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高产普通玉米高油化的研究

赵洪涛  
【摘要】: 利用高油玉米花粉为普通玉米或其雄性不育单交种授粉,多性状筛选获得高产优质的普通玉米×高油玉米杂交组合,探讨了普通玉米×高油玉米杂交当代籽粒获得高产优质的生理基础,在此基础上提出了高产普通玉米高油化的概念,并对其可行性和应用前景作出分析,试验于2000-2001年在山东农业大学教学基地玉米科技园和作物高产生理实验室进行。试验结果如下:1 高油玉米与普通玉米杂交,通过多性状筛选高产优质的普通玉米高油化杂交组合 利用6个高油玉米品种为17个普通玉米品种和其中4个雄性不育单交种授粉,在122个杂交组合中,产量显著增加的有45个组合,占37%,增幅为3.84%~30.3%,有28个组合杂交当代籽粒的千粒重显著高于普通玉米自交籽粒,占23%,增幅为2.6%~17.1%。 杂交当代籽粒的含油量得到显著提高,含油量为3%~4%的普通玉米与含油量为7.2%~8.7%的高油玉米品种杂交后籽粒含油量达到5%~6.5%,增幅为26%~67%。岭回归分析得出,高油玉米与普通玉米杂交,杂交当代籽粒的含油量与父母本自交籽粒含油量的关系是:F_0=1.015P_1+0.225P_2(F_0:杂交籽粒的含油量,P_1、P_2分别为母本和父本自交籽粒的含油量,下同)。2001年选用了含油量为8.1%~15.74%的高油玉米品种作父本与普通玉米杂交,杂交当代籽粒含油量增幅在43%~129%,提高到8%以上的组合占20%左右,达到或超过了一般高油玉米品种的含油量。超高油玉米品种与普通玉米品种杂交,杂交当代籽粒的含油量与父母本含油量的关系是:F_0=0.65P_1+0.35P_2。 同一普通玉米品种作母本与不同的高油玉米品种杂交当代籽粒的蛋白质含量与普通玉米自交籽粒相比,或者全部增加,或者全部降低。杂交当代籽粒的赖氨酸含量一般显著或极显著的高于普通玉米自交籽粒,低于高油玉米自交籽粒。岭回归得出杂交当代籽粒的赖氨酸含量与父母本赖氨酸含量的关系是:F_0=0.4147P_1+0.5102P_2(F_0:杂交籽粒的赖氨酸含量,P_1、P_2分别为母本和父本自交籽粒的赖氨酸含量)。杂交籽粒的直链淀粉含量基本上表现为:低于普通玉米自交籽粒,高于高油玉米自交籽粒,支链淀粉含量的变化趋势则相反。 综合考虑了杂交当代籽粒的产量、含油量、蛋白质含量、赖氨酸含量,父母本的花期相遇性、植株性状等因素筛选出了三对优良杂交组合:鲁单50×高油2002、山农985×高油115、泰单315×高油2002。2.高产普通玉米高油化的生理生化原因 杂交当代籽粒的产量高于普通玉米自交籽粒,表现为杂交当代籽粒的千粒重、穗粒数或者两者都增加。杂交植株穗位叶的叶绿素含量及组分随着父本高于或低于母本的含量而增加或降低,杂交植株绿叶面积的下降速率在灌浆后期或整个灌浆过 —— 程中低于普通玉米自交植株。 玉米杂交当代籽粒与普通玉米自交籽粒相比在整个灌浆过程中其含油量的增加 主要来自于籽粒胚中含油量的增加及胚干量的增加。玉米杂交当代籽粒和胚中的某 一特定脂肪酸组分随着高油玉米自交籽粒中该种组分含量高于或低于普通玉米而增 加或降低。 鲁单 50 X高油 2002杂交籽粒的含氮量高于鲁单 50自交籽粒,而其它两个组合 杂交籽粒的含氮量与普通玉米自交籽粒没有表现出差异。杂交籽粒胚中的含氮量在 胚发育的整个过程中都低于普通玉米自交胚中的含量。玉米杂交当代籽粒和胚中蛋 白质组分因高油玉米自交籽粒中该种组分的含量高于或低于普通玉米而增加或降 低。杂交当代籽粒氦基酸总量增加,必需氨基酸总量增加,必需氨基酸总量与氨基 酸总量的比值也增高。 从氮素同化特性看,杂交植株穗位叶硝酸还原酶活性的变化趋势和籽粒中含氮 量的变化趋势基本一致,杂交籽粒中谷氨酞胺合成酶的活性一般低于母本自交籽粒, 谷氨酸脱氢酶活性则高于或持平于母本自交籽粒。鲁单50X高油2002杂交植株穗位 叶的可溶性蛋白含量高于鲁单50自交,其它两个组合趋势相反;杂交当代籽粒中可 溶性蛋白含量高于普通玉米自交籽粒,低于高油玉米自交籽粒。 从对淀粉合成特性的影响看,授粉后20天杂交籽粒的ADPGPPase活性低于普 通玉米自交籽粒,授粉后40天则相反,UDPGPPase的活性变化趋势则相反,说明 杂交籽粒与自交籽粒的淀粉合成能力可能存在时期差异。杂交当代籽粒GBSS的活 性低于普通玉米自交籽粒,其变化趋势与直链淀粉含量的变化趋势基本一致。 普通玉米与高油玉米杂交,只要选择合适的组合,能显著提高杂交当代籽粒含 油量、籽粒产量,改善籽粒品质,充分体现了高油玉米的花粉直感效应、单交种再 杂交的杂种优势,这一措施可概括为“高产普通玉米高油化”。高产普通玉米高油化 有望解决当前玉米生产中存在的高产与优质的矛盾。


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