第50卷 第11期

Vol.50 No.11

2023

广东省农业科学院

华 南 农 业 大 学

主办 11

ISSN 1004-874X

CN 44-1267/S

CODEN GNKUBW

中 国 科 技 核 心 期 刊

RCCSE中国核心学术期刊（A-）

荷兰Elsevier文摘与引文数据库（Scopus）

瑞典开放存取期刊目录（DOAJ）

英国食品科技文摘（FSTA）

英国动物学记录（ZR）

美国艾博思科数据库（EBSCO）

集聚湾区农科智慧　合作共享科技创新

——2023年大湾区（广东）农业科技论坛顺利召开

11月15—16日，2023年大湾区（广东）农业

科技论坛在广州顺利召开。论坛由中国农业科学

院、中国农学会、广东省科学技术厅、广东省农

业农村厅指导，我院和华南农业大学、仲恺农业

工程学院、广西壮族自治区农业科学院、海南省

农业科学院、云南省农业科学院主办。来自丹

麦、泰国、哥斯达黎加、日本等16个国家和国际

组织，香港中文大学、香港浸会大学等省内外71

个科研院校的知名专家学者近500人参加论坛。

论坛指出，当前，广东正认真贯彻落实习近平总书记视察广东重要讲话、重要指示精神，按照

省委“1310”具体部署，大力推进“百县千镇万村高质量发展工程”、高水平科技自立自强等重点

工作，积极“请进来”“走出去”开展交流合作，扎实推动高质量发展，奋力在推进中国式现代化

建设中走在前列。广东将和各与会国家和地区、兄弟省份携手努力，持续深化大湾区农业科技创新

合作，让更多农业科技成果造福于民。

此次论坛为期2天，以“集聚湾区农科智慧，

合作共享科技创新”为主题，举办1场开幕式、1

个主论坛、4个分论坛、2天成果展。共邀请来自

14个国家、40家单位的专家作主旨分享及交流，

探讨全球农业科技创新前沿话题，分享农业科技

产学研合作及成果转化经验、共享最新农业科技

成果，共话全球农业科技创新协同和可持续发

展，培育全球农业发展新动能。

此次论坛主要围绕四大方向展开：一是权威解读大湾区农业科技创新政策，汇聚最新农业科研

前沿热点；二是对话国内外农业科技领域专家，分享成果、推进科技合作，共商协同发展新路径；

三是聚焦种业创新，围绕动植物种质资源创新、基因挖掘等生物育种前沿领域深度交流，推动生物

育种技术产业化发展；四是关注农业可持续发展、可再生能源利用、保护性耕作、提高能效、低碳

排放，共同探索低碳农业发展方向。

论坛现场设置大湾区（广东）农业科技成果展示专区，展示最新农业科研成果，推动农业科技

成果交流与转化。

（来源：广东省农业科学院网站）

广东农业科学

GUANGDONG NONGYE KEXUE 2023 年 11 月 第 50 卷 第 11 期

（月 刊）

目 次

期刊基本参数：CN44-1267/S*1965*m*A4*174*zh*P*¥30.00*1000*17*2023-11

●特约综述

香蕉抗性淀粉研究进展……………………………… 苗红霞，孙佩光，金志强，贾彩红，张建斌，刘菊华（1）

●优秀青年学者论坛

猪源罗伊氏乳杆菌 LR1 对断奶仔猪肠黏膜细胞外基质动态变化的影响

…………………………………… 易宏波，刘春艳，韦洋洋，杨雪芬，黄艳娜，吴绮雯，王 丽，蒋宗勇（17）

●作物栽培·遗传育种

水稻永久温敏核不育遗传特性浅析…………………………………… 江建华，张 瑛，党小景，王德正（29）

●专题： 辣椒遗传育种与栽培生理

中国辣椒 AAT 基因家族的鉴定及表达分析

…………………………………… 衡 周，叶 楚，方健敏，杨 静，徐小万，徐晓美，李 涛，王恒明（40）

辣椒 CMB1 基因克隆与表达分析

……………………………………………… 张明先，张芮豪，李平平，吴 睿，周慧丹，邓明华，吕俊恒（50）

基于 SSR 分子标记的‘汇丰 2 号’辣椒杂交种子纯度和真实性鉴定

……………………………………………… 赵 威，徐晓美，徐小万，衡 周，王恒明，陈金金，吴智明（59）

四川不同产区二荆条辣椒农艺性状及品质分析

……………………………………………… 许 艺，巩雪峰，陈 鑫，陈 琼，侯思皓，李 红，宋占锋（66）

连续红、蓝光照对辣椒幼苗生长及生理特性的影响

………………………………………………………… 周 瑶，毛莲珍，孙 颖，沈逸雨，邬伟盛，刘周斌（78）

主管 ： 广东省农业科学院

主办 ： 广东省农业科学院

华南农业大学

协办 ： 广州市农业科学研究院

广州花卉研究中心

深圳市农业科技促进中心

张 华 广州市农业科学研究院 院长 研究员

周晓云 广州花卉研究中心 副主任（主持工作） 正高级农艺师

李志强 深圳市农业科技促进中心 副主任 正高级农艺师

特邀编委 ：

马尾藻有机肥发酵工艺优化及其对辣椒抗寒性的影响

………………………………………………………… 高成萌，高王宇，朱 军，邹潇潇，孙冬梅，鲍时翔（89）

园艺作物香气成分及合成调控机理的研究进展

…………………………………… 叶 楚，谢炳春，李 涛，徐小万，徐晓美，王恒明，吴智明，衡 周（98）

●畜牧兽医·水产养殖

大白猪多群体一步法基因组选择的应用效果分析

………………………………………………卢宇金，黄 珍，许华钊，石少磊，周 洁，张 哲，谢水华（113）

两广小花猪 VRTN 基因突变鉴定及其对胴体与肉质性状影响分析

……………………………………………………… 姜维伦，曾检华，宋德清，刘小红，陈瑶生，何祖勇（123）

鸡青黄脚和白色羽性状分子选育研究

…………………………………… 柴学文，贡继尚，崔芳芳，康昭风，武艳平，周 敏，孙雪梅，许继国（132）

基于线粒体 D-loop 区序列的 4 个黄尾鲴养殖群体遗传多样性分析

......................................................... 刘士力，陈大伟，郑建波，程 顺，蒋文枰，迟美丽，夏冯博，李 飞（139）

●贮藏加工·质量安全

响应面法和 BP 神经网络在烟叶拉力测定中的应用

…………………………………… 关罗浩，战 磊，张 玺，饶宇宁，刘秋红，高 攀，刘建书，刘程炜（146）

●信息技术·农业经济

粤港澳大湾区内地九市水产产业发展现状、问题与对策研究

……………………………………………………… 高卓君，江 顺，黄红星，金青婷，王靖杰，卢泓雨（155）

环境规制、技术创新与中国农业能源效率联动效应研究 ………………………文钰晖，余扬眉，涂涛涛（165）

GUANGDONG AGRICULTURAL SCIENCES

（Monthly）

Vol. 50 No. 11 Nov. 2023

MAIN CONTENTS

● Invited Review

Research Progress of Banana Resistant Starch

.................................. MIAO Hongxia, SUN Peiguang, JIN Zhiqiang, JIA Caihong, ZHANG Jianbin, LIU Juhua（1）

● Excellent Young Scholar Forum

Effect of Porcine Lactobacillus reuteri LR1 on Dynamic Changes of Extracellular Matrix in the Intestinal Mucosa

of Weaned Piglets ..........................................................................................................................YI Hongbo,

LIU Chunyan,WEI Yangyang, YANG Xuefen, HUANG Yanna, WU Qiwen, WANG Li, JIANG Zongyong（17）

● Crop Cultivation·Genetic Breeding

Genetic Characteristics of Permanent Thermo-sensitive Genic Male Sterility in Rice

...................................................................JIANG Jianhua, ZHANG Ying, DANG Xiaojing, WANG Dezheng（29）

● Special Subject: Pepper Genetic Breeding and Cultivation Physiology

Identification and Expression Analysis of the AAT Gene Family in Chinese Pepper

......HENG Zhou, YE Chu, FANG Jianmin, YANG Jing, XU Xiaowan, XU Xiaomei, LI Tao, WANG Hengming（40）

Cloning and Expression Analysis of CMB1 Gene in Pepper

.... ZHANG Mingxian, ZHANG Ruihao, LI Pingping, WU Rui, ZHOU Huidan, DENG Minghua, LYU Junheng（50）

Identification of Purity and Authenticity of Hybrid Seeds of ‘Huifeng 2’ Pepper Based on SSR Molecular Markers

..............ZHAO Wei, XU Xiaomei, XU Xiaowan, HENG Zhou, WANG Hengming, CHEN Jinjin, WU Zhiming（59）

Analysis on Agronomic Characters and Quality of Erjingtiao Varieties in Different Production Areas of Sichuan

..............................XU Yi, GONG Xuefeng, CHEN Xin, CHEN Qiong, HOU Sihao, LI Hong, SONG Zhanfeng（66）

Effects of Continuous Red and Blue Light on Growth and Physiological Characteristics of Pepper Seedlings

..........................................ZHOU Yao, MAO Lianzhen, SUN Ying, SHEN Yiyu, WU Weisheng, LIU Zhoubin（78）

本刊声明：本刊已许可中国学术期刊全文数据库、万方数据 - 数字化期刊群、中文科技期刊数据库、超星数字图书馆

等国内外数据库以及博看网，以数字化方式复制、汇编、发行、信息网络传播本刊全文。作者向本刊提交文章发表的行为即

视为同意我刊上述声明。

Optimization of Solid-state Fermentation Process for Sargassum Organic Fertilizer and Its Effect on Cold Resistance

of Peppers ...............GAO Chengmeng, GAO Wangyu, ZHU Jun, ZOU Xiaoxiao, SUN Dongmei, BAO Shixiang（89）

Progress on Aroma Components and Synthetic Regulation Mechanism of Horticultural Plants

.....YE Chu, XIE Bingchun, LI Tao, XU Xiaowan, XU Xiaomei, WANG Hengming, WU Zhiming, HENG Zhou（98）

● Animal Husbandry & Veterinary·Aquaculture

Application Effect Analysis of Single-step Genomic Selection in Multi-population of Yorkshire Pig

.........................LU Yujin, HUANG Zhen, XU Huazhao, SHI Shaolei, ZHOU Jie, ZHANG Zhe, XIE Shuihua（113）

Identification of VRTN Gene Mutation in Liang Guang Small Spotted Pigs and Analysis of Its Effects on Carcass

and Meat Quality Traits

........................JIANG Weilun, ZENG Jianhua, SONG Deqing, LIU Xiaohong, CHEN Yaosheng, HE Zuyong（123）

Molecular Marker-Assisted Selection of Green Shank and White Feather Traits in Chickens

.............................................................................................................................................. CHAI Xuewen,

GONG Jishang, CUI Fangfang, KANG Zhaofeng, WU Yanping, ZHOU Min, SUN Xuemei, XU Jiguo（132）

Genetic Diversity Analysis of Four Cultured Xenocypris davidi Populations Based on Mitochondrial D-loop Sequences

... LIU Shili, CHEN Dawei, ZHENG Jianbo, CHENG Shun, JIANG Wenping, CHI Meili, XIA Fengbo, LI Fei（139）

● Storage & Processing·Quality Safety

Application of Response Surface Method and BP Neural Network in the Determination of Tobacco Leaves Tensile Force

...GUAN Luohao, ZHAN Lei, ZHANG Xi, RAO Yuning, LIU Qiuhong, GAO Pan, LIU Jianshu, LIU Chengwei（146）

● Information Technology·Agricultural Economy

Study on the Status, Problems and Suggestions of the Development of Aquatic Product Industry in Nine Mainland

Cities of the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

...........................GAO Zhuojun, JIANG Shun, HUANG Hongxing, JIN Qingting, WANG Jingjie, LU Hongyu（155）

Research on the Linkage Effect of Environmental Regulation, Technological Innovation and Agricultural Energy

Efficiency in China ............................................................................ WEN Yuhui, YU Yangmei, TU Taotao（165）

收稿日期：2023-09-07

基金项目：国家自然科学基金面上项目（32172545）；海南省自然科学基金高层次人才项目（321RC636）；中

央级公益性科研院所基本科研业务费专项“揭榜挂帅”项目（1630052022007）；国家现代农业（香蕉）产业技术体

系品种改良岗位科学家项目（CARS-31-03）；热带作物生物育种全国重点实验室项目（NKLTCB202301）和中国热

带农业科学院“热科优青”人才项目

作者简介：苗红霞（1982—），女，博士，研究员，研究方向为果实品质形成与调控机理，E-mail：miaohongxia

@itbb.org.cn

通信作者：刘菊华（1970—），女，博士，研究员，研究方向为香蕉遗传改良，E-mail：liujuhua@itbb.org.cn

广东农业科学 2023，50（11）：1-16

Guangdong Agricultural Sciences DOI:10.16768/j.issn.1004-874X.2023.11.001

苗红霞，孙佩光，金志强，贾彩红，张建斌，刘菊华 . 香蕉抗性淀粉研究进展［J］. 广东农业科学，2023，50（11）：1-16.

香蕉抗性淀粉研究进展

苗红霞1,2，孙佩光 1,2，金志强 1,2，贾彩红 1,2，张建斌 1,2，刘菊华 1,2

（1. 热带作物生物育种全国重点实验室 / 中国热带农业科学院热带生物技术研究所，

海南 海口 571101；2. 中国热带农业科学院三亚研究院，海南 三亚 572025）

摘 要：抗性淀粉（Resistant starch, RS）是指在 120 min 内不能被健康人体小肠消化和吸收、但在大肠中能

够被发酵的淀粉及其淀粉降解物的总称，具有预防糖尿病、改善肠道微环境、降血糖、降血脂和减肥等多种保

健作用，引起农业、食品和医药等领域学者的极大兴趣，已成为作物营养品质改良、健康食品研发的热点内容

之一。依据其化学结构、来源和性质不同，RS 共分为 RS1

、RS2

、RS3

、RS4 和 RS5 等 5 种类型。香蕉是世界贸易

量最大水果和世界第四大粮食作物，为全球 20 亿人口碳水化合物来源。香蕉 RS 属于 RS2 类型，是唯一被美国

食品和药物管理局确定为膳食纤维的 RS。青香蕉果实富含 RS （>40%），远高于水稻（＜ 3%）、小麦（＜ 3.5%）

和高直链淀粉玉米（＜ 22.4%）等作物，是功能性食物的直接来源。自 1982 年英国生理学家 Englyst 首次发现并

命名 RS 以来，香蕉在 RS 颗粒形态特征、加工处理条件与络合反应对 RS 颗粒形态特征变化影响、积累和降解

特点与果实品质形成关系、制备方法及食品加工中的应用等方面均取得了较大进展。但与水稻等作物相比，在

涉及香蕉 RS 合成核心基因挖掘、转录因子调控核心基因表达影响 RS 合成分子机制、功能鉴定及分子育种等方

面的研究明显滞后。本文对 1982 年以来香蕉 RS 在细胞学、生理生化、食品加工、分子生物学等方面工作进展

进行了回顾和展望。

关键词：香蕉；抗性淀粉；结构特征；积累特点；分子育种

中图分类号：S667；Q944.5 文献标志码：A 文章编号：1004-874X（2023）11-0001-16

特约综述

苗红霞，博士，中国热带农业科学院热带生物技术研究所研究员，香（大）蕉研究室副主任，

主要从事果实品质形成与调控机理研究。主持国家自然科学基金面上项目和青年基金、国家

公派留学基金等项目 10 余项，以第一或通信作者（含共同）在《Nature Plants》《Horticulture

Research》《Journal of Integrative Plant Biology》等期刊发表 SCI 论文 22 篇；获授权国家发明专

利 11 件、新品种权 1 件；获神农中华农业科技奖优秀创新团队奖 1 项、海南省自然科学奖一等

奖 1 项；入选首批海南省高层次人才、三亚崖州湾科技城 D 类人才和中国热带农业科学院“优

青计划”；兼任《Fruit Research》《广东农业科学》等期刊青年编委。

2

淀粉是植物和藻类所特有的一种由葡萄糖组

成的天然高分子聚合物［1］，是食物中碳水化合

物的主要来源，也是重要饲料组分和工业原料。

全球每生产近 20 亿 t 粮食，其中有 12 亿 ~14 亿 t

是淀粉［2］。淀粉以颗粒形式存在于质体，如光合

组织的叶绿体或块茎、胚乳及块根等贮藏器官的

淀粉体［3-4］；且叶片中合成的淀粉称为暂时性淀

粉，种子、果实或块茎中合成的淀粉称为贮藏性

淀粉［5］。根据人体对淀粉消化吸收方式不同，分

为可消化淀粉、慢消化淀粉和抗消化淀粉［6-7］，

其中抗消化淀粉又称为抗性淀粉（Resistant starch,

RS）。RS 由英国生理学家 Englyst 于 1982 年在体

外环境对非淀粉多糖进行酶解实验中首次发现并

命名［8］，是指 120 min 内不能被健康人体小肠所

消化和吸收、但却能在大肠中发酵的淀粉及其淀

粉降解物的总称［9］。依据其化学结构、来源和性

质不同，RS 共分为 5 种类型：RS1

（物理包埋淀

粉，Physically trapped starch）［7,10-11］、RS2

（抗性

颗 粒 淀 粉，Resistant starch granules）［12-13］、RS3

（回生淀粉，Retrograded starch）［14-15］、RS4

（化

学 改 性 淀 粉，Chemical modified starch）［14,16-20］

和 RS5

（直链淀粉 - 脂质复合物，Amylose-lipid

complexes）［21-24］。

香 蕉（Musa spp.） 是 世 界 第 四 大 粮 食 作

物， 约 有 135 个 国 家 或 地 区 种 植， 是 全 球 近

20 亿人口碳水化合物来源［25］。香蕉是含天然

RS 最高的作物之一，采收期果实中 RS 含量为

40%~50%［26］，远高于水稻（<3%）、小麦（＜ 3.5%）、

高直连淀粉玉米（＜ 22.4%）和大麦（＜ 15%）

等作物［26-28］。鉴于此，一方面，香蕉可作为功

能性食物的直接来源，也可作为健康食品研发的

原材料；另一方面，香蕉是研究高 RS 形成分子

机制的理想材料，且香蕉 A 和 B 全基因组测序

完成也为其研究提供了大数据平台。本文综述了

Research Progress of Banana Resistant Starch

MIAO Hongxia1,2, SUN Peiguang1,2, JIN Zhiqiang1,2, JIA Caihong1,2, ZHANG Jianbin1,2, LIU Juhua1,2

（1. National Key Laboratory of Tropical Crop Biological Breeding / Institute of Tropical Bioscience and

Biotechnology, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou 571101, China;

2. Sanya Research Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Sanya 572025, China）

Abstract: Resistant starch (RS) is defined as the total amount of starch and the products of starch degradation that resists

digestion and absorption in the small intestine of the healthy human body within 120 min, but it can be fermented in the large

intestine. It provides many health benefits for humans, such as preventing diabetes, improving the intestinal microenvironment,

reducing blood sugar, blood fat and weight, thus sparking great interest of scholars in multiple fields such as agriculture,

food and medicine. RS has become one of the hot topics in crop nutrition quality improvement and healthy food research.

According to the different chemical structures, sources and properties, RS can be divided into five types: RS1

, RS2

, RS3

, RS4

and RS5

. Banana is the world’s largest traded fruit, the fourth largest food crop, and a source of carbohydrates for two billion

people worldwide. Banana RS belongs to the RS2

type and is the only RS identified as dietary fiber by the US Food and Drug

Administration. Banana fruit is rich in RS, with a content of over 40% in unripen fruit, which is much higher than that in rice (<

3.0%), wheat (< 3.5%), high amylose corn (< 22.4%) and other crops. Banana is a direct source of functional food. Since British

physiologist Englyst first discovered and named RS in 1982, significant progresses have been made in bananas in terms of the

morphological characteristics of RS granules, effects of processing conditions and complexation reaction on the morphological

characteristics of RS granules, the relationship between accumulation and degradation characteristics and fruit quality,

preparation methods and applications in food processing. However, compared to cereal crops like rice, studies on the core genes

involved in RS synthesis, regulation mechanisms of transcription factors for the core genes expression influencing RS synthesis,

functional identification, and molecular breeding in banana are significantly lagging behind. The previous work on the cytology,

physiology and biochemistry, food processing, molecular biology of banana RS since 1982 is reviewed, and prospect for future

work is put forward.

Key words: banana; resistant starch; structure characteristics; accumulation feature; molecular breeding

3

1982 年以来在香蕉 RS 的类型及其消化特性、淀

粉颗粒形态特征及其影响因素、RS 积累和降解特

点及其对果实品质形成的影响、RS 合成相关基因

研究、香蕉 RS 制备方法及其在食品加工应用等

方面取得的进展，以期为香蕉 RS 前沿基础研究、

开发和综合利用奠定基础。

1 香蕉抗性淀粉类型及其消化特性

RS 包括 RS1

~RS5 5 种类型，且不同类型 RS

理化特征存在较大差异，导致其消化特性、用途

或应用领域存在明显不同，为个性化设计不同 RS

类型、精准调控糖脂代谢和维护人体健康提供依

据。（1）RS1 具有完整的细胞壁结构［10］，可通

过充分研磨和咀嚼来促进 RS1 被人体小肠消化吸

收，从而被人体食用；（2）RS2 属于天然淀粉颗粒，

具有特殊结晶结构，可直接鲜食（如香蕉），避

免加工过程中对 RS2 结构破坏［12-13］；（3）RS3

因其颗粒结构紧密、热稳定型性好等特点，在热

加工食品中能够保持稳定，可作为添加剂和膳食

纤维添加至油炸食品、面包等食品中，从而改善

食品脆性、口感等品质，在食品工业中具有广泛

应用前景［18-19］；（4）RS4 是通过与化学试剂交

联、醚化或酯化反应引入新的化学官能团至淀粉

分子内部，使分子结构发生改变而产生酶抗性的

改性淀粉［14,16］；（5）RS5 是在外界条件作用下，

直链淀粉形成左手螺旋空腔结构、脂质进入直链

淀粉的螺旋空腔发生不同程度的耦合，形成的一

种复杂直链淀粉 - 脂质复合物结构［21］，也可以

是含有少量或不含直链淀粉的淀粉（蜡质淀粉又

称支链淀粉）与脂质形成的复合物［24,29］。

香蕉 RS 属于 RS2 类型。RS2 是唯一被美国食

品和药物管理局确定为膳食纤维的 RS。RS2 对淀

粉酶活性的抗性取决于淀粉颗粒结晶结构（包括 A、

B、C 型），其中 B 型热稳定性好、抗消化能力最

强［7,10-11］。香蕉 RS2 作为一种功能性膳食纤维配料

添加至意大利面条、面包、饼干等食品中，可以不

改变食物的物理、化学性质，还具有降低血糖指数、

增加饱腹感等保健功能，特别适用于糖尿病患者等

特殊人群食用［12-13］。有关 RS1

~RS5 理化特征、消

化特性、处理方式及来源等介绍，详见表 1。

表 1 抗性淀粉种类、理化特征、消化特性及来源［10］

Table 1 Types, physicochemical characteristics, digestion characteristics and sources of resistant starch［10］

RS 类型

Type of RS

理化特征

Physicochemical characteristics

消化特性

Digestion characteristics

处理方式

Treatment method

来源

Source

RS1 物理保护导致酶无法直接接触 部分消化 研磨、粉碎 水稻、小麦、大豆、豌豆、绿豆等种子

RS2 具有 B 型结晶的非糊化 RS 颗粒 难消化 天然合成 高直链玉米、青香蕉、马铃薯、特定类型豆类等

RS3 烹调或冷却时形成的变性淀粉 部分消化 反复热处理、回生 意大利面、大米、面包、青香蕉粉等

RS4 化学或物理改性的淀粉 能抗水解 化学、酶或热处理， 交联处理玉米、大米等淀粉获得，难食用

RS5 直链淀粉 - 脂质 - 蛋白复合物 难消化 煎炸、蒸煮或自然发生 高直链玉米淀粉、马铃薯淀粉、大米淀粉等与脂

肪、脂肪蛋白形成的复合物

2 香蕉淀粉颗粒形态特征及其影响因素

淀粉以颗粒形式贮存于植物根、球茎、块茎、

种子和果肉（如香蕉等）中。不同类型淀粉颗粒

形态、大小在物种间和品种间存在较大差异。在

作物遗传育种中，淀粉形态、粒度、颗粒表面纹

理等特征可作为种质创新、品种鉴别、突变体鉴

定和优异变异性状筛选的重要参考。根据扫描电

镜（Scanning Electron Microscope，SEM） 观 察，

自然界天然淀粉颗粒形态主要有以下 3 种：（1）

复合颗粒结构，由紧密排列的多边形颗粒组成，

类似球形结构，具有膜质的隔膜包裹（图 1C、D、

E），如水稻、高直链玉米等淀粉颗粒；（2）离

散颗粒结构，直径为 2~30 μm，淀粉颗粒呈多面体、

球体、椭圆形、圆盘形等形态（图 1A、B、F、G），

如香蕉、绿豆等淀粉颗粒；（3）双峰颗粒结构，

通常由小的球形（B 型）和较大的晶状体（A 型）

两种颗粒构成，如小麦、马铃薯等淀粉颗粒（图

1H、K）［30］。

2.1 香蕉淀粉颗粒形态特征

香蕉淀粉颗粒形态、大小与拟南芥和水稻等

模式植物明显不同。拟南芥野生型叶片淀粉呈圆

盘状，形状扁平且体积较小（图 1A），其 dpe2-

1/SS4-2 双突变体（图 1B）和 dpe2-1/phs1a/ss4-2

三突变体淀粉颗粒多呈圆球形、颗粒变大［4］。普

通水稻淀粉颗粒为多边形，表面光滑且棱角分明

4

A：野生型拟南芥淀粉颗粒［40］；B：dpe2-1/SS4-2 双突变体拟南芥淀粉颗粒［4］；C：水稻淀粉颗粒［31］；D：高直链水稻淀粉颗粒［31］；E：芦苇胚乳淀

粉颗粒［40］；F：Mysore 香蕉淀粉颗粒［33］；G：Figo 大蕉淀粉颗粒［33］；H：小麦 A 型和 B 型淀粉颗粒，红色箭头表示 A 型，绿色箭头表示 B 型［41］；I：

甘薯淀粉颗粒（Bar=2 μm）［17］；J：甘薯 RS3 颗粒（Bar=2 μm）［17］；K：马铃薯淀粉颗粒（Bar=30 μm）［36］；L：微波 - 双酶法制备的马铃薯 RS3 颗粒（Bar=30

μm）［36］；M：湿热处理的马铃薯 RS3 颗粒（Bar=50 μm）［37］；N：乳酸和湿热处理的马铃薯 RS4 颗粒（Bar=50 μm）［37］；O：柠檬酸 - 湿热处理的马

铃薯淀粉颗粒（Bar=50 μm）［37］；P：OSA 处理的马铃薯 RS4 颗粒（Bar=50 μm）［38］；Q：小扁豆淀粉颗粒（Bar=7 μm）［39］；R：OSA 处理的小扁豆

RS4 颗粒（Bar=7 μm）［39］；S：香蕉淀粉颗粒（Bar=7 μm）［39］；T：OSA 处理的香蕉 RS4 颗粒（Bar=7 μm）［39］；U：玉米淀粉颗粒（Bar=10 μm）［42］；

V：醚化交联制备的玉米 RS4 颗粒（Bar=10 μm）［42］；W：玉米淀粉 - 原花青素复合物 RS5 颗粒［43］ (Bar=10 μm)；X：慈姑淀粉颗粒（Bar=10 μm）［44］；Y：

超声波制备的慈姑淀粉 - 亚油酸复合物 RS5 颗粒［44］（Bar=10 μm）；Z：水稻淀粉 - 没食子酸复合物 RS5 颗粒（Bar=1 μm）［45］；A1：水稻淀粉 - 介子

酸复合物 RS5 颗粒（Bar=1 μm）［45］；A2：超声波处理和水热制备的水稻 - 多酚复合物 RS5 颗粒（Bar=1 μm）［45］

A: Starch granules of wild-type Arabidopsis［40］; B: Starch granules of dpe2-1/SS4-2 double mutants in Arabidopsis［4］; C: Starch granules of rice［31］; D: Starch

granules of high-amylose rice ［31］; E: Endosperm starch granules of reed［40］; F: Starch granules of Mysore banana variety［33］; G: Starch granules of Figo banana variety［33］;

H: Wheat A- and B- type starch granules, with red arrow indicating A-type and green arrows indicating B-type granules［41］; I: Starch granules of sweet potato

(Bar=2 μm)［17］; J: Resistant starch 3 (RS3

) granules of sweet potato (Bar=2 μm)［17］; K: Starch granules of potato (Bar=30 μm)［36］; L: Potato RS3

granules prepared by

microwave-double enzyme method (Bar=30 μm)［36］; M: Potato RS3

granules with moist heat treatment (Bar=50 μm)［37］; N: Potato resistant starch 4 (RS4

) granules with

lactic acid and moist heat treatment (Bar=50 μm)［37］; O: Potato RS4

granules with citric acid and moist heat treatment (Bar=50 μm)［37］; P: Potato RS4

granules with

Octenyl Succinic Anhydride (OSA) treatment (Bar=50 μm)［38］; Q: Starch granules of lentil (Bar=7 μm)［39］; R: Lentil RS4 granules with OSA treatment (Bar=7 μm)［39］;

S: Starch granules of banana (Bar=7 μm)［39］; T: Banana RS4

granules with OSA treatment (Bar=7 μm)［39］; U: Starch granules of maize (Bar=10 μm)［42］; V: Maize RS4

granules prepared by etherification crosslinking way (Bar=10 μm)［42］; W: Resistant starch 5 (RS5

) granules composed of maize starch-procyanidin complex (Bar=10

μm)［43］; X: Starch granules of arrowhead (Bar=10 μm)［44］; Y: RS5

granules composed of arrowhead starch-linoleic acid complex with ultrasound treatment (Bar=10

