工業(yè)用高淀粉玉米及其品質改良研究.doc

工業(yè)用高淀粉玉米及其品質改良研究-作者：-日期：工業(yè)用高淀粉玉米及其品質改良長期以來玉米一直是糧食和飼料的主要資源。目前，玉米已從單純的糧食作物、飼料作物逐步向經(jīng)濟作物和工業(yè)原料過渡；由單純產(chǎn)量型向定向品質型、專用型轉變。以美國為例，1972年用于食品和非食品工業(yè)的玉米占全國玉米總量的9%，至1992年則增加到18%，達377.19108kg；我國1981年淀粉總產(chǎn)量僅為42104t，1997年已達270104t，玉米淀粉約占80%以上，淀粉產(chǎn)量的年增長率為14%左右。玉米淀粉在醫(yī)藥、化工、食品、紡織、造紙、建筑、石油化工和塑料業(yè)等具有廣泛的用途。因此，加速工業(yè)用高淀粉玉米品種的培育和改良已勢在必行。1 高淀粉玉米的概念和分類 高淀粉玉米根據(jù)其籽粒中所含碳水化合物的比例和結構分為：混和高淀粉玉米，高支鏈淀粉玉米和高直鏈淀粉玉米。混合高淀粉玉米是指普通玉米籽粒中粗淀粉含量在75%以上的工業(yè)專用型玉米。根據(jù)輕工部頒布的高淀粉玉米分級標準：一級為玉米籽粒中粗淀粉含量為75%以上，二級為72%以上，三級為69%以上。普通玉米淀粉是直鏈淀粉和支鏈淀粉的混合體，兩者所占的比重分別大約為28%和72%。我們通過品質育種和改良可不同程度地改變玉米胚乳中直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量和比例。將玉米籽粒胚乳中幾乎含有100%的支鏈淀粉的類型叫支鏈淀粉玉米（糯玉米或蠟質玉米）；將胚乳中直鏈淀粉含量在50%80%的玉米叫高直鏈淀粉玉米。2 影響玉米淀粉含量遺傳基因及高淀粉玉米品質育種方法 2.1 糯玉米（支鏈淀粉）基因型及選育方法：1909年Collins把來源于我國的糯質玉米基因定名為wx；糯玉米籽粒，由于發(fā)生單基因突變（Wx變?yōu)閣x），在純合的隱性基因WxWx的控制下，可以將支鏈淀粉含量提高到100%。糯質玉米胚乳不透明，晦暗，類似蜂蠟狀又稱蠟質玉米。糯質玉米基因作用是累加的，其基因點上有若干個等位基因，它們是WX，Wx2和Wx。Wx對后二者為顯性，后二者均為隱性基因。首先是從選育優(yōu)良自交系入手，一般采取方法為：（1）從糯玉米農(nóng)家種中直接選育一環(huán)系。（2）糯普異型雜交：用配合力和抗性較好的普通玉米自交系和糯玉米農(nóng)戶種雜交選育糯玉米二環(huán)系。（3）糯普異型雜交成對一次回交選育糯玉米二環(huán)系。選擇優(yōu)良的普通玉米自交系與糯玉米農(nóng)家種雜交，第二年在同組合內(nèi)回交，而回交的后代用輪回親本成對互測配合力，從中選優(yōu)良系自交至穩(wěn)定。目前主要運用Wx基因既可以在籽粒中表達，也可以在花粉上表達。通過2%的KI溶液染色呈紅棕色并漸漸變成暗棕色，而普通玉米則呈藍色的識別方法。運用回交轉育，回交、自交交替進行將優(yōu)良的普通玉米自交系轉育成含Wx基因的糯玉米同型系。由于控制糯玉米Wx的基因只是改變了玉米胚乳淀粉的性質，對產(chǎn)量并無太大影響。糯質玉米的配合力一般低于馬齒玉米配合力，糯質玉米雜交種產(chǎn)量也略低于馬齒玉米雜交種產(chǎn)量，而采用這一方法育成的糯玉米產(chǎn)量基本上與普通玉米相同。謝軍（1990年）報道，吉林省糯玉米資源淀粉含量比普通玉米略低，平均為64.6%67%。中國農(nóng)科院品資所（1991）測定的19861988年共計4790份糯玉米資源結果為：糯玉米與普通玉米種質資源的粗淀粉含量沒有明顯差異。筆者認為作為粒用型糯玉米，應屬中晚熟品種，籽粒中支鏈淀粉含量100%，總淀粉含量70%，產(chǎn)量在9000kg/hm2以上為宜。 2.2 高直鏈淀粉的基因型表現(xiàn)及選育方法：影響籽粒直鏈淀粉含量的突變基因主要有ae，du和su2，這三種突變基因都增加了直鏈淀粉的含量，但以ae基因最為顯著。該基因是1952年由Vineyard和Bear在一個普通玉米中發(fā)現(xiàn)了這個可加倍直鏈淀粉含量的單隱性基因，后由Kramer等人（1958）建立以ae符號作為該基因在第5染色體上的永久性符號。純合隱性基因ae可以把直鏈淀粉提高到55%65%，甚至達到80%。