高直鏈淀粉轉(zhuǎn)基因水稻和不同糯稻品種稻米的淀粉結(jié)構(gòu)及其功能特性研究.pdf

1、直鏈淀粉含量的高低是決定稻米品質(zhì)及其用途的重要因素。通過(guò)對(duì)水稻胚乳中淀粉合成相關(guān)基因表達(dá)的調(diào)控，可改變稻米中的直鏈淀粉含量，進(jìn)而選育優(yōu)質(zhì)或特用水稻新品種。為培育具高直鏈淀粉、高抗性淀粉含量的水稻新品種，本實(shí)驗(yàn)室在前期研究中構(gòu)建了可同時(shí)抑制淀粉分支酶Ⅰ(SBEⅠ，或SBE1)和淀粉分支酶Ⅱ b(SBEⅡb，或SBE3)表達(dá)的雙反義表達(dá)載體，通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)將雙反義Sbe基因?qū)肓硕i稻品種特青中。本研究的主要內(nèi)容即是在此基礎(chǔ)上，選育了含目的轉(zhuǎn)

2、基因、具有高直鏈淀粉與抗性淀粉含量的穩(wěn)定轉(zhuǎn)基因水稻新品系；采用現(xiàn)代儀器分析等技術(shù)，較為詳細(xì)地研究了高直鏈淀粉轉(zhuǎn)基因水稻中淀粉的理化特性、精細(xì)結(jié)構(gòu)及其營(yíng)養(yǎng)功能特性。除直鏈淀粉外，支鏈淀粉的結(jié)構(gòu)也是影響稻米食味的另一重要因素。本研究還以3個(gè)具有不同食味品質(zhì)和粘滯特性的糯稻品種為材料，研究了不同處理對(duì)稻米粘滯性的影響，以期進(jìn)一步探討米粉粘滯特性與淀粉粘滯特性之間的關(guān)系。同時(shí)，還分別測(cè)定了3個(gè)糯稻淀粉的精細(xì)結(jié)構(gòu)，為揭示稻
　　 米粘滯特

3、性與淀粉精細(xì)結(jié)構(gòu)間的關(guān)系提供依據(jù)。主要研究結(jié)果如下：
　　 1、高直鏈淀粉轉(zhuǎn)基因水稻新品系的選育與分子鑒定。利用已獲得的特青來(lái)源的轉(zhuǎn)雙反義Sbe基因材料，經(jīng)PCR篩選鑒定，從其自交后代中選育到了多個(gè)純合轉(zhuǎn)基因系。分子鑒定結(jié)果顯示，多數(shù)轉(zhuǎn)基因水稻植株中整合有1～3個(gè)拷貝外源基因；轉(zhuǎn)基因純合系胚乳中SBE1和SBE3的表達(dá)量均明顯低于未轉(zhuǎn)化對(duì)照，而淀粉粒結(jié)合淀粉合成酶(GBSS)的表達(dá)不受影響；轉(zhuǎn)雙反義Sbe基因種子表觀直鏈淀粉含量

4、較未轉(zhuǎn)化對(duì)照有明顯的提高，用碘染色法測(cè)得最高的達(dá)45％左右，比未轉(zhuǎn)化對(duì)照(22％)提高了一倍以上；導(dǎo)入雙反義Sbe基因所引起的高直鏈淀粉含量性狀能在轉(zhuǎn)基因水稻中穩(wěn)定傳遞。
　　 2、高直鏈淀粉轉(zhuǎn)基因稻米的淀粉組成與結(jié)構(gòu)特性。以選育的2個(gè)高直鏈淀粉含量轉(zhuǎn)基因水稻新品系及其未轉(zhuǎn)化對(duì)照為對(duì)象，從籽粒形態(tài)、淀粉形態(tài)、組成、晶體特性、粘性等理化特性、以及淀粉精細(xì)結(jié)構(gòu)等方面比較轉(zhuǎn)基因稻米與其親本間的差異。研究結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因水稻種子中兩個(gè)內(nèi)

5、源分支酶表達(dá)受抑制和表觀直鏈淀粉含量提高后：(1)抗性淀粉含量極顯著增加，與未轉(zhuǎn)化對(duì)照相比，平均增幅為14.5倍，蛋白質(zhì)含量等其它組分也有不同程度的改變，但變幅不大；(2)轉(zhuǎn)基因籽粒表現(xiàn)皺縮、糙米外觀發(fā)黃、堊白增大、粒重下降；(3)籽粒發(fā)育過(guò)程中，轉(zhuǎn)基因稻米及其對(duì)照胚乳干重增殖均呈“S”型曲線變化，花后第8天為轉(zhuǎn)基因稻米及其對(duì)照粒重產(chǎn)生差異的一個(gè)重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)；(4)轉(zhuǎn)基因水稻籽粒內(nèi)部空隙增多，淀粉粒形態(tài)不規(guī)則、多數(shù)呈圓形和卵圓形，淀粉粒間

6、排布不緊密；(5)轉(zhuǎn)基因稻米淀粉的晶體類型仍然表現(xiàn)為與親本一致的A型，但結(jié)晶度降低；(6)轉(zhuǎn)基因稻米淀粉中含有較多的中長(zhǎng)鏈；(7)轉(zhuǎn)基因稻米的抗溶解和抗糊化特性明顯增強(qiáng)。
　　 3、高直鏈淀粉轉(zhuǎn)基因稻米的功能特性。通過(guò)體內(nèi)和體外兩種方法分析高抗性淀粉稻米的營(yíng)養(yǎng)功能特性，結(jié)果顯示：(1)轉(zhuǎn)基因稻米淀粉和米粉中的總纖維含量分別為9.30％和15.21％，相比較對(duì)照分別增加了1.2倍和4.5倍，達(dá)到極顯著水平；(2)轉(zhuǎn)基因稻米粉及其純

7、化淀粉中的慢速消化淀粉組分極顯著下降，而快速消化淀粉組分和抗性淀粉組分極顯著上升；(3)與飼喂未轉(zhuǎn)化對(duì)照大米相比較，進(jìn)食高直鏈淀粉轉(zhuǎn)基因稻米飼料的大鼠，其體重增長(zhǎng)較慢，排泄物短鏈脂肪酸含量極顯著提高，糞便的pH值減低、糞便排泄量增加。
　　 4、具不同粘滯特性糯稻品種淀粉精細(xì)結(jié)構(gòu)和理化特性的比較。以3個(gè)具有不同食味品質(zhì)和粘滯特性的糯稻品種(揚(yáng)輻糯4號(hào)、廣陵香糯和蘇御糯)為試材，借助淀粉粘度測(cè)定儀、差示掃描量熱儀和凝膠色譜儀等，詳

8、細(xì)比較了3個(gè)糯稻米粉及其純化淀粉的淀粉精細(xì)結(jié)構(gòu)和理化特性，研究結(jié)果顯示：(1)3個(gè)糯稻品種米粉的粘滯特性有很大差異，峰值粘度表現(xiàn)為：揚(yáng)輻糯4號(hào)＞廣陵香糯＞蘇御糯；(2)α-淀粉酶活性對(duì)米粉的峰值粘度具有抑制作用，而蛋白中的二硫鍵形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)于米粉的峰值粘度具有促進(jìn)作用；糯稻米粉中的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和α-淀粉酶活性的差異是致使其米粉和淀粉粘滯特性之間產(chǎn)生差異的主要原因；(3)揚(yáng)輻糯4號(hào)淀粉具有較多的A+B1鏈、較長(zhǎng)的平均鏈長(zhǎng)和外側(cè)鏈長(zhǎng)，容易