玉米新材料昌新19的穗部产量性状和淀粉特性分析

摘 要：为拓宽玉米种质资源，选育高产优质玉米品种，推动玉米持续增产，利用250Gy 60Co-γ射线处理昌7-2干种子后，通过连续多年对株型、穗部及籽粒性状的筛选获得突变体新材料昌新19。对昌7-2和昌新19籽粒和穗部表型、籽粒淀粉特性进行调查分析。结果发现，昌新19的粒长、粒宽、粒厚、百粒重、行粒数和穗粒重均显著或极显著大于昌7-2，其百粒重和穗粒重分别增加了8.4%和28.8%，具有良好的高产潜力表现。且昌新19的总淀粉含量为70.37%，具有良好的耐剪切性和热稳定性。本研究拓展了玉米新种质，为选育高产玉米新品种提供了理论依据和实践基础。

关键词：诱变育种；籽粒；产量性状；表型分析；淀粉特性

中图分类号：S513" 文献标识码：A" 文章编号：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

玉米也称玉蜀黍、苞谷、苞米，属于禾本科玉蜀黍属一年生草本植物，是重要的粮食作物和饲料作物，也是全世界总产量最高的农作物，其种植面积和总产量仅次于水稻和小麦。玉米中含有丰富的蛋白质、脂肪、维生素、微量元素、纤维素等，具有开发高营养、高生物学功能食品的巨大潜力。选育高产玉米品种，提高单位土地面积的产量并最终实现玉米总产量的增加是当前的主要任务。因此加快玉米新品种的选育和推广是加快玉米发展、推动玉米持续增产的重要途径[1]。

目前国际上认为，玉米单位面积穗数、单穗的粒数和粒重是玉米产量构成的三要素。粒重是高产栽培中影响产量的主要因素，粒大小也是影响粒重的重要性状之一。由于粒重的遗传力较高，受环境影响小，所以粒重作为高产育种的关键性状之一，一直都是影响玉米产量的主要因素[2]。对粒重分析后发现，粒重又可以分解为粒长、粒宽、容重和粒厚等参数。因此可以通过改良这些表型，培育优质新品种，同时研究结果也将为玉米产量性状的遗传改良提供理论指导。

玉米的光合作用过程产生的过量葡萄糖以淀粉的形式储藏在淀粉体中并为植物种子、胚乳和块茎的生长提供能源[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%，是影响玉米产量和品质的关键

因素[4]。玉米淀粉的含量与品质直接关系着玉米的用途与作用。不同品种玉米淀粉的理化特性有一定的差异，这些差异直接影响淀粉的溶解度、糊化、凝胶和流变等理化特性，而淀粉的理化特性会直接影响其制品的感官品质[5～7]。孔令平等[8]发现，不同玉米品种和播期的淀粉峰值黏度、谷值黏度、崩解值、回复值、峰值时间、糊化温度差异显著，且品种的影响要大于播期。

昌7-2是我国玉米育种家培育的具有多个衍生自交系和组配品种的一个核心自交系，配合力高、抗逆性强、吐丝间隔短[9～12]。在2010年利用250Gy 60 Co- γ射线处理昌7-2干种子后，通过多年对株型、穗部和粒型的筛选，成功鉴定出了稳定的突变新株系tc19，该株系于2018年被命名为昌新19。本试验通过对昌7-2和昌新19两个材料的穗部和籽粒表型以及淀粉特性的比较分析，明确了昌新19的表型，丰富了玉米的种质资源，为选育高产、稳产、优质的玉米品种提供了优质的亲本资源。

1 材料与方法

1.1 试验材料

昌7-2和突变体昌新19，由青岛农业大学玉米分子育种研究室提供。

1.2 试验方法

1.2.1 籽粒表型测定 在大田播种昌7-2和昌新19玉米材料，正常田间管理。成熟后按单穗收获，选取长势一致、性状规则的果穗各10个进行考种，测定穗行数、行粒数、穗长、穗粗和穗粒重。然后将穗中部籽粒剥下，混均后随机选择饱满、均一的种子各10粒，调查粒长、粒宽、粒厚、百粒重，并对表型数据进行统计分析，3次重复。

