優(yōu)質(zhì)蛋白玉米現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

于敏 朱蕾

（黑龍江省克山農(nóng)場農(nóng)業(yè)科，黑龍江 克山 161621）

1 玉米在糧食生產(chǎn)中的重要性

玉米不僅是食糧，更是重要的飼料和適于深加工的原料，更多地用于養(yǎng)殖轉(zhuǎn)化為肉、蛋、奶及水產(chǎn)品，提供社會需求，滿足人民生活需要。在過去社會經(jīng)濟水平低下農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相對較落后，人們主要追求獲取更多產(chǎn)品數(shù)量維持生活所需，缺乏重視品質(zhì)，社會經(jīng)濟的飛躍進(jìn)步人們由溫飽走向小康，市場對產(chǎn)品需求發(fā)生了根本的變化、要求改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、增加農(nóng)產(chǎn)品種類；人們更注重多元目標(biāo)的追求，品種多樣化、產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)化、生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化，農(nóng)產(chǎn)品競爭越來越集中為品質(zhì)競爭。現(xiàn)代科技又促使玉米生產(chǎn)由低級的數(shù)量型轉(zhuǎn)變?yōu)楦邔哟蔚臄?shù)量、質(zhì)量型，由簡單的原料型轉(zhuǎn)變?yōu)榉N、養(yǎng)、加工結(jié)合的多元經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)型。社會經(jīng)濟向前發(fā)展，人民生活不斷提高，玉米加工業(yè)的發(fā)展對玉米品種多樣化的要求日趨迫切，玉米品種多樣化還將改善玉米的種植結(jié)構(gòu)，提高玉米產(chǎn)品商品值，增加農(nóng)民收入。因此，大力發(fā)展高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)專用玉米勢必成為調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，推進(jìn)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的組成部分。20世紀(jì)80年代美國和拉丁美洲12國聯(lián)合制訂了LAMP計劃，90年代美國又實施了GEM計劃，旨在包括發(fā)展專用型玉米，滿足社會經(jīng)濟發(fā)展對玉米的多樣性要求提高玉米的商品價值，增加種植者效益，專用型玉米指不同用途的特用玉米，如飼用效率高的優(yōu)質(zhì)蛋白玉米，適于加工油脂和飼料的高油玉米，適于加工淀粉的高淀粉玉米及餐用甜、糯玉米等，專用玉米發(fā)展將有力促進(jìn)玉米加工業(yè)的發(fā)展提高玉米的比較優(yōu)勢、增加經(jīng)濟效益。

2 優(yōu)質(zhì)蛋白玉米遺傳效應(yīng)研究及利用評價

2.1 優(yōu)質(zhì)蛋白玉米遺傳效應(yīng)研究

20世紀(jì)60年代科學(xué)家發(fā)現(xiàn)含opaque-2(簡稱o2)突變體一類玉米籽粒胚乳中賴氨酸比普通玉米高70%-100%，其原因是在o2基因作用下籽粒胚乳中蛋白質(zhì)發(fā)生變化，醇溶蛋白含量下降，谷蛋白、白蛋白和球蛋白比例上升而增加胚乳中賴氛酸、色氨酸含量，提高蛋白質(zhì)利用率，使其消化率、凈蛋白利用率、生物價均比普通玉米顯著提高。從此o2基因轉(zhuǎn)育利用成為改良玉米蛋白質(zhì)品質(zhì)的主要途徑，然而o2玉米的粉質(zhì)胚乳、淀粉粒排列松散，帶來結(jié)構(gòu)疏松、容重低、降低產(chǎn)量而制約著該類玉米發(fā)展，科學(xué)家們尋求解決這些缺陷，包括尋找新的突變體、改變胚與胚乳比例、通過輪回選擇提高賴氨酸含量、利用雙突變體、選擇多糊粉層、利用o2基因及其修飾因子互作效應(yīng)。Wolf等報道賴氨酸含量隨棚粉層效增加而提高、Glover的結(jié)果對遺傳背景幾乎相等的材料單基因突變體賴氨酸含量都高于普通玉米，o2基因與其它突變體組成雙突變體能全部或部分地抑制玉米膠蛋白累積，促進(jìn)谷蛋白生成而增加賴氨酸、色氨酸含量，但這些雙突變體的其他性狀不能令人滿意、子行變寬、籽粒變小、密度下降而減產(chǎn)，CIMMYT經(jīng)過10多年努力，發(fā)現(xiàn)利用o2基因與其修飾因子互作才是克服o2玉米生理缺陷的最佳方法，并把硬質(zhì)胚乳高賴氨酸玉米稱為優(yōu)質(zhì)蛋白玉米(簡稱QPM)。修飾基因是由微效多基因組成呈累加性作用，其作用在于把粉質(zhì)胚乳全部或部分改變?yōu)橛操|(zhì)胚乳增加籽粒質(zhì)量和重量，可通過選擇來提高其頻率增加胚乳硬度。Chone等認(rèn)為玉米籽粒中賴氨酸合成至少由兩個遺傳系統(tǒng)控制，一個是o2基因另一個存在于普通玉米中，兩系統(tǒng)為累加式互補作用。利用o2基因來提高玉米籽賴氨酸含量的可能性已被迄今所有試驗所證明，也已確定o2基因的存在不會對其他品質(zhì)因素產(chǎn)生不利影響。

