6 特用玉米的研究与进展

1、第六章第六章 特用玉米育种特用玉米育种一、普通玉米籽粒的营养成分及化学组成一、普通玉米籽粒的营养成分及化学组成1 1、营养成分：、营养成分： 普通玉米籽粒含淀粉约普通玉米籽粒含淀粉约，蛋白质蛋白质1010，脂肪，脂肪4.54.5淀粉脂肪蛋白质灰分糖类无法计算部分胚乳98.115.473.817.928.926胚芽1.582.626.278.469.412表表1 1 普通玉米主要营养成分在籽粒各部分的分布普通玉米主要营养成分在籽粒各部分的分布养分养分的主的主要储要储存场存场所所2 2、营养成分的化学组成、营养成分的化学组成淀粉：直链淀粉淀粉：直链淀粉2323，支链淀粉，支链淀粉7777蛋白质蛋白

2、质醇溶蛋白（溶于酒精）醇溶蛋白（溶于酒精） 50%50%以上以上谷蛋白（谷蛋白（ 稀碱）稀碱） 3535以下以下白蛋白（白蛋白（ 水）水） 3535以下以下球蛋白（球蛋白（ 盐）盐） 5 5以下以下硬蛋白（不可溶）硬蛋白（不可溶） 5 5以下以下表表2 2 胚乳蛋白和胚芽蛋白主要成分的比较胚乳蛋白和胚芽蛋白主要成分的比较 醇溶蛋白醇溶蛋白% %谷蛋白谷蛋白% %赖氨酸赖氨酸色氨酸色氨酸胚乳蛋白胚乳蛋白43282.0%0.5胚芽蛋白胚芽蛋白5.7546.1%1.33 3、特用玉米育种的分类、特用玉米育种的分类高油高油115玉米杂交种玉米杂交种中国农业大学植物遗传育种系中国农业大学植物遗传育种系

3、1990年年选育。选育。1996、1997年分别通过北京市和天津市年分别通过北京市和天津市农作物品种审定委员会审定。农作物品种审定委员会审定。中晚熟，植株高中晚熟，植株高285厘米，穗位厘米，穗位150厘米。厘米。穗长筒型，深黄色半马齿型籽粒，胚大，穗长筒型，深黄色半马齿型籽粒，胚大，千粒重千粒重310克。克。二、高油玉米育种二、高油玉米育种中国高油玉米的奠基人：中国高油玉米的奠基人：宋同明（中国农业大学国家玉米改良中心）宋同明（中国农业大学国家玉米改良中心） 高高油油115115高油玉米典型的特点：高油玉米典型的特点：种胚大种胚大8585的油分集中在种胚。的油分集中在种胚。 高油玉米高油玉米

4、“三利用模式三利用模式”： 花粉直感对含油量的增加效应花粉直感对含油量的增加效应 雄性不育的增产效应雄性不育的增产效应 杂交优势的增产效应杂交优势的增产效应含油量高达含油量高达8.8%，超过普通玉，超过普通玉米米1倍左右。倍左右。蛋白质蛋白质11.3%，赖氨酸，赖氨酸0.33%，都超过普通玉米都超过普通玉米10%30%。维维A、维、维E都高于普通玉米。都高于普通玉米。采收后秸秆粗蛋白含量达采收后秸秆粗蛋白含量达8.5%，比普通玉米秸秆高比普通玉米秸秆高30%，甚超，甚超过美国带穗收获的整株青饲玉过美国带穗收获的整株青饲玉米。米。1 1、意义、意义D D、高能量家禽饲料的原料、高能量家禽饲料的原

5、料E E、玉米油为优质实用油、玉米油为优质实用油工业副产品工业副产品-淀粉淀粉A A、蛋白质、赖氨酸和维生素、蛋白质、赖氨酸和维生素A A含量高含量高B B、绿叶成熟秸秆做青贮饲料原料、绿叶成熟秸秆做青贮饲料原料C C、提高生产性能，改善产品品质、提高生产性能，改善产品品质 高油玉米（河南）高油玉米（河南）2 2、育种原理和方法、育种原理和方法A A、育种目标和策略、育种目标和策略目标：目标：含油量最低指标含油量最低指标7 7（国际标准（国际标准5%5%）以）以上，其它性状目标与普通玉米相同，产量不低上，其它性状目标与普通玉米相同，产量不低于现推广的品种，含油量是普通玉米的于现推广的品种，含油

