小麦籽粒淀粉理化特性与品质关系及其生理机制研究进展

淀粉作为籽粒主要组分,是小麦加工品质最重要的决定因素之一。淀粉的加工品质主要取决于直链与支链淀粉含量及其比值、淀粉分子精细结构和淀粉颗粒大小分布等理化特性。明确小麦籽粒不同部位淀粉理化特性、空间分布差异及其形成的调控机制,可深入阐释面粉品质性状差异形成的生理机制。本文从小麦籽粒淀粉理化特性空间分布、淀粉合成关键酶活性及其编码基因时空表达模式等角度综述了小麦籽粒淀粉理化特性空间分布特征形成的生理机制,以期为小麦品质形成机制与调优栽培技术的建立提供理论支持。     

面条品质不同的小麦品种籽粒淀粉特性及淀粉合成的差异

为给小麦面条品质改良提供理论依据,以4个携带全部3个Wx蛋白亚基的普通小麦品种为试材,检测其籽粒灌浆期淀粉合成关键酶活性的动态变化,并对籽粒淀粉理化特性和面条加工品质进行比较.结果表明,籽粒灌浆过程中,济麦19和济麦20 的淀粉粒束缚淀粉合成酶(GBSS)活性明显较低,而参与支链淀粉合成的关键酶如ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)、可溶性淀粉合成酶(SSS)和淀粉分支酶(SBE)活性差异不明显,最终其籽粒直链淀粉含量显著低于鲁麦14和鲁麦21,面粉膨胀势、糊化峰值粘度和崩解值较高,面条加工品质优良.淀粉合成关键酶活性与直、支链淀粉增长速率显著相关,说明遗传背景不同是造成淀粉合成和最终加工品质差异的重要原因.不同淀粉合成关键酶活性之间密切相关,说明参与淀粉合成的酶是相互影响、共同作用的;直、支链淀粉增长速率高度相关,说明二者的合成是相互制约、同步进行的.携带全部3个Wx蛋白亚基的普通小麦品种的GBSS活性可以存在显著差异,从而形成不同的淀粉理化特性和面条加工品质,因此完全有可能在不缺失Wx蛋白的普通小麦中选育出优质面条品种.参与淀粉合成的关键酶是相互影响的,单独改变一种或几种淀粉合成关键酶的表达或活性,可能对淀粉品质的遗传改良作用较小.     

小麦籽粒淀粉粒粒级分布特征及其与淀粉理化特性关系研究进展

小麦籽粒淀粉粒粒级分布范围大,而且呈现梯度分布,这是小麦淀粉粒区别于其他植物淀粉粒的一个显著特征。不同粒径的淀粉粒在理化特性上有极大的差异,因此除直/支链淀粉比例之外,淀粉粒粒级分布也是影响淀粉品质的重要指标。本文综述了国内外在小麦籽粒淀粉粒粒级分布及其与淀粉品质特性关系方面的研究进展,提出应注意小麦籽粒不同粒级淀粉粒分布特征及其形成机理与调控途径等领域的研究,以促进优质小麦品种选育和调优栽培技术的建立。     

不同小麦品种籽粒淀粉合成酶基因的表达及其与淀粉积累的关系

为探寻不同专用类型小麦籽粒品质调控的途径,以不同专用类型小麦品种为材料,比较了其籽粒淀粉合成酶基因表达、淀粉合成酶活性以及淀粉积累速率动态特征,并分析了三者之间的相关性。结果表明,整个灌浆期间,籽粒淀粉合成酶基因（AGPase1、GBSSI、SSSIII、SBEI）相对表达量、淀粉合成酶（AGPase、GBSS、SSS、SBE）活性及直、支链淀粉积累速率均表现为强筋小麦中优9507〉中筋小麦淮麦18〉弱筋小麦宁麦9号〉糯小麦Wx11。相关分析表明,AGPase1、SSSIII、SBEI基因的相对表达量最大值与AGPase、SSS、SBE活性峰值均呈极显著正相关;GBSSI基因相对表达量最大值与GBSS活性峰值相关不显著;4种淀粉合成酶基因相对表达量最大值均与籽粒直、支链淀粉及总淀粉积累速率峰值呈极显著正相关;4种淀粉合成酶活性与籽粒直、支链淀粉及总淀粉积累速率均呈极显著正相关。     

