菰属食物营养研究与发展前景
中国食物与营养
2008年第6期
FoodandNutfitioninChina
No.6.2008
菰属食物营养研究与发展前景乖
郭宏波
(西北农林科技大学生命科学学院,杨凌7121oo)
摘要:菰属是稻族12属之一,与水稻有较近亲缘关系。由于其具有很多优良特性,因而成为水稻品质和产量改良的重要基因源。尽管菰属内种的分类仍存在一定争议,但本文以常用的水生菰、沼生菰、德克萨斯菰和菰4种分类方式,对每种的分布、营养价值及其研究动态进行了综述,最后提出些许建议以供参考。
关键词:菰属;水生菰;沼生稻;德克萨斯菰;菰
水稻是世界上最重要的作物之一,为全球1/2人口提供粮食。据国际水稻研究所预计,至2020年全世界对稻米的需求将由目前的5亿t增至7.8亿t。这只有通过拓宽栽培水稻品种的遗传基础才能实现,而要提高水稻产量和营养品质就必须进一步开发和利用现有水稻基因源和新资源。水稻隶属禾本科(Poaceae或Gramineae)稻族(Oryzeae),在全球共有12属71种,菰属(Zizaniaspp.)是其中之一。由于菰与水稻亲缘关系较近,且具有很多优良性状,如高品质、高生物量、耐低温和抗病
遍【21。
水生菰的颖果是本土美国人常用的食物,虽然价格较高,但因其独特的色泽、烧烤风味和品质,而得到广泛欢迎。它主要用于制作精细食品,如汤、食物填充剂、饭后甜点以及肉类菜肴等。据研究,这种野生稻谷子中含蛋白12.4%~15.0%,远超过栽培稻(OryzasafivaL.)的含量6.7%。脂质含量0.5%加.8%,其中约有30%是对人体健康有益的亚麻酸131。Wang等在研究6个野生稻品种的谷子中淀粉的结构和理化特性的结果发现,与栽培稻的长链淀粉相比,野生稻谷子具有更高的膨胀力、水溶性、较低的D淀粉分解限制和粘性,并认为因野生稻谷子中直链淀粉含量和支链淀粉结构的差异会造成加工以及品质上的差异【41。Bunzel等除利用HPLC技术测定了野生稻谷子中膳食纤维的酯键石碳酸的含量外,还分离出寡聚淀粉羟基肉桂酸,并研究其与细胞壁中多聚体的关联㈣。Bunzel等采用DFRC方法确证野生稻中存在木质素,并且木质素的组成会因谷类的种类而异161。
等,如何将这些陆状基因转移到水稻中,受到不少学者
关注。菰属有4个种,一种产于东亚,其余3种产自北美,被认为是东亚与北美植物区系联系的纽带之一。菰属中虽然种不多,但各分类学家对其种类划分仍有分歧。通过对该属植物的叶片表皮微形态、孕花外稃表皮微形态和分支分类的研究,认为菰属应该有4种和2亚种…。除此之外,目前尚没有该属的系统分类学研究报道,国外学者多使用4种加多变种或仅4种的分类方法。为促进国内同行对菰属营养价值及其利用动态的了解,本文以4种分类方式分别综述它们的研究进展。
2沼生菰
沼生菰(Z.pflustds)也称北部野生稻,有2个变种
Z.pflustrisinterior
1水生菰
水生菰(Z.aquadca)和沼生菰(Z.pflustrisL.)是除德克萨斯菰(Z.mxanaHitchc.)外北美的另2个种,主要分布于北美洲的东部和中北部,2种均为一年生。水生菰又称南部野生稻,从墨西哥湾到南部的大湖,在该种的几个变种中,Z.aquatica
vat.aquatica
val".palustris(FasseR)Dore和Z.pflustris
vat.
