全 文 ：文章编号 :100028551 (2009) 0120023205
水稻低淀粉粘滞突变体的理化特性和淀粉结构
高君恺　叶红霞　舒小丽　吴殿星
(浙江大学原子核农业科学研究所Π农业部核农学重点实验室Π浙江大学2IAEA 合作中心 ,浙江 杭州　310029)
摘 　要 :以水稻低淀粉粘滞突变体 RSV21 及其野生型品种 II232B 为材料 ,研究了低淀粉粘滞突变的理化
特性和淀粉结构。结果表明 ,低淀粉粘滞突变体的最高粘度、热浆粘度和冷胶粘度明显小于野生型 ,但
表观直链淀粉含量、胶稠度、碱消值均大于野生型 ,达最高粘度时间接近 ,糊化过程中所需能量较低 ,糊
化过程较长 ;淀粉晶体表现为 C型结构 ,淀粉颗粒与野生型的正六面体颗粒完全不同 ,呈大小不等的无
规则形 ,淀粉晶体及颗粒结构的改变可能是导致淀粉粘滞性下降及其他理化指标改变的重要原因。
关键词 :水稻 ;突变体 ;淀粉粘滞性 ;理化特性 ;淀粉结构
PHYSICOCHEMICAL PROPERTIES AND STARCH STRUCTURE OF A RICE
MUTANT WITH REDUCTION OF STARCH PASTE VISCOSITY
GAO Jun2kai 　YE Hong2xia 　SHU Xiao2li 　WU Dian2xing
( Institute of Nuclear Agricultural SciencesΠKey Lab of Nuclear Agricultural Sciences , Ministry of AgricultureΠZJU2IAEA
Collaborating Center , Zhejiang University , Hangzhou , Zhejiang 　310029)
Abstract :Variations in starch physicochemical properties and starch structure between the rice low2paste viscosity mutant RSV2
1 and its original parent II232B were investigated. The results indicated that the apparent amylose content (AAC) , gel
consistency( GC) , alkali spreading value (ASV) of mutant RSV21 were higher than the wild type. However , major parameters
of starch paste viscosity in mutant RSV21 starch , i . e. peak paste viscosity , hot paste viscosity , and cool paste viscosity were
significantly lower than those of the original parent . Compared to the original parent , the mutant had a similar peak time , but
less energy and longer time needed for gelatinization. The starch manifested C2type crystalline and starch granule in the
endosperm were irregular with different diameters. The mutation of the starch structure might play a key role for the decrease of
starch paste viscosity in the mutant RSV21.
Key words :rice ( Oryza sativa L. ) ; mutant ; starch paste viscosity ; physicochemical properties ; starch structure
