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甜玉米育种发展趋势与研究进展 李建生 2013 广州 一、鲜食玉米种类及用途 鲜食玉米是指以不同类型的幼嫩玉米籽粒 为对象，以类似蔬菜方式食用的特用玉米。 鲜食玉米主要包括甜玉米，加甜玉米，超 甜玉米，糯玉米，及幼玉米笋等。 鲜食玉米既可直接烹调和蒸煮食用，也可 以加工成罐头和冷冻食品。 甜 玉 米 鲜 穗 加 工 甜玉米粒加工系 列产品 二、鲜食玉米基因型和特点 单基因控制的鲜食玉米 普通甜玉米基因型：su/su，显著提高籽 粒糖分含量，尤其是水溶性多糖含量。 超甜玉米基因型：sh2/sh2，籽粒蔗糖的 含量是普通玉米的10倍，普甜的2倍，称 超甜玉米。尔后发现的bt1/bt1， bt2/bt2表现型与sh2/sh2相同。 糯玉米基因型：wx/wx，其籽粒支链淀粉 含量几乎达到100%。 两对基因控制的鲜食玉米 加强甜基因型：su1/ su1；se/se，se是 普甜的修饰基因，增加蔗糖的含量，并 达到超甜玉米的水平，但是，WSP水平不 减少，进一步提高甜玉米的品质。 三对基因控制的鲜食玉米 三基因控制的甜玉米：su/su ；se/se； sh2/sh2 。具有超甜的蔗糖含量的特点， se1基因又增强糖分含量和维持甜度的时 间，以及普甜基因su的粘性等优点。 3、国内外鲜食玉米生产概况 美国全球最大的甜玉米生产国和消费国 美国甜玉米消费 根据美国农业部的统计，2006年 美国人均消费各类甜玉米11.7公斤。 新鲜甜玉米3.87公斤 冷冻甜玉米4.18公斤 罐头甜玉米3.73公斤。 2006和2007年度美国甜玉米生产 年度 使用类型 2007 新鲜鲜食 加工速冻 加工制罐 2006 新鲜鲜食 加工速冻 加工制罐 收获面积 234,400 193,300 174,300 227,600 192,100 192,600 产量 产值($亿元) 28,234 6.25 1,621,970 1.31 1,275,460 1.05 26,690 6.11 1,646,520 1.16 1,439,030 0.89 美国甜玉米产品价格 鲜食甜玉米每穗价格:$0.225。 加工甜玉米每吨价格:$60.00-$85.00。 整穗速冻玉米每吨价格:$70.00$85.00。 罐甜玉米每吨价格:$60.00-$82.00。 泰国甜玉米生产 2006年甜玉米种子销量450吨，生 产甜玉米产品40万吨，主要是加 工制罐出口。 预计未来3年到5年，泰国甜玉米 每年将有20%到30%的成长速率， 每年甜玉米种子销量达到600吨， 生产各类甜玉米50万吨。 欧洲甜玉米生产 荷兰甜玉米生产：荷兰西格斯种业公 司培育了高品质甜玉米新品种蜜瑞 (Mirai)，三隐性基因控制。蜜瑞在美 国售价是其他玉米的两倍。 匈牙利甜玉米生产：欧洲最大的甜玉 米生产国。 我国甜玉米种植面积变化趋势 种植面积(万亩) 700 600 600 500 500 400 300 300 200 140 100 0 2000 2005 2010 2012 2013 年鲜食玉米活动 5月广西南宁鲜食玉米新品种研讨会，250人 6月湖北武汉甜玉米新品种展示， 7月北京鲜食玉米新品种展示，200人 7月吉林长春鲜食玉米大会，800人 12月10日广东惠州甜玉米研讨会，150人 甜玉米品质特性 商品外观品质 。 食用口感品质 营养品质 商品外观品质：果穗整齐度，果穗秃 尖度，籽粒颜色，籽粒排行，子粒色 泽，光亮，苞叶长度等。 食用口感品质：子粒柔韧度，糖份的 种类及含量，果皮厚度，食后皮渣的 感觉，香味等；果皮薄，柔软，果皮 细胞的层数大约在4层到18层之间，厚 度在75到180微米。 营养品质：维生素A源、维生素E、铁、 锌含量等。 