近紅外光譜技術輔助選擇水稻食味品質育種

劉凱+孫明法+嚴國紅

摘要：以江蘇沿海地區農業科學研究所選育的120份水稻育種材料為對象，利用FOSS Analytical A/B近紅外品質分析儀測定了水稻精米樣品中水分、直鏈淀粉含量、蛋白質含量以及對應的食味值。相關分析結果表明，在雜交秈稻和常規粳稻中，水分含量與食味值之間呈現負相關，但不顯著；而蛋白質含量和直鏈淀粉含量與食味值之間呈極顯著負相關，相關系數分別為-0.403、-0.922和-0.593、-0.857，且蛋白質含量與直鏈淀粉含量呈顯著負相關。以上結果表明，稻米中水分含量對水稻食味品質的影響甚小，而在一定范圍之內通過降低蛋白質和直鏈淀粉的含量，能夠明顯提高水稻稻米的食味品質，這為水稻育種家在選育優質食味品質的水稻品種提供了科學依據。

關鍵詞：近紅外光譜技術；水稻；食味品質；育種

中圖分類號： S511.03 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2016）07-0121-02

近紅外光譜技術是光譜學無損檢測技術應用于快速檢測農產品內在品質的成功典范[1]。將近紅外光譜分析儀應用于農作物品質分析主要是對谷物和油料作物中的蛋白質、脂肪、直鏈淀粉含量和水分等品質指標進行檢測。傳統化學方法檢測稻米品質有著污染大、耗時長、結果精準度不高等缺點，不適合大批樣品的測定和篩選育種的中間材料。如果將其應用于水稻育種，必將會改善我國水稻稻米的品質[2-4]。

水稻食味品質是指米飯在入口時咀嚼的綜合感覺，主要受稻米中淀粉、蛋白質、糖類、游離氨基酸、脂類、礦物質以及相關酶的含量等多個因素影響[5]。其中，直鏈淀粉含量（AC）和蛋白質含量（PC）是影響稻米食味和蒸煮品質的重要因素，目前我國大多數水稻品種2項指標含量都無法都達到國家標準[6-7]。水稻稻米中AC一般變異于6%～34%，一般認為AC在超過一定范圍與稻米食味品質呈顯著或極顯著負相關，高AC會引起米飯粗糙無光澤、冷后質硬、米粒延伸性不好，低AC煮成的米飯脹性小、較濕黏而又光澤偏軟、口感差[8]。而PC通常與食味品質呈負相關，不同的品種PC變異于5%～16%，其中秈稻要比粳稻要高2～3百分點，國外優質秈米的PC在8%左右，粳稻在6%，有學者研究認為稻米中蛋白質含量大于9%時，稻米的食味品質就會下降[9-10]，因此在一定范圍內提高稻米的蛋白質含量能顯著改善稻米的營養品質和食味品質[11]。

本研究利用近紅外品質分析儀分別測定稻米中水分、蛋白質、直鏈淀粉的含量以及相應的食味值等指標，進行相關性分析，以期為水稻食味品質育種提供可靠的分析方法和準確的分析數據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以江蘇沿海地區農業科學研究所水稻室選育的120份水稻育種材料為研究對象，其中雜交秈稻品系50份（編號為雜秈 01～雜秈50）份，常規粳稻品系70份（編號為粳鑒01～粳鑒70）。

1.2 材料種植

120份育種材料于2015年夏種植于江蘇沿海地區農業科學研究所南洋試驗場，5月10號播種，6月5號栽插，采用單本寬窄行栽培，雜交秈稻行株距30.0 cm×13.3 cm，常規粳稻株行距25.0 cm×13.3 cm，田間管理同常規方法。水稻成熟后收獲、脫粒、晾曬備用。

1.3 材料處理

水稻谷粒用浙江臺州市糧儀廠生產的小型礱米機（型號JLGJ4.5）除去穎殼，再用小型精米機（型號SDJ-100）將糙米磨成精米，分別裝入小塑料袋中封口，存放于干燥器中備用。

1.4 近紅外測定水稻稻米品質指標

每份水稻育種材料稱取精米150 g，放入進樣槽中，用FOSS Analytical A/B近紅外品質分析測定儀（型號Foss Infratec 1241）對樣品進行掃描。每份樣品重復掃描3次，取其平均值，貯存于計算機中。

1.5 數據分析

雜交秈稻以鹽兩優2208（國審稻2013026 ）為對照品種，水分含量12.42%，蛋白質含量8.46%，直鏈淀粉含量 18.32%，食味值99.08；常規粳稻以淮稻9號（蘇審稻200607）為對照品種，水分含量11.95%，蛋白質含量7.91%，直鏈淀粉含量18.07%，食味值99.04；數據分析用SPSS 190和Microsoft Office Excel 2010。

