不同倍性水稻品种米质分析研究

谷幽兰， 代西梅， 李建欣

(郑州大学 物理工程学院 河南 郑州 450001)

不同倍性水稻品种米质分析研究

谷幽兰， 代西梅， 李建欣

(郑州大学 物理工程学院 河南 郑州 450001)

以5份同源四倍体水稻和5份相应的二倍体水稻为材料，对其谷粒性状、垩白度、胶稠度、碱消值、糊化温度和可溶性蛋白质含量进行了差异性比较分析.结果表明,谷粒性状中长宽比和长厚比降低的水稻材料较多，其他性状大多表现为显著增加，其中谷粒体积增加幅度最大，其次为单粒重；水稻染色体加倍后垩白度变化差异较大，同源四倍体水稻大都没有达到优质米水平；胶稠度中红米四倍体达到优质水平，在糊化温度中同源四倍体水稻基本达到中糊化温度;在可溶性蛋白质含量中3个四倍体材料均有显著增加，幅度最大的为圭630(4)，另外2个材料没有明显差异.不同水稻品种染色体加倍后对其籽粒大小及米质有一定的影响，通过筛选及改良有望获得高品质的同源四倍体稻米.

同源四倍体水稻； 谷粒性状； 米质分析

0 引言

在物种进化、新物种的形成以及禾本科植物的进化历程中，染色体组多倍化可以提高植株的适应性和产量潜力[1].水稻是二倍体物种(2n=2x=24) ，在现有栽培作物中其基因组最小，系统进化程度很有限.在二倍体水平上提高其产量的空间很小，而从物种进化的倍性水平和染色体大小的适应性理论来看，适当增加水稻基因组，提高其倍性水平，可以丰富遗传变异范围，增加优良基因重组的几率，提高其适应性和产量潜力[2-4].目前，同源四倍体水稻与二倍体水稻的差异研究主要集中在形态学观察、生长发育研究、分子标记等方面[5-8]，对谷粒性状和米质分析的差异研究相对较少.谷粒性状不但影响单粒重的大小，对米粒品质也有一定的影响.垩白度为稻米外观品质的重要指标之一[9]，高垩白稻米不仅外观品质差，而且在碾米时易碎，导致整精米率低，蒸煮后饭粒易断裂或降低米饭的适口性[10].胶稠度、碱消值、糊化温度是米质蒸煮性质的几个重要指标，一般为中间水平较受消费者喜爱[11-12].可溶性蛋白质是指可以以小分子状态溶于水或其他溶剂的蛋白,其含量的增加能提高细胞的保水能力，对细胞的生命物质及生物膜起到保护作用.作者以5份同源四倍体水稻和5份相应的二倍体水稻为材料，对其谷粒性状、垩白度、胶稠度、碱消值、糊化温度和可溶性蛋白质含量进行了差异性比较分析，结果表明，部分水稻品种染色体加倍后剂量效应能够提高水稻的产量及品质，可以通过筛选及改良获得高品质的同源四倍体稻米.

1 材料与方法

所用水稻材料为圭630(2)，红米(2)，紫米(2)，双胚苗(2)，紫粳(2)及其对应的同源四倍体材料圭630(4)，红米(4)，紫米(4)，双胚苗(4)，紫粳(4).上述水稻品种于2014年在新乡农科院种植，按不同品种适时收获.水稻晒干贮藏 3个月后, 随机抽取100粒饱满米粒，测定单粒重和其长、宽、厚，精确至0.01 mm.宽、厚在米粒最宽、最厚处测定，重复3次，计算长宽比、长厚比、谷粒体积(以长×宽×厚值近似代替)3个二级数据.材料的垩白度、垩白米率、碱消值和糊化温度等指标按农业部标准[13]进行测定，可溶性蛋白质含量的测定方法参考文献[14].取平行测定结果的算术平均值作为测定结果，所得数据利用 SPSS 21．0 软件计算， 对四倍体与二倍体之间的数据变化进行差异分析.