收稿日期 :2008204215 　接受日期 :2008206204
基金项目 :浙江省育种攻关和重大专项 (0406Π2007C12903ΠC12007Π2006210010) ,航天育种和空间技术项目 ,农业部农业公益性行业科研专项经费
项目 (200803034)
作者简介 :高君恺 (19842) ,男 ,浙江宁波人 ,主要从水稻诱变遗传育种研究。
通讯作者 :吴殿星 (19712) ,男 ,浙江开化人 ,研究员 ,从事作物高效育种方法和资源创新利用研究。Tel : 0571286971405 ; E2mail : dxwu @zju. edu. cn　　胚乳为稻米食用的最主要部分 ,是种子中淀粉和蛋白质的重要贮藏器官[1 ] 。胚乳细胞的发育、充实度及内部的理化特性不仅直接决定稻米的品质与用途 ,也影响粒重和产量。在传统水稻育种追求高产、优质、多抗的基础上 ,按专用目标针对性设计改良稻米的胚乳性状 ,创造具有新颖胚乳性状的水稻新材料 ,不仅可满足多样化的品种需求 ,也可培育相关功能性水稻新品种 ,以符合人们对健康的新要求[2 ] 。 低淀粉粘滞突变是水稻的一类新突变 ,其种子中的淀粉具有最高粘度、冷胶粘度、崩解值和消减值极显著低于普通水稻 ,糊化的粉浆稀稠 ,外观呈汤状 ,冷却后仍保持流淌状难以固化的特点 ,便于制作淀粉膜 ,建立淀粉悬浮系[3～9 ] 。在该背景下 ,本研究选用水稻低淀粉粘滞突变体 RSV21 为材料 ,开展理化特性和淀粉结构研究 ,旨在了解低淀粉粘滞突变的形成机制 ,为深入开发该类材料提供重要依据。
32　核 农 学 报　2009 ,23 (1) :23～27Journal of Nuclear Agricultural Sciences
1 　材料和方法
111 　试验材料
以我国杂交水稻生产上主要应用的保持系 II232B
为亲本 ,利用剂量为 300Gy 的γ射线辐照其干种子 ,从
中选育出一份低淀粉粘滞突变体 RSV21。II32B 及
RSV21 均于 2005 年夏季种于浙江大学试验农场 ,按常
规方法肥水管理 ,成熟后收获种子 ,晒干备用。
112 　样品处理
所有材料种子于室温下平衡水份 72h ,用糙米机
(Satake ,日本)脱壳后 ,再用精米机 (Satake ,日本) 去糙 ,
部分精米用于碱消值 (ASV 测定) ,其余精米用旋风式
精米机 (UDY,美国) 磨成粉 ,过 80 目筛备用。淀粉提
取参照 Yang 等 (2006)的方法[10 ] 。
113 　测定方法
11311 　理化特性 　表观直链淀粉含量 (AAC) 按照农
业部部颁标准方法 (NY147288) [11 ] 测定 ,4 个已知直链
淀粉含量的标准样品 (112 % ,1112 % ,1618 % ,2618 %)
由中国水稻所提供。碘染光谱特性用 UNICAM UV
3000 分光光度计 ( Thermo Co. ,British) 扫描 ,波长范围
500～700nm ,样品准备同部标测定直链淀粉含量。记
录最高吸收峰波长λmax、碘蓝值BV680 (680nm 处吸光
度)和 620nm 处吸光度 (测定表观直链淀粉含量波长) 。
胶稠度 ( GC)的测定按 Cagampang 等[12 ] 方法测定 ,以米
胶的流淌长度 (cm) 表示。糊化温度以易测定的碱消
值 (ASV)表示 ,按农业部标准方法 (NY147288) [11 ] 测定。
总淀粉 (TS)参照 Garcia2Alonso 等[13 ]方法测定。
11312 　淀粉粘滞特性 　米粉及淀粉的淀粉粘滞特性
采用澳大利亚 Newport Scientific 仪器公司生产的 32D
型粘度速测仪 RVA (Rapid Visco Analyser) 按 AACC(美
国谷物化学协会)操作规程[11 ]进行 ,并用 TCW( Thermal
Cycle for Windows)配套软件分析 RVA 谱特征参数 ,以
“Rapid Visco Unit”(RVU )为单位。RVA 谱主要特征参
数用最高粘度 (peak viscosity , PKV) 、热浆粘度 ( hot
paste viscosity , HPV) 、冷胶粘度 ( cool paste viscosity ,
