玉米籽粒主要品质性状及氨基酸组分分析

玉米籽粒主要品质性状及氨基酸组分分析

1玉米氨基酸组分玉米粒特性是玉米粒产量的一个重要因素。多数学者的研究表明,玉米籽粒性状与产量性状密切相关,其性状间彼此相互联系,共同影响玉米籽粒产量。而玉米籽粒的主要品质性状是指蛋白质、氨基酸、油分、淀粉这4个方面。成熟的玉米粒中,胚和胚乳含有籽粒蛋白质的大部分,其中胚乳占80%~85%,胚约占8%~10%。玉米氨基酸组分主要是指18种对人体有益的氨基酸及其组分必需的氨基酸。其中赖氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苯丙氨酸这8种氨基酸人体不能自己制造,需要由食物提供。玉米淀粉可分为直链淀粉和支链淀粉。非糯质玉米籽粒中,直链淀粉含量为23%,支链淀粉含量约为77%,糯质型玉米籽粒中的淀粉全部是支链淀粉。当籽粒淀粉含量达72%以上可以成为高淀粉的专用玉米。玉米的油分及其含量为:棕榈酸8.0%~12.7%,硬脂酸1.0%~2.0%,油酸24.4%,亚油酸60%~65%,亚麻酸1.0%~1.5%,其中油酸和亚油酸含量占80%以上,并含有丰富的VE。玉米杂交育种的生产实践表明籽粒的蛋白质、氨基酸、油分、淀粉这4性状大多受多基因控制,由多个微效基因控制的,属数量性状范畴,目前研究主要集中在淀粉、油分、蛋白质和赖氨酸含量这4个指标的配合力、遗传组分、遗传力、它们之间的相关性以及与农艺性状、粒重的相关性等方面。2主要品质类型、额外遗传和配合力关系2.1加性方差分析以高蛋白玉米与高赖氨酸玉米研究为材料的研究中心,有些研究者研究指出玉米蛋白质含量及其杂种优势主要受加性基因影响,应重点选择一般配合力高的自交系作亲本。有些研究还指出大多数产量性状杂种优势较强,蛋白质含量为负优势,亮氨酸含量表现较复杂呈负或正优势,但单穗蛋白质产量和单穗赖氨酸产量的优势很强。而另一些研究表明赖氨酸和油分含量的加性方差比显性方差重要得多,而蛋白质的显性方差起重要作用:3个性状的成分含量与成分含量的GCA效应相关系数,决定系数和b值表明油分含量的加性方差最高,赖氨酸含量次之,蛋白质含量的加性方差最低。还有一些关于甜玉米的研究表明,对于主要由加性基因控制的性状,亲本的一般配合力与F、性状表现之间关系密切,但对于既有加性基因又有非加性基因控制的性状,因为一般配合力和特殊配合力对F,性状表现都起重要作用,就不能单一的利用一般配合力和特殊配合力对杂交后代性状表现做出较为准确的评价。一般配合力和特殊配合力与F、性状表现的关系就应视二者对F、性状影响的大小而定。一般而言,某种配合力类型对杂交后代的影响越大,则它与杂交后代的性状表现关系就越强;反之,若某种配合力类型对杂交后代的影响越小,则它与杂交后代的性状表现关系就越弱。由此可见,高蛋白玉米蛋白质含量及其优势主要受加性遗传影响,加性方差对玉米蛋白质量的影响比显性方差重要的多,而且亲本的一般配合力对杂交后代的影响很大,它与杂交后代的性状表现关系很强。2.2品质性状的遗传关系以普通玉米4个品质性状(淀粉、油分、蛋白质、赖氨酸含量)的一般配合力和特殊配合力进行研究发现:同一品质性状不同亲本的一般配合力差异较大,同一自交系不同品质性状的一般配合力也有差异,同一品质性状因组合不同而特殊配合力也不一样。另一些研究发现:赖氨酸含量的遗传符合加性—显性模型,淀粉含量、油分含量、蛋白质含量符合加性—显性—上位性模型,4个品质性状的遗传方式均以加性效应为主。因此普通玉米仍是以加性效应为主,不同亲本对一般配合力的影响很大,而且性状不同也影响亲本的配合力。3主要品质与农业属性、粒重的关系3.1玉米种质资源的农艺性状玉米品质性状与农艺性状的相关性研究结果有:赖氨酸含量、蛋白质含量与抽雄期、株高、穗位高无关;赖氨酸产量由行粒数、千粒重、赖氨酸含量决定。