田铮 赵春芳 张亚东 赵庆勇 朱镇 赵凌 陈涛 姚姝 周丽慧 梁文化 路凯 王才林, * 张红生
江苏省半糯型粳稻蒸煮食味品质性状的差异分析
田铮1, 2赵春芳2张亚东2赵庆勇2朱镇2赵凌2陈涛2姚姝2周丽慧2梁文化2路凯2王才林1, 2, *张红生1, *
(1南京农业大学 农学院/作物遗传与种质创新国家重点实验室, 南京 210095;2江苏省农业科学院 粮食作物研究所/江苏省优质水稻工程技术研究中心/国家水稻改良中心南京分中心, 南京 210014;*通信联系人, E-mail: clwang@jaas.ac.cn)
【】近两年江苏省选育了大量的半糯型粳稻品种。不同半糯型粳稻品种间的食味品质及稻米理化特性仍存在较大差异。探究影响半糯粳稻食味品质形成的原因,将为优良食味水稻育种提供理论依据。以2019年参加江苏省优良食味稻米评比的39个半糯型粳稻品种为试验材料,通过对蒸煮食味、外观、理化、RVA谱特征值等24个品质相关指标的测定,分析不同食味值组别间各性状指标的差异及与食味品质之间相关性。依据食味值高低将其分为高食味值(>80)、中食味值(70~80)和低食味值(<70)三组。与低食味值组相比,高食味值组品种具有较低的垩白粒率、垩白度、蛋白质含量和米饭硬度,较好的透明度,较高的胶稠度、米饭外观和黏度值。统计分析表明,直链淀粉含量、成糊温度、RVA谱特征值在三组间差异均不显著。相关性分析表明,米饭食味值与直链淀粉含量、胶稠度呈显著正相关,与蛋白质含量、成糊温度、透明度及垩白性状显著负相关。进一步分析表明高食味值组中各性状与食味值相关性均未达到显著水平,而中、低食味值组中直链淀粉含量与食味值均呈显著正相关。稻米外观和理化品质对半糯型粳稻食味品质的形成有重要影响,在半糯型粳稻中食味值较高的品种往往具有更好的外观品质、较高的直链淀粉含量和胶稠度、较低的蛋白质含量,因此在半糯型水稻育种过程中应重视这些指标的辅助选择。
水稻;蒸煮食味品质;外观品质;理化性质;RVA谱
水稻是世界上重要的粮食作物之一,全球有超过50%的人口以稻米为主食[1]。我国的水稻育种经历了矮化育种、杂种优势利用和绿色超级稻3次重大突破[2-4],育种目标从唯产量转移到优质高产多抗并举,优质稻米成为育种家和消费者们关注焦点[5]。其中,蒸煮食味品质是优质稻米的核心,在优质稻米品质评价中起重要作用[6]。
直链淀粉含量、糊化温度和胶稠度是衡量稻米蒸煮食味品质的三大理化指标[4],直链淀粉含量和胶稠度也是我国优质大米的定等指标。直链淀粉含量是影响稻米品质最重要的因素,主要受基因控制[7],往往与稻米蒸煮食味品质呈负相关[8];糊化温度与蒸煮时间和吸水能力有关,是一种物理特性;胶稠度主要反映了稻米的柔软程度,一般与食味品质呈正相关[1]。作为在精米中含量仅次于淀粉的蛋白质含量对食味品质也有较为显著的影响,蛋白含量高的稻米尽管营养品质较好,但是适口性变差[8-11],同一品种蛋白质含量较低时,食味品质更好。除理化性质外,垩白度与垩白粒率也会对食味品质产生一定的影响。王鹤璎等[12]在对不同产量等级的水稻品种进行研究时发现,水稻的外观品质与食味品质呈正相关。
随着技术的不断进步,越来越多的仪器应用于稻米食味的鉴定。稻米黏滞性谱(RVA谱)由于测定简单、效率高、用量少的特点,目前已作为评价稻米食用品质的重要指标[13]。研究表明,RVA谱特征值中决定食味品质的关键指标是峰值黏度(PKV)、崩解值(BDV)和消减值(SBV)[14],PKV和BDV越高,米饭质地越软、越黏,SBV越低,米饭越不易回生。米饭食味计是通过测定米饭食味值、外观、硬度、黏度等指标进行稻米食味品质评价的仪器,较多研究表明,测定值与人工品尝分值有极高的相关性,可以实现对多样品稻米的准确客观评价[15-17]。
