高γ-氨基丁酸水稻及其米制食品开发应用研究进展

氨基丁酸(GABA)是一种动植物中普遍存在的四碳非蛋白质氨基酸。在哺乳动物中GABA是一种重要的抑制性神经递质,介导40%以上的抑制性神经传导,而在植物中GABA主要参与胁迫响应、调节碳氧平衡和传递信号等多种重要生命活动。富含GABA的稻米对人体具有调节血压、提高肝肾能力和改善睡眠质量等作用。本文综述了水稻品种间GABA含量差异、GABA代谢通路、GABA的保健功能、富集GABA的方法和国内外高GABA稻米的开发应用现状,并展望了高GABA水稻应用前景,以期为高GABA水稻育种及产品开发提供参考。

巨胚水稻W025糙米浸水后γ-氨基丁酸含量变化的研究

富含γ-氨基丁酸(GABA)的降血压功能水稻正受到越来越多的关注。W025是通过化学诱变和杂交选育而成的水稻新品系,具有巨胚特征,遗传分析表明巨胚基因受单隐性基因控制。进一步研究W025和其原始品种金南风浸水后γ-氨基丁酸(GABA)含量及其合成关键酶———谷氨酸脱羧酶活性的动态,并用半定量RT-PCR检测了2个谷氨酸脱羧酶转录本在浸水过程的表达变化。结果表明,(1)GABA主要集中在胚部,浸水后W025的GABA积累量显著高于金南风。(2)随着浸水时间延长,谷氨酸脱羧酶(GAD)的活性呈逐渐增加趋势,W025胚部的酶活性显著高于金南风。GAD活性的变化与GABA的积累呈显著正相关,表明浸水后种胚GABA的积累与谷氨酸脱羧酶的催化反应有关。(3)2个谷氨酸脱羧酶基因OsGAD1与OsGAD2在W025和金南风之间没有转录水平的差异。提示可能存在其他的谷氨酸脱羧酶基因对浸水后GABA的积累起关键作用。

籼稻巨胚不育系龙特浦geA的选育

通过辐射诱变获得籼稻保持系龙特浦B巨胚隐性单基因突变体 (龙特浦geB) ,为龙特浦B的巨胚同型系 ,主要农艺性状无明显差异 ,但绝对胚重和相对胚重分别由原龙特浦B的 0 63mg和 2 78%提高到 1 1 5mg和 6 0 7% ,从而糙米粗脂肪含量由 2 50 %提高到 5 0 6% ,蛋白质由 9 0 0 %提高到 9 60 % ,各种氨基酸含量的相对值也相应提高 5 45%～ 3 0 3 6% ;用龙特浦geB回交龙特浦A育成巨胚不育系龙特浦geA ,其与龙特浦A的主要农艺性状、雄性育性特征及构成产量配合力无明显差异。

籼型巨胚稻的发现及其遗传育种研究

以若干籼稻品种为材料 ,通过核辐射诱变于M3代获得巨胚品系。对巨胚性状作了遗传育种分析。结果表明 ,巨胚属隐性单基因遗传 ,种胚的大小直接由合子基因型决定 ,而与为胚发育提供营养的母株基因型、胚乳基因型及细胞质均无关系。因此 ,可在诱变的M2 世代或杂交F2 世代的种子上直接进行巨胚性状选择。巨胚稻糙米胚重比原来品种大 1倍左右 ,但千粒重与单株产量略有下降。本文还就巨胚稻的育种技术作了讨论。

水稻巨大胚基因的分子定位

应用粳稻金南风巨大胚突变体和籼稻南京１１杂交Ｆ２群体５８个植株构建了包含７４个分子标记位点的遗传连锁图。对巨大胚基因进行了分子定位，结果发现巨大胚基因与第７染色体上ＲＧ６７８紧密连锁，两者之间的遗传距离为６．２ＣＭ，与同一染色体上的另一探针ＲＺ３９５之间的遗传距离为１３ｃＭ。根据巨大胚（ｇｅ）、褐色果皮（Ｒｃ）基因经典连锁图上的位置，将第７染色体分子图谱与经典图谱进行了整合。

引进巨胚稻与普通稻的米质和营养成分分析比较

对引进的巨胚稻进行引种栽培并对其米质和营养成分进行全面分析.结果表明,巨胚稻的胚重是普通水稻胚重的3～5倍,多项营养成分如蛋白质、钙、磷、钾、钠、锰、VE、VB6和膳食纤维等的含量比普通稻米要高得多,这个结果表明巨胚稻是加工婴幼儿食品非常好的原料.