μm)［44］; Z: RS5

granules composed of rice starch-gallic acid complex (Bar=1 μm)［45］; A1: RS5

granules of rice starch-mesonic acid complex (Bar=1 μm)［45］; A2: RS5

granules of rice starch-polyphenol complex with ultrasomic and hydrothermal treatment (Bar=1 μm)［45］

图 1 不同植物淀粉、RS 颗粒扫描电镜

Fig. 1 Scanning electron micrographs of starch and RS granules from different plant species

E

B

J

C

G

K

H

L

A D

F

I

M N O P

Q R S T

U V W X

Y Z A1 A2

5

（图 1C），其高直链淀粉突变体的胚乳淀粉呈椭

圆形的大淀粉颗粒和较小的细长淀粉颗粒［31］。

同时，禾本科种子胚乳中淀粉粒包括复合、简单

和双峰等 3 种颗粒结构［32］。然而，香蕉淀粉颗

粒多呈圆形、不规则三角形和棒形，颗粒大小为

7~60 μm，且不同香蕉品种的淀粉颗粒存在明显

差异，如栽培香蕉‘Mysore’品种青香蕉淀粉颗

粒呈多边形，扁平状颗粒；而‘Figo’品种青大

蕉淀粉颗粒呈棒状（图 1F、G）［33］；‘巴西蕉’

淀粉颗粒为不规则三角形，‘宝岛蕉’淀粉颗粒

呈圆形，而‘红香蕉’淀粉颗粒多为棒形［34］。

目前关于香蕉淀粉颗粒形态特征已有较多报道，

但对天然存在的香蕉 RS2 颗粒形态特征及超微结

构研究报道较少。有研究表明，香蕉 RS2 颗粒呈

表面不规则椭圆形，且推测其颗粒表面有一层光

滑的致密层（厚约几微米），是阻碍酶与淀粉接

触、抑制淀粉降解的重要因素［35］，但 RS2 颗粒

表面致密层的结构物质仍不清楚。此外，由于香

蕉 RS2 颗粒不耐高温，导致其在食品加工应用方

面有一定局限性，所以部分学者利用不同加工处

理条件或络合反应将其改性为 RS3 或 RS4 类型，

拓展其在食品加工、医药等领域的广泛应用。

2.2 香蕉淀粉颗粒形态特征变化的影响因素

2.2.1 加工处理条件对香蕉淀粉颗粒形态特征变

化的影响 在加工过程中，RS 颗粒形态改变是判

断改性淀粉的一个重要指标。酸 / 碱处理及湿热

处理组合会导致 RS3 和 RS4 颗粒形态及其结构发

生改变。但与甘薯、马铃薯、水稻、玉米 RS3 或

RS4 颗粒形态相比较，香蕉 RS4 颗粒呈现与水稻、

马铃薯 RS4 颗粒相似表型，但与甘薯、玉米 RS4

颗粒形态不同。甘薯天然淀粉呈光滑的卵圆形或

不规则形状（图 1I），然而经过高温湿热和强碱

等处理后，甘薯 RS3 颗粒表面呈现不同程度的凹

陷及碎片（图 1J）［17］。马铃薯原淀粉颗粒呈不

规则椭圆形，表面比较光滑（图 1K）；而经过微

波 - 酶解法制备的马铃薯 RS3 颗粒呈不规则的块

状结构，且表面粗糙、呈沟壑状层状起伏纹理，

同时伴有颗粒碎屑［36］（图 1L）。另有研究发现，

湿热处理的马铃薯淀粉表面糊化并开裂，在一些

颗粒表面出现盘状凹陷（图 1M）［37］；不同酸处

理对马铃薯淀粉颗粒结构的破坏程度存在差异，

柠檬酸 - 湿热处理的马铃薯淀粉颗粒则保持完整

形态（图 1O）［37］；而经过乳酸 - 湿热处理后马

铃薯淀粉完整性被破坏，淀粉被分解成更小的小

块［37］（图 1N）。

淀粉在微碱性条件下，淀粉颗粒可与辛烯基

琥珀酸（Octenyl succinic anhydride, OSA）发生酯

化反应生成 OSA 淀粉；OSA 淀粉属于 RS4

，具有

良好的乳化性能和增稠特性，常作为新型食品添

加剂。马铃薯原淀粉颗粒表面比较光滑，而经过

OSA 处理的马铃薯淀粉颗粒表面略显粗糙，边缘

清晰度降低，侧面呈现多孔结构，同时出现许多

空腔［38］（图 1P）。小扁豆原淀粉多为椭圆形、部

分为不规则球形（图 1Q），经过 OSA 酯化后淀粉

颗粒表面出现一些空腔（图 1R）。然而，香蕉淀

粉颗粒多呈圆形（图 1S），酯化香蕉 RS4 颗粒表面

则出现一些裂纹（图 1T），这一特征与经过 OSA

酯化的早籼稻、马铃薯 RS4 颗粒表面有裂纹表型相

似［39］，与醚化、交联处理后玉米 RS4 颗粒表面粗

糙且出现较多点状突起形态不同（图 1V）。

2.2.2 络合反应对香蕉淀粉颗粒形态特征变化的

影响 众所周知，淀粉颗粒可与醇类、脂类、酚

类等物质形成络合复合物，且具有抗血糖作用，

因为它们可以抑制多种消化酶（如胰蛋白酶）。

慈姑淀粉颗粒多呈球形、表面光滑（图 1X），通

过超声波辅助制备的慈姑淀粉 - 油脂复合物中淀

粉颗粒形态被破坏，淀粉 - 亚油酸络合物形态增

大，颗粒具有表面光滑的海绵状结构，呈 RS5 颗

粒（图 1Y）。同时，有研究显示，玉米、马铃薯

来源的淀粉可与从高粱中提取的多酚类物质原花

青素形成半结晶（Ⅱ）内螺旋 V 型复合物，该复

合物很大程度上对淀粉酶和淀粉葡糖苷酶水解具

有抗性，在酶解 2 h 后仍能保持完整 RS5 颗粒形

态（图 1W）。水稻淀粉颗粒呈多边形、形状不

规则且表面光滑，其与没食子酸经过水热法反应

形成的淀粉 - 酚类复合物淀粉颗粒形态变化不大，

只是表面稍微粗糙（图 1Z）。使用超声波和水热

处理制备的淀粉 - 介子酸多酚复合物淀粉的天然

结构被破坏，此时通常形成较多片层和凹槽的多

孔结构［45］（图 1A1），水热和超声处理的淀粉 -

酚类复合物由于超声波空化现象易形成破碎颗

粒［45］（图 1A2）。然而，络合反应对香蕉淀粉

颗粒形态变化的影响未见报道，仅有应用米糠油、

椰子油、葵花油制备香蕉淀粉 - 脂质复合物的研

究［46］。这些淀粉颗粒与醇类、脂类、酚类物质

等形成的络合物，将为改性淀粉应用于人类健康

6

开辟了新途径。

3 香蕉抗性淀粉积累特征及其降解对果

实品质形成的影响

3.1 香蕉抗性淀粉积累特征

香蕉 RS 积累动态变化规律与谷类作物［26-28］

不同。在玉米、小麦、水稻、高粱等作物中，籽

粒在花后不久开始合成淀粉，总淀粉积累多呈“S”

型曲线增长，总体表现为“慢 - 快 - 慢”的增长

趋势；在籽粒成熟期，其总淀粉含量达到最高，

直链淀粉和 RS 含量也达到峰值［29-30,47-49］。香蕉

果实中总淀粉、直链淀粉和 RS 等在抽蕾后 20 d

开始大量合成，抽蕾后 30 d 均呈现直线增加趋势，

至抽蕾后 70 d 时达到最大值；抽蕾 70 d 后 RS 含

量开始下降（图 2A）。相关性分析结果表明，香

蕉果实生长发育过程中，其 RS 合成与直链淀粉

含量变化呈显著正相关，与总淀粉和支链淀粉含

量相关性不显著（图 2A）［26］。

3.2 香蕉抗性淀粉降解对果实品质形成的影响

香蕉属于典型的呼吸跃变型和淀粉转化型果

实［51-52］，采后随着果实成熟发生了复杂的生理

生化变化，RS 快速降解，至可食期 RS 含量仅

为 4.2%［26］。香蕉果实淀粉降解涉及淀粉降解酶

基因表达和转录因子调控的生物学过程。已有研

究表明，α- 淀粉酶（α-amylase, AMY）、β-淀粉

酶（β-amylase, BAM） 和 异 淀 粉 酶（Isoamylase,

ISA）等参与香蕉果实淀粉降解［53-54］，且转录因

子 MabHLH6 通过与 11 个淀粉降解关键酶基因的

启动子结合调控果实淀粉降解过程［55］，但以上

研究均未涉及香蕉 RS 降解。苗红霞等［26］发现，

A：香蕉采前总淀粉、直链淀粉、支链淀粉与抗性淀粉含量变化；B：采后不同处理香蕉抗性淀粉含量变化；

C：自然后熟香蕉可溶性糖含量变化；D：采后乙烯处理香蕉可溶性糖含量变化；E：采后 1-MCP 处理香蕉可溶性糖含量变化

A: Changes in contents of total starch, amylose, amylopectin and resistant starch (RS) in banana fruit before harvest; B: Changes in RS content in banana fruit after

harvest with different treatments; C: Changes in soluble sugar content in banana fruit after harvest; D: Changes in soluble sugar content in banana fruit treated with

ethylene after harvest; E: Changes in soluble sugar content in banana fruit treated with 1-MCP after harvest

图 2 香蕉果实采前和采后总淀粉、直链淀粉、支链淀粉、抗性淀粉与可溶性糖含量变化［26,50］

Fig. 2 Changes in contents of total starch, amylose, amylopectin, resistant starch and soluble sugar in

banana fruit before and after harvest［26,50］

A 800

600

400

200

0

80

60

40

20

0

60

45

30

15

0

560

420

280

140

0

100

75

50

25

0

淀粉含量 Starch content (mg/g)可溶性糖含量 Soluble sugar content (mg/g) 可溶性糖含量 Soluble sugar content (mg/g)抗性淀粉含量 Resistant starch content (mg/g) 可溶性糖含量 Soluble sugar content (mg/g)

开花后天数

Days after flowering (d)

采收后天数

Days after harvesting (d)

采收后天数

Days after harvesting (d)

乙烯处理后天数

Days after ethylene treatment (d)

1-MCP 处理后天数

Days after 1-MCP treatment (d)

0 0 0

0 0

20 2 2

2 2

总淀粉 自然后熟（对照） 蔗糖

蔗糖 蔗糖

直链淀粉 乙烯处理 果糖

果糖 果糖

支链淀粉 1-MCP 处理 葡萄糖

葡萄糖 葡萄糖

抗性淀粉

30 6 6

4 6

40 10 10

6 10

50 12 12

8 12

60 14 14

10 14

70 16 16

12 16

80

D

C B

E

7

香蕉 RS 含量在采后第 2 d 急剧下降，而此时总淀

粉、直链淀粉、支链淀粉含量的变化并不明显，

认为这一时期香蕉并未发生明显的淀粉降解，而

主要是 RS 结构变化，直链淀粉和支链淀粉从致

密层结构中暴露出来，增加了各种淀粉酶的可及

性，据此推测淀粉粒表面致密层结构变化是 RS

降解的关键，发生在香蕉果实采后早期。

自然后熟过程中，香蕉 RS 含量迅速下降（图

2B），而可溶性糖（蔗糖、果糖、葡萄糖）含量

呈先增加后减少的单峰型变化（图 2C）；乙烯处

理的香蕉 RS 和可溶性糖（蔗糖、果糖、葡萄糖）

含量变化趋势与自然后熟过程趋势一致（图 2C、

D）；而 1-MCP 处理后果实 RS 含量呈先增加后

减少的单峰型变化，蔗糖、果糖、葡萄糖含量呈

逐渐上升趋势（图 2B、E）。相关性分析发现，

采后成熟过程中，香蕉果实 RS 含量变化与可溶

性糖（蔗糖、果糖、葡萄糖）含量均呈显著或极

显著相关性［26,50］，表明 RS 降解对香蕉果实甜味

物质形成具有重要作用。

4 香蕉抗性淀粉合成相关基因研究进展

淀粉合成是一个复杂的生化过程，主要涉及

5 种关键酶，包括腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶

（ADP-glucose pyrophosphorylase, AGPase）、颗粒

结合淀粉合成酶（Granule-bound starch synthase,

GBSS）、可溶性淀粉合成酶（Soluble starch synthase,

SSS）、淀粉分支酶（Starch branching enzyme, SBE）

和淀粉去分支酶（Starch debranching enzyme,

DBE）［56］。而 GBSS 的作用是通过 α-1,4-D-糖

苷键将腺苷二磷酸葡萄糖（Adenosine diphosphateglucose, ADPG）中的葡萄糖残基添加到葡聚糖非

还原端，延长葡聚糖的直链。此外，GBSS 还能

与植物发育过程中的淀粉颗粒紧密结合，是淀粉

合成酶中唯一有活力的蛋白［57］。单子叶植物中

的 GBSS 主要有 GBSSI 和 GBSSII 两种类型［58］：

GBSSII 主要控制根、茎、叶等营养器官直链淀粉

合成，双子叶植物只有 GBSSII 单个家族，且功能

与单子叶植物 GBSSII 相似；而 GBSSI 由 waxy 基

因编码，主要控制种子、胚乳、果实等贮藏器官

直链淀粉合成［58］。

4.1 GBSSI 表达直接或间接参与抗性淀粉合成

人们曾普遍认为 GBSSI 表达主要控制种子、

胚乳、果实等贮藏器官直链淀粉合成，但越来越

多的新证据表明 GBSSI 表达直接或间接参与 RS

合成。Zhou 等［59］ 研究发现，GBSSI 和 SSIIIa 共

同参与水稻 RS 合成，且 SSIIIa 对 RS 合成的调

控依赖于 GBSSI 基因的高表达，进而在 ssIIIa 突

变体背景下降低 GBSSI 表达、导致胚乳中 RS 含

量下降。随后，在粳稻突变株 be2 中过表达籼

稻 GBSSI 基因发现，其转基因株系子代胚乳中

RS 含量明显高于亲本［60］。而水稻 γ278 突变体

籽粒中 RS 含量显著增加的原因，主要是由于

GBSSI、SSIIa 和 SSIIIa 3 个基因的序列突变及其

表达特性发生改变；进一步通过野生型 × 突变体

杂交获得 F2 群体验证突变组合的作用，最终确定

GBSSI:ssIIa:ssIIIa 组合决定了 F2 群体高 RS 含量的

合成［61］。Zhang 等［62］将 104 个重测序水稻品系

的 RS 含量与 2 288 867 个位点的 Single Nucleotide

Polymorphisms（SNP）数据集进行关联分析，发

现其中一个 SNP 关联到所有重测序品系的 RS 含

量变化，被直接定位在 GBSSI 基因上；另一个

SNP 是 SBEIIa 基因仅关联到 INDICA 品系的 RS

含量变化，表明 GBSSI 基因影响 RS 含量变化在

水稻重测序品系中存在普遍性。在小麦中也有报

道认为，突变体株系中 RS 含量明显提升的原因

是 GBSSI 及其同源基因的显著高表达［63］。

4.2 转录因子调控 GBSSI 表达影响抗性淀粉含量

研 究 表 明， 一 些 转 录 因 子 如 Basic leucine

zipper（bZIP）、Nuclear factor-Y（NF-Y）、

Myelocytomatosis（MYC） 和 MADS-box 蛋 白， 可

以促进或抑制淀粉合成相关基因的表达，直接影

响 RS 合成［64］。在水稻中，OsbZIP33 可与 GBSSI

和 SBEI 基因启动子区域 ACGT7motif 结合，从而

促进其上调表达［65］。OsbZIP58 结 合 one finger

（Dof）家族转录因子 Rice prolamin box binding factor

（RPBF） 可 以 促 进 OsAGPL3、GBSSI、SSIIa、

SBEI、SBEIIb 和 DBE2 表达；在水稻 osbzip58 突

变体中，总淀粉、直链淀粉和脂质含量显著降

低、支链淀粉短链减少、支链淀粉长链显著增

加［66-67］。Dehydration-response element-binding

（DREB） 转 录 因 子 SALT-RESPONSIVE ERF1

（SERF1）可与 GBSSI 和 RPBF 启动子区结合，

从而抑制其表达；在 serf1 突变体中，总淀粉和氨

基酸含量明显增加［68］。MYC 家族成员 OsBP-5

与 GBSSI 启 动 子 区 CAACGTG motif 结 合， 且 其

与 AP2/EREBP 家 族 成 员 OsEBP-89 互 作 从 而 激

8

活 GBSSI 转录［69］；在水稻 OsBP-5 RNAi 干扰株

系中，直链淀粉含量明显下降［69］。NF-YB1 与

NF-YC12、bHLH144 相互作用形成三元复合体，

且与GBSSI启动子区 G-box 结合直接激活其表达；

在 NF-YB1、NF-YC12 或 bHLH144 突变体中，总

淀粉、直链淀粉和油脂含量显著减少，但水稻胚

乳中蛋白含量明显增加［70］。Feng 等［71］研究表

明，MADS-box 家 族 成 员 OsMADS14 与 NF-YB1

相互作用并直接结合 OsAGPL2 和 GBSSI 启动子

区 CArG 盒促进其转录；在 OsMADS14 突变体中，

淀粉颗粒的形状和大小明显改变，总淀粉和直链

淀粉含量显著减少，可溶性糖含量增加。综上所

述，这些转录因子可能形成一个复杂的调控网络

来调节 GBSSI 表达，从而影响直链淀粉合成或淀

粉精细结构，最终影响 RS 含量。

4.3 GBSSI 是促进香蕉果实抗性淀粉合成的关键

基因

为探索GBSSI如何作用于香蕉果实 RS 合成，

苗红霞等［26］从测定香蕉果实发育过程中 RS 含量

的动态变化规律开始，首先克隆了 6 个 MaGBSSs

家族成员，发现 MaGBSSI-3 在香蕉果实发育的

中后期表达量最高［72］，且与该团队 2007 年通

过香蕉果实 SSH 文库筛选获得的 GBSS 是同一

个基因［73］。同时，在香蕉 A 和 B 基因组中也

存在 MaGBSSI-3 基因［51,74］，表明该基因进化上

相对保守。番茄中异源过表达 MaGBSSI-3 能够

促进果实 RS 合成［75］，但 MaGBSSI-3 是否协同

MaSSⅢ-1 或 MaSBE2.3 共同参与 RS 合成仍不清

楚。该团队通过异源过表达或香蕉果实薄片中瞬

时过表达及瞬时沉默表达等实验，发现 MaSSⅢ-

1［76］和 MaSBE2.3［52］主要促进果实支链淀粉合

成，而未与 MaGBSSI-3 共同参与 RS 合成，进一

步证明 MaGBSSI-3 是促进香蕉果实 RS 合成的关

键基因。

5 香蕉抗性淀粉制备方法及其在食品加

工方面的应用进展

5.1 香蕉抗性淀粉制备方法

香蕉是一种优良的天然 RS2 来源，在食品工

业中有广阔的应用前景。但由于香蕉淀粉颗粒耐

热性差，当温度达到 60~80 ℃时，淀粉颗粒容易

在水中发生溶胀分裂，形成均匀糊状胶体溶液，

极易破坏香蕉 RS2 结构，且香蕉中果胶、纤维素、

蛋白质、色素等物质容易附着在 RS2 颗粒表面，

通过过滤等方式无法去除。因此，学者们对香蕉

果实纯化 RS2 工艺进行了大量研究，探索出酶解

法除杂质纯化制取 RS2 方法，其工艺流程为：香

蕉果实→去皮→护色→低温排氧打浆→酶解→分

离→干燥→粉碎→ RS2

，采用此法得到的 RS2 纯

度 可 达 99.61%~99.75%［77］。Kaur 等［78］ 比较碱

提取法和超声波法对香蕉淀粉进行预处理的影

响，发现超声波预处理易对淀粉颗粒造成破坏（图

3A、C），其淀粉颗粒表面粗糙、凹陷且存在断

裂情况；而碱液预处理的香蕉淀粉颗粒较为完整

（图 3A、B）。

目前关于香蕉 RS 制备工艺的研究多集中在

RS3 和 RS4 制备工艺优化和改进方面。其中，RS3

制备方法主要有水热处理法（如湿热法、压热法、

韧化法）、脱支处理法（如酶解法、酸解法）和

机械辅助法（如挤压法、微波法、超声波法）。

研究表明，通过优化制备工艺中淀粉乳液 pH 值、

含水量、加热温度、贮藏条件、酸 / 酶种类和用

量等实验条件，可促使支链淀粉链分解形成更多

直链分子，从而提高 RS3 含量。香蕉淀粉中直链

淀粉含量少，经过高压灭菌和冷却后形成的 RS3

含量约为 6%；而香蕉淀粉经过脱支、高压灭菌

和冷却等处理后制备的 RS3 含量高达 51%［79］。

唐健［80］通过正交实验筛选出香蕉 RS 酶解最佳条

件为中温 α- 淀粉酶与普鲁兰酶配比为 1︰1、酶

添加量为 0.22%、温度 59℃、pH 6.0、时间 4.2 h，

在此条件下香蕉 RS 含量为 81.07%。另有研究指

出，使用湿热处理、退火和双重回生等方法可对

香蕉淀粉进行改性，通过比较发现 RDS、SDS 和

RS 含量受热处理的影响较大。当香蕉淀粉经热处

理时，SDS 含量占总淀粉含量的 34.51%，RS 占

总淀粉含量的 50%；双重回生处理将 SDS 含量降

至 14.27%，而退火对 SDS 含量改性效果较差［81］。

使用酶解 - 退火法制备香蕉 RS，发现改性淀粉在

傅里叶红外光谱的淀粉指纹区检测到短链双螺旋

的有序度增加，且随着结晶度增加其热稳定性增

加，改性后淀粉颗粒形状不规则、表面结构更加

致密［82］（图 3N）。

有研究将水热处理法与脱支处理法，或机械

辅助法与脱支处理法等两种或多种方法联合制备

RS3

，以最大程度提高 RS3 含量［87-88］。研究表明，

湿热处理法是提高香蕉淀粉热稳定性和抗剪切力

9

的有效方法，但处理时间和温度对淀粉理化性质、

流变学性质和消化率有显著影响［89］。另有研究

发现，超声波处理的香蕉样品具有较高的 RS3 含

量，且得到的 RS3 水解度和水解速率较低、结晶

结构较好［90］。Sánchez-Rivera 等［84］研究发现，

柠檬酸 - 水热法制备的大蕉淀粉具有较高的 RS3

A~B：酶解法制备的香蕉 RS2 颗粒［78］；C~D：超声波提取法和碱提取法制备的香蕉淀粉颗粒［78］；E：三偏磷酸钠法制备的香蕉 RS4 颗粒［83］；F：交

联磷酸化法制备的香蕉 RS4 颗粒［83］；G：辛烯基琥珀酸酯化反应制备的香蕉 RS4 颗粒［39］；H：柠檬酸酯化制备的香蕉 RS4 颗粒［84］；I：水热处理法制

备的香蕉 RS5 颗粒［46］；J：物理粉碎法制备的香蕉 RS1 颗粒［85］；K：碱提取 - 高压灭菌 - 冷却法制备的香蕉 RS3 颗粒［86］；L：水热处理法制备的香蕉

RS3 颗粒［81］；M：回生处理法制备的香蕉 RS3 颗粒［81］；N：酶解 - 水热处理法制备的香蕉 RS3 颗粒［82］；O：酸稀释法制备的香蕉 RS3 颗粒［83］；

P：羟丙基化法制备的香蕉 RS3 颗粒［83］；Q：氧化法制备的香蕉 RS3 颗粒［83］；R：退火处理法制备的香蕉 RS3 颗粒［81］

A-B: Banana resistant starch 2 (RS2

) granules prepared by enzymatic hydrolysis method［78］; C-D: Banana starch granules prepared by ultrasonic microwave-assisted

alkaline extraction［78］; E: Banana RS4

granules prepared by sodium trimetaphosphate method［83］; F: Banana RS4

granules prepared by cross-linking phosphorylation

method［83］; G: Banana RS4

granules prepared by octenylsuccinate esterification reaction［39］; H: Banana RS4 granules prepared by citric acid esterification［84］;

I: Banana RS5

granules prepared by moist heat treatment method［46］; J: Banana RS1 granules prepared by physical crushing method［85］; K: Banana RS3

granules

prepared by alkali extraction-high pressure sterilization-cooling method［86］; L: Banana RS3

granules prepared by moist heat treatment method［81］; M: Banana RS3

granules prepared by retrogradation［81］; N: Banana RS3

granules prepared by enzymatic hydrolysis and moist heat treatment［82］; O: Banana RS3

granules prepared by

acid dilution method［83］; P: Banana RS3

granules prepared by hydroxypropylation method［83］; Q: Banana RS3

granules prepared by oxidation method［83］; R: Banana

RS3

granules prepared by annealing treatment method［81］

图 3 香蕉不同类型抗性淀粉的改性方法

Fig. 3 Modification methods of different types of resistant starch in banana

A

H

B

E

G

F

I

C

J

D

RS2

RS1

RDS

RDS

SDS

RS

a

e

c

a

a

a a b

b

b

b

c

c

c d

d

a

a

a

a

a

a

b b b

SDS RS2 RS1 TS

含量（g/100g）

未成熟植株

Raw unripe plantin

干燥样品

生大蕉

RS3

K L M N

O P Q R

RS4

RS5

含量 Content (%)

表面粗糙，断裂 RS 含量 62.93% 表面有凹陷

辛烯基琥珀酸

酐酯化反应

淀粉颗粒有

裂缝，凹陷

超声波提取法 碱提取法

松散，表面粗糙

三偏磷酸钠法

新鲜果肉样品 香蕉，大蕉未

成熟果实 未成熟果肉样品

物理法粉碎，研磨

干燥样品中

不含 RS1

80

60

40

20

0

100

80

60

40

20

0

生大蕉湿样含 RS1

，最高

含量为 7.3±2.9g/100g

青香蕉淀粉干样

不规则形状

短绒化蒸压法 水热处理法 双重回生处理法 酶解 - 水热处理法

酸稀释法

RS 含量 55.90% RS 含量 65.38% RS 含量 61.56% 颗粒紧凑

羟丙基化法 氧化法 退火处理法

颗粒团聚 颗粒多孔 紧密层状，板状结构

交联磷酸化法

柠檬酸酯化

B 型晶体结构不改变

香蕉淀粉

水热处理法

葵花籽油制备的 RS 含量 51.92%

椰子油制备的 RS 含量 42.85%

米糠油制备的 RS 含量 43.41%

RS 含量 62.76%

酶解法 酶解法

10

含量（93.87%）和蒸煮稳定性，经过蒸煮后 RS3

颗粒呈聚集状且不易消化，可以作为营养保健食

品的配方成分，具有较广阔的应用前景。

使 用 磷 酰 氯（Phosphoryl chloride, POCl3

）、

三聚磷酸钠（Sodium tripolyphosphate, STPP）、环

氧 氯 丙 烷（Epichlorohydrin, EPI）、 三 偏 磷 酸 钠

（Sodium trimetaphosphate, STMP）、辛烯基琥珀

酸酐（Octenyl succinic anhydride, OSA）等化学交

联试剂对淀粉进行交联、酯化等，得到化学改性

淀粉，可极大拓宽 RS4 适用范围，使之更适合工

业需求。Paramasivam 等［83］比较酸稀释法、氧化法、

STMP、交联磷酸化法和羟丙基化法等化学改性对

天然香蕉淀粉的改性效果，发现羟丙基化法和交

联磷酸化法制备的 RS4 含量显著高于其他方法。

Bello-Flores［91］和 Remya 等［39］使用 OSA 对香蕉

和大蕉的淀粉进行改性，发现 RS4 和 SDS 含量均

得到显著提高。

RS5 主要是淀粉中的直链淀粉与脂质 / 脂肪

酸、蛋白质（β 蛋乳球蛋白）、多酚（如原花青

苷、介子酸、没食子酸）等形成的淀粉 - 脂质、

淀粉 - 多酚、淀粉 - 脂质 - 蛋白质等二元或三元

复合物［43-45］。淀粉 - 脂质 / 脂肪酸复合物的制备

方法主要有二甲亚砜溶剂法、热机械法、碱溶法、

酶法、水热处理法［24,92］。影响直链淀粉 - 脂质

复合物形成的因素有很多，包括水分含量、反应

温度、加热时间、加工方法、脂肪酸种类、淀粉

来源、直链淀粉含量、直链淀粉聚合度等［24］，

在玉米［43,93-94］、马铃薯［95］、小麦［92］、水稻［45］、

慈姑［44］等作物中已有较多研究，但与香蕉 RS5

淀粉相关的报道较少，Photinam 等［46］比较不同

脂肪酸（椰子油、葵花油和米糠油）对香蕉淀粉 -

脂质 / 脂肪酸复合物的影响发现，使用葵花油制

备的香蕉淀粉 - 脂质复合物的含量为 51.29%，显

著高于米糠油和椰子油处理（图 3I）。

5.2 香蕉抗性淀粉在食品加工方面的应用进展

青香蕉粉营养丰富，青香蕉果肉和果皮均是

淀粉和膳食纤维的重要来源，在食品、饲料和工

业等领域具有广阔应用前景（表 2）。众多研究

认为青香蕉 RS 可以加入到面食和焙烤食品中以

提高膳食纤维含量和营养价值，可有益于人体健

康。目前，青香蕉 RS 相关应用研究报道主要集

中在蛋糕（35%）、面包（25%）和意大利面（20%）

表 2 香蕉抗性淀粉在食品加工中的应用

Table 2 Application of banana RS in food processing

用途

Application

植物部位

Plant organ

产品类型

Production type

最大可接受比例

Maximum acceptable

proportion of RS (%)

