玉米新材料昌新19的穗部產量性狀和淀粉特性分析

摘 要：為拓寬玉米種質資源，選育高產優質玉米品種，推動玉米持續增產，利用250Gy 60Co-γ射線處理昌7-2干種子后，通過連續多年對株型、穗部及籽粒性狀的篩選獲得突變體新材料昌新19。對昌7-2和昌新19籽粒和穗部表型、籽粒淀粉特性進行調查分析。結果發現，昌新19的粒長、粒寬、粒厚、百粒重、行粒數和穗粒重均顯著或極顯著大于昌7-2，其百粒重和穗粒重分別增加了8.4%和28.8%，具有良好的高產潛力表現。且昌新19的總淀粉含量為70.37%，具有良好的耐剪切性和熱穩定性。本研究拓展了玉米新種質，為選育高產玉米新品種提供了理論依據和實踐基礎。

關鍵詞：誘變育種；籽粒；產量性狀；表型分析；淀粉特性

中圖分類號：S513" 文獻標識碼：A" 文章編號：0488-5368（2024）08-0005-05

Analysis of Ear Yield and Starch Characteristics of a New Maize Material ‘Changxin 19’

WU Shuangzhi，LI Zhangfeng，LIU Kaixin，WANG Jianghao，MAO Qianqian，GUO Xinmei

（College of Agronomy， Qingdao Agricultural University， Qingdao， Shandong 266000，China）;

Abstract：To expand maize germplasm resources， select high-yield and high-quality maize varieties， and promote the continuous increase in maize yield， dry seeds of the maize variety Chang 7-2 were treated with 250Gy of 60Co gamma rays. A new mutant， ‘Changxin 19’， was obtained through several years of screening based on plant type and panicle traits. The grain and panicle phenotypes， as well as the grain starch properties of ‘Chang 7-2’ and ‘Changxin 19’， were investigated and analyzed. The results indicated that the grain length， grain width， grain thickness， 100-grain weight， grain number per row， and grain weight per ear of Changxin 19 were significantly or extremely significantly greater than those of ‘Chang 7-2’. Specifically， the 100-grain weight and grain weight per ear of Changxin 19 increased by 8.4% and 28.8%， respectively， demonstrating strong potential for high yield. The total starch content of Changxin 19 was 70.37%， which exhibited good shear resistance and thermal stability. This study develops new maize germplasm and provides a theoretical and practical basis for breeding new high-yield maize varieties.;

Key words：Mutation breeding;Grain;Yield-related traits;Phenotype analysis;Starch characteristics

玉米也稱玉蜀黍、苞谷、苞米，屬于禾本科玉蜀黍屬一年生草本植物，是重要的糧食作物和飼料作物，也是全世界總產量最高的農作物，其種植面積和總產量僅次于水稻和小麥。玉米中含有豐富的蛋白質、脂肪、維生素、微量元素、纖維素等，具有開發高營養、高生物學功能食品的巨大潛力。選育高產玉米品種，提高單位土地面積的產量并最終實現玉米總產量的增加是當前的主要任務。因此加快玉米新品種的選育和推廣是加快玉米發展、推動玉米持續增產的重要途徑[1]。

目前國際上認為，玉米單位面積穗數、單穗的粒數和粒重是玉米產量構成的三要素。粒重是高產栽培中影響產量的主要因素，粒大小也是影響粒重的重要性狀之一。由于粒重的遺傳力較高，受環境影響小，所以粒重作為高產育種的關鍵性狀之一，一直都是影響玉米產量的主要因素[2]。對粒重分析后發現，粒重又可以分解為粒長、粒寬、容重和粒厚等參數。因此可以通過改良這些表型，培育優質新品種，同時研究結果也將為玉米產量性狀的遺傳改良提供理論指導。

玉米的光合作用過程產生的過量葡萄糖以淀粉的形式儲藏在淀粉體中并為植物種子、胚乳和塊莖的生長提供能源[3]。在玉米籽粒中，淀粉是玉米籽粒的主要成分，占玉米干重的70%，是影響玉米產量和品質的關鍵

因素[4]。玉米淀粉的含量與品質直接關系著玉米的用途與作用。不同品種玉米淀粉的理化特性有一定的差異，這些差異直接影響淀粉的溶解度、糊化、凝膠和流變等理化特性，而淀粉的理化特性會直接影響其制品的感官品質[5～7]。孔令平等[8]發現，不同玉米品種和播期的淀粉峰值黏度、谷值黏度、崩解值、回復值、峰值時間、糊化溫度差異顯著，且品種的影響要大于播期。