富含γ-氨基丁酸降压功能稻米研究进展

γ-氨基丁酸(GABA)是一种神经抑制性递质的游离氨基酸,主要在稻米的胚部表达,具有平和血压和镇定神经等多种生理功能。本文综述了GABA在稻米中的分布与富集、富含GABA巨大胚水稻的诱变育种及其遗传表达特性、以及富含GABA功能稻米产品的研究进展。

巨胚稻的生物学特性研究

对通过辐射诱变获得的巨胚稻品系及它们相应的非巨胚对照的生物学特性进行研究。结果认为：（1）直接辐照诱变获得的巨胚稻品系与相应原非巨胚稻相比,在主要农艺性状和有效穗、穗粒数、结实率3个产量性状上十分相似,差异不显著,但巨胚稻千粒重下降1.90-3.13 g,进而使理论产量和实际产量也相应下降;巨胚稻的粒重和容重均比相应非巨胚稻显著减小,但巨胚稻绝对胚重是非巨胚对照的1.69-2.04倍,相对胚重是非巨胚对照的1.97-2.47倍;（2）通过杂交选育的2个巨胚恢复系同它们相应非巨胚对照的农艺和产量性状则差异较大,绝对胚重和相对胚重也均比相应亲本提高,分别是相应对照的2.06倍和1.75倍（绝对胚重）及2.42倍和2.04倍（相对胚重）。

富含γ-氨基丁酸(GABA)的巨胚功能稻研究进展

富含γ-氨基丁酸(GABA)的巨胚稻米具有降血压、治疗癫痫病等功效,是水稻品质改良的研究热点之一。通过诱变和杂交转育技术,已经育成了“Haim inori”、“巨胚1号”、“6601”、“W 025”、“伽马-1”、“龙特浦geA”和“98-14geA”等10余个巨胚水稻品种(系),并摸索出了巨胚稻的栽培调控管理措施。经高效液相色谱(HPLC)及氨基酸组成分析,富集后巨胚稻米的GABA含量达到3500-4000mg/100g,其它许多营养成分也比普通稻米高。水稻巨胚受一隐性基因控制,控制稻米巨胚的3个等位基因gem、ge、ges已被定位在水稻第7染色体上,多个与胚大小有关的QTL也被检测。对巨胚稻米GABA的富集条件、加工工艺、市场开发前景也进行了综述。

巨胚稻胚重与糙米粒形的关系

分别选取57个粒形差异较大的籼型巨胚稻品系和籼型非巨胚品系,对其糙米的绝对胚重和相对胚重与粒长、粒宽、粒厚、长宽比、粒重诸粒形性状进行相关和通径分析.结果表明:巨胚稻相对胚重与粒长、粒宽、粒厚和粒重有显著关系,选择粒重较小、粒长较短而粒厚适中的粒形可提高巨胚稻胚的相对重量;对非巨胚稻的相对胚重起显著作用的是粒长、粒宽、粒厚和长宽比.对巨胚稻,粒重的作用极显著,长宽比的作用不显著;而对非巨胚稻,粒重的作用则不显著,长宽比的作用极显著.本文还就巨胚稻及小胚稻的遗传改良及育种应用作了讨论.

籼稻巨胚种质的诱变获得及遗传研究

【目的】明确诱发产生巨胚突变的频率和巨胚基因的遗传规律。【方法】以11个籼稻品种为材料,通过60Co-γ射线辐射干种子,种植后收获自然成熟的M2代种子。将种子去壳后肉眼鉴别巨胚突变体(比原胚大至少1倍),计算水稻巨胚性状的突变频率;用通过辐射诱变获得的2个籼稻巨胚品系98-14geB和Mge86与其相应原亲本杂交配成一套F1、F2和BC1F1材料,调查种子胚的大小,研究巨胚性状的遗传。【结果】在M1代混收的M2种子中,水稻巨胚突变的出现频率平均为0.00125%,变幅为0.00029%～0.00285%。本研究以250Gy和350Gy2种剂量分别照射11个籼稻品系的干种子,在其中9个品系中获得巨胚突变体。【结论】本研究取材的2个籼稻巨胚突变体均为单隐性基因突变,且均与粳稻巨胚品种1137的巨胚基因等位,无非等位巨胚基因发现;胚的大小直接由种子基因型决定,而同为胚发育提供营养的母体基因型及细胞质均无关系。