2.2 優(yōu)質(zhì)蛋白玉米利用評價

最先發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)蛋白玉米的特殊作用是Mertz等人用o2玉米和普通玉米飼養(yǎng)斷奶大白鼠，28天后前者體重97g后者27g，后來又在8.8%蛋白源條件下探討蛋白質(zhì)利用率，發(fā)現(xiàn)若以酪蛋白為100、則o2玉米為90、普通玉米為50、小麥和高梁分別為50和41。Devadas等人對兒童的營養(yǎng)試驗表明，o2玉米蛋白質(zhì)添加鈣質(zhì)后營養(yǎng)價值與脫脂奶粉相當(dāng)，Glark等人報道o2玉米維持人體氮平衡是普通玉米的2倍，我國防疫部門研究表明優(yōu)質(zhì)蛋白玉米中尼克酸大多為游離態(tài)、易為人體吸收利用可防治因長期食用玉米無果蔬食用產(chǎn)生的賴皮病，而普通玉米的尼克酸大多為結(jié)合態(tài)，人體無法吸收利用。最早的養(yǎng)豬試驗是Booson等人和Pickott(1gi)，o2玉米日增重與粗蛋白質(zhì)相當(dāng)?shù)钠胀ㄓ衩准哟蠖狗哿舷嘁恢?，國?nèi)外大量養(yǎng)豬試驗表明用優(yōu)質(zhì)蛋白玉米飼養(yǎng)比普通玉米日增重高30%以上、比稻谷料高21.5%，飼養(yǎng)蛋雞產(chǎn)蛋率增加15%、用于養(yǎng)鴨、養(yǎng)免、羊及乳鴿也能大幅度提高經(jīng)濟效益。

