis of genetie diversity of horde in wild close relatives of barley from Tibet[J].Theoretieal and applied geneties，2003，107：837-842.

[33]Zhang Q，Yang G P，Dai X，et al.A eomparatlve analysis of genetie polymorphism in wild and eultivated barley from Tibet using isozyme and ribosomal DNA markers[J].Genome，1994，37：631-638.

[34]Zhang W S，Li X，Liu J B.Genetic variation of Bmyl alleles in barley （Hordeum vulgare L.） investigated by CAPS analysis[J].Theoretical and applied geneties，2007，114：1039-1050.

（責編：張宏民）endprint