粳稻粒位间蛋白质及其组分与品质性状间的相关性研究

陈书强 薛菁芳 潘国君 王秋玉

（东北林业大学博士后科研流动站黑龙江省农业科学院博士后科研工作站1，哈尔滨 150086）

（黑龙江省农业科学院佳木斯水稻研究所2，佳木斯 154026）

（东北林业大学3，哈尔滨 150040）

粳稻粒位间蛋白质及其组分与品质性状间的相关性研究

陈书强1，2薛菁芳1，2潘国君2王秋玉3

（东北林业大学博士后科研流动站黑龙江省农业科学院博士后科研工作站1，哈尔滨 150086）

（黑龙江省农业科学院佳木斯水稻研究所2，佳木斯 154026）

（东北林业大学3，哈尔滨 150040）

为了研究不同粒位间籽粒总蛋白质及其4种组分含量与其他品质性状的关系，选用不同穗型粳稻为材料，按照穗部位置分为27个粒位，分析了它们之间的相关性。结果表明，粳稻穗内不同粒位间籽粒的总蛋白质及其4种组分含量与蒸煮食味品质、淀粉RVA谱特征、外观品质和碾米品质都有显著的关系。总蛋白质、醇溶蛋白和谷蛋白含量对食味有显著负面影响，而球蛋白含量对其则有显著正面影响；总蛋白质、清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量与直链淀粉含量和胶稠度有负相关性，与糊化温度有正相关性。总蛋白、清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量与峰值黏度、热浆黏度、崩解值、透明度和整精米率呈显著或极显著负相关，与消减值、垩白率、垩白度呈显著或极显著正相关；球蛋白表现规律则与之相反。粳稻不同粒位间籽粒的总蛋白质及其4种组分含量与RVA谱4个特征值、蒸煮食味品质和垩白性状的关系表现最为密切。

粳稻 粒位 蛋白质 蛋白质组分 品质性状

蛋白质是稻米胚乳中仅次于淀粉的第二大成分，由于稻米贮藏蛋白容易消化吸收，是人类蛋白质营养的主要来源之一。通过提高蛋白质含量以提升稻米的营养品质，是目前稻米品质改良工作的一个重要方向［1］。根据蛋白质溶解性质的不同，水稻种子贮藏蛋白可分为碱溶性的谷蛋白、醇溶性的醇溶蛋白、水溶性的清蛋白和盐溶性的球蛋白等4种，谷蛋白和醇溶蛋白主要存在于胚乳中，清蛋白和球蛋白主要存在于胚和糊粉层中，它们在稻米蛋白质中所占的比例大致为80%、5%、5%和10%［2］。稻米蛋白质含量愈高，其营养价值也愈高，但是许多研究表明，稻米蛋白质含量与稻米的食味品质有负相关的倾向［3-7］。有研究表明，提高清蛋白、球蛋白和谷蛋白或降低醇溶蛋白在稻米胚乳中的比例可以提高稻米的营养价值和食味［8］。在评价水稻品种的蛋白质品质时，有必要对构成蛋白质的各组分进行深入的研究。

关于蛋白质组分与食味品质的关系研究，国内外报道的不多。文献［9-13］报道了不同穗型粳稻品种不同粒位上的蛋白质含量、直链淀粉含量、食味、垩白性状、淀粉RVA谱特征、碾磨品质和粒形性状之间明显存在粒位差异，并且它们之间有显著关系。本研究主要是利用不同穗型品种研究穗内27个不同粒位上籽粒的蛋白质及其组分含量与其他品质性状间的相关性。以往主要从品种群体角度，以足够多的品种做处理，研究品质性状间的相关性。有学者利用近等基因系研究品质性状间的相关性，试图抛除遗传背景或品种间的差异。本研究试图以品种做重复，利用一个穗内（同一基因型）不同粒位上籽粒的品质性状差异做处理，来分析品质性状间的相关性，比利用近等基因系在排除遗传背景的影响方面会更准确。以期阐明蛋白质及其4种组分含量对蒸煮食味品质、淀粉RVA谱特征值、垩白性状、粒形和碾米品质等性状的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 供试材料

不同穗型的6个粳稻品种，生育期在155～158 d。直立穗型品种3个，分别为千重浪1号（QCL1）、辽粳5号（LG5）、ZF13（辽粳5号／丰锦杂交后代选出的直立穗型株系），弯曲穗型品种3个，分别为沈农315（SN315）、丰锦（FJ）、WF13（辽粳 5号／丰锦杂交后代选出的弯曲穗型株系）。