6、量是普通玉米的3 3倍以倍以上。上。 选择策略：选择策略：含油量与胚芽重，胚比（胚芽含油量与胚芽重，胚比（胚芽/ /籽粒）籽粒） 高度正相关与籽粒大小负相关；对高度正相关与籽粒大小负相关；对小粒、大胚、高胚比或含油性状中选择任何一小粒、大胚、高胚比或含油性状中选择任何一个都可以提高含油量个都可以提高含油量B B、种质改良和杂交种选育、种质改良和杂交种选育创造高含油量的种质创造高含油量的种质-高油玉米育种的基础；高油玉米育种的基础；轮回选择轮回选择-创造高油种质的最有效方法。创造高油种质的最有效方法。大群体选择大群体选择单粒油分分析单粒油分分析果穗选择果穗选择籽粒选择籽粒选择高油自交系选育途径：

7、高油自交系选育途径： 利用高油群体分离自交系利用高油群体分离自交系高油系高油系普通系普通系提高产量和含油量提高产量和含油量高油杂交种高油杂交种选育途径：选育途径：三、优质蛋白玉米育种优质蛋白 -高赖氨酸玉米玉米（QPM） （o2隐性纯合控制）中单9409、鲁玉13号、浚单18、中原单32、济单7号、陕单16号等赖氨酸含量赖氨酸含量比普通玉米比普通玉米高高3 3倍以上倍以上营养食品原料营养食品原料高效能的畜禽饲料高效能的畜禽饲料不缺少醇溶不缺少醇溶Pro结构基因的拷贝数，但是缺少结构基因的拷贝数，但是缺少合成醇溶合成醇溶Pro22KD亚基的亚基的mRNA,降低醇溶降低醇溶Pro.提高谷、球提高谷

8、、球Pro,使得使得aa由普通玉米由普通玉米0.2%增至增至0.3%-0.4%鸡、猪等单胃牲畜体重增加鸡、猪等单胃牲畜体重增加20%-30%1、高赖氨酸基因的遗传典型的多基因遗传控制主基因：主基因：o o2 2,o,o6 6,o,o7 7完全隐性完全隐性,fl,fl2 2半显性，半显性，DeDe* *-30-30显性显性flfl2 2有剂量效应有剂量效应,+,+fl2fl2 (fl2fl2fl2)表型相同，均为粉表型相同，均为粉质质基因互作：基因互作： o o2 2对对flfl2 2有上位效应；有上位效应； o o7 7对对flfl2 2有上位效应；有上位效应；o o2 2和和o o7 7有累

9、加作用有累加作用修饰基因作用：修饰基因作用： 被修饰的被修饰的o o2 2籽粒具有硬质胚乳表型籽粒具有硬质胚乳表型 问题：问题：B B、籽粒脱水慢，含水量高，易感粒腐病；易受穗部、籽粒脱水慢，含水量高，易感粒腐病；易受穗部 虫害危害虫害危害2 2、优质蛋白玉米育种的问题与解决途径、优质蛋白玉米育种的问题与解决途径A A、籽粒容量较低，粒重较轻，比相同遗传背景的、籽粒容量较低，粒重较轻，比相同遗传背景的 普通玉米减产普通玉米减产10%以上以上 解决途径解决途径利用利用修饰基因修饰基因改良改良o o2 2的粉质胚乳，选育的粉质胚乳，选育半半硬质硬质优质蛋白玉米群体，作为育种的种质。优质蛋白玉米群体

10、，作为育种的种质。3 3 优质蛋白玉米育种的种质资源和育种目标优质蛋白玉米育种的种质资源和育种目标种质资源种质资源flfl2 2半显性遗传，育种程序复杂半显性遗传，育种程序复杂o o6 6前期致死前期致死flfl3 3种子轻，不易发芽种子轻，不易发芽o o2 2优质蛋白育种广泛利用的基础材料优质蛋白育种广泛利用的基础材料育种目标育种目标保持保持o o2 2赖氨酸含量不显著下赖氨酸含量不显著下降前提下，改良籽粒胚乳结降前提下，改良籽粒胚乳结构，选育半硬质、硬质品种构，选育半硬质、硬质品种A A、全籽粒赖氨酸含量、全籽粒赖氨酸含量0.4%左右左右B B、半硬质、硬质胚乳、半硬质、硬质胚乳C C、产

