不同組配方式的紫玉米產量性狀研究

紫色玉米以其谷物的顏色而聞名。普通玉米、糯米玉米、糯米玉米和爆炸玉米都有紫色種子。紫玉米的籽粒可加工成面粉和米供食用,也可在乳熟期采收用作鮮食,又可提取花青素用于保健食品、藥品、飲品及化妝品等。紫玉米的穗軸、雄穗、苞葉都可作為提取花青素的原料。美國、法國、韓國等國家研究發(fā)現(xiàn),在諸多植物花青素中,紫玉米花青素的功效最佳、含量最高。但是,世界紫玉米資源極其缺乏、種質基礎特別狹窄,選育出花青素和籽粒產量均高的品種難度較大。沈陽農業(yè)大學特種玉米研究所經(jīng)過多年研究表明,紫玉米的果皮顏色具有可在F1代表現(xiàn)顯性的遺傳特點,無論以紫玉米與紫玉米,還是紫玉米與非紫玉米的正反交組配,都可育成紫玉米雜交種。這為紫玉米雜交種的親本材料選擇和種質資源挖掘利用創(chuàng)造了有利條件。因此,在紫玉米種質資源缺乏的情況下可以通過對非紫玉米資源的利用,更容易地選育出高產優(yōu)質抗性優(yōu)良的紫玉米新品種。紫玉米的重要價值在于紫玉米花青素,因此除了籽粒產量以外,花青素含量及產量也是衡量紫玉米品種的重要技術指標。國內外對紫玉米育種及紫玉米花青素含量的研究較少,本研究通過紫玉米與紫玉米、紫玉米與非紫玉米的不同組合,對不同組配方式的雜交種花青素含量、單位面積花青素產量以及花青素在植株不同部位的分布進行研究,旨在為紫玉米新品種選育、種質資源的創(chuàng)新和利用提供參考。1材料和方法1.1自交系及其雜交組合試材為沈陽農業(yè)大學特種玉米研究所選育的玉米自交系及其雜交組合,由沈陽農業(yè)大學特種玉米研究所提供。包括18個自交系(表1)和以不同組配方式形成的16個紫玉米雜交組合(表2)。1.2小區(qū)布局及密度試驗于2011年在沈陽農業(yè)大學試驗田進行,試驗田地勢平坦,肥力中等。隨機區(qū)組排列,6行區(qū),行長4m,小區(qū)面積14.4m2,3次重復。種植密度50000株/hm2。按常規(guī)生產進行田間管理。1.3測量設計和方法1.3.1含水量測定總含水量成熟期收獲小區(qū)中間4行,風干后測定籽粒產量及含水量,以含水量14%計產。每個組合取有代表性的15穗室內考種,指標包括:穗長、禿尖長、穗粗、軸粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重。1.3.2熟后取樣方法雄穗在散粉初期取樣,籽粒、穗軸和苞葉在成熟后取樣。測定方法采用pH示差法,根據(jù)Rapisardaetal.andLoScalzoetal.的方法,并稍加改進。1.4處理數(shù)據(jù)采用Excel和DPS軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。2結果與分析2.1不同組織法的紫玉米產量、花青素含量和花青素含量的比較2.1.1紫細胞度對紫玉米穗部性狀的影響從表3可以看出,不同組配方式的紫玉米組合間產量差異很大。總體上,紫非糯玉米與糯玉米雜交的產量明顯高于其它組合。其中紫-21的籽粒產量最高,為13408.04kg/hm2,紫-24次之,為13398.55kg/hm2。有少部分紫糯×糯玉米組合表現(xiàn)出較突出的產量,如紫-29、紫-28。該結果可能與紫玉米、糯玉米的遺傳基礎狹窄、配合力較低有關。因此,僅就紫色性狀而言,紫非糯玉米×非紫非糯玉米可能獲得產量更高的組合,在這種組配方式中,其親緣關系較遠且資源豐富,可表現(xiàn)出較強的雜種優(yōu)勢。此外,在紫品-7(深紫非糯×深紫糯)上表現(xiàn)的產量特別低的現(xiàn)象也可能與其植株紫色、花青素含量高而葉綠素含量低使光合能力較弱有關。由表4可知,不同組配方式的紫玉米穗部性狀差異很大。總體上看,紫非糯玉米與糯玉米雜交,其組合的有效穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重均高于紫糯玉米與糯玉米組合。可見紫非糯玉米與糯玉米雜交組合有效地改良了紫玉米的穗部性狀,從而提高了紫玉米產量。2.1.2各組配方式含紫玉米的1.對不同組配方式的紫玉米花青素含量測定結果表明,深紫×深紫的花青素含量明顯高于其他組配方式(p<0.01),籽粒外觀顏色與親本顏色相同。淺紫×非紫的花青素含量顯著低于其他組配方式。在其他組配方式中,只有其中一個親本為紫色而另外一個為淺紫或非紫色即F1代為雜合的,外觀顏色呈現(xiàn)紫色但要淺于紫玉米親本。但是在這種組配方式下仍保持有較高的花青素含量,其中深紫×淺紫、非紫×深紫這2種組配方式的花青素含量達到深紫×深紫組配方式的75.91%和67.78%。