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淀粉是人类首要的营养和能量来源,在人体小肠内,大部分淀粉可被完全消化吸收,叫可消化淀粉,另一小部分可逃避α-淀粉酶的消化而进入大肠,这部分淀粉叫抗性淀粉。抗性淀粉是指在健康人小肠中不被消化吸收的淀粉及其降解物的总和。抗性淀粉可分为4种:物理包埋抗性淀粉(RS1)、抗性淀粉颗粒(RS2)、回生淀粉(RS3)以及化学修饰淀粉(RS4)。抗性淀粉可有效的降低餐后血糖和胰岛素反应水平,对预防和控制代谢综合症如肥胖、Ⅱ型糖尿病以及心血管疾病有益,一部分在大肠中发酵产生的短链脂肪酸以及一部分具有膳食纤维相似功能的未消化的抗性淀粉有利于预防肠道疾病。抗性淀粉迅速成为近年来功能型食品的研究焦点,引起了极大的兴趣。
稻米是世界上一半以上人口的主食,含有70%~80%的淀粉。通常食用稻米含有较高的可消化淀粉,而抗性淀粉含量很低,对健康存在潜在的不利。目前我国代谢综合症患者急剧增加,成为威胁健康的主因之一。因此,提高食用稻米中抗性淀粉含量,有利于从源头预防和控制这类疾病的发生。
在该背景下,通过诱变获得了一个高抗性淀粉突变体RS111,对其淀粉特性和遗传特性作了研究,为实施从日常主食入手预防和控制代谢综合症以及肠道疾病的策略奠定基础。获得的主要结果如下:
1.经诱变育种从恢复系R7954中选育的突变体RS111,抗性淀粉含量是野生型R7954和普通品种2倍以上,直链淀粉、粗脂肪和粗纤维含量分别达到32.8%、1.24%和0.84%,显著高于R7954和普通品种,淀粉的粘滞性显著低于其他品种;TO、TP和△Hgel低,膨胀体积小;A型晶体结构,结晶度低;淀粉颗粒形态多样,圆和卵圆形颗粒的比例高达19.76%,是野生型R7954(9.37%)的2倍,而且颗粒直径较大(2.55μm);淀粉颗粒大小单峰分布,峰值3.5μm左右,而R7954双峰分布;RS111的支链淀粉链长同野生型R7954相比,DP≦9和25≦DP的链减少,而10≦DP≦24的链增加,突变体和野生型ACR(Amylopectinchainratio,用∑DP≤9/∑DP≤24表示)分别为0.200和0.228,属S型和M支链淀粉;离体消化表明,RS111米饭中淀粉具有较强的抗消化性;
2.RS111热水可溶性总淀粉和直链淀粉高于R7954,受热易溢出,回生形成淀粉凝胶,抗性淀粉主要由直链淀粉和少量的支链淀粉组成,而R7954抗性淀粉中除直链淀粉外,还有较多的支链淀粉;RS111消化后的淀粉中有部分直径小于2μm的RS2,该部分颗粒具有较低的TP,另一较高TP的晶体是直链淀粉和脂肪复合体;RS111和R7954呈B和V混合型晶体,不同于普通品种V型晶体;
3.常用家庭加工方式对RS111抗性淀粉的形成有影响,高压处理、低温保存、较长的蒸煮时间和适宜的米水比例蒸煮均有利于提高抗性淀粉含量;颗粒大小对RS111抗性淀粉含量和离体消化影响大;生淀粉的消化与△Hgel、TP和结晶度负相关,胃蛋白酶处理可增加淀粉的消化率。由此推断RS111抗性淀粉包括RS1、RS2和RS3;
4.辐照处理(0.1kGy)的RS111,直链淀粉轻微升高,总淀粉、可消化淀粉和抗性淀粉含量分别增加了1.5%、2.3%和0.77%。与R7954相比,增加的总淀粉含量中转化成抗性淀粉的比例RS111较高;自由糖含量随辐照剂量而增加,糊化温度无明显的改变,但糊化后米粒形状变化明显,胶稠度变软,蒸煮和食用品质有所改良;
5.RS在不同杂交组合后代表现出相似的单峰分布,峰值趋于低RS含量的亲本,隐性性状,不同于直链淀粉的遗传;亲本差异大的杂交组合RS变异大,易出现超亲株系;直链淀粉、脂肪含量以及碱消值与抗性淀粉呈极显著的正相关;
6.在双亲Wx基因第一内含子+1bp位为G/G的杂交组合“Ⅱ-32/RS111”F2:3株系中,RM72和RM547与抗性淀粉和直链淀粉关系密切,出现低亲本纯合、杂合及高亲本纯合3种基因型的分离,且不同基因型间RS和AAC达1%著差异水,对应于高、中、低抗性淀粉和直链淀粉含量;在双亲是T/G的杂交组合“宜香B/RS111”F2:3株系中,根据分子标记RM217和RM225基因型可区分低与中高RS含量,其中RM217杂合型和高亲本纯合型间RS含量差异不显著,而RM225达5%差异水平。RM72和RM547连锁,位于第8染色体;RM217和RM225连锁,位于第6染色体。