富含γ-氨基丁酸水稻研究进展

摘要 发展富含γ-氨基丁酸水稻对于提高人们的营养健康水平、拓宽稻米的利用范围和增加稻米的附加值具有重要意义。介绍γ-氨基丁酸在稻米中的富集及其生理功能，概述影响发芽糙米GABA含量的基因型（品种）因素研究进展，并提出富含γ-氨基丁酸水稻遗传育种研究策略。

关键词 水稻；γ-氨基丁酸；研究进展

中图分类号 S511 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2012）16-0015-02

水稻是我国种植面积最大、单产最高、总产最多的粮食作物，常年播种面积和总产量分别占全国粮食作物的30%和40%，在我国粮食生产中具有举足轻重的地位。全国有60%以上的人口以大米为主食，食用量约占稻谷总量的85%。随着社会的发展和人们生活水平的提高，我国稻米不仅要以满足口粮的需求为主，还必须通过科学合理的综合利用，转化为可实现“药食同源”的健康食品。目前，我国每年因心脑血管疾病而死亡的人数大约为260万人，约占总死亡人数的45%[1]。心脑血管疾病最重要的是预防。实行合理膳食是主要的预防措施之一。糙米保留了稻谷60%以上的重要营养物质，营养价值是普通大米的十几倍。糙米经过发芽以后，一些具有特殊生理功能的活性物质含量显著增加，尤其是对心脑血管疾病具有预防和舒缓功能的γ-氨基丁酸含量成倍增加。富含γ-氨基丁酸水稻品种的研究及其产品的开发，有助于拓宽稻米的利用范围和增加稻米的附加值。

1 γ-氨基丁酸及其生理功能

γ-氨基丁酸（γ-Aminobutyric Acid，GABA）是一种以游离态存在于生物体内的非蛋白质氨基酸。在植物体内通过谷氨酸脱羧酶的作用由谷氨酸脱羧而成。动物也可以合成少量的γ-氨基丁酸，其余部分需要通过食物补充。

γ-氨基丁酸是一种神经抑制性递质或递质前体，参与神经活动，具有降血压、降血脂、抗动脉硬化、促进脑血液流量、增加脑供氧量、促进细胞代谢和改善中风后遗症的功能[2-4]，还有改善肝肾功能、促进酒精降解、缓解疲劳感和防止肥胖等作用[5]。

2 γ-氨基丁酸在稻米中的分布及富集

1994年T.Saikusa在稻米食用品质试验中首先发现糙米发芽后，游离氨基酸的组成和含量发生了显著变化，其中主要集中在胚芽部分的GABA含量大幅提高[6]。同年，T.Saikusa又检测了日本10个不同品种的稻米胚芽GABA富集情况，发现不同品种的米胚芽富集GABA的能力有很大差异，其中GABA富集最高的是巨胚米[7]。

孙向东[8]的研究结果发现精米GABA含量为1.6 mg/100 g，糙米的含量为16.1 mg/100 g。罗 曦等[9]研究认为，发芽前稻米的各部分GABA含量是皮胚＞颖壳＞糙米＞精米，稻谷和糙米萌发后各部分GABA含量是胚芽＞糙米＞精米。

很多人研究糙米发芽富集GABAd的环境控制条件，如浸泡温度、浸泡时间、发芽温度、发芽时间、浸泡液pH值和添加剂等[10-28]。纵观各个研究结果，得到的结果差异较大，发现各种控制条件的取值范围大致如下所示：浸泡温度28～45 ℃、浸泡时间3～24 h、发芽温度25～45 ℃、发芽时间16.7～36.0 h。但大多数研究结果趋向于：浸泡温度28～30 ℃、浸泡时间24 h、发芽温度30 ℃上下、发芽时间24 h、浸泡液pH值为5.5。

3 影响发芽糙米GABA含量的基因型（品种）因素

张绪璋等[29]研究认为，不同品种的糙米发芽后GABA含量差异显著，多系一号发芽后的GABA含量是24.4 mg/100 g，显著高于特优175和威优77。

赵艳[14]以6个粳稻品种为材料，研究不同品种稻谷GABA的初始含量，发现不同材料的GABA初始含量不同，发芽前不同的处理方法对稻谷积累GABA的促进效应具有很大的品种差异。中超123和日本晴这2个品种GABA含量高，处理后的GABA含量可以达到萌发前的5.6倍和2.2倍，分别为112.36 mg/100 g和90.64 mg/100 g。

吴琴燕等[30]对30个品种糙米的γ-氨基丁酸（GABA）含量和谷氨酸脱羧酶（GAD）活性进行了变异度分析和聚类分析，发现不同品种的糙米原料中，GABA含量和GAD活性存在明显差异，变异系数分别为51.7%和44.9%。