2 结果分析

2.1 谷粒性状差异分析

水稻染色体加倍后，从外观上来看米粒明显变大.图1为不同倍性水稻单粒重的比较，可以看出，四倍体植株的单粒重明显高于其二倍体植株.如双胚苗(4)增加85.71%，圭630(4)增加58.33%，达到1%显著水平，其余3个品种也有相应增加，其中紫粳(4)没有明显变化.表1为不同倍性水稻谷粒性状的差异比较结果，可以看出，在谷粒的长、宽、厚以及谷粒体积4个谷粒性状中，除了在宽上双胚苗(4)比双胚苗(2)减少且幅度较大，其余量均为增加.除圭630(4)宽、双胚苗(4)的长和谷粒体积、紫粳(4)的厚差异不显著外，其余均达到1%或5%显著差异，且大多为极显著水平.长宽比和长厚比两个性状变化较大，除圭630(4)和双胚苗(4)的长宽比及紫粳(4)的长厚比为增加外，其余都为减少.紫米(4)的长宽比达到5%显著差异，双胚苗(4)的长宽比和长厚比及紫粳(4)的长宽比达到1%极显著差异，其余谷粒没有显著差异.在所观察的7个性状中，谷粒体积增加幅度最大，平均为119.4%；其次为单粒重，平均为47.03%.由此可见，同源四倍体水稻比二倍体水稻籽粒更大、更重，同时谷粒容重稳定，极具增产潜力.

注：*,**分别表示差异达5%或1%显著水平；“+”表示四倍体比二倍体有所增加；“-”表示四倍体比二倍体有所减少.

2.2 米粒垩白度和垩白米率差异分析

表2为不同倍性水稻垩白度和垩白米率差异比较，可以看出，水稻在染色体加倍后，垩白度和垩白米率发生很大的变化.除红米(4)的垩白米率与红米(2)相比没有明显差异，红米(4)和紫粳(4)的垩白度与其二倍体相比为显著差异外，其余均达到极显著差异.就四倍体垩白度和垩白米率变化趋势而言，除了紫粳(4)比其二倍体显著降低外，其他品种四倍体的垩白度和垩白米率均有显著或极显著增加.垩白度是评价稻米品质优劣的一项重要指标，也是限制稻米品质改良的一个瓶颈因素[15].垩白是淀粉合成与积累不正常导致淀粉颗粒排列不紧密形成的.有研究表明,垩白米率和垩白度除影响米粒外观评价和市场价格外 ，对米饭的口感影响较小.一级优质米垩白米率在10%以下，二级11%～20%，三级21%～30%，垩白米率在30%以上为劣质米.如表2所示，在二倍体水稻中有两个材料达到一级优质米水平，两个材料达到二级米水平,但在四倍体材料中只有两个达到三级米水平.研究发现,染色体加倍后对米粒的垩白度及垩白米率影响程度较大，四倍体水稻如要在生产实践中应用，仍需进一步进行相关性状改良.

注：*，**分别表示差异达5%或1%显著水平.

