全 文 ：文章编号 :100028551 (2006) 012015204
高无机磷低植酸含量玉米突变体筛选初报
王雪艳1 　王忠华2 　梅淑芳1 　洪　隽1 　舒庆尧1 　吴殿星1
(11 浙江大学原子核农业科学研究所 IAEA 合作中心 , 浙江 杭州　310029 ; 21 浙江万里学院生物技术研究所 , 浙江 宁波　315100)
摘 　要 :利用 200Gy 的60 Coγ射线诱变处理干种子 ,从主栽玉米杂交种农大 108 的双亲黄 C 和 X178 中分
别筛选了 4 个和 2 个高无机磷、低植酸含量突变体。以株系计突变频率分别为 8104 ×10- 4和 10148 ×
10 - 4 。与野生型相比 ,6 个突变体 H2lpa1、H2lpa2、H2lpa3、H2lpa4、X2lpa1、X2lpa2 的 TP 含量基本未变 ,
PAP 分别下降了 79109 % ,66106 % ,47158 % ,43194 % ,70100 % ,48128 % ,IP 分别增加了 11122 ,9191 ,7104 ,
6143 ,6143 ,4133 倍。
关键词 :玉米 ;低植酸含量 ;无机磷 ;诱发突变
BRIEF REPORT ON SRCEENING MAIZE MUTANTS WITH HIGH INORGANIC
PHOSPORUS AND LOW PHYTIC ACID CONTENT
WANG Xue-yuan1 　WANG Zhong- hua2 　MEI Shu-fang1 　HONGJuan1 　SHU Qing-yao1 　WU Dian-xing1
(1. IAEA Collaborating Center , Institute of Nuclear Agricultural Sciences , Zhejiang University , Hangzhou , Zhejing 　310029 ;
2. Biotechnology Institute , Zhejiang Wanli University , Ningbo , Zhejing 　315100)
Abstract :Four and two mutants with high inorganic phosphorus ( IP) and low phytic acid (LP) content were identified from
‘Huang C’and‘X178’,the parents of the leading commercial hybrid maize cultivar‘Nongda 108’,when the dry seeds were
irradiated by 200Gy Cobalt-60 gamma rays. The multation frequencies for‘Huang C’and‘X178’in panical basis were 8104
×10 - 4 and 10148 ×10 - 4 , respectively. Compared to the wild type , the contents of total phosphorus ( TP) were basically
unchanged ,phytic acid phosphours ( PAP) were detected with 79109 % , 66106 % , 47158 % , 43194 % , 70100 % , 48128 %
decreases ,and IP with 11122 ,9191 ,7104 ,6143 ,6143 ,4133 times increases in six mutants ,H-lpa1 , H- lpa2 , H-lpa3 , H- lpa4 ,
X-lpa1 , X- lpa2 ,respectively.
Key words :maize ; low phytic acid ; high inorganic phosphorus ; induced mutation
收稿日期 :2005201226
基金项目 :浙江省科技厅 (04204138)和北京金色农华种业科技有限公司资助
作者简介 :王雪艳 (1980-) ,女 ,河北张家口人 ,博士研究生 ,主要从事诱变与生物技术研究。吴殿星为通讯作者 , Tel & Fax :0571 86971202 , Email :
dxwu @zju. edu. cn
　　玉米俗称饲料之王 ,其总产量的 75 %用于饲料加
工 ,约占饲料原料总量的 60 %。玉米是我国进口压力最
大的粮食作物 ,同时畜牧业特别是养猪业又是我国农业
参与国际竞争的优势产业。因此 ,玉米饲料用途优质化
的研究、开发与利用具重大的社会经济意义。对动物而