对产品品质影响

Impact on product quality

参考文献

Reference

代替面粉

Replacement of flour

青香蕉果皮粉 无麸质面包 10 面包体积、比容、密度和烘焙没有负面影响 ［105］

青香蕉果肉粉 面包 20 对面包感官没有影响 ［106］

馒头 15 使馒头在香气、风味、质地等方面更受欢迎 ［107］

无麸质面包 28 改善面包硬度，提高面包 RS 含量（3.49%） ［97］

无麸质面包 10 可获得最高的面包比容和较好的膨化效果 ［98］

酶解香蕉粉 面包 50 使抗氧化活性成分增加 52% ［108］

青香蕉果肉粉 面包 40 显著降低面包弹性 ［109］

方便面 10 减少脂肪含量 ［110］

面条 30 显著提高面条膳食纤维含量（4.8%） ［110］

青香蕉果肉粉 面条 10 增加面条硬度、内聚性、胶黏性等，降低脂肪含量，显著

降低血糖生成指数

［111］

天然抗氧化剂

Natural antioxidant

香蕉果皮提取物 果汁 0.5 显著增加抗氧化能力 ［102］

成熟香蕉果皮粉 鸡肉香肠 2 改善香肠感官质量，增加膳食纤维含量，延缓脂肪氧化 ［101］

鸡肉块 2 延长鸡肉块货架期，显著减少脂质氧化并抑制微生物增殖 ［99］

天然食品添加剂

Natural food additives

未成熟香蕉全粉 番茄酱 20 调节酱料酸度，增加酱料稠度，改善感官可接受度 ［103］

日常膳食纤维

Dietary fibers

未成熟香蕉果肉粉 冰淇淋 2 显著降低冰淇淋中钙含量，显著增加钾、镁、磷含量 ［112］

代替脂肪

Replace fat

绿色香蕉果泥 奶油蛋糕 25 减少糖含量 20%~40% ［113］

绿色香蕉全粉 鸡肉熏肠 100 增加熏肠持水性能，不影响熏肠风味 ［100］

11

等制作方面［96］。青香蕉粉不含麸质，可作为乳

糜泻、小麦过敏和麸质不耐者适吃面包的功能性

配料，满足不同消费人群的特殊需求［97-98］。青

香蕉果皮粉是天然抗氧化剂，将其加入鸡肉块等

产品中可以抑制脂质氧化并抑制微生物增殖，有

效延长产品货架期［99］。将青香蕉 RS 替代脂肪添

加到香肠、熏肠等食品中，对改善香肠感官质量、

增加膳食纤维含量、抑制脂肪氧化等具有积极作

用［100-101］。青香蕉淀粉也可作为抗氧化剂、天然

食品添加剂加入到果汁和番茄酱中，调节果汁口

感和酱料酸度，增加酱料稠度以获得更佳感官接

受度［102-103］。有研究认为，用益生菌浸渍冻干香

蕉片开发富含益生菌的零食，是香蕉 RS 功能性

食品开发的一个研究热点［104］。

6 展望

淀粉类主食和蔬菜水果是我国居民膳食结构

的重要组成部分。随着经济和社会发展，我国居

民的营养状况和健康状况明显提升。然而，超重、

肥胖及糖尿病、高血压、心脑血管疾病等膳食相

关慢性病问题日趋严重，提高当前膳食模式中膳

食纤维摄入量是坚持面向人民生命健康的重要课

题。RS 是一类可抵抗淀粉酶消化而不被健康人体

小肠吸收的膳食纤维，引起食品、医药和农业等

领域学者的极大兴趣，已成为健康食品研发的热

点内容之一［64,114］。香蕉是 RS 含量最高的果蔬之

一，是开展 RS 研究和开发利用的理想材料。但是，

由于香蕉果肉极易褐化，且果胶及多种酶类大量

存在，导致香蕉 RS 制备或改性存在特殊困难。

虽然目前在香蕉 RS 颗粒形态特征、积累特点与

果实品质形成关系、制备方法及食品加工中的应

用等方面取得较大进展，但与水稻等作物相比，

在涉及香蕉 RS 合成核心基因挖掘、功能鉴定及

分子育种等方面的研究明显滞后，亟需从以下 2

个方面开展深入研究。

6.1 融合多学科优势解析香蕉 RS 超微结构、关

键基因功能及构建交互调控网络

利用现代细胞学、结构生物学等技术，解析

香蕉 RS 颗粒形态结构、分子结构、晶型、结晶度、

糖苷键链接方式以及代谢物等结构特征，通过波

谱分析、生物信息学、合成生物学等技术对香蕉

RS 结构进行鉴定、定性定量分析，构建超微结构

模型，为制备、改性香蕉 RS 提供理论基础。研

究香蕉 RS 合成与降解代谢规律，解析其遗传机

制；分离鉴定控制 RS 合成与降解代谢的功能基

因，解析基因之间、基因与蛋白之间、蛋白与蛋

白之间的交互调控网络；构建激素代谢调控 RS

合成与降解的分子网络；分子设计育种精准培育

适于糖尿病等特殊人群鲜食的 RS 保健型香蕉新

品种，具有重要的理论意义和实际应用价值。

6.2 研发全方位多途径挖掘香蕉 RS 保健功能的

技术

探索香蕉 RS 功能性活性成分，全方位多途

径开展鲜食蕉、煮食蕉及特色蕉果实中 RS、活性

成分提取、纯化、精深加工关键核心技术攻关，

研发现代消费者易于接受的特色食物和保健型食

品；建立涵盖香蕉产地环境、投入品管控、加工

储运、适用人群、营养健康等方面的 RS 食品生

产标准，构建多元化香蕉 RS 食品供给体系，满

足人们健康生活需求。

参考文献（References）：

［1］ HUANG L C, TAN H Y, ZHANG C Q, LI Q F, LIU Q Q. Starch

biosynthesis in cereal endosperms: An updated review over the last

decade［J］. Plant Communication, 2021(5): 100237-100259.

DOI:10.1016/j.xplc.2021.100237.

［2］ CAI T, SUN H B, QIAO J, ZHU L L, ZHANG F, ZHANG J, TANG Z J,

WEI X L, YANG J G, YUAN Q Q, WAND W Y, YAND X, CHU H Y,

WAND Q, YOU C, MA H W, SUN Y X, LI Y, LI C, JIANG H F, WANG

Q H, MA Y H. Cell-free chemoenzymatic starch synthesis from carbon

dioxide［J］. Science, 2021, 373(6562): 1523-1527. DOI:10.1126/

science.abh4049.

［3］ BALL S G, MORELL M K. From bacterial glycogen to starch:

Understanding the biogenesis of the plant starch granule［J］. Annual

Review of Plant Biology, 2003, 54: 207-233. DOI:10.1146/annurev.

arplant.54.031902.134927.

［4］ MÉRIDA A, FETTKE J. Starch granule initiation in Arabidopsis

thaliana chloroplasts［J］. Plant Journal, 2021, 107(3): 688-697.

DOI:10.1111/tpj.15359.

［5］ ZEEMAN S C, KOSSMANN J, SMITH A M. Starch: Its metabolism,

evolution, and biotechnological modification in plants［J］. Annual

Review of Plant Biology, 2010, 61: 209-234. DOI: 10.1146/annurevarplant-042809-112301.

［6］ TEKIN T, DINCER E. Effect of resistant starch types as a prebiotic［J］.

Applied Microbiology and Biotechnology, 2023, 107(2-3): 491-515.

DOI: 10.1007/s00253-022-12325-y.

［7］ ASHWAR B A, GANI A, SHAH A, WANI I A, MASOODI F A.

Preparation, health benefits and applications of resistant starch—A

review［J］. Starch-Stärke, 2016, 68(3-4): 287-301. DOI:10.1002/

star.201500064.

［8］ ENGLYST H, WIGGINS H S, CUMMINGS J H. Determination

of the non-starch polysaccharides in plant foods by gas-liquid

12

chromatography of constituent sugars as alditol acetates［J］. The

Analyst, 1982, 107(1272): 307-318. DOI: 10.1039/AN9820700307.

［9］ ENGLYST H N, KINGMAN S M, CUMMINGS J H. Classification and

measurement of nutritionally important starch fractions［J］. European

Journal of Clinical Nutrition, 1992, 46(2): 33-50. https://www.

researchgate.net/publication/21824238.

［10］ WŁODARCZYK M, ŚLIŻEWSKA K. Efficiency of resistant starch

and dextrins as prebiotics: A review of the existing evidence and

clinical trials［J］. Nutrients, 2021, 13(11): 3808-3834. DOI: 10.3390/

nu13113808.

［11］ JIANG F, DU C, JIANG W, WANG L, DU S K. The preparation,

formation, fermentability, and applications of resistant starch［J］.

International Journal of Biological Macromolecules, 2020, 150:

1155-1161. DOI:10.1016/j.ijbiomac.2019.10.124.

［12］ ARAVIND N, SISSONS M, FELLOWS C M, BLAZEK J, GILBERT E P.

Optimisation of resistant starchⅡand Ⅲ levels in durum wheat pasta to

reduce in vitro digestibility while maintaining processing and sensory

characteristics［J］. Food Chemistry, 2013, 136(2): 1100-1109. DOI:

10.1016/j.foodchem.2012.08.035.

［13］ JUAREZ-GARCIA E, AGAMA-ACEVEDO E, SÁYAGO-AYERDI S

G, RODRÍGUEZ-AMBRIZ S L, BELLO-PÉREZ L A. Composition,

digestibility and application in breadmaking of banana flour［J］. Plant

Foods for Human Nutrition, 2006, 61(3): 131-137. DOI: 10.1007/

s11130-006-0020-x.

［14］ FUENTES-ZARAGOZA E, SÁNCHEZ-ZAPATA E, SENDRA E.

Resistant starch as prebiotic: A review［J］. Starch-Stärke, 2011, 63(7):

406-415. DOI: 10.1002/star.201000099.

［15］ MAZIARZ M, SHERRAARD M, JUMA S, PRASAD C, IMRHAN V,

VIJAYAGOPAL P. Sensory characteristics of high-amylose maizeresistant starch in three food products［J］. Food Science & Nutrition,

2013(2): 117-124. DOI: 10.1002/fsn3.15.

［16］ 江扬 . 超高压法制备 RS4 型荞麦抗性淀粉及其在焙烤食品中的应用

［D］. 上海 : 上海应用技术大学，2017.

JIANG Y. Preparation of type 4 buckwheat starch by ultrahigh pressure

treatment and its application in baked food ［D］. Shanghai: Shanghai

Institute of Technology, 2017.

［17］ 李云云 . 甘薯抗性淀粉 RS4 的制备及其理化性质研究［D］. 广州 :

华南理工大学，2013.

LI Y Y. Study on preparation and physicochemical properties of

sweet potato resistant starches (RS4

) ［D］. Guangzhou: South China

University of Technology, 2013.

［18］ DING L, HUANG Q, XIANG WY, FU X, ZHANG B, WU J Y. Chemical

cross-linking reduces in vitro starch digestibility of cooked potato

parenchyma cells［J］. Food Hydrocolloids, 2022, 124: 107297. DOI:

10.1016/j.foodhyd.2021.107297.

［19］ SONG J Y, PARK J H, SHIN M. The effects of annealing and acid

hydrolysis on resistant starch level and the properties of cross-linked

RS4

rice starch［J］. Starch-Stärke, 2011, 63: 147-153. DOI: 10.1002/

star.201000097.

［20］ KOO S H, LEE KY, LEE H G. Effect of cross-linking on the

physicochemical and physiological properties of corn starch［J］.

Food Hydrocolloids, 2010, 24(6-7): 619-625. DOI: 10.1016/

j.foodhyd.2010.02.009.

［21］ OKUMMUS B N, TACER-CABA Z, KAHRAMAN K, NILUFERERDIL D. Resistant starch type V formation in brown lentil

(Lens culinaris Medikus) starch with different lipids/fatty acids

［J］. Food Chemistry, 2018, 240(1): 550-558. DOI: 10.1016/

j.foodchem.2017.07.157.

［22］ OYEYINKA S A, SINGH S, AMONSOU E O. A review on structural,

digestibility and physicochemical properties of legume starch-lipid

complexes［J］. Food Chemistry, 2021, 349(1): 129165-129168.

DOI:10.1016/j.foodchem.2021.129165.

［23］ 石少侠，董瑶瑶，李琪，于修烛 . 淀粉 - 脂质复合物功能及营养特

性 研 究 进 展［J］. 食品 科 学，2020, 41(9): 238-245. DOI: 10.7506/

spkx1002-6630-20190427-371.

SHI S X, DONG Y Y, LI Q, YU X Z. Advances in functional and

nutritional properties of starch-lipid complexes［J］. Food Science,

2020, 41(9): 238-245.DOI: 10.7506/spkx1002-6630-20190427-371.

［24］ WANG S J, CHEN C, CAI J J, NIU B, COPELAND L, WANG S.

Starch-lipid and starch-lipid-protein complexes: A comprehensive

review［J］. Comprehensive Reviews in Food Science and Food

Safety, 2020, 19(3): 1056-1079. DOI: 10.1111/1541-4337.12550.

［25］ 井涛，谢江辉，周登博 . 香蕉栽培与病虫害防治彩色图说［M］. 北京 :

中国农业出版社，2022.

JING T, XIE J H, ZHOU D B. Colorful illustrations of banana

cultivation and pest control［M］. Beijing: China Agriculture Press,

2022.

［26］ 苗红霞，金志强，刘伟鑫，张建平，孙佩光，徐碧玉 . 香蕉果实抗

性淀粉变化及其与其他类型淀粉相关性分析［J］. 中国农业科

学，2013, 46(24): 5180-5187. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2013.

24.012.

MIAO H X, JIN Z Q, LIU W X, ZHANG J P, SUN P G, XU B Y.

Changes of resistant starch content and correlation with the other types

of starch in banana fruit［J］. Scientia Agricultura Sinica, 2013,

46(24): 5180-5187. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2013.24.012.

［27］ 李博，王雪飞，徐飞，谭乐和，初众，张彦军 . 菠萝蜜种子淀粉体

外消化酶解动力学及血糖值分析［J］. 热带作物学报，2018, 39(4):

774-779. DOI:10.3969/j.issn.1000-2561.2018.04.026.

LI B, WANG X F, XU F, TAN L H, CHU Z, ZHANG Y J. Enzymatic

hydrolysis kinetics of jackfr uit seeds starch［J］. Chinese

Journal of Tropical Crops, 2018, 39(4): 774-779. DOI:10.3969/

j.issn.1000-2561.2018.04.026.

［28］ CHEN J, LIANG Y, LI X, CHEN L, XIE F. Supramolecular structure

of jackfruit seed starch and its relationship with digestibility and

physicochemical properties［J］. Carbohydrate Polymers, 2016, 150:

269-277. DOI: 10.1016/j.carbpol.2016.05.030.

［29］ WANG S J, COPELAND L. Effect of acid hydrolysis on starch

structure and functionality: A review［J］. Critical Reviews in

Food Science and Nutrition, 2015, 55(8/11): 1079-1095. DOI:

10.1080/10408398.2012.684551.

［30］ GOREN A, ASHLOCK D, TETLOW I J. Starch formation inside

plastids of higher plants［J］. Protoplasma, 2018, 255(6): 1855-1876.

DOI: 10.1007/s00709-018-1259-4.

［31］ 钦风凌 . 高直链淀粉水稻胚乳淀粉粒的发育和结构特性［D］. 扬州 :

扬州大学，2011.

QIN F L. Structural properties and development of starch granule in

high-amylose rice endosperm ［D］. Yangzhou: Yangzhou Univeisity,

2011.

13

［32］ TETLOW I J, EMES M J. Starch biosynthesis in the developing

endosperms of grasses and cereals［J］. Agronomy, 2017, 7(4): 81-124.

DOI: 10.3390/agronomy7040081.

［33］ SOARES C A, PERONI-OKITA F H G, CARDOSO M B, SHITAKUBO

R, LAJOLO F M, CORDENUNSI B R. Plantain and banana starches:

granule structural characteristics explain the differences in their

starch degradation patterns［J］. Journal of Agricultural and Food

Chemistry, 2011, 59(12): 6672-6681. DOI: 10.1021/jf201590h.

［34］ 苗红霞，金志强，孙佩光，刘伟鑫，魏守兴，徐碧玉 . 3 个香蕉品种

的果实淀粉形状与含量及风味物质比较［J］. 西北植物学报，2014,

34(3): 560-564. DOI: 10.7606/j.issn.1000-4025.2014.03.0560.

MIAO H X, JIN Z Q, SUN P G, LIU W X, WEI S X, XU B Y.

Comparative study on starch shape and content and fruit flavor of three

banana varieties［J］. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica,

2014, 34(3): 560-564. DOI:10.7606/j.issn.1000-4025.2014.03.0560.

［35］ 范媛媛，毛联凯，夏雨，江东文，杨公明 . 香蕉天然抗性淀粉测定方

法的比较［J］. 食品科技，2011, 36(5): 256-259. DOI:10.13684/j.cnki.

spkj.2011.05.063.

FAN Y Y, MAO L K, XIA Y, JIANG D W, YANG G M. Comparison of

native resistant starch of green banana by using different methods［J］.

Food Science and Technology, 2011, 36(5): 256-259. DOI:10.13684/

j.cnki.spkj.2011.05.063.

［36］ 黄 欢，王 绍帆，刘 敏，韩 育 梅 . 微 波 - 酶 解 法 处 理 对马 铃薯 淀

粉 结 构及 理 化性 质的 影 响［J］. 食品科 技，2019, 44(1): 308-315.

DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2019.01.053.

HUANG H, WANG S F, LIU M, HAN Y M. Effect of microwaveenzymatic hydrolysis on structure and physicochemical properties of

potato starch［J］. Food Science and Technology, 2019, 44(1): 308-

315. DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2019.01.053.

［37］ HUNG P V, HUONG N T M, PHI N T L, TIEN N N T. Physicochemical

characteristics and in vitro digestibility of potato and cassava starches

under organic acid and heat-moisture treatments［J］. International

Journal of Biological Macromolecules, 2017, 95: 299-305.

DOI:10.1016/j.ijbiomac.2016.11.074.

［38］ HUI R, CHEN Q, FU M L, XU Q, HE G. Preparation and properties of

octenyl succinic anhydride modified potato starch［J］. Food Chemistry,

2009, 114(1): 81-86. DOI:10.1016/j.foodchem.2008.09.019.

［39］ REMYA R, JYOTHI A N, SREEKUMAR J. Morphological, structural

and digestibility properties of RS4

enriched octenylsuccinylated sweet

potato, banana and lentil starches［J］. Food Hydrocolloids, 2018, 82:

219-229. DOI:10.1016/j.foodhyd.2018.04.009.

［40］ SEUNG D, SMITH A M. Starch granule initiation and morphogenesisprogress in Arabidopsis and cereals［J］. Journal of Experimental

Botany, 2019, 70(3): 771-784. DOI:10.1093/jxb/ery412.

［41］ 朱帆，徐广文，姚历，丁文平 . 小麦淀粉颗粒的微观结构研究［J］.

食品科学，2008(5): 93-96.

ZHU F, XU G W, YAO L, DING W P. Study on micro-structural

properties of wheat starch granule［J］. Food Science, 2008(5): 93-96.

DOI: 10.3321/J.ISSN:1002-6630.2008.05.12.

［42］ BAKOURI H, GUEMRA K. Etherification and cross-linking

effect on physicochemical properties of Zea mays starch executed

at different sequences in 1-butyl-3-methylimidazolium chloride

［BMIM］ Cl ionic liquid media［J］. International Journal of

Biological Macromolecules, 2019, 125: 1118-1127. DOI: 10.1016/

j.ijbiomac.2018.12.140.

［43］ AMOAKO D B, AWIKA J M. Resistant starch formation through

intrahelical V-complexes between polymeric proanthocyanidins and

amylase［J］. Food Chemistry, 2019, 285: 326-333. DOI: 10.1016/

j.foodchem.2019.01.173.

［44］ RAZA H, LIANG Q, AMEER K, MA H, REN X. Dual-frequency

power ultrasound effects on the complexing index, physicochemical

properties, and digestion mechanism of arrowhead starch-lipid

complexes［J］. UltrasonSonochem, 2022, 84: 105978-105988. DOI:

10.1016/j.ultsonch.2022.105978.

［45］ CHUMSRI P, PANPIPAT W, CHEONG L Z, NISOA M, CHAJAN

M. Comparative evaluation of hydrothermally produced rice starchphenolic complexes: contributions of phenolic type, plasma-activated

water, and ultrasonication［J］. Foods, 2022, 11: 3826-3847. DOI:

10.3390/ foods11233826.

［46］ PHOTINAM R, MOONGNGARM A. Effect of adding vegetable oils

to starches from different botanical origins on physicochemical and

digestive properties and amylose-lipid complex formation［J］. Journal

of Food Science and Technology, 2023, 60(1): 393-403. DOI:

10.1007/s13197-022-05626-7.

［47］ 刘大同，蒋正宁，张晓，刘健，杨阳，周宾寒，朱冬梅，高德荣 . 小麦

不同灌浆速率品种籽粒淀粉合成与积累研究［J］. 植物生理学报，

2021, 57(3):703-712. DOI: 10.13592/j.cnki.ppj.2020.0378.

LIU D T, JIANG Z N, ZHANG X, LIU J, YANG Y, ZHOU B H, ZHU

D M, GAO D R. Studies on starch biosynthesis and accumulation in

wheat varieties with different grain-filling rates［J］. Plant Physiology

Journal, 2021, 57(3): 703-712. DOI: 10.13592/j.cnki.ppj.2020.0378.

［48］ 杨思敏 . 绿豆籽粒形成过程中物质积累及淀粉理化性质研究［D］.

杨凌 : 西北农林科技大学，2022.

YANG S M. Study on material accumulation and starch physicochemical

properties of mung bean during grain formation［D］. Yangling:

Northwest A & F University, 2022.

［49］ 张恒栋，黄敏，邹应斌，陈佳娜，单双吕 . 米粉稻籽粒直链淀粉积

累特性［J］. 中国农业科学，2021, 54(7): 1354-1364. DOI: 10.3864/

j.issn.0578-1752.2021.07.004.

ZHANG H D, HUANG M, ZOU Y B, CHEN J N, SHAN S L. Amylose

accumulation properties in the grains of noodle rice［J］. Scientia

Agricultura Sinica, 2021, 54(7): 1354-1364. DOI: 10.3864/

j.issn.0578-1752.2021.07.004.

［50］ 苗红霞，金志强，刘伟鑫，刘菊华，贾彩红，张建斌，徐碧玉 . 香蕉

果实中抗性淀粉代谢与可溶性糖含量变化的相关性［J］. 植物生理

学报，2013, 49(8): 743-748. DOI:10.13592/j.cnki.ppj.2013.08.005.

MIAO H X, JIN Z Q, LIU W X, LIU J H, JIA C H, ZHANG J B, XU B

Y. Correlation between resistant starch metabolism and soluble sugar

content of banana fruit［J］. Plant Physiology Journal, 2013, 49(8):

743-748. DOI:10.13592/j.cnki.ppj.2013.08.005.

［51］ WANG Z, MIAO H X, LIU J H, XU B Y, YAO X M, XU C X, ZHAO S

C, FANG X D, JIA C H, WANG J Y, ZHANG J B, LI J Y, XU Y, WANG

J S, MA W H, WU Z Y, YU L L, YANG Y L, LIU C, GUO Y, SUN S L,

BAURENS F C, MARTIN G, SALMON F, GARSMEUR O, YAHIAOUI

N, HERVOUET C, ROUARD M, LABOUREAU N, HABAS R, RICCI

S, PENG M, GUO A P, XIE J H, LI Y, DING Z H, YAN Y, TIE W

W, D’HONT A, HU W, JIN Z Q. Musa balbisiana genome reveals

subgenome evolution and functional divergence［J］. Nature Plants,

14

2019, 5(8): 810-821. DOI: 10.1038/s41477-019-0452-6.

［52］ MIAO H X, SUN P G, LIU Q, LIU J, JIA C, ZHAO D, XU B, JIN Z.

Molecular identification of the key starch branching enzyme-encoding

gene SBE2.3 and its interacting transcription factors in banana fruits

［J］. Horticulture Research, 2020, 7: 101-115. DOI: 10.1038/

s41438-020-0325-1.

［53］ JUNIOR A V, DO NASCIMENTO J R, LAJOLO F M. Molecular

cloning and characterization of an alpha-amylase occurring in the pulp

of ripening bananas and its expression in Pichia pastoris［J］. Journal

of Agricultural and Food Chemistry, 2006, 54(21): 8222-8228. DOI:

10.1021/jf060805b.

［54］ JOURDA C, CARDI C, GIBERT O, GIRALDO TORO A, RICCI

J, MBÉGUIÉ-A-MBÉGUIÉD, YAHIAOUI N. Lineage-Specific

Evolutionary histories and regulation of major starch metabolism genes

during banana ripening［J］. Frontiers in Plant Science, 2016, 7:

1778-1799. DOI: 10.3389/fpls.2016.01778.

［55］ XIAO YY, KUANG J F, QI X N, YE Y J, WU Z X, CHEN J Y, LU W

J. A comprehensive investigation of starch degradation process and

identification of a transcriptional activator MabHLH6 during banana

fruit ripening［J］. Plant Biotechnology Journal, 2018, 16(1): 151-

164. DOI: 10.1111/pbi.12756.

［56］ NAKAMURA Y, STEUP M, COLLEONI C, IGLESIAS A A, BAO J,

FHJITA N, TETLOW I. Molecular regulation of starch metabolism［J］.

Plant Molecular Biology, 2022, 108(4-5): 289-290. DOI: 10.1007/

s11103-022-01253-0.

［57］ KRISHNAN H B, CHEN M H. Identification of an abundant 56 kDa

protein implicated in food allergy as granule-bound starch synthase［J］.

Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2013, 61(22): 5404-

5409. DOI: 10.1021/jf4014372.

［58］ 匡云波，赖钟雄 . 香蕉叶片颗粒结合性淀粉合成酶Ⅰ和可溶性淀粉

合成酶Ⅲ基因的克隆与序列分析［J］. 热带作物学报，2012, 33(1):

70-78. DOI:10.3969/j.issn.1000-2561.2012.01.016.

KUA NG Y B, L A I Z X. Cloning and sequence ana lysis of

GBSSI and SSⅢ from the leaves in Musa spp.［J］. Chinese

Journal of Tropical Crops, 2012, 33(1): 70-78. DOI:10.3969/

j.issn.1000-2561.2012.01.016.

［59］ ZHOU H, WANG L, LIU G, MENG X, JING Y, SHU X, KONG X,

SUN J, YU H, SMITH S M, WU D, LI J. Critical roles of soluble

starch synthase SSⅢa and granule-bound starch synthase waxy in

synthesizing resistant starch in rice［J］. Proceedings of the National

Academy of Sciences of the United States of America, 2016, 113(45):

12844-12849. DOI: 10.1073/pnas.1615104113.

［60］ ITOH Y, CROFTS N, ABE M, HOSAKA Y, FUJITA N. Characterization

of the endosperm starch and the pleiotropic effects of biosynthetic

enzymes on their properties in novel mutant rice lines with high

resistant starch and amylose content［J］. Plant Science, 2017, 258:

52-60.DOI:10.1016/j.plantsci.2017.02.002.

［61］ GURUNATHAN S, RAMADOSS B R, MUDILI V, SIDDAIAH C,

KALAGATUR N K, BAPU J R K, MOHAN C D, ALQARAWI A A,

HASHEM A, ALLAH E F A. Single nucleotide polymorphisms in

starch biosynthetic genes associated with increased resistant starch

concentration in rice mutant［J］. Frontier in Genetics, 2019, 10: 946-

981. DOI: 10.3389/fgene.2019.00946.

［62］ ZHANG C, YANG Y, CHEN Z, CHEN F, PAN L, LU Y, LI Q, FAN X,

SUN Z, LIU Q. Characteristics of grain physicochemical properties and

the starch structure in rice carrying a mutated ALK/SSIIa gene［J］.

Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2020, 68(47): 13950-

13959. DOI: 10.1021/acs.jafc.0c01471.

［63］ MISHRA A, SINGH A, SHARMA M, KUMAR P, ROY J. Development

of EMS-induced mutation population for amylose and resistant starch

variation in bread wheat (Triticum aestivum) and identification of

candidate genes responsible for amylose variation［J］. BMC Plant

Biology, 2016, 16(1): 217-232. DOI: 10.1186/s12870-016-0896-z.

［64］ SHEN L, TIAN F, CHENG Z, ZHAO Q, FENG Q, ZHAO Y, HAN B,

FANG Y, LIN Y, CHEN R, WANG D, SUN W, SUN J, ZENG H, YAO

N, GAO G, LUO J, XU Z, BAI S. OsMADS58 stabilizes gene regulatory

circuits during rice stamen development［J］. Plants (Basel), 2022,

11(21): 2899-2918. DOI: 10.3390/plants11212899.

［65］ YANG D, WU L, HWANG Y S, CHEN L, HUANG N. Expression of

the REB transcriptional activator in rice grains improves the yield of

recombinant proteins whose genes are controlled by a Reb-responsive

promoter［J］. Proceedings of the National Academy of Sciences

of the United States of America, 2001, 98(20): 11438-11443. DOI:

10.1073/pnas.201411298.

［66］ KAWAKATSU T, YAMAMOTO M P, TOUNO S M, YASUDA H,

TAKAIWA F. Compensation and interaction between RISBZ1 and

RPBF during grain filling in rice［J］. Plant Journal, 2009, 59(6):

908-920. DOI: 10.1111/j.1365-313X.2009.03925.x.

［67］ XU H, LI X, ZHANG H, WANG L, ZHU Z, GAO J, LI C, ZHU Y. High

temperature inhibits the accumulation of storage materials by inducing

alternative splicing of OsbZIP58 during filling stage in rice［J］.

Plant Cell and Environment, 2020, 43(8): 1879-1896. DOI: 10.1111/

pce.13779.

［68］ SCHMIDT R, SCHIPPERS J H, MIEULET D, WATANABE M,

HOEFGEN R, GUIDERDONI E, MUELLER-ROEBER B. SALTRESPONSIVE ERF1 is a negative regulator of grain filling and

gibberellin-mediated seedling establishment in rice［J］. Molecular

Plant, 2014, 7(2): 404-421. DOI: 10.1093/mp/sst131.