11、量与普通玉米推广品种持平，农艺性状、产量与普通玉米推广品种持平，农艺性状、适应性相同适应性相同D D、注意抗穗粒腐病、注意抗穗粒腐病5 5、优质蛋白玉米育种注意的问题、优质蛋白玉米育种注意的问题4 4、育种方法、育种方法A A、杂交育种法、杂交育种法B B、回交与轮回选择结合的育种程序，、回交与轮回选择结合的育种程序， 导入修饰基因导入修饰基因A A、品质分析、品质分析B B、修饰基因的选择策略、修饰基因的选择策略C C、隔离：亲繁、制种、大田栽培都应隔离、隔离：亲繁、制种、大田栽培都应隔离淀粉玉米主要成分，进一步转化成变性淀粉、高糖糖浆、燃料、酒精等产品的原料。全世界淀粉年产量为3600万吨

12、，其中80%以上是玉米淀粉；我国淀粉行业90%以玉米为原料。高淀粉育种四、玉米碳水化合物育种四、玉米碳水化合物育种（二）甜玉米育种（二）甜玉米育种1、甜玉米的概念及发展概况、甜玉米的概念及发展概况2、甜玉米涉及的有关基因、甜玉米涉及的有关基因1111个基因与胚乳碳水化合物有关，它们纯合时个基因与胚乳碳水化合物有关，它们纯合时大部分都有各自的表型效应，它们与各种大部分都有各自的表型效应，它们与各种甜玉米类型之一有关甜玉米类型之一有关甜玉米甜玉米玉米的一种胚乳突变型。玉米的一种胚乳突变型。应用广泛的应用广泛的玉米胚乳修饰型基因玉米胚乳修饰型基因：su1,su2,sh1,sh2,bt1,bt,ae,

13、du,wx,sesu1,su2,sh1,sh2,bt1,bt,ae,du,wx,se等等-与与胚乳碳水化合物代谢有关。隐性单基因纯合或多胚乳碳水化合物代谢有关。隐性单基因纯合或多基因互作基因互作-胚乳中碳水化合物的改变。胚乳中碳水化合物的改变。甜玉米育种甜玉米育种-基因的遗传操作为基础。基因的遗传操作为基础。甜玉米的甜度甜玉米的甜度蔗糖含量蔗糖含量风味和食用品质风味和食用品质 乳熟期胚乳中糖分的含量、水溶乳熟期胚乳中糖分的含量、水溶性多糖（性多糖（WSPWSP）、干物质的含量、果皮柔嫩性）、干物质的含量、果皮柔嫩性有关基因及胚乳碳水化合物成分的特点表有关基因及胚乳碳水化合物成分的特点表基因名称

14、基因名称基因符号基因符号成熟籽粒的类型成熟籽粒的类型直链淀粉扩充直链淀粉扩充者者aeae无光泽、半透明、籽粒略小，有时不无光泽、半透明、籽粒略小，有时不饱满饱满易脆易脆1 1btbt1 1皱缩无光泽或不透明皱缩无光泽或不透明易脆易脆2 2btbt2 2皱缩无光泽或不透明皱缩无光泽或不透明暗色暗色dudu不透明至无光泽不透明至无光泽皱缩皱缩1 1shsh1 1顶部凹陷不透明顶部凹陷不透明皱缩皱缩2 2shsh2 2皱缩不透明皱缩不透明甜质甜质1 1susu1 1有皱纹，透明，玻璃状有皱纹，透明，玻璃状甜质甜质2 2susu2 2稍无光泽至无光泽，基部常有蚀刻稍无光泽至无光泽，基部常有蚀刻加甜加甜

15、sese颜色略淡，失水缓慢颜色略淡，失水缓慢糯质糯质wxwx不透明，蜡质状不透明，蜡质状3 3、生产上应用的甜玉米类型、生产上应用的甜玉米类型普通甜玉米：普通甜玉米： 纯合纯合su的还原糖和蔗糖含量增加的还原糖和蔗糖含量增加 su1基因位于基因位于Chrom4的的8-66位点位点 基因纯合时，胚和胚乳的基因型为基因纯合时，胚和胚乳的基因型为 su1 su1 （su1 su1 su1）, 在在su1位点位点 存在存在su-am, su-R, su-Bn2, su-Cr等等 复等位基因复等位基因超甜玉米超甜玉米: : sh2sh2/sh2sh2sh2, sh2sh2/sh2sh2sh2, 是由是由

