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紫黑米的色素和营养成分研究综述


发展与对策 ? 综述

中国稻米

2006 年第 5 期

紫黑米的色素和营养成分研究综述
游月华
摘 要 : 本文概述了紫黑米的特种营养成分和色素 、 特种营 养性状以及种皮黑色素的遗传研究 。 同时 ,还对紫黑米稻的育种 研究进行了探讨 ,旨在为紫黑米稻育种提供参考 。 关键词 : 紫黑米 ;

色素 ; 营养成分

另外 , 有研究表明 , 紫黑米中核黄素 、 纤维素含量显著高 于白糙米 。还有人发现紫黑米中含有强心甙等药物成分 , 主 要存在于种皮中 。 综上所述 , 紫黑米具有良好的营养药用价值 , 是与其含 有较丰富的 Fe 等矿质元素和较高的蛋白质含量 , 尤其是第 一限制性氨基酸 — 赖氨酸含量较高分不开的
; 但不同品种 间差异较大 , 在我国丰富的黑米品种资源中 ( 已收集的就有
[8 ]

紫黑米稻 ( 也称紫米 、 黑米 、 黑米稻 、 紫色稻 、 黑米糯等) 作为一类特种稻 , 其特殊性在于米皮富集色素和含有丰富的 营养成分 。 随着人民生活水平的提高 ,加工业的发展 ,紫黑米 的消费量正在逐年增加 。与之相适应 , 一些农学家和谷物学 家对紫黑米的色素和营养成分的研究也日趋深入 。 本文就紫 黑米的特种营养及遗传研究 、 紫黑米的色素和种皮色素的遗 传特性等诸方面的研究现状作一综述 。 一、 紫黑米的特种营养 据贵州农学院 ( 1983) 对贵州省 17 个黑稻品种的分析 ,有
12 个黑稻品种的含 Fe 量比普通白米高 ,平均 100 g 黑米含 Fe

359 个) , 可能存在着某种或某几种物质含量差异的品种 。一

般认为 ,紫黑米的特种营养成分主要存在于米皮中 。 二、 紫黑米特种营养性状的遗传研究 张名位
[9 ]

( 1996) 以 7 个特种稻品种配制完全双列杂交 ,

通过配合力和稳定性分析后认为 , 紫黑米微量 Fe 、 、 含 Zn Mn 量同时受加性 、 非加性基因作用 , 其中 Fe 含量以非加性基因 控制为主 , Zn 和 Mn 含量以加性基因控制为主 , 三种元素含 量的遗传可能存在着细胞质作用 ; Fe 、 、 含量还明显地 Zn Mn 受环境的影响 ,表现基因型 × 环境的互作 。 此外 ,张名位还进 行了黑米品质性状的相关性研究 , 认为黑米的蛋白质 、 色素 、
Fe 、 、 、 的含量等 6 个营养品质性状分别与密度 、 Zn Mn P 粒长 、

量为 5. 44 mg ,其中一个品种更是高达 12. 88 mg [1 ] 。 裘凌沧等
( 1993) 通过对 252 份水稻品种 ( 白米 210 份 、 红米 33 份 、 紫米 9 份) 的 18 种矿质元素含量的分析 , 认为紫黑米的 Fe 、 、 、 Mn P B 、 o 等显著高于糙白米 , 而 Mg 、 、 则低于糙白米 ; 而且 M Ca Cu

长宽比表现正相关 , 与粒重 、 粒宽及直链淀粉含量表现负相 关 , 6 个营养品质性状中 , 仅 P 与蛋白质 、 色素 、 之间的遗 Zn 传相关性达正的极显著水平 。紫黑稻杂交组合的矿质元素
( Fe 、 、 、 ) 遗传 , 均表现为超显性 , 除受加性 、 Zn Mn P 显性作用

紫黑米的元素营养有效率皆高于精米 [2 ] 。刘宪虎等 ( 1995) 用 产地不同的 115 份水稻品种 ( 黑米 84 份 、 红米 8 份 、 白米 23 份) 作材料 ,分析其 Fe 、 、 、 含量 ,研究结果表明 ,不同种 Zn Ca Se 皮颜色的糙米间各元素含量的差异多数不显著 , 但含 Fe 量 较高的品种多为黑米 。 顾德法等 ( 1992) 也研究发现 ,紫黑米
[3 ]

外 ,还存在基因间的上位性效应 [10 ] 。 三、 紫黑米的色素 紫黑米的色素主要聚集在种皮或果皮中 , 属花色苷类化 合物 , 主要成分为矢车菊 - 3 - 葡萄糖苷 [11 ] 。又有文献记载 , 紫黑米色素属花青色素 , 主要成分为紫菀苷 , 湿生金丝桃素 和花青素鼠李葡糖苷 [12 ] 。 从紫黑米中提取的色素是一种天然 色素 , 光 、 热稳定性均较好 , 色价较高 , 适合于饮料 、 糖果 、 糕 点和肉食品等的着色 。 可见紫黑米色素是天然色素的重要来 源 。紫黑米色素不仅可作为食品染色剂 , 并且有多种保健功 能 , 它对过氧化氢有消除作用 , 还能够清除羟基自由基以及 清除超氧阴离子自由基的作用 [13 ] 。 花青素具有与 Ca 、 、 、 Mg Fe
Al 等金属元素络合的特性 , 这可能是紫黑米 Ca 、 、 等矿 Fe Mn

