玉米籽粒主要品質(zhì)性狀及氨基酸組分分析

玉米籽粒主要品質(zhì)性狀及氨基酸組分分析

1玉米氨基酸組分玉米粒特性是玉米粒產(chǎn)量的一個(gè)重要因素。多數(shù)學(xué)者的研究表明,玉米籽粒性狀與產(chǎn)量性狀密切相關(guān),其性狀間彼此相互聯(lián)系,共同影響玉米籽粒產(chǎn)量。而玉米籽粒的主要品質(zhì)性狀是指蛋白質(zhì)、氨基酸、油分、淀粉這4個(gè)方面。成熟的玉米粒中,胚和胚乳含有籽粒蛋白質(zhì)的大部分,其中胚乳占80%~85%,胚約占8%~10%。玉米氨基酸組分主要是指18種對(duì)人體有益的氨基酸及其組分必需的氨基酸。其中賴氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苯丙氨酸這8種氨基酸人體不能自己制造,需要由食物提供。玉米淀粉可分為直鏈淀粉和支鏈淀粉。非糯質(zhì)玉米籽粒中,直鏈淀粉含量為23%,支鏈淀粉含量約為77%,糯質(zhì)型玉米籽粒中的淀粉全部是支鏈淀粉。當(dāng)籽粒淀粉含量達(dá)72%以上可以成為高淀粉的專用玉米。玉米的油分及其含量為:棕櫚酸8.0%~12.7%,硬脂酸1.0%~2.0%,油酸24.4%,亞油酸60%~65%,亞麻酸1.0%~1.5%,其中油酸和亞油酸含量占80%以上,并含有豐富的VE。玉米雜交育種的生產(chǎn)實(shí)踐表明籽粒的蛋白質(zhì)、氨基酸、油分、淀粉這4性狀大多受多基因控制,由多個(gè)微效基因控制的,屬數(shù)量性狀范疇,目前研究主要集中在淀粉、油分、蛋白質(zhì)和賴氨酸含量這4個(gè)指標(biāo)的配合力、遺傳組分、遺傳力、它們之間的相關(guān)性以及與農(nóng)藝性狀、粒重的相關(guān)性等方面。2主要品質(zhì)類型、額外遺傳和配合力關(guān)系2.1加性方差分析以高蛋白玉米與高賴氨酸玉米研究為材料的研究中心,有些研究者研究指出玉米蛋白質(zhì)含量及其雜種優(yōu)勢(shì)主要受加性基因影響,應(yīng)重點(diǎn)選擇一般配合力高的自交系作親本。有些研究還指出大多數(shù)產(chǎn)量性狀雜種優(yōu)勢(shì)較強(qiáng),蛋白質(zhì)含量為負(fù)優(yōu)勢(shì),亮氨酸含量表現(xiàn)較復(fù)雜呈負(fù)或正優(yōu)勢(shì),但單穗蛋白質(zhì)產(chǎn)量和單穗賴氨酸產(chǎn)量的優(yōu)勢(shì)很強(qiáng)。而另一些研究表明賴氨酸和油分含量的加性方差比顯性方差重要得多,而蛋白質(zhì)的顯性方差起重要作用:3個(gè)性狀的成分含量與成分含量的GCA效應(yīng)相關(guān)系數(shù),決定系數(shù)和b值表明油分含量的加性方差最高,賴氨酸含量次之,蛋白質(zhì)含量的加性方差最低。還有一些關(guān)于甜玉米的研究表明,對(duì)于主要由加性基因控制的性狀,親本的一般配合力與F、性狀表現(xiàn)之間關(guān)系密切,但對(duì)于既有加性基因又有非加性基因控制的性狀,因?yàn)橐话闩浜狭吞厥馀浜狭?duì)F,性狀表現(xiàn)都起重要作用,就不能單一的利用一般配合力和特殊配合力對(duì)雜交后代性狀表現(xiàn)做出較為準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。一般配合力和特殊配合力與F、性狀表現(xiàn)的關(guān)系就應(yīng)視二者對(duì)F、性狀影響的大小而定。一般而言,某種配合力類型對(duì)雜交后代的影響越大,則它與雜交后代的性狀表現(xiàn)關(guān)系就越強(qiáng);反之,若某種配合力類型對(duì)雜交后代的影響越小,則它與雜交后代的性狀表現(xiàn)關(guān)系就越弱。由此可見,高蛋白玉米蛋白質(zhì)含量及其優(yōu)勢(shì)主要受加性遺傳影響,加性方差對(duì)玉米蛋白質(zhì)量的影響比顯性方差重要的多,而且親本的一般配合力對(duì)雜交后代的影響很大,它與雜交后代的性狀表現(xiàn)關(guān)系很強(qiáng)。