玉米新材料昌新19的穗部產(chǎn)量性狀和淀粉特性分析

摘 要：為拓寬玉米種質(zhì)資源，選育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)玉米品種，推動玉米持續(xù)增產(chǎn)，利用250Gy 60Co-γ射線處理昌7-2干種子后，通過連續(xù)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(diào)查分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，昌新19的粒長、粒寬、粒厚、百粒重、行粒數(shù)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(chǎn)潛力表現(xiàn)。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(wěn)定性。本研究拓展了玉米新種質(zhì)，為選育高產(chǎn)玉米新品種提供了理論依據(jù)和實踐基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：誘變育種；籽粒；產(chǎn)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?qū)僖荒晟荼局参铮侵匾募Z食作物和飼料作物，也是全世界總產(chǎn)量最高的農(nóng)作物，其種植面積和總產(chǎn)量僅次于水稻和小麥。玉米中含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、維生素、微量元素、纖維素等，具有開發(fā)高營養(yǎng)、高生物學(xué)功能食品的巨大潛力。選育高產(chǎn)玉米品種，提高單位土地面積的產(chǎn)量并最終實現(xiàn)玉米總產(chǎn)量的增加是當前的主要任務(wù)。因此加快玉米新品種的選育和推廣是加快玉米發(fā)展、推動玉米持續(xù)增產(chǎn)的重要途徑[1]。

目前國際上認為，玉米單位面積穗數(shù)、單穗的粒數(shù)和粒重是玉米產(chǎn)量構(gòu)成的三要素。粒重是高產(chǎn)栽培中影響產(chǎn)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(huán)境影響小，所以粒重作為高產(chǎn)育種的關(guān)鍵性狀之一，一直都是影響玉米產(chǎn)量的主要因素[2]。對粒重分析后發(fā)現(xiàn)，粒重又可以分解為粒長、粒寬、容重和粒厚等參數(shù)。因此可以通過改良這些表型，培育優(yōu)質(zhì)新品種，同時研究結(jié)果也將為玉米產(chǎn)量性狀的遺傳改良提供理論指導(dǎo)。

玉米的光合作用過程產(chǎn)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(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵

因素[4]。玉米淀粉的含量與品質(zhì)直接關(guān)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(zhì)[5～7]。孔令平等[8]發(fā)現(xiàn)，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(fù)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(wěn)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(zhì)資源，為選育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的玉米品種提供了優(yōu)質(zhì)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(nóng)業(yè)大學(xué)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(guī)則的果穗各10個進行考種，測定穗行數(shù)、行粒數(shù)、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(diào)查粒長、粒寬、粒厚、百粒重，并對表型數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，3次重復(fù)。

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(chǎn)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(zhì)的極其重要的理化性質(zhì)[13]，是影響淀粉加工的一個重要的特性。目前，關(guān)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(zhì)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，F(xiàn)V），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(fù)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(shù)均以ＲVU為單位[17]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

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

2 結(jié)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(guī)則的果穗各10個進行考種，測定穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗長、穗粗和穗粒重。結(jié)果如圖1所示，昌7-2和昌新19的穗長、穗粗、穗行數(shù)無明顯差異；但昌新19行粒數(shù)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(diào)查粒長、粒寬、粒厚、百粒重，結(jié)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(chǎn)的InfratecTM1241 近紅外谷物分析儀測定玉米籽粒淀粉含量。結(jié)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(zhì)，這些理化性質(zhì)的差異將會直接影響到其制品的品質(zhì)與質(zhì)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(zhì)好。淀粉的糊化的特性也影響了到的食品生產(chǎn)加工及其性能、貯存環(huán)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(fù)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(nèi)，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(guān)性。

峰值粘度表示了糊化能力，崩解值體現(xiàn)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(xiàn)出淀粉的熱穩(wěn)定性，崩解值越大說明熱穩(wěn)定性越差[18]，所以昌新19的熱穩(wěn)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(zhuǎn)速達到最高時隨之上升，隨著轉(zhuǎn)速的下降而下降，且在3 min前粘度都較為穩(wěn)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(jīng)過Co60-γ射線輻射后篩選，并經(jīng)過多代自交，穩(wěn)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(jīng)過多年多點的連續(xù)鑒定，發(fā)現(xiàn)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(guān)的基因發(fā)生突變。綜上，昌新19籽粒性狀的突變是穩(wěn)定、有益的，且是向高產(chǎn)方向突變的。

品質(zhì)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(zhì)的相互關(guān)系，對揭示玉米品質(zhì)的形成機理、科學(xué)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(fù)值則由于直鏈淀粉濃度的降低而呈現(xiàn)下降態(tài)勢，當直鏈淀粉濃度較低時，回復(fù)值出現(xiàn)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(xiàn)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(lián)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(yīng)用于造紙和吸附材料等領(lǐng)域；天然橡膠的耐熱性能較差限制了應(yīng)用范圍[22]，昌新19的熱穩(wěn)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(fù)合材料的耐熱性能。

玉米籽粒中的淀粉含量與品質(zhì)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(yīng)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(zhì)配制不同用途雜交種，選育優(yōu)質(zhì)玉米新品種，為我國高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)淀粉玉米選育提供支撐。

4 結(jié)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(wěn)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(yīng)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(lǐng)域上應(yīng)用。此外，昌新19對于選育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)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(fā)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(fā)計劃（農(nóng)業(yè)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。