言 ,玉米籽粒中许多营养物质以不可利用态存在 ,还有
很多抗营养因子使有效营养水平下降 ,并造成环境污
染。植酸及植酸盐就是其中典型的例子。因此 ,提高可
利用态营养的比例 ,减少抗营养因子含量不失为一个可
以兼顾优质和绿色、环保、高效的育种新方向。
玉米、水稻、大豆、小麦、大麦等作物籽粒中的 Ca、
Fe、Zn 等矿物营养大部分以植酸络合形成植酸盐 ,不
能被人、猪、鸡、鸭等单胃动物吸收利用[1 ] 。摄入体内
的植酸还会和其它来源的矿物营养元素结合形成植酸
盐 ,造成这些营养元素的生物有效性进一步下降 ,从而
加剧矿物营养缺乏症。玉米籽粒中 65 %～80 %磷以
植酸磷形式存在 ,这些植酸磷也不能被人和单胃动物
吸收利用 ,随粪便排出 ,造成严重的水体富营养化等环
51　核 农 学 报　2006 ,20 (1) :15～18Journal of Nuclear Agricultural Sciences
境污染问题[2 ] 。与此同时 ,由于土壤中缺乏分解植酸
盐的微生物 ,即使畜禽粪便作有机肥还田仍不能被作
物吸收利用。虽然在饲料生产过程中添加植酸酶可起
到类似的作用 ,但对饲料加工工艺有很多限制 ,又显著
提高成本。我国土壤普遍缺磷 ,提高磷 (肥) 的利用率
对降低农产品成本、减少环境富集有重要意义。
有关低植酸含量 (Low Phytic Acid Content , LP) 作
物的研究始于 1992 年 ,美国农业部等相继利用诱变技
术获得了玉米、水稻、大麦、大豆等作物的低植酸突变
体[3～4 ] 。在我国和其它国家外 ,LP 作物研究刚处于起
步阶段或尚属空白。玉米既是我国未来农产品国际竞
争的重点 ,又是影响我国优势产业 - 饲料、畜牧业的最
主要原料 ,因而低植酸玉米的研究与开发具有显著的
社会、经济、环境意义。在此背景下 ,本文以我国主栽
玉米杂交种农大 108 的双亲为试材 ,进行了低植酸突
变体的筛选和初步研究。
1 　材料和方法
111 　试验材料与诱变处理
以我国主栽玉米杂交种农大 108 的双亲 —黄 C 和
X178 为试材。玉米杂交种农大 108 由中国农业大学
选育 ,首获 2002 年国家科技进步一等奖[5 ] 。取上述玉
米干种子 ,调节至含水率 1315 %。采用60 Coγ射线于
浙江大学辐照中心进行诱变处理 ,剂量为 200Gy ,剂量
率为 5GyΠmin。
112 　无机磷测定与高无机磷突变筛选
种子中无机磷 ( Inorganic phosphorus , IP) 的测定采
用钼蓝染色法[6 ] 。具体步骤如下 :取测定种子 ,按单粒
称重 ,敲碎 ,置于 96 孔V 型酶标板 ,然后按样品质量每
毫克加入 10μl 的 014molΠL 盐酸 ,4 ℃下过夜提取。次
日 ,取 10μl 提取液于新的酶标板 ,加入 90μl 蒸馏水和
100μl 显色剂 ,室温下静置 1h 后进行比色测定。显色
剂由 1 体积 3molΠL 浓硫酸、1 体积 215 %(WΠV) 的钼酸
铵、1 体积 10 %(WΠV)抗坏血酸 (贮于 4 ℃) 和 2 体积的
蒸馏水配制而成 ,现配现用。同时 ,酶标板上设置 5 个
用磷酸氢二钾配制的标准磷 ,容积均为 200μl ,含磷量
分别为 010μg ( S1) 、0115μg ( S2) 、0146μg ( S3) 、0193μg
(S4) 和 1139μg ( S5) ,显色后分别呈现黄色、浅黄、浅
蓝、蓝色和深蓝色。经以上方法处理后 ,每个样品的
IP相当于 1mg 种子所含 IP。由于普通玉米种子中每
克含总磷为 3～4mg ,而 IP 占总磷 ( Total phosphours ,
TP) 的 2 %～8 %[9 ] ,推算每毫克种子中 IP 含量应在
0135μg 以下。
低植酸 (LP) 突变先采用高无机磷 ( High inorganic
phosphorus , HIP)突变间接筛选法[10 ] 。玉米种子 IP 含
量在 0106～0136μgΠmg 之间[11 ] ,因此显色后颜色应为
黄色或浅蓝色 (S3) 。本研究的预备试验和前人研究表
明 ,高于 0146μg 的 IP 为 HIP 玉米突变材料 ,而一般玉
米种子 IP 含量均低于 0146μgΠg ,染色后似 S2 ,呈浅黄
色。因此 ,开展诱变种子筛选时 ,只要样品显色深于标
准磷 S3 (0146μg)的即记为 HIP 种子。
试验时 ,对诱变产生的 M1 植株进行严格人工套
袋自交 ,成熟时混收所有 M1 植株上种子。全部种植
M2 群体 ,仍对每个植株严格人工套袋自交 ,成熟时按
单株收获、脱粒并单独编号。从各株系中随机取种子
8 粒 ,测定 IP 含量筛选 HIP 突变。
113 　HIP突变的深入鉴定
