近红外光谱技术辅助选择水稻食味品质育种

刘凯+孙明法+严国红

摘要：以江苏沿海地区农业科学研究所选育的120份水稻育种材料为对象，利用FOSS Analytical A/B近红外品质分析仪测定了水稻精米样品中水分、直链淀粉含量、蛋白质含量以及对应的食味值。相关分析结果表明，在杂交籼稻和常规粳稻中，水分含量与食味值之间呈现负相关，但不显著；而蛋白质含量和直链淀粉含量与食味值之间呈极显著负相关，相关系数分别为-0.403、-0.922和-0.593、-0.857，且蛋白质含量与直链淀粉含量呈显著负相关。以上结果表明，稻米中水分含量对水稻食味品质的影响甚小，而在一定范围之内通过降低蛋白质和直链淀粉的含量，能够明显提高水稻稻米的食味品质，这为水稻育种家在选育优质食味品质的水稻品种提供了科学依据。

关键词：近红外光谱技术；水稻；食味品质；育种

中图分类号： S511.03 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2016）07-0121-02

近红外光谱技术是光谱学无损检测技术应用于快速检测农产品内在品质的成功典范[1]。将近红外光谱分析仪应用于农作物品质分析主要是对谷物和油料作物中的蛋白质、脂肪、直链淀粉含量和水分等品质指标进行检测。传统化学方法检测稻米品质有着污染大、耗时长、结果精准度不高等缺点，不适合大批样品的测定和筛选育种的中间材料。如果将其应用于水稻育种，必将会改善我国水稻稻米的品质[2-4]。

水稻食味品质是指米饭在入口时咀嚼的综合感觉，主要受稻米中淀粉、蛋白质、糖类、游离氨基酸、脂类、矿物质以及相关酶的含量等多个因素影响[5]。其中，直链淀粉含量（AC）和蛋白质含量（PC）是影响稻米食味和蒸煮品质的重要因素，目前我国大多数水稻品种2项指标含量都无法都达到国家标准[6-7]。水稻稻米中AC一般变异于6%～34%，一般认为AC在超过一定范围与稻米食味品质呈显著或极显著负相关，高AC会引起米饭粗糙无光泽、冷后质硬、米粒延伸性不好，低AC煮成的米饭胀性小、较湿黏而又光泽偏软、口感差[8]。而PC通常与食味品质呈负相关，不同的品种PC变异于5%～16%，其中籼稻要比粳稻要高2～3百分点，国外优质籼米的PC在8%左右，粳稻在6%，有学者研究认为稻米中蛋白质含量大于9%时，稻米的食味品质就会下降[9-10]，因此在一定范围内提高稻米的蛋白质含量能显著改善稻米的营养品质和食味品质[11]。

本研究利用近红外品质分析仪分别测定稻米中水分、蛋白质、直链淀粉的含量以及相应的食味值等指标，进行相关性分析，以期为水稻食味品质育种提供可靠的分析方法和准确的分析数据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以江苏沿海地区农业科学研究所水稻室选育的120份水稻育种材料为研究对象，其中杂交籼稻品系50份（编号为杂籼 01～杂籼50）份，常规粳稻品系70份（编号为粳鉴01～粳鉴70）。

1.2 材料种植

120份育种材料于2015年夏种植于江苏沿海地区农业科学研究所南洋试验场，5月10号播种，6月5号栽插，采用单本宽窄行栽培，杂交籼稻行株距30.0 cm×13.3 cm，常规粳稻株行距25.0 cm×13.3 cm，田间管理同常规方法。水稻成熟后收获、脱粒、晾晒备用。

1.3 材料处理

水稻谷粒用浙江台州市粮仪厂生产的小型砻米机（型号JLGJ4.5）除去颖壳，再用小型精米机（型号SDJ-100）将糙米磨成精米，分别装入小塑料袋中封口，存放于干燥器中备用。

1.4 近红外测定水稻稻米品质指标

每份水稻育种材料称取精米150 g，放入进样槽中，用FOSS Analytical A/B近红外品质分析测定仪（型号Foss Infratec 1241）对样品进行扫描。每份样品重复扫描3次，取其平均值，贮存于计算机中。

1.5 数据分析

杂交籼稻以盐两优2208（国审稻2013026 ）为对照品种，水分含量12.42%，蛋白质含量8.46%，直链淀粉含量 18.32%，食味值99.08；常规粳稻以淮稻9号（苏审稻200607）为对照品种，水分含量11.95%，蛋白质含量7.91%，直链淀粉含量18.07%，食味值99.04；数据分析用SPSS 190和Microsoft Office Excel 2010。

