云南软米直链淀粉含量及蛋白质积累动态研究

辜琼瑶，李华慧，黄 平，朱 斌，班洪兴，奎丽梅，陈忆昆，张 云，涂 建*

(1.云南省农业科学院粮食作物研究所，云南 昆明 650205；2.云南省气候中心，云南 昆明 660034；3.德宏州潞西市种子公司，云南 潞西 678400)



云南软米直链淀粉含量及蛋白质积累动态研究

辜琼瑶1，李华慧1，黄 平1，朱 斌2，班洪兴3，奎丽梅1，陈忆昆1，张 云1，涂 建1*

(1.云南省农业科学院粮食作物研究所，云南 昆明 650205；2.云南省气候中心，云南 昆明 660034；3.德宏州潞西市种子公司，云南 潞西 678400)

通过对云南地方传统软米资源与粘米和糯米的直链淀粉含量及蛋白质的积累动态进行比较研究。结果表明，3种类型的稻米在籽粒灌浆过程中直链淀粉积累表现基本一致，以开花后20 d为转折点，日平均积累速度前期积累速度快，后期积累速度较缓慢，直链淀粉积累速率的顺序为粘米>云南软米>糯米；3种类型的稻米在籽粒灌浆过程中蛋白质积累动态基本相似，籽粒的蛋白质百分含量，灌浆开始最高，而后逐渐下降。蛋白质含量的日平均积累速度顺序为糯米品种>软米品种>粘米品种，与直链淀粉积累动态相反，籽粒直链淀粉和蛋白质积累之间可能有一定的矛盾关系。开花后30 d内是软米品质形成的主要时期，可以把开花后30 d内气象生态条件作为云南软米生态区划重要指标。

云南软米；直链淀粉含量；蛋白质含量；积累动态

云南地处中国西南边陲，北回归线横贯本省南部,位于21°8′32″N～ 29°15′8″N和97°31′39″E～106°11′47″ E。全省气候类型丰富多样，立体气候特点显著。独特的地理气候形成了多样的稻作生态环境，从海拔76 m的河口县到2700 m的永宁镇均有稻种资源分布[1]，是中国稻种最大的遗传和生态多样性中心[2]。软米是云南特有的一种籼型优质米，是云南边疆兄弟民族对稻作科学的一项重大贡献[3]。软米傣语称毫文，它煮成的米饭比较软，但软而不烂，富有弹性，具有冷不回生，冷饭食口性及膨化性好的特点，因此，得名软米[4]。软米其以独特的蒸煮食用品质在国际市场上倍受青睐。培育软米品种可以满足多样化的消费需求，并且有助于开拓国内外稻米市场。

云南软米的米质介于粘米和糯米之间，有研究表明云南软米与其它类型优质稻米在品质上的主要差别在于粒型、直链淀粉含量、胶稠度和蛋白质含量这4项品质指标上[5]。直链淀粉含量的高低是水稻品种选育的关键指标，也是云南软米的主要鉴定指标。随着水稻胚乳的发育，直链淀粉的积累是一个由少到多逐渐增长的动态过程，因品种不同表现不同特性，受Wx基因控制[6-7]。直链淀粉与支链淀粉在胚乳中如何转化形成，不同的研究有不同的观点，一般认为直链淀粉是支链淀粉合成的前体[8]。王守海等[7]把谷粒成熟过程中直链淀粉含量的变化拟合为二次曲线方程。蛋白质是稻米营养品质的重要构成因素，其含量的高低直接影响稻米的蒸煮食味品质。一般认为，蛋白质含量超过9 %，稻米的蒸煮食味品质下降[9]。有关水稻籽粒灌浆过程中粒重、直链淀粉含量及蛋白质含量的动态变化规律，国内外均有研究报道[10-11]。

文章对云南软米与粘米、糯米籽粒灌浆过程中直链淀粉含量和蛋白质的积累动态及差异进行比较研究，其目的在于更深入地了解云南软米品种与其它类型优质米品种籽粒灌浆过程中直链淀粉含量和蛋白质的积累动态及差异，探讨云南软米品质形成的机理，为软米品种的选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料与试验处理

