黑玉米资源研究现状及开发利用 (1)

专 题 论 述黑玉米资源研究现状及开发利用刘 忠 祥(甘 肃 省 农 业 科 学 院 作 物 研 究 所 ， 兰 州 730000 )摘 驀 主 要 从 黑 玉 米 的 起 源 分 布 、 资 源 研 究 现 状 、 粒 色 遗 传 特 点 及 品 种 遣 传 改 良 等 方 面 进 行 了 綜 述 ， 食 点 对 黑 玉 米 开 发 利 用 进 行 了 论 述 。关 键 词 黑 玉 米 ； 研 究 现 状 ； 遣 传 改 良 ； 开 发 利 用黑玉米是玉米家族中的一个新成员，外形与普通玉 米无很大差别，只是颜色随生长期不断由黄变紫，成熟后 为黑色。目前，在我国已大规模种植的有黑甜玉米、黑懦 玉米，以及由韩国引进的紫金香黑玉米等品种。从营养 价值上讲，黑玉米含有比普通玉米及其他谷物更为丰富 的营养和有利长寿的特殊成分，这也是黑玉米营养上的 最大特 点 。据测定，黑玉米蛋白质含量比普通玉米髙1.23倍， 脂肪高1.30倍，“ 生命元素”硒高8.50倍。而据中国农业 科学院沈阳农产品检验中心分析,黑玉米除含大量黑色 素外，其赖氨酸、铜、锰、锌的含量高出普通玉米2.00 8.00倍，钾、钙和脂肪的含量分别是现有谷物的4.00 6.00倍、3.00-9.00 倍和1.004.00 倍； 淀粉含量仅是 普通玉米的70 %，因而适合糖尿病患者食用，而且由于 其钾含量较高，有助于心血管病患者的辅助食疗；其维 生素C含量可达 4.831克/ 千克，大大高于其它作物，被有 关专家称为“水果粮”。对于黑懦玉米，其18种氨基酸中 有13种超过普通玉米的含量，并富含5种维生素和5 种微量元素。各种黑玉米均含有抗癌物质尼古酸，这使 其具有独特的功能。正是由于黑玉米具有上述独特的营 养价值和功能，所以，被营养学家称为健康食品、功能食 品、益寿食品。1黑 玉 米 的 起 源 与 分 布玉米起源于美洲大陆。千百年来，那里的印地安人 选育和培育了丰富多样的农作物,特别是对玉米的性状 和色泽进行严格的挑选，培育了果实硕大、淀粉含量很髙的玉米。当欧洲移民大批地出现在美洲大陆时，印地 安人已经拥有许多玉米新类型:马齿型、硬粒型、粉质 型、爆裂型和甜质型玉米;而且还有供作特殊用途的玉 米品种，如爆炒品种、生食品种、染色品种、酿造品种;軒 粒有白色、黄色、红色、甚至还有蓝色、紫色的，即黑玉 米。人类对自然界的认识是不断发展、逐步深化的。18 世纪，早期的科学家科顿.梅塞（Cotton Mather)、保 罗.达得利(Paul Dudley)和詹姆斯.罗根(James Logen) 就致力于黑玉米的科学试验工作，他们采用观察和实验 方法去精细研究自然界的奥秘，对玉米雌雄性别的发 现,为后人改良玉米起了重要的作用。1716年，梅塞在马 萨诸塞洲自己的小花园里精心安排了玉米试验,把黑色 玉米和红色玉米品种各种一行，其他许多行都种植成黄 色的玉米品种进行观察。梅塞惊奇地发现，许多玉米果 穗上耔粒改变了原来的颜色，黄色品种果穗迎风面的耔 粒都变成了深浅不匀的红色或蓝色，背风面的籽粒大部 分仍然保持着原有的黄色，只有少量籽粒的颜色变化较 少。遗憾的是，梅塞没有详细观察玉米雌雄受精的全过 程，也没有把雌雄交配产生的后代种下去继续观察。但 他仍是最早发现黑玉米，以及利用黑玉米的耔粒颜色揭 示玉米存在雌雄性別交配的第一位科学家。