2 结果与分析

2.1 不同杂交籼稻品系食味品质相关指标变异

将50份杂交籼稻精米样品放入近红外仪中扫描，结果（表1）显示，供试样品中稻米水分含量变异幅度为11.31%～13.29%，蛋白质含量变异幅度为7.46%～9.70%，直链淀粉含量变异幅度为15.38%～19.40%，食味值变异范围为8300～118.32；从变异系数看，水分最小，食味值最大，达 9.39，表明不同供试样品的食味值差异较大。从测定的数据（数据未列出）得出50份杂交籼稻品系中，食味值超过对照的有30个品系，占总品种数的60%，表明近红外仪器在选择食味品质高的水稻育种材料上具有较好的可靠性。

2.2 不同常规粳稻食味品质相关指标变异

同上，将70份常规粳稻精米样品放入近红外仪中扫描，结果（表2）显示，供试样品中水分含量变异幅度为 10.33%～12.97%，蛋白质含量变异幅度为5.22%～8.76%，直链淀粉含量变异幅度为15.07%～20.07%，食味值变异范围在67.35～117.26；从变异系数看，同样是水分含量最低，食味值最高，相比杂交籼稻，常规粳稻食味值的变异系数更大，超过10%，在70个常规粳稻品系中只有22个品系食味值高于对照，占总品种数的31%，要显著低于杂交籼稻的品系数，表明常规粳稻的食味品质可能受水分、蛋白质含量以及直链淀粉含量的影响更大一些。

2.3 杂交籼稻稻米食味品质相关性分析

从表3可以看出，在供试籼稻样品中，水分含量与食味值之间呈负相关，但并不显著，表明水分对稻米食味品质的影响较小；蛋白质含量和直链淀粉含量与食味值之间呈极显著负相关，相关系数分别为-0.403和-0.922，表明对于杂交籼稻来说，直链淀粉含量比蛋白质含量对稻米食味品质的影响更大，这与前人研究的结果[12]相一致。同时供试样品中直链淀粉含量跟蛋白质含量也呈现极显著负相关。

2.4 常规粳稻稻米食味品质相关性分析

从表4可以看出，在供试粳稻样品中，水分、直链淀粉含量以及蛋白质含量三者与食味值之间均呈负相关，而只有蛋白质含量和直链淀粉含量呈现极显著相关，相关系数分别为-0.593和-0.857，与前文中杂交籼稻的分析结果相一致，可见在所有供试样品中随着蛋白质含量和直链淀粉含量的提高，稻米的食味品质有下降的趋势。同样在常规粳稻稻米中直链淀粉含量和蛋白质含量呈显著负相关，相关系数为 -0.375，相关性比杂交籼稻略低。

3 讨论

本研究利用近红外技术对稻米中与食味品质相关的主要指标进行测定，结果显示在50个杂交籼稻品系和70个常规粳稻品系中，食味值超过对照品种的分别占总品种数的60%和31%，证实近红外分析技术定量分析稻米食味品质是完全可行的。从近红外分析结果看，虽然本试验测定的蛋白质含量和直链淀粉含量偏高，但是由于在相同条件下测定，其含量消长趋势是相同的，因而可以支持本研究的结论。

蛋白质含量和直链淀粉含量是影响稻米食味品质和蒸煮品质最重要的2个因素。国内外学者进行了大量的研究，本研究基于研究室所选育的水稻育种材料，进行了相关性分析，结果表明，蛋白质含量和直链淀粉含量与食味值之间呈极显著负相关，作者在测定数据表中发现蛋白质含量高的水稻品种，测得的食味值相应偏低，这是由于在稻米中蛋白质含量高，米粒的结构致密，造成糊化温度升高，蒸煮米饭的黏度降低，硬而且松软，适口性差[13]。同样直链淀粉含量高的品种，在本研究中食味品质表现也较差，当然，直链淀粉含量也不是越低越好，太低也会造成米饭偏软、太黏、味淡，影响稻米的口感[14-15]，因此，对于水稻食味品质育种来说，无论是AC还是PC在选育的过程中都要在一个合理的范围之内，才比较合适。关于水分对稻米食味品质的研究较少，本研究中无论籼稻还是粳稻，都影响甚小，也有学者认为稻米水分与食味值之间存在着相关性，随着糙米水分的不断下降，食味值也有下降的趋势[16]。当然影响水稻食味品质的因素还有糊化温度、胶稠度等其他因素，因此该结论仅在本研究范围内进行讨论，今后的试验可以扩大研究范围，进一步阐述。

近年来随着粮食总产量以及人民生活水平的提高，人们对稻米品质的要求也越来越高，相应的外观品质好、营养价值高、食味佳的优质稻米成为市场关注的焦点，因此育种家也将原来的育种目标由“高产、优质、多抗”转向为“优质、高产、多抗”。目前国内审定的品种都能通过国标三级优质稻谷标准，但是关于是水稻食味品质的改良一直处于滞后阶段[17]。而利用近红外技术可以对稻米的各种成分同时提供快速、 精确的定性和定景分析，因此在实际生产应用中有着广阔的发展前景。

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