章清杞等[31]用60Co γ射线照射籼稻恢复系明恢86（M86）种子，获得巨胚突变体MhgeR。其γ-氨基丁酸（GABA）含量比原品种M86高215.90%。

康彬彬等[32]收集福建稻区主栽的10个稻米品种，对不同稻米品种发芽糙米中γ-氨基丁酸（GABA）的含量进行研究，发现不同稻米品种发芽糙米中GABA的含量存在极显著差异，其中以籼优63发芽糙米的GABA含量最高，达到53.06 mg/100 g；发芽糙米中的GABA含量与糙米原料中谷氨酸含量呈极显著的正相关，与氨基酸总量、必需氨基酸含量均呈显著的正相关。

杨树明等[33]选用云南和浙江近期育成的21个水稻粳籼品种（系）进行比较研究，发现粳稻平均GABA的含量在10.87～15.71 mg/100 g，平均值为12.89 mg/100 g；籼稻品种的平均GABA含量在8.61～18.69 mg/100 g，平均值为13.304 mg/100 g，变异系数范围为2.33%～19.75%；GABA含量的变化幅度籼稻大于粳稻。

靳 祥等[34]研究了云南稻核心种质回交后代的糙米GABA含量，结果表明粳稻回交后代GABA含量高于籼稻回交后代；有色米高于无色米；不同回交世代GABA含量差异较大；据此认为对早世代材料选择更易获得高GABA材料。

曾亚文等[35]研究了905份云南地方稻初级核心种质的功能成分在栽培型之间的差异和地带性特征，结果发现：糙米γ-氨基丁酸含量为（7.43±2.53）mg/100 g，其中水稻（7.59±2.56）mg/100 g极显著高于陆稻（7.09±2.45）mg/100 g，糯稻（8.55±2.88）mg/100 g极显著高于黏稻（7.10±2.32）mg/100 g，晚稻（7.88±2.64）mg/100 g极显著高于早中稻（7.23±2.45）mg/100 g，白米（8.38±2.66）mg/100 g极显著高于红米（6.63±2.14）mg/100 g和紫米（7.34±2.18）mg/100 g。

姚 森等[36]研究发现，发芽糙米的GABA含量存在光温生态型差异，早稻糙米明显高于中稻糙米和晚稻糙米；籼稻糙米发芽后GABA的平均含量比粳稻含量稍高，但差异不显著；与高GABA生成量相关的性状是可遗传的。GABA的生成量与发芽糙米的芽长和GAD活性有极显著的相关性。并认为不同品种类型间GABA含量的差异可能由发芽糙米组织内GAD活性的差异所致。

纵观以上研究，由于测定方法和发芽控制条件的不同，造成所测得的GABA含量差异很大。但一致的结论是糙米发芽后GABA含量比发芽前成倍增加，品种之间存在显著差异，即品种的基因型是决定发芽糙米GABA含量的内因。

4 富含γ-氨基丁酸水稻遗传育种研究策略

以往对于富含γ-氨基丁酸水稻的研究，大多集中在发芽糙米工艺优化和品种间含量差异的测定，只有极少数是富含γ-氨基丁酸水稻品种筛选和品种选育的报道[31，37-38]。对于我国大面积栽培的杂交稻与其亲本发芽糙米GABA含量的遗传关系研究尚未见报道，也还没有机构从事富含γ-氨基丁酸杂交稻组合的选育工作。目前发芽糙米制品生产厂家多数是以普通水稻品种稻谷作为生产原料，这样严重影响发芽糙米制品的γ-氨基丁酸含量及其功效。巨胚稻GABA含量确实比普通品种的要高，但因其出苗较差，很难在生产上大面积推广。普通水稻品种发芽糙米GABA含量也存在2倍以上的差异，因而完全可以从非巨胚稻（普通水稻）中筛选发芽糙米富含γ-氨基丁酸的种质资源，进行遗传育种研究。

5 参考文献

[1] 陈秀华.心脑血管疾病的一级二级预防[J].基层医学论坛，2009，11（29）：943-944.

[2] USUKI S.Effect of pre-germinated brown rice intake on diabetic neuro-pathy in streptozotocin-induced diabetic rats[J].Nutr Metab（Lond），2007，23（4）：25.

[3] MAMIYA T.Effect of pre-germinated brown rice intake on depression-like behavior in mice[J].Pharmacol Biochem Behav，2007，86（1）：62-67.

[4] 张祥喜，袁林峰，刘凯，等.富含γ-氨基丁酸（GABA）的巨胚功能稻研究进展[J].江西农业学报，2007，19（1）：36-39.

[5] 诸芸，蔡云清，耿珊珊.发芽糙米对高脂血症患者血脂代谢的影响[C].第二届两岸四地营养改善学术会议.2010.

[6] T. SAIKUSA.Distribution of Free Amino Acid in the Rice Kernel and Kernel Fraction and the Effect of Water soaking on the Distribution[J].J Agri Food Chem，1994，58（4）：1122-1125.

[7] SAIKUSA T.Accumulation of gamma aminobutyric acid（gaba）in the rice GERM during water soaking[J].Biosci Biotech Biochem，1994，58（12）：2291-2292.

[8] 孙向东.发芽糙米研究最新进展[J].中国稻米，2005（3）：5-7.