1.1.2 仪器设备

FC-2K实验室砻谷机、VP-32实验室精米机：日本株式会社山本制作所；311A型稻米透明度测评仪：杭州瓶窑科研仪器厂；PS-500近红外透过式食味分析仪：日本静冈机械制造有限公司；RVA-4快速黏度仪：澳大利亚Newport Scientific仪器公司。

1.2 试验设计

试验在沈阳农业大学水稻研究所试验田进行。采用随机区组设计，3次重复，小区行长4 m，每区8行，小区面积约9.6 m2。试验地土质为棕壤土，地势平坦，肥力中等，井水灌溉。于4月10日播种，播种量0.2 kg·m-2，营养土保温旱育苗，5月20日移栽，行株距为30 cm×13.3 cm，每穴插1苗。各品种于8月6日左右开始抽穗，8月10日左右齐穗。每公顷施尿素底肥150 kg，返青肥60 kg（5月24日），分蘖肥75 kg（6月1日），穗肥60 kg（7月 26日）。磷、钾肥以磷酸二铵150 kg·hm-2、硫酸钾112.5 kg·hm-2作底肥一次性施入。其他栽培管理同常规生产田。

1.3 取样

于抽穗期各小区选取同日抽穗、穗型大小一致的穗子约800个，挂上纸牌作标记，其中一部分进行穗观察并记载各粒位开花日期。成熟期将各小区标记的穗摘取，按穗上枝梗部位及粒位分类取样。供试6个品种的穗部粒位划分标准参照Liu等［14］的方法（表1），同一枝梗上粒位划分标准是将一次枝梗上的6个粒分为第1至第6个粒位，将二次枝梗上的3个粒分为第1至3个粒位。穗上同一部位、同一粒位的籽粒合并作为1个样本，除去空瘪后待测稻米品质。

表1 供试6个品种的穗部粒位划分

1.4 品质测定

1.4.1 碾米品质的测定

碾米品质性状的测定方法按照《GB／T 17891—1999优质稻谷》执行［15］。测定前各样本统一用风选机等风量风选，然后称取样品20 g左右，利用实验室砻谷机进行砻谷，称取糙米质量，再利用实验室精米机对其进行碾白，称取精米质量，计算糙米率和精米率。同时测量整精米率。

1.4.2 外观品质的测定

稻米长宽比、长厚比、垩白粒率、垩白大小的测定方法参照《GB／T 17891—1999优质稻谷》进行。垩白度为垩白粒率与垩白大小的乘积。用透明度测评仪测定稻米透明度。

1.4.3 种子储藏蛋白的测定

种子储藏蛋白的测定参照文献［16-17］的方法。

1.4.3.1 样品处理

选用除去胚后的胚乳部分的整精米粒，称取7.0 g左右，用 FW-80型高速万能粉碎机粉1.5 min，过0.25 mm（60目）的筛，弃去筛上物，称过筛样品约0.500 g于离心管中。

1.4.3.2 储藏蛋白组分的依次分离

1）清蛋白：10 mmol／L Tris-HCl（pH 7.5）缓冲液室温提取2 h，离心，取上清液。

2）球蛋白：1 mol／L NaCl，10 mmol／L Tris-HCl（pH 7.5）缓冲液室温提取2 h，离心，取上清液。

3）醇溶蛋白：70%酒精，10 mmol／L Tris-HCl（pH 7.5）缓冲液提取2 h，离心，取上清液。

4）谷蛋白：0.5%SDS，1%巯基乙醇，10mmol／L Tris-HCl（pH 7.5）缓冲液提取 2 h，离心，取上清液。

1.4.3.3 蛋白组分的测定

清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白含量的测定采用Bradford法［18］，以牛血清蛋白为对照；谷蛋白含量的测定采用双缩脲法［17］，并用凯氏法加以标定［19］。

1.4.4 蒸煮食味品质的测定

用近红外透过式食味分析仪测定不同粒位精米的蛋白质、直链淀粉含量和食味值。用300份粳稻材料进行定标，其中校正组200份，检验组100份，在波长为850～1 050 nm的范围内，每隔2 nm采集透射光强度，每个样品重复扫描10次，利用Win ISI软件对光谱进行标准正常化处理和散射处理，建模方法采用偏最小二乘法（PLS）。直链淀粉含量的定标标准偏差（SEC）、交叉检验标准误差（SECV）和定标决定系数（R2）分别为1.462、1.634和0.861；蛋白质含量的定标标准偏差（SEC）、交叉检验标准误差（SECV）和定标决定系数（R2）分别为0.221、0.256和0.988。仪器的测定范围为：蛋白质4.0%～11.0%（干基）、直链淀粉15.0%～30.0%（总淀粉比）、食味值40～100分（精米）。