2.2品質(zhì)性狀的遺傳關(guān)系以普通玉米4個(gè)品質(zhì)性狀(淀粉、油分、蛋白質(zhì)、賴氨酸含量)的一般配合力和特殊配合力進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn):同一品質(zhì)性狀不同親本的一般配合力差異較大,同一自交系不同品質(zhì)性狀的一般配合力也有差異,同一品質(zhì)性狀因組合不同而特殊配合力也不一樣。另一些研究發(fā)現(xiàn):賴氨酸含量的遺傳符合加性—顯性模型,淀粉含量、油分含量、蛋白質(zhì)含量符合加性—顯性—上位性模型,4個(gè)品質(zhì)性狀的遺傳方式均以加性效應(yīng)為主。因此普通玉米仍是以加性效應(yīng)為主,不同親本對(duì)一般配合力的影響很大,而且性狀不同也影響親本的配合力。3主要品質(zhì)與農(nóng)業(yè)屬性、粒重的關(guān)系3.1玉米種質(zhì)資源的農(nóng)藝性狀玉米品質(zhì)性狀與農(nóng)藝性狀的相關(guān)性研究結(jié)果有:賴氨酸含量、蛋白質(zhì)含量與抽雄期、株高、穗位高無(wú)關(guān);賴氨酸產(chǎn)量由行粒數(shù)、千粒重、賴氨酸含量決定。因此,在O2基因背景下,以提高籽粒產(chǎn)量為手段提高賴氨酸產(chǎn)量比直接提高賴氨酸含量效果可能更好。還有些研究表明高油玉米與籽粒油分遺傳相關(guān)密切的農(nóng)藝性狀依次為:穗行數(shù)、百粒重、行粒數(shù)、穗長(zhǎng)和莖粗、穗位高、葉數(shù)等。對(duì)玉米種質(zhì)資源品質(zhì)性狀的分析發(fā)現(xiàn),不同品質(zhì)性狀間、不同品質(zhì)性狀與不同農(nóng)藝性狀間的相關(guān)關(guān)系和相關(guān)程度不同,蛋白含量與農(nóng)藝經(jīng)濟(jì)性狀(除穗行數(shù)外)呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,油分含量與農(nóng)藝性狀間正負(fù)相關(guān)均存在,但相關(guān)程度很弱,淀粉含量與農(nóng)藝性狀(除穗行數(shù)外)間顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系,高蛋白與大粒性、矮稈性、早熟性、高油分及高產(chǎn)性通過(guò)定向選育的方法可以聚合。因此可以利用穗行數(shù)、百粒重、行粒數(shù)等正相關(guān)的農(nóng)藝性狀來(lái)提高主要品質(zhì)性狀的產(chǎn)量從而提高其品質(zhì)。3.2主要品質(zhì)與粒重的關(guān)系3.2.1玉米含油率與粒重相關(guān)性研究玉米籽粒主要品質(zhì)性狀與粒重相關(guān)性研究結(jié)果有:玉米蛋白質(zhì)與籽粒產(chǎn)量的相關(guān)性的研究結(jié)果是一般情況下玉米的蛋白質(zhì)含量、賴氨酸含量與籽粒產(chǎn)量之間存在著負(fù)相關(guān)關(guān)系。但另研究結(jié)果是籽粒產(chǎn)量與蛋白質(zhì)含量及賴氨酸含量之間并無(wú)顯著性相關(guān),這說(shuō)明在提高產(chǎn)量的同時(shí),提高蛋白質(zhì)含量、改善蛋白質(zhì)品質(zhì)是完全有可能的。關(guān)于粒重與脂肪含量研究表明,粒重與脂肪含量呈顯著正相關(guān)。關(guān)于玉米含油量與粒重相關(guān)性的研究表明,籽粒產(chǎn)量與含油量呈負(fù)相關(guān)。有關(guān)玉米淀粉含量與粒重的研究則表明淀粉含量與粒重呈顯著正相關(guān)。也有些研究指出,蛋白質(zhì)含量與粒重性狀相關(guān)不顯著,而賴氨酸含量與粒重性狀呈負(fù)相關(guān),且多數(shù)達(dá)顯著或極顯著水平,增加回交次數(shù)提高蛋白質(zhì)含量有較明顯效果,但輪回親本不良性狀的負(fù)面影響有所增強(qiáng)。