灌浆期不同时段高温对稻米淀粉理化特性的影响

【目的】研究灌浆期不同时段高温对稻米淀粉组成、结构和理化特性的影响,揭示高温对稻米淀粉理化特性影响的时段效应,阐明高温、结构和功能之间的关系。【方法】以耐热水稻品种黄华占和热敏感的9311近等位基因系为实验材料,利用人工气候箱设置高温[38℃(昼)/30℃(夜)]和对照[28℃(昼)/22℃(夜)],研究灌浆前期(齐穗期后1－15 d)和后期(齐穗期后16 d至成熟)高温对稻米的加工品质、外观品质、淀粉组成、支链淀粉链长分布、粒度分布、胶稠度、黏度特性、糊化特性、结晶特性和颗粒形态的影响。【结果】灌浆期高温使糙米率、精米率、整精米率显著下降,使垩白粒率和垩白度显著升高,导致加工品质和外观品质变差。灌浆期高温使总淀粉含量、直链淀粉含量、短支链淀粉含量、大淀粉粒占比、直/支链淀粉比显著下降,而中等支链淀粉含量、小中淀粉粒占比、糊化温度和糊化焓显著上升,黏度特性显著改变,结晶类型不变但结晶度显著改变,淀粉颗粒表面出现小孔,表面变得凹凸不平,导致淀粉颗粒更加碎片化和蒸煮食味品质变劣。灌浆期不同时段高温对稻米品质的影响不同,灌浆前期高温对稻米淀粉的影响大于灌浆后期,耐热品种受影响小于热敏感品种。灌浆前期高温处理下供试材料具有较高的消减值和较低的崩解值,黏度特性变差;灌浆后期高温处理下供试材料具有较低的消减值和较高的崩解值,黏度特性变好。【结论】灌浆前期高温对淀粉理化特性的影响最大,进而导致稻米的加工品质、外观品质和蒸煮食味品质变劣,灌浆后期高温提升了黏度特性。     

小麦籽粒淀粉合成内在影响因素研究进展

小麦灌浆主要是有机物合成并贮存在籽粒内的生理过程，是“源-流-库”相互作用的结果。小麦不同穗位籽粒因发育及形成时间顺序不同，造成不同穗位籽粒的淀粉品质存在差异。为充分了解小麦籽粒淀粉合成与积累的内在调控机制，本文归纳了淀粉合成途径中原料供给与调控，总结了淀粉合成关键酶及其编码基因的功能，分析了库容和库活性对小麦籽粒淀粉合成与积累的效应，以期为更深入研究小麦籽粒淀粉品质形成过程及其遗传改良提供参考。     

稻米支链淀粉结构的研究进展

随着我国国民经济的发展和人民生活水平的提高,人们对稻米品质的要求越来越高,在丰产的基础上还要求有较好的口感。支链淀粉是稻米淀粉的主要成分,其结构对食味品质有重要的影响。本文介绍了稻米支链淀粉结构的测定方法,籼粳稻支链淀粉结构的差异、遗传机制,支链淀粉超长链部分的合成调控以及支链淀粉的结构与理化特性和食味品质关系等方面的研究现状,认为今后有必要改进、完善和规范现有的支链淀粉结构测定方法,进一步研究籼粳稻杂交后代支链淀粉结构的差异,明确支链淀粉结构与亚种分化之间的关系,与此同时对支链淀粉结构与稻米食味品质之间的关系进行深入研究,以期为我国水稻生产及稻米品质改良提供理论指导。     

小麦籽粒蛋白质和淀粉代谢及其与品质形成关系的研究进展

蛋白质和淀粉是决定小麦籽粒产量和品质的重要组成物质。本文从小麦籽粒蛋白质和淀粉组成与品质的关系、籽粒蛋白质代谢和淀粉代谢的生理基础及小麦的碳氮代谢对品质的调控等方面对国内外有关小麦品质生理的研究进展进行了综述。这些研究表明,籽粒蛋白质和淀粉组成对小麦品质有不同的影响,品质是蛋白质和淀粉综合作用的结果;小麦的碳氮代谢及其平衡作用于小麦籽粒蛋白质和淀粉的合成与积累;生态条件和栽培措施均可通过调节小麦的碳氮代谢而影响籽粒淀粉和蛋白质的合成,进一步影响小麦品质的形成。     

不同小麦品种抗性淀粉含量及其与其他淀粉品质性状的关系

为了解不同小麦品种抗性淀粉含量的差异及其与其他淀粉品质性状的关系,以30个小麦品种为试验材料,分别在河南省7个地点种植,对面粉中抗性淀粉含量、淀粉组分、淀粉糊化特性、淀粉粒度分布等进行了分析。结果表明,所有被测品质性状均受环境、基因型影响,且多数指标的环境效应大于基因型效应。7个地点间比较,抗性淀粉含量及淀粉品质性状的综合表现在开封点和原阳点均优于其他地区。供试小麦品种的抗性淀粉含量为1.47%～2.28%,平均为1.88%,以赛德麦1号、百农4199、许科316等品种的抗性淀粉含量较高。经相关分析,抗性淀粉含量与直链淀粉含量、峰值粘度、低谷粘度、最后粘度呈显著正相关。以上结果说明,提高小麦抗性淀粉含量,一定程度上可以改善淀粉的糊化特性。     