葡萄糖焦磷酸酶基因与巨胚基因聚合创建营养功能稻

以利用农杆菌介导glgC-TM基因而获得的水稻优质晚粳品种中超123Ts代纯系作为葡萄糖焦磷酸酶（ADP—glucose pyrophosphorylase，AGP）基因的供体亲本，与营养功能粳稻品种巨胚1号为酽基因供体亲本进行杂交。通过单株稻米籽粒胚性状的形态观察并结合分子标记检测，在64个F4代候选株系中共筛选到16个同时带有glgC-TM／ge双基因的聚合株系。对其中综合性状较好、籽粒大的5个株系种子分别进行胚重、米质理化指标和γ-氨基丁酸（GABA）含量的测定。与AGP基因的供体亲本中超123相比，5个含glgC-TM／ge双基因聚合株系稻米的百粒胚重最小增幅为70．2％，最大增幅为119．0％，达极显著水平；GABA含量的增加幅度为102．93％～194．14％。所选株系的千粒重均超过巨胚1号，差异达极显著水平；而稻米的胶稠度、碱消值和直链淀粉含量等品质指标的变化不很明显。偏籼型的glgC-TM／ge聚合株系直链淀粉含量均显著高于双亲中超123和巨胚1号；而偏粳型的glgC-TM／ge聚合株系与双亲没有显著差异。研究结果表明，glgC-TM和驴基因在聚合株系稻米籽粒总淀粉的合成和胚的形成中都得到充分表达，增加了稻谷千粒重和米胚大小，但对直链淀粉的合成影响不大。认为利用生物技术与传统技术相结合的分子设计育种来调整稻米的营养功能结构和产量是一条行之有效的途径。

功能性特种巨胚稻——MhgeR的选育及应用

用^(60)Coγ射线照射籼稻恢复系明恢86(M86)种子,获得巨胚突变体MhgeR。与原品种M86相比,MhgeR主要农艺及产量性状无显著差异,千粒重和产量有所下降,但绝对胚重和相对胚重分别由0.68mg和2.70%提高到1.19mg和5.50%。MhgeR糙米成分分析表明其蛋白质(9.94%)、粗脂肪(6.08%)、粗纤维(1.21%)、γ-氨基丁酸(6.16mg/100g)、8种必需氨基酸及7种矿物质含量均比M86明显提高。本文还就巨胚稻的育种技术及产品加工开发作了探讨。

巨胚龙特浦B糙米性状与蛋白质成分分析(简报)

分别测定了巨胚龙特浦B和龙特浦B的糙米蛋白质、脂肪及17种氨基酸的含量。巨胚龙特浦B与龙特浦B比较,糙米的蛋白质含量从9.00%提高到9.60%,增加了6.70%;脂肪含量从2.50%提高到5.06%,增加了102.40%。测定的17种氨基酸中有16种含量有提高,0.29%～30.36%,其中蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸等4种人体必需氨基酸含量分别提高11.83%、5.99%、5.45%和5.94%。育成的巨胚龙特浦B的糙米营养较龙特浦B有较大提高。

巨胚稻籽粒灌浆特性研究

用Richards方程对2个巨胚稻及其相应非巨胚稻品种（龙特浦B）、1813B）的籽粒灌浆过程进行拟合。研究了两类水稻品种的灌浆特性。结果表明，与非巨胚稻相比巨胚稻在起始灌浆潜势（R0）、平均灌浆速率（Gmean）、最大灌浆速率（Gmax）和灌浆持续时间t（99％）上均比对照品种低，且巨胚稻在第4—12天的灌浆高峰期间的灌浆速率明显低于对照品种，从而造成巨胚稻籽粒重的下降。

巨胚功能稻的营养成分分析

分别测定了巨胚稻和相应非巨胚稻(对照)糙米的粗白质、粗脂肪、粗纤维、粗灰分等4种主要营养成分,17种氨基酸、9种矿物质、5种维生素和γ-氨基丁酸含量。结果表明:(1)同对照相比,巨胚稻糙米的粗蛋白、粗脂肪、粗纤维和粗灰分含量均有提高,平均增幅分别为11.14%、106.09%、42.21%和10.17%;(2)较对照,巨胚稻的17种氨基酸含量普遍提高,必需氨基酸总量提高2.52%～35.62%,氨基酸总量提高4.77%～37.09%;(3)巨胚稻的矿物质元素含量丰富,相比对照,其Ca、Fe、Zn、Mn、Mg、P、K、Na和Cd的平均含量分别提高了34.62%、45.08%、37.38%、37.09%、1.71%、5.39%、13.66%、13.46%和38.15%;(4)巨胚稻的VB1、VB2、VPP、VE和叶酸含量均高于对照,增幅为2.50%～214.81%;(5)巨胚稻糙米的功能成分γ-氨基丁酸(GABA)含量比对照增加,平均增幅达286.58%。巨胚稻富含各种营养成分,是一种高营养功能型的稻米品系。