1.2.2 籽粒淀粉特性分析

1.2.2.1 玉米籽粒淀粉含量测定

随机选择饱满、均一的种子利用FOSS公司（丹麦）生产的InfratecTM1241 近红外谷物分析仪测定玉米籽粒淀粉含量。具体步骤参照InfratecTM1241近红外谷物分析仪操作说明书。

1.2.2.2 糊化特性测定

淀粉本身具有的糊化特性是衡量淀粉品质的极其重要的理化性质[13]，是影响淀粉加工的一个重要的特性。目前，关于水稻、小麦、糯玉米等作物的淀粉糊化特性及利用淀粉糊化特征值对品质进行评价和筛选已有研究报道[8]。RVA-TecMaster快速粘度测试仪是测定淀粉的糊化特征最常用的仪器[14～16]。籽粒RVA（淀粉糊化） 特征值包括：峰值黏度（Peak Viscosity，PV）、热浆黏度或低谷黏度（Hot Viscosit，HV）、最终黏度或冷胶黏度（ Final Viscosity，FV），峰值时间（Peak tim，P-time） 和糊化温度（Paste temperature，P-temp）;并计算崩解值或稀懈值（Break down，BD = PV -HV）、消减值（Set back，SB = FV-HV）、反弹值或回复值（Consistence，CT = PV-FV）。峰值时间单位为min，糊化温度单位为℃，其它特征参数均以ＲVU为单位[17]。

1.3 数据处理

利用DPS17.5软件和Microsoft Excel 2016软件进行数据处理，利用TCW控制软件生成淀粉糊化特性的图表。

2 结果与分析

2.1 昌新19籽粒表型分析

2.1.1 穗部性状分析 成熟后按单穗收获，选取长势一致、性状规则的果穗各10个进行考种，测定穗行数、行粒数、穗长、穗粗和穗粒重。结果如图1所示，昌7-2和昌新19的穗长、穗粗、穗行数无明显差异；但昌新19行粒数和穗粒重显著高于昌7-2。

2.1.2 籽粒性状分析 选取成熟后完整、均一的昌7-2和昌新19果穗进行考种，将穗中部籽粒剥下，混均后随机选择饱满、均一的种子各10粒，调查粒长、粒宽、粒厚、百粒重，结果如图2所示，昌新19的粒长、粒宽、粒厚及百粒重均极显著（%Plt;0.01）高于昌7-2，体积显著（P%lt;0.05）高于昌7-2，昌新19的粒长、粒宽和粒厚分别为10.65 mm、8.11 mm和5 mm，均极显著或显著高于昌7-2，其百粒重为22.22 g，显著高于昌7-2。

2.2 籽粒淀粉特性分析

2.2.1 淀粉含量测定 分别随机选择昌7-2和昌新19饱满、均一的种子，利用FOSS公司（丹麦）生产的InfratecTM1241 近红外谷物分析仪测定玉米籽粒淀粉含量。结果如图3所示，昌7-2的平均淀粉含量为69.13%，昌新19为70.37%。

2.2.2 淀粉糊化特性测定 不同玉米品种的淀粉具有不同的理化性质，这些理化性质的差异将会直接影响到其制品的品质与质量。淀粉糊化特性是评价淀粉理化特性的一个重要指标，可直接准确反映玉米品质好。淀粉的糊化的特性也影响了到的食品生产加工及其性能、贮存环境和口感[18]。

淀粉糊化特性采用 RVA（Rapid Visco Analyzer， Model 3D）测定，并用 TCW（Thermal Cycle for Windows）配套软件分析。峰值黏度、谷值黏度、崩解值、终值黏度、回复值、峰值时间和糊化温度的测定方法参照 Chang 等[19]的方法。RVA特性如表1 所示，TCW糊化曲线如图4。

由表1可知，昌7-2和昌新19的糊化时间均为4.93 min，说明在相同温度内，二者达到峰值粘度的容易程度差不多；与昌7-2相比，昌新19的峰值粘度、谷值粘度和最终粘度都比较大，分别为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关性。

