【摘要】：甜玉米作为一种甜质型玉米,比普通玉米具有更为丰富的营养物质,因而备受广大消费者的青睐,成为当前研究的热点。但目前关于甜玉米籽粒中类胡萝卜素的研究却较少。为此,本文对163份甜玉米自交系籽粒中的类胡萝卜素进行了组分含量分析,并利用全基因组关联分析技术深入挖掘与类胡萝卜素合成相关的候选基因;同时探索了甜玉米籽粒发育过程中类胡萝卜素的动态积累规律,明确甜玉米的最佳采收期;然后根据甜玉米与类胡萝卜素的品质特性,开发了一款高叶黄素类甜玉米饮料。具体研究结果如下:(1)2015年与2016年的163个自交系籽粒中的类胡萝卜素含量丰富且变异范围较大,均在1.0~62μg/g鲜重之间波动,且主要集中在1.0~30μg/g鲜重之间。其中,连续两年中均表现出高类胡萝卜素含量(20μg/g鲜重)的自交系有34个,具有较稳定的遗传特性,是筛选高类胡萝卜素甜玉米亲本的首选。(2)连续两年的163个自交系按总类胡萝卜素含量的差异均可分为3大类,即总类胡萝卜素高含量类型、中高含量类型和低含量类型。其中,2015年和2016年的总类胡萝卜素高含量类型均包含48个自交系,总类胡萝卜素含量分别为24.65~61.71μg/g鲜重和21.55~53.84μg/g鲜重,平均总类胡萝卜素含量分别为34.65μg/g鲜重和29.08μg/g鲜重。这一类自交系具有较高的类胡萝卜素含量,值得高度关注。此外,在两年中均为总类胡萝卜素高含量类型的自交系有27个,是一类籽粒类胡萝卜素含量高且遗传稳定的资源,可直接用于高类胡萝卜素甜玉米品种培育。(3)自交系籽粒中最主要的类胡萝卜素组分是叶黄素和玉米黄质,分别占总含量的39.14%和39.58%(2015年)、34.71%和30.36%(2016年);其次是α-隐黄质和β-隐黄质,分别占总含量的7.05%和6.01%(2015年)、7.38%和18.52%(2016年);再次是β-胡萝卜素,占总含量的1.89%(2015年)和3.24%(2016年);α-胡萝卜素、ε-胡萝卜素、δ-胡萝卜素、γ-胡萝卜素及番茄红素的含量均较低,所占比例均不超过2%。(4)利用全基因组关联分析技术成功挖掘到与类胡萝卜素合成相关的57个候选基因,其中与叶黄素、α-隐黄质、β-隐黄质、β-胡萝卜素和ε-胡萝卜素含量相关的候选基因分别有27个、5个、7个、12个和6个。除了9个候选基因的编码产物为假定蛋白,其他候选基因的编码产物对细胞质膜形成、信号转导、RNA合成加工及蛋白质转化修饰等有一定影响,且在一定程度上参与糖、脂肪、蛋白质等基础代谢物的调控。其中,GRMZM2G036290和GRMZM2G300348的编码产物直接参与类胡萝卜素的生物合成,是类胡萝卜素合成途径过程中的关键酶。(5)甜玉米籽粒发育的研究表明,上游基因_(Zm)PDS、_(Zm)ZDS和_(Zm)CRTISO的表达能有效调控籽粒发育过程中总类胡萝卜素的积累。番茄红素的积累与上游基因_(Zm)PDS、_(Zm)ZDS、_(Zm)CRTISO和下游基因_(Zm)CHYB、_(Zm)ZEP的表达紧密相关。_(Zm)CHYE的持续低水平表达为α-叶黄素类的大量积累提供了可能。_(Zm)CHYB和_(Zm)ZEP能通过协同作用有效调节玉米黄质的积累,较高的_(Zm)CHYB与_(Zm)CHYE表达量之比能有效提高玉米黄质的积累。叶黄素、玉米黄质、α-隐黄质和β-隐黄质是甜玉米的主要类胡萝卜素组分,且与籽粒总抗氧化能力显著相关(p㩳0.05)。甜玉米授粉后的第25至30天为类胡萝卜素的最佳积累期。(6)设计了15个灭菌处理方式以探索能最大限度保留甜玉米饮料中叶黄素类活性物质的灭菌条件,结果表明,100°C灭菌10分钟为最佳灭菌条件,可最大限度地保留甜玉米饮料中的叶黄素类物质,使得每750 mL甜玉米饮料中叶黄素类含量高达3.53毫克。此外,灭菌温度和时间对甜玉米饮料中叶黄素类物质的影响具有叠加效应,灭菌温度和时间的同时增加会加剧饮料中叶黄素类物质的分解。天然高叶黄素类甜玉米饮料配方及工艺条件为:料液比1:3,复合稳定剂(CMC 0.61 g/L、瓜尔豆胶0.30 g/L、结冷胶0.20g/L),25 min预煮后高速打浆60秒,调配均质后100°C 10 min灭菌处理,成品低温冷藏保存。
【图文】：
6图 1-1 高等植物中类胡萝卜素的生物合成途径[10]Figure 1-1 Carotenoid biosynthetic pathway in high plants高等植物类胡萝卜合成途径中的主要酶及其基因前，研究者们已对植物体内类胡萝卜素合成途径中的主要酶及相关基因进
图 2-3 163 个自交系籽粒总类胡萝卜素含量分布Figure 2-3 Distribution in total caroteinoids content in kernels of 163 inbred lines通过对图 2-2 的进一步观察可发现，参考线 1 下方同一竖直方向同时出现白点和的情况较多，这说明大部分低类胡萝卜素含量的自交系在两年中均表现低含量，呈较稳定的遗传特性，且从频率分布直方图中也可看出两年的低类胡萝卜素自交系个
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TS255.44;S513
【参考文献】
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2614339
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