甜高粱与普通高粱籽粒和淀粉理化品质性状比较及相关基因的序列分化分析

发布时间：2019-04-24 07:30

【摘要】：高粱(Sorghum bicolor L.Moench)是半干旱地区重要的经济作物之一,其具有较好的耐逆性,在籽粒高产的同时,由于具有丰富的生物量,也作为动物饲料被利用。当前,在甜高粱的开发利用方面多集中在茎秆糖分的获取,而作为食物来源的籽粒品质研究的还较少。本研究选取了 4个普通高粱品种和8个甜高粱品种,对籽粒的组成尤其是淀粉的理化特性进行了系统的分析比较,并对几个淀粉与蛋白合成重要基因的部分序列进行了比较分析。主要研究结果如下。1、首先分析了不同类型品种籽粒粉的常规理化特性。对去壳的籽粒进行干磨和过筛,获得高粱米粉。通过分析发现,与普通高粱相似(例如GL-1,27.19%),甜高粱中也有部分品种的直链淀粉含量较高(例如YT,27.01%)。分析了总酚醛的含量,发现在甜高粱的不同品种间差异较大,含量较高的品种如GL-4和T-1,在0.3%左右,而较低的品种如GL-6为0.18%;所有高粱品种中的总酚醛含量适中。在胶稠度和蛋白质含量方面,与甜高粱品种相比,多数普通高粱品种的胶稠度较硬,同时蛋白质含量也较高。总淀粉含量在不同品种中差异较大,从40.4%(如TAT)到82.6%(如GL-13)都有。与甜高粱品种相比,普通高粱品种的RVA谱曲线普遍较低。对于峰值粘度(PV),普通高粱和甜高粱品种差异极大,从普通高粱品种GL-1的569.0cP到甜高粱品种GL-13的2143.0cP都有分布。特征值中的崩解值(BDV)在甜高粱品种中较低(23.0到227.0 cP)而在普通高粱品种中较高(307.0到837.0 cP)。普通高粱品种中峰值温度(PT)较低的品种ARG(83.7 °C)较多数甜高粱品种要高很多。峰值时间(Pt)在所有品种中差异也较大,从甜高粱GL-6的4.1 min到普通高粱品种GL-1的5.8 min都有。对于回复值(SBV),从GL-4的405.0 cP到ST的1475.0 cP都有分布。此外,8个甜高粱品种中有3个品种的SBV值高于普通高粱品种中的最高值(如WAH为904.0 cP)。对于最终粘度(FV),从1207.0 cP到2963.0 cP都有分布,该特征值在甜高粱和普通高粱品种间的差异较为显著。对于热力学参数To、Tp和Tcc,普通高粱品种的糊化温度较高。一般来说,甜高粱品种的籽粒品质较差,因此限制了其作为食物的应用。通过我们的研究,证明甜高粱品种在蛋白质含量、糊化特性和热力学特性方面明显区别于普通高粱品种,这可能是其品质较差的原因。2、淀粉是高粱籽粒中最重要的部分。因此,本研究分离了不同高粱品种中的淀粉并系统分析了这些不同来源淀粉的理化特性。首先比较了淀粉中直链淀粉含量,发现甜高粱来源淀粉中的直链淀粉含量(平均23.52%)极显著低于普通高粱品种(平均35.61%)。这种极大的直链淀粉含量差异可能对于高粱来源淀粉的工业利用具有很大的价值。热力学分析表明不同品种淀粉的热力学参数差异较大(p0.05),其中的热焓值表现为甜高粱来源的淀粉最高,这与其具有较低的直链淀粉含量有很好的对应关系,同时也可能与其淀粉的分子结构有关。通过淀粉的水溶性和膨胀力分析,发现两类高粱淀粉表现出明显的差异,分析与其淀粉中的直链与支链淀粉的比值以及淀粉粒结构有关。因此,分析了淀粉的晶体结构,发现尽管所有淀粉的晶体类型都是A型,但品种间淀粉的相对结晶度分布范围较广,从15.34%到25.14%都有,其中甜高粱淀粉的结晶度极显著高于普通品种。此外,利用固体核磁共振分析了淀粉结晶区与非结晶区的的晶体类型,发现两者在甜高粱和普通高粱中也存在一定的差异。进一步,通过高温凝胶排阻色谱(GPC)分析了淀粉的链长分布(CLD),多数品种的淀粉都可以分为3个峰(部分品种存在4个峰),其中峰1和2表示支链淀粉的短分支链(A和B链)和长分支链(长B链),峰3表示直链淀粉组份。发现峰1是淀粉中的主要组分,其含量在36.81%到76.02%之间,而峰2所占比重较少,在11.96%到27.22%之间。支链的分支度(峰1/峰2)在两类高粱品种间差异显著,从2.00%到3.96%都有分布。通过扫描电镜分析了淀粉粒的形态,发现甜高粱淀粉粒的外观相对光滑些,并且淀粉粒表面存在一些凹痕,而普通高粱淀粉粒尽管光滑但没有凹痕。淀粉粒径分析表明,不同类型高粱淀粉粒径分布差异较大,在13.35-15.67um之间,其中尽管甜高粱GL-6和GL-4的直链淀粉含量最低(6.71%和5.39%,),但是其淀粉粒径最大,分比为15.67和15.49um。3、参与高粱蛋白和淀粉合成关键基因序列多样性的初步分析。淀粉和蛋白质是谷物中作为粮食供应的重要组成成分。高粱中参与淀粉和蛋白质合成的一些关键基因已有报道。本研究分析了高粱中直接参与直链淀粉合成的关键基因Wx的序列多样性。发现在甜高粱和高粱见Wx基因存在一些差异,但是并没有检测到低直链淀粉含量Wx等位基因,但是发现一些品种如ARG和ZS在Wx位点是杂合状态的。此外,在Sh2,Bt2和O2基因中鉴定到了一些单碱基(SNPs)和插入缺失(InDels)的差异。同时,也发现一些品种如TAT,YT和T-1间的Gamma-kafrin基因存在明显的SNPs差异。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S514;S566.5
，

本文编号：2464252