的 Fe 含量显著高于白粳糙米 , Mn 、 、 、 等含量也高于白 Zn P Ca 粳糙米 ; 但加工成精米后 , 除 Zn 比白粳米稍高外 , 其它矿质 元素差异不大 [4 ] 。 紫黑米含有较高的 Fe 是与其具有 “补血” 功 能相应的 ; 其它矿质元素含量品种间差异较大 , 是否存在拮 抗和协同作用 ,还不得而知 。 紫黑米蛋白质含量多数在 10 %以上 , 比普通白糙米平均 高 3 个百分点 [5 ] 。 高如蒿 ( 1984) 用洋县黑米 、 矮黑糯和 3 个普 通稻品种为材料 , 进行蛋白质 、 各种氨基酸含量的分析 , 结果 表明 , 两种黑米蛋白质含量均显著高于普通白糙米 , 氨基酸 含量除甘氨酸和缬氨酸外均显著高于普通白糙米 , 其中赖氨 酸含量尤为突出 , 比普通糙米高 3. 0~ 3. 5 倍 [6 ] 。朱智伟等分 析了不同色泽稻米的蛋白质情况 , 结果发现 , 不同色泽稻米 中 ( 均为糙米) , 紫黑米的蛋白质品质最好 , 其氨基酸配比最 好 , 特别是赖氨酸和苏氨酸的含量明显高于其它色泽的稻 米 , 组氨酸的含量也相对较高 ; 但不同品种间蛋白质组成变 化较大 [7 ] 。

质元素含量高于普通白糙米的原因 [4 ] 。 四、 紫黑米种皮色素的遗传特性 关于紫黑米稻种皮色素的遗传 , 虽然已有若干详尽的报 作者单位 : 福建省龙岩市农科所 ,龙岩 364000 。 收稿日期 :2006 - 08 - 02

? ? 7

游月华 : 紫黑米的色素和营养成分研究综述

中国稻米
代材料的选择压力 ,从中选出抗病株系 。
参考文献

2006 年第 5 期

道 , 但由于供试材料遗传结构的差异和颜色划分标准的不 同 ,结论很不一致 。 有人认为种皮色素受一对显性基因控制 , 也有人认为由两对独立遗传的显性互补基因控制 , 还有人认 为由三对基因控制属数量性状遗传等等 ,不一而足 。 李铮发 ( 1990) 用元江紫黑米与红米或白米杂交得出色素 遗传为不完全显性的结论 。 颜克久 ( 1992) 用毫干 、 红河紫米与
IR22 , IR29 杂交 ,对 F 1 、 2 、 3 进行遗传研究表明 ,种皮黑色主 F F

要受一对显性基因控制 , 在主效基因处到纯合状态时 , 1~ 2 对微效基因起修饰作用 [14 ] 。伍时照等 ( 1988) 用陕西黑糯 、 矮 紫占分别与两个无黑色素品种马坝香糯 、 早香 17 杂交 , F 1 籽 粒种皮表现黑紫色 , F 2 黑紫色 ∶ 无色 = 9 ∶ , 由此得出结论 , 7 种皮色素由两对独立遗传的互补基因控制 [15 ] 。 顾信媛等 ( 1990) 用黑色种皮的水稻品种与白色种皮的杂 交 , 全部组合 F 1 的颜色均为双亲的中间类型 , F 2 出现上微黑 到深黑及白色 7 个表现型等级 , 分离比例为 1 ∶ ∶ ∶ ∶ 6 15 20
15 ∶ ∶ , 据此得出结论 , 种皮色素受三对基因控制 , 色素基 6 1

因具有剂量效应 ,属数量性状遗传 [16 ] 。 张名位等 ( 1995) 采用 3 个黑米稻品种与 1 个白米稻品种配制 6 个杂交组合 , 并用测 定种皮色素含量的方法来划分颜色等级 , 发现所有组合 F 2 群体的色素含量的平均值介于双亲之间 , 由此得出结论 , 种 皮颜色表现为多基因控制的数量性状遗传 , 基因作用符合加 性 - 显性模型 , 米皮深黑米对浅黑色 、黑色对白色为显性
[17 ]

