《黑龙江农业科学》 2009年02
27-28
出版日期：2009-03-10
ISSN:1002-2767
CN:23-1204/S
玉米自交系品质性状的近红外光谱测定
玉米是我国最重要的粮饲兼用作物, 在我国农业的发展中占有举足轻重的位置。随着我国经济和科技的发展, 玉米生产逐渐从粮用转变为饲料、食品工业、医药工业和加工原料等多元的利用[ 1] 。玉米的广泛应用有赖于籽粒具有优良的品质特征[ 2] , 而能否选育出优良品质的杂交品种, 又主要由自交系的品质特征决定, 因此, 在品质育种的过程中, 对相应的玉米自交系进行品质测定和分析,具有十分重要的意义。传统化学方法测定速度慢,成本高, 而且样品因需要粉碎、化学预处理而受到破坏。近红外光谱(NearInfrared Spectroscopy ,简称NIRS)分析技术是20 世纪80 年代后期迅速发展起来的一项测试技术, 此技术不需化学试剂和前处理, 操作简单, 分析快速,可以非破坏性的同时批量分析样品中的多种化学成分。在欧美等国,NIRS 已成为谷物品质分析的重要手段[ 3] 。Orman等[ 4] 建立了普通玉米混合籽粒样品的油分、蛋白质和淀粉含量的校正模型。魏良明等[ 5] 利用我国常用普通玉米及杂交种样品建立了测定玉米籽粒的NIRS 定量分析模型,解决大量普通玉米样品的品质分析问题。本文以普通玉米自交系籽粒为材料,测定其粗脂肪、粗淀粉和蛋白质3 个指标,旨在为品质育种提供理论依据。1 材料与方法1 .1 材料以黑龙江省农业科学院草业所玉米研究室选育的71 份普通玉米自交系籽粒为材料,其中2005 年选取14份,2006 年选取57 份, 全部于黑龙江省农业科学院试验田种植。收获后自然风干, 人工脱粒, 剔除病粒、破粒, 选果穗中部大小均匀具有代表性籽粒用于测定化育种栽培黑 龙 江 农 业 科 学2 期 28 黑龙江农业科学学成分。1.2 NIRS 仪器与玉米定标曲线的校正实验仪器为瑞典Perten 公司的DA7200 近红外分析仪, 波长范围900～ 1 700 nm。利用6 种标准测验种对近红外光谱仪的玉米品质定标曲线进行校正, 测验种自交系的蛋白质含量运用按凯式定氮法进行测定, 油分含量按油重法进行测定,粗淀粉含量以文献资料为依据[ 6] 。所有样品的化学值均平行测定3 次, 取平均值(见表1)。根据玉米自交系的3 种成份误差值, 对近红外光谱仪的玉米曲线调整节距, 校正完成后进行籽粒样品的测定。表1 骨干自交系的化学值与NIR 测定值的比较项目粗脂肪粗淀粉蛋白质化学值(平均)/ % 3.30 72 .14 10.77NIR 测定值(平均)/ % 2.94 71 .00 7 .98误差值/ % 0.36 1 .14 2 .981.3 样品的测定方法近红外光谱分析仪具有直径约50 mm 的旋转样品池, 用待测玉米籽粒将样品池自然注满(非挤压式),籽粒不得突出样品池, 保持籽粒界面与样品池界面的平整。测量时近红外光谱仪默认两次检测取平均值,测定指标包括粗脂肪、水分、粗淀粉和蛋白质。每个样品重复装样3 次, 以消除样品籽粒大小、均匀性不一致等因素对光谱的影响, 计算其平均光谱。2 结果与分析2 .1 玉米籽粒粗脂肪、粗淀粉和蛋白质的含量分析71 份玉米自交系籽粒的粗脂肪、粗淀粉和蛋白质的含量见表2 。2005 和2006 年的粗脂肪平均含量分别为3.81%和3 .62%, 粗淀粉平均含量为72 .44%和71.96%,蛋白质平均含量为12 .15%和11.54%。魏良明[ 7] 等分析了我国常用玉米自交系的品质, 粗蛋白含量平均为11 .67% , 粗淀粉含量平均为68.82%, 油分含量平均为4.38 %。本实验所检测的玉米粗脂肪值低于我国平均水平,蛋白质含量处于平均水平, 粗淀粉值略高于平均值,有进一步选育高淀粉玉米的潜力, 但对选育高油玉米帮助不大。