对入选的 HIP 突变单株 ,按单株种植成 M3 株系。
若随机检测 16 粒以上的籽粒全为 HIP 种子 ,则其相应
的上一代单株记为纯合 HIP 突变。连续 2 代全部表现
为 HIP 单株、未出现分离的株系则为纯合 HIP 突变系。
114 　总磷和植酸磷定量分析
对纯合 HIP 突变系籽粒的总磷 (TP)含量和植酸磷
(Phytic acid P , PAP)进行了定量测定。TP 测定采用湿
法消化法[7 ] 。PAP 用阴离子交换高效液相色谱仪测
定[6 ] 。
2 　结果与分析
211 　HIP突变频率
对 300 粒以上黄 C 和 X178 的野生型玉米籽粒染
色检测表明 ,对照均显浅黄色 ,未见显蓝色的样品 ,而
诱变后代出现了一定比例的浅蓝至深蓝的籽粒。
对 M2 植株收获的 M3 籽粒 ,以株系为统计单位
(表 1) ,采用随机选取 8 粒检测进行 HIP 突变的初筛 ,
从自交系黄 C中入选 HIP 单株 5 个 ,其中 2 个为深蓝
色 ,类似标准样品的 S5 ,2 个为蓝色 ,类似标样的 S4 ,1
个为浅蓝色 ,类似标样的 S3 ,HIP 的突变频率为 10103
×10 - 4 ;从 X178 中入选 HIP 单株 2 个 ,分别为深蓝色
和蓝色 ,HIP 的突变频率为 10148 ×10 - 4 。
上述 2 个材料中 ,无论是黄 C还是 X178 均未发现
纯合的 HIP 突变单株。若进一步以测定的籽粒为统计
单位 ,黄 C共测定籽粒 47856 粒 ,检测到 HIP 突变籽粒
17 粒 ,HIP 突变频率为 3155 ×10 - 4 ; X178 共测定籽粒
30968 粒 ,检测到 HIP 突变籽粒 12 粒 ,HIP 突变频率为
3187 ×10 - 4 。
61 核　农　学　报 20 卷
表 1 　2 个玉米品种的 HIP突变频率
Table 1 　The frequencies of high inorganic
phosphorus mutations in two maize cultivars
品种 cultivars 黄 CHuang C X178
检测株数
No. plants determined
5982 3817
HIP 株数
No. HIP plants
6 4
按株计 HIP 突变频率
HIP mutation frequency in plant base 10103 ×10 - 4 10148 ×10 - 4
按粒计 HIP 突变频率
HIP mutation frequency in grain base 3155 ×10 - 4 3187 ×10 - 4
注 :11 HIP 株数指该单株被检测 8 粒种子中至少 1 粒显标样 S4 或 S5 类
的蓝色 ; 21 按株计 HIP 突变频率指 HIP 突变株数与 M2 检测株数的
比值 ; 31 按粒计 HIP 突变频率指检测到染蓝籽粒数与测定总籽粒
的比值
Note : 11 HIP individual plant designates all individual plants containing at least
one blue2stained grains as the standard sample S4 or S5 type ; 21 HIP
mutation frequency in plant base designates ratio of the HIP mutated plants
to the total plants determined ; 31 HIP mutation frequency in grain base
designates ratio of the blue2stained grains detected to the total grains
determined
212 　HIP突变的稳定性
对随后的 M3 和 M4 世代 ,分别在海南陵水和浙江
杭州两地进行了跟踪观察 ,结果表明筛选的 HIP 突变多
数可稳定遗传表达。除从黄 C 筛选的 1 个 HIP 突变表
现为假阳性外 ,其它从黄 C 筛选的 4 个 HIP 突变和从
X178 筛选的 2 个 HIP 突变均为真实突变。对从黄 C 中
筛选的 4 个 HIP 突变的 M4 籽粒无机磷进行检测 ,显色
表型见图 1。
213 　HIP突变系的植酸磷和总磷含量
对已纯合的 HIP 突变体籽粒中不同形式磷素含量
的结果见图 2。与野生型相比 ,HIP 突变体表现为相同
的特征 ,即总磷变化不显著 ,植酸磷和无机磷则如预
期 ,分别明显下降和增加。因此 ,本研究通过间接筛选
的 HIP 突变系可确定为LP 突变。为表述方便 ,将黄 C
筛选的 4 个 HIP 突变分别编号为 H2lpa1、H2lpa2、H2