Haunold和Lindsey（1960）曾指出，高直鏈淀粉突變體的表現(xiàn)型鑒定是困難的，但有時一種外觀“半透明”的胚乳與高直鏈淀粉的特性是結合在一起的。他們還注意到一定的黃色遺傳背景下，高直鏈淀籽粒顏色對原始黃色的飾變。Crane1964年曾報道，比較高的直鏈淀粉與成熟籽粒的輕度凹陷或皺縮是有關的。ae基因雖然可以顯著提高直鏈淀粉的含量，但它可以引起籽粒總淀粉含量的下降和含水量的增加。目前高直鏈淀粉玉米雜交種的平均產(chǎn)量只有普通玉米的65%75%。目前世界上只有美國已將含有ae基因的玉米雜交種商品化，含du、su2基因的雜交種也進入了示范階段。商品化的直鏈淀粉玉米有三種類型：一種為五級（含直鏈淀粉50%60%）；第二種為七級（含直鏈淀粉70%80%）；第三種為八級（含直鏈淀粉80%90%）。高直鏈淀粉玉米育種，現(xiàn)世界上主要是利用ae基因。通過回交和自交交替進行的方法是獲得高直鏈淀粉自交系的一個較理想的方法。這種方法的缺點是育種周期長，每兩個世代才能完成一次回交。但我們?nèi)绻诿總€世代對回交單株進行測交鑒定，選雜合突變基因型連續(xù)回交。具體程序是從回交第二代開始，在回交的同時取被回交單株花粉與純合隱性親本測交。收獲后鑒定測交果穗，僅保留測交鑒定表現(xiàn)11分離的回交果穗。如此重復便可以達到每個世代回交一次的目的。 2.3混合高淀粉玉米的選育方法：根據(jù)11個省市（市）、自治區(qū)所選育并推廣的88個雜交種的品質分析結果看：普通玉米粗淀粉平均為68.157%，其中粗淀粉含量大于70%的占64.62%，最高含量達76.6%。從28個省、市（區(qū)）提供的7609份玉米種質資源的淀粉品質分析表明：我國玉米種質資源的粗淀粉含量為68.31%，大部分在60%72%，最高可達75.75%，粗淀粉含量大于72%的資源有230份。這說明從普通玉米中通過育種材料的定向選擇，完全可以培育出粗淀粉含量達75%的專用型高淀粉玉米品種。因此，我們應調整育種目標，選擇淀粉含量高的優(yōu)質種質或合成優(yōu)質群體做為育種素材，并通過添置快速品質分析設備，加強早代選系的品質分析，通過累加效應，達到提高淀粉含量的效果，力爭早日培育出粗淀粉含量在75%的工業(yè)專用型高淀粉玉米新品種，產(chǎn)量與目前主栽玉米相同。3 高淀粉玉米在工業(yè)中的加工利用途徑 3.1 混合高淀粉玉米中粗淀粉的加工利用：淀粉經(jīng)一定量酸堿催化可制成淀粉糖（葡萄糖、果糖、麥芽糖、果葡糖漿），果葡糖漿是食品和飲料工業(yè)的重要原料。葡萄糖氫化可制成山梨醇，它是一種重要的食品添加劑，山梨醇人體可以代謝，但不易被微生物所利用，可防止變敗，所以作為面包和蛋糕的添加劑可防止食品干裂，保持食品的柔軟新鮮，延長保質期和防止變質。山梨醇代謝不引起血糖升高，可作為糖尿病人的甜食品；山梨醇在口腔中不會引起pH值降低，可以作為防齲食品的原料。山梨醇是生產(chǎn)維生素C的起始原料；利用山梨醇可生產(chǎn)表面活性劑，在紡織業(yè)中作為乳化劑加工合成纖維，防止靜電產(chǎn)生，在印染業(yè)中可作助染劑。山梨醇作代甘油，在化妝品，卷煙和油漆行業(yè)中的用途更為廣泛。在醫(yī)藥工業(yè)中，精制的山梨醇可作為降腦壓制劑；山梨醇經(jīng)硝化生成硝基失水山梨醇，是治療冠心病的良藥。3.2支鏈淀粉在工業(yè)中的加工利用途徑：由于支鏈淀粉具有較好的穩(wěn)定性、溶解性、粘滯性、透明性，適于作增稠予制劑、乳化劑、粘著劑等而廣泛用于香腸、湯羹類罐頭、冷凍食品、膨化食品、快餐方便食品，固體飲料、軟飲料、糕點、冰淇淋、果醬、餅干等食品的添加劑。工業(yè)方面，廣泛應用于膠帶，粘合劑。在造紙業(yè)、紡織業(yè)、建筑業(yè)、石油化工等工業(yè)也有廣泛的用途。 3.3直鏈淀粉在工業(yè)中的加工利用途徑：直鏈淀粉是由一種可以制成像玻璃紙一樣薄的透明薄膜的線型分子構成。直鏈淀粉可以制造可降解塑料制品、賽璐玢、膠片和其它產(chǎn)品。特別是在農(nóng)用薄膜加工業(yè)、包裝業(yè)、紡織業(yè)、食品工業(yè)、建筑業(yè)、石油化工等工業(yè)中有著大量的需求。研究表明，直鏈淀粉是生產(chǎn)生物降解膜的主要原料。在紡織業(yè)中，直鏈淀粉作為玻璃狀定型膠料，是優(yōu)質的漿紗原料；在食品業(yè)中，由于直鏈淀粉凝膠速度