在梅塞公开 发表他的关于玉米存在雌雄性别的观察报告8年以后, 保罗.达得利进行了类似的试验,并发表了关于玉米确 实存在雌雄性别并发生交配的报告。达得利认为:玉米 杆粒颜色的变化，是通过地下根系相互交叉而发生的传*京农迪M09 年刊 专 题 论 述导效应;玉米和动物一样通过雌雄交配传宗接代。此后， 植物学家詹姆斯.罗根在费城自己的花园里设置了剪 去天缨、吐丝前用羊皮纸袋套住果穗、剪去全部花丝三 个处理的实验。结果表明:要使玉米结出种子，雌性因素 和雄性因素是不可缺少的。天缨上的花粉是借助于空气 流动，把雄性因素传递给果穗花丝的。我国栽培玉米约有460多年的历史，只是黑玉米产 生的确切年代和地点有待深入考究。1760年，我国清代 学者张宗法在三农记一书中写道“玉米累累然如芡实 大，有黑、白、红、青之色，有硬有黏。”这其中的“黑”字即 指黑玉米。按此记载可以推测，至少在1760 以前，黑玉 米在我国已有一定栽培面积，而产生的年代则一定更 久、更远。2黑玉米资源研究现状我国黑玉米资源比较少，据1994年不完全统计，全国 黑玉米种质资源218份(来自国内的210份,国外的8份) 。 国内主要分布在云南、广西、贵州、四川、湖北、陕西、山 西省和东北一带，占黑玉米种质资源总数的91.8%。以黑 玉米份数占本省玉米资源总份数的比例而论，黑玉米资 源数量最多的云南省，也仅占3,0%,其次是贵州，占1.7% ， 四川、湖北、山西不足1.0%，其他各省几乎全是空白。这 批现有的黑玉米品种资源虽具耐瘠特性，由于未曾改良 和利用，长时期的小面积种植保存，使其遗传漂移，种性 退化，致使其产量低，抗病性差，有些品种茎分枝较多，果 穗小，难于直接在生产上应用。初步研究表明，这些种质 间遗传差异较小，品种间无明显的杂种优势，即使是品种 间杂交种也难于大面积应用于生产。但是，这批黑玉米 资源果皮薄，香味浓，品质优，适口性好，风味独具,是其它 玉米所不及的。目前我国通过从国外引进及自主培育的 栽培品种有中华黑玉米(又称“紫香玉 “、“黑珍珠”)11(紫) 色糯玉米杂交种(黑懦1 、2、3号)、意大利黑玉米 (又称“黑 观音”)、“太黑1 、2、3号”黑玉米、南韩黑包公糯玉米、墨 西哥超大黑玉米等多个品种。尤其近5年来，随着黑玉米 的价值逐渐被重视，各地又先后选育出一系列优质的新 品种,并通过了国家审定。如辽宁鞍山的靠山1号，适宜 东北地区种植，颗粒饱满呈紫黑色，口感好，鲜吃无生 味，干胚乳黑色发亮呈玻璃状。河北琢州培育的琢紫1 号，属全株紫玉米杂交种，茎、穗、轴等各部均为紫色。安 徽省滩溪县农科所培育出超级黑糯玉米新品种黑攻瑰1 号，穗轴为深紫黑色，鲜穗蒸煮后籽粒色泽和光泽度极 佳。此外，还有北京市农林科学院选育的京黑懦系列品种、广东省农科院培育的黑珍珠黑糯玉米、福建省农业 科学院培育出闽紫糯1号、山西省农科院选育的晋黑懦3 号等，也具有各自的特征，性状优良。3黑 玉 米 粒 色 的 遗 传 特 点黑玉米与其他色泽的玉米一样，籽粒的果皮、糊粉 层、淀粉层、盾片、胚芽的色泽及幼苗、植株各部分的色 泽是由控制花青素及其近属色素的形成、质量、数量和 分布的20个基因位点相互作用的结果这些基因位点还 有若干个等位基因，它们分布在除第8连锁群以外的所 有连锁群上。在不同组织的细胞中控制色素的基因有些 是共同的、重叠表达的，有些是特异表达的。