近年来,江苏省优质粳稻育种取得了显著的成效,利用直链淀粉含量基因Wx育成了一批以南粳46为首的优良食味粳稻品种。因直链淀粉含量介于普通粳稻与糯稻之间被称为半糯型粳稻,其米饭具有软、黏、弹、冷不回生等特点[18,19]。但是近年来随着半糯型粳稻品种大量育成,发现并不是所有半糯型品种的食味品质都是优异的,不同品种间存在较大差异。为进一步明确半糯型粳稻品种间食味品质差异的原因,本研究以参加2019年江苏省优良食味稻米食味品鉴会的39份半糯粳稻品种为试验材料,比较分析稻米外观品质、理化指标和食味品质的差异,研究了各性状值与米饭食味值之间的相关性,旨在为半糯型优良食味水稻育种提供理论依据。
供试材料为江苏省育成的39份半糯型粳稻品种,来自2019年江苏省优良食味稻米食味品鉴会的参评品种,品种名称见图1的注释。
1.2.1 基因型鉴定
利用陈涛等[20]设计的Wx等位基因型检测引物,以39份半糯型粳稻品种的DNA为模板,进行PCR扩增、电泳检测。
1.2.2 外观品质的测定
利用杭州万深SC-E型大米外观品质检测仪分析供试水稻品种的外观品质,包括粒长、粒宽、长宽比、垩白粒率、垩白度和透明度。
1.2.3 理化性质的测定
按农业部标准《NY/T2639−2014稻米直链淀粉含量的测定分光光度法》[21]进行稻米直链淀粉含量(AC)测定。按食品药品监督管理局标准《GB 5009.5−2016食品中蛋白质的测定方法》[22]进行稻米蛋白质含量(PC)测定。按农业部标准《NY/T83−2017米质测定方法》[23]进行胶稠度(GC)测定。每个样品均重复测定3次。
1.2.4 RVA谱特征值的测定
RVA谱特征值采用瑞典Perten公司所产的Perten TechMaster型谷物黏度快速分析仪进行测定。称取25.000 g水置于配套的小铝罐中,再将称好的3.000 g过100目筛的米粉倾倒于铝罐中,用配套的塑料桨叶搅拌使米粉溶解后放置于机器上进行测量。分析软件采用TWC软件,操作流程按照美国谷物化学协会AACC61-01和61-02进行设置。输出结果包括峰值黏度(PKV)、热浆黏度(TV)、最终黏度(FV)、峰值时间(Pt)和成糊温度(PaT)等一级参数,计算崩解值(BDV=PKV−TV)和消减值(SBV=PKV−FV)等二级参数。
1.2.5 米饭食味值的测定
食味值的测定采用米饭食味计(STA-1A,日本佐竹)。首先称取30.0 g精米,然后按照1∶1.2的米水比例加入水,盖上滤纸,并用耐高温的橡皮圈封住。浸泡30 min后将不锈钢罐放入电蒸锅中进行蒸煮,时间设为30 min,蒸煮后焖饭10 min。焖饭结束后,轻轻翻动米饭使其松软,置冷风机中快速冷却20 min,而后取下滤纸,盖上铝盖于室温下冷却2 h。米饭食味计上选取日本粳稻检量线为基准,在成型器上压制米饭饼,上机检测,每个样品压制3个米饭饼,正反两面分别测量一次,取6个数的平均值作为样品的测定值。测定值包括食味值、外观、黏度、硬度和平衡度,食味值满分为100分,外观、黏度、硬度、平衡度满分均为10分。
1.2.6 统计分析
使用Excel 2010进行数据统计与作图,利用SPSS 22.0进行差异显著性和相关性分析。
对39个供试材料和一个对照品种的DNA进行四引物PCR扩增。扩增产物经2%琼脂糖电泳后可以看出显示为两种不同的带型(图1)。其中,泳道1~39为Wx型,扩增条带分别位于439 bp和292 bp处;泳道40(对照)为非Wx型。结果表明39份样品均表现为Wx基因型条带,即均为携带Wx等位基因的半糯型粳稻品种。