选用8份云南地方传统软米资源，2份籼型粘米品种和2份籼型糯米品种，共计12份材料(表1)。田间试验于2010年4-10月在德宏州潞西市城郊大湾村(云南软米集中产区)进行。土壤为砂壤土，不施基肥，栽后12 d，追施尿素300 kg/hm2，过磷酸钙600 kg/hm2，硫酸钾450 kg/hm2，一次追完。试验播种，设4个播期，第1期4月20日播种，以后每隔10 d播1期，每期播后30 d移栽。调节抽穗期，以保证所有品种在基本相同的环境条件下抽穗和进行籽粒灌浆。于齐穗当日选取生长基本一致并已开花1/3～1/2的主穗或大分蘖穗挂牌标记。自标记当天起取样，随机取10～20穗(重复2次，每重复一半的穗数，然后混合)，以后每隔5 d取1次，直到成熟。取回的样品在120 ℃烘箱中杀青2 h，再于65 ℃下烘至恒重，计粒数，称干重。

1.2 品质性状的测定

1.2.1 直链淀粉含量的测定 ①标准曲线的制定。应用常规法，选取直链淀粉具有一定梯度糙米粉样品进行20次重复测定，以其吸光度均值(OD值)和直链淀粉值制作标准曲线。②测定步骤。以重量为基础，计算试剂用量。用万分之一天平准确称取各待测样品单粒糙米重量，并置于具塞刻度管中，加入95 %乙醇0.1 mL湿润样品，按每毫克样品加入1 mol/L NaOH 0.1 mL的比例加碱，把刻度管放于30 ℃恒温箱中糊化18～24 h。取出刻度管，按每毫克样品加入1 mL水的比例定容，混匀，若定容体积大于5 mL，用移液管准确吸取5 mL于100 mL容量瓶中，加入1 mol/L乙酸0.1 mL、碘试剂工作液1.5 mL于容量瓶中，定容。对体积小于5 mL的刻度管，以最终粗淀粉浓度为5 %计算全量定容体积，并以全量定容体积计算应加入的乙酸和碘试剂工作液量。在620 nm分光光度计下比色，测定OD值。同时准确称取10 mg标样进行测定，并应用所得的标准曲线计算待测样品的直链淀粉含量。

表1 供试品种品质特性

1.2.2 蛋白质含量的测定 蛋白质含量测定以半微量凯氏定氮法[12]，换算系数为5.95。

2 结果与分析

2.1 灌浆结实过程中直链淀粉含量的积累动态比较

胚乳中直链淀粉的含量主要是由遗传因素决定的,是水稻品种的特性,各类型的品种直链淀粉的形成有所不同[13]。从图1可以看出，3种不同类型的品种表现基本一致。以开花后20 d为转折点，可以分为前后2个时期，前期积累速度较快，几乎呈直线上升，积累量也较多，后期积累速度较缓慢。日平均积累速度见图2，灌浆前期粘米最快，平均日积累速率为0.978 %，软米、糯米次之，日平均积累速度分别为0.518 %、0.086 %。灌浆后期与前期一致，粘米最快，为0.133 %，其次是软米、糯米，分别为0.04和0.02 %。软米、糯米品种在整个籽粒灌浆过程中直链淀粉含量的日平均积累速度一直呈下降趋势，但粘米品种在开花后10～15 d，直链淀粉含量的日平均积累速度一度呈上升趋势，开花15 d后，缓慢下降。开花20 d，籽粒中直链淀粉已积累到最终直链淀粉含量的比例，软米平均为92.92 %，粘米平均为83.0 %，糯米为81.6 %。在整个籽粒灌浆过程中，籽粒中直链淀粉含量的高低顺序为粘米品种>软米品种>糯米品种。籽粒中直链淀粉的积累在灌浆前期基本结束，直链淀粉含量高的品种具有较快的积累速度，3种类型优质米直链淀粉含量的日平均积累速度顺序为粘米品种>软米品种>糯米品种。

2.2 灌浆结实过程中蛋白质含量的积累动态

蛋白质含量很大程度上取决于品种本身的遗传性状[14]，不同品种的蛋白质积累速度有一定的差异，但其积累动态变化基本是一致的。本试验所采用的3种类型稻米品种在籽粒灌浆结实过程中籽粒蛋白质含量的变化趋势是一致的(图3)。籽粒蛋白质含量，开花后第5天是整个灌浆结实过程中最高的时期，说明这时淀粉积累少，蛋白质所占比重最大。随着灌浆日数的增加，干物质积累的增加，蛋白质含量逐渐下降，开花后25～30 d (即灌浆盛期)降到最低，可能与这时期大量积累碳水化合物蛋白质比重降低有关。此后随籽粒干物质日增量上升，蛋白质含量又缓慢上升至成熟，蛋白质积累速度略有回升，所占比重稍有增大。到收获时籽粒中的蛋白质含量软米品种的平均值为8.77 %，粘米为8.05 %，糯米为9.85 %。在所有时期糯米的蛋白质含量都高于软米和粘米，蛋白质含量的日积累速度(图4)，在整个灌浆结实期间软米品种都处于2个类型品种之间。