［69］ ZHU Y, CAI X L, WANG Z Y, HONG M M. An interaction between

a MYC protein and an EREBP protein is involved in transcriptional

regulation of the rice Wx gene［J］. Journal of Biological Chemistry,

2003, 278(48): 47803-47811. DOI: 10.1074/jbc.M302806200.

［70］ BELLO B K, HOU Y, ZHAO J, JIAO G, WU Y, LI Z, WANG Y, TONG

X, WANG W, YUAN W, WEI X, ZHANG J. NF-YB1-YC12-bHLH144

complex directly activates Wx to regulate grain quality in rice (Oryza

sativa L.)［J］. Plant Biotechnology Journal, 2019, 17(7): 1222-1235.

DOI: 10.1111/pbi.13048.

［71］ FENG T, WANG L, LI L, LIU Y, CHONG K, THEIßEN G, MENG Z.

OsMADS14 and NF-YB1 cooperate in the direct activation of OsAGPL2

and Waxy during starch synthesis in rice endosperm［J］. New

Phytologist, 2022, 234(1): 77-92. DOI: 10.1111/nph.17990.

［72］ MIAO H X, SUN P G, LIU W X, XU B Y, JIN Z Q. Identification of

genes encoding granule-bound starch synthase involved in amylose

metabolism in banana fruit［J］. PLoS ONE, 2014, 9(2): e88077. DOI:

10.1371/journal.pone.0088077.

［73］ XU B Y, SU W, LIU J H, WANG J B, JIN Z Q. Differentially expressed

cDNAs at the early stage of banana ripening identified by suppression

subtractive hybridization and cDNA microarray［J］. Planta, 2007,

15

226(2): 529-539. DOI: 10.1007/s00425-007-0502-6.

［74］ D’HONT A, DENOEUD F, AURY J M, BAURENS F C, CARREEL F,

GARSMEUR O, NOEL B, BOCS S, DROC G, ROUARD M, DA SILVA

C, JABBARI K, CARDI C, POULAIN J, SOUQUET M, LABADIE

K, JOURDA C, LENGELLÉ J, RODIER-GOUD M, ALBERTI A,

BERNARD M, CORREA M, AYYAMPALAYAM S, MCKAIN M R,

LEEBENS-MACK J, BURGESS D, FREELING M, MBÉGUIÉ-AMBÉGUIÉ D, CHABANNES M, WICKER T, PANAUD O, BARBOSA

J, HRIBOVA E, HESLOP-HARRISON P, HABAS R, RIBALLAN

R, FRANCOIS P, POIRON C, KILIAN A, BURTHIA D, JENNY C,

BAKRY F, BROWN S, GUIGNON V, KEMA G, DITA M, WAALWIJK

C, JOSEPH S, DIEVART A, JAILLON O, LECLERCQ J, ARGOUT

X, LYONS E, ALMEIDA A, JERIDI M, DOLEZEL J, ROUX N,

RISTERUCCI A M, WEISSENBACH J, RUIZ M, GLASZMANN J

C, QUÉTIER F, YAHIAOUI N, WINCKER P. The banana (Musa

acuminata) genome and the evolution of monocotyledonous plants［J］.

Nature, 2012, 488(7410): 213-217. DOI: 10.1038/nature11241.

［75］ 张凯星 . 香蕉果实直链淀合成关键酶基因 MaGBSSI-3 的功能及表

达调控机制解析［D］. 海南 : 海南大学，2016.

ZHANG K X. Function and regulation mechanism of MaGBSSI-3

involved in the amylose biosynthesis of banana fruit［D］. Hainan:

Hainan University, 2016.

［76］ MIAO H X, SUN P G, LIU Q, JIA C H, LIU J H, HU W, JIN Z Q,

XU B Y. Soluble starch synthase Ⅲ-1 in amylopectin metabolism

of banana fruit: characterization, expression, enzyme activity, and

functional analyses［J］. Frontiers in Plant Science, 2017, 8: 454-

466. DOI:10.3389/fpls.2017.00454.

［77］ 程燕锋，王娟，李尚新，郭卫芸，杨公明 . 香蕉抗性淀粉提取工艺优

化研究［J］. 中国粮油学报，2008, 23(2): 73-76.

CHEN Y F, WANG J, LI S X, GUO W Y, YANG G M. Isolation of

resistant starch of banana［J］. Journal of the Chinese Cereals and

Oils Association, 2008, 23(2): 73-76.

［78］ KAUR B, VENKATRAO K B, PANESAR P S, CHOPRA H K, ANAL A

K. Optimization of ultrasound-assisted enzymatic extraction of resistant

starch from green banana peels and its structural characterization［J］.

Journal of Food Science and Technology, 2022, 59(12): 4663-4672.

DOI: 10.1007/s13197-022-05546-6.

［79］ LEHMANN U, JACOBASCH G, SCHMIEDL D. Characterization of

resistant starch type Ⅲ from banana (Musa acuminata)［J］. Journal

of Agricultural and Food Chemistry, 2002, 50(18): 5236-5240. DOI:

10.1021/jf0203390.

［80］ 唐健 . 香蕉抗性淀粉制备、安全性及通便和减肥功能研究［D］. 广州 :

华南农业大学，2015.

TANG J. Studies on the preparation, safety, defecation function and

weight loss of banana resistance starch ［D］. Guangzhou: South China

Agricultural University, 2015.

［81］ CAHYANA Y, WIJAYA E, HALIMAH T S, MARTA H, SURYADI E,

KURNIATI D. The effect of different thermal modifications on slowly

digestible starch and physicochemical properties of green banana flour

(Musa acuminata Colla)［J］. Food Chemistry, 2019, 274: 274-280.

DOI: 10.1016/j.foodchem.2018.09.004.

［82］ LIAO H J, HUNG C C. Functional, thermal and structural properties of

green banana flour (cv. Giant Cavendish) by de-astringency, enzymatic

and hydrothermal treatments［J］. Plant Foods for Human Nutrition,

2023, 78(1): 52-60. DOI: 10.1007/s11130-022-01021-x.

［83］ PARAMASIVAM S K, SUBRAMANIYAN P, THAYUMANAVAN S,

SHIVA K N, NARAYANAN S, RAMAN P, SUBBARAYA U. Influence

of chemical modifications on dynamic rheological behaviour, thermal

techno-functionalities, morpho-structural characteristics and prebiotic

activity of banana starches［J］. International Journal of Biological

Macromolecules, 2023, 249: 126125-126141. DOI: 10.1016/

j.ijbiomac.2023.126125.

［84］ SÁNCHEZ-RIVERA M M, MARIA N S, BELLO-PÉREZ L A,

AGAMA-ACEVEDO E, ALVAR EZ-R AMIR EZJ. Citric acid

esterification of unripe plantain flour: Physicochemical properties and

starch digestibility［J］. Starch-Stärke, 2017, 25(5): 1-7. DOI:10.1002/

star.201700019.

［85］ EBUN-OLUWA O. The implications of sample preparation on the

quantification of resistant starch type 1 and related nutritional starch

fractions in plantain (Musa AAB)［J］. Food Analytical Methods,

2017, 10(6): 1909-1913. DOI:10.1007/s12161-016-0761-6.

［86］ SHRESTHA S, SADIQ M B, ANAL A K. Culled banana resistant

starch-soy protein isolate conjugate based emulsion enriched with

astaxanthin to enhance its stability［J］. International Journal of

Biological Macromolecules, 2018, 120(A): 449-459. DOI: 10.1016/

j.ijbiomac.2018.08.066.

［87］ DUYEN T T M, HUONG N T M, PHI N T L , VAN HUNG P.

Physicochemical properties and in vitro digestibility of mung-bean

starches varying amylose contents under citric acid and hydrothermal

treatments［J］. International Journal of Biological Macromolecules,

2020, 164: 651-658. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.07.187.

［88］ LIU G, ZHANG R, HUO S, LI J, WANG M, WANG W, YUAN Z, HU

A, ZHENG J. Insights into the changes of structure and digestibility of

microwave and heat moisture treated quinoa starch［J］. International

Journal of Biological Macromolecules, 2023, 246: 125681-125704.

DOI: 10.1016/J.IJBIOMAC.2023.125681.

［89］ CORDEIRO M J M, VELOSO C M, SANTOS L S, BONOMO R C F,

CALIARI M, FONTAN R D C I. The impact of heat-moisture treatment

on the properties of Musa paradisiaca L. starch and optimization of

process variables［J］. Food Technology and Biotechnology, 2018,

56(4): 506-515. DOI: 10.17113/ftb.56.04.18.5490.

［90］ ZHANG S, ZHAO K, XU F, CHEN X, ZHU K, ZHANG Y, XIA G.

Study of unripe and inferior banana flours pre-gelatinized by four

different physical methods［J］. Frontiers in Nutrition, 2023, 10:

1201106-1201117. DOI: 10.3389/fnut.2023.1201106.

［91］ BELLO-FLORES A C, NUÑEZ-SANTIAGO C M, MARTÍNGONZALEZ M S F, BEMILLER J N, BELLO-PÉREZ L A. Preparation

and characterization of octenylsuccinylated plantain starch［J］.

International Journal of Biological Macromolecules, 2014, 70: 334-

339. DOI:10.1016/j.ijbiomac.2014.06.061.

［92］ KANG X, GAO W, WANG B, YU B, GUO L, CUI B, ABD El-ATY A

M. Effect of moist and dry-heat treatment processes on the structure,

physicochemical properties, and in vitro digestibility of wheat starchlauric acid complexes［J］. Food Chemistry, 2021, 351: 129303-

129303. DOI: 10.1016/j.foodchem.2021.129303.

［93］ CAI J, CHAO C, NIU B, YU J, COPELAND L, WANG S, WANG S.

Effects of debranching on the formation of maize starch-lauric acidβ-lactoglobulin complexes［J］. Journal of Agricultural and Food

16

Chemistry, 2021, 69(32): 9086-9093. DOI: 10.1021/acs.jafc.0c07230.

［94］ REDDY C K, CHOI S M, LEE D J, LIM S T. Complex formation

between starch and stearic acid: Effect of enzymatic debranching for

starch［J］. Food Chemistry, 2017, 244: 136-142. DOI: 10.1016/

j.foodchem.2017.10.040.

［95］ KAWAI K, TAKATO S, SASAKI T, KAJIWARA K. Complex formation,

thermal properties, and in-vitro digestibility of gelatinized potato

starch-fatty acid mixtures［J］. Food Hydrocolloids, 2012, 27(1): 228-

234. DOI:10.1016/j.foodhyd.2011.07.003.

［96］ LETICIA S K, TONIN G F, RUFFO V O. Chemical, technological and

sensory quality of pasta and bakery products made with biomass and

green banana flour［J］. International Journal of Food Science and

Technology, 2022, 57(9): 5689-5697. DOI: 10.1111/IJFS.15826.

［97］ HER NÁNDEZ-AGUIRRE M A, ISLAS-HERNÁNDEZ J J,

SÁNCHEZ-PARDO M E. Response surface methodology for

optimization of gluten-free bread made with unripe banana flour［J］.

Journal of Food Measurement and Characterization, 2019, 13(3):

1652-1660. DOI:10.1007/s11694-019-00082-y.

［98］ HOSOKAWA K, OHISHI K, IKEDA T, INAGAKI K. Properties of

ripe banana flour and application to gluten-free breadmaking［J］.

Journal of Food Processing and Preservation, 2020, 44(10): 1-31.

DOI:10.1111/jfpp.14789.

［99］ AKRAM T, MUSTAFA S, IIYAS K, TARIQ M R, ALI S W, ALI

S, SHAFIQ M, RAO M, SAFDAR W, IFTIKHAR M, HAMEED

A , M A N ZO OR M , A K H TA R M , U M ER Z , BA SH A R AT Z .

Supplementation of banana peel powder for the development of

functional broiler nuggets［J］. PeerJ, 2022, 10: 14364. DOI: 10.7717/

peerj.14364.

［100］ AURIEMA B E, CORREA F J, SILVA R, SOARES P T S, LIMA A L,

VIDAL V A S, RAICES R S L, POLLONIO M A R, LUCHESE R H,

ESMERINO E A, MATHIAS S P. Fat replacement by green banana

biomass: Impact on the technological, nutritional and dynamic sensory

profiling of chicken mortadella［J］. Food Research International,

2022, 152(2):110890-110890. DOI: 10.1016/j.foodres.2021.110890.

［101］ ZAINI H B M, SINTANG M D B, PINDI W. The roles of banana peel

powders to alter technological functionality, sensory and nutritional

quality of chicken sausage［J］. Food Science & Nutrition, 2020,

8(10): 5497-5507. DOI: 10.1002/fsn3.1847.

［102］ ORTIZ L, DORTA E, GLORIA LOBO M, GONZÁLEZ-MENDOZA

L A, DÍAZ C, GONZÁLEZ M. Use of banana (Musa acuminata Colla

AAA) peel extract as an antioxidant source in orange juices［J］. Plant

Foods for Human Nutrition, 2017, 72(1): 60-66. DOI: 10.1007/

s11130-016-0591-0.

［103］ FEITOSA B F, ALCÁNTARA C M, LUCENA Y J A, OLIVEIRA E N

A, CAVALCANTI M T, MARIUTTI L R B, LOPES M F. Green banana

biomass (Musa spp.) as a natural food additive in artisanal tomato

sauce［J］. Food Research International, 2023, 170: 113021-113037.

DOI: 10.1016/j.foodres.2023.113021.

［104］ NIRO C M, MENDONCA G M N, PAULINO L R, SOARES V F,

AZEREDO H M C. Freeze-dried banana slices carrying probiotic

bacteria［J］. Foods, 2023, 12(12): 2282-2289. DOI:10.3390/

foods12122282.

［105］ TüRKER B, SAVLAK N, KAKC M. Effect of green banana peel flour

substitution on physical characteristics of gluten-free cakes［J］.

Current Research in Nutrition and Food Science Journal, 2016, 4:

197-204. DOI:10.12944/CRNFSJ.4. Special-Issue-October.25.

［106］ RAJESWARI H, JAGADEESH S L, SURESH G J. Physicochemical

and sensory qualities of bread fortified with banana, aonla and sapota

powders［J］. Journal of Nutritional Health & Food Engineering,

2018, 8(6): 487-492. DOI:10.15406/JNHFE.2018.08.00315.

［107］ LOONG C Y L, WONG C Y H. Chinese steamed bread fortified

with green banana flour［J］. Food Research, 2018, 2(4): 320-330.

DOI:10.26656/fr.2017.2(4).058.

［108］ SOTO-MALDONADO C, CONCHA-OLMOS J, ZÚÑIGA-HANSEN

M E. The effect of enzymatically treated ripe banana flour on the

sensory quality and glycemic response of banana-wheat flour

composite muffins［J］. Journal of Food Science and Technology,

2020, 57(10): 3621-3627. DOI: 10.1007/s13197-020-04394-6.

［109］ THAKAENG P, BOONLOOM T, RAWDKUEN S. Physicochemical

properties of bread partially substituted with unripe green banana

(Cavendish spp.) flour［J］. Molecules, 2021, 26(7): 2070-2082. DOI:

10.3390/molecules26072070.

［110］ VERNAZA M G, GULARTE M A, CHANG Y K. Addition of green

banana flour to instant noodles: Rheological and technological

properties［J］. Ciência E Agrotecnologia, 2011, 35(6): 1157-1165.

DOI: 10.1590/S1413-70542011000600016.

［111］ LI P H, WANG C W, LU W C, CHAN Y J, WANG C R. Effect of

resistant starch sources on the physical properties of dough and on the

eating quality and glycemic index of salted noodles［J］. Foods, 2022,

11(6): 814-826. DOI: 10.3390/foods11060814.

［112］ FILIZ Y. Effects of green banana flour on the physical, chemical

and sensory properties of ice cream［J］. Food Technolog y

and Biotechnology, 2015, 53(3): 315-323. DOI:10.17113/

ftb.53.03.15.3851.

［113］ CAROLINE O D S N, LÍBIA D L D O, ERNANDES R D A,

MOR E I R A G P, SA N T O S L E A N DRO E D, GI NA N I V C ,

ZANDONADI R P. Textural, physical and sensory impacts of the use

of green banana puree to replace fat in reduced sugar pound cakes［J］.

LWT-Food Science & Technology, 2018, 89: 617-623. DOI:10.1016/

j.lwt.2017.11.050.

［114］ WANG Z G, WANG S L, XU Q H, KONG Q, LI F, LU L, XU Y

B, WEI Y L. Synthesis and functions of resistant starch［J］.

Advances in Nutrition, 2023, 14(5): 1131-1144. DOI: 10.1016/

j.advnut.2023.06.001.

（责任编辑 张辉玲）

收稿日期：2023-09-13

基金项目：国家自然科学基金（32272920）；广东省自然科学基金（2023A1515012491）；国家生猪产业技术体

系专项（CAR-35）；广州市科技计划项目（202201011372）；岭南现代农业科学与技术广东省实验室茂名分中心基

金项目（2022ZD003）

作者简介：易宏波（1989—），男，博士，副研究员，研究方向为动物营养与饲料科学，E-mail: yihongbo@gdaas.cn

通信作者：蒋宗勇（1963—），男，博士，研究员，研究方向为动物营养与饲料科学，E-mail: jiangz28@qq.com

广东农业科学 2023，50（11）：17-28

Guangdong Agricultural Sciences DOI:10.16768/j.issn.1004-874X.2023.11.002

易宏波，刘春艳，韦洋洋，杨雪芬，黄艳娜，吴绮雯，王丽，蒋宗勇 . 猪源罗伊氏乳杆菌 LR1 对断奶仔猪肠黏膜细胞外

基质动态变化的影响［J］. 广东农业科学，2023，50（11）：17-28.

猪源罗伊氏乳杆菌 LR1 对断奶仔猪

肠黏膜细胞外基质动态变化的影响

易宏波 1

，刘春艳 1,2，韦洋洋1,2，杨雪芬 1

，黄艳娜 2

，吴绮雯1

，王 丽1

，蒋宗勇1

（1. 广东省农业科学院动物科学研究所 / 猪禽种业全国重点实验室 / 农业农村部华南动物营养

与饲料重点实验室 / 岭南现代农业科学与技术广东省实验室茂名分中心 / 广东省畜离育种与

营养研究重点实验室，广东 广州 510640；2. 广西大学动物科学技术学院，广西 南宁 530004）

摘 要：【目的】初步研究饲粮添加猪源罗伊氏乳杆菌对断奶仔猪肠道细胞外基质（Extracellular matrix，

ECM）表达的影响，为猪源罗伊氏乳杆菌在畜牧业中的推广应用提供参考。【方法】选取 21 日龄体重相近的杜长

大杂交断奶仔猪 144 头，随机分为 3 个处理组，对照组（CON）饲喂基础饲粮，抗生素组（AO）在基础饲粮中添

加 75 mg/kg 金霉素和 100 mg/kg 喹乙醇，罗伊氏乳杆菌组（LR1）在基础饲粮中添加 5×1010 CFU/kg 猪源罗伊氏乳

杆菌 LR1，每个处理组各分 8 栏饲养，每栏 6 头猪，试验期为 42 d，饲养试验结束时随机从每栏挑选 1 头仔猪进

行屠宰，取其十二指肠（近端）、空肠（中段）、回肠（远端）样品，进行肠道胶原蛋白、纤维黏连蛋白、肌腱

蛋白及其相关调控因子等 ECM 相关指标的检测。【结果】Masson 染色观察结果显示，十二指肠、空肠和回肠中胶

原纤维均由肠黏膜下层向上层延伸，与 CON 组相比，LR1 组和 AO 组断奶仔猪十二指肠的胶原容积分数均显著降

低（P<0.05），LR1 组的回肠胶原容积分数也显著降低（P<0.05）。TMT 高通量蛋白质组学分析结果显示，ECM受体互作通路是差异蛋白主要富集通路之一，且其差异蛋白 COL1A2、COL4A2、COL6A1、ITGA1 等 ECM 分子

的表达在 LR1 组显著低于 CON 组（P<0.05）。与 CON 组相比，LR1 组和 AO 组断奶仔猪空肠和回肠 COL1A2、

COL3A1、ITGβ2 的基因表达均显著降低（P<0.05），且 LR1 组显著降低了空肠 COL4A2、COL5A1、COL6A1、

FN1、TNC、ITGα1 及回肠 ITGα1 的基因表达（P<0.05），但对回肠 COL4A2、COL5A1、COL6A1、FN1、TNC 无显

著影响。在回肠中，与 CON 组相比，LR1 组和 AO 组断奶仔猪回肠 Collagen Ⅰ ~ Ⅵ的含量显著降低（P<0.05）；

LR1 组回肠胞内调控因子 SEC6A1、PDE4D 和胞外调控因子 MMP2 的基因表达均显著降低（P<0.05）；与 AO 组相比，

LR1 组的胞内调控因子 SEC6A1、细胞因子 TGF-β 的基因表达显著降低（P<0.05）。【结论】饲粮中添加猪源罗

伊氏乳杆菌 LR1 可通过减少 ECM 调控因子 SEC6A1、PDE4D 等的基因表达来调节断奶仔猪肠道 ECM 的重塑。

关键词：断奶仔猪；肠黏膜；炎症；肠道健康；细胞外基质；罗伊氏乳杆菌 LR1

中图分类号：S816.71 文献标志码：A 文章编号：1004-874X（2023）11-0017-12

优秀青年学者论坛

易宏波，博士，副研究员，硕士生导师，广东省农业科学院蒋宗勇研究员团队核心成员。2011 年本

科毕业于吉林大学，2016 年博士毕业于浙江大学，主要从事仔猪营养、肠道免疫和功能微生物开发

等研究工作。主持国家自然科学基金（青年、面上）、国家重点研发计划项目子课题、广东省自然

科学基金等项目 15 项，以第一或通信作者在《Journal of Immunology》《Food & Function》《Journal

of Animal Science》《动物营养学报》等国内外权威期刊发表论文 35 篇，申请发明专利 10 件（获

授权 6 件），获 2016 年度中国动物营养学会青年科学奖特等奖。受聘华南农业大学、广西大学、

广东海洋大学、西南民族大学等院校硕士指导老师。

18

【研究意义】仔猪早期断奶易引起肠道功能

受损、生长缓慢等应激反应，致使断奶后仔猪死

亡率升高，导致养殖收益降低。在仔猪日粮中添

加抗生素可以有效改善其断奶后的应激反应，但

药物残留问题会严重影响食品安全及人体健康。

罗伊氏乳杆菌（Lactobacillus reuteri，LR1）作为一

种益生菌，具有促进肠道免疫细胞发育、加强肠

道屏障等作用［1］。推动罗伊氏乳杆菌在畜禽生产

中广泛使用，对于响应国家“减抗、限抗、禁抗”

要求，开发绿色高效饲料添加剂具有重要的促进

Effect of Porcine Lactobacillus reuteri LR1 on Dynamic

Changes of Extracellular Matrix in the Intestinal Mucosa

of Weaned Piglets

YI Hongbo1

, LIU Chunyan1,2, WEI Yangyang1.2, YANG Xuefen1

, HUANG Yanna2

,

WU Qiwen1

, WANG Li1

, JIANG Zongyong1

（1. Institute of Animal Science, Guangdong Academy of Agricultural Sciences / State Key Laboratory of

Livestock and Poultry Breeding / Key Laboratory of Animal Nutrition and Feed Science in South China, Ministry of

Agriculture and Rural Affairs / Maoming Branch of Guangdong Laboratory for Lingnan Modern Agriculture /

Guangdong Key Laboratory of Animal Breeding and Nutrition, Guangzhou 510640, China; 2. College of

Animal Science and Technology, Guangxi University, Nanning 530004, China)

Abstract:【Objective】It aims to preliminarily reveal the effect of dietary supplementation with porcine Lactobacillus

reuteri LR1 on the expression of intestinal extracellular matrix (ECM) in weaned piglets, providing references for the promotion

and application of porcine LR1 in animal husbandry.【Method】One hundred and forty-four Duroc-Landrace-Yorkshire

crossbred weaned piglets with similar body weights at 21 days of age were selected and randomly divided into three treatment

groups, which were fed a basal diet (control group, CON group), a basal diet supplemented with 75 mg/kg of aureomycin and

100 mg/kg of quinol (antibiotic group, AO group), and a basal diet supplemented with 5×1010 CFU/kg of porcine L. reuteri

LR1 (porcine L. reuteri LR1 group, LR1 group), respectively, and each treatment group was divided into 8 pens for feeding,

with 6 pigs in each pen. The experiment lasted for 42 days. On the 43rd day, one piglet from each group was randomly selected

for slaughter, and samples of the duodenum (proximal), jejunum (middle), and ileum (distal) were taken for the detection of

extracellular matrix related indicators such as intestinal collagen, f ibronectin, tenascin and related regulatory factors.【Result】

Masson staining observations showed that collagen fibers in the duodenum, jejunum and ileum all extended from the lower to the

upper layers of the intestinal mucosa. Compared with the CON group, the collagen volume fraction of the duodenum decreased

significantly in both the LR1 and AO groups (P<0.05), and the collagen volume fraction of the ileum also decreased significantly

in the LR1 group (P<0.05). TMT high-throughput proteomics results showed that the ECM-receptor interaction pathway was

one of the major differential protein-enriched pathways, and the expression of its differential proteins, COL1A2, COL4A2,

COL6A1, ITGA1, and other ECM molecules, was significantly lower in the LR1 group than that in the CON group (P<0.05). In

addition, the gene expression of COL1A2, COL3A1 and ITGβ2 in jejunum and ileum of LR1 and AO groups was significantly

reduced compared with the CON group (P<0.05), and the gene expression of COL4A2, COL5A1, COL6A1, FN1, TNC, ITGα1 in

jejunum, and ITGα1 in ileum was also significantly reduced in the LR1 group (P< 0.05), but there were no significant effect on

COL4A2, COL5A1, COL6A1, FN1 and TNC in ileum. Compared with the CON group (P<0.05), in the ileum of the LR1 and AO

groups, the contents of Collagen I, Collagen Ⅱ , Collagen Ⅲ , Collagen Ⅳ , Collagen Ⅴ and Collagen Ⅵ significantly decreased;

the gene expression of ileal cellular regulatory factors SEC6A1 and PDE4D in LR1 group significantly decreased (P<0.05).

Compared with the AO group (P<0.05), the gene expression of the extracellular regulator MMP2 was significantly lower in the

LR1 group (P<0.05); and the gene expression of the intracellular regulator SEC6A1 and cytokine TGF-β significantly decreased

in the LR1 group.【Conclusion】Addition of porcine L. reuteri LR1 to the diet could modulate ECM remodeling by reducing

gene expression of ECM regulators SEC6A1, PDE4D and other genes.