說明通過深紫玉米與非深紫玉米甚至是非紫玉米雜交,也可獲得花青素含量較高的組合。綜合比較單位面積花青素產量。各組配方式果皮顏色的深淺的順序為:深紫×深紫>深紫×淺紫>非紫×深紫>淺紫×非紫。深紫×深紫的單位面積花青素產量大幅度高于其他組配方式(p<0.01)。結合表3、表5結果進行籽粒產量、花青素含量與籽粒花青素產量的相關性分析,結果表明:籽粒花青素產量與籽粒花青素含量之間呈極顯著正相關,相關系數(shù)為0.95**(p<0.01);籽粒花青素產量與籽粒產量之間呈極顯著正相關,相關系數(shù)為0.57*(p<0.05)。可見,在紫玉米自交系配合力未能得到顯著提高的情況下,也可以利用紫玉米與非紫玉米之間的組配,獲得較高的單位面積花青素產量。2.2玉米原漿的貯藏紫玉米穗軸、苞葉和雄穗花青素含量較高,易于采收和貯藏,是提取花青素的很好原料,可制成多種功能型產品,且去雄還有利于玉米增產。因此,對不同組配方式的紫玉米組合做了相關部分的花青素含量和產量研究。2.2.1不同處理組配方式結果表6的分析結果表明,深紫×深紫,穗軸花青素含量、產量均最高,大幅度高于其他組配方式(p<0.01),這與籽粒花青素含量、花青素產量變化趨勢相似。相關分析結果表明,穗軸花青素含量與籽粒花青素含量呈極顯著正相關,相關系數(shù)0.72**(p<0.01)。說明可以通過籽粒的顏色初步判斷穗軸的顏色。2.2.2不同組配方式紫品-7類枝葉花青素含量的測定各個組配方式的苞葉顏色,除紫品-7(綠色苞葉×深紫苞葉)為深紫外,其余僅局部顯現(xiàn)紫色,甚至均為綠色。花青素含量測定結果顯示,紫品-7苞葉花青素含量、花青素產量最高,大幅度地高于其他組配方式(p<0.01),這主要與親本表現(xiàn)型有關。若親本之一為紫株紫玉米,則雜交組合苞葉為深紫色。深紫苞葉×深紫苞葉,花青素含量可能更高,但受紫資源和葉綠素含量的限制,產量可能會有所下降。2.2.3雄穗花青素的配方深紫雄穗與綠色雄穗的正反交組合,紫玉米雄穗花青素含量、花青素產量最高。總體上,雄穗花青素產量主要由其花青素含量決定,盡管雄穗干物質重量差異很大,但是其對花青素產量的貢獻率較小。表8的分析結果表明,若以獲得較高含量和產量的雄穗花青素為目標,則應選用深紫雄穗紫株紫玉米自交系之間的組配。2.3不同組配方式對葉綠素產量的影響不同組配方式的紫玉米花青素總產量差異很大。如圖1所示,各種組配方式的花青素總產量高低順序為:深紫×深紫>深紫×淺紫>非紫×深紫>淺紫×非紫。深紫×深紫花青素總產量大幅度地高于其他組配方式(p<0.01),單純從獲得較高花青素產量的角度考慮,此種組配方式為最優(yōu)組合。但其中深紫×淺紫、非紫×深紫這2種組配方式花青素總產量也相對較高,為深紫×深紫的67.63%和48.30%。說明在紫玉米資源缺乏的情況下,通過深紫玉米與非深紫玉米雜交也可獲得較高的花青素產量,同時又可兼顧較高的籽粒產量。綜合表5、6、7和表8的結果可以看出,對紫玉米花青素總產量貢獻最大的是籽粒,其次是穗軸,最后是雄穗及苞葉。相關分析結果表明,總花青素產量與籽粒花青素產量呈極顯著正相關,相關系數(shù)0.99**(p<0.01),總花青素產量與穗軸花青素產量間呈極顯著正相關,相關系數(shù)0.86**(p<0.01),穗軸花青素產量與籽粒花青素產量呈極顯著正相關,相關系數(shù)0.79**(p<0.01),雄穗花青素產量與苞葉花青素產量呈極顯著正相關,相關系數(shù)0.80**(p<0.01)。3紫玉米及穗軸花青素含量研究結果表明,不同組配方式的紫玉米籽粒花青素含量、籽粒產量及籽粒花青素產量差異均較大。深紫玉米×深紫玉米的籽粒花青素含量最高,紫非糯玉米×糯玉米的產量最高。綜合考慮紫玉米花青素的產量,深紫玉米×深紫玉米的花青素產量顯著高于其他組配方式,但是本研究中紫玉米與非紫玉米雜交均屬紫玉米與糯玉米雜交,考慮到糯玉米的配合力相對較低,因此紫非糯玉米與非紫非糯玉米雜交的產量將會更高。控制紫玉米性狀的有關基因至少在10個以上,其中包括控制果皮基因P1,控制紫色糊粉層的基因A1、A2、BZ1、BZ2、C1、C2、In、Pr和R等。其中,作用最大的是P1,且屬顯性性狀,可通過雜交、回交等多種方法將紫色基因聚合,在籽粒高產的同時保證花青素產量,從而培育出花青素含量較高的高產紫玉米品種。紫玉米不同組配方式的穗軸花青素含量、花青素產量結果與籽粒的結果相同,不同組配方式的雄穗、苞葉花青素含量及花青素產量差異較大,主要由親本類型決定。以獲得較高產量的雄穗、苞葉花青素含量及產量為育種目標,應采用深紫雄穗×非深紫雄穗,深紫苞葉×非深