浙江省玉米農(nóng)家種品質(zhì)初探

呂學(xué)高，趙軍華，樓肖成，朱正梅

(浙江省東陽(yáng)玉米研究所,浙江東陽(yáng) 322100)

浙江省玉米農(nóng)家種品質(zhì)初探

呂學(xué)高，趙軍華*，樓肖成，朱正梅

(浙江省東陽(yáng)玉米研究所,浙江東陽(yáng) 322100)

選用FOSS公司新一代Infra XactTM近紅外反射光譜分析儀,對(duì)浙江省內(nèi)搜集的106份玉米農(nóng)家種籽粒品質(zhì)進(jìn)行分析。結(jié)果表明,蛋白質(zhì)、油分和總氨基酸平均含量分別為10.4%,4.27%和8.00%,變異幅度分別為8.67%～11.8%,3.17%～5.70%和5.87～9.84%。變異系數(shù)較高的有賴氨酸(13.74%)＞組氨酸(13.66%)＞異亮氨酸(12.11%)＞精氨酸(12.04%)＞脯氨酸(10.65%)＞亮氨酸(10.62%)＞油分(10.18%)。蛋白質(zhì)與氨基酸含量存在顯著正相關(guān)。永康凹眼、六十還娘和建德六十工這3份玉米農(nóng)家種綜合品質(zhì)最優(yōu)。

玉米農(nóng)家種;近紅外光譜;品質(zhì);浙江

文獻(xiàn)著錄格式:呂學(xué)高,趙軍華,樓肖成,等.浙江省玉米農(nóng)家種品質(zhì)初探[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,56(5):640-643.

DOI 10.16178/j.issn.0528-9017.20150522

玉米是我國(guó)重要的糧食作物,隨著玉米種業(yè)商業(yè)化的快速發(fā)展,玉米農(nóng)家種繼承與改良的最初階段已經(jīng)逐漸退出舞臺(tái)。但在部分丘陵和山區(qū),一些特異的地方農(nóng)家種仍被種植保存,這對(duì)于豐富我國(guó)玉米種質(zhì)資源具有重要作用[1]。浙江省由于地形復(fù)雜,保存下來(lái)的玉米農(nóng)家種比較豐富,其優(yōu)良的地方種質(zhì)資源在玉米育種史上發(fā)揮過(guò)重要作用[2]。

浙江省玉米農(nóng)家種大多具有優(yōu)異的農(nóng)藝性狀,如生育期短、堅(jiān)稈抗倒伏、穗位高抗野獸侵害等,更有部分玉米農(nóng)家種以其獨(dú)特芳香的口感而用作鮮食或磨粉食用。近紅外光譜分析技術(shù)是20世紀(jì)80年代后期迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)測(cè)試技術(shù),此技術(shù)不需化學(xué)試劑和前處理,可同批量快速分析樣品中的多種化學(xué)成分[3-5]。本研究選擇浙江省內(nèi)廣泛搜集的玉米農(nóng)家種,利用近紅外光譜分析技術(shù),同時(shí)測(cè)定蛋白質(zhì)、油分、總氨基酸和15種氨基酸含量等品質(zhì)性狀,為玉米農(nóng)家種品質(zhì)多樣性利用和玉米品質(zhì)育種提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料為浙江省內(nèi)廣泛搜集的地方玉米農(nóng)家種,合計(jì)106份。2014年春季種植于浙江省東陽(yáng)玉米研究所試驗(yàn)田,種植密度52 500株·hm-2,雙行區(qū),小區(qū)長(zhǎng)15 m,寬1.3 m。為了避免花粉直感,開花期每份農(nóng)家種單獨(dú)混合授粉,成熟期統(tǒng)一收獲、晾曬。