還有一些研究指出,賴氨酸含量、蛋白質(zhì)產(chǎn)量、脂肪產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量這四種產(chǎn)量性狀的遺傳距離與超親優(yōu)勢(shì)、超標(biāo)優(yōu)勢(shì)和特殊配合力之間都不存在顯著的相關(guān)關(guān)系,但有一種趨勢(shì),即雜種優(yōu)勢(shì)較大的組合有較大的遺傳距離,親本的平均遺傳距離與一般配合力之間也不存在顯著的相關(guān)關(guān)系。這些研究表明:粒重與蛋白質(zhì)、氨基酸、油分、淀粉存在不同正負(fù)相關(guān)性,而且蛋白質(zhì)、氨基酸、油分、淀粉產(chǎn)量性狀的遺傳距離與超親優(yōu)勢(shì)、超標(biāo)優(yōu)勢(shì)和特殊配合力之間都不存在顯著的相關(guān)關(guān)系。3.2.2高值親本的確定對(duì)普通玉米籽粒品質(zhì)性狀間的相關(guān)研究指出:普通玉米蛋白質(zhì)、賴氨酸含量及油分的親子相關(guān)達(dá)顯著或極顯著,在親本組配時(shí)應(yīng)注意高值親本的選擇,蛋白質(zhì)含量的中親優(yōu)勢(shì)與賴氨酸含量的中親優(yōu)勢(shì)呈顯著正相關(guān),而蛋白質(zhì)、賴氨酸含量的中親優(yōu)勢(shì)與淀粉含量的中親優(yōu)勢(shì)呈顯著的負(fù)相關(guān),賴氨酸淀粉含量的中親優(yōu)勢(shì)與行粒數(shù)的中親優(yōu)勢(shì)分別達(dá)正的和負(fù)的極顯著相關(guān),油分含量的中親優(yōu)勢(shì)與百粒重的中親優(yōu)勢(shì)達(dá)正的顯著相關(guān)。這些研究對(duì)改良普通玉米的主要品質(zhì)性狀或提高玉米產(chǎn)量有重要的指導(dǎo)意義。4玉米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)與油分相關(guān)性分析關(guān)系有關(guān)蛋白質(zhì)與氨基酸之間的相關(guān)性的研究,因所用材料不同,結(jié)果也不盡相同:(1)賴氨酸含量與蛋白質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì),色氨酸與蛋白質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān);(2)賴氨酸含量和蛋白質(zhì)含量呈明顯的正相關(guān);(3)賴氨酸與色氨酸呈正相關(guān),即提高賴氨酸含量的同時(shí)可提高色氨酸的含量。這些相互矛盾的結(jié)論正是因?yàn)樗貌牧喜煌?因此以后應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)造成不同材料結(jié)果不同的原因的分析研究。有關(guān)油分與蛋白質(zhì)相關(guān)性的研究發(fā)現(xiàn):玉米總油分含量與總蛋白質(zhì)不相關(guān),但胚中的蛋白質(zhì)含量和籽粒中的色氨酸含量呈正相關(guān);油分與淀粉的含量呈顯著負(fù)相關(guān),與蛋白質(zhì)、賴氨酸含量呈正相關(guān)。因此可知,提高玉米油分的時(shí)候往往可以提高蛋白質(zhì)、賴氨酸的含量,從而獲得高油分、高蛋白質(zhì)、高賴氨酸的三高玉米,當(dāng)然這樣的三高玉米現(xiàn)實(shí)的育種或大田栽培中還有一定的難度,所以應(yīng)更深入的分析它們內(nèi)在的關(guān)系。5玉米性狀與其他氨基酸的相關(guān)性研究盡管目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)玉米籽粒品質(zhì)性狀的研究取得了一定的進(jìn)展,但很多研究工作還處于起步階段,今后的研究應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手:1)更加深入的、系統(tǒng)的研究淀粉、油分、蛋白質(zhì)和賴氨酸這4個(gè)品質(zhì)性狀與配合力的關(guān)系,并對(duì)影響這4個(gè)品質(zhì)的加性微效基因進(jìn)行研究。2