Key words: weaned piglet; intestinal mucosa; inflammation; intestinal health; extracellular matrix; Lactobacillus reuteri LR1

19

作用。

【前人研究进展】细胞外基质（Extracellular

matrix，ECM）在体内分布广泛，是由肠道上皮

细胞与基质细胞相互作用组成的一个复杂的蛋白

质合成网络，在维持肠道正常结构、肠道屏障正

常功能，以及介导关键细胞保护信号等方面具有

重要作用［2-3］。ECM 主要由糖蛋白和蛋白聚糖组

成，其中糖蛋白的主要成分为胶原蛋白（Collagen，

COL）、 纤 维 黏 连 蛋 白（Fibronectin，FN）、 肌

腱蛋白（Tenascin，TN），其中胶原蛋白为 ECM

网络提供了基础结构，也是 ECM 网络的主要成分，

FN 可在一定程度上促进胶原纤维生成，TN 则可

以与胶原蛋白相互作用，实现对组织结构的调

整［4-6］。围绕微血管与基底层，肠黏膜也含有丰

富的 ECM，并且不同类型的肠细胞所分泌的 ECM

有所不同，主要以 Collagen Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ为主，

这些物质可以为肠上皮细胞提供保护和机械支

撑，形成抵御外部病原体入侵的重要屏障［7-8］。

研究表明，当肠道屏障受损或发生炎症时，肠上

皮细胞的受损会导致 ECM 重塑受到阻碍，从而阻

碍肠道愈合［9］，肠道愈合失调致使肠道纤维化增

加，ECM 在纤维化部位过度积累。此外，肠道发

生炎症时，ECM 在肠道黏膜组织中高度表达，会

降低肠道对葡聚糖硫酸钠的敏感性，从而使肠道

炎症进一步加重［10］。ECM 蛋白过度沉积进一步

促使肠道纤维化，因此减弱 ECM 的功能或降低

ECM 的沉积是治疗肠道炎症的潜在策略。

ECM 中 的 COL、FN 等 成 分 可 以 成 为 细 菌

和病原菌的黏附靶点［11］，乳杆菌可通过黏液与

ECM 相互作用，达到增强肠道屏障、保护肠道菌

群的作用。Kashima 等［12］研究发现，乳杆菌所分

泌的生物活性分子聚磷酸盐，在不影响正常成纤

维细胞中胶原蛋白表达的同时，可降低小鼠结肠

炎模型中结肠上皮细胞炎症因子的表达，并能改

善结肠炎症及其纤维化。对小鼠结肠炎模型使用

12 种益生菌联合给药，可以改善与肠炎相关的纤

维化状况，并且可在结肠切片中观察到 Collagen

Ⅰ 阳性细胞减少，显著抑制了肠道炎症［13］，表

明乳杆菌可通过调节 ECM 改善肠道纤维化。

【本研究切入点】前期研究显示，日粮中添

加 5×1010 CFU/kg 猪源罗伊氏乳杆菌 LR1 可以改

善断奶后 42 d 仔猪的生长性能、小肠绒毛形态及

肠上皮屏障功能［14］，但 LR1 对肠道 ECM 的影

响还不清楚。【拟解决的关键问题】本研究在断

奶仔猪饲粮中添加猪源罗伊氏乳杆菌 LR1，初步

分析断奶仔猪肠道胶原蛋白含量、胶原蛋白分子

表达的变化，探讨猪源罗伊氏乳杆菌 LR1 对肠道

ECM 的影响，以期为断奶仔猪肠道 ECM 的调控

研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试的猪源罗伊氏乳杆菌 LR1 由广东省农业科

学院动物科学研究所从 35 日龄健康断奶仔猪的粪

便中筛选得到，其 16S rRNA 序列已提交至 GenBank

数据库（No. KT205306）。罗伊氏乳杆菌 LR1 在

MRS 肉汤中 37 ℃下生长 18 h，之后经喷雾干燥处

理制成冻干粉制剂。试验动物为 21 日龄杜长大杂

交断奶仔猪，平均体重为 6.49（±0.02）kg。

1.2 仪器设备与试剂

1.2.1 仪器设备 石蜡切片机（KD-5500）、石

蜡包埋机（KD-BM）、摊烤片机（KD-P）、生

物组织脱水染色机（KD-TR），均购自浙江金

华市科迪仪器设备有限公司；荧光正置显微镜

（Axio ScopeA1，德国 Zeiss 公司），高速冷冻离

心机（Universal 32R，德国 Het tich 公司），精密

电子天平（BSA2254-CW，德国 Sartorius 公司），

全自动样品冷冻研磨仪（JXFSTPRP-CL，上海

净信实业发展有限公司），微量紫外分光光度计

（ND-1000，美国 Nanodrop 公司），实时荧光定

量 PCR 仪（CFX96 Connect Detection， 美 国 BioRad 公司），梯度 PCR 仪（T100，美国 Bio-Rad

公司），气相色谱仪（7890B，美国 Aglient 公司）。

1.2.2 试 剂 （1）Masson 染 色 试 剂 盒： 二 甲

苯、无水乙醇、中性树胶（国药集团化学试剂有

限公司），Masson 染液套装、防脱载玻片（中国

Servicebio 公司）。

（2）蛋白质组学分析：蛋白酶抑制剂、BCA

试剂盒（上海碧云天生物技术有限公司）、尿素、

四乙基溴化铵（美国 Sigma 公司）、胰酶（美国

Promega 公司）、乙腈（美国 Fisher Chemical 公司）、

TMT 试剂盒（美国 Thermo Fisher Science 公司）。

（3）ELISA 试 剂 盒： 猪 源 肠 道 胶 原 蛋 白

Ⅰ~Ⅵ（Collagen Ⅰ~Ⅵ）ELISA 试剂盒（南京建

成生物工程研究所）。

（4）实时荧光定量 PCR：TRIzol 裂解液（北

20

京艾德莱生物科技有限公司）、三氯甲烷和异丙

醇（南京化学试剂有限公司）、Trizol Reagent（美

国 Invitrogen 公 司 ）、PrimeScript RT Reagent Kit

（ 日 本 TaKaRa 公 司）、iTaqTM Universal SYBR®

Green Supermix 定量试剂盒、96 孔定量板和封板

膜（美国 Bio-Rad 公司）、无 RNAse 离心管（美

国 Corning 公司）、DEPC 水（中国 Biosharp 公司）等。

（5）免疫荧光：牛血清蛋白（BSA，瑞典

Ubio Biotechnology 公 司）、Collagen Ⅵ 一 抗（ 美

国 Abcam 公司）、DAPI、抗荧光淬灭剂（中国

Biosharp 公司）。

1.3 试验设计及分组

选取 21 日龄杜长大杂交断奶仔猪 144 头，平

均体重为 6.49（±0.02）kg，随机分为 3 组，每组

8 栏，每栏 6 头仔猪，公母各半。对照组（CON）

饲喂基础饲粮〔参照 NRC（2012）营养需要配制，

表 1〕；试验组分为抗生素组（AO）和罗伊氏乳

杆菌组（LR1），分别在基础饲粮中添加 75 mg/kg

金 霉 素 和 100 mg/kg 喹 乙 醇、5×1010 CFU/kg 猪

源罗伊氏乳杆菌 LR1（参照文献［15］确定添加

量，益生菌制剂逐级稀释后与粉状配合饲料混合

均匀）。试验期为 42 d。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 肠道胶原纤维测定 试验结束时，从每栏

随机挑选 1 头仔猪进行屠宰，环切约 1 cm 十二

指肠（近端）、空肠（中段）、回肠（远端），

用注射器吸取磷酸盐缓冲液（PBS）轻轻冲洗后

分别置于 4% 多聚甲醛样品瓶中固定保存，经过

冲水、脱水、透明、石蜡包埋等处理后，采用

Masson 染液套装进行染色，利用 Axio Scope A1 显

微镜观察切片图像、Image-Pro 软件进行图片拍摄。

1.4.2 蛋白质组学分析 提取回肠组织样本中的

蛋白，按照 TMT 试剂盒操作说明书标记肽段，然

后利用高 pH 反向高效液相色谱法将肽段分级，

色谱柱为 Agilent 300Extend C18（粒径 5 μm、内

径 4.6 mm、长 250 mm），分级后的肽段用液相

色谱流动相 A 相溶解后使用 EASY-nLC 1000 超

高效液相系统进行分离，分离后注入 NSI 离子源

中进行电离，然后通过 Orbitrap FusionTM LumosTM

质谱进行分析。使用 Maxquant（V1.5.2.8）检索二

级质谱数据，经 KEGG 通路数据库对蛋白通路进

行注释，并通过双尾 Fisher’snexact 测试检验差

异表达的富集程度。

表 1 基础饲粮组成及营养水平（风干基础）

Table 1 Composition and nutrient levels of basal diets

(air-dry basis)

基础饲粮

Basal diet

组分 / 营养

Composition/Nutrition 1~14 d 15~42 d

原料

Ingredient (%)

玉米 35.31 47.55

膨化玉米 15.00 13.00

发酵豆粕 9.00 8.50

去皮大豆粕 0 9.00

膨化大豆 10.00 6.00

鱼粉 4.00 4.00

乳清粉 11.00 6.00

大豆皮 5.00 0

大豆油 1.20 0

浓缩乳清蛋白 3.00 0

白砂糖 2.00 2.00

50% 氯化胆碱 0.20 0.18

食盐 0.45 0.45

磷酸氢钙 0.62 0.60

石粉 0.65 0.74

L- 赖氨酸盐酸盐 0.60 0.54

DL- 蛋氨酸 0.22 0.20

L- 苏氨酸 0.21 0.21

L- 色氨酸 0.04 0.03

预混料 1.51) 1.002)

合计 100 100

营养水平

Nutrient level

消化能（kcal/kg） 3550 3515

粗蛋白质（%） 19.20 19.10

钙（%） 0.68 0.70

总磷（%） 0.56 0.53

STTD 磷（%） 0.40 0.34

SID 赖氨酸（%） 1.42 1.29

SID 蛋氨酸 + 胱氨酸（%） 0.57 0.54

SID 苏氨酸（%） 0.85 0.80

SID 色氨酸（%） 0.24 0.21

注：1~14 d 预混料为每千克饲粮提供：Va 12 400 IU，Vd3

2 800 IU，

Ve 30 IU，Vk 5 mg, Vb12 40 μg，Vb1

3 mg，Vb2

10 mg，烟酸 40 mg，D- 泛

酸 15 mg，叶酸 1 mg，Vb6

8 mg，生物素 0.08 mg，铁 120 mg，铜 16 mg，

锰 70 mg，锌 120 mg，碘 0.7 mg，硒 0.48 mg。

15~42 d 预混料为每千克饲粮提供：Va 12 400 IU，Vd3

2 800 IU，Ve

30 IU，Vk 5 mg，Vb12 40 μg，Vb1

3 mg，Vb2

10 mg，烟酸 40 mg，D- 泛

酸 15 mg，叶酸 1 mg，Vb6

8 mg，生物素 0.08 mg，铁 90 mg，铜 12 mg，

锰 53 mg，锌 90 mg，碘 0.53 mg，硒 0.36 mg。

粗蛋白质、钙、总磷为实测值，其余为计算值。

Note: 1-14 days of premix provided per kilogram of feed: Va12 400 IU, Vd3

2800 IU, Ve 30 IU, Vk 5 mg, Vb12 40 μg, Vb1

3 mg, Vb2

10 mg, nicotinic acid 40

mg, D-pantothenic acid 15 mg, folic acid 1 mg, Vb6

8 mg, biotin 0.08 mg, FeSO4 •

H2

O 120 mg, CuSO4 • 5H2

O 16 mg, MnSO4 • H2

O 70 mg, ZnSO4 • H2

O 120 mg,

CaI2

O6

0.7 mg, Na2

SeO3

0.48 mg.

15-42 days of premix provided per kilogram of feed: Va 12 400 IU, Vd3

2 800 IU, Ve 30 IU, Vk 5 mg, Vb12 40 μ g, Vb1

3 mg, Vb2

10 mg, nicotinic acid 40

mg, D-pantothenic acid 15 mg, folic acid 1 mg, Vb6

8 mg, biotin 0.08 mg, FeSO4 •

H2

O 90 mg, CuSO4 • 5H2

O 12 mg, MnSO4 • H2

O 53 mg, ZnSO4 • H2

O 90 mg,

CaI2

O6

0.53 mg, Na2

SeO3

0.36 mg.

Values of crude protein, calcium, and total phosphorus are measured

values, while the rest are calculated values.

21

1.4.3 肠道胶原蛋白含量测定 肠道胶原蛋白

Collagen Ⅰ~Ⅵ的含量采用 ELISA 试剂盒进行检

测，按照说明书操作，每个样品进行 2 次重复检测。

1.4.4 实时荧光定量 PCR 测定 采用实时荧光定

量 PCR 方法测定肠道 ECM 相关基因的相对表达

量：利用 Trizol Reagent 提取肠黏膜中的总 RNA，

经反转录合成 cDNA。后续 PCR 扩增反应体系为

10 μL：Premix Taq 5 μL，上、下游引物各 0.5 μL，

cDNA 模板 2 μL，超纯水 2 μL。试验所需引物（表

2）均由 Primer Premier 5.0 软件设计，引物合成

由上海生工生物工程有限公司完成。内参基因为

β-actin，目的基因相对表达量用 2-ΔΔct 法计算。

1.4.5 免疫荧光分析 将保存在 4% 多聚甲醛固

定液中的肠段进行脱水、石蜡包埋、切片和脱蜡

复水后，避光滴加 DAPI 染液，避光孵育，然后

滴加抗荧光淬灭封片剂进行封片固定，最后在荧

光学显微镜下观察蛋白质在细胞中表达的位置并

拍照记录。

表 2 肠道 ECM 相关基因的实时荧光定量 PCR 引物

Table 2 Real time qPCR primers for intestinal ECM related genes

基因

Gene

引物序列

Primer sequence (5'-3')

产物大小

Product size (bp)

登录号

Accession No.

COL1A2 F: GTCTTGGCGGGAACTTTG

R: ACCGTTGTGACCCCTAATG

338 NM_001243655.1

COL3A1 F: TTTCAAAATCAACACCGACG

R: CTTGGTTAGGATCAACCCAATA

173 NM_001243297.1

COL4A2 F: CTTGTGCAGAGCGGATGC

R: CCACAGGGCACGTCTAACTT

222 XM_021065909.1

COL5A1 F: ATCTTCGGCTCGCTCAACTC

R: CCACCCAGTATTCACCGTCC

139 NM_001014971.1

COL6A1 F: ACTCAGAACAACCGGATCG

R: GCCTTGGCAGGAAATGAC

177 XM_021071094.1

FN1 F: AGCAAGAAGGACAATCGGGG

R: AGTTGCCACCGTAAGTCTGG

325 XM_003133642.5C

TNC F: CCGCCGACACTTACAGAAT

R: CAGCAGACACTCCAATCCC

147 NM_214230.2

ITG-α1 F: CTCACCGTTCTTCTAGGCTTCT

R: AACCCTCCTTTTGGGTTGGT

326 XM_021076769.1

ITG-β2 F: CATCGGCTTTGGGTCTTT

R: CTCCGTCTGGAACTGGTTG

166 NM_213908.1

IGF-1 F: TGTGAGTTTGGGGGTGCAAG

R: GTTGAGTTCGAGAGCCAACAA

84 XM_005664199.3

TGF-β1 F: ACGTGGAGCTATACCAGAAATACAG

R: ACAACTCCGTGACATCAAAGG

111 NM_214015.1

SEC6A1 F: CCGAGGAATGGAGTTTGAA

R: GGAGATGACATACAGGTTGGAC

304 XM_021068232.1

TANGO2 F: CGCCCTGTTTCCAAAAATGC

R: CCATGTCGAGTCCACTGAGG

127 XM_001929644.5

PDE4D F: ATTGCATCTGGACTGGACCG

R: TCAGGTAAGTGGCTCAGGGA

99 XM_021076868.1

MMP2 F: TGGGCAACAAGCACGAGA

R: TGTCAATGTCAGGGGAGGC

291 NM_214192

MMP9 F: GGGCTTAGATCACTCAACCG

R: TTTAGGGCGAGAACCATACA

124 NM_001038004.1

PAs F: ACAATGCAAACCTGCACGAC

R: GTCACGGTCTCGTGTTGTCT

189 NM_214054.1

β-actin F: CTGCGGCATCCACGAAACT

R: AGGGCCGTGATCTCCTTCTG

380 XM_003124280

1.5 数据处理

数 据 经 Excel 2019 初 步 整 理 后 用 SPSS 25.0

进行单因素方差分析（One-way ANOVA）、邓肯

（Duncan’s）多重比较。采用 GraphPad Prism 8.0.2

软件绘制图片。

2 结果与分析

2.1 猪源罗伊氏乳杆菌 LR1 对断奶仔猪肠道胶

原纤维的影响

本试验利用 Masson 染色观察断奶仔猪十二

22

指肠、空肠和回肠中的胶原纤维，结果（图 1A）

显示，断奶仔猪十二指肠、空肠和回肠中的胶原

纤维均由肠黏膜下层向上层延伸。通过 Image J

软件将 Masson 染色结果进行量化处理，计算胶

原纤维 （蓝色）面积与组织总面积之比，得到各

组间的肠道胶原容积分数，结果（图 1B）发现，

与 CON 组相比，LR1 组和 AO 组断奶仔猪的十二

指肠胶原容积分数均显著降低（P<0.05），LR1

组的回肠胶原容积分数也显著降低（P<0.05）。

可见，猪源罗伊氏乳杆菌 LR1 能够减少肠道胶原

纤维的沉积。

2.2 猪源罗伊氏乳杆菌 LR1 对断奶仔猪肠道

ECM 基因的影响

2.2.1 仔猪肠道 ECM 基因筛选 利用 TMT 高通

量蛋白质组学分析猪源罗伊氏乳杆菌 LR1 组断奶

仔猪回肠差异蛋白（图 2）。KEGG 富集分析结

A：肠道胶原纤维 Masson 染色，蓝色为胶原纤维（左图比例尺 =1 000 μm，右图比例尺 =200 μm）；B：肠道胶原容积分数（n=8）

A: Masson staining of intestinal collagen fibers. Blue in the figure represents collagen fiber (scale in the left figure is 1 000 μm,

and scale bar in the right image is 200 μm); B: Intestinal collagen volume fraction (n=8)

图 1 猪源罗伊氏乳杆菌对断奶仔猪肠道胶原纤维的影响

Fig. 1 Effects of porcine Lactobacillus reuteri on the intestinal collagen fiber in weaned piglets

图 2 断奶仔猪回肠蛋白质组学分析

Fig. 2 Proteomic analysis of ileum in weaned piglets

果（图 3）显示，ECM- 受体互作通路（ECM-receptor

interaction，SSC 04512）是差异蛋白主要富集通

路之一，差异蛋白主要 包括 COL1A2、COL4A2、

COL6A1、ITGA1 和 TNC 等 ECM 分 子。 与 CON

组相比，LR1 组的差异蛋白均显著降低。

2.2.2 ECM 基因表达 检测上述部分下调 ECM

及其他 ECM 相关基因的表达，验证蛋白质组学

分析结果并进一步探讨猪源罗伊氏乳杆菌对断

奶仔猪肠道 ECM 的影响。结果（图 4）显示，

与 CON 组 相 比，LR1 组 和 AO 组 的 空 肠 和 回 肠

23

**：P<0.01，*：P<0.05，n=8

图 3 LR1 组与 CON 组在 ECM- 受体互作通路中的差异蛋白

Fig. 3 Differential proteins of LR1 and CON in the ECM-receptor interaction pathway

柱上小写英文字母不同者表示差异显著（P<0.05）

Different lowercase letters above the column represent significant differences

图 4 猪源罗伊氏乳杆菌对断奶仔猪肠道 ECM 基因表达的影响

Fig. 4 Effects of porcine Lactobacillus reuteri on the intestinal ECM gene expression in weaned piglets

COL1A2、COL3A1、ITGβ2的基因表达均显著

降低（P<0.05）。此外，LR1 还显著降低了空肠

COL4A2、COL5A1、COL6A1、FN1、TNC 、ITGα1

及回肠 ITGα1 的基因表达（P<0.05），但对回肠

COL4A2、COL5A1、COL6A1、FN1、TNC 无显著

影响。

24

表 3 猪源罗伊氏乳杆菌对断奶仔猪肠道胶原蛋白分子含量（ng/mg）的影响

Table 3 Effects of porcine Lactobacillus reuteri on the contents of collagen molecules in weaned piglets

组别

Group

肠道部位

Intestinal site Collagen Ⅰ Collagen Ⅱ Collagen Ⅲ Collagen Ⅳ Collagen Ⅴ Collagen Ⅵ

CON 空肠

Jejunum

8.78±1.26 2.45±0.29 15.83±2.29 21.36±3.57 38.58±6.26 33.70±4.49

AO 7.21±0.51 2.39±0.21 12.28±1.07 19.66±1.44 32.07±2.17 28.34±2.35

LR1 7.77±0.80 2.57±0.28 13.62±1.55 18.37±2.20 33.90±3.50 30.55±3.28

P 值 P value 0.484 0.895 0.358 0.715 0.56 0.562

CON 回肠

Ileum

11.17±0.10a 3.72±0.24a 19.78±2.65a 27.39±2.08a 54.6±4.80a 45.13±3.39a

AO 6.92±0.39b 2.62±0.18b 12.93±0.80b 18.94±1.15b 37.53±2.46b 31.09±1.53b

LR1 7.15±0.46b 2.68±0.19b 12.33±0.95b 18.83±1.33b 35.13±2.91b 30.24±2.34b

P 值 P value 0.001 0.003 0.012 0.002 0.003 0.001

注：同列数据后小写英文字母不同者表示差异显著（P<0.05，n=8）。

Note: Different lowercase letters after data in the same column indicate significant differences (P<0.05, n=8).

图中蓝色标记为 DAPI，红色标记为 Collagen Ⅵ；左图比例尺 =200 μm，右图比例尺 =100 μm

****：P<0.0001，**：P<0.01，*：P<0.05，n=8

The blue mark in the figure is DA PI, and the red mark is Collagen VI. Scale of the left image is 200 μm.

Scale bar of the right image is 100 μm. ****: P<0.0001,**: P< 0.01, *: P<0.05, n=8

图 5 断奶仔猪空肠 Collagen Ⅵ免疫荧光分析

Fig. 5 Collagen Ⅵ immunofluorescence analysis of ileum in weaned piglets

2.3 猪源罗伊氏乳杆菌 LR1 对断奶仔猪肠道胶

原蛋白分子的影响

利 用 ELISA 试 剂 盒 评 估 断 奶 仔 猪 肠 道 胶

原蛋白分子含量，结果（表 3）显示，在空肠

中，各组间胶原蛋白分子含量无显著差异；在

回 肠 中， 与 CON 组 相 比，LR1 组 和 AO 组 回 肠

Collagen Ⅰ ~ Ⅵ的含量均显著降低（P<0.05）。

基于 ELISA 结果，利用免疫荧光进一步验证空肠

中 Collagen Ⅵ的蛋白表达，图中红色荧光标记为

Collagen Ⅵ（图 5），LR1 组的红色荧光标记在各

组中均最少，Collagen Ⅵ的蛋白表达趋势整体上

与基因表达趋势一致。

2.4 猪源罗伊氏乳杆菌 LR1 对断奶仔猪肠道

ECM 动态调控因子表达的影响

ECM 存在 一种动态变化机制，其受多种因

子调控，本试验进一步探究猪源罗伊氏乳杆菌

对 断 奶 仔 猪 肠 道 ECM 动 态 调 控 因 子 SEC6A1、

PDE4D、MMP 等的影响。结果（图 6）显示，与

CON 组相比，LR1 组断奶仔猪的回肠胞内调控因

子内质网通道蛋白（Secretory protein，SEC6A1）、

磷 酸 二 酯 酶 4D（Recombinant phosphodiesterase

4D，PDE4D）及胞外调控因子基质金属蛋白酶 2

25

实时荧光定量 PCR 检测回肠胞内调控因子（A）、胞外调控因子（B）和细胞因子（C）的基因表达（n=8）

Real-time fluorescence quantitative PCR is used to detect gene expression of intracellular regulatory factors (A), extracellular regulatory factors (B),

and cytokines (C) in ileum (n=8)

图 6 猪源罗伊氏乳杆菌对断奶仔猪肠道 ECM 动态调控因子表达的影响

Fig. 6 Effects of porcine Lactobacillus reuteri on the intestinal ECM dynamic regulators in weaned piglets

（Matrix metalloproteinase , MMP2）的基因表达显

著降低（P<0.05）；但胞内调控因子运输和高尔

基体组织 2（The transport and golgi organization 2，

TANGO2）、胞外调控因子 MMP9 和纤溶酶原激活

物（Plasminogen activator，Pas），以及细胞因子胰

岛素样生长因子 -1（Insulin-like growth factor-1，

IGF-1） 和 转 化 生 长 因 子 -β（Transforming growth

factor-β，TGF-β）的基因无显著变化。与 AO 组相比，

LR1 组断奶仔猪的回肠胞内调控因子 SEC6A1、细

胞因子 TGF-β 的基因表达显著降低（P<0.05）。

3 讨论

3.1 猪源罗伊氏乳杆菌 LR1 对断奶仔猪肠道胶

原纤维的影响

胶原蛋白是 ECM 的主要组成成分，对维持

肠道形态和肠道正常免疫环境方面发挥重要作

用，但当胶原蛋白过度沉积则会导致 ECM 重塑

失调，进而引起肠道纤维化和肠道炎症等疾病，

因 此 ECM 重 塑 已 成 为 肠 道 炎 症 的 重 要 特 征 之

一［16-17］。胶原纤维是胶原蛋白分布在组织中的

形式，本研究利用 Masson 染色观察小肠组织中的

胶原纤维，结果显示胶原纤维均由肠黏膜下层向

上层延伸，并且乳杆菌 LR1 组断奶仔猪的肠道胶

原纤维含量显著减少。

3.2 猪源罗伊氏乳杆菌 LR1 对断奶仔猪 ECM 及

其调控因子的影响

本研究利用 TMT 高通量蛋白质组学高重现

性、高灵敏度等优点，分析了 CON 组与乳杆菌

LR1 组中的差异蛋白，并筛选出两组肠道 ECM，

结果显示，ECM- 受体互作通路是差异蛋白主要

富集通路之一，乳杆菌 LR1 的添加使通路中的蛋

白呈现下调状态。在小鼠回肠炎模型中，ECM受体互作通路中的蛋白表达呈上调［18］。结合本

研究结果，表明 ECM- 受体互作通路的富集状态

与肠道炎症程度呈正相关。本试验中 ECM- 受体

互作通路下调的蛋白均是 ECM 及其相关分子，

如 COL1A2、COL4A2 等，其含量与肠道纤维化密

切相关。因此，本研究检测了上述下调胶原蛋白

分子的基因表达，结果显示，猪源罗伊氏乳杆菌

LR1 可显著降低回肠和空肠中 COL1A2、COL3A1

等胶原蛋白分子的基因表达，并且经过 ELISA 进

一步验证发现，LR1 降低了回肠中胶原蛋白的表

达量，免疫荧光的结果与基因表达结果的趋势一

致，即 LR1 组中 Collagen Ⅵ的蛋白表达是各组中

最少的。胶原沉积可导致肠壁结构改变，并导致

肠道因肠炎性疾病而变得狭窄［19］。果蝇 COL4A1

产生突变，可致使其肠道上皮细胞发生变性、肠

道缩短，进而导致肠道功能障碍，寿命缩短［20］。

可见，由肠道胶原蛋白沉积过多而引起的肠道纤

维化会导致一系列肠道疾病。短双歧杆菌可以通

过调节胶原蛋白来缓解肠道屏障功能［21］，本试

验结果与之一致，表明猪源罗伊氏乳杆菌 LR1 的

使用能够减少肠道炎症的发生，从而缓解肠道屏

障功能。

前期研究工作中，我们发现猪源罗伊氏乳杆

菌 LR1 可降低空肠中抗菌肽相关基因的表达，但

能够显著提高回肠中抗菌肽基因的表达［14］。研

究显示，胶原蛋白降解后产生的多肽片段可能是

合成抗菌肽的原料［22］，因此推测本研究断奶仔

猪回肠中胶原蛋白的减少是由于抗菌肽的合成增

加。纤维黏连蛋白（FN）存在于肠道基底膜、固

有层和结缔组织基质中，是一种多功能细胞外基

质蛋白［23］。在伤口愈合过程中，FN 对于肌成纤

维细胞和上皮细胞迁移和增殖起重要作用［24］，

26

且研究发现，FN 基因表达在溃疡性结肠炎患者和

克罗恩病纤维化患者肠道中显著增加［25］。肌腱

蛋白（TNC）是母细胞蛋白家族的原始成员，也

是一种大分子 ECM 糖蛋白，在正常机体中表达较

弱，但在各种组织病理条件下其表达强烈上调［26］。

整合素（Integrin，ITG）是由 α 和 β 亚基组成的

异二聚体跨膜受体，充当 ECM 和细胞骨架之间

的桥梁，可感知基质刚度的改变，导致细胞生物

学功能异常激活，最终造成组织功能障碍（如肠

道纤维化）［27］。多项试验证实，ITG 会促进肠

道纤维化的发展，导致肠道损伤、影响肠道屏障

功能［28-29］。本研究结果表明，猪源罗伊氏乳杆

菌 LR1 显著降低了空肠中 FN1、TNC 及空肠和回

肠中 ITGα1、ITGβ2 的基因表达。以上结果揭示

LR1 可通过减少肠道 ECM 中胶原蛋白、TNC 和

ITG 的沉积来防止肠道纤维化发生，以此维持肠

道功能的完整性。

基质金属蛋白酶（MMP）/ 基质金属蛋白酶

抑制物（TIMP）、纤溶酶原激活物（PA）/ 纤溶

酶原激活物抑制物（PAIs）是调控 ECM 网络动态

变化的主要酶系。MMP-2 和 MMP-9 在胶原原纤

维上可随机横向扩散，并在 3/4-1/4 位点内展开

和裂解胶原蛋白［30］。实验性葡聚糖硫酸钠（DSS）

结肠炎的研究表明，MMP9 在肠道组织中具有破

坏作用，并在肠损伤期间高度表达［31］。研究表

明，MMP2 和 MMP9 在炎症性肠病患者的发炎结

肠黏膜中高度表达，并且与疾病严重程度呈正相

关［32-34］。本研究结果表明，猪源罗伊氏乳杆菌

LR1 减少了回肠中 MMP2 的基因表达，但对回肠

MMP9 的影响不大，说明对仔猪饲喂 LR1 并不会

造成肠道炎症性疾病。在胞内，ECM 的重塑受

内质网通道蛋白 SEC6A1、运输和高尔基体组织

TANGO2 和 磷 酸 二 酯 酶 4DPDE4D 的 调 节［35］，

本 试 验 结 果 表 明，LR1 降 低 了 回 肠 SEC6A1 和

PDE4D 的基因表达，从而影响了肠道 ECM 的基

因表达及运输。转化生长因子 βTGF-β 是参与

ECM 蛋白合成生物调控的关键生长因子，也是参

与纤维化发展的主要分子因素。IGF-1 则是许多

不同组织中纤维化的主要媒介之一。TGF-β 激活

后，进一步导致胶原蛋白的生成和黏膜肌纤维化，

IGF-1 在发炎肠道中的表达与 TGF-β 相似，高度

表达的 IGF-1 可刺激胶原蛋白的产生并增加各种

成纤维细胞的增殖［36］。本研究结果表明，与抗

生素相比，猪源罗伊氏乳杆菌 LR1 降低了回肠中

TGF-β 的基因表达。

4 结论

饲粮中添加猪源罗伊氏乳杆菌 LR1 可降低断

奶后 0~42 d 仔猪的肠道胶原容积分数、减少胶

原纤维的沉积，使回肠中 ECM- 受体互作通路差

异蛋白显著富集，显著降低 COL1A2、COL4A2、

COL6A1、ITGA1 和 TNC 等 ECM 分 子 及 其 在

肠道中的基因表达水平，回肠中胶原蛋白分子

Collagen Ⅰ、Collagen Ⅱ、Collagen Ⅲ、Collagen Ⅳ、

Collagen Ⅴ 和 Collagen Ⅵ 的 含 量 显 著 降 低； 并

且通过减少肠道细胞外基质调控因子 SEC6A1、

PDE4D、MMP-2 的基因表达来影响细胞外基质主

要组成部分 Collagen、FN、TNC 和 ITG 的基因表达，

进而调节肠道细胞外基质的动态变化。日粮添加

猪源罗伊氏乳杆菌 LR1 可通过降低肠道细胞外基

质相关分子的表达来减少断奶仔猪肠道中的纤维

沉积，维护仔猪肠道健康。

参考文献（References）：

［1］ MU Q, TAVELLA V J, LUO X M. Role of Lactobacillus reuteri

in human health and diseases［J］. Frontiers in Microbiology,

2018,19(9):757. DOI: 10.3389/fmicb.2018.00757.

［2］ TOMLIN H, PICCININI A M. A complex interplay between the

extracellular matrix and the innate immune response to microbial

pathogens［J］. Immunology, 2018,155(2):186-201. DOI: 10.1111/

imm.12972.

［3］ NIEDERLECHNER S, KLAWITTER J, BAIRD C, KALLWEIT A R,

CHRISTIANS U, WISCHMEYER P E. Fibronectin-integrin signaling

is required for L-glutamine’s protection against gut injury［J］. PLoS

One, 2012,7(11):e50185. DOI: 10.1371/journal.pone.0050185.