不同基因不 仅有各自的特殊效应，而且有显著的特殊效应。控制果 皮、糊粉层色泽的基因比较复杂，但表现型比较直观，易 于选择。黑色素控制基因和黄色胚乳基因(或白色胚乳 基因)是同时存在的，只是在表达的时间上有所差异，乳 熟前期籽粒表现出正常的黄色(或白色 ),只是在乳熟后 期黑色素逐渐形成，随着灌浆时间的延长,籽粒色泽由浅 变深，直至黑色。胚乳中的黑色素只有在角质透明胚乳 部分才能直观地看出，并具有花粉直感作用。控制黑色 素的基因，可以从自然突变中发现，也可以通过基因间的 互作而产生,这种现象表明黑色素控制基因的遗传是极 微妙的。4黑 玉 米 的 遗 传 改 良基于黑玉米资源的特点，直接利用于生产是比较困 难的，品种间杂交种也极不理想，必须经过品种改良。由于 黑玉米基础材料的生产水平较低，遗传基础狭窄,从中选 育一环系配制杂交种也不可取，回交转育培育同型杂交 种是一条有效途径。普通玉米的改良经历了半个多世纪， 黑玉米的改良理应继承普通玉米改良的研究成果，以普 通玉米优良自交系为基础，通过回交和选择，把普通玉米 自交系的优良性状和黑玉米的优良品质结合在一起，配 制同型杂交种，使其产量一跃达到当前的玉米生产水平。由于果皮、糊粉层色泽的干扰，胚乳色泽不易直观 目测，在回交的过程中，应以普通玉米自交系为轮回母 本，借助于花粉的直感作用，确保每个世代所选种子都具 有控制胚乳黑色素的基因。在最后的自交纯化阶段，也 应一面自交 ，一 面测交鉴定，以确定所选单株是否仅仅果 皮为黑色，是否是纯合状态。在品种改良进展到高级阶 段，可以利用诱变或自然突变或基因间互作挖掘新的黑 玉米种质，拓宽种质基础，丰富遗传变异，或通过轮回选 择不断提高种质基础，不断提高育种水平。M 京农霣2009年增刊专 題 论 述由于普通玉米通过回交转育，产量性状的改良难度 并不大，重要的是胚乳色泽的选择，色越深品质越优。在 胚乳色泽选择时应注意积累更多的色素控制基因及控 制品质性状的基因，如胚乳尽可能的黑，种皮尽可能的 薄，香味尽可能的浓，糯性尽可能的强。同时绝对不能使 黑色素在茎叶上表达，使植株保持正常的绿色而正常发 育。5黑玉米的开发利用5.1黑玉米的直接作用黑玉米和普通玉米一样可直 接食用，我国人民素有煮食玉米青穗的习惯。黑玉米青 穗不加任何调料在家中利用高压锅蒸煮6 8分钟或水 开后文火煮10 15分钟口感最好；也可将黑玉米剥粒 后与少量黄甜玉米、青豆一起炒，作成色香味俱佳的特 色营养菜。黑玉米青穗鲜食尤其是直接水煮食用，是最 有营养最卫生的食用方法。5.2黑玉米的食品加工由于黑玉米特殊的营养价值, 所以除直接食用外,特别适合于开发生产保健营养食品 和一些特色食品。以黑玉米为原料可加工的食品主要有 营养蔬菜（以新鲜的黑玉米果穗为原料加工而成）、罐 头、保健粉、面包、面条、饮料、糖果、营养糊(粥）、粉条、 粉皮、玉米片、玉米米等。目前，山西新奇食品有限公司 与北京万穗商贸公司合作以黑玉米为原料开发成功了 即食粥等新型系列食品，这些食品经科学配方和现代工 艺处理，在保持其全额营养的前提下，克服了玉米口感粗 糙的缺点，迎合了现代人追求营养、口味的消费潮流。而 山西省农业科学院品资所推向市场的黑玉米糊(粥)和真 空包装黑玉米自投放市场以来，取得了诱人的经济效 益。