2005 和2006 年的变异幅度分别为:粗脂肪2.98%～ 4.18%和2 .79 %～ 4 .13 %, 粗淀粉71 .84%～ 73 .27 %和70 .22%～ 73.50 %,蛋白质10 .92 %～ 12 .87%和9.51%～ 13 .08 %。粗脂肪的变异系数较大,2005 和2006 年分别为7.09 和7.46 ;粗淀粉的变异系数较小, 为0 .51 和0 .68;蛋白质的变异系数分别为4 .03和4 .51。变异系数值说明不同材料中粗脂肪含量差异显著, 蛋白质差异较显著,粗淀粉差异不显著。表2 2005 和2006 年玉米自交系籽粒品质检测结果粗脂肪粗淀粉蛋白质2005 2006 2005 2006 2005 2006样品数/ 个14 57 14 57 14 57平均含量/ % 3.81 3 .62 72.44 71 .96 12 .15 11 .54变异幅度/ % 2.98～ 4.18 2 .79 ～ 4 .13 71 .84～ 73.27 70.22 ～ 73 .50 10 .92 ～ 12.87 9 .51 ～ 13 .08标准差0.27 0 .26 0 .37 0.49 0 .49 0 .52变异系数7.09 7 .46 0 .51 0.68 4 .03 4 .512.2 玉米品质特征的分布分析2005 和2006 年的玉米自交系品质特征分布见表3。从中可看出,所测定的玉米自交系在3 种成份中含量呈现集中分布。粗脂肪含量, 2005 年和2006 年均主要分布在3.01%～ 4 .00 %。此区间玉米样品分别占总样品数的85.71%和89 .47 %;粗淀粉含量, 2005 年主要分布在72 .01%～73 .00 %间,占85 .71 %, 2006 年分别分布在71 .01 %～72.00%和72 .01 %～ 73 .00 %两区域, 分别占52 .63 %和40 .35%;蛋白质含量, 2005 年主要分布在12.01% ～13.00%间, 占64.29%, 2006 年主要分布在11.01 %～12.00%间, 占80.70%。成份分布过于集中, 降低了实验材料进行品质育种的潜力,但从表3 中可看出, 2005 年玉米自交系中有1份材料粗淀粉高于73 %,2006 年有2 份,可考虑用于高淀粉玉米的选育;2006 年有1 份材料蛋白质达到13 .45 %(N6946),可用于高蛋白育种。表3 玉米自交系籽粒的成份分布情况粗脂肪粗淀粉蛋白质含量/ % 样品数/ 份2005 2006含量/ % 样品数/份2005 2006含量/ % 样品数/ 份2005 20062 .01～ 3 .00 1 4 70 .01 ～ 71.00 0 2 9.01 ～ 10 .00 0 23 .01～ 4 .00 12 51 71 .01 ～ 72.00 1 30 10 .01 ～ 11 .00 1 24 .01～ 5 .00 1 2 72 .01 ～ 73.00 12 23 11 .01 ～ 12 .00 4 4673 .01 ～ 74.00 1 2 12 .01 ～ 13 .00 9 613 .01 ～ 14 .00 0 13 结论近红外光谱技术可非破坏性的分析样品中的化学成分,样品经品质分析后仍可继续繁育, 不易丢失优良材料。因为作物的品质性状是可遗传的, 因此其所测定的品质性状可作为品质育种选择的重要指标。值得注意的是, 近红外光谱分析的准确性取决于相对应定标曲线的适应范围,如曲线与所测定的样品相关性差,就无法准确的检测出样品的真实品质性状, 所以在制作曲线的过程中, 要尽可能的大量收集有代表性的品种, 确保曲线的可靠性和稳定性, 除此之外, 还要不断对曲线进行扩充和校正,以保证测定结果的准确无误。