浙江省玉米农家种品质初探

吕学高，赵军华，楼肖成，朱正梅

(浙江省东阳玉米研究所,浙江东阳 322100)

浙江省玉米农家种品质初探

吕学高，赵军华*，楼肖成，朱正梅

(浙江省东阳玉米研究所,浙江东阳 322100)

选用FOSS公司新一代Infra XactTM近红外反射光谱分析仪,对浙江省内搜集的106份玉米农家种籽粒品质进行分析。结果表明,蛋白质、油分和总氨基酸平均含量分别为10.4%,4.27%和8.00%,变异幅度分别为8.67%～11.8%,3.17%～5.70%和5.87～9.84%。变异系数较高的有赖氨酸(13.74%)＞组氨酸(13.66%)＞异亮氨酸(12.11%)＞精氨酸(12.04%)＞脯氨酸(10.65%)＞亮氨酸(10.62%)＞油分(10.18%)。蛋白质与氨基酸含量存在显著正相关。永康凹眼、六十还娘和建德六十工这3份玉米农家种综合品质最优。

玉米农家种;近红外光谱;品质;浙江

文献著录格式:吕学高,赵军华,楼肖成,等.浙江省玉米农家种品质初探[J].浙江农业科学,2015,56(5):640-643.

DOI 10.16178/j.issn.0528-9017.20150522

玉米是我国重要的粮食作物,随着玉米种业商业化的快速发展,玉米农家种继承与改良的最初阶段已经逐渐退出舞台。但在部分丘陵和山区,一些特异的地方农家种仍被种植保存,这对于丰富我国玉米种质资源具有重要作用[1]。浙江省由于地形复杂,保存下来的玉米农家种比较丰富,其优良的地方种质资源在玉米育种史上发挥过重要作用[2]。

浙江省玉米农家种大多具有优异的农艺性状,如生育期短、坚秆抗倒伏、穗位高抗野兽侵害等,更有部分玉米农家种以其独特芳香的口感而用作鲜食或磨粉食用。近红外光谱分析技术是20世纪80年代后期迅速发展起来的一项测试技术,此技术不需化学试剂和前处理,可同批量快速分析样品中的多种化学成分[3-5]。本研究选择浙江省内广泛搜集的玉米农家种,利用近红外光谱分析技术,同时测定蛋白质、油分、总氨基酸和15种氨基酸含量等品质性状,为玉米农家种品质多样性利用和玉米品质育种提供基础依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为浙江省内广泛搜集的地方玉米农家种,合计106份。2014年春季种植于浙江省东阳玉米研究所试验田,种植密度52 500株·hm-2,双行区,小区长15 m,宽1.3 m。为了避免花粉直感,开花期每份农家种单独混合授粉,成熟期统一收获、晾晒。

1.2 方法

每份玉米农家种取混合籽粒200 g,用粉碎机磨碎成粉,成品细度达到250目。近红外品质分析选用FOSS公司新一代Infra XactTM近红外反射光谱分析仪,其波长范围为570～1 850 nm(硅570～1 100 nm,铟镓砷1 100～1 850 nm),可同时分析玉米水分、灰分、蛋白质、油分、总氨基酸和15种氨基酸含量,操作简便、性能稳定、分析高效。

2 结果与分析

2.1 品质概况

由表1可以看出,106份玉米农家种籽粒中水分、灰分、蛋白质、油分和总氨基酸平均含量分别为8.53%,1.02%,10.4%,4.27%和8.00%;灰分和水分的变异系数最低,分别为3.92%和4.43%,均低于5%,这为籽粒品质其他成分的精确测定提供了可靠参考。变异系数由大到小依次为油分＞总氨基酸＞蛋白质＞水分＞灰分。其中,油分的变异系数最大,达到10.18%,样本的含量范围在3.17%～5.70%,说明这批玉米农家种在油分品质上表现更为丰富[6]。