。石邦志等 ( 2002) 对紫香稻的研究表明 , 米色性状为数量 故此可以推断 , 紫黑米资源其色素基因随品种不同而较

性状 ,至少受两对以上显性基因控制 ,表现有剂量效应 [18 ] 。 大的差异 , 种皮颜色这一性状与多种基因有关 , 品种不同 , 控 制种皮色素的基因型也不尽相同 。 五、 紫黑米的育种研究
1. 正确选配亲本

首先必须选用一个黑米色素含量高 、 种皮颜色乌黑的紫 黑米品种作亲本 , 可选用产量高 、 抗性强的白米品种作另一 亲本 。 由于紫黑米的色素和营养品质与直链淀粉含量呈负相 关 [9 ] , 因此双亲之一至少要有一个低 AC 或中等 AC 类型的品 种 ; 对黑米糊化温度和胶稠度的遗传研究表明 , 宜选择中等 糊化温度 、 中等或软胶稠度的材料作母本 杂交后代中出现较理想的个体 。
2. 采用有效的育种方法
[19 ]

1 朱文适 . 贵州黑稻米的主要营养成分 . 贵州农学院丛刊 , 1983 , ( 1) :97~101 2 裘凌沧 , 等 . 有色米及白米矿质元素营养特征 . 中国水稻科学 , 1993 ,7( 2) :95~100 3 刘宪虎 ,等 . 我国不同地区稻种资源的铁 、 、 、 锌 钙 硒四种元素的含 量初析 . 北京农业大学学报 ,1995 ,21( 2) :138~142 4 顾德法 ,徐美玉 . 紫黑糯米特种营养研究 . 中国农业科学 ,1992 ,25 ( 5) :36~41 5 雷永烨 . 黑稻的开发利用价值 . 上海农学院学报 , 1988 , 6 ( 4) : 325~328 6 高如嵩 . 陕西黑米的主要营养成分及利用价值 . 西北农学院学 报 ,1984 , ( 1) :97 7 朱智伟 , 等 . 不同类型稻米的蛋白质营养价值 . 中国水稻科学 , 1991 ,5( 4) :157~162 8 李双盛 ,等 . 岩紫糯的选育与应用 . 福建稻麦科技 ,1995 , ( 1) :44~ 46 9 张名位 , 等 . 黑米品质性状的相关性研究 . 广东农业科学 ,1993 , ( 5) :32~35 10 应存山主编 . 中国优异稻种资源 . 北京 ,中国农业出版社 ,1997 , 59~60 11 傅翠真 , 等 . 黑糯米药用有效成分的初步研究 . 中国水稻科学 , 1991 ,5( 2) :72 12 蔺定运 . 食用色素的识别应用 . 北京 : 中国食品出版社 , 1987. 69~78 ,102~131 13 周 云 , 张守文 .“特种稻米” 功能特性及其开发利用 . 粮食与油 脂 ,2002 , ( 7) :36~38 14 颜克久 . 紫糯与糯稻的遗传规律研究 . 中国特种稻学术研讨会 论文选 . 上海 : 上海科技教育出版社 15 伍时照 ,黄超武 . 水稻品种籽粒种皮色素的遗传初报 . 广东农业 科学 ,1988 , ( 3) :5~6 16 顾信媛 ,黄超武 . 稻米黑色种皮的遗传分析 . 谷类作物品质性状 遗传研究进展 . 南京 : 江苏科学技术出版社 ,1990. 113~117 17 张名位 ,等 . 黑米稻种皮色素含量的遗传效应分析 . 中国水稻科 学 ,1995 ,9( 3) :149~155 18 石邦志 . 贵州紫香稻紫色性状的遗传规律及其在育种中的应用 初探 . 种子 ,2002 , ( 2) :29~30 19 张名位 ,等 . 籼型黑米糊化温度和胶稠度的的遗传效应研究 . 作 物学报 ,2001 ,27( 6) :869~874 20 李双盛 ,等 . 紫黑糯稻新品种 “岩紫糯” 的产量构成及特种营养研 究 . 江西农业学报 ,2004 , ( 1) :25~28

, 这样才能保证

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采取复合杂交 、 轮回选择的育种方法 , 以积累更多与营 养品质和黑色素含量有关的累加基因 , 达到深黑色种皮与高 营养品质结合的目的 。 李双盛采用此育种方法选育出种皮颜 色黑 、 营养品质高 、 产量较高的紫黑糯品种 —— — 岩紫糯 [20 ] 。
3. 明确的后代选择目标

芙蓉区马坡岭 《杂交水稻》 杂志社或信汇至长沙市农行马 坡岭支行湖南省农业科学院 ,账号 035801040000341 ,邮编
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由于紫黑米的色素和营养品质与粒长 、 长宽比 、 籽粒密 度呈正相关 , 与粒宽呈负相关
[9 ]

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, 因而在后代选择上 , 应筛选

粒形中等且细长 , 籽粒密度高的材料 , 可望改善紫黑米的品 质性状 。 紫黑米品种抗性普遍较差 ,因而在病区种植 ,加大后

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