優質蛋白玉米現狀及發展趨勢

于敏 朱蕾

（黑龍江省克山農場農業科，黑龍江 克山 161621）

1 玉米在糧食生產中的重要性

玉米不僅是食糧，更是重要的飼料和適于深加工的原料，更多地用于養殖轉化為肉、蛋、奶及水產品，提供社會需求，滿足人民生活需要。在過去社會經濟水平低下農業生產相對較落后，人們主要追求獲取更多產品數量維持生活所需，缺乏重視品質，社會經濟的飛躍進步人們由溫飽走向小康，市場對產品需求發生了根本的變化、要求改善農產品品質、增加農產品種類；人們更注重多元目標的追求，品種多樣化、產品優質化、生產產業化，農產品競爭越來越集中為品質競爭。現代科技又促使玉米生產由低級的數量型轉變為高層次的數量、質量型，由簡單的原料型轉變為種、養、加工結合的多元經濟產業型。社會經濟向前發展，人民生活不斷提高，玉米加工業的發展對玉米品種多樣化的要求日趨迫切，玉米品種多樣化還將改善玉米的種植結構，提高玉米產品商品值，增加農民收入。因此，大力發展高產優質專用玉米勢必成為調整農業產業結構，推進農業持續發展的組成部分。20世紀80年代美國和拉丁美洲12國聯合制訂了LAMP計劃，90年代美國又實施了GEM計劃，旨在包括發展專用型玉米，滿足社會經濟發展對玉米的多樣性要求提高玉米的商品價值，增加種植者效益，專用型玉米指不同用途的特用玉米，如飼用效率高的優質蛋白玉米，適于加工油脂和飼料的高油玉米，適于加工淀粉的高淀粉玉米及餐用甜、糯玉米等，專用玉米發展將有力促進玉米加工業的發展提高玉米的比較優勢、增加經濟效益。

2 優質蛋白玉米遺傳效應研究及利用評價

2.1 優質蛋白玉米遺傳效應研究

20世紀60年代科學家發現含opaque-2(簡稱o2)突變體一類玉米籽粒胚乳中賴氨酸比普通玉米高70%-100%，其原因是在o2基因作用下籽粒胚乳中蛋白質發生變化，醇溶蛋白含量下降，谷蛋白、白蛋白和球蛋白比例上升而增加胚乳中賴氛酸、色氨酸含量，提高蛋白質利用率，使其消化率、凈蛋白利用率、生物價均比普通玉米顯著提高。從此o2基因轉育利用成為改良玉米蛋白質品質的主要途徑，然而o2玉米的粉質胚乳、淀粉粒排列松散，帶來結構疏松、容重低、降低產量而制約著該類玉米發展，科學家們尋求解決這些缺陷，包括尋找新的突變體、改變胚與胚乳比例、通過輪回選擇提高賴氨酸含量、利用雙突變體、選擇多糊粉層、利用o2基因及其修飾因子互作效應。Wolf等報道賴氨酸含量隨棚粉層效增加而提高、Glover的結果對遺傳背景幾乎相等的材料單基因突變體賴氨酸含量都高于普通玉米，o2基因與其它突變體組成雙突變體能全部或部分地抑制玉米膠蛋白累積，促進谷蛋白生成而增加賴氨酸、色氨酸含量，但這些雙突變體的其他性狀不能令人滿意、子行變寬、籽粒變小、密度下降而減產，CIMMYT經過10多年努力，發現利用o2基因與其修飾因子互作才是克服o2玉米生理缺陷的最佳方法，并把硬質胚乳高賴氨酸玉米稱為優質蛋白玉米(簡稱QPM)。修飾基因是由微效多基因組成呈累加性作用，其作用在于把粉質胚乳全部或部分改變為硬質胚乳增加籽粒質量和重量，可通過選擇來提高其頻率增加胚乳硬度。Chone等認為玉米籽粒中賴氨酸合成至少由兩個遺傳系統控制，一個是o2基因另一個存在于普通玉米中，兩系統為累加式互補作用。利用o2基因來提高玉米籽賴氨酸含量的可能性已被迄今所有試驗所證明，也已確定o2基因的存在不會對其他品質因素產生不利影響。