1.2 方法

每份玉米農(nóng)家種取混合籽粒200 g,用粉碎機(jī)磨碎成粉,成品細(xì)度達(dá)到250目。近紅外品質(zhì)分析選用FOSS公司新一代Infra XactTM近紅外反射光譜分析儀,其波長(zhǎng)范圍為570～1 850 nm(硅570～1 100 nm,銦鎵砷1 100～1 850 nm),可同時(shí)分析玉米水分、灰分、蛋白質(zhì)、油分、總氨基酸和15種氨基酸含量,操作簡(jiǎn)便、性能穩(wěn)定、分析高效。

2 結(jié)果與分析

2.1 品質(zhì)概況

由表1可以看出,106份玉米農(nóng)家種籽粒中水分、灰分、蛋白質(zhì)、油分和總氨基酸平均含量分別為8.53%,1.02%,10.4%,4.27%和8.00%;灰分和水分的變異系數(shù)最低,分別為3.92%和4.43%,均低于5%,這為籽粒品質(zhì)其他成分的精確測(cè)定提供了可靠參考。變異系數(shù)由大到小依次為油分＞總氨基酸＞蛋白質(zhì)＞水分＞灰分。其中,油分的變異系數(shù)最大,達(dá)到10.18%,樣本的含量范圍在3.17%～5.70%,說(shuō)明這批玉米農(nóng)家種在油分品質(zhì)上表現(xiàn)更為豐富[6]。

表1 玉米農(nóng)家種的籽粒品質(zhì)性狀

玉米農(nóng)家種籽粒單類氨基酸成分中,含量較高的有谷氨酸、脯氨酸、亮氨酸、丙氨酸和天冬氨酸,其含量平均值分別為2.17%,1.17%, 1.12%,0.65%和0.56%;賴氨酸平均含量較低,僅為0.19%,但賴氨酸含量的變異系數(shù)最高,達(dá)到13.74%,賴氨酸含量雖然變異豐富,但含量均處于較低水平,最高含量?jī)H有0.26%,未檢測(cè)出一份高賴氨酸玉米(≥0.4%)。單類氨基酸含量變異系數(shù)較高的有賴氨酸(13.74%)＞組氨酸(13.66%)＞異亮氨酸(12.11%)＞精氨酸(12.04%)＞脯氨酸(10.65%)＞亮氨酸(10.62%)。絲氨酸、纈氨酸、蘇氨酸、甘氨酸和半胱氨酸的成分含量和變異系數(shù)均較低[7]。

2.2 品質(zhì)多樣性

由表2可以看出,各玉米農(nóng)家種籽粒中水分和灰分分布均相對(duì)集中,分別集中在8.00%～10.00%和0.90%～1.10%,合計(jì)均為101份,占比均為95.28%。蛋白質(zhì)含量主要集中在9.00%～11.00%,分別達(dá)到食用三級(jí)和食用二級(jí),合計(jì)85份,占比80.18%,達(dá)到食用一級(jí)(≥11.00%)的有19份,占比17.92%。油分含量主要集中在3.00%～5.00%,合計(jì)99份,占比93.40%,均為非高油玉米,達(dá)到油分高標(biāo)(5.00%～6.00%)的僅有7份,占比6.60%。總氨基酸含量主要集中在6.00%～9.00%,合計(jì)96份,占比90.57%,含量超過(guò)9.00%的僅有9份,占比8.49%[7]。單類氨基酸變異系數(shù)較大,如賴氨酸、組氨酸、異亮氨酸、精氨酸、脯氨酸、亮氨酸,含量相對(duì)集中的水平均超過(guò)50.00%,變異系數(shù)較小的氨基酸,如絲氨酸、纈氨酸、蘇氨酸、甘氨酸和半胱氨酸,含量相對(duì)集中在2個(gè)水平,合計(jì)幾乎均超過(guò)90%。

