稻米非淀粉多糖-淀粉的互作及其消化和品质效应

Non-starch polysaccharides (NSPs) exist in cell wall as cellulose, hellicellulose, pectin and etc, which play important effects on the quality of grains. While there were very few studies on NSPs in rice as for the content of NSPs was only 0.3%-0.7% and also rice was eaten as cooked rice. In this project, endosperm mutants cw with high NSPs derived form different background and some rice core germplasm were selected to analyze the properties of NSPs including structure, constituents, content and the digestion, cooking and eating quality of rice, to study the formation of NSPs-starch complex and its’ influences on the properties of digestion and quality, which might help to explicit the mechanism of NSPs-starch interactions, it influences on rice digestion and quality; What’s more, the mutants and its’ parent were selected to analyze the metabolite profiling of sugars fractions to explore the possible metabolite regulation on rice quality by NSPs. Markers for detecting NSPs will be developed to construct a platform for selecting rice with good or special quality. That will pave a new way for improving rice quality, and also can provide some theoretic supports for functional breeding.

非淀粉多糖主要以纤维素、半纤维素和果胶等物质存在于细胞壁中。籽粒胚乳中非淀粉多糖对谷物的品质影响巨大。但由于自然界中水稻非淀粉多糖含量仅0.3%-0.7%，且水稻主要以精米饭为食用方式，鲜见对水稻内源非淀粉多糖的相关研究。本项目以高非淀粉多糖含量的不同来源等位胚乳突变体cw及国内外核种质为材料，对非淀粉多糖的主要成份、含量及稻米的消化、蒸煮食味品质相关理化特性进行分析，研究非淀粉多糖-淀粉复合体的形成及其对稻米的消化特性和蒸煮食味品质的影响，明确非淀粉多糖-淀粉的互作机理及其缓消化机理和对稻米的品质效应；同时，利用胚乳细胞突变体对籽粒的糖代谢谱进行分析，阐明非淀粉多糖对稻米品质效应可能的代谢调控，开发非淀粉多糖分析的实用检测标记，构建优质稻米的辅助选择体系，为改良稻米蒸煮食味品质提供新的研究思路，也可为水稻功能成份育种提供理论支撑。

胚乳中的抗性淀粉和非淀粉多糖是稻米中膳食纤维的主要来源，也是功能型水稻发研究的重要方面。长期以来，非淀粉因子如非淀粉多糖、脂质对淀粉品质的影响因其占比很低而被忽视。我们研究发现非淀粉多糖含量的高低在很大程度上决定着胚乳细胞壁的厚度及密度，影响着米饭的吸水膨胀，进而影响稻米的蒸煮食用品质；而且去除或部分去除高抗性淀粉水稻中的非淀粉多糖，可显著改善其膨胀性、糊化特性，且米饭质地变软，同时仍能保持较高的抗性淀粉含量和慢的消化特性。而普通水稻，一定含量的非淀粉多糖对其品质影响不大，但有利于抗性淀粉含量的提高。除内源非淀粉多糖外，胚乳内源脂质对稻米的淀粉品质及抗性淀粉含量也起着重要影响，且不同于外源添加脂质。一方面稻米中脂肪含量增加与直链淀粉和抗性淀粉含量的增加呈显著正相关，且非淀粉脂增加的幅度远大于淀粉脂。这就表明籽粒中淀粉脂含量的增加受限于淀粉中直链淀粉含量的增加。另一方面去除胚乳脂质可显著提高直链淀粉和抗性淀粉含量，但米饭质地变差。一些非淀粉多糖合成相关基因及脂代谢相关基因也与淀粉性状紧密关联。淀粉－非淀粉多糖－脂肪三者以UDP－Glc为核心，形成一个调控网络，相互影响，相互作用，共同调控籽粒中淀粉的合成，并最终影响稻米的品质性状。对蒸煮后米饭利用淀粉酶进行离体消化，然后观察其形态特征，高膳食纤维水稻消化后仍维持较为完整的米饭颗粒，表现出明显的抗消化表型，而低膳食纤维含量水稻则基本被消化成糜状。利用这种抗消化/易消化表型，可以很好地将群体以5%的阀值将材料进行分组。利用这种表型鉴定获得的高膳食纤维材料其抗性淀粉含量亦较高，且表现出和前期获得的高抗性淀粉类似的支链淀粉结构，利用支链淀粉链长差也可将获得的代表性材料进行很好地分类，且支链淀粉含量差异与膳食纤维含量基本一致。具有消化表型水稻的消化残渣重量能基本反应其膳食纤维含量，而易消化材料其消化残渣显著低于测定的膳食纤维含量。相关研究结果发表在Food Chemistry 上。利用这种表型可简单高效地进行大规模的材料初筛，获得具有改良胚乳细胞壁强度的高膳食纤维水稻材料，对于高膳食纤维水稻新品种培育具有极大地推动作用。