图1 籽粒灌浆过程中直链淀粉含量的积累动态Fig.1 Dynamic of accumulation of amylose during grain filling

尽管，在籽粒灌浆过程中蛋白质的百分含量一直在下降，但实际上，单粒中积累的蛋白质绝对数量是随着灌浆日数的增加而逐渐增加的， 3种类型的品种基本一致(图5)。但在灌浆不同时期积累速度和数量上，不同类型间、品种间仍有一定差异。籽粒蛋白质日平均积累速度(图6)，从开花至开花后15 d软米为0.083 mg粒/d、粘米为0.053 mg粒/d、糯米为0.1 mg粒/d，开花后16 d～30 d软米为0.043 mg粒/d、粘米为0.03 mg粒/d、糯米为0.033 mg粒/d，开花后31 d至收获软米为0.005 mg粒/d、粘米为0.008 mg粒/d、糯米为0.011 mg粒/d。籽粒蛋白质积累到最终蛋白质含量的比例是，到开花后15 d时软米为65.79 %、粘米为60.15 %、糯米为71.09 %；开花后30 d时软米为97.37 %、粘米为93.98 %、糯米为94.79 %。可见，蛋白质含量高的品种类型从灌浆开始就有较高的积累蛋白质的能力，并且籽粒蛋白质的积累从开花后30 d基本上结束。这与高淀粉含量的品种在淀粉积累能力上的表现一致。

图2 籽粒灌浆过程中直链淀粉含量积累速度Fig.2 Speed of amylose content accumulation during grain filling

图3 籽粒灌浆过程中蛋白质积累动态Fig.3 Dynamic accumulation of protein during grain filling

从图5～6可以看出，单粒蛋白质含量高低和蛋白质含量的日平均积累速度的品种顺序为糯米>软米>粘米，这一顺序与品种间直链淀粉积累动态和含量相反。说明籽粒直链淀粉和蛋白质积累之间可能有一定的矛盾关系。

3 讨 论

3.1 云南软米籽粒灌浆过程中直链淀粉积累动态差异

胚乳中直链淀粉的含量主要是由遗传因素决定的，是水稻品种的特性，各类型的稻米品种直链淀粉的形成有所不同。本试验结果表明，籽粒灌浆结实过程中直链淀粉含量积累的动态水平及直链淀粉含量的高低顺序为粘米>软米>糯米。云南软米、糯米品种在整个籽粒灌浆过程中直链淀粉含量的日平均积累速度一直呈下降趋势，但粘米品种在开花后10～15 d，直链淀粉含量的日平均积累速度一度呈上升趋势，开花后15 d，积累速度再缓慢下降。云南软米、粘米、糯米三类品种基本上都以开花20 d为转折点，日平均积累速度灌浆前期快，后期比较缓慢。有研究表明[15]水稻齐穗后0～15 d淀粉合成酶活性保持较高，直链淀粉含量快速增长，15 d后活性降低，而淀粉分支酶(Q酶)活性在0～18 d活性较低，18 d后活性逐渐提高，这样使合成的直链淀粉较多地转变为支链淀粉，直链淀粉含量减少。淀粉合成酶促进直链淀粉合成，不同阶段的积累速度和积累量，各类型、各品种间有差异。

图4 粒粒灌浆过程中蛋白质积累速度Fig.4 The speed of protein during grain filling

图5 籽粒灌浆过程中单籽粒蛋白积累动态Fig.5 Dynamic accumulation of protein during grain filling per grain

灌浆前期是籽粒直链淀粉积累受外界环境因素影响最大的时期，品种类型间直链淀粉含量差异在水稻籽粒灌浆的开始阶段已显现，而不是在灌浆中后期才表现出来。本试验直链淀粉积累速率的顺序为粘米>云南软米>糯米。这是由于粘米品种一般直链淀粉含量要高于云南软米，虽然有效积累天数品种间有一定差异，但变幅较小。对积累速率的影响主要取决于品种直链淀粉含量的高低，高的品种其平均积累速率也高，灌浆开始就具有较快的直链淀粉合成能力和积累速度，成熟时品种类型间直链淀粉含量的不同，反映了它们直链淀粉合成能力和积累速度的不同。