L.,或者2个亚种…。只有前者具有重要的经济
价值,呈补丁状分布于加拿大沿海省份和北部的新英格兰,穿过大湖与大草原交叉。Z.pflustrisVat.palustfis在当地作为传统食物已经好几个世纪,近年来已经被作为
L.分布最为普
‘基金项目:西北农林科技大学人才基金。作者简介:郭宏波(1977~
).男,博士,江苏泰州人,从事植物遗传资源的保护与利用研究。
万方数据
14
中国食物与营养
特别的经济作物栽培而得到广泛食用,在超市和餐馆里随处可见。目前在美国主要栽培于明尼苏达州和加州,与水稻栽培一样管理。正因为该品种具有较高的经济效益,因而在北美的3种菰中是研究最多的一种。
Abedinia等利用带有完整野生稻基因组DNA和抗潮霉素(Hygromycin)基因的钴元素轰击栽培稻的愈伤组织,并采用AFLP分子标记技术进行检测,结果表明,此法能够转移相当数量的野生稻DNA[71。Gallaher等利用RFLP分子标记技术构建出沼生稻的遗传指纹图谱,并与栽培稻进行了对比【8】。2003年Hass等以沼生稻为参照,进一步研究了栽培稻的在染色体水平上的遗传进化、重复序列以及各种基因等191。用野生稻喂食老鼠研究肝脏胆固醇含量,结果显示,栽培的野生稻能有效降低胆固醇,浓度可降至10%【101。Lu等对美国威斯康星州北部野生稻的17个居群采用同工酶研究了居群变异,
并比较了它们在生境、居群特I生和植株生长、繁殖等表型
变异,结果表明,野生稻拥有中等水平的遗传多样性,居群大小与遗传变异呈正相关,而居群隔离程度正好相反,居群中植株的表型变异与遗传变异也呈正相关…J。
3德克萨斯菰
德克萨斯菰(Z.texana)分布于美国德克萨斯州的圣马克斯河岸,呈狭长形分布,有10km长,目前已被联邦立为濒危物种。2002年Power发现水流速对德克萨斯菰的营养分配有着明显的影响,高流速能使植株有更高的生物量,良好的根系【l21。因菰属植物的种子都是顽拗型的,因此不论是在成熟期还是在贮藏过程中对脱水相当敏感m。・I。Waiters等发现将德克萨斯菰种子在高浓度的糖水预培养,然后以低温保护剂清洗后干燥至
0.69
H20/g,即可将低温保存后种子的存活率从5%升
至75%f13l。2004年Richards等发现通过以上保存法对遗传多样性没有造成明显的降低,并认为此法适合该物种的迁地保护㈣。
4菰
菰【Z.1atifolia(Griseb.)Trucz.ExStapf.】主要分布在东亚,原产中国,现在中国(含台湾)、俄罗斯(东部西伯利亚和远东地区)、Ft本、韩国以及中南半岛各国均有分布。在唐代以前,菰就已被当作粮食作物栽培,它的种子叫菰米或雕胡,不仅供帝王食用,而且也是主要粮食作物六谷之一。在现代,菰的幼嫩茎杆,俗称茭儿菜,是南京地区民众喜食的3种野菜之一。菰
万
方数据在我国古代主要分布于沿江地区,从上游的四川到下游的江浙地区,浙江的湖州被称为菰城。唐宋以后,随着南方人口激增以及农业大开发,围湖垦田和水稻的推广,使得菰的分布急剧减少。据报道,菰现在微山湖、骆马湖、洪泽湖,宝应湖和太湖仍有分布。
Zhai等对中国菰米和北美野生稻(水生稻)的稻米进行营养成分比较,结果表明,菰米比野生稻营养价值更高【15l。正因为菰的高营养价值,不少国家在菰的栽培、加工和药用方面都已申请了国际专利,如世界德温特创新专利索引(Derwent
Innovations
Index),国际上
在1998年后申请的有关菰的专利有10个,除一个美国的外,其余为韩国和日本的,韩国6个,日本3个,申请时间主要集中在2002年以后。专利主要是具有预防和治疗某些疾病作用的茭叶茶、功能食物、化妆品和药物。
当菰拔节抽穗时,如果接触到黑粉菌(Ustilago
esculenta
P.Herin.),菌丝就会入侵到花茎薄壁组织内,
在获得营养的同时分泌一种生长素类物质(IAA),刺激薄壁组织生长使茎部膨大形成可食用的茭白,植株也就不开花结籽。茭株体内如无黑粉菌寄生,花茎则不膨大,正常抽薹开花甚至结实,这种茭株称为“雄茭”,食用价值低。有的茭株体内黑粉菌寄生后,在花茎内迅速形成厚垣孢子,使茭肉变成一包黑灰,这称。灰茭”,也不能食用。