表1 玉米农家种的籽粒品质性状

玉米农家种籽粒单类氨基酸成分中,含量较高的有谷氨酸、脯氨酸、亮氨酸、丙氨酸和天冬氨酸,其含量平均值分别为2.17%,1.17%, 1.12%,0.65%和0.56%;赖氨酸平均含量较低,仅为0.19%,但赖氨酸含量的变异系数最高,达到13.74%,赖氨酸含量虽然变异丰富,但含量均处于较低水平,最高含量仅有0.26%,未检测出一份高赖氨酸玉米(≥0.4%)。单类氨基酸含量变异系数较高的有赖氨酸(13.74%)＞组氨酸(13.66%)＞异亮氨酸(12.11%)＞精氨酸(12.04%)＞脯氨酸(10.65%)＞亮氨酸(10.62%)。丝氨酸、缬氨酸、苏氨酸、甘氨酸和半胱氨酸的成分含量和变异系数均较低[7]。

2.2 品质多样性

由表2可以看出,各玉米农家种籽粒中水分和灰分分布均相对集中,分别集中在8.00%～10.00%和0.90%～1.10%,合计均为101份,占比均为95.28%。蛋白质含量主要集中在9.00%～11.00%,分别达到食用三级和食用二级,合计85份,占比80.18%,达到食用一级(≥11.00%)的有19份,占比17.92%。油分含量主要集中在3.00%～5.00%,合计99份,占比93.40%,均为非高油玉米,达到油分高标(5.00%～6.00%)的仅有7份,占比6.60%。总氨基酸含量主要集中在6.00%～9.00%,合计96份,占比90.57%,含量超过9.00%的仅有9份,占比8.49%[7]。单类氨基酸变异系数较大,如赖氨酸、组氨酸、异亮氨酸、精氨酸、脯氨酸、亮氨酸,含量相对集中的水平均超过50.00%,变异系数较小的氨基酸,如丝氨酸、缬氨酸、苏氨酸、甘氨酸和半胱氨酸,含量相对集中在2个水平,合计几乎均超过90%。

表2 玉米农家种籽粒品质性状的频率分布

2.3 品质相关性

在玉米农家种籽粒的品质性状间进行相关性分析,蛋白质与油分无显著相关性(表3),单类氨基酸中除去脯氨酸与蛋白质无显著相关性外,总氨基酸和其余所有氨基酸与蛋白质均存在极显著正相关。油分与总氨基酸呈显著正相关,与谷氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、精氨酸、组氨酸和异亮氨酸存在极显著正相关,而与半胱氨酸存在极显著负相关。所有单类氨基酸均与总氨基酸存在极显著正相关,单类氨基酸中除脯氨酸与天冬氨酸、丙氨酸、异亮氨酸和半胱氨酸无显著相关性外,其余几类氨基酸相互均存在显著或极显著正相关。

表3 玉米农家种籽粒品质性状间的相关性

3 小结与讨论

浙江省内搜集的106份玉米农家种,品质多样性较为丰富,油分、赖氨酸、组氨酸、异亮氨酸、精氨酸、脯氨酸、亮氨酸变异系数均较大,赖氨酸最高含量是最低含量的2.09倍,油分最高含量是最低含量的1.79倍,其余几类氨基酸最高含量与最低含量比值均处于二者之间。通过检测筛选出达到蛋白质食用一级的玉米农家种19份,油分高标的玉米农家种7份[8-9]。所调查的材料中,蛋白质、油分和总氨基酸含量均高的玉米农家种仅有1份,即永康凹眼,含量分别为11.3%,5.17%, 9.00%;蛋白质和总氨基酸含量较高的玉米农家种有2份,分别为六十还娘和建德六十工。单类氨基酸成分中丙氨酸、天冬氨酸、苯丙氨酸和苏氨酸与蛋白质含量均高的共计7份,分别是六十还娘、衢县坟包、永康凹眼、杭县八十日、建德六十工、山玉米和半金黄。综合各品质性状,共计筛选出7份优质玉米农家种,其中,永康凹眼、六十还娘和建德六十工这3份玉米农家种综合品质最优。