lpa3、H2lpa4 ,而将从 X178 中筛选的 2 个 HIP 突变分别
编号为 X2lpa1 和 X2lpa2。
　　与直观的染色反应结果相吻合 ,突变体 H2lpa1、
H2lpa2 和 X2lpa1 中植酸磷下降和无机磷增加更显著。
与对照相比 ,它们植酸磷的下降幅度均超过 50 % ,分
别下降了 79109 %、66106 %、70100 % ,无机磷则分别增
加了 11122、9191、6143 倍。突变体 H2lpa3、H2lpa4 和
X2lpa2 植酸磷的下降幅度未达 50 % , 分别下降了
47158 %、43194 %、48128 % ,无机磷分别增加了 7104、
6143、4133 倍。
图 1 　从玉米品种黄 C中筛选的 4 个 HIP突变 M4 籽粒
无机磷含量检测后的显色表型
Fig. 1 　Colorimetric phenotypes of four high inorganic
phosphorus (HIP) mutations isolated from maize cultivar’
Huang C’after determination of the inorganic phosphorus
1、2 : 野生型 ; 3～10 为 HIP 突变 ; 3、4 : S5 类纯合突变 ; 5、6 : S5 类杂
合突变 ; 7、8 : S4 类纯合突变 ; 9、10 : S4 类杂合突变 ; 11 : 空白 ;
　　　　 12 : 标准样品 (S12S5)
1 ,2 : The wild type ; 3 , 4 : S5 type homozygous mutation ; 5 , 6 : S5 type
heterozygous mutation ; 7 ,8 : S4 type homozygous mutation ; 9 ,10 : S4 type
　heterozygous mutation ; 11 : blank ; 12 : the standard samples (S12S5)
图 2 　高无机磷低植酸突变玉米及其野生型中
植酸 P(PAP) 、无机磷 ( IP) 和细胞磷 (CP)含量
Fig. 2 　The contents of phytic acid phosphorus , inorganic
phosphorus , cellular phosphorus in the high inorganic
phosphorus , low phytic acid maize mutants and their wild
types
3 　讨论
迄今为止 ,低植酸作物的研究仅在美国等少数几
个国家开展 ,我国尚处起步阶段。继从不同遗传背景
的水稻及大豆中筛选LP 突变体之后 ,本试验证实在我
71　1 期 高无机磷低植酸含量玉米突变体筛选初报
国开展LP 玉米等作物研究工作是切实可行的。
根据本研究结果和工作经验 ,提出玉米低植酸突
变体筛选的参考程序如下 :
(1)取常规玉米品种或自交系为试验材料 ,用理化
诱变剂进行诱变处理 ;
(2)种植诱变材料 ,人工授粉套袋自交 ,成熟时混
收 M2 种子 ;
(3)种植 M2 ,仍人工授粉套袋自交 ,成熟时按单株
收获、脱粒并单独编号 M3 种子 ;
(4)随机取各株系 8 粒成熟种子以单籽粒为单位 ,
采取测定无机磷含量的方法间接筛选低植酸突变 ,选
留测定籽粒提取液全部或几粒染成蓝色的余留种子 ,
淘汰籽粒提取液未染成蓝色的种子 ;
(5)将全部或几粒染成蓝色的余留种子按株系种
植 ,严格人工授粉套袋自交 ,按单株收获、脱粒 ,以单籽
粒为单位分析验证低植酸突变的稳定性及其纯合性 :
①若株系内各单株的籽粒提取液均染成蓝色 ,表明该
株系低植酸突变已纯合 ; ②若株系内个别单株的籽粒
提取液均染成蓝色 ,表明该单株低植酸突变已纯合 ,若
单株的籽粒提取液仅有几粒染成蓝色 ,表明突变未稳
定 ; ③若单株的籽粒提取液未染成蓝色 ,表明突变为假
突变 ;
(6)研究纯合低植酸突变的等位性及其对农艺性
状和配合力的影响 ,对未稳定的突变 ,进行深入筛选。
当然 ,这只是从 HIP 低植酸突变的角度 ,在实际育
种中 ,还需要对其它农艺性状等同步进行考察和选择 ,
因此 ,育种群体在可能的情况下应适当加大。
参考文献 :
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(上接第 53 页)
育种技术应该同远缘杂交技术相结合在突变体中获得
新种质、新类型。
致谢 :本文承蒙本所名誉所长朱斗北先生审阅 ,并提出修
改意见。
参考文献 :
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