CPV) 、崩解值 ( breakdown , BDV , PKV2HPV) 、消减值
(setback , SBV , CPV2PKV)等表示。
11313 　淀粉热力学特性　准确称取 215000mg 米粉于
铝制钳埚内 ,加 20μl 蒸馏水 ,密封 ,15 ℃过夜平衡水
份 ,用 DSC热分析系统 (Q100 , TA Inc. , USA) 测定 ,温
度上升速率为 10 ℃Πmin。数据用 Universal 配套软件
(V318B , TA Inc. , USA) 分析处理 ,主要参数包括熔晶
起始温度 (To) 、最高温度 (Tp) 、回落温度 ( Tc) 以及焓变
(ΔHgel) 。
11314 　淀粉晶体 X2衍射 　利用 Philips 公司的 PW3710
型 X2射线衍射仪进行分析 ,参照 Cooke 和 Gidley 的方
法[14 ] 对样品米粉进行测定。用 Cu2Kα 发射波长
(111542! ) 进行广角扫描 ,衍射角 2θ范围为 510°～
6010°,步长为 0105°Π2s。淀粉结晶度的计算采用
JADE510 软件 (Materials Data Inc. , MDI) 。
11315 　淀粉颗粒形态 　淀粉颗粒形态观察采用
XL30ESEM 环境扫描电镜 (Philips Co. , Holland) 。观察
时 ,将淀粉样品粘于样品盘导电双面胶上 , IB25 离子溅
射器 ( Eiko Co. , Japan) 处理 30min ,镀一层 Pt 金离子 ,
工作时加速电压为 200kV ,放大 2000 倍拍照。
2 　结果与分析
211 　低淀粉粘滞突变的基本特性
无论是米粉还是淀粉 ,低淀粉粘滞突变体 RSV21
的 RVA 谱和野生型 II232B 的 RVA 谱均显著不同 (图
1) 。RSV21 米粉的最高粘度、热浆粘度、冷胶粘度相比
野生型分别下降了 8111 %、8311 %、8215 % ,崩解值较
II32B 高而消减值较 II32B 小 ,但 RSV21 淀粉的 BDV 及
SBV 值与米粉中的表现刚好相反 (表 1) 。
跟踪观察 RVA 测定后的回生粉浆 ,发现野生型品
种 II232B 的粉浆呈典型糊状 ,冷却后即凝固 ,而突变体
RSV21 的粉浆呈稀稠糊状 ,不易固化 ,且相对透明 (图
2) 。
表 1 　水稻低淀粉粘滞突变体 RSV21 的 RVA 谱的主要参数
Table 1 　Major parameters of RVA profiles in a rice mutant RSV21 with reduction of starch paste viscosity (RVU)
样品
sample
品种
cultivar
最高粘度
PKV
热浆粘度
HPV
冷胶粘度
CPV
崩解值
BDV
消减值
SBV
米粉 rice flour RSV21 4118333 3718333 3915833 4 - 2125
II232B 22014167 22414167 22515834 - 4 511667
淀粉 rice starch RSV21 8211667 8413334 92 - 211667 918333
II232B 258125 24114167 25713333 1618333 - 019167
42 核　农　学　报 23 卷
图 1 　水稻低淀粉粘滞突变体 RSV21 和
野生型 II232B 的 RVA 谱
Fig. 1 　RVA spectrum of flour and starch of the
mutant RSV21 with reduction of starch paste
viscosity and the wild type II232B 图 2 　低淀粉粘滞突变体 RSV21 和野生型 II232B 经RVA 测定后米粉浆的回生特性Fig. 2 　Retrogradation properties of rice flour ofmutant RSV21 with reduction of starch paste viscosityand the wild type II232B determined by RVA
212 　理化特性
理化测定表明 (表 3) ,低淀粉粘滞突变体 RSV21