3.2 云南软米籽粒灌浆过程中蛋白质积累动态差异

稻米蛋白质含量主要受遗传物质的控制[16]，不同品种的蛋白质积累速度有一定的差异，但其积累动态变化基本是一致的。本试验结果表明，在灌浆过程中云南软米与粘米、糯米籽粒蛋白质积累动态基本相似，籽粒的蛋白质百分含量，开花后5 d前是整个灌浆过程中最高的时期，随着籽粒灌浆的进行、干物质积累的增加，蛋白质含量迅速下降，至开花后20 d左右(即灌浆盛期)，蛋白质含量降至最低。而后随籽粒干物质日增量上升，蛋白质含量又逐渐增加。比较3个类型稻米蛋白质积累动态可以看出，虽然蛋白质相对含量由高到低再升高的变化表现一致，但含量的多少却有一定的差异，云南软米品种在灌浆过程中一直处于中间水平，灌浆前期具有较快的积累速度。籽粒蛋白质含量，品种类型间的差异，实际上反映了不同的蛋白质合成和积累能力的差异，这是品种本身的遗传特性。在灌浆初期，籽粒蛋白质含量相对较高，说明此时期蛋白质积累较快。

图6 籽粒灌浆过程中单籽粒蛋白质日平均积累速度Fig.6 The speed of protein during grain filling per grain

蛋白质含量的高低顺序为糯米>软米>粘米，蛋白质含量的日平均积累速度顺序为糯米>软米>粘米，而这一顺序恰好与品种间直链淀粉积累动态和含量相反。说明籽粒直链淀粉和蛋白质积累之间可能有一定的矛盾关系。

3.3 关于云南软米的生态区划

云南软米资源是由当地少数民族的食用习惯以及特殊的自然生态条件相互作用所形成的，是品种基因型与环境共同作用的结果。软米品种具有较严格的地域适应性，在异地种植后，往往难以保持其优良品质。软米品种对灌浆期间的温度敏感，品质因温度而波动[17]，严重地制约了软米的推广种植和品质的保持。本试验结果来看，开花后30 d内是云南软米品质形成的主要时期，30 d以后(品种间略有差异)与软米品质形成关系很紧密的直链淀粉、蛋白质的积累基本趋于稳定。因此，在进行云南软米生态区划中可以把开花后30 d内气象生态条件作为重要指标，这样就可以克服以往用全灌浆结实期的气象生态条件进行米质研究和生态区划，造成结论不准和有较大失误的弊端。

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(责任编辑 王家银)

Study on Accumulation Dynamic of Amylose and Protein of Soft Rice (indica) in Yunnan Province

GU Qiong-yao1，LI Hua-hui1，HUANG Ping1，ZHU Bin2，BAN Hong-xing3，KUI Li-mei1，CHEN Yi-kun1，ZHANG Yun1，TU Jian1*

(1.Food Crops Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Yunnan Kunming 650205, China; 2.Yunnan Climate Center， Yunnan Kunming 660034, China ；3.Luxi Seed Company, Yunnan Luxi 678400, China)

Using some Yunnan local resources of traditional Soft rice, Sticky rice and Glutinous rice to compare the amylose content and protein accumulation dynamic, the results showed that three types of rice amylose accumulation during the process of grain filling performance, after flowering 20 d in the average daily accumulation, early accumulation speed was fast, late accumulation speed was slow. The order of amylose accumulation rate was sticky rice > yunnan soft rice > glutinous rice. Three types of rice protein accumulation in the process of grain-filling dynamic basic were similar. Grain protein content was the highest in the grouting start, and was then gradually declining. Average daily protein accumulation rate in order was glutinous rice varieties > soft rice variety>sticky rice varieties. On the other hand, amylose accumulation dynamics between the accumulation of amylose and protein of grain may have certain relations of contradictions. After flowering 30 d was the main period of soft rice quality formation, so we could put 30 d after flowering as important indicators of soft rice ecological districts in Yunnan.

Yunnan soft rice; Amylose content; Protein content; Dynamic accumulation

1001-4829(2016)08-1761-05

10.16213/j.cnki.scjas.2016.08.001

2014-10-13

“十二五”农村领域国家科技计划课题“节水抗旱与抗病虫害新品种选育”(2014AA10A604-16 )；国家科技计划项目“强优势水稻杂交种的创制与应用”(2011AA10A101)；“十二五”国家科技支撑项目“云南突发性灾害指标及发生规律研究”；盖茨基金项目(51587-0-6)

辜琼瑶(1978-)，女，云南绥江人，副研究员，硕士，主要从事水稻遗传育种研究，*为通讯作者：E-mail: yn.tujian.2008@163.com。

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