种业科技的挑战与机遇 AFLP SSR SNP 分子标记技术已成为种业科技的核心技术 维生素A缺乏症是发展中国家面临的巨大挑战 维生素A缺乏症(VAD)：1.27亿学龄儿童 West K.P. Jr. 2002. The Journal of Nutrition, 132 :2857S-2866S 提高玉米维生素A源的含量是解决贫困人群VA缺乏的有效措施 玉米籽粒类胡萝卜素含量和组分的QTL定位 By804/B73 RILs 201个标记 2年2重复 23个影响组分的QTL 8个影响总含量的QTL 每个QTL解释3.127.2%的表型变异 Chander et al. 2008 TAG 八氢番茄红素合成酶 PSY1 β-胡萝卜素羟化酶 crtRB1 玉米类胡萝卜素含量的关联分析及功能标记开发 牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸 Fu ZY et al. 2013 PSY1 TAG PDS Z-ISO ZDS/CRTISO LCYE 番茄红素 δ-胡萝卜素 LCYB γ-胡萝卜素 LCYB LCYB α-胡萝卜素 Zhou Y et al. 2012 JIPB β-胡萝卜素 crtRB1 crtRB3 叶黄素前体 β-隐黄质 crtRB CYP97C 叶黄素 玉米黄质 ABA Yan JB et al. 2010, Nature Genetics PSY1控制胡萝卜素A源的源头 两个多态性位点总共解释14%的维生素 A源变异，并使最优和最差单倍型的维 生素A源的差异达到3.3倍。 PSY1 5’TE: D>I PSY1 Bin 6.04 PSY1 SNP7: A>C Fu ZY et al. 2013 TAG 牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸 Fu ZY et al. 2013 PSY1 TAG PDS Z-ISO ZDS/CRTISO LCYE 番茄红素 δ-胡萝卜素 LCYB γ-胡萝卜素 LCYB LCYB α-胡萝卜素 Zhou Y et al. 2012 JIPB β-胡萝卜素 crtRB1 crtRB3 叶黄素前体 β-隐黄质 crtRB CYP97C 叶黄素 玉米黄质 ABA Yan JB et al. 2010, Nature Genetics crtRB1 的变异和目标表型相关 显著增加β -胡萝卜素的含量和降低β -胡萝卜素的转换(p< 10-4) 最好基因型与最差基因型的β -胡萝卜素差异达2.0-5.3 倍(6.50 mg g-1) 在所有关联群体当中，优良等位基因的频率均在5%以下 基 于 P C R 的 crtRB1 功 能 标 记 的 开 发 crtRB1 5’TE crtRB1 D4 crtRB1 3’TE 热带亚热带与温带玉米种质crtRB1有利等位基因频率 250 优良等位基因 非优良等位基因 200 数目 150 100 50 0 温带 19.0% 热带/亚热带 5.7% 牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸 Fu ZY et al. 2013 PSY1 TAG PDS Z-ISO ZDS/CRTISO LCYE 番茄红素 δ-胡萝卜素 LCYB γ-胡萝卜素 LCYB LCYB α-胡萝卜素 Zhou Y et al. 2012 JIPB β-胡萝卜素 crtRB1 crtRB3 叶黄素前体 β-隐黄质 crtRB CYP97C 叶黄素 玉米黄质 ABA Yan JB et al. 2010, Nature Genetics crtRB3 控制α-胡萝卜素的含量 SNP2172 和 SNP1343 与 α-胡萝卜素相关性状显 著关联，能够解释 8.7%-34.8%的表型变异。 293bp 48bp Zhou Y et al. 2012 JIPB 维生素A源代谢途径3个关健酶基因的 关联分析和功能标记开发汇总 基因 关联性状 PSY1 总类胡萝卜素 crtRB1 crtRB3 β-胡萝卜素 α-胡萝卜素 功能标记 等位基因a 标记位置 InDel1 0/378 5'UTR SNP7 A/C 第5外显子 5’TE 397/206/0 5'UTR InDel4 12/0 第1外显子 3’TE 0/325/1250 3'UTR SNP2172 G/C 第2内含子 维生素E作为一种脂溶性抗氧化剂，对动脉 硬化引起的冠心病、糖尿病等有显著的预防效 果，成人每天需15mg/day 提高玉米籽粒维生素E含量可增加玉米的附加值 R3 R2 R1 玉米籽粒维生素E各组分含量的QTL定位 Chander et al. 2008 Mol Breed K22/CI7群体 定位结果 K22/Dan340 群体定位结果 玉米籽粒α-生育酚的 全基因组关联分析 Li et al. 2012 PLoS ONE 中农大甜419 • 中农大甜419：2008年通过北京市品种审定。 