鲜食糯玉米F2籽粒营养品质遗传特点及杂种优势分析.doc

１　前言 糯玉米(Waxy Corn)，又称黏玉米。它是玉米胚乳性状的一种突变体，糯玉米是由普通玉米发生了突变后经人工选育而成的类型，籽粒胚乳均为支链淀粉。它起源于我国云南的西双版纳地区，是一种优质粮食玉米，由于其干籽粒切口似蜡质状，故有“中国蜡质种”之称。[1] 糯玉米在我国主要用作鲜食，属鲜食型玉米，其食用部分是F1植株上收获的F2籽粒。鲜食糯玉米具有食味品质优良、营养价值丰富的显著特点，具体表现为：①煮熟后黏软富于黏(糯)性、食味清香、皮薄无渣；②淀粉消化率高，籽粒中可溶性糖、优质蛋白质组分、赖氨酸及其它多种氨基酸含量均高于普通玉米，且含有多种维生素和矿质元素，经常食用有助于防止血管硬化及肠道疾病的发生，是优良的保健食品。进入21世纪，随着国民经济的发展和人民生活质量的不断提高，鲜食糯玉米在我国得到迅猛发展，市场需求量和种植面积日益增大，产业化开发前景十分广阔。20世纪90年代起，大批科研院所纷纷开展鲜食糯玉米育种工作，陆续育成一批新品种，如“苏玉(糯)1号”、“中糯1号”、“渝糯1号”、“垦粘1号”等等。迄今，我国育成的鲜食糯玉米品种已达100多个，这些品种包括有白糯、紫糯、黑糯、黄糯、彩糯、甜糯结合型等等。[2] 一直以来，国内的糯玉米育种均采用常规育种方法，主要是利用杂种优势和配合力育种。在大量引进各种种质资源，包括各种抗逆性基因资源的基础上，创造性地应用遗传学和相关学科的基本理论，扩大种质资源研究的规模与深度，加强资源的鉴定和遗传分类新方法研究，培育新的优势类群，构建新的鲜食糯玉米杂优模式，选育出配合力更高的自交系，提高杂种优势水平。现阶段，玉米遗传育种专家们在新型糯玉米的选育工作上主要致力于两个目标：①提高糯玉米产量；②改进糯玉米的品质。根据糯玉米生产的现有水平，短期内单位面积产量提高幅度不会太大，因此通过遗传改良来提高糯玉米的品质无疑是今后糯玉米育种的一个重要发展方向。以往的鲜食型糯玉米的杂种优势研究多集中在食用品质及农艺性状上，如香味、糯性、柔嫩度、皮的薄厚、株高、穗位高、穗长、秃顶长、穗粗、穗行数、千粒重等等 [3-5]，对鲜食型糯玉米品质性状的杂种优势研究甚少，而且通过比较亲本与其组合F2籽粒品质性状，分析各品质性状遗传特点，用于指导杂交育种的研究未见报道。这对糯玉米自交系的选育、特定杂交组合的确定都极为不利，使糯玉米的品种改良和培育失去有力的理论依据。 玉米品质是一个综合性状[6]。广义的品质包括营养品质、加工品质、食用品质、商品品质及安全品质。狭义的品质仅指营养品质。营养品质泛指玉米籽粒中所含的营养成分，如蛋白质、脂肪、淀粉、膳食纤维、某些矿质元素及各类维生素等等。[7]这些营养品质成分的测定需要对种质材料进行化学成分分析。常规的化学分析测定难度都很大，均存在费力、耗时和费用高等缺点。20世纪80年代后期，近红外反射光谱（Near Infrared Spectroscopy，简称NIRS)分析技术的出现与使用，加速了糯玉米的选育。由于NIRS可以非破坏性的分析样品中的化学成分，为作物育种研究领域的品质育种提供了一个新的技术手段。目前,美国DuPont公司利用近红外分析仪来提高玉米含油量,[8]我国在糯玉米品质育种中也有应用NIRS的报道。[9-10] 根据品质分析表明，糯玉米平均含氨基酸8.3%，其中赖氨酸含量比普通玉米高16%-74%，平均含蛋白质10.6%，比普通玉米高3%-6%，虽然糯玉米具有丰富的营养价值，但目前对糯玉米的营养成份还没有统一的定量标准，一般以高者为好。[11] 自交系杂交获得的种子种植成F1的植株，F1收获的种子种植成F2的植株，由于单交的F1植株之间一般不发生分离现象，而F2是变异最大的一个世代，也是选择优良单株的关键性的一代，因此选用F2 代籽粒作为营养品质研究对象。