M−DNA分子量标准;1−39代表39份半糯材料,从1到39分别代表泗稻17425、扬粳6084、常软19-3、淮粳669、武育052、镇稻3199、扬产1911、苏秀828、武科粳094、宝煌8865、南粳9108、泗稻18-40、17MGJ85、淮粳918、金粳8882、宁8874、扬粳8233、中江粳89014、天隆粳8407、武育377、华粳8855、金单粳8917、瑞华8911、武粳278、常软19-9、扬粳7016、镇稻5855、武703、苏4699、镇稻668、镇稻678、南粳5718、南粳2728、丰粳1606、徐稻9号、南粳3908、南粳晶谷、苏香粳100、南粳46;40−非Wxmp对照。
Fig. 1. Molecular detections of 39 varieties.
利用米饭食味计对样品稻米蒸煮后的食味值进行测定,其食味值分布如图2所示。在本研究所设定的米水比下,按照测定结果对39份样品进行分组,低于70分的有12份,计为低食味值组;70~80分的有17份,计为中食味值组;大于80分的有10份,计为高食味值组。该结果与品评员的现场品尝评分结果一致。
图2 39份样品的米饭食味值的频率分布
Fig. 2. Frequency distribution of taste value of cooked rice of 39 samples.
表1 不同组别间的稻米理化特性差异
同列数据后跟不同字母表示在0.01水平上的差异显著。
The data in the same column followed by different letters indicate significant difference at 0.01 level.
图3 透明度级别所占比例
Fig. 3. Percentage of transparency level.
为探究稻米外观品质与食味品质的关系,利用稻米外观扫描仪对米粒外观品质进行检测,结果表明(表1),除扬产1911属于长粒米(长宽比为2.06)外,其他品种均属于中短粒米。长宽比变幅为1.56~2.06,粒长与粒宽的变幅分别为4.15~5.45 mm、2.52~3.14 mm。中食味值和高食味值组的垩白粒率与垩白度显著低于低食味值组,高食味值组的透明度显著优于中食味值和低食味值组。对稻米的透明度统计分析表明,高食味值组中透明度为2~3级的品种所占比例较高,而低食味值组透明度为5级的品种所占比例较高(图3)。
对三组品种稻米理化指标的分析结果表明,高食味值组的GC显著高于低食味值和中食味值组,PC和PaT显著低于低食味值和中食味值组,而GC和PC在低食味值与中食味值组间无显著差异。AC在三组间均无显著性差异,但是AC平均值在高食味值组表现较高(12.02%)、中食味值组次之(11.23%)、低食味值组最低(10.33%)。从频率分布图来看,高食味值组的直链淀粉含量与胶稠度集中在较高的区间内,蛋白质含量与成糊温度集中在较低的区间内(表2、图4)。
一般认为,崩解值较高,回复值、消减值较低的稻米品种食味品质较好。但是在对供试的39份材料的RVA谱特征值进行测定,结果表明三组样品的RVA特征值(PKV、TV、BDV、FV、CSV、SBV及Pt)均无显著差异(表3)。这表明在直链淀粉含量较低的半糯品种中,RVA谱特征值已经无法作为衡量稻米食味品质的关键指标。
表2 不同组别间的稻米理化特性差异
同列数据后跟相同字母表示在差异未达0.01显著水平。
The data in the same column followed by different letters indicate no significant difference at 0.01 level.
A−直链淀粉含量的频率分布; B−蛋白质含量的频率分布; C−胶稠度的频率分布; D−成糊温度的频率分布。
Fig. 4. Frequency distribution of physicochemical properties.