［4］ KOMOSINSKA-VASSEV K, KAŁUŻNA A, JURA-PÓŁTORAK A,

DERKACZ A, OLCZYK K. Circulating profile of ECM-related proteins

as diagnostic markers in inflammatory bowel diseases［J］. Journal of

Clinical Medicine, 2022,11(19):5618. DOI: 10.3390/jcm11195618.

［5］ KARAMANOS N K, THEOCHARIS A D, PIPERIGKOU Z, MANOU

D, PASSI A, SKANDALIS S S, VYNIOS D H, ORIAN-ROUSSEAU

V, RICARD-BLUM S, SCHMELZER C E H, DUCA L, DURBEEJ M,

AFRATIS N A, TROEBERG L, FRANCHI M, MASOLA V, ONISTO M.

A guide to the composition and functions of the extracellular matrix［J］.

Febs Journal, 2021,288(24):6850-6912. DOI: 10.1111/febs.15776.

［6］ AKTAR R, PEIRIS M, FIKREE A, EATON S, KRITAS S, KENTISH

S J, ARAUJO E J A, BACARIN C, PAGE A J, VOERMANS N

C, AZIZ Q, BLACKSHAW L A. A novel role for the extracellular

matrix glycoprotein-Tenascin-X in gastric function［J］. Journal of

Physiology-London, 2019,597(6):1503-1515. DOI: 10.1113/JP277195.

［7］ JI Y, ZHOU J, SUN T, TANG K, XIONG Z, REN Z, YAO S, CHEN

27

K, YANG F, ZHU F, GUO X. Diverse preparation methods for small

intestinal submucosa (SIS): Decellularization, components, and

structure［J］. Journal of Biomedical Materials Research Part A,

2019,107(3):689-697. DOI: 10.1002/jbm.a.36582.

［8］ POMPILI S, LATELLA G, GAUDIO E, SFERRA R, VETUSCHI

A. The charming world of the extracellular matrix: A dynamic and

protective network of the intestinal wall［J］. Frontiers in Medicine,

2021(8):610189. DOI: 10.3389/fmed.2021.610189.

［9］ MORTENSEN J H, LINDHOLM M, LANGHOLM L L, KJELDSEN

J, BAY-JENSEN A C, KARSDAL M A, MANON-JENSEN T.

The intestinal tissue homeostasis-the role of extracellular matrix

remodeling in inflammatory bowel disease［J］. Expert Review

of Gastroenterology & Hepatology, 2019,13(10):977-993. DOI:

10.1080/17474124.2019.1673729.

［10］ ZHANG Y, LI X, LUO Z, MA L, ZHU S, WANG Z, WEN J, CHENG

S, GU W, LIAN Q, ZHAO X, FAN W, LING Z, YE J, ZHENG S,

LI D, WANG H, LIU J, SUN B. ECM1 is an essential factor for the

determination of M1 macrophage polarization in IBD in response to LPS

stimulation［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences of

the United States of America, 2020,117(6):3083-3092. DOI: 10.1073/

pnas.1912774117.

［11］ VACA D J, THIBAU A, SCHÜTZ M, KRAICZY P, HAPPONEN L,

MALMSTRÖM J, KEMPF V A J. Interaction with the host: the role of

fibronectin and extracellular matrix proteins in the adhesion of Gramnegative bacteria［J］. Med Microbiol Immunology, 2020,209(3):277-

299. DOI: 10.1007/s00430-019-00644-3.

［12］ KASHIMA S, FUJIYA M, KONISHI H, UENO N, INABA Y,

MORIICHI K, TANABE H, IKUTA K, OHTAKE T, KOHGO Y.

Polyphosphate, an active molecule derived from probiotic Lactobacillus

brevis, improves the fibrosis in murine colitis［J］. Translational

Research, 2015,166(2):163-175. DOI: 10.1016/j.trsl.2015.02.002.

［13］ PARK J S, CHOI J W, KWON J Y, JUNG K A, YANG C W, PARK S H,

CHO M L. A probiotic complex, rosavin, zinc, and prebiotics ameliorate

intestinal inflammation in an acute colitis mouse model［J］. Journal

of Translational Medicine, 2018,16(1):37. DOI: 10.1186/s12967-018-

1410-1.

［14］ 刘春艳，孙焱杰，王倩，熊云霞，吴绮雯，杨雪芬，王丽，蒋宗勇，易宏波，

黄艳娜 . 猪源罗伊氏乳杆菌 LR1 对断奶后 42 d 仔猪生长性能和肠

道上皮屏障功能的影响［J］. 动物营养学报，2023,35(6):3583-3593.

DOI: /10.12418/CJAN2023.334.

LIU C Y，SUN Y J，WANG Q，XIONG Y X，WU Q W，YANG X F，

WANG L，JIANG Z Y，YI H B，HUANG Y N. Effects of porcine

Lactobacillus reuteri LR1 on growth performance and intestinal

epithelial barrier function of piglets at 42 days after weaning［J］.

Chinese Journal of Animal Nutrition,2023,35(6):3583-3593.

DOI: /10.12418/CJAN2023.334.

［15］ YANG K M, JIANG Z Y, ZHENG C T, WANG L, YANG X F. Effect of

Lactobacillus plantarum on diarrhea and intestinal barrier function of

young piglets challenged with enterotoxigenic Escherichia coli K88［J］.

Journal of Animal Science, 2014, 92(4):1496–1503. DOI: 10.2527/

jas.2013-6619.

［16］ 唐青松，王丽，徐娥，刘春艳，肖明飞，肖昊，吴绮雯，蒋宗勇，易宏

波 .21 日龄仔猪断奶过程不同肠段细胞外基质重要蛋白表达规律

的 研 究［J］. 动 物 营 养 学 报，2022,34(7):4704-4715. DOI:10.3969/

j.issn.1006-267x.2022.07.057.

TANG Q S，WANG L，XU E，LIU C Y，XIAO M F，XIAO H，WU Q

W，JIANG Z Y，YI H B. Study on expression regularity of important

proteins in extracellular matrix of different intestinal segments

during weaning of 21-day-old piglets［J］. Chinese Journal of

Animal Nutrition,2022,34(7):4704-4715. DOI:10.3969/j.issn.1006-

267x.2022.07.057.

［17］ PORRAS A M, ZHOU H, SHI Q, XIAO X, JRI LIVE CELL BANK,

LONGMAN R, BRITO I L. Inflammatory bowel disease-associated gut

commensals degrade components of the extracellular matrix［J］. mBio,

2022,13(6):e0220122. DOI: 10.1128/mbio.02201-22.

［18］ AVUL A L R, K NA PEN D, BUCK IN X R, V ERGAU W EN L ,

ADRIAENSEN D, VAN NASSAUW L, TIMMERMANS J P. Wholegenome microarray analysis and functional characterization reveal

distinct gene expression profiles and patterns in two mouse models

of ileal inflammation［J］. BMC Genomics, 2012,13:377. DOI:

10.1186/1471-2164-13-377.

［19］ LIN S N, MUSSO A, WANG J, MUKHERJEE P K, WEST G A, MAO

R, LYU R, LI J, ZHAO S, ELIAS M, HABERMAN Y, DENSON L

A, KUGATHASAN S, CHEN M H, CZARNECKI D, DEJANOVIC

D, LE H T, CHANDRA J, LIPMAN J, STEELE S R, NGUYEN Q T,

FIOCCHI C, RIEDER F. Human intestinal myofibroblasts deposited

collagen VI enhances adhesiveness for T cells - A novel mechanism

for maintenance of intestinal inflammation［J］. Matrix Biology,

2022,113:1-21. DOI: 10.1016/j.matbio.2022.09.001.

［20］ KISS M, KISS AA, RADICS M, POPOVICS N, HERMESZ E,

CSISZÁR K, MINK M. Drosophila type IV collagen mutation associates

with immune system activation and intestinal dysfunction［J］. Matrix

Biology, 2016,49:120-131. DOI: 10.1016/j.matbio.2015.09.002.

［21］ LI B, DING M, LIU X, ZHAO J, ROSS R P, STANTON C, YANG B,

CHEN W. Bifidobacterium breve CCFM1078 alleviates collageninduced arthritis in rats via modulating the gut microbiota and

repairing the intestinal barrier damage［J］. Journal of Agricultural

and Food Chemistry, 2022,70(46):14665-14678. DOI: 10.1021/acs.

jafc.2c04602.

［22］ 唐 青松，徐 娥，王丽，易宏 波 . 胶 原 蛋白动 态 平 衡及 其 对 动 物

肠 道 健 康 的 作 用［J］. 动 物 营 养 学 报，2020,32(12):5578-5586.

DOI:10.3969/j.issn.1006-267x.2020.12.011.

TANG Q S, XU E, WANG L, YI H B. Collagen homeostasis and

lts effects on lntestinal health of animal［J］. Chinese Journal of

Animal Nutrition,2020,32(12):5578-5586. DOI:10.3969/j.issn.1006-

267x.2020.12.011.

［23］ KOLACHALA V L, BAJAJ R, WANG L, YAN Y, RITZENTHALER

J D, GEWIRTZ A T, ROMAN J, MERLIN D, SITARAMAN S V.

Epithelial-derived fibronectin expression, signaling, and function

in intestinal inflammation［J］. Journal of Biological Chemistry,

2007,282(45):32965-32973. DOI: 10.1074/jbc.M704388200.

［24］ BA S S ON C T, K NOW L E S W J, BE L L L , A L BE L DA S M ,

CASTRONOVO V, LIOTTA L A, MADRI J A. Spatiotemporal

segregation of endothelial cell integrin and nonintegrin extracellular

matrix-binding proteins during adhesion events［J］. Journal of Cell

Biology, 1990,110(3):789-801. DOI: 10.1083/jcb.110.3.789.

28

［25］ BRENMOEHL J, LANG M, HAUSMANN M, LEEB SN, FALK W,

SCHÖLMERICH J, GÖKE M, ROGLER G. Evidence for a differential

expression of fibronectin splice forms ED-A and ED-B in Crohn’s

disease (CD) mucosa［J］. International Journal of Colorectal

Disease. 2007,22(6):611-623. DOI: 10.1007/s00384-006-0188-4.

［26］ IMANAKA-YOSHIDA K. Tenascin-C in heart diseases-The role of

inflammation［J］. International Journal of Molecular Sciences,

2021,22(11):5828. DOI: 10.3390/ijms22115828.

［27］ GARLATTI V, LOVISA S, DANESE S, VETRANO S. The multiple

faces of integrin-ECM interactions in inflammatory bowel disease［J］.

International Journal of Molecular Sciences, 2021,22(19):10439.

DOI: 10.3390/ijms221910439.

［28］ XIE H, JIAO Y, ZHOU X, LIAO X, CHEN J, CHEN H, CHEN L, YU

S, DENG Q, SUN L, XU X, WANG J. Integrin αvβ6 contributes to the

development of intestinal fibrosis via the FAK/AKT signaling pathway

［J］. Experimental Cell Research, 2022,411(2):113003. DOI:

10.1016/j.yexcr.2021.113003.

［29］ SUN J K, ZHANG Q, SHEN X, ZHOU J, WANG X, ZHOU S M, MU

X W. Integrin αEβ7 is involved in the intestinal barrier injury of sepsis

［J］. Aging (Albany NY ), 2022,14(2):780-788. DOI: 10.18632/

aging.203839.

［30］ VAN DOREN S R. Matrix metalloproteinase interactions with collagen

and elastin［J］. Matrix Biology, 2015(44/46):224-231. DOI: 10.1016/

j.matbio.2015.01.005.

［31］ GARG P, VIJAY-KUMAR M, WANG L, GEWIRTZ A T, MERLIN

D, SITARAMAN S V. Matrix metalloproteinase-9-mediated tissue

injury overrides the protective effect of matrix metalloproteinase-2

during colitis［J］. American Journal of Physiology-Gastrointestinal

and Liver Physiology, 2009,296(2):G175-184. DOI: 10.1152/

ajpgi.90454.2008.

［32］ BAILEY C J, HEMBRY R M, ALEXANDER A, IRVING M H,

GRANT M E, SHUTTLEWORTH C A. Distribution of the matrix

metalloproteinases stromelysin, gelatinases A and B, and collagenase

in Crohn’s disease and normal intestine［J］. Journal of Clinical

Pathology, 1994,47(2):113-116. DOI: 10.1136/jcp.47.2.113.

［33］ STALLMACH A, CHAN C C, ECKER K W, FEIFEL G, HERBST

H, SCHUPPAN D, ZEITZ M. Comparable expression of matrix

metalloproteinases 1 and 2 in pouchitis and ulcerative colitis［J］. Gut,

2000,47(3):415-422. DOI: 10.1136/gut.47.3.415.

［34］ VON LAMPE B, BARTHEL B, COUPLAND SE, RIECKEN EO,

ROSEWICZ S. Differential expression of matrix metalloproteinases and

their tissue inhibitors in colon mucosa of patients with inflammatory

bowel disease［J］. Gut, 2000,47(1):63-73. DOI: 10.1136/gut.47.1.63.

［35］ CHANG J, GARVA R, PICKARD A, YEUNG C C, MALLIKARJUN

V, SWIFT J, HOLMES D F, CALVERLEY B, LU Y, ADAMSON A,

RAYMOND-HAYLING H, JENSEN O, SHEARER T, MENG Q J,

KADLER K E. Circadian control of the secretory pathway maintains

collagen homeostasis［J］. Nature Cell Biology, 2020,22(1):74-86.

DOI: 10.1038/s41556-019-0441-z.

［36］ LI C, FLYNN R S, GRIDER J R, MURTHY K S, KELLUM J M,

AKBARI H, KUEMMERLE J F. Increased activation of latent TGF-β1

by αVβ3 in human Crohn’s disease and fibrosis in TNBS colitis can

be prevented by cilengitide［J］. Inflammatory Bowel Diseases,

2013,19(13):2829-2839. DOI: 10.1097/MIB.0b013e3182a8452e.

（责任编辑 崔建勋）

收稿日期：2023-08-03

基金项目：安徽省科技重大专项（202103c08020006）；安徽省自然科学基金（2108085MC100）；安徽省农业科

学院人才项目（QNYC-201903，QNYC-202103）

作者简介：江建华（1981—），男，博士，副研究员，研究方向为水稻杂种优势利用，E-mail：peanutlabjjh@163.com

通信作者：王德正（1962—），男，研究员，研究方向为水稻杂种优势利用，E-mail：wdzhengqin@163.com

广东农业科学 2023，50（11）：29-38

Guangdong Agricultural Sciences DOI:10.16768/j.issn.1004-874X.2023.11.003

江建华，张瑛，党小景，王德正 . 水稻永久温敏核不育遗传特性浅析［J］. 广东农业科学，2023，50（11）：29-38.

水稻永久温敏核不育遗传特性浅析

江建华，张 瑛，党小景，王德正

（安徽省农业科学院水稻研究所，安徽 合肥 230031）

摘 要：【目的】创制永久温敏核不育系，为解决两系杂交水稻制种存在的安全问题提供支持。【方法】

在采用轮回亲本聚合温敏和反温敏核 不育基因创制永久温敏核不育系天丰 M 的基础上，研究天丰 M 不育的遗传

特性。【结果】聚合了温敏和反温敏核不育基因的天丰 M 在高、低温下均表现不育，其不育性受 2 对基因控制，

1 对是温敏核不育等位基因，另 1 对是受温度调节的调控基因，即分别来自温敏和反温敏核不育系复等位的，随

温度变化切换显隐性关系。在高温下，来自温敏的为显性，调控不育基因表现为不育；在低温下，来自反温敏

的切换为显性，同样调控不育基因表达为不育。从不同温敏和反温敏核不育姊妹系测交类型 4 的群体分离表现

得到证实，C31（Z1

×F7

）组合在低温下表现不育、可育和正常可育，不育株割茬再生发生不育与可育分离，实

际表现为永久不育 5 株、低温不育高温可育 6 株、低温可育 4 株、正常可育 7 株，符合 2 对杂合基因 1∶1∶1∶1

分离比。这种受双基因控制的永久温敏核不育性可遗传、可恢复，且当温敏核不育基因为显性时，永久不育性

可恢复。【结论】天丰 M 不育系可从根本上解决两系杂交水稻的制种安全问题。

关键词：水稻；不育系；遗传特性；温敏；反温敏；制种

中图分类号：S511 文献标志码：A 文章编号：1004-874X（2023）11-0029-10

Genetic Characteristics of Permanent Thermo-sensitive

Genic Male Sterility in Rice

JIANG Jianhua, ZHANG Ying, DANG Xiaojing, WANG Dezheng

（Rice Research Institute, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei 230031, China）

Abstract: 【Objective】The study aims to create a permanent thermo-sensitive genic male sterile line, with a view to

providing support for solving the safety problem of two-line hybrid rice seed production.【Method】Based on the creation of

a permanent thermo-sensitive genic male sterile line Tianfeng M by using recurrent parents to polymerize thermo-sensitive

and reverse thermo-sensitive genic male sterile genes, the genetic characteristics of Tianfeng M sterility were studied.

【Result】The results showed that the male sterility of Tianfeng M polymerizing the thermo-sensitive and reverse thermosensitive genic male sterile genes was controlled by two pairs of genes, one was thermo-sensitive genic male sterile gene, and

the other was regulated by temperature, that is, multiple alleles from thermo-sensitive and reverse thermo-sensitive genic

male sterile lines. And the dominant-recessive relationship was switched by temperature. Under high temperature, the genes

from thermo-sensitivity was dominant, and the gene regulating sterility was expressed as sterility; under low temperature,

the genes from reverse thermo-sensitivity was dominant, and the gene regulating sterility was also expressed as sterility.

The performance of population segregation was confirmed from the cross type 4 of different thermo-sensitive and reverse

thermo-sensitive genic male sterile sister lines. The combination C31 (Z1

×F7

) showed sterility, fertility and normal fertility at

30

【研究意义】目前，我国杂交稻在稻米品质、

病虫害抵御能力、氮高效利用和抗倒伏性等方面

的研究一直处于瓶颈期，虽然经过育种家们多年

协作攻关，选育出了一批占主导地位的两系新组

合，但由于不育系来源均为安农 S（正温敏核不

育系的育性基因来源），其遗传背景单一、同质

化问题严重，使得水稻产量增幅难以达到预期，

且米质、抗性等重要农艺性状仍与社会需求存在

差距。更为重要的是，两系核不育系育性易发生

“飘移”，制种时母本遇低温导致其自交结实、

制种失败［1-3］。加之当前全球气候异常变暖的大

背景下，“冬暖夏凉”和“北暖南凉”时有发生，

两系不育系“打摆子”的现象将常态化。寻求利

用水稻杂种优势的育种新途径、新技术，乃是当

今育种工作的关键所在。

【前人研究进展】杂交水稻育种方法可分为

三系法、两系法和一系法。三系杂交水稻一般比

普通良种增产 20% 左右［4］，两系杂交稻一般比

同熟期的三系杂交水稻增产 5%~10%［5］。目前，

两系杂交水稻由于生产程序简化、杂交配组自由、

可克服三系不育细胞质负效应和易实现籼粳亚种

间杂种优势利用等特点而得到广泛应用。两系杂

交稻品种在 2007—2012 年的推广面积位居全国首

位［6］。随着 Y 两优系列、C 两优系列、广占 63

系列、株两优系列杂交品种的推广，两系杂交稻

品种在水稻生产中发挥着越来越重要的作用。

但水稻杂种优势利用存在的问题也日益凸

显，如三系单产徘徊不前；缺乏强优势的早稻早、

中熟组合；米质与抗性无突破性进展［7-8］；杂交

粳稻优势不突出；不育细胞质较单一；存在某种

毁灭性病虫害暴发风险等问题。两系杂交水稻制

种时其母本光温敏核不育系育性不稳定，光敏核

不育现象受多个基因控制的遗传机理较为复杂，

温度条件及遗传背景对育性转换也产生明显影

响。其次是长江中下游地区要求安全的育性转换

温度≤23.1 ℃。而一般籼稻繁殖临界致害温度为

20 ℃。因此，适宜不育系种子繁殖的安全临界温

度范围过窄［9］。再者，不育系的育性易发生“飘

移”，增加了两系法制种的风险。

我国水稻三交种的育种始于 20 世纪 70 年

代［10］，是以水稻良种为临时保持系与纯三系不

育系杂交，配制杂种不育系，然后将其再与恢复

系杂交，获得杂种一代的一种培育杂交稻新途径。

研究表明，部分三交种产量极显著高于对应的单

交种，且认为三交种育种成败的关键在于亲本的

正确选择和合理搭配［11］。三交种具有增强组合

抗逆性、提高稳产性和制种产量以及加速扩大优

良品种用于杂交稻育种等突出优点。但由于技术

原因，三交种或多交种研究滞后，一定程度上限

制了杂交水稻拓展遗传基础、增强适应性和提高

稳产性，不利于进一步发掘杂交水稻的增产潜力。

目前，生产上大面积应用的杂交水稻均为温

敏或光温互作类型，对反（光）温敏核不育系的

研究较少。李训贞等［12］最早报道了反温敏核不

育系 N-10s 和 N-13s 有关育性的鉴定结果，之后

反温敏核不育系的相关报道主要集中在其本身对

温、光反应特性的研究方面［13-14］，未涉及反（光）

温敏核不育系的育种利用研究。梁满中等［15］以

反温敏核不育系 go543S 与光温敏核不育系农垦

58S、7001S、培矮 64S 和长选 3S 配制杂交 F1

，

结果表明，得到的 F1 在自然长日高温、短日低温

和不同人工光、温处理条件下，花粉均表现不育、

自交结实率为 0，并未出现 go543S 或农垦 58S 类

的育性转换。

近年来，随着科技进步，我国陆续开展了

智能核不育系和永久温敏核不育系的研究，促进

了两系法技术的进一步完善。但智能核不育系的

应用由于涉及转基因技术和稻曲病为害而进展

缓慢。

【本研究切入点】因用于临时保持系繁殖

的不育系是杂种一代不育系与恢复系配组的三交

F1

，而用于配组的不育系实质上是上一交的 F2

，

low temperature. The ratooning of sterile plant after stem-cutting was separated to sterility plant and fertile plant. There were 5

permanent male sterile plants, 6 low-temperature sterile and high-temperature fertile plants, 4 low-temperature fertile plants

and 7 normal fertile plants, which was consistent with the segregation ratio 1∶1∶1∶1 of 2 pairs of heterozygous genes. This

permanent thermo-sensitive genic male sterility controlled by two genes could be inherited and restored, and the permanent

sterility could be restored when the thermo-sensitive genic male sterility gene was dominant.【Conclusion】Tianfeng M male

sterile line can solve the safety problem in seed production of two-line hybrid rice.

Key words: rice; sterile line; genetic characteristics; temperature-sensitivity; reverse temperature-sensitivity; seed production

31

自然会产生某些分离［16］，最终由于无法控制杂

种株高、熟期的整齐性，使水稻三交杂种失去了

应用价值。通过聚合水稻温敏和反温敏核不育基

因，创制新型杂交水稻遗传工具——水稻永久温

敏核不育系［17］，不仅可解决现有温敏核不育系

存在的育性问题［1-2］，还可解决制种基地选择范

围狭小和制种季节紧张等矛盾［18］。此外，还为

广泛应用抗性、优质等有利基因培育多系杂交种

带来方便，并且配组自由、不受恢保关系限制，

有利于增强水稻抗逆性和适应性。【拟解决的关

键问题】鉴于此，本研究在发现永久温敏核不育

现象的基础上，构建了天丰 B 的温敏和反温敏核

不育近等基因系，创制了水稻永久温敏核不育系，

并对其育性遗传特性进行初步研究，旨在揭示永

久温敏核不育遗传规律，以期为四系（温敏核不

育系、反温敏核不育系、永久温敏核不育系和恢

复系）杂交稻育种和研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

水稻不育系 26 份：籼型温敏核不育系有 4 份，

分别为矮占 43S、1892S、广茉 S 和新二 S；反温

敏核不育系有 1 份，为雁农 s；粳型光（温）敏

核不育系有 2 份，分别为 7001S 和 518S；反光（温）

敏核不育系有 1 份，为粳 5278s；天丰 B 温敏核

不育近等基因系有 7 个，命名为天丰 Zn 材料，以

Z1

~Z7 表示；天丰 B 反温敏核不育近等基因系有

10 个，命名为天丰 Fn 材料，以 F1

~F10 表示；永

久温敏核不育系 1 份，为天丰 M。

恢复系材料有 4 份，分别为 R998、R1392、

R1501 和 R1032。

杂交种子有 47 份，分别是 6 个温敏核不育

系和 2 个反温敏核不育系相互杂交收获的杂交种

子 12 份（ 表 1）； 温 敏（Thermo-sensitive genic

male sterlie，TGMS） 和 反 温 敏 核 不 育（Reverse

thermo-sensitive genic male sterlie，RTGMS） 近 等

基因系成对测交获得的测交种子 31 份，以 C1

~C31

表示（表 2）；天丰 M（C8

）与 4 个恢复系配组

采集种子 4 份。

1.2 永久温敏核不育系天丰 M 的选育

参照王德正等［19］ 的 方 法，2010 年 春 季 在

安徽省农业科学院水稻研究所海南南繁陵水基地

（18°30′N，109°45′E），选用优质、多抗、综

合性状优良的三系保持系天丰 B（测交选育的天

丰 A 配合力强）作为桥梁轮回亲本，分别与雁

农 s 和矮占 43S 杂交。2010 年夏季在安徽省农

业科学院水稻研究所郭河试验基地（31°83′N，

117°25′E）种植 F1 收获 F2 种子（图 1）。在适

于温敏和反温敏核不育特性表达的环境压力下种

植分离世代 F2

。从 F2 中选择主要性状偏向天丰 B

图 1 利用天丰 B 作桥梁轮回亲本选育温敏和反温敏核不育近等基因系天丰 Zn

(Fn

) 的过程

Fig. 1 Breeding process of a near-isogenic line Tianfeng Zn

(Fn

) of TGMS and RTGMS with

Tianfeng B as a bridge recurrent parent

32

的不育单株，与天丰 B 回交，种植 BC1

F1 收获种子。

再从 BC1

F2 中选择主要性状偏向天丰 B 的不育单

株，与天丰 B 回交，并以此反复。通过回交和性

状筛选，直至获得除不育特性外、其他性状与天

丰 B 基本一致的温敏核不育近等基因系天丰 Zn和

反温敏核不育近等基因系天丰 Fn

，选育过程和效

果见图 1、图 2。进而由天丰 Zn 姊妹系与天丰 Fn

姊妹系成对测交获得理想组合 C8 和 C12，由此配

制永久温敏核不育系天丰 M（以母本第一拼音字

母 M 为符号代替不育系，并与三系 A 和两系 S 区

别之）。

1.3 育性观测方法

1.3.1 不同温敏和反温敏核不育系杂交 F1 育性调

查 2010 年 4 月 28 日，将 6 个温敏核不育系和

2 个反温敏核不育系相互杂交的 12 个组合播种在

安徽省农业科学院水稻研究所郭河试验基地试验

田，30 d 后移栽。自始穗期开始，每隔 2~4 d 各

材料分别取 5 穗（已抽穗但尚未开花）套自交袋

并标注日期，成熟后考查单穗总粒数和实粒数，

计算自交结实率。8 月 10 日从 12 个组合中分别

取 5 株割茬移栽（留荐高度 15~20 cm），每株剥

蘖栽 5 穴，待抽穗未开花时每穴套自交袋，成熟

后考查单穗总粒数和实粒数，计算自交结实率。

计算公式如下：

自交结实率（%）= 单穗实粒数 / 总粒数 ×100

1.3.2 永久温敏核不育系天丰 M 的育性考查

2015 年 4 月 30 日起，将永久温敏核不育系天丰

M（C8

）分 8 期播种于安徽省农业科学院水稻研

究所郭河试验基地，每期隔 10 d，播种 25 d 后移

栽。自始穗期开始，每个播期每隔 2~4 d 取 5 穗，

每穗取上、中、下 3 个部位已成熟但尚未开花的

花药 1 个，用 1% 的碘 - 碘化钾溶液染色，镜检

3 个视野中的花粉染色情况，统计不同播期各材

料的花粉败育率，直至抽穗结束；每次镜检时，

各材料均选 5 个已抽穗但尚未开花的穗套自交袋

并标注日期，成熟后考查单穗总粒数和实粒数，

计算自交结实率。

1.3.3 永久温敏核不育系天丰 M 杂种优势测

验 2016 年春季在安徽省农业科学院水稻研究所

海南南繁陵水基地利用永久温敏核不育系天丰 M

（C8

），与 R998 等 15 个恢复材料杂交，手工配

制杂交种 15 份，2016 年夏季种植于安徽省农业

科学院水稻研究所郭河试验基地，5 月 10 日播种，

6 月 10 日单本移栽。各组合均种植 3 行，每行 11 株，

株行距 16.7 cm×26.7 cm。3 次重复，随机区组排

列，田间管理同一般大田。成熟时每小区从中间

取 5 株于室内考查株高、有效穗数、穗长、每穗

总粒数、每穗实粒数、每穗秕粒数（计算结实率），

使用千分之一天平秤量千粒质量和单株谷质量。

1.3.4 正、反温敏核不育近等基因系测交 F1 育性

观察 2017 年夏季，在安徽省农业科学院水稻研

究所郭河试验基地，以 Z1

~Z7 为母本分别与 F1

~F10

测交（Zn

×Fn

）获得测交组合 31 个，冬季 12 月

10 日在安徽省农业科学院水稻研究所海南南繁陵

水基地播种，其中 9 个未出苗，其他于 25 d 后单

苗移栽，每组合 16~44 株不等，株行距 16.7 cm

×26.7 cm，厢宽 133.3 cm，走道 40 cm。抽穗后

多次考察各组合单株表现，其中 7 个组合串粉混

杂淘汰，最后统计数据组合 15 个。2018 年 3 月

12 日对 15 组合中的不育株割茬让其再生，4 月

10 日抽穗后观察低温不结实单株在高温下的自交

结实情况。

2 结果与分析

2.1 水稻永久温敏核不育现象

温敏和反温敏核不育性皆由隐性核不育基因

控制，温敏核不育系与反温敏核不育系杂交的 F1

应像不等位的 2 个温敏核不育系杂交的 F1 一样，

无论在长日高温还是在短日低温下都应表现可

图 2 天丰 B 温敏和反温敏核不育近等基因系与

基因供体亲本株型比较

Fig. 2 Comparison of plant type between gene donor parents

and near-isogenic lines of TGMS and RTGMS in Tianfeng B

33

育。由表 1 可知，籼型反温敏核不育系雁农 s 与

籼型温敏核不育系广茉 S、新二 S 杂交的 F1

，以

及粳型反温敏核不育系粳 5278s 与粳型光（温）

敏核不育系 7001S、518S 杂交的 F1

，自交结实率

均达到 38% 以上，完全符合 2 个不等位的隐性不

育基因可相互恢复育性的规律。

此外，即便是温敏核不育基因来源相同、

表现等位的 2 个温敏核不育系杂交的 F1

， 如

1892S× 矮占 43S、广茉 S× 新二 S，虽然在长日

高温下不育但在短日低温下还是表现可育，自交

结实率高于 15%（表 1），符合基因纯合材料育

性随温度变化而变化的规律。

然而反温敏核不育系雁农 s 与 2 个温敏核不

育系矮占 43S、1892S 杂交的 F1

（表 1），在高、

低温条件下均自交不结实，表现为永久不育现象。

但在粳型材料中却未发现这种现象，可以理解为

目前应用的粳型温敏和反温敏核不育系中没有等

位的温敏核不育基因。

2.2 温敏和反温敏核不育近等基因系测交 F1 代

育性分离规律

在观察天丰 M 育性变化的试验中，发现不同

测交组合的后代分离有差异，为明晰永久温敏核

不育的遗传规律，揭示永久温敏核不育机制，参

考三系不育系测配方法，2017 年用温敏核不育系

天丰 Z 姊妹系与反温敏核不育系天丰 F 姊妹系成

对测交，分析 F1 代育性分离规律，15 个温敏和

反温敏核不育姊妹系测交组合（Zn

×Fn

）F1 代育性

分离情况列入表 2。

从表 2 可以看出，不同温敏和反温敏核不育

姊妹系测交，在安徽省农业科学院水稻研究所海

南南繁陵水基地低温下种植，F1 出现可育、正常

可育、永久不育和不育（植株类似永久不育，图

中未展示）4 种植株表型（图 3）。可育株株高与

温敏和反温敏不育系相近，结实率与温敏和反温

表 1 不同光温条件下不同温敏和反温敏核不育系杂交 F1 育性变化（2010 年，合肥）

Table 1 Fertility changes of F1

hybrids with different TGMS and RTGMS lines under different light and

temperature conditions (Hefei, 2010)