胶稠度测定按 GB／T 17891—1999《优质稻谷》执行。

1.4.5 稻米淀粉黏滞性的测定

用快速黏度仪测定淀粉谱黏滞特性，用“Thermocline”软件进行分析，按AACC美国谷物化学协会操作规程（1995-61-02）标准方法，米粉含水量为12.00%时，样品量为3.00 g，蒸馏水为25.00 mL。

测定过程罐内温度变化：50℃保持1 min，以12℃／min上升到95℃（3.75 min），95℃保持2.5 min，以12℃／min下降到50℃（3.75 min），50℃保持1.4 min。搅拌器在起始10 s内转动速度为960 r／min，以后保持在160 r／min。黏滞性单位为 cP（centipoise）（厘泊）。

RVA谱特征值主要用最高黏度、热浆黏度、冷胶黏度、崩解值（最高黏度—热浆黏度）、消减值（冷胶黏度—最高黏度）、回复值（冷胶黏度—热浆黏度）和糊化温度等表示。

1.5 数据分析

数据分析采用Excel和SPSS11.5软件进行统计分析。

2 结果分析

2.1 蛋白质及其组分与蒸煮食味品质的关系

本试验利用6个粳稻品种做重复，把1个穗内27个不同粒位上籽粒的品质性状差异做处理，分析了蛋白质及其4种组分含量与蒸煮食味品质的关系。由表2可知，6个粳稻品种穗内27个不同粒位籽粒的食味值与总蛋白质含量有极显著负相关关系，相关系数较大，达到-0.692**。食味值与4种蛋白质组分的相关程度因种类而不同，食味值与清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量负相关，但只有醇溶蛋白和谷蛋白含量达到相关极显著水平，清蛋白含量相关不显著；而食味值与球蛋白含量显著正相关。食味值与醇谷比的关系达到了极显著正相关。直链淀粉与总蛋白含量和醇谷比显著负相关，与清蛋白和醇溶蛋白含量极显著负相关，与球蛋白和谷蛋白含量相关不显著，直链淀粉与清蛋白含量相关系数最大达到-0.636**。胶稠度与总蛋白及其组分含量的关系都是负相关，其中与总蛋白和清蛋白含量极显著负相关，与谷蛋白含量显著负相关，与其他相关不显著。糊化温度与总蛋白和谷蛋白含量有极显著正相关关系，与球蛋白含量和醇谷比呈显著或极显著负相关关系，与清蛋白和醇溶蛋白含量相关不显著。

表2 穗内不同粒位籽粒蛋白质及其组分含量与蒸煮食味品质的相关系数

表3 穗内不同粒位籽粒蛋白质及其组分含量与淀粉RVA谱特征值的相关系数

2.2 蛋白质及其组分与淀粉RVA谱特征值的关系

分析了6个粳稻品种穗内27个不同粒位籽粒的蛋白质及其4种组分含量与淀粉RVA谱特征值的关系。由表3看出，不同粒位籽粒总蛋白和谷蛋白含量与峰值黏度、热浆黏度、崩解值、冷胶黏度和回复值极显著负相关，与消减值显著正相关，其中与峰值黏度和崩解值相关系数较大。清蛋白和醇溶蛋白含量与峰值黏度、热浆黏度和崩解值呈显著或极显著负相关关系，而与消减值呈显著正相关关系。球蛋白含量与峰值黏度和崩解值极显著正相关，与消减值呈极显著负相关，与热浆黏度、冷胶黏度和回复值相关不显著。醇谷比除与消减值极显著负相关、与回复值相关不显著外，与其他特征值呈显著或极显著正相关。上述相关分析表明，淀粉RVA谱特征值与总蛋白质含量的关系具有一定的矛盾性，但是从营养品质中的球蛋白含量与淀粉RVA谱特征关系来看，可以作为协调解决这种矛盾的一条途径。

2.3 蛋白质及其组分与粒形的关系

6个粳稻品种穗内27个不同粒位籽粒的蛋白质及其4种组分含量与粒形具有一定的联系。这种联系主要表现为粒长和粒宽与总蛋白、清蛋白及谷蛋白含量都呈极显著负相关，粒宽与醇溶蛋白含量显著负相关，粒长与醇谷比极显著正相关；而粒厚与蛋白质及其4种组分含量的关系不显著（表4）。在计算出的二级参数长宽比、长厚比和宽厚比中，长宽比与蛋白质及其4种组分含量的关系不显著，而宽厚比与总蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量有极显著负相关关系，长厚比与总蛋白和谷蛋白含量有极显著负相关关系，长厚比和宽厚比则与球蛋白含量呈显著正相关。