利用米饭食味计对米饭质地参数进行测定,发现各参数值在三组间均存在显著差异(表4)。高食味值组的外观值、黏度值和平衡度最高,而硬度值最低,低食味值组与之相反,中食味组居中。与其他两组相比,低食味值组各参数的变异系数较大,表明低食味值组样品间存在较大的质地差异。
表3 不同食味值组稻米外观品质的比较
同列数据后跟相同字母表示在0.01水平上的差异不显著。
The data in the same column followed by different letters indicate no significant difference at 0.01 level.
表4 不同食味值组间米饭质地的差异
同列数据后跟相同字母表示在0.01水平上的差异不显著。
The data in the same column followed by different letters indicate no significant difference at 0.01 level.
将总样本及三组样品的外观品质、理化性状及RVA特征值与米饭食味值进行相关性分析,在总样本中直链淀粉含量、胶稠度、透明度与米饭食味值呈极显著正相关,蛋白质含量及垩白性状均与米饭食味值呈显著负相关。在高食味值组中未检测到与食味值显著相关的性状,在中、低食味值组中均检测到直链淀粉含量与食味值呈显著正相关。此外,在低食味值组中检测到热浆黏度、最终黏度和峰值时间与食味值呈显著正相关(表5)。
稻米蒸煮食味品质评价的最直接的方法是感官评价法,但是该评价方法有较强的主观性,且步骤繁琐,为保证评价的客观性,目前多采用直链淀粉含量、蛋白质含量、胶稠度、RVA谱特征值等理化性状作为评价指标,此外米饭食味计等仪器设备也在稻米食味品质评价中发挥重要作用。本研究结合感官评价结果,通过多项理化指标和米饭食味计的测定,对不同食味半糯型粳稻品种间食味品质差异的原因进行了研究。
表5 不同食味值组中稻米外观、理化及RVA特征值与米饭食味值间的相关性分析
*和**分别表示在0.05和0.01水平上的显著相关。
* and ** represent significant correlation at 0.05 and 0.01 level, respectively.
稻米中70%以上是淀粉,由直链淀粉和支链淀粉组成,其中直链淀粉所占的比例直接影响最佳蒸煮时间、吸水率、黏性等指标[24-26],从而影响稻米食味品质的好坏[27]。前人研究表明直链淀粉含量较低时,米饭食味品质更高[18]。本研究选用含有相同Wx基因的半糯型粳稻品种(直链淀粉含量为6.73%~14.16%)为研究材料,发现直链淀粉含量与食味值呈极显著正相关,这表明在低直链淀粉含量的品种中,直链淀粉含量应适当提高,越高时稻米的充实度越好、垩白越少,食味品质越好。稻米中的蛋白质作为一种优质蛋白,对人体有着较高的营养价值[28-29]。但是,蛋白质会提高米饭的硬度,稻米蛋白质含量较高时,食味品质往往会变差[30-31]。在本研究中高食味值组稻米的蛋白质含量显著低于低和中食味值组,相关性分析表明蛋白质含量与食味值极显著负相关。胶稠度作为一项体现稻米软硬程度的指标,在直链淀粉含量相同或相近的稻米食味品质评价中具有重要作用,一般胶稠度越大,米饭越软,食味值越高[32]。本研究供试材料均为半糯型粳稻品种,直链淀粉含量相近,因而品种间食味值的差异可能主要由胶稠度不同而导致,高食味值组稻米具有更大的胶稠度,中食味值组次之,低食味值组最小,进一步证实了胶稠度对稻米食味品质的贡献。成糊温度是衡量稻米蒸煮品质的一项重要指标[33],研究表明三组食味值样品间的成糊温度没有显著差异,但是在总样本中检测到成糊温度与食味值呈显著负相关,这可能与两份低食味值样品具有极高的成糊温度有关。是控制水稻成糊温度的主效基因,一般在粳稻中为低成糊温度基因型,但是近年育成粳稻品种中仍有一定比例品种含有高成糊温度基因型[34-36],可能与品种选育过程中忽视该基因的标记辅助选择有关。
相关性分析中,检测到米饭食味值与直链淀粉含量、胶稠度呈显著正相关,与蛋白质含量、成糊温度、透明度及垩白性状呈显著负相关,按食味值组进行分析时,高食味值组中各性状与食味值均未达到显著相关,在中、低食味值组中仅检测到直链淀粉含量与食味值呈显著正相关,这可能与按组划分缩小了性状值的差异性及样本数目有关。该研究表明稻米外观和理化品质对半糯型粳稻食味品质的形成有重要影响,在含有同样Wx基因的半糯型粳稻中食味值较高的品种往往具有更好的外观品质、较高的直链淀粉含量和胶稠度、较低的蛋白质含量。
39份参评的半糯型粳稻品种间食味品质存在较大差异,按食味值高低,可分为食味高、中、低三组。相比中、低食味组,高食味组的样品具有更好的外观品质(垩白低、透明度好)、更高的胶稠度以及较低的蛋白质含量,相关性分析表明这些指标与蒸煮食味品质密切相关。因此,在半糯型(低直链淀粉含量)优良食味水稻育种或品种改良过程中应重视这些指标的辅助选择。
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Differences in Eating and Cooking Quality Traits of Semi-waxyRice Cultivars in Jiangsu Province
TIAN Zheng1, 2, ZHAO Chunfang2, ZHANG Yadong2, ZHAO Qingyong2, ZHU Zhen2, ZHAO Ling2,CHEN Tao2, YAO Shu2, ZHOU Lihui2, LIANG Wenhua2, LU Kai2, WANG Cailin1, 2, *,ZHANG Hongsheng1,*