表2 玉米農(nóng)家種籽粒品質(zhì)性狀的頻率分布

2.3 品質(zhì)相關(guān)性

在玉米農(nóng)家種籽粒的品質(zhì)性狀間進(jìn)行相關(guān)性分析,蛋白質(zhì)與油分無(wú)顯著相關(guān)性(表3),單類氨基酸中除去脯氨酸與蛋白質(zhì)無(wú)顯著相關(guān)性外,總氨基酸和其余所有氨基酸與蛋白質(zhì)均存在極顯著正相關(guān)。油分與總氨基酸呈顯著正相關(guān),與谷氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、精氨酸、組氨酸和異亮氨酸存在極顯著正相關(guān),而與半胱氨酸存在極顯著負(fù)相關(guān)。所有單類氨基酸均與總氨基酸存在極顯著正相關(guān),單類氨基酸中除脯氨酸與天冬氨酸、丙氨酸、異亮氨酸和半胱氨酸無(wú)顯著相關(guān)性外,其余幾類氨基酸相互均存在顯著或極顯著正相關(guān)。

表3 玉米農(nóng)家種籽粒品質(zhì)性狀間的相關(guān)性

3 小結(jié)與討論

浙江省內(nèi)搜集的106份玉米農(nóng)家種,品質(zhì)多樣性較為豐富,油分、賴氨酸、組氨酸、異亮氨酸、精氨酸、脯氨酸、亮氨酸變異系數(shù)均較大,賴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,其余幾類氨基酸最高含量與最低含量比值均處于二者之間。通過(guò)檢測(cè)篩選出達(dá)到蛋白質(zhì)食用一級(jí)的玉米農(nóng)家種19份,油分高標(biāo)的玉米農(nóng)家種7份[8-9]。所調(diào)查的材料中,蛋白質(zhì)、油分和總氨基酸含量均高的玉米農(nóng)家種僅有1份,即永康凹眼,含量分別為11.3%,5.17%, 9.00%;蛋白質(zhì)和總氨基酸含量較高的玉米農(nóng)家種有2份,分別為六十還娘和建德六十工。單類氨基酸成分中丙氨酸、天冬氨酸、苯丙氨酸和蘇氨酸與蛋白質(zhì)含量均高的共計(jì)7份,分別是六十還娘、衢縣墳包、永康凹眼、杭縣八十日、建德六十工、山玉米和半金黃。綜合各品質(zhì)性狀,共計(jì)篩選出7份優(yōu)質(zhì)玉米農(nóng)家種,其中,永康凹眼、六十還娘和建德六十工這3份玉米農(nóng)家種綜合品質(zhì)最優(yōu)。

本研究表明,浙江省玉米農(nóng)家種賴氨酸含量水平較低,平均含量?jī)H為0.19%。玉米中賴氨酸的研究最為深入,自O(shè)2單隱性基因被發(fā)現(xiàn)以來(lái),美國(guó)便開始大量研究和選育高賴氨酸玉米,使賴氨酸含量比普通玉米提高一倍以上。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院自1970年開始引進(jìn)O2群體進(jìn)行研究,通過(guò)轉(zhuǎn)育和選擇鑒定,選育出賴氨酸含量超過(guò)0.4%的半硬質(zhì)高賴氨酸品種,如中單206[10]。白永新等[11]對(duì)1998-2001年國(guó)審玉米品種品質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行分析和比較發(fā)現(xiàn),賴氨酸含量基本穩(wěn)定在一個(gè)較低的水平。建議今后繼續(xù)篩選品質(zhì)優(yōu)良的玉米種質(zhì),結(jié)合籽粒無(wú)損的近紅外高效分析技術(shù),運(yùn)用回交轉(zhuǎn)育的遺傳改良手段,選育高品質(zhì)優(yōu)良玉米種質(zhì),為高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)玉米育種奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