本研究表明,浙江省玉米农家种赖氨酸含量水平较低,平均含量仅为0.19%。玉米中赖氨酸的研究最为深入,自O2单隐性基因被发现以来,美国便开始大量研究和选育高赖氨酸玉米,使赖氨酸含量比普通玉米提高一倍以上。中国农业科学院自1970年开始引进O2群体进行研究,通过转育和选择鉴定,选育出赖氨酸含量超过0.4%的半硬质高赖氨酸品种,如中单206[10]。白永新等[11]对1998-2001年国审玉米品种品质现状进行分析和比较发现,赖氨酸含量基本稳定在一个较低的水平。建议今后继续筛选品质优良的玉米种质,结合籽粒无损的近红外高效分析技术,运用回交转育的遗传改良手段,选育高品质优良玉米种质,为高产、优质玉米育种奠定坚实基础。

玉米营养品质的含义是多方面的,由于研究选择的性状指标有限,多数只研究报道玉米的粗蛋白、粗脂肪、淀粉和赖氨酸含量4个指标,还应该对玉米籽粒的其他氨基酸成分、脂肪酸组成及直链淀粉与支链淀粉比例等指标进行详细的研究[12]。氨基酸是生物功能大分子蛋白质的基本组成单位,是构成动物营养所需蛋白质的基本物质。本研究中对玉米农家种品质性状的相关性分析表明,除脯氨酸与蛋白质含量间无显著相关性外,总氨基酸和其余所有氨基酸与蛋白质均呈极显著正相关。植物体内脯氨酸的含量在逆境条件下(旱、盐碱、热、冷、冻)显著增加,植物体内脯氨酸的含量在一定程度上反映了植物的抗逆性,抗旱性强的品种往往积累较多的脯氨酸,因此测定脯氨酸含量可以作为抗旱育种的生理指标,这对玉米农家种抗逆性材料的选择具有辅助参考价值。蒋基建等[13]研究认为,籽粒赖氨酸含量与色氨酸含量之间呈极显著正相关,籽粒色氨酸、赖氨酸含量与粗蛋白质含量间呈极显著负相关。赖氨酸与天门冬氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、组氨酸、精氨酸呈显著或极显著正相关,与丙氨酸、亮氨酸、酪氨酸呈显著负相关。祁新等[14]采用6个母本、4个父本配制24个杂交组合,对16种氨基酸含量的杂种优势进行了分析,在16种氨基酸中,除苏氨酸、赖氨酸外,都与氨基酸总量呈显著或极显著相关性;而16种氨基酸的含量与蛋白质含量不显著相关,氨基酸总量与蛋白质含量相关系数极低,只有0.0308。限制性氨基酸中,蛋氨酸含量与其余15种氨基酸相关系数均较低,赖氨酸与丝氨酸、组氨酸达到显著和极显著相关;而苏氨酸除了和甘氨酸、赖氨酸、精氨酸、脯氨酸无显著相关性外,与其他11种氨基酸均达到极显著相关。总体来看,苏氨酸与各种氨基酸的相关系数都较高。玉米品质性状多样、关系复杂,试验结果跟选择的玉米群体也有一定的关系,这就要求对玉米品质性状的多样性进行更深入的研究。

近红外光谱分析技术最早应用在农产品方面[4,15],目前应用范围得到拓展[16],本研究中所选用的Infra XactTM近红外反射分析仪是FOSS公司最新一代的玉米分析仪,在分析水分、灰分、蛋白质和油分常规品质指标含量之余,可同时分析多种氨基酸含量,分析更可靠、更高效。因此,在玉米品质育种中,可以利用这一先进测定技术,既提高分析效率,又可以在早代选择中进行测定,增强选择预测性,提高选择准确度,从而保证育种进程,提高育种效率。

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(责任编辑：高 峻)

S 513

A

0528-9017(2015)05-0640-04

2015-02-15

吕学高(1982-),男,硕士,助理研究员,主要从事玉米遗传育种工作。E-mail:lxg-909@163.com。

赵军华。E-mail:nkyzjh@163.com。