[9] 罗曦，曾亚文，杨树明，等.不同发芽时间下发芽稻谷和糙米不同部位γ-氨基丁酸含量差异[J].食品科学，2009（13）：124-128.

[10] 王玉萍，韩永斌，顾振新，等.谷氨酸钠和抗坏血酸对发芽糙米中GABA富积效果的影响[J].南京农业大学学报，2006（2）：94-97.

[11] 王玉萍，韩永斌，蒋振辉，等.培养温度对发芽糙米生理活性及GABA等主要物质含量的影响[J].中国粮油学报，2006（3）：19-22.

[12] 姚森，郑理，赵思明，等.发芽条件对发芽糙米中γ-氨基丁酸含量的影响[J].农业工程学报，2006（12）：211-215.

[13] 许琳，刘建伟，王智霖.糙米高水分通风加湿调质后γ-氨基丁酸富集工艺的研究[J].粮食与饲料工业，2009（2）：4-5，7.

[14] 赵艳.酸刺激和谷氨酸处理对不同粳稻品种稻谷γ-氨基丁酸积累的影响[J].中国水稻科学，2008（4）：439-442.

[15] 张名位，陈恩成，张雁，等.籼型黑米萌芽积累γ-氨基丁酸的工艺条件研究[J].农业工程学报，2007（3）：213-218.

[16] 郑向华，陈荣，叶宁，等.温度和时间对发芽糙米中γ-氨基丁酸含量的影响[J].中国粮油学报，2009（9）：1-4.

[17] 王琛，马涛，刘欣.糙米发芽过程中GABA富集工艺的研究[J].农业科技与装备，2010（11）：25-29.

[18] 杨慧萍，李常钰，王超超.响应面法优化糙米发芽工艺条件研究[J].粮食与饲料工业，2011（4）：1-5.

[19] 江湖，付金衡，余勃，等.富含γ-氨基丁酸发芽糙米生产工艺的研究[J].食品研究与开发，2009（8）：106-110.

[20] 吴凤凤，臧楠，杨哪，等.浸泡处理对发芽糙米蒸煮食用品质的影响[J].中国粮油学报，2009（7）：6-9，63.

[21] 郑艺梅，黄河，华平，等.超声波处理对发芽糙米主要成分变化的影响[J].食品科学，2008（11）：337-339.

[22] 郑艺梅.发芽糙米营养特性、γ-氨基丁酸富集及生理功效的研究[D].武汉：华中农业大学，2006.

[23] 邓宇.发芽条件及营养液对发芽糙米中γ-氨基丁酸含量的影响[J].食品工业，2010（2）：79-82.

[24] NORIKO K B C.Effect of soaking and gaseous treatment on GABA content in germinated brown rice[J].Journal of Food Engineering，2007，41（2）：556-560.

[25] DASA M，GUPTAA S，KAPOORA V，et al.Enzymatic polishing of rice——a new processing technology[J].LWT-Food Science and Technology，2008，41（10）：2079-2084.

[26] MOONGNGARM A，SAETUNG parison of chemical compsiti-ons and bioactive compounds of germinated rough rice and brown rice[J].Food Chemistry，2010，122（3）：782-788.

[27] JOYE J I A，LAMBERTS L. In SITU production of γ-aminobutyric acid in breakfast cereals[J]. Food Chemistry，2011，10（1016）：090.

[28] 王京厦.发芽糙米工艺研究[D].雅安：四川农业大学，2006.

[29] 张绪璋，周以飞.籼稻萌芽糙米GABA含量分析[J].中国农学通报，2007（6）：191-194.

[30] 吴琴燕，杨敬辉，朱桂梅，等.糙米原料中γ-氨基丁酸含量与谷氨酸脱羧酶活性分析[J].江西农业学报，2009（6）：8-10.

[31] 章清杞，郑宝东，张书标，等.功能性特种巨胚稻——MhgeR的选育及应用[J].核农学报，2009（2）：180-184.

[32] 康彬彬，陈团伟，陈绍军，等.高γ-氨基丁酸稻米品种的筛选[J].山地农业生物学报，2007（6）：471-475.

[33] 杨树明，曾亚文，方晓东，等.不同气候生态条件下水稻品种产量、功能性成分含量及稳定性[J].生态环境学报，2009（1）：321-326.

[34] 靳祥，张明喜，曾亚文，等.云南稻核心种质回交后代糙米GABA含量分析[J].云南大学学报：自然科学版，2011（3）：360-365.

[35] 曾亚文，杜娟，杨树明，等.云南稻核心种质糙米功能成分栽培型差异及其地带性特征[J].光谱学与光谱分析，2010（12）：3388-3394.

[36] 姚森，杨特武，赵莉君，等.发芽糙米中γ-氨基丁酸含量的品种基因型差异分析[J].中国农业科学，2008（12）：3974-3982.

[37] 周元春.我国培育出预防高血压稻米新品种[J].科技文萃，2003（4）：141.

[38] 刘玲珑．稻米浸水后Y-氨基丁酸（GABA）的积累及其分子机制研究[D]．南京：南京农业大学，2005.