陳新葉, 高華洋, 王 燦, 陳 晨, 趙仁貴

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 長春 130118)

甜玉米(ZeamaysL.saccharataSturt)是玉米的一個(gè)亞種,甜玉米起源于南美洲。因其具有較高的營養(yǎng)價(jià)值、香甜脆爽的口感深受消費(fèi)者喜愛,作為水果蔬菜型食品發(fā)展迅速[1-2]。甜玉米的糖分含量是普通玉米的1～7倍,籽粒中含有多種有益于人體健康的維生素和氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)[3-5]。得益于甜玉米市場的不斷發(fā)展,使甜玉米的品種選育、種植技術(shù)、產(chǎn)品加工和銷售等得到了快速的發(fā)展。隨著科技的發(fā)展,人們生活水平的提高,市場對甜玉米品質(zhì)的要求也不斷提高,從風(fēng)味佳、口感好上升到富含維生素及微量元素等營養(yǎng)物質(zhì)的新階段。

葉酸(Folates)是一種水溶性B族維生素,也稱為維生素B9,是人體必需的微量元素之一[6]。由于人體自身不能合成葉酸,只能從食物中攝取每日所需的葉酸來維持日常生命活動(dòng)。成年人每日葉酸攝取量約為400 μg,而孕婦每日需600 μg[7]。葉酸缺乏癥已經(jīng)是一個(gè)全球性健康問題,葉酸缺乏會引發(fā)多種疾病,例如胎兒的神經(jīng)管無法閉合導(dǎo)致腦部和脊柱先天畸形、先天性心臟病等疾病;葉酸攝入不足還會造成巨幼細(xì)胞貧血、妊娠高血壓綜合癥等疾病[8-11]。

本試驗(yàn)以32份甜玉米雜交種為試驗(yàn)材料,通過對其遺傳差異性的分析,研究不同品種的可溶性總糖、還原糖和葉酸含量的變化規(guī)律,為在育種過程中加快甜玉米新品種的鑒定效率提供理論指導(dǎo),為選育優(yōu)質(zhì)、高營養(yǎng)的甜玉米新品種提供科技支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院特用玉米遺傳育種團(tuán)隊(duì)于2020年冬季在海南育種基地組配的32份甜玉米雜交種為基礎(chǔ)材料,材料名稱及親本見表1。

表1 試驗(yàn)材料名稱及親本自交系編號Table 1 The names of each hybrid of sweet maize and the number of parental inbred lines

1.2 分子標(biāo)記試驗(yàn)設(shè)計(jì)

當(dāng)幼苗長至3～4片葉時(shí),采集1 g嫩葉片,裝入離心管內(nèi)液氮浸泡,隨即放入冷凍研磨儀內(nèi)研磨,采用改良的CTAB法提取DNA,利用微量核酸蛋白濃度測定儀檢測DNA濃度,并用1.5%的瓊脂糖凝膠電泳驗(yàn)證DNA顯色條帶是否清晰,后續(xù)參照GB/T39914-2021[12]標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行聚丙烯酰胺凝膠電泳。

1.3 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2021年5月1日在吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)教研基地種植雜交種,試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)、雙行區(qū),設(shè)置3次重復(fù),行長5 m,行距65 cm,株距28 cm,田間管理與大田相同。甜玉米雜交種在花期進(jìn)行人工套袋授粉,記錄授粉日期。甜玉米籽粒樣品分別取自人工套袋授粉后的15,18,21,24,27 d,采收果穗上飽滿、無病蟲害的籽粒。將取樣的鮮籽粒置于上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的電熱鼓風(fēng)干燥箱(DHG-9246A)中,在55 ℃條件下恒溫烘干至恒重。取出冷卻至室溫后研磨成粉,過100目篩子,用于測定其葉酸、可溶性總糖和還原糖含量[13-14]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Visual C++對電泳成像圖片進(jìn)行處理,得出數(shù)據(jù),采用Excel 2019軟件與R語言對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

2 結(jié)果及分析

2.1 SSR標(biāo)記結(jié)果

通過對32份甜玉米雜交種的SSR分子標(biāo)記,分析遺傳距離,其中部分引物在32份甜玉米材料中擴(kuò)增結(jié)果如圖1所示,擴(kuò)增產(chǎn)物條帶清晰,標(biāo)記明顯。

圖1 引物umc2105k3在32份甜玉米材料中的擴(kuò)增圖譜Fig.1 Amplification map of primer umc2105k3 in 32 sweet maize materials