[12]本试验以分析鲜食型糯玉米亲本营养品质特点入手，试图了解不同特点的亲本组配对F2籽粒营养品质影响；进一步分析鲜食型糯玉米主要品质性状的杂种优势；在此基础上，探讨鲜食型糯玉米F2籽粒营养品质遗传特点，及亲本改良与增强杂种优势的关系，为糯玉米品质育种工作提供理论依据。 2　材料与方法 2.1　试验材料 本试验采用仲恺农业技术学院玉米课题组选育和引进的8个主要遗传差异较大、籽粒品质不同的糯玉米优良自交系，编号分别为N4、N7、N8、N23、N27、N28、N34、N46。根据Griffing方法Ⅳ组配28个杂交组合。（见表1） 2.2　田间种植与试验方法 　　 试验于2007年3月至2007年12月在仲恺农业技术学院钟村农场及遗传育种实验室进行。2007年3月上旬在钟村农场旱地播种亲本自交系，按完全双列杂交GriffingⅣ设计杂交组配。田间采用随机区组设计，双行区，行长5米，行距0.65米，每行种植15株，3次重复，田间管理同一般大田。在自交系，F1植株果穗抽丝前进行套袋，抽雄扬花后严格进行人工授粉，授粉后22天收获自交系和F2籽粒，每份材料每小区每次随机选取3个果穗，取其中部籽粒混匀，干躁后进行支链淀粉、粗蛋白、粗脂肪、膳食纤维、赖氨酸含量测定。支链淀粉含量采用蒽酮比色法测定，粗蛋白、粗脂肪、膳食纤维、赖氨酸含量采用近红外光谱法测定[12-13]。每个果穗测3次重复，取其平均值作为样本观察值。 2.3　数据分析 采用DPS软件对父母本、F2之间的籽粒各品质性状进行显著性分析，采用Excel软件计算F2籽粒各品质的杂种优势。杂种优势测定采用如下公式：中亲优势=，超亲优势（%）=；杂种优势指数（%）=；其中MP为双亲均值，MP=，HP为较高亲本值。 3　结果与分析 3.1　亲本对F2籽粒营养品质的影响 　　对亲本、F2籽粒支链淀粉、粗蛋白、粗脂肪含量的差异进行显著性分析（表2），结果表明，在所研究的28个组合中，亲本间籽粒支链淀粉含量无显著差异，其F2表现为有20个组合的F2与亲本籽粒支链淀粉含量无显著差异，有5个组合的F2籽粒支链淀粉含量与支链淀粉含量较低的亲本无显著差异，即近低亲遗传，有2个组合的F2籽粒支链淀粉含量与支链淀粉含量较高的亲本无显著差异，即近超亲遗传，另有1个组合的F2籽粒支链淀粉含量显著高于亲本。可见，亲本间籽粒支链淀粉含量无显著差异时，71.4%的组合的F2籽粒支链淀粉含量与亲本无显著差异，17.9%的组合的F2籽粒支链淀粉含量近低亲本遗传。可见，亲本无显著差异时，F2籽粒支链淀粉含量普遍和亲本无差异，试图通过杂交明显提高F2籽粒支链淀粉含量难度较大。 对亲本、F2籽粒粗蛋白含量的差异进行显著性分析（表2），结果表明，在28个组合中，有21个组合的亲本间粗蛋白含量无显著差异，其F2表现为有10个组合的F2籽粒粗蛋白含量与亲本无显著差异，有5个组合的F2籽粒粗蛋白含量近低亲遗传，有2个F2籽粒粗蛋白含量近高亲本遗传，有3个组合的F2籽粒粗蛋白含量显著低于亲本；有7个组合的F2亲本间籽粒粗蛋白含量存在显著差异，其F2表现为有3个组合的F2籽粒粗蛋白含量近高亲本遗传，有2个组合的F2籽粒粗蛋白含量居中表现，有1个组合的F2籽粒粗蛋白含量近低亲本遗传，有1个组合的F2籽粒粗蛋白含量显著低于亲本。可见，亲本间籽粒蛋白含量无显著差异时，47.6%的组合F2籽粒粗蛋白含量与亲本无显著差异，23.8%的F2组合的F2籽粒粗蛋白含量近低亲本遗传，14.3%的组合的F2组合的F2籽粒粗蛋白含量显著低于亲本；而亲本间存在显著差异时，42.9%的组合F2籽粒粗蛋白含量近高亲本遗传，14.3%的组合F2籽粒粗蛋白含量近低亲本遗传，14.3%的组合F2籽粒粗蛋白含量显著低于亲本，28.6%的组合F2籽粒粗蛋白含量表现居中。