不同生态环境对四川小麦品种(系)籽粒淀粉含量及理化特性的影响

为了明确不同生态点对不同小麦品种籽粒淀粉含量及理化特性的影响,对四川省27个小麦品种(系)在四个生态点(温江、西昌、崇州、仁寿)3年的籽粒淀粉总含量、直链/支链淀粉比例(直/支比)以及小麦淀粉糊化温度等参数进行了分析。结果表明,同一个生态点的小麦淀粉品质指标在不同年份间没有显著差异;同一性状在不同生态点间存在一定的差异,仁寿地区的小麦淀粉直/支比和直链淀粉含量显著高于其他三个生态点,总淀粉含量显著高于崇州点;仁寿和崇州地区的小麦淀粉糊化初始温度显著高于其他两个生态点,且仁寿地区的小麦淀粉糊化峰值温度和结束温度均显著高于温江地区。淀粉组成对淀粉的糊化特性有一定影响,且总淀粉含量、直链淀粉含量、直/支比与淀粉的糊化特性之间均存在显著正相关关系。不同气象因子对小麦淀粉不同品质指标影响程度不同,其中,降雨量、温度和光照时间对大多数淀粉品质指标有显著影响。     

糯小麦籽粒淀粉粒度分布特征

为进一步加深对糯小麦淀粉特性的认识,选用2个糯小麦和2个普通非糯小麦品种为材料,利用激光粒度分析仪分析了糯小麦完熟籽粒中淀粉的粒度分布特征,及其与普通非糯小麦品种的差异。结果表明,糯小麦淀粉粒的粒径分布范围为1.0~43.7 μm,不同粒径淀粉粒的数目比例分布呈单峰曲线变化,体积和表面积分布均呈双峰曲线变化;糯小麦籽粒中存在2种类型淀粉粒,即A型大淀粉粒（直径≥10 μm）和B型小淀粉粒（直径<10 μm）,B型淀粉粒的数目、体积和表面积比例均高于A型淀粉粒。与普通非糯小麦相比,糯小麦籽粒中B型小淀粉粒的数目、体积和表面积比例较高,淀粉粒的平均粒径和中位粒径较大。糯小麦与普通非糯小麦不同粒径淀粉粒的数目、体积和表面积比例分布曲线存在差异。糯小麦B型淀粉粒处的峰高显著高于普通非糯小麦,A型淀粉粒处的峰值低于后者。糯小麦体积和表面积分布中B型淀粉的峰值粒径显著小于普通非糯小麦。     

施氮水平对小麦籽粒淀粉粒分布与加工品质的影响

为明确施氮对小麦淀粉粒分布与加工品质的影响,选用强筋小麦藁城8901和弱筋小麦豫麦50为材料,分析了不同施氮水平下小麦籽粒淀粉粒分布特征与部分加工品质指标。结果表明,适量施氮(240kg.hm-2)显著提高籽粒B型淀粉粒体积百分比,过量施氮(360kg.hm-2)时小麦籽粒B型淀粉粒体积百分比降低。施氮水平对两个小麦品种籽粒A、B型淀粉粒数目百分比无显著影响。在施氮0～240kg.hm-2范围内,增施氮肥可以提高籽粒直、支链淀粉积累量,而过量施氮不利于籽粒直、支链淀粉的积累。小麦湿面筋、沉淀值、面团形成时间和稳定时间等参数与A型淀粉粒体积百分比呈显著负相关,与B型淀粉粒体积百分比呈显著正相关。适量施氮能使强筋小麦加工品质变优;增施氮肥导致弱筋小麦加工品质变劣。     

Starch granule morphology in oat endosperm

Mature and developing oat (Avena sativa) grains were sectioned and image analysis methods used to estimate the starch granule-size distribution and morphology in endosperm cells. This showed that oat endosperm cells contain two types of starch granule: compound starch granules such as those seen in rice endosperm and in most other grasses; and simple granules similar to the B-type starch granules seen in the endosperm of Triticeae species such as wheat (Triticum aestivum). The simple granules in oats are similar in size and relative abundance to B-type granules in Triticeae suggesting that they may share a common evolutionary origin. However, there is a fundamental difference between oats and Triticeae in the timing of granule initiation during grain development. In Triticeae, the B-type granules initiate several days after the A-type granules whereas in oats, both the simple and compound granule types initiate at the same time, in early grain development.     