的总淀粉含量相比野生型偏低 ,仅为 62188 %。但其
表观直链淀粉含量为 34198 % ,显著高于野生型 II2
32B ,相比增加了 11125 个百分点。尽管如此 ,突变体 RSV21 的胶稠度还是明显优于野生型 II232B ,表现为中胶稠度 ,而且 RSV21 碱消值增加 ,糊化温度下降。另外 ,400～700nm 的波段扫描显示 ,RSV21 和野生型 II232B 的最大吸收波长λmax相仿但碘蓝值较大。
表 3 　水稻低淀粉粘滞突变体 RSV21 和野生型 II232B 的理化特性
Table 3 　Physicochemical properties of rice mutant RSV21 with reduction of starch paste viscosity and the wild type II232B
品种
cultivar
总淀粉含量
TS( %)
表观直链淀粉含量
AAC( %)
胶稠度
GC(mm)
碱消值
ASV(score)
碘染光谱特性 iodine value
λmax (nm) A680nm A620nm
RSV21 62188 34198 60 7 590 01415 01534
II232B 70158 23173 44 3 594 01300 01367
　　Note : TSC:total starch content ; AAC:apparent amylose content ; GC:gel consistency ; ASV :alkali spreading value
图 3 　水稻低淀粉粘滞突变体 RSV21 和
野生型 II232B 的 DSC热谱曲线
Fig. 3 　Thermal properties of the rice mutant RSV21
with reduction of starch viscosity and wild type II232B 213 　热力学特性比较低淀粉粘滞突变体 RSV21 和野生型 II232B 的DSC热谱曲线参数 (图 3) ,发现突变体与野生型起始温度相近 ,但最高温度及终结温度较野生型略高 ,糊化温度范围较大 ,且 RSV21 的热焓值 (ΔHgel)比 II232B 的要低 ,相比野生型降低了 01994JΠg (表 4) ,按百分比计算 ,RSV21 的ΔHgel 降低幅度达 1217 %。该结果表明 ,尽管低淀粉粘滞突变不会对稻米的糊化温度产生太大的影响 ,但可明显降低其在糊化过程中的ΔHgel ,这对降低稻米糊化所消耗的能量是有利的。214 　淀粉晶体的 X衍射分析X衍射分析表明 ,野生型 II32B 的淀粉晶体结构为典型的 A 型淀粉晶体 ,在 2θ15°、17°、18°和 23°附近有较强的特征性吸收峰 ,在 20°附近也有较小的特征峰
(图 4) ,而 RSV21 在 2θ516°、15°、17°、22°和 24°有较强
52　1 期 水稻低淀粉粘滞突变体的理化特性和淀粉结构
　　　　 表 4 　水稻低淀粉粘滞性突变体 RSV21 的 DSC热谱曲线参数
Table 4 　DSC thermal parameters of mutant RSV21 reduced in starch paste viscosity and wild type II232B
品种
cultivar
起始温度
starting temperature ( ℃)
最高温度
maximum temperature ( ℃)
终结温度
conclusion temperature ( ℃)
焓变
ΔHgel (JΠg)
RSV21 67148 7516 82121 6183
II232B 68120 72173 76152 7183
的衍射峰出现 ,表现出 A + B 型淀粉晶体特征 ,即 C 型
淀粉晶体特征。同时 ,两者在 19°附近均有一衍射峰 ,
该衍射峰为淀粉 - 脂肪复合体的特征峰。而且两者淀
粉结晶度也明显不同 , 野生型的淀粉结晶度为
2513 % ,比突变体的结晶度 (1216 %)要高。
图 4 　水稻低淀粉粘滞突变 RSV21 和
野生型 II232B 的 X衍射模式
Fig. 4 　X2ray diffraction patterns of mutant