一些专家认为，由于黑玉米中不饱和脂肪酸、微量元 素、赖氨酸、钙、钾、维生素C含量较高，与豆、麦、奶、蔬 菜、果汁和海藻等食物结合后，可制成压缩饼干，成为戌 边战士及野外作业人员等特殊人群的新型营养食品。利 用黑玉米为原料经过加工处理后，可制成各种玉米粉，如 精制黑玉米粉(利用高蛋白黑玉米为原料加工制成）、黑 玉米大豆强化粉(85.0 %的黑玉米粗粉和15.0 %的脱脂 大豆粉混合而成的一种食品专用粉）、黑玉米“三和一” 速食粉（以63 .0%的糊化黑玉米粗粉为主料，配以 23.7 %的脱脂大豆粉和5.0 %的脱脂奶粉精制等配制而成) 等。利用黑玉米为主要原料采用挤压膨化技术，可加工 成膨化系列食品，不仅口味优于普通玉米膨化食品，而且 营养价值亦值得称道。采用酶法生产出的黑玉米饮料， 保留了黑玉米色、香、味和营养的特点，产品具有玉米的芳香、酸甜适口，适合四季饮用;采用脱胚的黑玉米为原 料可制成格瓦斯，因能节省大量能量，降低了生产的成 本;而采用黑玉米制粉过程中得到的副产品一黑玉米胚 芽也可制成风味独特的营养保健饮料。5.3黑玉米色素的提取黑玉米种皮含有丰富的黑色 素，是开发天然黑色素的重要来源。以黑玉米为原料经 过脱皮、灭酶、粉碎、脱脂、浸提等工序可生产出黑玉米 色素，采用这种工艺提取出的黑玉米色素浸裔呈紫黑色， 色素含量80.0 %左右，水分小于12.0 %，具有良好的光 泽，略带酸味，其水溶液为鲜艳的紫红色，对食品、饮料有 较强的着色力和稳定性。根据FAO/ WHO规定，由于该 色素是从已知食物中分离出来，安全无毒，可直接用于食 品、医药和化妆品等行业中，不需要进行毒理试验，是最 佳色素，有着广阔的市场前景。5.4黑玉米的其他利用途径黑玉米可以说“通身是 宝”，其秆、叶、根、须等均含有大量的营养成分。黑玉米 鲜穗上市后的茎叶、花丝、苞叶营养丰富，鲜嫩可口，无论 鲜喂，还是青贮，都是猪、羊、牛等家畜的上等饲料。据测 定剥穗后的黑玉米苞叶、花丝和茎叶蛋白质含量分别为 3,5 %,5.2 %和5.9 % ,脂肪含量分别为4.1 %,4.8 % 和2.6 %，确系家畜家禽的极佳饲料，是髙效种植业向高 效养殖业“产业链”、“效益链”延伸。其秆的甜度不亚于 甘蔗，综合利用价值也较高,黑玉米苞叶是编座垫、靠垫 等生活用品，美观耐用，柔软舒适、冬暖夏凉，备受市场青 睐;黑玉米须含有人体所需的多种营养元素，具有止血、 利尿、降脂、平肝、降压等多种药用功能，既是普通家庭 的必备良药,也是高级宾馆、饭店餐桌上招待嘉宾的一 道美味。而以黑玉米芯为原料酿造的白酒，品位上乘，营 养保健，市场走俏，其开发不亚于籽粒部分的价值，也应 予以足够的重视。正是由于黑玉米具有多种独特优势, 所以，经过多种途径的加工后，其效益会明显提高，市场 前景非常可观。黑玉米的一次加工前景可观，而黑玉米 的二次开发的潜在价值也非常诱人。可从黑玉米籽粒、 棒、秆中提取抗癌物质和其他营养物质，最后的剩余物 还是优质饲料。在黑色食品中提取抗癌物的工作已经取 得了很大进展，据报导,1997年美国科学家已经成功地 在15种黑色食品中提取出抗癌物质，所以，黑玉米的研 究和开发利用是一项大工程，前景非常光明。参考文M1高 云 .黑 鉗 玉 米 的 营 养 成 分 分 析 及 开 发 利 用 .食 品 科 学 ，北寮农业2009年繼刊 专 题 论 述2000,21(12):59-612蔡 士 兵 ， 卓 越 ， 魏 平 民 ， 等 .超 级 黑 糯 玉