2.4 蛋白质及其组分与垩白性状的关系

6个粳稻品种穗内27个不同粒位籽粒的垩白性状与蛋白质及其4种组分含量的关系非常密切。垩白率和垩白度与总蛋白、清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量极显著正相关，与球蛋白含量极显著负相关，其中与总蛋白和谷蛋白含量相关系数较大（表5）。垩白率和垩白度与醇谷比相关不显著。透明度表现规律与垩白率和垩白度相反，它与总蛋白、清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量极显著负相关，与球蛋白含量极显著正相关；与醇谷比相关不显著。

2.5 蛋白质及其组分与碾米品质的关系

从表6看出，6个粳稻品种穗内27个不同粒位籽粒的碾米品质与蛋白质及其4种组分含量有一定关系，这种关系集中体现在整精米率上，它与总蛋白、清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量极显著负相关，与球蛋白含量显著正相关；与醇谷比关系不大。糙米率和精米率与蛋白质及4种其组分含量关系不大，除糙米率与球蛋白含量显著负相关外，糙米率和精米率与其他蛋白质含量关系都不显著。

表4 穗内不同粒位籽粒蛋白质及其组分含量与粒形的相关系数

表5 穗内不同粒位籽粒蛋白质及其组分含量与垩白性状的相关系数

表6 穗内不同粒位籽粒蛋白质及其组分含量与碾米品质的相关系数

3 讨论

关于稻米蛋白质与蒸煮食味品质的关系研究较多。罗秋香［20］研究发现稻米蛋白质含量与味度值呈极显著负相关（r＝-0.843），稻米清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白含量与味度值也呈极显著负相关（r＝-0.702、-0.570、-0.533），它们对蒸煮食味品质有重要的作用。张春红等［21］分析了不同粳稻品种稻米蛋白质相关性状与食味的关系，认为蛋白质含量、游离氨基酸含量、可溶性蛋白质含量以及清蛋白质含量与食味均呈显著或极显著负相关；进一步分析发现后三者为影响食味相对重要的蛋白质相关因子，对食味的直接作用均为负值，而且清蛋白质含量对供试粳稻品种食味的影响更大。而芮闯等［22］则研究指出大米中的蛋白质含量与食味值之间存在着显著的负相关关系，大米蛋白质组分中，清蛋白为降低大米食味品质最显著的组分，而碱溶谷蛋白和醇溶蛋白的含量也与大米的食味品质及某些食味特性之间存在一定的负相关关系，球蛋白与大米食味品质不存在负相关关系。张欣等［23］也证实了稻米的食味值与球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白的含量均负相关，与清蛋白含量呈正相关，但相关都不显著。由此可见，关于蛋白质对于大米食味品质所产生的影响，共性的认识是总蛋白质含量和醇溶蛋白含量对食味有负面影响，关于其他蛋白质组分对食味的影响目前尚无统一的定论，尤其是球蛋白和清蛋白的作用。本研究得出稻米食味值与总蛋白质、醇溶蛋白和谷蛋白含量有极显著负相关关系，与球蛋白和醇谷比呈显著正相关关系。进一步佐证了总蛋白质含量和醇溶蛋白含量对食味的负面影响，同时证实了球蛋白含量的提高对大米食味品质有促进作用。另外，本研究发现4种蛋白质组分中谷蛋白含量与食味的相关系数最大，是影响食味的最主要组分，这一点与有关学者认为清蛋白是降低大米食味品质的最显著组分有所不同。稻米总蛋白质及其4种组分含量与理化指标也有密切关系，集中体现为直链淀粉与总蛋白、清蛋白、醇溶蛋白和醇谷比显著或极显著负相关，胶稠度与总蛋白、清蛋白和谷蛋白含量显著或极显著负相关，糊化温度与总蛋白和谷蛋白含量显著正相关，与球蛋白和醇谷比呈显著或极显著负相关。