如圖2所示,根據(jù)SSR分子標(biāo)記結(jié)果,對32份甜玉米雜交種進(jìn)行聚類分析。本試驗(yàn)選取遺傳距離10.7為閾值時(shí)可將32份甜玉米雜交種劃分為4類進(jìn)行分析。類群Ⅰ包含6個(gè)雜交種,分別為吉T117、吉T118、吉T310、吉T313、吉T314、吉T315;類群Ⅱ包含5個(gè)雜交種,分別為吉T101、吉T116、吉T211、吉T215、吉T131;類群Ⅲ包含10個(gè)雜交種,分別為吉T13、吉T15、吉T17、吉T20、吉T102、吉T120、吉T217、吉T341、吉T344、吉T345;類群Ⅳ包含11個(gè)雜交種,分別為吉T14、吉T19、吉T103、吉T104、吉T105、吉T119、吉T212、吉T213、吉T216、吉T219、吉T342。

圖2 32份甜玉米雜交種SSR分子標(biāo)記聚類分析Fig.2 SSR molecular marker clustering analysis of 32 sweet maize hybrids

2.2 方差分析

由表2可知,品種×采收期對可溶性總糖含量、還原糖含量的影響存在顯著差異,對葉酸含量影響差異不顯著;品種對可溶性總糖含量、還原糖含量的影響存在極顯著差異,而品種對葉酸含量影響不顯著;不同采收期對可溶性總糖含量、還原糖含量存在極顯著影響,不同采收期對葉酸含量存在顯著影響;綜上所述,需進(jìn)一步對可溶性總糖、還原糖和葉酸的變化與其所劃分類群的關(guān)系做進(jìn)一步分析。

表2 試驗(yàn)材料的營養(yǎng)成分方差分析Table 2 Analysis of nutrient content variance for each sweet maize hybrid

2.3 可溶性總糖含量動(dòng)態(tài)變化

由圖3可知,類群Ⅰ可溶性總糖含量呈單峰曲線變化,吉T117、吉T118、吉T313與吉T314呈一直下降的趨勢,吉T117下降趨勢緩慢,變化較小;吉T118在授粉后15 d可溶性總糖含量在類群Ⅰ中最高,但下降趨勢緩慢,在授粉后27 d在類群Ⅰ中含量最低,對收獲時(shí)間變化敏感。吉T310與吉T315呈先升后降趨勢,吉T310在授粉后24 d時(shí)可溶性總糖含量達(dá)到峰值,可溶性總糖含量略高于其他雜交種,綜合在授粉后15～27 d的可溶性總糖含量表現(xiàn),吉T310均保持較高的含量,對收獲時(shí)間變化不敏感。

圖3 類群Ⅰ各甜玉米雜交種的可溶性總糖含量和采收期的變化Fig.3 Changes in total soluble sugar content and harvest period of each sweet maize hybrid in group Ⅰ

由圖4可知,類群Ⅱ可溶性總糖含量呈單峰曲線變化,總體為先升后降的趨勢。吉T101在授粉后18～24 d,可溶性總糖含量均保持在較高的水平,對收獲時(shí)間變化不敏感,在21 d達(dá)到峰值;吉T215授粉后21～24 d達(dá)到峰值,綜合含量表現(xiàn)略低于吉T101;吉T116、吉T211與吉T311均在授粉后24 d達(dá)到峰值,其中吉T116可溶性總糖含量變化明顯,對收獲時(shí)間變化敏感。

圖4 類群Ⅱ各甜玉米雜交種的可溶性總糖含量和采收期的變化Fig.4 Changes in total soluble sugar content and harvest period of each sweet maize hybrid in group Ⅱ

由圖5可知,類群Ⅲ中吉T17、吉T20、吉T341、吉T344與吉T345可溶性總糖含量在授粉后15 d開始緩慢下降,其中吉T17在授粉后15～18 d可溶性總糖含量較高,在早期優(yōu)勢明顯;吉T13、吉T15、吉T102、吉T120與吉T217可溶性總糖含量呈單峰曲線變化,且峰值均出現(xiàn)在授粉后18～21 d,其中吉T102可溶性總糖含量較高且保持高含量水平時(shí)間長,對收獲時(shí)間變化不敏感。

圖5 類群Ⅲ各甜玉米雜交種的可溶性總糖含量和采收期的變化Fig.5 Changes in total soluble sugar content and harvest period of each sweet maize hybrid in group Ⅲ

由圖6可知,吉T14可溶性總糖從授粉后15 d開始逐漸下降,在授粉21 d后基本保持不變;吉T19、吉T103、吉T213與吉T342可溶性總糖含量在授粉后15 d逐漸下降,其中吉T19含量較高,下降趨勢較慢;吉T104、吉T105、吉T212、吉T216和吉T219可溶性總糖含量呈單峰曲線變化,總體為先升后降的趨勢,其峰值大都出現(xiàn)在授粉后21～24 d之間,其中吉T212與吉T216可溶性總糖含量較高且保持時(shí)間長,對收獲時(shí)間變化不敏感;吉T119從授粉后15 d開始其可溶性總糖含量無明顯變化,在授粉后24 d開始下降,可溶性總糖含量較低,對收獲時(shí)間變化不敏感。