RSV21 with reduction of starch paste
viscosity and wild type II232B
215 　淀粉颗粒形态观察
扫描电镜观察表明 ,突变体 RSV21 的淀粉粒颗粒
形态与野生型品种 II232B 存在显著差异 (图 5) 。野生
型的淀粉颗粒呈多面体晶状 ,棱角清晰可见 ,而 RSV21
的淀粉颗粒似未形成明显的晶体结构 ,呈大小不等的
不规则形。
3 　讨论
淀粉的组成及其化学和晶体结构是淀粉理化性质
的分子基础 ,淀粉结构的改变会导致相应的理化指标
的改变。淀粉加热过程中粘滞性的增加主要是由淀粉
颗粒的膨胀引起的 ,而粘滞性的下降主要是由糊化的
淀粉颗粒的减少引起的[15 ] ,当淀粉加热到其粘度最大
时 ,直链淀粉基本全部溢出 ,因而其对于淀粉粘滞性的
下降并没有很大的影响[16 ,17 ] 。低淀粉粘滞性的形成与
图 5 　扫描电镜下水稻低淀粉粘滞突变 RSV21 和
野生型 II232B 胚乳内的淀粉颗粒形态
Fig. 5 　Starch granules in the endosperms of
mutant RSV21 with reduction of starch paste viscosity
and wild type II232B by scanning electron microscope
其淀粉结构的改变关系密切。Tsai 等[18 ]报道认为水稻
淀粉颗粒结构影响着淀粉的粘滞特性 ,颗粒较大呈立
方形或不规则形的土豆淀粉具较低的最高粘度[19 ] ,
RSV21 淀粉颗粒结构呈大小不等的不规则形 ,与野生
型明显不同 ,这种结构的剧烈改变可能是导致淀粉粘
滞性下降的主要原因 ,在提取淀粉过程中蛋白的去除
使得直接用淀粉测的淀粉粘滞性特征值与直接用米粉
略有不同 ,但 RSV21 仍表现出低淀粉粘滞性。
RSV21 的淀粉晶体即表现出 A 型淀粉的晶体类
型 ,亦表现出 B 型淀粉的晶体类型 ,在小麦中 ,大的淀
粉颗粒为 A 型 ,小的淀粉颗粒为 B 型[20 ] ,同一材料中 ,
A 型淀粉具有较高的总直链淀粉、表观直链淀粉含量、
糊化焓值 ,而 B 型具较高的最高糊化温度及终结糊化
温度 ,A 型淀粉具较高的粘稠度[21 ] 。Yamin 等[22 ] 研究
发现不规则形的淀粉颗粒具有较低的及较宽的糊化温
度范围。在本试验中 ,ASV 与 DSC 测定结果并不相
符 ,ASV 测定为低糊化温度的RSV21 ,DSC 测定其糊化
温度高于 II32B ,这可能是由于尽管RSV21最高糊化温
度较高 ,但由于其糊化所需能量较 II32B 要少 ,从而导
致用 KOH测定时容易糊化。
从淀粉分子结构模型来看 ,支链淀粉分支链簇状 ,
相邻分支形成双螺旋 ,结构致密构成了结晶片层 ,相连
的结晶片层之间即为不定晶体片层 ,在淀粉晶体颗粒
中 ,前者构成半生长环 ,后者形成不定形区[23 ] ,直链淀
62 核　农　学　报 23 卷
粉分子常与脂肪复合位于不定形区 ,直链淀粉破坏淀
粉的晶体结构 ,使淀粉结晶完整性下降[24 ] ,从而降低
淀粉晶体的熔解温度和开始糊化所需的能量[25 ] 。低
淀粉粘滞突变体 RSV21 直链淀粉显著高于其野生型 ,
这与直链淀粉含量较高其淀粉最高粘度较大的报道不
太一致[18 , 26 ] 。尽管 RSV21 淀粉粘滞性的主要参数
PKV、HPV、CPV 均低于 II32B ,但其崩解值较 II32B 稍
大 ,胶稠度也较大 ,吴殿星等[27 ]对 AAC 品种的 RVA 谱
进行研究发现 ,SBV 与胶稠度正相关。
相比同样表现低粘滞性的糯性突变体 ,低淀粉粘
滞突变体的粘滞性主要参数、糊化温度更低。水稻低
淀粉粘滞突变是一类新颖突变 ,除淀粉粘滞性显著降
低以外 ,还具有易消化性和易溶性等性能 ,将可能为新
型婴儿食品、胃病患者及临床食品的开发提供理想原
料。本试验进行的低淀粉粘滞突变稻米的理化特性和
淀粉结构研究 ,将为该类材料的深入开发提供重要参
考资料。目前 ,浙江大学正与美国 A&B 添加剂公司和
国民淀粉公司合作 ,开展水稻低粘滞淀粉的功能评价
和产品开发。
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