2.2 優質蛋白玉米利用評價

最先發現優質蛋白玉米的特殊作用是Mertz等人用o2玉米和普通玉米飼養斷奶大白鼠，28天后前者體重97g后者27g，后來又在8.8%蛋白源條件下探討蛋白質利用率，發現若以酪蛋白為100、則o2玉米為90、普通玉米為50、小麥和高梁分別為50和41。Devadas等人對兒童的營養試驗表明，o2玉米蛋白質添加鈣質后營養價值與脫脂奶粉相當，Glark等人報道o2玉米維持人體氮平衡是普通玉米的2倍，我國防疫部門研究表明優質蛋白玉米中尼克酸大多為游離態、易為人體吸收利用可防治因長期食用玉米無果蔬食用產生的賴皮病，而普通玉米的尼克酸大多為結合態，人體無法吸收利用。最早的養豬試驗是Booson等人和Pickott(1gi)，o2玉米日增重與粗蛋白質相當的普通玉米加大豆粉料相一致，國內外大量養豬試驗表明用優質蛋白玉米飼養比普通玉米日增重高30%以上、比稻谷料高21.5%，飼養蛋雞產蛋率增加15%、用于養鴨、養免、羊及乳鴿也能大幅度提高經濟效益。

3 優質蛋白玉米發展前景及面臨的挑戰與對策

3.1 優質蛋白玉米發展前景

玉米是畜牧業的主要飼料，在飼料中蛋白質是重要成分，蛋白質價值高低取決于氨基酸種類、含量及平衡性，普通玉米由于賴氨酸、色氨酸含量偏低而限制了玉米的營養價值，作為配合飼料要添加豆餅、色粉或氨基酸才能滿足畜禽正常生長發育的營養需求。由于我國高品質的蛋白質飼料不足，優質蛋白玉米對畜牧業發展將起著非常重要的作用，在農村由于市場發育不完善或經濟因素等制約，家庭飼養仍然是用傳統的未加工原糧作為飼料。隨著社會經濟向前發展，人民收入增加，生活水平提高及城市化、市場化的發育與完善，以及城鎮人口比例擴大，到2000年人們對農畜產品需求增長1.5倍，用于飼用的玉米需求量越來越大。蛋白玉米對提高飼料品質降低飼料成本是一項增加養殖效益行之有效的途徑，在貧困山區尤是如此。在耕地持續減少，期間大豆生產不可能大量增加，魚粉供應也不足，因此飼料不足尤其是優質飼料不足將是發展畜牧業面臨的挑戰。大量飼養試驗己表明優質蛋白玉米是優質的高效能飼料，僅此一項就可以大幅度提高飼料的轉化率及畜禽產品的商品率。通過種植業結構調整，發展優質蛋白玉米可以開拓新的經濟增長點，提高農民收入，促進經濟可持續發展，可以預見發展優質蛋白玉米能夠使我們充分利用現有資源，有效使用先進適用技術，提高土地生產率、資源利用率、勞動報酬率，用較少的糧食生產更多的禽畜產品，取得顯著的經濟效益，社會效益，促進農業產業化，有利于我國農業可持續發展，是一項行之有效的先進適用技術。若全區50%玉米面積改為優質蛋白玉米，以優質蛋白玉米比普通玉米賴氨酸含量提高o.12%，相當于多產1000t天然賴氨酸或以優質蛋白玉米比普通玉米增效30%計相當于玉米面積擴大15%。

3.2 發展優質蛋白玉米面臨的挑戰及對策

優質蛋白玉米營養價值及利用效果令人興奮，而優質蛋白玉米的發展也還面臨許多問題：玉米蛋白質的細微結構、結構基因的確團數目及功能、遺傳控制等還未能有效運用到育種利用中去，如何協調優質蛋白玉米籽粒硬質度、賴氰酸含量及籽粒產量之間的關系，進一步提高雜交種籽粒產量尚需努力；人們的消費觀念、食品加工業的發展；優質蛋白玉米生產利用需要一整套專用系統、才能使其廣泛種植和利用成為可能；優質蛋白玉米育種除面臨普通玉米育種的所有問題外，還需克服許多特殊困難，尤其是解決高產與高含量賴氨酸要付出更大的努力，更需要科技和物力投入。

深入探討o2基因及其修飾因子的作用機理，探討優質蛋白玉米育種雜交優勢形成的基因表達及調控；以先進科技為依托，依賴科技高起點、高水平進行親本優勢群發掘，利用分子生物學、分子標記等先進技術檢測優質基因，發掘有利用價值的優異種質，組建雜種優勢類群，創建雜交優勢模式。

[1]楊曉輝,韓曉清,崔書會;中國優質蛋白玉米育種研究進展[J];北京農學院學報;2005年01期.

[2]劉治先,李霞,趙寶和,韓靜,劉朋;我國優質專用玉米的發展策略[J];山東農業科學;2004年01期.