材料

Material

类型

Type

抽穗期

Heading period

育性敏感期光温条件

Light and temperature

conditions

during fertility sensitive period

自交结实率

Seed setting

rate of self-cross (%) 等位性

Equipotentiality

头茬

First crop

割茬再生

Stem-cutting ratooning

头茬

First crop

割茬再生 Stemcutting ratooning

头茬

First crop

割茬再生 Stemcutting ratooning

雁农 s/ 矮占 43S

Yannong s/Aizhan 43S

籼型 07-24 09-28 长日高温 短日低温 0.6±0.1 0.0±0.0 等位

雁农 s/1892S

Yannong s/1892S

籼型 07-26 09-27 长日高温 短日低温 0.8±0.3 0.0±0.0 等位

1892S/ 矮占 43S

1892S/Aizhan 43S

籼型 07-27 09-28 长日高温 短日低温 0.0±0.0 26.7±5.8 等位

广茉 S/ 新二 S

Guangmo S/Xiner S

籼型 07-20 09-26 长日高温 短日低温 0.0±0.0 15.8±1.9 等位

广茉 S/1892S

Guangmo S/1892S

籼型 07-27 09-29 长日高温 短日低温 61.8±6.9 44.1±5.6 不等位

广茉 S/ 矮占 43S

Guangmo S/Aizhan 43S

籼型 07-26 09-27 长日高温 短日低温 59.3±8.2 41.8±5.7 不等位

新二 S/1892S

Xiner S/1892S

籼型 07-25 09-24 长日高温 短日低温 64.5±8.8 39.7±7.6 不等位

新二 S/ 矮占 43S

Xiner S/Aizhan 43S

籼型 07-24 09-22 长日高温 短日低温 64.3±5.6 48.2±6.6 不等位

雁农 s/ 广茉 S

Yannong s/Guangmo S

籼型 07-18 09-25 长日高温 短日低温 75.9±3.6 42.8±2.8 不等位

雁农 s/ 新二 S

Yannong s/ Xiner S

籼型 07-16 09-25 长日高温 短日低温 86.1±1.8 51.3±4.3 不等位

粳 5278s/7001S

Jing 5278s/7001S

粳型 07-20 09-24 长日高温 短日低温 81.4±3.4 38.9±6.8 不等位

粳 5278s/518S

Jing 5278s/518S

粳型 07-23 09-26 长日高温 短日低温 71.6±7.6 54.6±5.7 不等位

34

敏核不育系相当，且与育性敏感期温度密切相关

（图 3B）；正常可育株株高、结实率和繁茂性类

似于品种间杂交种（图 3C）；不育株株高与温敏

和反温敏不育系相近，在高、低温下均不结实，

结实率低于 3%（图 3D）；不育株株高与温敏和

反温敏不育系相近，其育性随温度变化而变化，

低温下不育、高温下可育。群体分离表现 4 种类型：

类型 1，组合 C8

（Z6

×F8

）、C12（Z7

×F10）在

低温下所有植株不育，割茬再生仍保持不育，表

现为永久不育，2 个组合植株数分别为 21 株、

18 株。

类型 2，C（Z 1 6

×F1

）、C（Z 3 6

×F3

）、C13（Z7

×F5

）、

C16（Z7

×F7

）和C26（Z7

×F9

）5 个 组 合 在 低 温 下

表现可育与不育分离，不育株割茬再生仍保持不

育，属永久不育株，各组合永久不育与可育植株

数 依 次 为 9∶13、19∶25、13∶15、18∶22 和

10∶12，符合 1 对杂合基因 1∶1 的分离比例。

类型 3，C（Z 4 1

×F8

）、C15（Z2

×F8

）、C17（Z2

×F10）、

C21（Z4

×F8

）、C24（Z5

×F8

）、C20（Z4

×F10）、C28

（Z1

×F10）7 个组合在低温下均表现不育，割茬再

生发生不育与可育分离，各组合永久不育与低温

不育高温可育株数依次为 11∶9、16∶19、8∶8、

12∶10、23∶19、11∶8 和 9∶7，也符合 1 对杂

合基因 1∶1 的分离比例。

类型 4，C31（Z1

×F7

）组合在低温下表现不育、

可育株和正常可育，不育株割茬再生发生不育与

可育分离，实际表型永久不育 5 株、低温不育高

温可育 6 株、低温可育 4 株、正常可育 7 株，符

表 2 温敏和反温敏核不育近等基因系测交（Zn

×Fn

）F1 代育性分离情况

Table 2 Segregation of fertility in F1

generation (Zn

×Fn

) of near-isogenic lines with TGMS and RTGMS lines

类型

Type

组合名称

Combination name

F1 育性表现及株数 F1

fertility performance and plant number 分离规律 Law of separation

永久不育

Permanently

sterility

正常可育

Normal

fertility

低温不育但高温可育

Sterlie at low temperature but

fertile at high temperature

低温可育

Low temperature fertility

比例

Ratio

χ2 测验

χ2

test

类型 1 Type 1 C8

（Z6

×F8

） 21 0 0 0

C12（Z7

×F10） 18 0 0 0

类型 2 Type 2 C1

（Z6

×F1

） 9 0 0 13 1∶1 0.73

C3

（Z6

×F3

） 19 0 0 25 1∶1 0.82

C13（Z7

×F5

） 13 0 0 15 1∶1 0.14

C16（Z7

×F7

） 18 0 0 22 1∶1 0.40

C26（Z7

×F9

） 10 0 0 12 1∶1 0.18

类型 3 Type 3 C4

（Z1

×F8

） 11 0 9 0 1∶1 0.20

C15（Z2

×F8

） 16 0 19 0 1∶1 0.26

C17（Z2

×F10） 8 0 8 0 1∶1 0.00

C21（Z4

×F8

） 12 0 10 0 1∶1 0.18

C24（Z5

×F8

） 23 0 19 0 1∶1 0.38

C20（Z4

×F10） 11 0 8 0 1∶1 0.47

C28（Z1

×F10） 9 0 7 0 1∶1 0.25

类型 4 Type 4 C31（Z1

×F7

） 5 7 6 4 1∶1∶1∶1 0.91

注：χ2

: df = 1, P0.05=3.84; df = 3, P0.05=7.82。

A：天丰 F；B：可育株；C：正常结实株；D：永久不育株；E：天丰 Z

A: Tianfeng F; B: Fertile plant; C: Normal seed-setting plant;

D: Permanently sterile plant; E: Tianfeng Z

图 3 天丰 Z 与天丰 F 成对测交 F1 植株表型

Fig. 3 Plant phenotypes of F1

generation from cross between

Tianfeng Z and Tianfeng F

35

合 2 对杂合基因 1∶1∶1∶1 分离比例。

从不同温敏和反温敏核不育系基因型预测 F1

的表现型列于表 3，表型预测与不同温敏和反温

敏近等基因系测交 F1 代群体表现吻合。

据此分析测交 4 种表型（F1

）及其父母本 X

位点的基因型如下：

类型 1 为 XZ

XF

，母本 Z6

、Z7 为 XZ

XZ

，父本

F8

、F10 为 XF

XF

。

类型 2 为 XZ

XF

、XZ

XL

，母本 Z6

、Z7 为 XZ

XZ

，

父本 F1

、F3

、F5

、F7

、F9 为 XF

XL

。

类型 3 为 XZ

XF

、XF

XL

，母本 Z1

、Z2

、Z4

、Z5

为 XZ

XL

，父本 F8

、F10 为 XF

XF

。

类型 4 为 XZ

XF

、XZ

XL

、XF

XL

、XL

XL

，母本 Z1

为 XZ

XL

，父本 F7 为 XF

XL

。

2.3 永久温敏核不育系天丰 M 的育性变化

在天丰 Zn 与天丰 Fn 测交筛选组合而获得永

久温敏核不育系天丰 M 的基础上，分期播种观

察天丰 M 的育性变化，从始穗期（7 月 25 日）

至调查结束（9 月 19 日），其花粉败育率均达到

99.51% 以上，套袋自交结实率更是低于 0.20%（表

4）。这表明天丰 M 无论在长日高温下还是在短

日低温下均表现不育，称之为永久温敏核不育系。

在由特定的温敏和反温敏核不育系杂交产生的永

久核不育现象的基础上，通过桥梁亲本创制了永

久温敏核不育系。

2.4 天丰 M 配组杂种优势

利 用 永 久 温 敏 核 不 育 系 天 丰 M 与 R998 等

15 个恢复系材料测配，F1 表现见表 5。永久温敏

核不育系天丰 M 与恢复系 R998、R1392、R1501

和 R1032 杂 交 后 代 表 现 整 齐 一 致， 理 论 产

量 11.26~12.18 t/hm2

， 比 对 照 种 II 优 838 增 产

0.81%~9.04%，杂种优势明显。由此可见，当恢

复系温敏核不育基因为显性时，与永久温敏核不

育系天丰 M 杂交，不育性即可恢复，杂交 F1 表

现可育、结实正常，不同组合表现不同的杂种优

势，有些组合优势明显，推广应用前景可期。

3 讨论

本研究利用 4 个籼型温敏核不育系与 1 个籼

型反温敏核不育系杂交以及 2 个粳型温敏核不育

系与 1 个籼型反温敏核不育系杂交配制 12 个正反

交 F1 组合。其中，籼型反温敏核不育系雁农 s 与

籼型温敏核不育系广茉 S、新二 S 杂交的 F1

，以

及粳型反温敏核不育系粳 5278s 与粳型光（温）

敏核不育系 7001S、518S 杂交的 F1

，自交结实率

均达到 38% 以上，表明上述（光）温敏核不育系

表 3 不同基因型温敏和反温敏核不育系测交 F1 代预期表现

Table 3 Expected fertility performance of F1

generation from

cross of TGMS and RTGMS lines with different genotypes

质核不育类型

Type of cytoplasmic

male sterility

天丰 Z（♀）

Tianfeng Z ( ♀ )

天丰 F（♂）

Tianfeng F ( ♂ )

配子体

Gametophyte

纯合 XZ

100% XF

100%

杂合 XZ

50% XL

50% XF

50% XL

50%

孢子体

Sporophyte

基因型 XZ

XF XZ

XL XF

XL XL

XL

表现型 永久不育 低温可育 低温不育高温可育 正常可育

注：X 表示温控基因，XZ

、XF

、XL 分别表示来源于温敏核不育系、

反温敏核不育系和桥梁轮回亲本。

Note: X refers to the temperature-controlled gene, and XZ

, XF

and XL

refer

to the temperature-sensitive genic male sterile line, the reverse temperaturesensitive genic male sterile line and the bridge recurrent parent, respectively.

表 4 2015 年永久温敏核不育系分期播种育性观察结果（合肥）

Table 4 Observation results of fertility of permanent

thermo-sensitive genic male sterile line in 2015 (Hefei)

镜检套袋期

Microscopic

bagging period

考察株数

Number of plants

investigated

败育花粉率

Pollen abortion

rate (%)

正常花

粉率

Normal

pollen

rate (%)

套袋自交

结实率

Seed setting

rate of bagging

self-cross (%)

07-25 5 100.00 0.00 0.00

07-27 5 100.00 0.00 0.00

07-29 5 100.00 0.00 0.00

08-01 5 99.95 0.05 0.00

08-03 5 99.96 0.04 0.00

08-05 5 100.00 0.00 0.00

08-08 5 100.00 0.00 0.00

08-10 5 100.00 0.00 0.00

08-12 5 100.00 0.00 0.00

08-15 5 100.00 0.00 0.00

08-17 5 100.00 0.00 0.00

08-19 5 100.00 0.00 0.00

08-22 5 100.00 0.00 0.00

08-24 5 100.00 0.00 0.00

08-26 5 100.00 0.00 0.00

08-29 5 100.00 0.00 0.00

08-31 5 99.51 0.49 0.20

09-02 5 100.00 0.00 0.00

09-05 5 100.00 0.00 0.00

09-07 5 100.00 0.00 0.00

09-09 5 100.00 0.00 0.00

09-13 5 100.00 0.00 0.00

09-16 5 100.00 0.00 0.00

09-19 5 100.00 0.00 0.00

36

中的不育基因与反温敏核不育系中的不育基因聚

合后可以相互恢复育性。这些结果与课题组前期

研究结果一致［17］。反温敏核不育系雁农 s 与 2

个温敏核不育系矮占 43S、1892S 杂交的 F1

，在高、

低温条件下均自交不结实，表现为永久不育现象。

但在粳型材料中却未出现这种现象，表明目前应

用的粳型温敏和反温敏核不育系中没有等位的温

敏核不育基因。

基于永久温敏核不育现象，通过选育桥梁轮

回亲本天丰 B 温敏和反温敏核不育近等基因系，

创制了永久温敏核不育系天丰 M，并研究天丰 M

育性表现，确定其在高温或低温下均表现不育。

这一发现尤其是不育种质创制，在开辟水稻杂种

优势利用新途径的同时，规避了两系杂交水稻种

子生产过程中因两用核不育系易受环境影响而带

来的风险。此外，由于配组自由、不受恢保关系

限制，其育性可被多数品种恢复，实用性与两系

杂交稻等同。育性转化主导因子仍然是温度，但

不同的是受温度调节的调控基因可在温敏和反温

敏间切换，不育表现与现有的温敏核不育系包括

温敏型（高温不育、低温可育）和反温敏型（低

温不育、高温可育）研究结果一致［15,20-23］。因此，

永久温敏核不育系种子生产应视繁殖季节来确定

父母本，如长江流域夏季繁殖，育性敏感期处于

高温条件下，生产中应以温敏核不育近等基因系

为母本，反温敏核不育近等基因系为父本。

随着新不育系的发现和新基因功能的研究，

水稻光温敏雄性不育表现趋于复杂，其可能受多

个基因调控，这些基因通过何种方式调控目的基

因的表达、功能基因存在何种调控方式尚未有定

论［6］。亚洲栽培稻种内存在极为丰富的功能等位

基因自然变异，表现为超过 1 040 万个功能等位

基因，平均每个基因具有 226 个功能等位基因［24］。

本研究采用不同温敏和反温敏核不育姊妹系成对

测交，分析了测交 F1 的育性分离规律。结果显示，

只有 1 对基因控制永久温敏核不育，事实上控制

温敏和反温敏核不育的结构基因在温敏和反温敏

核不育系选育过程中，通过表型选择就已达纯合。

因此，永久温敏核不育是由 2 对基因控制的，一

对是温敏核不育基因，另一对是受温度调节的调

控基因，起开关作用，主要调控不育结构基因。

调控基因可能位于不同染色体上，也可能位于同

一染色体的不同位点，从不同温敏和反温敏核不

育姊妹系测交后代分离结果看，是位于某一染色

体上的 X 位点、属于复等位基因，常态下，这个

位点表现为对温度钝感或缺失，但来自温敏和反

温敏核不育系的复等位基因互为显隐性关系，永

久不育系在高温下，来自温敏核不育系的复等位

基因为显性，调控结构基因表现不育；在低温下，

来自反温敏核不育系的复等位基因切换为显性，

同样调控结构基因表现不育，温敏和反温敏核不

育系在高、低温下的育性转换也能证明这一点。

目前，永久温敏核不育系育性遗传特性研究

虽取得了一些进展，但这些基因通过何种方式调

控目的基因，遗传信息如何传导，以什么代谢物

质调控不育性还不明确，仍需加强、深入研究。

而调控基因为杂合状态，分别来源于温敏和反温

敏核不育系，且互为显隐性关系，温度为主要调

表 5 天丰 M 配组表现

Table 5 Match performance of Tianfeng M

组合

Combination

每 667 m2 有效穗数

Effective panicle

number per

667 m2 (×104

)

每穗总粒数

Number of spikelets

per panicle

结实率

Seed-setting

rate (%)

千粒重

1000-grain

weight (g)

理论产量

Theoretical yield

(t/hm2

)

比 CK ±

Compared with

CK ±(%)

天丰 M/R998

Tianfeng M/R998 11.4 268.9 88.1 27.8 11.26 0.81

天丰 M/R1392

Tianfeng M/1392 12.6 222.2 91.0 31.8 12.18 9.04

天丰 M/R1501

Tianfeng M/R1501 13.0 223.0 89.6 30.3 11.80 5.64

天丰 M/R1032

Tianfeng M/R1032 12.5 230.6 89.5 29.5 11.42 2.24

II 优 838

II You 838（CK） 12.3 243.9 90.3 27.5 11.17 -

注：以上组合的群体均整齐一致。

Note: The plants in the combinations mentioned above are all the uniform as a whole.

37

控因子等信息有助于了解其调控方式和温度受

体。若温度受体就是热激蛋白（HSPs）［25］，则

有可能关联到高、低温危害水稻的研究。

4 结论

针对温敏和反温敏核不育系杂交表现永久

不育的现象，通过桥梁亲本聚合温敏和反温敏核

不育基因育成水稻永久温敏核不育系，为杂种优

势利用开辟了新途径、新方法。永久温敏核不育

系育性稳定，在自然长日高温和短日低温下均表

现不育，与温敏核不育系相比其优势就在于制种

安全可靠。永久温敏核不育系配组自由，不像三

系受恢保关系限制，有利于挖掘杂种优势潜力。

永久不育特性缓解了制种季节和基地难选择的矛

盾，且制种基地和扬花时段可以最大程度优化，

为制种高产优质奠定了基础。此外，利用桥梁亲

本、恢复系、温敏和反温敏核不育近等基因系，

有利于水稻高产稳产。

参考文献（References）：

［1］ CHEN L B, LEI D Y, TANG W B, XIAO Y H. Thoughts and practice

on some problems about research and application of two-line hybrid

rice［J］. Rice Science, 2011, 18(2): 79-85. DOI: 10.1016/S1672-

6308(11)60012-7.

［2］ 唐文帮，陈良碧，王建龙，刘海，肖应辉，邓化冰，刘国华 . 水稻温

敏型两用核不育系繁殖存在的问题及解决办法［J］. 杂交水稻，

2011, 26(5): 25-29. DOI:10.3969/j.issn.1005-3956.2011.05.008.

TANG W B, CHEN L B, WANG J L, LIU H, XIAO Y H, DENG H

B, LIU G H. Problems of and solutions to multiplication of TGMS

line in rice［J］. Hybrid Rice, 2011, 26(5): 25-29. DOI:10.3969/

j.issn.1005-3956.2011.05.008.

［3］ 王丰 . 杂交水稻育种成就与展望——广东省农业科学院水稻研究

所杂交水稻研究 50 年回顾［J］. 广东农业科学，2020, 47 (12): 1-11.

DOI:10.16768/j.issn.1004-874X.2020.12.001.

WANG F. Achievements and prospects of hybrid rice breedingreview of 50 year’s research on hybrid rice by Rice Research Insitute

of Guangdong Academy of Agricultural Sciences［J］. Guangdong

Agricultural Sciences, 2020, 47 (12): 1-11. DOI:10.16768/j.issn.1004-

874X.2020.12.001.

［4］ 袁隆平 . 杂交 水稻的育种战略设 想［J］. 杂交 水稻，1987(2):1-3.

DOI:10.16267/j.cnki.1005-3956.1987.01.001.

YUAN L P. The tentative plan of hybrid rice breeding strategy［J］. Hybrid

Rice, 1987(2)：1-3. DOI:10.16267/j.cnki.1005-3956.1987.01.001.

［5］ 袁隆平 . 中国杂交水稻的研究与发展 ［J］. 科技导报，2016, 34(20):

64-65.

YUAN L P. Research and development of hybrid rice in China［J］.

Science & Technology Review, 2016, 34 (20): 64-65.

［6］ 黄惠芳，鄂志国，祁永斌，管耀祖 . 中国两系杂交稻的发展现状及光

温敏雄性不育基因研究进展［J］. 浙江农业学报，2015, 27 (5): 893-

899. DOI:10.3969/j.issn1004-1524.2015.05.30.

HUANG H F, E Z G, QI Y B, GUAN Y Z. Current situation for

development of two-line hybrid rice in China and research progress

of rice photoperiod-and thermo-sensitive genic male sterility gene

［J］. Acta Agriculturae Zhejianggensis, 2015, 27 (5): 893-899.

DOI:10.3969/j.issn1004-1524.2015.05.30.

［7］ 刘倩，张国豪，车万均，肖瑶，张杰，胡运高 . 杂交水稻重要亲本

农艺性状配合力遗传力分析［J］. 广东农业科学，2020, 47(1): 1-8.

DOI:10.16768/j.issn.1004-874X.2020.01.001.

LIU Q, ZHANG G H, CHE W J, XIAO Y, ZHANG J, HU Y G.

Analysis on combining ability and heritability in agronomic traits of

key parents of hybrid rice［J］. Guangdong Agricultural Sciences,

2020, 47 (1): 1-8. DOI:10.16768/j.issn.1004-874X.2020.01.001.

［8］ 朱满山，王丰，符福鸿，黄慧君，肖昕，柳武革，刘振荣，廖亦龙，李金华，

陈建伟，付崇允 . 籼型杂交稻亲本米质性状的遗传效应对比分析

［J］. 广东农业科学，2012, 39(13): 1-5,8. DOI:10.16768/j.issn.1004-

874X.2012.13.001.

ZHU M S, WANG F, FU F H, HUANG H J, XIAO X, LIU W G, LIU

Z R, LIAO Y L, LI J H, CHEN J W, FU C Y. Comparative analysis of

parental lines in genetic effect on grain quality traits in indica hybrid

rice［J］. Guangdong Agricultural Sciences, 2012, 39(13): 1-5,8.

DOI:10.16768/j.issn.1004-874X.2012.13.001.

［9］ 雷东阳，林勇，陈立云 . 水稻两用核不育系的研究现状与发展策

略［J］. 湖南农业大学学报（自然科学版），2019, 45(3): 225-230.

DOI:10.13331/j.cnki.jhau.2019.03.001.

L E I D Y, L I N Y, CH E N L Y. T he re sea rch pr og re ss a nd

countermeasures of dual-purpose genic male sterile line［J］. Journal

of Hunan Agricultural Univesity (Natural Sciences), 2019, 45(3):

225-230. DOI:10.13331/j.cnki.jhau. 2019.03.001.

［10］ 杨仁崔 . 对三交稻的一些初步认识［J］. 福建农业科技，1982(2): 5.

YANG R C. Some preliminary knowledge on three-way rice［J］.

Fujian Agricultural Science & Technology, 1982(2): 5.

［11］ 苏孝道，杨仁崔，卢浩然 . 杂交水稻三交种的优势表现及配合力［J］.

福建农学院学报（自然科学版），1990, 19(1): 7–12.

SU X D, YANG R C, LU H R. Heterosis and combining ability of

three-hybrid rice［J］. Journal of Fujian Agriculture and Forestry

University (Natural Science Edition), 1990, 19 (1): 7-12.

［12］ 李训贞，陈良碧，周庭波 . 新型低温不育水稻（N-10s，N-13s）育

性的初步鉴定［J］. 湖南师范大学自然科学学报，1991, 14 (2): 376-

378.

LI X Z, CHEN L B, ZHOU T B. Preliminary observation of fertility

changes in the new type low temperature sensitive male sterile rice

N-10s and N-13s［J］. Journal of Natural Science of Hunan Normal

University, 1991, 14 (2):376-378.

［13］ 吴厚雄，李必湖，向阳，梁满中，徐孟亮，陈良碧 . 低温敏核不育系

水稻 go543S 育性对温、光的反应［J］. 生态学报，2003, 23(3): 463-

470. DOI:10.3321/j.issn:1000-0933.2003.03.009.

WU H X, LI B H, XIANG Y, LIANG M Z, XU M L, CHEN L B. Effects

of temperature and photoperiod on the fertility of low temperature

sensitive genic male sterile rice［J］. Acta Ecology Sinica, 2003, 23 (3):

463-470. DOI:10.3321/j.issn:1000-0933.2003.03.009.

［14］ 徐孟亮，张俊，龚曼，梁满中，陈良碧 . 一个反向水稻两用核不育

38

系育性对温度与光周期的反应［J］. 湖南师范大学自然科学学报，

2010, 33(4): 85-88. DOI:10.3969/j.issn.1000-2537.2010.04.017.

XU M L, ZHANG J, GONG M, LIANG M Z, CHEN L B. Response of

fertility of a new reverse P(T)GMS line to temperature and photoperiod

in rice［J］. Journal of Natural Science of Hunan Normal University,

2010, 33(4): 85-88. DOI:10.3969/j.issn.1000-2537.2010.04.017.

［15］ 梁满中，王晓辉，吴厚雄，陈良碧 . 低温敏核不育系与光温敏核不

育系杂交后代育性遗传的初步研究［J］. 作物学报，2006, 32(10):

1537-1541. DOI: 10.3321/j.issn.0496-3490.2006.10.018.

LIANG M Z, WANG X H, WU H X, CHEN L B. Preliminary studies on

heredity of fertility for low temperature induded genic male sterile line

and photoperiod (thermo)-sensitive genic male sterile line in rice (Oryza

sativa L.)［J］. Acta Agronomica Sinica, 2006, 32(10): 1537-1541.

DOI: 10.3321/j.issn.0496-3490.2006.10.018.

［16］ 李世英 . 利用三交种杂种提高水稻竞争优势问题的争论［J］. 辽宁

农业科学，1986(2):14-17.

LI S Y. The debate on improving the competitive advantage of rice

by using three-hybrid hybrid［J］. Liaoning Agricultural Sciences,

1986(2):14-17.

［17］ 江建华，倪金龙，吴爽，王德正 . 聚合水稻温敏核不育基因和反温

敏核不育基因创制永久核不育系［J］. 中国水稻科学，2017, 31(4):

371-378. DOI:10.16819/j.1001-7216.2017.7020.

JIANG J H, NI J L, WU S, WANG D Z. Develpment of permanet genic

male sterile line by pyramiding thermo-sensitive genic male sterile

genes and reverse temperature induced genic male sterile genes in rice

(Oryza sativa L.)［J］. Chinese Journal of Rice Science, 2017, 31 (4):

371-378. DOI:10.16819/j.1001-7216.2017.7020.

［18］ 肖层林，张海清，刘爱民，佘雪晴 . 两系法杂交水稻制种风险产

生 的原 因 及 其 控 制 对 策［J］. 杂 交 水 稻，2010, 25(S1):462–464.

DOI:10.16267/j.cnki.1005-3956.2010.s1.053.

XIAO C L, ZHANG H Q, LIU A M, SHE X Q. Causes of the risk

in seed production of two-line hybrid rice and its controlling

strategy［J］. Hybrid Rice, 2010, 25(S1):462-464. DOI:10.16267/

j.cnki.1005-3956.2010.s1.053.

［19］ 王德正，吴爽，杜士云，王辉，许学 . 一种采用桥梁亲本选育水稻温

敏永久核不育系的方法［P］. 中国专利 : ZL 201410065569.6, 2014-

05-28.

WANG D Z, WU S, DU S Y, WANG H, XU X. The invention relates

to a method for breeding permanent thermo-sensitive genic male

sterile lines in rice by using bridge parents［P］. China Patent:

ZL201410065569.6, 2014-05-28.

［20］ 范优荣，曹晓风，张启发 . 光温敏雄性不育水稻的研究进展［J］. 科

学通报，2016, 35 (61): 3822-3832. DOI:10.1360/N972016-01047.

FAN Y R, CAO X F, ZHANG Q F. Progress on photoperiod thermosensitive genic male sterile rice［J］. Chinese Science Bulletin, 2016,

35 (61): 3822-3832. DOI:10.1360/N972016-01047.