茭白是我国特有蔬菜,品质柔嫩,营养丰富。据分析,1009茭白中含蛋白质1.59,脂肪0.19,碳水化合物49,热量96.1KJ,钙4mg,磷43mg,铁0.3mg,胡萝卜素微量,硫胺素0.04mg,核黄素0.05mg,烟酸0.6mg,抗坏血酸2mg。除食用外,茭白亦可入药。《食疗本草》记载其:利五脏邪气、酒后面赤、目赤、卒心痛、大便不畅、心胸烦热。目前茭白栽培面积较广,从台湾到北京,从舟山群岛西至四川盆地都有种植,以江浙的太湖流域栽培最多。茭白是目前浙江省种植面积最大的水生蔬菜,面积达2万亩。
5。小结与展望
菰属作物比邻近的属含有更高的粗蛋白,因此全草可作为优良牧草和鱼饵料171。同时菰(茭白)还是很好的去氮、磷的水生植物,并有良好的固堤功能。因菰米落粒性很强,且成熟期很不一致,因此除了对其营养成分的报道外,国内外对此研究并不多。但有研究认为,菰花茎在未接触黑粉菌的情况下,虽然仍可抽薹开花,但因减数分裂中期不均等分裂,花朵不育性达99%以
郭宏波:菰属食物营养研究与发展前景
上,几乎不产生种子,所以一般都以无性繁殖来进行繁turalandFood
Chemistry,2004,52:6496—6502.
殖。尽管如此,Zhai等报道表明,菰在我国仍有一定的【7】AbediniaM,HenryRJ,BlakeneyAB.Lewin
LG
分布,并且能结实【15】。因而充分利用和挖掘菰的潜在Accessinggenes
inthetertiarygenepoolofriceby
经济价值,可作为今后的研究方向之一。
direct
introduction
oftotalDNA
fromZizania;Kalustris
我国有着丰富的茭白种质资源,但如何才能充分利用(wildrice).PlantMolecular
Biology
Reporter,2000,
这些资源?茭白在栽培过程中只采食茭笋,其它部分均抛18:133-138.
弃或者烧毁作肥,这其实是资源的极大浪费。茭白既可食【8】KennardWC,PhillipsRL,PorterRA,Grombacher
用也可入药,但根、茎和叶同样也有药效,因而如何充分AW.Acomparative
mapof
wildrice(Zizaniapalustris
利用这些资源也是今后值得关注的方向之一。另—方面,L.2n=2x=30).Theoretical
and
AppliedGenetics,2000,
因茭白田里每年都会出现一定比例的雄茭和灰茭,因雄茭101:677—684.
和灰茭植株不能变回正常株,因而会在选种过程中被剔【9】Hass
BL,PiresJC,Porter
R,PhillipsRL,Jackson
除。茭白品种的选育也都通过无性繁殖来实现,那么如果SA.Comparativegeneticsatthegeneandchromo-想要得到更多的基因资源,则应该保留雄茭,通过有性繁somelevelsbetweenrice(Oryzasativa)andwildrice
殖来促进基因交流,或者跟菰杂交进—步扩展基因资源。
(Zizaniapalustris).Theoretical
and
AppliedGenetics,
近年来随着茭白种植面积的不断扩大,不少地区品2003,107:773—782.
种比较单一,导致在盛产期很容易出现产品的大量积【10】Gallaher
DD,GallaherCM,SeyveN,Demarmeville
压,因此保鲜贮藏成为热点研究之一。另一方面,微加C.Cholesterolloweringbycultivated
wildrice
in
工或轻加工果蔬在美国新鲜制品业中增长很快,已拥有rats.FASEB
Journal,2004,18:128.
近600万美元的市场,预计在未来的5-7年内增至2亿美【11】LuYQ,WaUerDM,DavidP.Geneticvariability
元。因而需要加大力度对茭白采后贮藏和加工进行研iscorrelated
with
populationsize
and
reproduction
究。◇
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方数据
菰属食物营养研究与发展前景
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
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