因此,在O2基因背景下,以提高籽粒产量为手段提高赖氨酸产量比直接提高赖氨酸含量效果可能更好。还有些研究表明高油玉米与籽粒油分遗传相关密切的农艺性状依次为:穗行数、百粒重、行粒数、穗长和茎粗、穗位高、叶数等。对玉米种质资源品质性状的分析发现,不同品质性状间、不同品质性状与不同农艺性状间的相关关系和相关程度不同,蛋白含量与农艺经济性状(除穗行数外)呈显著或极显著负相关关系,油分含量与农艺性状间正负相关均存在,但相关程度很弱,淀粉含量与农艺性状(除穗行数外)间显著或极显著正相关关系,高蛋白与大粒性、矮秆性、早熟性、高油分及高产性通过定向选育的方法可以聚合。因此可以利用穗行数、百粒重、行粒数等正相关的农艺性状来提高主要品质性状的产量从而提高其品质。3.2主要品质与粒重的关系3.2.1玉米含油率与粒重相关性研究玉米籽粒主要品质性状与粒重相关性研究结果有:玉米蛋白质与籽粒产量的相关性的研究结果是一般情况下玉米的蛋白质含量、赖氨酸含量与籽粒产量之间存在着负相关关系。但另研究结果是籽粒产量与蛋白质含量及赖氨酸含量之间并无显著性相关,这说明在提高产量的同时,提高蛋白质含量、改善蛋白质品质是完全有可能的。关于粒重与脂肪含量研究表明,粒重与脂肪含量呈显著正相关。关于玉米含油量与粒重相关性的研究表明,籽粒产量与含油量呈负相关。有关玉米淀粉含量与粒重的研究则表明淀粉含量与粒重呈显著正相关。也有些研究指出,蛋白质含量与粒重性状相关不显著,而赖氨酸含量与粒重性状呈负相关,且多数达显著或极显著水平,增加回交次数提高蛋白质含量有较明显效果,但轮回亲本不良性状的负面影响有所增强。还有一些研究指出,赖氨酸含量、蛋白质产量、脂肪产量和籽粒产量这四种产量性状的遗传距离与超亲优势、超标优势和特殊配合力之间都不存在显著的相关关系,但有一种趋势,即杂种优势较大的组合有较大的遗传距离,亲本的平均遗传距离与一般配合力之间也不存在显著的相关关系。这些研究表明:粒重与蛋白质、氨基酸、油分、淀粉存在不同正负相关性,而且蛋白质、氨基酸、油分、淀粉产量性状的遗传距离与超亲优势、超标优势和特殊配合力之间都不存在显著的相关关系。3.2.2高值亲本的确定对普通玉米籽粒品质性状间的相关研究指出:普通玉米蛋白质、赖氨酸含量及油分的亲子相关达显著或极显著,在亲本组配时应注意高值亲本的选择,蛋白质含量的中亲优势与赖氨酸含量的中亲优势呈显著正相关,而蛋白质、赖氨酸含量的中亲优势与淀粉含量的中亲优势呈显著的负相关,赖氨酸淀粉含量的中亲优势与行粒数的中亲优势分别达正的和负的极显著相关,油分含量的中亲优势与百粒重的中亲优势达正的显著相关。这些研究对改良普通玉米的主要品质性状或提高玉米产量有重要的指导意义。4玉米营养品质与油分相关性分析关系有关蛋白质与氨基酸之间的相关性的研究,因所用材料不同,结果也不尽相同:(1)赖氨酸含量与蛋白质含量呈负相关趋势,色氨酸与蛋白质含量呈负相关;(2)赖氨酸含量和蛋白质含量呈明显的正相关;(3)赖氨酸与色氨酸呈正相关,即提高赖氨酸含量的同时可提高色氨酸的含量。这些相互矛盾的结论正是因为所用材料不同,因此以后应该加强对造成不同材料结果不同的原因的分析研究。有关油分与蛋白质相关性的研究发现:玉米总油分含量与总蛋白质不相关,但胚中的蛋白质含量和籽粒中的色氨酸含量呈正相关;油分与淀粉的含量呈显著负相关,与蛋白质、赖氨酸含量呈正相关。因此可知,提高玉米油分的时候往往可以提高蛋白质、赖氨酸的含量,从而获得高油分、高蛋白质、高赖氨酸的三高玉米,当然这样的三高玉米现实的育种或大田栽培中还有一定的难度,所以应更深入的分析它们内在的关系。5玉米性状与其他氨基酸的相关性研究尽管目前国内外有关玉米籽粒品质性状的研究取得了一定的进展,但很多研究工作还处于起步阶段,今后的研究应从以下几个方面入手:1)更加深入的、系统的研究淀粉、油分、蛋白质和赖氨酸这4个品质性状与配合力的关系,并对影响这4个品质的加性微效基因进行研究。2