16、ShSh基因发生基因发生 隐性突变为隐性突变为shsh。Sh2Sh2位于位于Chrom3 L-121.2Chrom3 L-121.2 Sh1 Sh1位于位于Chrom9 S-29Chrom9 S-29位点。乳熟期的位点。乳熟期的Sh2Sh2 纯合体胚乳中糖分含量可达纯合体胚乳中糖分含量可达18%18%20%20%， 是普通玉米的是普通玉米的8 81010倍倍准超甜玉米：准超甜玉米：含有含有susu和和shsh双隐性基因控制的甜双隐性基因控制的甜玉米与超甜玉米杂交后得到的杂交种一定玉米与超甜玉米杂交后得到的杂交种一定是超甜玉米，中间夹杂有是超甜玉米，中间夹杂有susu杂合，口感好杂合，口感好加强

17、甜玉米和半加强甜玉米：加强甜玉米和半加强甜玉米： su1se sulse/su1se su1se su1se, 隐性纯合隐性纯合su1基因同一个隐性纯合的修饰基因基因同一个隐性纯合的修饰基因se互作产生的互作产生的类型。类型。se对对su1专一修饰，只有在专一修饰，只有在su1背景下背景下se才能发挥增才能发挥增强甜度的作用。强甜度的作用。Se对对se为不完全显性，为不完全显性，sese纯合型对纯合型对su1是是100%修饰，而修饰，而Sese杂合型对杂合型对su1是是25%修饰，称为半加修饰，称为半加强甜玉米。强甜玉米。se与与su1连锁在连锁在chrom4上。上。多基因类型超甜玉米多基因类

18、型超甜玉米多个隐性基因共同控制的甜玉米。多个隐性基因共同控制的甜玉米。19871987年年 GloverGlover 三隐性基因突变体三隐性基因突变体su1sesh2su1sesh2及品种及品种SymphonySymphony，含糖量高达，含糖量高达40%40%，WSPWSP（ Polysaccharide ）含量高，品质大大改善。）含量高，品质大大改善。4 4、甜玉米育种目标、甜玉米育种目标甜玉米育种目标在农艺性状、产量因素、抗逆性等方面与甜玉米育种目标在农艺性状、产量因素、抗逆性等方面与普通玉米相同，普通玉米相同，但甜玉米主要做青穗食用、速冻食但甜玉米主要做青穗食用、速冻食品或加工罐头等的

19、原料。有如下几个方面的特殊品或加工罐头等的原料。有如下几个方面的特殊要求：要求：1 1、品质优良，特别是含糖量、品质优良，特别是含糖量、WSPWSP、淀粉、游离氨基酸含量等、淀粉、游离氨基酸含量等 要达到各类甜玉米的要求要达到各类甜玉米的要求2 2、果皮较薄，色泽艳丽，白色籽粒或黄色籽粒为佳、果皮较薄，色泽艳丽，白色籽粒或黄色籽粒为佳3 3、食味纯正，包括甜度、粘度、香味，质地柔嫩、食味纯正，包括甜度、粘度、香味，质地柔嫩4 4、果穗大小整齐，粒型及大小一致，粒偏大，行列整齐、果穗大小整齐，粒型及大小一致，粒偏大，行列整齐5 5、成熟期、采收期、穗位高度整齐一致、成熟期、采收期、穗位高度整齐一

20、致6 6、抗病虫性强。苞叶要长，严紧不露穗尖、抗病虫性强。苞叶要长，严紧不露穗尖7 7、种子发芽力和幼苗长势较强、种子发芽力和幼苗长势较强5 5、甜玉米大田生产的技术特点、甜玉米大田生产的技术特点B B、提高播种质量，保证全苗、提高播种质量，保证全苗根据利用的胚乳突变基因不同分为五个基本隔离群根据利用的胚乳突变基因不同分为五个基本隔离群甜质甜质1 1，皱缩，皱缩2 2，易碎，易碎，易碎，易碎2 2，aeae、dndn、wxwx多基因超甜多基因超甜A A、隔离、隔离C C、适时采收，含水量、适时采收，含水量7070时，分次采收时，分次采收 及时出售，随收随卖及时出售，随收随卖优质的浆纱原料优质的浆纱原料玻璃状定型胶料玻璃状定型胶料瓦楞纸箱、波纹提花纹板的黏合剂瓦楞纸箱、波纹提花纹板的黏合剂软糖的填料软糖的填料石油钻井业的增黏液石油钻井业的增黏液光解塑料膜光解塑料膜湿磨工业专用湿磨工业专用我国工业所需要的直链淀粉主要从美国进口，我国工业所需要的直链淀粉主要从美国进口，进口原料价格比普通玉米淀粉高进口原料价格比