小麦淀粉粒结合蛋白多态性及蛋白表达差异的研究

为了解小麦淀粉粒结合蛋白(Starch granule proteins,SGPs)的多样性及与淀粉品质性状的关系,对来自中国、墨西哥和埃及的149份春小麦材料淀粉粒结合蛋白进行SDS-PAGE电泳分析,探讨了淀粉粒结合蛋白多态性及表达差异。结果表明,供试材料的SGP组成存在多态性,149份材料中分离了10种主要的SGPs和56种组合带谱,其中SGP-g和SGP-e是小麦中出现频率最高的淀粉粒结合蛋白(出现频率均在90%以上),而绝大多数小麦材料(92.6%)中包含了7～9条SGPs条带。材料的地理来源与SGPs蛋白谱带聚类的结果并不完全一致。     

小麦籽粒淀粉合成动态及其相关酶活性的研究

为了研究小麦籽粒淀粉形成机理与调控技术,选取2个小麦品种,对小麦胚乳发育期间籽粒中直、支链淀粉的积累动态及淀粉合成代谢的几个关键酶——ADPG焦磷酸化酶(ADPG-PPase)、UDPG焦磷酸化酶(UDPG-PPase)、可溶性淀粉合成酶(S-STS)、束缚态淀粉合成酶(B-STS)与淀粉分支酶(Q-酶)——的活性变化进行了分析。研究结果表明,在小麦籽粒灌浆过程中,直、支链淀粉几乎是同步积累的,不同品种的淀粉积累形成差异表现在两者的相对积累比率上。小麦籽粒发育过程中直链淀粉的含量变化呈“S”形曲线;支链淀粉的含量较直链淀粉含量上升略快。ADPG-PPase、UDPG-PPase、S-STS、B-STS、Q-酶的活性均与淀粉积累速率呈正相关。     

追氮时期对冬小麦籽粒灌浆及淀粉特性的影响

为给小麦高产优质栽培中氮素的合理运筹提供依据,在大田高产栽培条件下,以大穗型小麦品种兰考矮早八为试验材料,研究了返青、拔节、抽德三个关键时期追氮对其籽粒灌浆特征和淀粉糊化特性的影响.结果表明,不同时期追氮处理小麦籽粒灌浆进程均呈"慢-快-慢"的"S"型变化曲线,Logistic方程决定系数均在0.99以上,达到极显著水平,拟合效果良好.籽粒干物重随灌浆进程的推进呈逐渐增加趋势,籽粒灌浆速率与粒重呈显著正相关,而灌浆持续时间与粒重形成无显著相关,表明提高籽粒灌浆速率对增加该品种粒重尤为重要.不同时期追氮对兰考矮早八籽粒灌浆及淀粉特性的效应不同,以抽穗期追氮籽粒干物质积累量和灌浆速率最大.随施氮时期的后移,籽粒直链淀粉含量下降,而支链淀粉、总淀粉含量及淀粉糊化特性则以拔节期追氮处理最高(优).     

白粉病对小麦品种西农979籽粒淀粉合成关键酶基因表达的影响

为了揭示白粉病对花后小麦籽粒淀粉合成的影响机制,以小麦品种西农979为材料,利用实时荧光定量PCR技术研究白粉病不同发病程度对小麦籽粒淀粉合成相关酶基因表达的影响。结果表明,随着感病程度的增加,小麦籽粒的腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因AGPase、淀粉分支酶基因SBE和可溶性淀粉合成酶基因SSS的表达均被抑制,其酶活性下降;束缚态淀粉合成酶I基因GBSSⅠ的表达量和酶活性均高于对照;去分支酶基因DBE的表达量与对照相比没有明显变化,但其酶活性在病害高峰期高于对照;支链淀粉含量和总淀粉含量显著降低,而直链淀粉含量增加。由此可知,白粉病通过改变籽粒淀粉合成相关酶基因的表达及活性而影响淀粉的积累。     

小麦籽粒发育过程中淀粉和激素含量的变化及其关系

为给小麦籽粒生长发育的化学调控提供依据,以蛋白质含量相近、粒重和淀粉含量差异大的小麦品种川麦32和川麦107为材料,研究了籽粒发育过程中淀粉、激素含量的变化及其相互关系.结果表明,大粒品种川麦32授粉后ZR含量高,灌浆中期IAA峰值高,而小粒品种川麦107籽粒发育期间淀粉含量高,GA含量也一直高于大粒品种川麦32,因而说明ZR和IAA含量与籽粒的大小及粒重关系密切,而GA含量与淀粉含量关系更密切.