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马铃薯(Solanum tuberosum L.)是世界上主要粮食作物之一,产量仅次于玉米、水稻和小麦。马铃薯淀粉是一种优质淀粉,其独特性质对食品加工和工业应用具有极大吸引力。过去三十年,马铃薯淀粉生物工程一直是广为研究的课题。表观直链淀粉含量(AAC)、热学性质、糊化特性、淀粉粒平均直径、大小和颗粒分布等淀粉特性是衡量淀粉应用的重要指标。马铃薯淀粉在食品和非食品工业的应用主要取决于淀粉结构与特性,但这些性质受遗传和环境的影响。本项研究的结果表明,基因型和环境条件对马铃薯淀粉精细结构和理化性质具有显著影响。主要结果总结如下:1、29份马铃薯的遗传多样性研究。马铃薯淀粉AAC约为18.8-29.1%,平均值为25.3%。马铃薯品种间的淀粉的糊化特性和凝胶质构特性存在显著差异。糊化温度(To、Tp、Tc)、焓变值、回生特性和回生百分比分别为58.7-62.5℃、62.5-66.1℃、68.7-72.3℃、15.1-18.4 J/g、1.95-4.41J/g和10.5-21.4%。AAC与淀粉粘滞性和凝胶硬度显著正相关,但与热学和回生特性无关。此外,利用微卫星标记(SSR)对29份马铃薯进行分类并分析其遗传差异性。不同基因型和表型马铃薯的淀粉理化性质比较发现,不同淀粉理化性质间存在显著相关性,但是基于SSR标记的马铃薯基因型分组并不完全符合基于淀粉理化性质的马铃薯分组。2、链长分布是淀粉精细结构参数之一,对淀粉理化性质具有重要作用。利用6份彩色马铃薯品种对淀粉结构-功能特性关系进行研究。结果表明,彩色马铃薯直链淀粉含量、直链淀粉峰高和支链淀粉第一峰高等结构特征参数显著不同,而其他结构参数差异较小。支链淀粉侧链的平均长度约为DP24.8-26.4,分支链fa、fb1、fb2和fb3等结构特征差异不显著。研究还发现,彩色马铃薯淀粉糊化和热学性质存在显著品种间差异。相关性分析表明,彩色马铃薯淀粉糊化特性主要受直链淀粉和支链淀粉精细结构的影响,而热学性质仅受支链淀粉精细结构的影响。3、将7份马铃薯品种种植于浙江省义乌市(E1)和金华市(E2)两个不同的地点,研究种植环境对马铃薯淀粉精细结构和理化性质的影响。结果表明,不同品种和不同种植地点之间的马铃薯淀粉特性呈现显著差异。在两个种植环境中,马铃薯的直链淀粉含量分别约为18.3-20.9%和19.0-21.6%。不同马铃薯的直链淀粉峰值处的DP(XAM)与支链淀粉fa、fb1、fb2和fb3等结构特征在不同种植环境中差异显著,表现出明显的环境效应。不同环境下的马铃薯淀粉糊化特性和热学特性也存在显著差异。E1和E2的马铃薯淀粉AAC分别约为23.6-30.2%和26.8-31.1%。中薯-3的AAC在两个地区中均最低,Favorita在E1中的AAC最高(30.2),而N108在E2中AAC最高(30.1)。相关性分析表明,马铃薯糊化和热学特性均受直链淀粉和支链淀粉精细结构影响。该项研究结果进一步阐明了马铃薯淀粉结构-功能关系。4、马铃薯淀粉品质性状的选择育种研究。首先基于产量性状,对超过1000份马铃薯F1株系(亲本为中薯3号和Favorita)进行初步筛选,从中选择了206份株系(HP01-HP206)。206份株系和亲本于2017年春季种植于浙江金华。根据淀粉品质性状,进一步筛选获得20份株系,于2017年秋季再次种植于浙江杭州,并继续测定淀粉理化性质。研究结果表明,尽管没有发现某个基因型在所有性状中都具有优势,但某些株系在特定品质方面表现优异。例如,HP-206在不同环境下均呈现较高的AAC(32.6%和29.2%)。HP-37的PV在不同种植地点较为稳定(478.0和486.8 RVU)。这些结果表明,这些基因型具备成为马铃薯育种亲本的潜力,用来改善淀粉特性,育出含有目标性状的新品种。鉴定获得的品种间淀粉理化性质差异可用于马铃薯优良品质性状的改良。本项研究将有助于通过育种来获得理想性状的马铃薯新品种。