圖6 類群Ⅳ各甜玉米雜交種的可溶性總糖含量和采收期變化Fig.6 Changes in total soluble sugar content and harvest period of each sweet maize hybrid in group Ⅳ

2.4 還原糖含量動(dòng)態(tài)變化

由圖7可知,吉T314還原糖含量在授粉后15 d開始逐漸下降,下降趨勢明顯較快;吉T117、吉T310與吉T315還原糖含量呈單峰曲線變化,在授粉后18～21 d達(dá)到峰值,授粉21 d后還原糖含量迅速下降,對收獲時(shí)間變化敏感;吉T313還原糖含量呈單峰曲線變化,在授粉后21 d達(dá)到峰值,還原糖含量較低且變化趨勢不明顯,對收獲時(shí)間變化不敏感。

圖7 類群Ⅰ各甜玉米雜交種的還原糖含量和采收期變化Fig.7 Changes in reducing sugar content and harvest period of each sweet maize hybrid in group I

由圖8可知,吉T101還原糖含量呈單峰曲線變化,上升趨勢較慢,下降趨勢較快,在授粉后20 d達(dá)到峰值,對收獲時(shí)間變化敏感;吉T116、吉T211、吉T215與吉T311還原糖含量在授粉后15 d開始逐漸下降,其中吉T215下降趨勢較慢,對收獲時(shí)間變化不敏感;吉T116、吉T211與吉T311下降趨勢明顯,對收獲時(shí)間變化敏感。

圖8 類群Ⅱ各甜玉米雜交種的還原糖含量和采收期變化Fig.8 Changes in reducing sugar content and harvest period of each sweet maize hybrid in group Ⅱ

由圖9可知,類群Ⅲ還原糖含量變化趨勢較為一致,呈單峰曲線變化,在授粉后19～21 d達(dá)到峰值,之后下降趨勢較快,在授粉后24 d下降趨勢變緩,對收獲時(shí)間變化敏感;其中吉T13還原糖峰值含量較高,持續(xù)時(shí)間較短;吉T120還原糖峰值含量較低,下降趨勢較慢,對收獲時(shí)間變化不敏感。

圖9 類群Ⅲ各甜玉米雜交種的還原糖含量和采收期變化Fig.9 Changes in reducing sugar content and harvest period of each sweet maize hybrid in group Ⅲ

由圖10可知,吉T14、吉T19、吉T119、吉T212與吉T342還原糖含量變化趨勢較小,呈單峰曲線;吉T103、吉T104、吉T105與吉T213還原糖含量呈單峰曲線變化,其峰值出現(xiàn)在授粉后21～24 d,時(shí)間較長;吉T216與吉T219還原糖含量在授粉后15 d開始逐漸下降,吉T216還原糖峰值含量較高,下降趨勢快,對收獲時(shí)間變化敏感,吉T219下降趨勢較慢,對收獲時(shí)間變化不敏感。

圖10 類群Ⅳ各甜玉米雜交種的還原糖含量和采收期變化Fig.10 Changes in reducing sugar content and harvest period of each sweet maize hybrid in group Ⅳ

2.5 葉酸含量動(dòng)態(tài)變化

由圖11可知,類群Ⅰ葉酸含量呈雙峰曲線變化,第一次峰值出現(xiàn)在授粉后15 d,第二次峰值出現(xiàn)在授粉后24 d,谷值出現(xiàn)在授粉后19～20 d;吉T314葉酸含量變化不明顯;吉T117與吉T313第一次峰值葉酸含量較低,第二次峰值含量較高,吉T313葉酸含量變化明顯,其谷值含量較低;吉T310葉酸含量兩次峰值相近,谷值含量較高,對收獲時(shí)間變化不敏感。

圖11 類群Ⅰ各甜玉米雜交種的葉酸含量和采收期變化Fig.11 Changes in folic acid content and harvest period of various sweet maize hybrids in group Ⅰ

由圖12可知,類群Ⅱ葉酸含量變化不明顯,從授粉后15 d開始葉酸含量有小幅下降,對收獲時(shí)間變化不敏感;其中吉T311葉酸含量存在優(yōu)勢,顯著高于其他4個(gè)品種。

圖12 類群Ⅱ各甜玉米雜交種的葉酸含量和采收期變化Fig.12 Changes in folic acid content and harvest period of various sweet maize hybrids in group Ⅱ