玉米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的含義是多方面的,由于研究選擇的性狀指標(biāo)有限,多數(shù)只研究報(bào)道玉米的粗蛋白、粗脂肪、淀粉和賴氨酸含量4個(gè)指標(biāo),還應(yīng)該對(duì)玉米籽粒的其他氨基酸成分、脂肪酸組成及直鏈淀粉與支鏈淀粉比例等指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)的研究[12]。氨基酸是生物功能大分子蛋白質(zhì)的基本組成單位,是構(gòu)成動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)所需蛋白質(zhì)的基本物質(zhì)。本研究中對(duì)玉米農(nóng)家種品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析表明,除脯氨酸與蛋白質(zhì)含量間無(wú)顯著相關(guān)性外,總氨基酸和其余所有氨基酸與蛋白質(zhì)均呈極顯著正相關(guān)。植物體內(nèi)脯氨酸的含量在逆境條件下(旱、鹽堿、熱、冷、凍)顯著增加,植物體內(nèi)脯氨酸的含量在一定程度上反映了植物的抗逆性,抗旱性強(qiáng)的品種往往積累較多的脯氨酸,因此測(cè)定脯氨酸含量可以作為抗旱育種的生理指標(biāo),這對(duì)玉米農(nóng)家種抗逆性材料的選擇具有輔助參考價(jià)值。蔣基建等[13]研究認(rèn)為,籽粒賴氨酸含量與色氨酸含量之間呈極顯著正相關(guān),籽粒色氨酸、賴氨酸含量與粗蛋白質(zhì)含量間呈極顯著負(fù)相關(guān)。賴氨酸與天門冬氨酸、纈氨酸、蛋氨酸、組氨酸、精氨酸呈顯著或極顯著正相關(guān),與丙氨酸、亮氨酸、酪氨酸呈顯著負(fù)相關(guān)。祁新等[14]采用6個(gè)母本、4個(gè)父本配制24個(gè)雜交組合,對(duì)16種氨基酸含量的雜種優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析,在16種氨基酸中,除蘇氨酸、賴氨酸外,都與氨基酸總量呈顯著或極顯著相關(guān)性;而16種氨基酸的含量與蛋白質(zhì)含量不顯著相關(guān),氨基酸總量與蛋白質(zhì)含量相關(guān)系數(shù)極低,只有0.0308。限制性氨基酸中,蛋氨酸含量與其余15種氨基酸相關(guān)系數(shù)均較低,賴氨酸與絲氨酸、組氨酸達(dá)到顯著和極顯著相關(guān);而蘇氨酸除了和甘氨酸、賴氨酸、精氨酸、脯氨酸無(wú)顯著相關(guān)性外,與其他11種氨基酸均達(dá)到極顯著相關(guān)。總體來(lái)看,蘇氨酸與各種氨基酸的相關(guān)系數(shù)都較高。玉米品質(zhì)性狀多樣、關(guān)系復(fù)雜,試驗(yàn)結(jié)果跟選擇的玉米群體也有一定的關(guān)系,這就要求對(duì)玉米品質(zhì)性狀的多樣性進(jìn)行更深入的研究。

近紅外光譜分析技術(shù)最早應(yīng)用在農(nóng)產(chǎn)品方面[4,15],目前應(yīng)用范圍得到拓展[16],本研究中所選用的Infra XactTM近紅外反射分析儀是FOSS公司最新一代的玉米分析儀,在分析水分、灰分、蛋白質(zhì)和油分常規(guī)品質(zhì)指標(biāo)含量之余,可同時(shí)分析多種氨基酸含量,分析更可靠、更高效。因此,在玉米品質(zhì)育種中,可以利用這一先進(jìn)測(cè)定技術(shù),既提高分析效率,又可以在早代選擇中進(jìn)行測(cè)定,增強(qiáng)選擇預(yù)測(cè)性,提高選擇準(zhǔn)確度,從而保證育種進(jìn)程,提高育種效率。

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(責(zé)任編輯：高 峻)

S 513

A

0528-9017(2015)05-0640-04

2015-02-15

呂學(xué)高(1982-),男,碩士,助理研究員,主要從事玉米遺傳育種工作。E-mail:lxg-909@163.com。

趙軍華。E-mail:nkyzjh@163.com。