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    渭南天正达高直链淀粉玉米研究取得新进展
    发布单位:渭南天正达生物科技有限公司

    一、市场用途

    玉米淀粉是重要的工业原料,利用玉米淀粉深加工而生产的产品有2000多种,广泛应用于食品、医药、化工等行业。2012年我国淀粉总产量2425万吨,其中玉米淀粉2186万吨,占90.14%,居世界第二位。普通淀粉由支链淀粉(约75%)和直链淀粉(约25%)所组成,淀粉的直支比对淀粉的理化特性好用途有重要影响。当淀粉中的直链淀粉含量超过50%时称为高直链淀粉,高直链淀粉具备普通淀粉所不具备的很多特性和用途。如在食品工业领域,由于高直链淀粉富含抗性淀粉,可起到类似膳食纤维的相似功能,能够减少饭后血糖和胰岛素响应,降低血浆胆固醇和甘油三酸酯的浓度,并能够选择性地促进肠内有益菌(如双歧杆菌)的生长繁殖,防止结肠癌的发生。用高直链玉米淀粉制成的低脂食品,具有很好的流变学特性及稳定性,与全脂奶油产品具有相同的口感,因此可当作冰淇淋及蛋糕中脂肪的代替物。在环保领域,直链淀粉由于较好的抗拉伸性能,可取代聚苯乙烯生产光降解塑料,这种塑料有可能应用于包装工业和农用薄膜加工业,是解决目前日益严重的“白色污染”的有效途径,它的利用将为世界环保事业带来一次重大革命。在医疗保健领域,高直链淀粉食品是糖尿病人的理想食品,被称为“功能性食品”(Functional Food)。试验证明,用直链淀粉饲喂鼠后不产生胰岛素抗性。除此之外,玉米高直链淀粉在轻工业、制药业、纺织工业及石油工业中也有许多特殊的用途,商业化开发前景广阔。


    二、国内外研究现状

    美国、日本等发达的国家均已投入巨资进行高直链淀粉玉米及其他农作物的开发研究,有的技术已成功应用并创造出巨大社会和经济效益。 80 年代初美国卡斯汤姆种子公司利用 ae 及其修饰基因采用轮回选择法培育 5 级(含直链淀粉 55%~60%)、6 级(含直链淀粉 60%~70%)和 7 级(含直链淀粉 70%~80%)高直链淀粉玉米杂交种,并实现了商业化种植。目前该公司已经培育出直链淀粉含量达 100%的玉米。2005年澳大利亚科学家Rigina则通过转基因的办法沉默了淀粉合成过程中的淀粉分支酶sbeIIa获得了直链淀粉含量超过70%的高直链淀粉普通小麦,随后的商业化使澳洲的G50-G80直链淀粉在国际市场占有了一席之地。与国际先进水平相比,我国高直链淀粉玉米新品种培育尚处于起步阶段,除中国农大于2005年推出的中农大401,直链淀粉含量约50%外,尚无商业化的高直链淀粉玉米品种进行种植和淀粉生产。目前,国内年直链淀粉消费量约200万吨,绝大多数由美国直接进口,其价格是普通淀粉的16倍。尽管,近年来高直链淀粉玉米育种已受到政府部门的重视,但由于缺乏优良的种质材料,育种进程进展缓慢。高直链淀粉种质资源在美国属于战略性资源,严格禁止外流,即使欧盟等国也只允许进口商业的高直链淀粉玉米籽粒提取高直链淀粉;因此,高直链淀粉玉米的种质创新势在必行。


    三、育种研究新进展

    我公司培育的玉米的高直链淀粉含量性状是由隐性 ae 基因控制的遗传性状。该基因位于第 5 染色体长臂上,编码 SBEⅡb。ae 基因的双隐性突变造成了 SBEⅡb(淀粉分枝酶)的完全缺失,可使直链淀粉的含量从 25%增加到 70%。正常型 Ae 基因对 ae 具有剂量效应,效应大小与淀粉分支酶Ⅱb 的活性几乎呈线性关系。遗传背景对 ae 基因的表达有重要修饰作用。Vineyary 等报道在一个共同 ae 来源的135 个不同自交系及其杂交种中,直链淀粉含量变化范围为 36.5%~64.9%,修饰基因与 ae 互作产生不同水平直链淀粉。所以在高直链淀粉育种必须注意 ae 基因与修饰基因的互作。达到 75%直链淀粉要比达到 65%直链淀粉需要更多修饰基因数,因此,选择和积累 ae 的修饰基因数量是成败的关键。高直链淀粉玉米育种通常使用回交程序。以高直链淀粉玉米作供体,回交和自交交替进行,至少需要 3~4 个回交循环。如果轮回亲本具有某一特定水平直链淀粉,在下一代回交之前,应有足够大的群体确保在自交时获得必要有利基因重组。如果修饰基因主要由轮回亲本供提,选择理想高直链淀粉自交系就比较容易。经验表明大多数的种质资源并不具有众多的修饰基因,然而这些修饰基因是高直链淀粉含量所必须的。因此轮回选择对于增加直链淀粉修饰基因要优于常规系统育种。它可以有效增加育种群体直链淀粉修饰基因的频率,它也是 Custom Farm Seed 公司的高直链淀粉育种计划的主要部分。通过轮回选择获得种质资源的直链淀粉含量超过 94%, ClassⅧ和 C1assⅨ杂交种的亲本就是在此基础上选育出来的。



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