(1College of Agriculture, Nanjing Agricultural University/State Key Laboratory of Crop Genetics and Germplasm Enhancement, Nanjing 210095, China;2Institute of Food Crop, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences/Jiangsu High-quality Rice Research and Development Center/Nanjing Branch of China National Center for Rice Improvement, Nanjing 210014, China;*Corresponding author, E-mail: clwang@jaas.ac.cn)
【】In recent years, a large number of semi-waxyrice varieties were bred in Jiangsu Province. It was found that there were great differences in ECQ (eating and cooking quality) and physicochemical characteristics among these varieties. Exploring the regulation mechanisms behind the ECQ of semi-waxy rice will provide useful information for rice breeding. 【】In this study, 39 semi-waxyrice varieties from Jiangsu Province Excellent Taste Rice Appraisal Conference were used as materials. By analyzing 24 ECQ related traits, such as taste properties, physicochemical characteristics, RVA spectrum parameters and textural properties, the differences and correlation among different taste value groups were found. 【】According to the taste value, these semi-waxyrice varieties were divided into three groups, including the high taste value group (>80), the medium taste value group (70-80) and the low taste value group (<70). Compared with the low taste value group, the high taste value group showed lowerchalky grain rate, PC (protein content), and hardness, and higherGC(gel consistency),viscosity and transparency, and better cooked rice appearance. However, AC (amylose content), PaT (Pasting temperature) and RVA values exhibitedinsignificant difference. The correlation analysis showed that the taste value of rice was significantly positively correlated with AC and GC, and significantly negatively correlated with PC, PaT, transparency and chalkiness. However, there was no significant correlation between each trait in the high taste value group. In the medium and low taste value groups, a significantly positive correlation was detected between AC and the taste value. 【】The appearance and physicochemical qualities have important influences on the formation of the ECQ of semi-waxyrice. Varieties with higher taste value tend to have better appearance quality and higher AC and GC, lower PC; thus these traits should be paid more attention in the process of semi-waxy rice breeding.
rice; eating and cooking quality; appearance quality; physicochemical property; RVA spectrum
10.16819/j.1001-7216.2021.01103
2020-11-02;
2021-01-07。
现代农业产业技术体系资助项目(CARS-01-62);江苏省农业科技自主创新资金资助项目(CX[20]2002);江苏省重点研发计划资助项目(BE2019343);江苏省种业创新基金资助项目(PZCZ201703)。