巨胚稻胚发育的解剖学观察

以巨胚稻TgeB和非巨胚稻TB为材料,开花后分期取样,制作胚纵切面石蜡切片,用显微镜观察巨胚稻胚性状的发育过程。结果显示：（1）巨胚稻胚的生长主要在开花后的前12d,且6-9d生长最为迅速,此阶段其增大速率要大于非巨胚稻;（2）巨胚稻各时期的胚均大于非巨胚稻,其胚长和胚厚分别是非巨胚稻的1.21-1.37倍和1.37-1.70倍;胚芽长与非巨胚稻差异不大;胚芽宽则是非巨胚稻的1.12-1.31倍;胚根长是非巨胚稻的1.14-1.22倍;胚根宽和非巨胚稻差异不大;（3）从第9天开始,巨胚稻胚各个时期的盾片均明显大于非巨胚稻,其成熟期的细胞长和细胞宽分别是非巨胚稻的2.09倍和1.90倍;（4）从胚纵切面的细胞数看,巨胚稻与非巨胚稻二者差异不显著。表明巨胚稻胚的增大主要是由胚的盾片细胞的显著增大引起的。

籼稻巨胚不育系98-14geA的选育与研究

通过Co60-γ射线照射籼稻保持系98-14B种子,获得其巨胚隐性单基因突变体98-14geB。98-14geB与98-14B主要农艺性状无显著差异,但绝对胚重和相对胚重分别由0.57mg和2.69%提高到1.17mg和6.33%。98-14geB糙米的蛋白质、粗脂肪、粗纤维、各种矿物质及氨基酸含量比98-14B显著提高。蛋白质含量11.87%,比98-14B提高了22.46%;粗脂肪含量5.25%,提高了58.13%;17种氨基酸含量均提高了,提高幅度为10.05%～34.85%;98-14geB的矿物质元素含量也普遍高于98-14B。与98-14B相比,98-14geB千粒重及生产力有所下降。用98-14geB回交98-14A育成巨胚不育系98-14geA。98-14geA与98-14A的主要农艺性状、雄性不育性特征及构成产量配合力均无明显差异。利用巨胚恢复系与98-14geA组配成巨胚杂交稻,还就巨胚稻的育种技术作了讨论。

巨胚稻新品系的营养成分分析

为筛选出高营养成分含量的巨胚稻品系,以期为巨胚稻的育种研究和加工开发提供依据。本研究以福建农林大学作物遗传育种研究所选育的一批功能性巨胚稻新品系及非巨胚对照为材料,分别测定了其糙米的7种矿物质和17种氨基酸含量。结果表明:巨胚稻新品系中钾、锌、铜、锰和铁5种矿物质元素的平均含量分别比M86高50.65%、12.65%、28.58%、100.12%和112.86%;巨胚稻新品系的硒含量最高的为gewx1(0.17mg·kg-1),比对照M86(0.02mg·kg-1)高出750%。巨胚稻新品系绝大部分氨基酸含量都高于对照,必需氨基酸总量(EAA)平均为3.42%,比M86增加29.05%,氨基酸总量(TAA)平均为8.93%,比M86增加31.00%;巨胚稻品系的γ-氨基丁酸(GABA)含量平均达到5.81mg·100g-1,是对照M86(1.81mg·100g-1)的3.2倍,大米肽的平均含量为20.98mg·g-1,比对照增加53.73%。糙米相对胚重与大部分营养成分含量呈极显著正相关,说明提高相对胚重能提高稻米在这些营养物质上的含量。

利用巨胚米和黑米研制婴儿营养米粉

以巨胚米和黑米为主要原料,通过挤压膨化工艺,适当添加铁、锌、钙和α-乳白蛋白,研制出适合婴儿生理特点的婴儿营养米粉,并对巨胚米和黑米在婴儿营养米粉中的应用进行了讨论。