由圖13可知,類群Ⅲ中吉T120與吉T217葉酸含量從授粉后15 d開始緩慢下降,葉酸含量較低,含量變化小,對收獲時(shí)間變化不敏感;其他8個(gè)品種的葉酸含量均呈單峰曲線變化,吉T13、吉T15、吉T20、吉T341、吉T344與吉T345其峰值均出現(xiàn)在授粉后21 d前后,其中吉T13與吉T341葉酸含量變化較小,峰值最高,對收獲時(shí)間變化不敏感,優(yōu)勢明顯。

圖13 類群Ⅲ各甜玉米雜交種的葉酸含量和采收期變化Fig.13 Changes in folic acid content and harvest period of various sweet maize hybrids in group Ⅲ

由圖14可知,類群Ⅳ中吉T14、吉T19、吉T104、吉T105、吉T212與吉T213葉酸含量從授粉后15 d開始緩慢下降,對采收時(shí)間變化不敏感,吉T213葉酸含量較高,存在一定優(yōu)勢;吉T103、吉T119、吉T216、吉T219與吉T342葉酸含量均呈單峰曲線變化,其峰值出現(xiàn)在授粉后21 d前后,其中吉T119葉酸含量最高,對采收時(shí)間變化較敏感。

圖14 類群Ⅳ各甜玉米雜交種的葉酸含量和采收期變化Fig.14 Changes in folic acid content and harvest period of various sweet maize hybrids in group Ⅳ

3 討論與結(jié)論

甜玉米因具有口感甜脆和營養(yǎng)豐富的特點(diǎn)深受人們喜愛,甜玉米品種選育也受到育種家們重視,越來越多的品種逐漸推向市場。隨著生活水平提高,市場對甜玉米的品質(zhì)和營養(yǎng)有了更高的要求,目前對甜玉米的口感和甜度方面的研究較多,對不同基因型甜玉米的糖分、葉酸含量及其變化規(guī)律研究的報(bào)道較少。因此,采用現(xiàn)代生物技術(shù)手段與常規(guī)育種方法相結(jié)合,鑒定改良甜玉米種質(zhì)對提升甜玉米品質(zhì)有重要意義[15-16]。本研究通過SSR分子標(biāo)記,確定了32份不同基因型甜玉米雜交種的相似系數(shù)和遺傳距離,并分為4個(gè)類群,選取人工套袋授粉后不同時(shí)期的甜玉米果穗的烘干籽粒,檢測其可溶性總糖、還原糖與葉酸含量,并對其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)不同類群,即基因型差異較大的甜玉米糖分變化存在一定差異,可溶性總糖和還原糖含量的變化均為先升后降或持續(xù)下降,為單峰曲線變化,這與劉萍等[17]研究結(jié)論一致。可溶性總糖和還原糖含量變化峰值出現(xiàn)在授粉后21 d,這與盧柏山等[18]關(guān)于甜玉米糖分積累動(dòng)態(tài)變化趨勢相一致;不同品種間可溶性總糖、還原糖和葉酸含量變化呈持續(xù)下降趨勢,這可能與其生育期長短有關(guān),生育期較短的甜玉米峰值出現(xiàn)較早。不同類群品種間葉酸含量變化趨勢差異明顯,類群Ⅰ的葉酸含量在授粉后15～27 d出現(xiàn)兩次峰值,為雙峰曲線變化;類群Ⅱ、類群Ⅲ與類群Ⅳ,其葉酸含量變化為先升后降或一直下降,僅出現(xiàn)一次峰值,為單峰曲線變化;甜玉米葉酸含量峰值出現(xiàn)的時(shí)間沒有表現(xiàn)出一定規(guī)律,還需進(jìn)一步研究。甜玉米的品質(zhì)對采收時(shí)間變化敏感,籽粒品質(zhì)達(dá)到頂峰后迅速下降,最佳收獲時(shí)間短,嚴(yán)重影響了甜玉米商業(yè)價(jià)值,這與本研究結(jié)論一致[19-22]。類群Ⅲ中吉T13可溶性總糖、還原糖和葉酸的綜合含量較高,品種優(yōu)勢明顯,最佳采收期在授粉后21 d左右;盧柏山等[23]認(rèn)為,甜玉米采收期直接關(guān)系到其品質(zhì)優(yōu)劣、產(chǎn)量高低,采收期長的甜玉米品種對提升甜玉米商業(yè)價(jià)值有重要意義。在本試驗(yàn)類群Ⅰ中的吉T310對采收時(shí)間變化不敏感,適宜采收期長,且可溶性總糖、還原糖和葉酸綜合含量較高,符合甜玉米的市場生產(chǎn)需求,具有良好的推廣應(yīng)用前景。