昌7-2是我國玉米育種家培育的具有多個衍生自交系和組配品種的一個核心自交系，配合力高、抗逆性強、吐絲間隔短[9～12]。在2010年利用250Gy 60 Co- γ射線處理昌7-2干種子后，通過多年對株型、穗部和粒型的篩選，成功鑒定出了穩定的突變新株系tc19，該株系于2018年被命名為昌新19。本試驗通過對昌7-2和昌新19兩個材料的穗部和籽粒表型以及淀粉特性的比較分析，明確了昌新19的表型，豐富了玉米的種質資源，為選育高產、穩產、優質的玉米品種提供了優質的親本資源。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

昌7-2和突變體昌新19，由青島農業大學玉米分子育種研究室提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 籽粒表型測定 在大田播種昌7-2和昌新19玉米材料，正常田間管理。成熟后按單穗收獲，選取長勢一致、性狀規則的果穗各10個進行考種，測定穗行數、行粒數、穗長、穗粗和穗粒重。然后將穗中部籽粒剝下，混均后隨機選擇飽滿、均一的種子各10粒，調查粒長、粒寬、粒厚、百粒重，并對表型數據進行統計分析，3次重復。

1.2.2 籽粒淀粉特性分析

1.2.2.1 玉米籽粒淀粉含量測定

隨機選擇飽滿、均一的種子利用FOSS公司（丹麥）生產的InfratecTM1241 近紅外谷物分析儀測定玉米籽粒淀粉含量。具體步驟參照InfratecTM1241近紅外谷物分析儀操作說明書。

1.2.2.2 糊化特性測定

淀粉本身具有的糊化特性是衡量淀粉品質的極其重要的理化性質[13]，是影響淀粉加工的一個重要的特性。目前，關于水稻、小麥、糯玉米等作物的淀粉糊化特性及利用淀粉糊化特征值對品質進行評價和篩選已有研究報道[8]。RVA-TecMaster快速粘度測試儀是測定淀粉的糊化特征最常用的儀器[14～16]。籽粒RVA（淀粉糊化） 特征值包括：峰值黏度（Peak Viscosity，PV）、熱漿黏度或低谷黏度（Hot Viscosit，HV）、最終黏度或冷膠黏度（ Final Viscosity，FV），峰值時間（Peak tim，P-time） 和糊化溫度（Paste temperature，P-temp）;并計算崩解值或稀懈值（Break down，BD = PV -HV）、消減值（Set back，SB = FV-HV）、反彈值或回復值（Consistence，CT = PV-FV）。峰值時間單位為min，糊化溫度單位為℃，其它特征參數均以ＲVU為單位[17]。

1.3 數據處理

利用DPS17.5軟件和Microsoft Excel 2016軟件進行數據處理，利用TCW控制軟件生成淀粉糊化特性的圖表。

2 結果與分析

2.1 昌新19籽粒表型分析

2.1.1 穗部性狀分析 成熟后按單穗收獲，選取長勢一致、性狀規則的果穗各10個進行考種，測定穗行數、行粒數、穗長、穗粗和穗粒重。結果如圖1所示，昌7-2和昌新19的穗長、穗粗、穗行數無明顯差異；但昌新19行粒數和穗粒重顯著高于昌7-2。

2.1.2 籽粒性狀分析 選取成熟后完整、均一的昌7-2和昌新19果穗進行考種，將穗中部籽粒剝下，混均后隨機選擇飽滿、均一的種子各10粒，調查粒長、粒寬、粒厚、百粒重，結果如圖2所示，昌新19的粒長、粒寬、粒厚及百粒重均極顯著（%Plt;0.01）高于昌7-2，體積顯著（P%lt;0.05）高于昌7-2，昌新19的粒長、粒寬和粒厚分別為10.65 mm、8.11 mm和5 mm，均極顯著或顯著高于昌7-2，其百粒重為22.22 g，顯著高于昌7-2。

2.2 籽粒淀粉特性分析

2.2.1 淀粉含量測定 分別隨機選擇昌7-2和昌新19飽滿、均一的種子，利用FOSS公司（丹麥）生產的InfratecTM1241 近紅外谷物分析儀測定玉米籽粒淀粉含量。結果如圖3所示，昌7-2的平均淀粉含量為69.13%，昌新19為70.37%。

2.2.2 淀粉糊化特性測定 不同玉米品種的淀粉具有不同的理化性質，這些理化性質的差異將會直接影響到其制品的品質與質量。淀粉糊化特性是評價淀粉理化特性的一個重要指標，可直接準確反映玉米品質好。淀粉的糊化的特性也影響了到的食品生產加工及其性能、貯存環境和口感[18]。