3 優(yōu)質(zhì)蛋白玉米發(fā)展前景及面臨的挑戰(zhàn)與對策

3.1 優(yōu)質(zhì)蛋白玉米發(fā)展前景

玉米是畜牧業(yè)的主要飼料，在飼料中蛋白質(zhì)是重要成分，蛋白質(zhì)價值高低取決于氨基酸種類、含量及平衡性，普通玉米由于賴氨酸、色氨酸含量偏低而限制了玉米的營養(yǎng)價值，作為配合飼料要添加豆餅、色粉或氨基酸才能滿足畜禽正常生長發(fā)育的營養(yǎng)需求。由于我國高品質(zhì)的蛋白質(zhì)飼料不足，優(yōu)質(zhì)蛋白玉米對畜牧業(yè)發(fā)展將起著非常重要的作用，在農(nóng)村由于市場發(fā)育不完善或經(jīng)濟因素等制約，家庭飼養(yǎng)仍然是用傳統(tǒng)的未加工原糧作為飼料。隨著社會經(jīng)濟向前發(fā)展，人民收入增加，生活水平提高及城市化、市場化的發(fā)育與完善，以及城鎮(zhèn)人口比例擴大，到2000年人們對農(nóng)畜產(chǎn)品需求增長1.5倍，用于飼用的玉米需求量越來越大。蛋白玉米對提高飼料品質(zhì)降低飼料成本是一項增加養(yǎng)殖效益行之有效的途徑，在貧困山區(qū)尤是如此。在耕地持續(xù)減少，期間大豆生產(chǎn)不可能大量增加，魚粉供應(yīng)也不足，因此飼料不足尤其是優(yōu)質(zhì)飼料不足將是發(fā)展畜牧業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。大量飼養(yǎng)試驗己表明優(yōu)質(zhì)蛋白玉米是優(yōu)質(zhì)的高效能飼料，僅此一項就可以大幅度提高飼料的轉(zhuǎn)化率及畜禽產(chǎn)品的商品率。通過種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，發(fā)展優(yōu)質(zhì)蛋白玉米可以開拓新的經(jīng)濟增長點，提高農(nóng)民收入，促進(jìn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，可以預(yù)見發(fā)展優(yōu)質(zhì)蛋白玉米能夠使我們充分利用現(xiàn)有資源，有效使用先進(jìn)適用技術(shù)，提高土地生產(chǎn)率、資源利用率、勞動報酬率，用較少的糧食生產(chǎn)更多的禽畜產(chǎn)品，取得顯著的經(jīng)濟效益，社會效益，促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化，有利于我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，是一項行之有效的先進(jìn)適用技術(shù)。若全區(qū)50%玉米面積改為優(yōu)質(zhì)蛋白玉米，以優(yōu)質(zhì)蛋白玉米比普通玉米賴氨酸含量提高o.12%，相當(dāng)于多產(chǎn)1000t天然賴氨酸或以優(yōu)質(zhì)蛋白玉米比普通玉米增效30%計相當(dāng)于玉米面積擴大15%。

3.2 發(fā)展優(yōu)質(zhì)蛋白玉米面臨的挑戰(zhàn)及對策

優(yōu)質(zhì)蛋白玉米營養(yǎng)價值及利用效果令人興奮，而優(yōu)質(zhì)蛋白玉米的發(fā)展也還面臨許多問題：玉米蛋白質(zhì)的細(xì)微結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)基因的確團數(shù)目及功能、遺傳控制等還未能有效運用到育種利用中去，如何協(xié)調(diào)優(yōu)質(zhì)蛋白玉米籽粒硬質(zhì)度、賴氰酸含量及籽粒產(chǎn)量之間的關(guān)系，進(jìn)一步提高雜交種籽粒產(chǎn)量尚需努力；人們的消費觀念、食品加工業(yè)的發(fā)展；優(yōu)質(zhì)蛋白玉米生產(chǎn)利用需要一整套專用系統(tǒng)、才能使其廣泛種植和利用成為可能；優(yōu)質(zhì)蛋白玉米育種除面臨普通玉米育種的所有問題外，還需克服許多特殊困難，尤其是解決高產(chǎn)與高含量賴氨酸要付出更大的努力，更需要科技和物力投入。

深入探討o2基因及其修飾因子的作用機理，探討優(yōu)質(zhì)蛋白玉米育種雜交優(yōu)勢形成的基因表達(dá)及調(diào)控；以先進(jìn)科技為依托，依賴科技高起點、高水平進(jìn)行親本優(yōu)勢群發(fā)掘，利用分子生物學(xué)、分子標(biāo)記等先進(jìn)技術(shù)檢測優(yōu)質(zhì)基因，發(fā)掘有利用價值的優(yōu)異種質(zhì)，組建雜種優(yōu)勢類群，創(chuàng)建雜交優(yōu)勢模式。

[1]楊曉輝,韓曉清,崔書會;中國優(yōu)質(zhì)蛋白玉米育種研究進(jìn)展[J];北京農(nóng)學(xué)院學(xué)報;2005年01期.

[2]劉治先,李霞,趙寶和,韓靜,劉朋;我國優(yōu)質(zhì)專用玉米的發(fā)展策略[J];山東農(nóng)業(yè)科學(xué);2004年01期.