2.3 胶稠度、碱消值、糊化温度及可溶性蛋白质含量差异分析

胶稠度是指在规定条件下， 一定量大米粉糊化、 回升后的胶体在水平状态流动的长度， 显示大米胶的延展性和柔软性[16].在一定范围内，胶稠度越大米饭越柔软，稻米品质也就越好.表3为不同倍性水稻胶稠度、碱消值、糊化温度及可溶性蛋白质含量差异分析，可以看出，5个材料中有3个对胶稠度的变化达到极显著差异，另外2个没有明显差异.在圭630(4)中增加幅度较大，紫米(4)增加幅度较小，其他品种均为降低.有2个材料由软胶稠度变为硬胶稠度，红米品种没有明显变化，都基本达到一个中胶稠度的类别，而中胶稠度的品种较受消费者的喜爱.糊化温度是决定稻米食味与蒸煮品质的重要因素，而碱消值则是衡量稻米糊化温度的关键指标.根据碱消值的不同，水稻品种可分为 7 个等级，其中，1 ～ 3 级对应高糊化温度(>74 ℃)，4 ～5 级对应中糊化温度(70～74 ℃)，6 ～7 级对应低糊化温度(<70 ℃).碱消值与糊化温度为中间值大家较为接受[11].由表3可知5个材料中，双胚苗(4)达到极显著差异，圭630(4)和红米(4)达到显著水平，剩下2个材料没有明显差异.就变化趋势而言，除了紫粳(4)为降低，其余均为增加，但幅度不一.就糊化温度而言，在二倍体水稻中有3个材料为低糊化温度，1个为高糊化温度，只有紫米为中糊化温度.但在四倍体水稻中，除了圭630(4)为低糊化温度，其余均为中糊化温度.可溶性蛋白质含量在3个材料中有增加，其中在圭630 (4)中达到极显著差异，上升幅度最大，为106.45%.在紫米(4)和紫粳(4)中有明显差异，在红米(4)和双胚苗(4)中降低幅度较小，没有明显差异.可溶性蛋白质是植物所有蛋白质组分中最活跃的一部分，包括各种酶原、酶分子和代谢调节物，在发育中起着十分重要的作用[17].

注：*，**分别表示差异达5%或1%显著水平.

3 讨论

水稻是我国主要的粮食作物，是单子叶植物，属于莎草目.在自然界的生物中，染色体组的多倍化现象非常普遍[18].在生物物种的长期进化过程中，染色体组多倍化可以在一定程度上提高新物种的形成速度.多倍化不仅是植物进化变异的自然现象，同时也是促进植物发生进化突变的重要力量.水稻染色体加倍后剂量效应能够提高一些水稻的产量、品质和抗逆性[19]，其次利用同源四倍体水稻可以有效进行种质资源创新.目前，对于同源四倍体水稻生长发育过程研究较多，但同源四倍体水稻和二倍体水稻在谷粒性状上有哪些区别，如何才能更有效地挖掘同源四倍体水稻的增产潜力，同源四倍体水稻的营养价值又如何，这些问题值得进一步探讨.

研究结果表明，在谷粒性状中，四倍体水稻与相应二倍体水稻相比变化较大，5个品种大多都达到显著差异水平.谷粒性状中长宽比和长厚比降低的水稻材料较多，其他性状大多表现为增加，且达到显著差异水平.四倍体植株的单粒重明显高于其二倍体植株，其中双胚苗(4)增加85.71%，圭630(4)增加58.33%.表明通过染色体加倍后水稻米粒变大，更具增产潜力.垩白度分析结果表明，水稻在染色体加倍后，垩白度和垩白米粒发生很大的变化.红米(4)和紫粳(4)的垩白度存在显著差异，其余品种达到极显著增加.高垩白稻米不仅外观品质差, 而且在碾米时易碎, 导致整精米率低, 蒸煮后饭粒易断裂或降低米饭的适口性.在垩白度品质上，同源四倍体水稻仍需进一步的遗传改良，以达到国家标准水平.对于胶稠度性状，红米品种基本达到一个中胶稠度的类别，在糊化温度中同源四倍体水稻基本达到中糊化温度.在可溶性蛋白质含量中有3个水稻材料表现为增加，幅度最大的为圭630 (4)，达到106.45%，另外2个水稻材料没有明显差异.总而言之，虽然不同品种之间存在一些差异，但某些水稻品种染色体加倍后剂量效应能够提高水稻的产量、品质，为挖掘其潜在利用价值奠定了基础.

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(责任编辑：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

河南省基础与前沿技术研究计划项目,编号142300410227.

谷幽兰(1990—)，女，河南郑州人，硕士研究生，主要从事植物遗传育种研究，E-mail：1124859827@qq.com；通讯作者：代西梅(1974—)，女，河南郑州人，副教授，博士，主要从事离子束生物效应研究，E-mail：daiximei@zzu.edu.cn.

谷幽兰，代西梅,李建欣.不同倍性水稻品种米质分析研究[J].郑州大学学报：理学版，2015,47(4)：81-85.

S511

A

1671-6841(2015)04-0081-05

10.3969/j.issn.1671-6841.2015.04.016