可见，要提高F2籽粒粗蛋白含量，最好选择粗蛋白含量差异显著的亲本，且其中一亲本粗蛋白含量要高。 对亲本、F2杂种间籽粒粗脂肪含量的差异进行显著性分析（表2），结果表明，在28 个组合中，有17个组合的亲本间籽粒粗脂肪含量无显著差异，其F2表现为有12个组合的F2籽粒粗脂肪含量与亲本无显著差异，有3组合的F2籽粒粗脂肪含量近低亲本遗传，有1个组合的F2籽粒粗脂肪含量近高亲本遗传，有1个组合的F2籽粒粗脂肪含量显著高于亲本；有11个组合的亲本间籽粒粗脂肪含量存在显著差异，其F2表现为有5个组合的F2籽粒粗脂肪含量近低亲本遗传，有2个组合的F2籽粒粗脂肪含量居中表现，有4个组合的F2籽粒粗脂肪含量近高亲本遗传。可见，亲本间籽粒粗脂肪含量无显著差异时，70.6%的组合的F2籽粒粗脂肪含量与亲本无显著差异，另有17.6%的组合组合的F2籽粒粗脂肪含量近低亲本遗传；而当亲本间存在显著差异时，45.5%的组合F2籽粒粗脂肪含量近低亲本遗传，36.4%的组合F2籽粒粗脂肪含量近高亲本遗传。可见，为了得到较高粗脂肪含量的F2籽粒，最好选择高粗脂肪含量的亲本，且亲本间无显著差异；如若为了得到较低粗脂肪含量的F2籽粒，可选择低粗脂肪含量的亲本，且亲本间粗脂肪含量要存在显著差异。 表1　Griffing方法Ⅳ双列杂交设计 自交系 N4 N7 N8 N23 N27 N28 N34 N46 N4 N4×N4 N4×N7 N4×N8 N4×N23 N4×N27 N4×N28 N4×N34 N4×N46 N7 N7×N7 N7×N8 N7×N23 N7×N27 N7×N28 N7×N34 N7×N46 N8 N8×N8 N8×N23 N8×N27 N8×N28 N8×N34 N8×N46 N23 N23×N23 N23×N27 N23×N28 N23×N34 N23×N46 N27 N27×N27 N27×N28 N27×N34 N27×N46 N28 N28×N28 N28×N3 N28×N46 N34 N34×N34 N34×N46 N46 N46×N46 表2　亲本对F2籽粒支链淀粉、粗蛋白、粗脂肪含量的影响 组合 支链淀粉含量(%) 粗蛋白含量(%) 粗脂肪含量(%) ♀ ♂ F2 MP F2-MP ♀ ♂ F2 MP F2-MP ♀ ♂ F2 MP F2-MP 1 66.387a 67.138a 64.068b 66.763 -2.695 12.201a 12.585a 14.150a 12.393 1.757 3.722a 3.015ab 2.622b 3.368 -0.746 2 66.387a 65.266a 63.458a 65.826 -2.369 12.201a 11.454a 11.660a 11.828 -0.167 3.722b 4.338a 3.290b 4.030 -0.740 3 66.387a 65.793a 67.585a 66.090 1.495 12.201b 12.323b 13.611a 12.262 1.349 3.722a 2.396b 3.754a 3.059 0.695 4 66.387a 66.449a 64.438a 66.418 -1.980 12.201b 14.459a 12.368b 13.330 -0.962 3.722a 3.309a 3.372a 3.515 -0.144 5 66.387a 65.760a 68.646a 66.073 2.573 12.201b 14.120ab 14.673a 13.161 1.512 3.722a 3.347a 4.448a 3.535 0.913 6 66.387ab 66.811a 64.149b 66.599 -2.450 12