2 結果與分析

2.1 不同雜交秈稻品系食味品質相關指標變異

將50份雜交秈稻精米樣品放入近紅外儀中掃描，結果（表1）顯示，供試樣品中稻米水分含量變異幅度為11.31%～13.29%，蛋白質含量變異幅度為7.46%～9.70%，直鏈淀粉含量變異幅度為15.38%～19.40%，食味值變異范圍為8300～118.32；從變異系數看，水分最小，食味值最大，達 9.39，表明不同供試樣品的食味值差異較大。從測定的數據（數據未列出）得出50份雜交秈稻品系中，食味值超過對照的有30個品系，占總品種數的60%，表明近紅外儀器在選擇食味品質高的水稻育種材料上具有較好的可靠性。

2.2 不同常規粳稻食味品質相關指標變異

同上，將70份常規粳稻精米樣品放入近紅外儀中掃描，結果（表2）顯示，供試樣品中水分含量變異幅度為 10.33%～12.97%，蛋白質含量變異幅度為5.22%～8.76%，直鏈淀粉含量變異幅度為15.07%～20.07%，食味值變異范圍在67.35～117.26；從變異系數看，同樣是水分含量最低，食味值最高，相比雜交秈稻，常規粳稻食味值的變異系數更大，超過10%，在70個常規粳稻品系中只有22個品系食味值高于對照，占總品種數的31%，要顯著低于雜交秈稻的品系數，表明常規粳稻的食味品質可能受水分、蛋白質含量以及直鏈淀粉含量的影響更大一些。

2.3 雜交秈稻稻米食味品質相關性分析

從表3可以看出，在供試秈稻樣品中，水分含量與食味值之間呈負相關，但并不顯著，表明水分對稻米食味品質的影響較??；蛋白質含量和直鏈淀粉含量與食味值之間呈極顯著負相關，相關系數分別為-0.403和-0.922，表明對于雜交秈稻來說，直鏈淀粉含量比蛋白質含量對稻米食味品質的影響更大，這與前人研究的結果[12]相一致。同時供試樣品中直鏈淀粉含量跟蛋白質含量也呈現極顯著負相關。

2.4 常規粳稻稻米食味品質相關性分析

從表4可以看出，在供試粳稻樣品中，水分、直鏈淀粉含量以及蛋白質含量三者與食味值之間均呈負相關，而只有蛋白質含量和直鏈淀粉含量呈現極顯著相關，相關系數分別為-0.593和-0.857，與前文中雜交秈稻的分析結果相一致，可見在所有供試樣品中隨著蛋白質含量和直鏈淀粉含量的提高，稻米的食味品質有下降的趨勢。同樣在常規粳稻稻米中直鏈淀粉含量和蛋白質含量呈顯著負相關，相關系數為 -0.375，相關性比雜交秈稻略低。

3 討論

本研究利用近紅外技術對稻米中與食味品質相關的主要指標進行測定，結果顯示在50個雜交秈稻品系和70個常規粳稻品系中，食味值超過對照品種的分別占總品種數的60%和31%，證實近紅外分析技術定量分析稻米食味品質是完全可行的。從近紅外分析結果看，雖然本試驗測定的蛋白質含量和直鏈淀粉含量偏高，但是由于在相同條件下測定，其含量消長趨勢是相同的，因而可以支持本研究的結論。

蛋白質含量和直鏈淀粉含量是影響稻米食味品質和蒸煮品質最重要的2個因素。國內外學者進行了大量的研究，本研究基于研究室所選育的水稻育種材料，進行了相關性分析，結果表明，蛋白質含量和直鏈淀粉含量與食味值之間呈極顯著負相關，作者在測定數據表中發現蛋白質含量高的水稻品種，測得的食味值相應偏低，這是由于在稻米中蛋白質含量高，米粒的結構致密，造成糊化溫度升高，蒸煮米飯的黏度降低，硬而且松軟，適口性差[13]。同樣直鏈淀粉含量高的品種，在本研究中食味品質表現也較差，當然，直鏈淀粉含量也不是越低越好，太低也會造成米飯偏軟、太黏、味淡，影響稻米的口感[14-15]，因此，對于水稻食味品質育種來說，無論是AC還是PC在選育的過程中都要在一個合理的范圍之內，才比較合適。關于水分對稻米食味品質的研究較少，本研究中無論秈稻還是粳稻，都影響甚小，也有學者認為稻米水分與食味值之間存在著相關性，隨著糙米水分的不斷下降，食味值也有下降的趨勢[16]。當然影響水稻食味品質的因素還有糊化溫度、膠稠度等其他因素，因此該結論僅在本研究范圍內進行討論，今后的試驗可以擴大研究范圍，進一步闡述。

近年來隨著糧食總產量以及人民生活水平的提高，人們對稻米品質的要求也越來越高，相應的外觀品質好、營養價值高、食味佳的優質稻米成為市場關注的焦點，因此育種家也將原來的育種目標由“高產、優質、多抗”轉向為“優質、高產、多抗”。目前國內審定的品種都能通過國標三級優質稻谷標準，但是關于是水稻食味品質的改良一直處于滯后階段[17]。而利用近紅外技術可以對稻米的各種成分同時提供快速、 精確的定性和定景分析，因此在實際生產應用中有著廣闊的發展前景。

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