淀粉糊化特性采用 RVA（Rapid Visco Analyzer， Model 3D）測定，并用 TCW（Thermal Cycle for Windows）配套軟件分析。峰值黏度、谷值黏度、崩解值、終值黏度、回復值、峰值時間和糊化溫度的測定方法參照 Chang 等[19]的方法。RVA特性如表1 所示，TCW糊化曲線如圖4。

由表1可知，昌7-2和昌新19的糊化時間均為4.93 min，說明在相同溫度內，二者達到峰值粘度的容易程度差不多；與昌7-2相比，昌新19的峰值粘度、谷值粘度和最終粘度都比較大，分別為1 163 cP、1 135 cP和2 030 cP，淀粉粘度和淀粉含量在一定程度上成正相關性。

峰值粘度表示了糊化能力，崩解值體現了淀粉的耐剪切性能。昌新19的峰值粘度最高為1 163 cP，表明昌新19糊化能力強；昌7-2的崩解值為60 cP，昌新19為28 cP左右，表明昌7-2的耐剪切性低于昌新19。同時，崩解值也可以體現出淀粉的熱穩定性，崩解值越大說明熱穩定性越差[18]，所以昌新19的熱穩定性比昌7-2好。

由圖4可知，昌7-2在5 min峰值粘度為805 cp，然后粘度下降，在7 min左右達谷值粘度為745 cp后上升；昌新19在5 min峰值粘度為1 163 cP，然后粘度下降，在7 min多時達谷值粘度為1 135 cP后上升。兩個玉米品種粘度在轉速達到最高時隨之上升，隨著轉速的下降而下降，且在3 min前粘度都較為穩定；從兩個糊化曲線對比可以看出，在粘度上升過程中，昌新19的糊化曲線上升速度較昌7-2快。

3 討論

本研究中，昌新19是玉米自交系昌7-2經過Co60-γ射線輻射后篩選，并經過多代自交，穩定遺傳的突變株系。通過γ射線誘變處理獲得的突變體，往往都是多基因、多性狀的突變，經過多年多點的連續鑒定，發現昌新19的粒長、粒寬、粒厚，及百粒重明顯增大，推測可能是粒型相關的基因發生突變。綜上，昌新19籽粒性狀的突變是穩定、有益的，且是向高產方向突變的。

品質通常用淀粉的糊化特性指標來衡量。分析玉米淀粉糊化特性與品質的相互關系，對揭示玉米品質的形成機理、科學地制定育種策略，提高玉米育種水平具有重要意義。峰值粘度影響淀粉的糊化能力，峰值粘度反映的是粘滯性的強弱，粘度越大，粘滯性越強。昌新19的峰值粘度高于昌7-2，粘度大于昌7-2；直鏈淀粉的水溶性較差，并且不溶于脂肪。而張兆利[8]等人的研究表明，隨著淀粉的粘度的升高，樣品中的直鏈淀粉含量也隨之升高，而回復值則由于直鏈淀粉濃度的降低而呈現下降態勢，當直鏈淀粉濃度較低時，回復值出現驟減趨勢。昌新19的直鏈淀粉比例高，肖文[20]報道稱直鏈淀粉的凝沉性較好，由此推測昌新19可以用來制作對水和油脂具有良好的隔絕性保護膜。淀粉的崩解值體現出其耐剪切性，昌新19具有較好的耐剪切性能，倪海明[21]等人指出交聯淀粉具有抗剪切性能，可以將這兩個玉米品種進行淀粉衍生化改善性能，應用于造紙和吸附材料等領域；天然橡膠的耐熱性能較差限制了應用范圍[22]，昌新19的熱穩定性良好，可以將其進行糊化處理后與天然橡膠混合增強復合材料的耐熱性能。

玉米籽粒中的淀粉含量與品質對玉米用途的影響是巨大的，因此對玉米籽粒淀粉的分析在實際應用中有著重要意義。昌新19的淀粉含量顯著高于昌7-2，所以昌新19可與不同玉米種質配制不同用途雜交種，選育優質玉米新品種，為我國高產優質淀粉玉米選育提供支撐。

4 結論

昌新19的粒長、粒寬、粒厚、百粒重都顯著或極顯著高于昌7-2，性狀遺傳穩定且具有較高的利用價值。通過對玉米籽粒淀粉的含量和糊化粘度特性分析，昌新19的應用范圍可能與昌7-2不同，可在吸附材料和食品保護膜等領域上應用。此外，昌新19對于選育高產優質玉米新品種以及對其淀粉特性方面的研究具有重要理論和實踐意義。

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基金項目：國防科工局核能開發科研項目“核輻射作物品種改良與害蟲防控”山東省重點研發計劃（農業良種工程）課題（2022LZGC0063）。

第一作者簡介：吳雙智（1999-），女，研究生，主要從事玉米分子育種研究。

通信作者：郭新梅。