黄色超甜玉米，穗长 18.9cm，穗粗4.7cm， 穗行数14-16行，粒 深1.0cm，出籽率 58.5%。 农业部谷物品质检测试中心ND419品质检验结果 粗蛋白% 粗脂肪% 总糖% 还原糖% 蔗糖% 粗淀粉% 赖氨酸% 鲜样 3.45 2.11 8.25 2.6 5.37 5.08 0.10 干基 14.37 8.79 34.38 10.83 22.38 21.16 0.43 ND419区试专家品尝评分结果 籽粒 果皮柔 嫩度 (20分) 风味 30分 甜度 30分 总分 (100分) 位 次 果穗性状 色泽 年份 品种名 (10分) (10分) 2006 2007 ND4419 5.9 7.1 15.0 20.7 20.0 68.7 15 CK 8.0 8.0 16.0 24.0 24.0 80.0 9 ND4419 6.7 7.1 18.0 24.9 25.4 82.2 1 CK 7.0 7.0 14.0 21.0 20.9 69.9 10 玉米籽粒α-生育酚的功能标记 位点 InDel7 InDel118 等位基因 0/7 0/118 位点位置 5'UTR 启动子 等位基因频率 129/315 321/131 P (αT) 2.7 × 10−31 8.6 × 10−22 P (γT) 1.2 × 10−3 1.3 × 10−4 P (TT) 4.0 × 10−1 6.9 × 10−1 P (αT/γT) 2.1 × 10−14 4.3 × 10−23 R2 (αT, %) 26.8 19.3 玉米籽粒维生素A源的生物强化分子育种 维生素A源代谢途径三个关健酶基因功能标记的应用总结 材料或标记 使用单位 使用人 B77/KUI3 F3、SC55/KUI3 F3 云南农科院 番兴明 华南农业大学 李小琴 湖北农科院 黄益勤 云南农科院 番兴明 华南农业大学 李小琴 湖北农科院 黄益勤 CIMMYT Babu Raman 加拿大圭尔夫大学 Burt Andrew 华南农业大学 李小琴 CrtRB1的5'TE、D4、3'TE PSY1的InDel1、SNP7 高维生素E的甜玉米新品种-中农大419 材料名称 gamma-生育酚 alpha-生育酚 维生素E总含量 419 82.9 21.88 104.78 昌7-2 34.98 8.06 43.04 40.10 11.92 52.02 414 Indel118 M 414 419 ch72 414 Indel7 419 ch72 414 Indel7 Indel118 419 ch72 414 419 ch72 M 标红色的 为优良等 位基因 加快我国鲜食玉米发展的建议 育 种 栽 培 加工 运输 鲜食玉米产业化开发路线图 市场 开发 甜玉米新品种培育 加强中高端甜玉米新品种的培育 加强专用型甜玉米新品种的培育 低端 高端 产品 产品 产量 品质 高产 大穗 皮厚 味淡 中低产 中小穗 皮薄 味香 鲜穗型 籽 粒 加工型 穗型 +++++ +++ 粒型 +++ +++++ 甜度 +++++ +++ 建议适当改革甜玉米区试标准 鲜穗的产量不应该是高端甜玉米品种 的主要指标。 每亩的产值应该是高端甜玉米品种的 主要指标。 对于甜玉米的病害需要适当减低通过 区试品种的标准。 甜玉米栽培技术 甜玉米作为高附加值的蔬菜/水果，为 了保证品质，要加强甜玉米栽培技术 的研究 高效栽培，有机栽培，反季节栽培， 机概化栽培 加工产品开发 加快甜玉米加工产业的发展，大力开 发甜玉米的系列加工产品。 加强甜玉米食品的研究，大力开发甜 玉米小食品，美味菜肴。 加强鲜食玉米保鲜技术的研究。 产品市场开发 大力宣传推广鲜食玉米产品，引领鲜 食玉米消费。 积极开拓国内和国外两个市场，促进 鲜食玉米产业发展。 作为都市农业的首选作物，以大都市 为核心逐渐向中小城市发展。 改革让生活更美好！ 鲜食玉米让生活更甜蜜！ 电话：010-62732422；电子邮件：[email protected] 穗长18.97～19.06厘米，穗行数16～18 行，籽粒黄白双色，百粒重24.91～27.41 克，出苗至采收74.4天。