关于不同粒位上籽粒的总蛋白质及其4种组分含量与淀粉RVA谱特征值的关系报道相对较少。罗秋香［20］发现稻米蛋白质含量与淀粉谱特性中的最高黏度和下降黏度值呈负相关，与黏滞峰消减值呈正相关；球蛋白含量与下降黏度值呈显著负相关；醇溶蛋白含量与下降黏度值和最高黏度呈负相关。钱春荣等［24］研究指出在蛋白质含量水平较高时，稻米RVA谱特性随着蛋白质含量的下降有所改善，但蛋白质含量下降到一定程度后则又会导致RVA谱特性的变劣。吴洪恺等［25］认为稻米食味品质受谷蛋白相对于醇溶蛋白的含量以及总蛋白质含量的影响，而总蛋白质含量对食味品质的影响因谷蛋白相对于醇溶蛋白的含量的不同而异。谢新华等［26］发现去除蛋白质后的米粉与糙米粉的黏滞谱相比，淀粉的黏滞谱线整体下降，糙米中的蛋白质使RVA特征值的峰值黏度、热浆黏度和最终黏度等值升高，而获得的淀粉的黏滞谱线上升段的斜率下降。本试验发现蛋白质及其4种组分含量与RVA谱的峰值黏度、热浆黏度、崩解值和消减值4个特征值关系最密切，具体表现在总蛋白、谷蛋白、清蛋白和醇溶蛋白含量与峰值黏度、热浆黏度和崩解值呈显著或极显著负相关，与消减值呈显著正相关；而球蛋白和醇谷比则与之相反，这些结果进一步佐证了部分研究学者的结论。

关于不同粒位上籽粒的总蛋白质含量与外观品质和碾米品质的关系研究相对不多。徐正进等［27］研究指出籽粒中总蛋白质含量与谷粒长、长宽比和长厚比呈极显著正相关，与谷粒宽、谷粒厚和宽厚比呈极显著负相关。但是有关不同粒位上籽粒的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白等4种蛋白组分含量与外观品质和碾米品质的关系研究非常少。本研究中发现粒长、粒宽、长厚比和宽厚比与总蛋白、清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量有负相关关系，但长宽比与其关系不显著。垩白性状与蛋白质及其4种组分含量的关系非常密切，垩白率和垩白度与总蛋白、清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量极显著正相关，与球蛋白含量极显著负相关，其中与总蛋白和谷蛋白含量相关系数较大，透明度表现规律与垩白率和垩白度相反。碾米品质3个指标中只有整精米率与蛋白质及其4种组分关系显著，它与总蛋白、清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量极显著负相关，与球蛋白含量显著正相关。

4 结论

粳稻穗内不同粒位间籽粒的蛋白质及其组分含量与蒸煮食味品质、淀粉RVA谱特征、外观品质和碾米品质都有显著的关系。总蛋白质、醇溶蛋白和谷蛋白含量对食味有显著负面影响，而球蛋白含量和醇谷比对其则有显著正面影响。总蛋白、清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量与峰值黏度、热浆黏度、崩解值、透明度和整精米率显著或极显著负相关，与消减值、垩白率、垩白度显著或极显著正相关；球蛋白表现规律与之相反。不同粒位间籽粒的总蛋白质及其4种组分含量与RVA谱4个特征值、蒸煮食味品质和垩白性状的关系表现最为密切。

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Protein and Its Composition Content of Grains in Different Position and Its Correlation with Quality Traits of Japonica Rice

Chen Shuqiang1，2Xue Jingfang1，2Pan Guojun2Wang Qiuyu3
（Northeast Forestry University Postdoctoral Programme，Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences Postdoctoral Programme1，Haerbin 150086）
（Heilongjiang Academy of Agriculture Sciences Jiamusi Rice Research Institute2，Jiamusi 154026）
（Northeast Forestry University3，Haerbin 150040）

Two panicle type cultivarswith erect panicle and curved paniclewere applied to study the correlation of protein or their composition contents of27 grain positions and quality traits.The results showed that the total protein content（TPC）or four composition contents had significant relationshipswith cooking and taste quality，RVA profile characteristics or appearance quality and milling quality of grains at the different positions with a panicle in japonica rice.Total protein content（TPC），prolamin content（ProC）and glutelin content（GluC）had significantly negative effects on taste quality，and globulin content（GloC）had a significantly positive effect on taste quality.TPC，albumin content（AlbC），ProC or GluC had negative correlationswith amylose content or gel consistence，while they had a positive correlation with pasting temperature.TPC，AlbC，ProC or GluC had significantly or extremely significantly negative correlationswith peak viscosity，hot paste viscosity，breakdown，transparence degree or head rice percentage，aswell as the same position with setback，chalky grain percentage and chalkiness degree.Performance of GloC showed opposite results.TPC and its four composition contents had the closest relationship with four RVA profile characteristics，cooking and eating quality and chalky traits.

Japonica rice，grain position，protein，protein components，quality characters

S511.03

A

1003-0174（2015）07-0001-07

国家科技支撑计划（2011BAD16B11-02YJ01，2012BAD04 B01-02），黑龙江省科技攻关重大项目（GA13B101），黑龙江省政府博士后经费资助（LBH-Z10038）

2014-03-18

陈书强，男，1976年出生，副研究员，水稻高产高效优质栽培