峰值粘度表示了糊化能力，崩解值体现了淀粉的耐剪切性能。昌新19的峰值粘度最高为1 163 cP，表明昌新19糊化能力强；昌7-2的崩解值为60 cP，昌新19为28 cP左右，表明昌7-2的耐剪切性低于昌新19。同时，崩解值也可以体现出淀粉的热稳定性，崩解值越大说明热稳定性越差[18]，所以昌新19的热稳定性比昌7-2好。

由图4可知，昌7-2在5 min峰值粘度为805 cp，然后粘度下降，在7 min左右达谷值粘度为745 cp后上升；昌新19在5 min峰值粘度为1 163 cP，然后粘度下降，在7 min多时达谷值粘度为1 135 cP后上升。两个玉米品种粘度在转速达到最高时随之上升，随着转速的下降而下降，且在3 min前粘度都较为稳定；从两个糊化曲线对比可以看出，在粘度上升过程中，昌新19的糊化曲线上升速度较昌7-2快。

3 讨论

本研究中，昌新19是玉米自交系昌7-2经过Co60-γ射线辐射后筛选，并经过多代自交，稳定遗传的突变株系。通过γ射线诱变处理获得的突变体，往往都是多基因、多性状的突变，经过多年多点的连续鉴定，发现昌新19的粒长、粒宽、粒厚，及百粒重明显增大，推测可能是粒型相关的基因发生突变。综上，昌新19籽粒性状的突变是稳定、有益的，且是向高产方向突变的。

品质通常用淀粉的糊化特性指标来衡量。分析玉米淀粉糊化特性与品质的相互关系，对揭示玉米品质的形成机理、科学地制定育种策略，提高玉米育种水平具有重要意义。峰值粘度影响淀粉的糊化能力，峰值粘度反映的是粘滞性的强弱，粘度越大，粘滞性越强。昌新19的峰值粘度高于昌7-2，粘度大于昌7-2；直链淀粉的水溶性较差，并且不溶于脂肪。而张兆利[8]等人的研究表明，随着淀粉的粘度的升高，样品中的直链淀粉含量也随之升高，而回复值则由于直链淀粉浓度的降低而呈现下降态势，当直链淀粉浓度较低时，回复值出现骤减趋势。昌新19的直链淀粉比例高，肖文[20]报道称直链淀粉的凝沉性较好，由此推测昌新19可以用来制作对水和油脂具有良好的隔绝性保护膜。淀粉的崩解值体现出其耐剪切性，昌新19具有较好的耐剪切性能，倪海明[21]等人指出交联淀粉具有抗剪切性能，可以将这两个玉米品种进行淀粉衍生化改善性能，应用于造纸和吸附材料等领域；天然橡胶的耐热性能较差限制了应用范围[22]，昌新19的热稳定性良好，可以将其进行糊化处理后与天然橡胶混合增强复合材料的耐热性能。

玉米籽粒中的淀粉含量与品质对玉米用途的影响是巨大的，因此对玉米籽粒淀粉的分析在实际应用中有着重要意义。昌新19的淀粉含量显著高于昌7-2，所以昌新19可与不同玉米种质配制不同用途杂交种，选育优质玉米新品种，为我国高产优质淀粉玉米选育提供支撑。

4 结论

昌新19的粒长、粒宽、粒厚、百粒重都显著或极显著高于昌7-2，性状遗传稳定且具有较高的利用价值。通过对玉米籽粒淀粉的含量和糊化粘度特性分析，昌新19的应用范围可能与昌7-2不同，可在吸附材料和食品保护膜等领域上应用。此外，昌新19对于选育高产优质玉米新品种以及对其淀粉特性方面的研究具有重要理论和实践意义。

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基金项目：国防科工局核能开发科研项目“核辐射作物品种改良与害虫防控”山东省重点研发计划（农业良种工程）课题（2022LZGC0063）。

第一作者简介：吴双智（1999-），女，研究生，主要从事玉米分子育种研究。

通信作者：郭新梅。