［21］ 石明松 . 对光照长度敏感的隐性雄性不育水稻的发现与初步研究

［J］. 中国农业科学，1985(2):44-48. DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.

1985-18-02-44-48.

SHI M S. The discovery and study of the photosensitive recessive

male-sterile rice (Oryza sativa L . subsp. Japonica)［J］.

Scientia Agricultura Sinica, 1985(2): 44-48. DOI:10.3864/j.is

sn.0578-1752.1985-18-02-44-48.

［22］ 元生朝，张自国，许传桢 . 光照诱导湖北光敏感核不育水稻育性转

变的敏感期及其发育阶段的探讨［J］. 作物学报，1988, 14(1): 7-13.

YUAN S C, ZHANG Z G, XU C Z. Studies on the critical stage of

fertility change induced by light and its phase development in HPGMR

［J］. Acta Agronomica Sinica, 1988, 14(1): 7-13.

［23］ 刘宜柏，贺浩华，饶治祥，孙义伟，黄英金 . 光温条件对水稻两用核

不育系育性的作用机理研究［J］. 江西农业大学学报，1991, 13(1):

1-7. DOI: 10.13836/j.jjau.1991001.

LIU Y B, HE H H, RAO Z X, SUN Y W, HUANG Y J. Studies of

mechanism of fertility in dual-purpose genic male sterile line (O.

sativa L.) under different light length and temperature conditions ［J］.

Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis, 1991, 13(1): 1-7. DOI:

10.13836/j.jjau.1991001.

［24］ ZHANG F, WANG C C, LI M, CUI Y R, SHI Y Y, WU Z C, HU

Z Q, WANG W S, XU J L, LI Z K. The landscape of gene-CDShaplotype diversity in rice (Oryza sativa L.): Properties, population

organization, footprints of domestication and breeding, and implications

in genetic improvement ［J］. Molecular Plant, 2021, 14 (5): 787-804.

DOI:10.1016/j.molp.2021.02.003.

［25］ 龙跃生，陈良碧 . 光敏、温敏雄性不育水稻基因研究进展［J］. 作物研

究，2001(2):44-49. DOI:10.16848/j.cnki.issn.1001-5280.2001.02.019.

LONG Y S, CHEN L B. Advances in studies of the genes for male

sterility in photoperiod (thermo)-sensitive genic male sterile rice［J］.

Crop Research, 2001(2):44-49. DOI:10.16848/j.cnki.issn.1001-

5280.2001.02.019.

（责任编辑 马春敏）

专题：辣椒遗传育种与栽培生理

辣椒是世界上栽培最广泛的蔬菜作物之一，广泛应

用于蔬菜、香料、食品添加剂和化工提取等行业。我国

是全球最大的辣椒主产国，据FAO统计数据显示，2021

年我国辣椒的种植面积约82.7万hm2

，产量超过2 000万

t、约占全球产量的1/2，为我国蔬菜市场的周年供应、

脱贫攻坚、乡村振兴和助农富农作出重要贡献。然而，

当前我国辣椒遗传育种领域仍存在品种同质化现象严

重、分子育种技术进展缓慢、高品质和功能型品种少、

机械化程度不高等问题，制约了辣椒产业的高质量发

展。《广东农业科学》本期“辣椒遗传育种·栽培生

理”专题由我刊青年编委李涛研究员担任客座主编，刊

载7篇辣椒遗传育种与栽培领域的最新研究成果。

中国辣椒（Capsicum chinense）作为辣椒主要栽培

种之一，种内多数品种的果实呈现由支链脂类物质形成

的浓郁果香，醇酰基转移酶（AAT）是影响支链酯类物

质含量的重要酶；衡周、王恒明所在团队明确了中国辣椒中AAT基因家族成员和表达模式，推测CcAAT8可能是影

响果实支链脂类物质含量的关键基因，可为研究辣椒AAT基因家族功能和辣椒香气物质合成机理提供理论基础。

CMB1基因在植物的花序结构和果实成熟调控中发挥重要作用，张明先、吕俊恒所在团队成功克隆了皱皮红、皱

皮黄辣椒MADS-box基因家族中的CMB1基因，发现CMB1基因在辣椒果实完熟期表达量最高，在绿熟期、转色期

和完熟期的表达量呈逐渐上升趋势，且在皱皮红中的表达量高于皱皮黄中的表达量，推测CMB1主要参与调控辣

椒红素等类胡萝卜素的合成，可为辣椒的果色调控和品种选育提供参考。赵威、吴智明所在团队基于辣椒基因组

已公开的SSR分子标记资源，以‘汇丰2号’父、母本为材料，筛选出多态明显、条带清晰且扩增稳定的2个SSR标

记L0143和L0622，能够快速、准确、低成本、有效地对‘汇丰2号’杂交种子进行纯度鉴定和真实性鉴定，能够

替代传统杂交种子纯度和真实性鉴定方法。二荆条辣椒是四川优质辣椒地方品种，许艺、宋占锋所在团队发现四

川不同产区的二荆条辣椒品种在植株形态、果实特征以及果实品质等方面均存在明显差异，综合品质性状较优的

为邛崃二荆条、双流二荆条和西充二荆条，可为该品种在育种资源和加工原料的选择上提供有效参考。周瑶、刘

周斌所在团队以辣椒骨干亲本‘6421’为试验材料，提出连续光照条件对辣椒幼苗的生长发育具有一定积极作

用，连续光照结合红光、蓝光处理下辣椒幼苗的抗氧化酶活性和渗透物质均有不同程度提高，提高了辣椒幼苗的

适应性，可为提高辣椒幼苗抗性提供技术参考。高成萌、孙冬梅所在团队研究发现，马尾藻有机肥最适工艺条件

为发酵碳氮比25∶1、初始含水量50%、发酵菌剂添加量2%，该条件下发酵制备的马尾藻有机肥符合有机肥国家

标准NY/T525-2021，对植物无毒性，且能有效提高辣椒的抗寒性，可为海藻肥的制备工艺优化及农业应用提供一

定理论依据。香气品质是园艺作物品质重要的指标之一，叶楚、衡周所在团队综述了近年来园艺作物的香气物质

成分、香气形成的影响因素、香气物质的生物合成途径以及香气相关酶的调控机理，并对园艺作物香气未来的研

究方向进行了展望，可为人们鉴别优秀种质资源，培育品质优良、香气浓厚、商品价值可观的园艺作物提供参考。

可见，充分利用我国辣椒丰富的地方特色种质资源，挖掘辣椒品质形成及抗逆性状关键基因，开发配套的绿

色高效栽培技术及分子鉴定技术，是未来辣椒产业高质量发展的重大技术需求和应用基础研究的主要努力方向，

同时也是加强农业科技创新、助力农业高质量发展的重要举措。

专题客座主编

李涛（1982—），博士，研究员，

广东省农业科学院蔬菜研究所副所长，

主要开展茄果类蔬菜分子生物学与遗传

育种研究。主持完成国家自然科学基金

2项，副主持广东省重点领域研发计划

项目2项，主持广东省自然科学基金、

市级科研项目等8项。在《Journal of

Experimental Botany》《Food Research

International》《Horticulture Research》

《Scientia Horticulturae》等期刊发表学术论文80多篇，其中SCI论

文15篇、EI论文5篇。荣获广东省农业技术推广奖一等奖2项、广

东省农业科学院科学技术奖励一等奖4项；主持及参与育成茄果类

蔬菜新品种20个。担任广东省产业技术体系农业种业共性关键技

术创新团队岗位专家、广东樱桃番茄产业联盟副秘书长、广东省

园艺学会常务理事、《广东农业科学》青年编委；获评广东省农

业科学院金颖之星。

整地施肥

培育壮苗

大田移栽

烘烤

质量评价

39

收稿日期：2023-09-28

基金项目：广东省级乡村振兴战略专项资金种业振兴项目（2022-NJS-00-005，2022-NPY-00-024）；广东省农

业科学院蔬菜研究所专项课题（2023ZZ10）；广州市科技计划项目（2023B03J1082）

作者简介：衡周（1988—），男，博士，助理研究员，研究方向为辣椒品质育种及品质性状形成机理，E-mail：

hengzhou@gdaas.cn

通信作者：王恒明（1964—），男，研究员，研究方向为辣椒育种及抗逆分子机理，E-mail：whming@21cn.com

广东农业科学 2023，50（11）：40-49

Guangdong Agricultural Sciences DOI:10.16768/j.issn.1004-874X.2023.11.004

衡周，叶楚，方健敏，杨静，徐小万，徐晓美，李涛，王恒明 . 中国辣椒 AAT 基因家族的鉴定及表达分析［J］. 广东农业科学，

2023，50（11）：40-49.

中国辣椒 AAT 基因家族的鉴定及表达分析

衡 周 1

，叶 楚1

，方健敏 2

，杨 静 2

，徐小万 1

，徐晓美1

，李 涛 1

，王恒明 1

（1. 广东省农业科学院蔬菜研究所 / 广东省蔬菜新技术研究重点实验室，广东 广州 510640；

2. 广东药科大学，广东 广州 510006）

摘 要：【目的】中国辣椒（Capsicum chinense）是辣椒主要栽培种之一，种内多数品种的果实呈现由支

链酯类物质形成的浓郁果香。醇酰基转移酶（Alcohol acyl-CoA transferase，AAT）催化支链酯类合成的最后一步

反应，对支链酯类含量有重要影响。鉴定中国辣椒中 AAT 基因家族成员并分析其组织表达模式，可为其功能研

究提供参考。【方法】通过生物信息学分析和实时荧光定量 PCR 对中国辣椒的 AAT 基因家族进行鉴定及表达特

征分析。【结果】从中国辣椒基因组中鉴定到 10 个 AAT 基因，分布于 6 条染色体上，分别命名为 CcAAT1-10。

理化性质预测结果显示，AAT 基因家族编码的氨基酸序列长度在 256~683 aa 之间，分子质量范围为 29~77 kDa，

等电点范围为 5.34~8.79，平均亲水系数均为负值，不稳定指数在 23.76~51.02 之间。蛋白质结构预测显示，

CcAAT 的二级结构以 α- 螺旋和无规则卷曲为主，三级结构差异较大。亚细胞定位预测发现 CcAAT 均定位于细

胞质中，其基因启动子上存在 16 种顺式调控元件。时空表达分析显示，CcAAT5、CcAAT6 在辣椒各器官中均未

检测到表达，CcAAT8 在花和果实中特异表达，CcAAT1、CcAAT3、CcAAT7 在叶片中高表达，CcAAT4 在根系中

高表达。【结论】明确了中国辣椒中 AAT 基因家族成员和表达模式，推测 CcAAT8 可能是影响果实支链酯类物

质含量的关键基因。

关键词：中国辣椒；醇酰基转移酶；生物信息学；实时荧光定量 PCR；基因鉴定；表达分析

中图分类号：S641.3 文献标志码：A 文章编号：1004-874X（2023）11-0040-10

Identification and Expression Analysis of the

AAT Gene Family in Chinese Pepper

HENG Zhou1

, YE Chu1

, FANG Jianmin2

, YANG Jing2

, XU Xiaowan1

,

XU Xiaomei1

, LI Tao1

, WANG Hengming1

（1.Vegetable Research Institute, Guangdong Academy of Agricultural Sciences /

Guangdong Key Laboratory of New Technology Research of Vegetables, Guangzhou 510640, China;

2. Guangdong Pharmaceutical University, Guangzhou 510006, China）

Abstract:【Objective】Capsicum chinense is one of the main cultivated species of pepper, which generally has

a strong fruit aroma formed by branched chain esters. AAT (alcohol acyl-CoA transferase) catalyzes the last step in the

synthesis of branched chain esters and has an important impact on its content. Identification of the AAT gene family in C.

41

【研究意义】辣椒是世界上栽培最广泛的蔬

菜作物之一，广泛应用于蔬菜、香料、食品添加

剂和化工提取等行业［1］。中国辣椒（Capsicum

chinense）是辣椒的 5 个主要栽培种之一，种内大

部分品种具浓郁果香。果香能使人精神愉悦，是

很有价值的商品性状［2］。中国辣椒果实中呈现果

香的物质主要为支链酯类物质［3］。醇酰基转移酶

（Alcohol acyl-CoA transferase，AAT）催化支链酯

类合成的最后一步反应，是影响支链酯类含量的

重要因素［4］。开展 AAT 基因家族的鉴定及表达

分析，能为进一步研究其功能、探究中国辣椒果

实香气合成机理提供理论基础。【前人研究进展】

AAT 属于酰基转移酶（BAHD）家族，催化酰基

基团从酰基 CoA 供体转移至醇类受体分子，形成

酯类物质［5］，含有 2 个保守基序，分别是 HxxxD

基序和 DFGWG 基序，其中 HxxxD 基序与催化作

用相关，相关研究推测 DFGWG 基序仅起结构作

用［6］。AAT 基因家族的鉴定、表达分析及功能验

证工作已在多种植物中展开。温思为等［7］从蔷薇

科植物中鉴定出多个AAT基因（苹果 7 个、梨 4 个、

杜梨 6 个、桃 8 个、凤梨草莓 7 个）。曹香梅［8］

在桃子中筛选出 28 个 AAT 基因，其中 PpAAT1 转

录本数量最多，进一步研究发现，PpAAT1 可催

化挥发物质 γ- 癸内酯的合成，通过与 PpCXE1

协同作用，共同调控酯类物质代谢。在茄科作物

中，番茄的 SlAAT1 能直接影响番茄果实的酯类

物质含量变化［9］，通过底物测试发现 SlAAT1 对

1- 戊醇底物有极强的特异性偏好。Souleyre 等［10］

从苹果中鉴定到 MdAAT1 并证明其为酯类物质合

成的关键基因。在成熟前期，苹果果肉组织中的

AAT 基因表达量和相关酶活性显著提高，同时酯

类物质合成增加。Li 等［11］发现苹果中转录因子

MdMYB1和MdMYB6结合后激活MdAAT2启动子，

调控苹果酯类物质的合成。PpNAC1 或 PpNAC2

转录因子与桃 PpAAT1 基因的启动子结合后可激

活其表达［12］。猕猴桃转录因子 AcNAC4 可直接

调节 AcAAT10 的表达，参与丁酸乙酯和丁酸甲酯

的合成积累［13］。草莓 SAAT 基因编码的蛋白具有

催化支链酯类形成的能力［14］。原核表达功能验

证发现哈密瓜 CM-AAT1 编码的蛋白质具有合成

酯类物质的功能［15］。Shalit 等［16］在月季花 EST

数据库中发现 3 个与 BAHD 醇酰基转移酶相似的

基因。【本研究切入点】AAT 是影响呈果香的支

链酯类物质含量的重要酶，但目前辣椒中还未有

对其相关基因家族的系统研究。【拟解决的关键

问题】本研究拟通过对中国辣椒 AAT 基因家族的

生物信息学鉴定和表达模式分析，明确中国辣椒

基因组中 AAT 基因的数目及分布并获得其时空表

达特征，为辣椒支链酯类物质代谢机理研究提供

理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为中国辣椒品种‘金田 1 号’，

2022 年 7 月播种，8 月定植于广东省农业科学院

白云基地。在植株出现首花后第 5 周，分别取植

chinense and analysis on its expression patterns will provide references for its functional studies.【Method】Bioinformatics

and real-time quantitative PCR analysis were applied to identify the AAT gene family of C. chinense and analyze its expression

patterns.【Result】Ten members of the AAT gene family were identified and named CcAAT1-CcAAT10 according to their

distribution order on six chromosomes. Physicochemical properties prediction revealed that the length of amino acid sequence

encoded by AAT gene family range from 256 to 683 aa, with their molecular mass ranging from 29 to 77 kDa, and isoelectric

point ranging from 5.34 to 8.79. Average hydrophobic coefficients of them were all negative values. Their instability indexes

ranged 23.76 to 51.02. Protein structure prediction showed that their secondary structure was dominated by α-helices and

irregular convolutions, and the tertiary structure varied widely. Subcellular localization prediction revealed that all CcAAT were

located in the cytoplasm and 16 cis-regulatory elements were found on their gene promoter. Spatiotemporal expression analysis

showed that CcAAT5 and CcAAT6 had no detectable expression, CcAAT8 was specifically expressed in flowers and fruits,

CcAAT1, CcAAT3 and CcAAT7 were highly expressed in leaves, and CcAAT4 was highly expressed in roots.【Conclusion】It

clarified the expression pattern of the AAT gene family in C. chinense and it was hypothesized that CcAAT8 might be a key gene

affecting the content of branched chain esters.

Key words: Capsicum chinense; alcohol acyl-CoA transferase; bioinformatics; real-time quantitative PCR; gene

identification; expression analysis

42

株距离地面 5 cm 处的地下侧根、嫩茎、顶端幼叶、

花和花后第 1~5 周的果实，采集后放入液氮速冻，

转入 -80 ℃超低温冰箱待用，设 3 个生物学重复。

1.2 试验方法

1.2.1 中国辣椒 AAT 家族基因的鉴定 基于下载

自 NCBI 的中国辣椒基因组数据［17］和已报道的

其他物种 AAT 蛋白序列，在 Pfam 网站（https://

pfam.xfam.org/search/#tabview=tab1） 下 载 AAT

（PF07247） 的 hmm 文件， 使用 HMMER（V3.3.1）

软件和 TBtools（V1.09876）软件对蛋白质的氨基

酸序列进行比对（E-value<1×10-5，其余参数默

认）。通过在线 BLAST、hmmsearch 及 hmmbuild

和 hmmsearch 联用的方法对辣椒 AAT 基因家族

成员进行鉴定后，使用 MEGA 与植物中已鉴定的

AAT 基因相应的蛋白序列共同绘制进化树。已报

道的其他物种 AAT 基因信息见表 1。

1.2.2 中国辣椒 AAT 蛋白的理化性质、亚细胞

定位、结构预测和系统进化分析 使用在线工

具 ExPASy（http://www.expasy.org/tools/protparam.

html） 对 中 国 辣 椒 AAT 蛋 白 序 列 进 行 理 化 性

质分析，包括分子质量、氨基酸数、等电点、

不稳定指数、平均亲水系数、脂肪族指数等。

利 用 Plant-mPLoc 网 站（http://www.csbio.sjtu.edu.

cn/bioinf/plant-multi/）进行亚细胞定位预测。使用

在线工具 SOPMA (https://npsa-prabi.ibcp.fr/cgi-bin/

secpred_sopma.pl) 对蛋白的二级结构进行预测 , 使

用 SWISS-MODEL（https://swissmodel. expasy.org）

构建中国辣椒 AAT 蛋白的三维结构模型。使用邻

接法对中国辣椒与其他已鉴定物种的 AAT 蛋白序

列进行比对分析，利用 MAGA 软件构建进化树。

1.2.3 中国辣椒 AAT 基因家族的染色体定位、

保守基序和基因结构分析 从中国辣椒基因组注

释文件中筛选出 AAT 基因的染色体定位数据，

利用 MapChart 软件制作 AAT 基因的染色体定位

图，分析各 AAT 基因在染色体上的分布情况。通

过 MEME 数 据 库（http://alternate.meme-suite.org/

tools/meme）分析蛋白基序，Motif 搜索数为 20；

利 用 基 因 结 构 GSDS 2.0（http://gsds.cbi.pku.edu.

cn/）在线分析软件，对 AAT 基因序列进行内含

子 和 外 显 子 结 构 分 析。 利 用 PlantCARE（http://

bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/

html/）分析网站，对 AAT 基因家族成员启动子区

的顺式作用元件进行预测分析，结合 TBtools 进行

可视化分析。

1.2.4 中国辣椒 AAT 家族基因时空表达分析 使

用 RNA 提取试剂盒（全式金，北京）提取辣椒根、

茎、叶、花和各个时期果实的总 RNA；使用反转

录试剂盒（TaKaRa，大连）进行反转录，操作方

法参照说明书进行。使用荧光定量试剂盒 SYBR

Premix Ex TaqTM（TaKaRa，大连）进行基因表达

量分析，荧光定量 PCR 采用 25 μL 体系，扩增程

序为 95 ℃ 30 s、95 ℃ 5 s、60 ℃ 30 s，40 个循环；

溶解曲线绘制程序为：65~95 ℃之间每 0.5 ℃依次

读板，每个样品设 3 个生物学重复，每组生物学

重复设 3 个技术重复。目标基因相对表达量计算

使用 2-ΔΔCT 法。荧光定量 PCR 引物信息见表 2。

2 结果与分析

2.1 中国辣椒 AAT 基因鉴定及理化性质分析

通过隐马尔可夫模型、AAT 保守结构域和

BLAST 3 种方法筛选获得中国辣椒 10 个 AAT 基

因，分别命名为 CcAAT1-10。

生物信息学分析结果（表 3）显示，中国辣

椒 AAT 蛋白编码的氨基酸平均数为 386.4 aa，最

大值为 683 aa，最小值为 256 aa。筛选出的分子

质量范围为 29~77 kDa，等电点范围为 5.34~8.79。

平均亲水系数均小于 0，说明该类基因所表达的

表 1 部分植物中已鉴定的 AAT 基因信息

Table 1 Information of the identified AAT genes

in some plant species

物种

Species

基因名

Gene name

登录号

Accession No.

苹果 Malus pumila Mill. MdAAT1 AAU14879

MdAAT2 AAS79797

MdAAT3 AAR99826

草莓 Fragaria × ananassa VAAT AX022504

SAAT AAG13130

FaAAT2 AEM43830

甜瓜 Cucumis melo CmAAT1 CAA94432

CmAAT2 AAL77060

CmAAT3 AAW51125

CmAAT4 AAW51126

猕猴桃 Actinidia chinensis AdAAT1 AIC83789

康乃馨 Dianthus caryophyllus DcAAT1 CAB11466

梨 Pyrus PAAT AAS48090

月季 Rosa chinensis RhAAT1 AAW31948

番茄 Solanum lycopersicum SlAAT1 AFD29888

木瓜 Pseudocydonia sinensis VpAAT1 FJ548611

43

蛋白质为亲水性蛋白。不稳定指数在 23.76~51.02

之间，CcAAT6、CcAAT9、CcAAT10 蛋白性质稳

定性较好，CcAAT5 和 CcAAT7 的蛋白质稳定性

较差，其余蛋白不稳定指数在 40 左右、相对稳定。

根据亚细胞定位预测可了解到，所筛选出中国辣

椒 AAT 均定位于细胞质中。

2.2 中国辣椒 AAT 蛋白结构预测

对 AAT 基因家族编码的蛋白结构预测结果显

示，其编码的蛋白由 α 螺旋、延伸链、β- 转角

和无规卷曲 4 种元件组成。其中，α- 螺旋和无

规则卷曲的含量相对较高 ( 表 4)。在 CcAAT2、

CcAAT6 和 CcAAT9 中，α- 螺旋所占比例最高，

为 41.23%~47.27%； 而 在 CcAAT4、CcAAT5 和

CcAAT7 中， 无 规 则 卷 曲 所 占 比 例 最 高， 为

45.86%~46.90%。 利 用 SWISS-MODEL 构 建 蛋 白

的三维结构模型，发现 10 种 AAT 蛋白三维结构

差异明显（图 1）。所有的蛋白结构中均有不少

于 4 个的 β- 转角结构，说明中国辣椒 AAT 在功

能上可能存在分化，又具有一定的保守性。

表 2 引物信息

Table 2 Information of primers

基因名

Gene name

正向引物

Forward primer sequence (5' → 3')

反向引物

Reverse primer sequence (5' → 3')

用途

Usage

CcAAT1 GAGGAAGGTTGATGGTGATT CGAGGAGAACAAGTGAGAC 荧光定量

CcAAT2 ACATCCAGACTTCACATCAG AAGGGAACACTTTCACTTGA 荧光定量

CcAAT3 TAGGTGAGAGCAAGTATGAG GTCGTCTACTATGTATTCTTCC 荧光定量

CcAAT4 GCTGAATCTGATGGTGTAGT ATCTGCTGCGTGATGTTG 荧光定量

CcAAT5 CTTCTGTGGATTGTAACGAT ACATAGTTCATCTTGCTACC 荧光定量

CcAAT6 CTTCCATTATGCTCGTCTG CTTCTATCTCCTCTTCACCAA 荧光定量

CcAAT7 TCATGTACTAACGCCATCTT GTCTTGTCCTACCATCTGTAT 荧光定量

CcAAT8 TTCAGCAACAAGAGGAGTAA GCAACTTCACTTCAGTCATT 荧光定量

CcAAT9 AGCAAGTGGTGAATGGTAAT TACTTCCTCCAAGCTCAATC 荧光定量

CcAAT10 GGCTTATTGAAGGACCTAATAG CATCAGAACCAGGAACATTG 荧光定量

Actin GGTGACGAGGCTCAATCCAA CTCTGGAGCCACACGAAGTT 内参基因

表 3 中国辣椒 AAT 基因家族基本信息

Table 3 Basic information of AAT family genes in Capsicum chinense

基因名

Gene name

登陆号

Accession No.

氨基酸数

Number of amnio

acids

分子质量

Molecular

weight (KDa)

等电点

PI

平均亲水系数

Average hydrophobic

coefficient

不稳定指数

Instability index

亚细胞定位预测

Subcellular localization

prediction

CcAAT1 PHU29325.1 287 33.08261 8.54 -0.025 42.41 细胞质

CcAAT2 PHU29327.1 256 28.67898 5.45 -0.071 40.72 细胞质

CcAAT3 PHU23683.1 683 77.64819 5.59 -0.200 41.06 细胞质

CcAAT4 PHU24187.1 435 48.21792 5.85 -0.204 43.93 细胞质

CcAAT5 PHU18650.1 366 40.74707 8.17 -0.055 51.02 细胞质

CcAAT6 PHU12147.1 258 29.27676 8.25 -0.115 25.76 细胞质

CcAAT7 PHU08270.1 362 40.65500 5.39 -0.117 46.61 细胞质

CcAAT8 PHU02682.1 456 51.19302 5.34 -0.038 41.26 细胞质

CcAAT9 PHT98854.1 308 34.50861 6.86 -0.155 39.7 细胞质

CcAAT10 AAN85436.1 453 50.41799 8.79 -0.015 34.29 细胞质

表 4 CcAAT 蛋白二级结构预测

Table 4 Prediction of the secondary structure of CcAAT

proteins

蛋白

Protein

α- 螺旋

α-helix (%)

延长链

Extended strand (%)

β- 转角

β-turn (%)

无规则卷曲

Random coil (%)

CcAAT1 36.59 22.30 6.97 34.15

CcAAT2 47.27 14.84 1.95 35.94

CcAAT3 38.21 18.01 5.12 38.65

CcAAT4 31.72 17.70 3.68 46.90

CcAAT5 36.61 14.75 2.73 45.90

CcAAT6 46.90 13.18 2.71 37.21

CcAAT7 30.94 18.23 4.97 45.86

CcAAT8 36.62 16.01 3.51 43.86

CcAAT9 41.23 15.58 1.95 41.23

CcAAT10 34.22 19.21 3.97 42.60

44

2.3 中国辣椒 AAT 蛋白系统进化树分析

将筛选获得的中国辣椒 AAT 蛋白序列与其

他物种 AAT 蛋白进行序列比对分析，并构建进

化 树。 结 果（ 图 2） 显 示，CcAAT2、CcAAT3、

CcAAT5、CcAAT8 位 于 同 一 分 支， 与 草 莓 的

SAAT、甜瓜的 CmAAT4、月季的 RhAAT1 亲缘关

系较近，CcAAT7 与 CcAAT4 位于同一分支，与

康乃馨中的 DcAAT 亲缘关系较接近，CcAAT9 与

猕猴桃中的 AdAAT1 亲缘关系较近，CcAAT6、

CcAAT10 与番茄中的 SIAAT1 关系比较接近。

2.4 AAT 家族基因的染色体定位、保守基序和基

因结构分析

通过 MapChart 制作的染色体定位图（图 3）可

见，CcAAT1、CcAAT2 位于 1 号染色体，CcAAT3、

CcAAT4 位于 3 号染色体，CcAAT5 位于 5 号染色体，

CcAAT6 位于 7 号染色体，CcAAT7 位于 9 号染色体，

CcAAT8 位于 11 号染色体。CcAAT9 和 CcAAT10 则

暂无明确的染色体定位信息。

将 中 国 辣 椒 AAT 蛋 白 序 列 提 交 到 MEME

网站进行保守基序分析，结果（图 4）显示，

CcAAT 成 员 共 包 含 12 个 保 守 基 序，CcAAT1、

CcAAT3~5、CcAAT8、CcAAT10 具有相对保守的

基序 8、4 和基序 1、5 共同组成的结构。聚类结

果显示其亲缘关系较接近，位于同一分支的序列

之间有较强保守性。

基因结构对基因的表达有重要影响［18］。为

探索 AAT 家族基因的结构多样性，本研究对其

外显子、内含子和非编码区进行分析。结果（图

5）显示，CcAAT6、CcAAT8 和 CcAAT9 基因为连

续基因，无内含子；CcAAT1、CcAAT2 含 2 个内

含 子，CcAAT4、CcAAT5、CcAAT7 含有1个内

含子，CcAAT3 含有 6 个内含子。在进化树上处

于同一个分支的成员具有相似的基因结构。由于

CcAAT10 来自直接提交的序列，因此无法进行基

因结构和启动子区域顺式作用元件的分析。

使用 Plant CARE 数据库对 CcAAT1-9 的 5’

端上游 2 000 bp 进行了顺式作用元件分析（图 6）。

共发现 16 种顺式作用元件，其中激素响应相关

原件最多，主要包括脱落酸响应元件、赤霉素响

应元件、生长素响应元件、茉莉酸响应元件和水

杨酸响应元件。其次是光响应相关元件，它们在

所有基因的启动子区域都存在。低温响应元件和

厌氧诱导相关元件存在于部分家族基因的启动子

图 2 不同物种 AAT 蛋白的系统进化关系

Fig. 2 Phylogenetic relationships of AAT proteins in

different species

图 1 CcAAT 蛋白三级结构预测

Fig. 1 Prediction of the tertiary structure of CcAAT proteins