全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2013, 39(5): 935−942 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由河北省自然科学基金项目(C2012204083)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 刘国振, E-mail: gzhliu@genomics.org.cn, Tel: 0312-7528250
第一作者联系方式: E-mail: gaoqinghua_mbb@126.com, Tel: 0312-7528787
Received(收稿日期): 2012-10-22; Accepted(接受日期): 2013-01-15; Published online(网络出版日期): 2013-02-19.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20130219.1125.019.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2013.00935
玉米低植酸自交系的鉴定及其连锁分子标记的初步筛选
高庆华 1 孟义江 1 张 萃 1 贾 盟 1 刘 钊 1 侯明明 1 金德敏 2
李雪姣 1 牛东东 1 缪刘杨 1 郭乐群 2 窦世娟 1 刘丽娟 1 李莉云 1
翟文学 2 刘国振 1,*
1 河北农业大学生命科学学院, 河北保定 071000; 2 中国科学院遗传与发育生物学研究所, 北京 100101
摘 要: 降低玉米植酸含量对于改善玉米营养品质具有重要的意义, 挖掘低植酸玉米种质, 培育低植酸品种是一种
有效降低植酸的途径。在前期工作中, 我们筛选获得并初步鉴定了 1个低植酸的玉米自交系齐 319。本研究进一步鉴
定了该自交系的植酸含量, 发现它仅为常规玉米自交系的 1/4 左右, 田间发现, 其发芽率略低, 但发芽后的植株生长
正常, 进而利用齐 319 与 Lpa241 杂交获得 F2群体, 分析表明 F2群体的植酸含量呈现分离, 符合 3∶1 比例, 确定该
性状受隐性单基因控制, 在此基础上, 初步筛选了与低植酸性状连锁的分子标记, 发现第 2染色体长臂上的 2个标记
(IDP7818和 IDP7635)与低植酸性状连锁。这一工作为分子标记辅助的玉米低植酸育种奠定了基础。
关键词: 玉米; 低植酸; 标记辅助的选择育种; 分子标记; F2分离群体
Identification of Low Phytic Acid in a Maize Inbred Line and Primary Screen-
ing of Its Molecular Markers
GAO Qing-Hua1, MENG Yi-Jiang1, ZHANG Cui1, JIA Meng1, LIU Zhao1, HOU Ming-Ming1, JIN De-Min2,
LI Xue-Jiao1, NIU Dong-Dong1, MIAO Liu-Yang1, GUO Le-Qun2, DOU Shi-Juan1, LIU Li-Juan1, LI
Li-Yun1, ZHAI Wen-Xue2, and LIU Guo-Zhen1,*
1 College of Life Sciences, Agricultural University of Hebei, Baoding 071000, China;2 Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese
Academy of Sciences, Beijing 100101, China
Abstract: Reducing the content of phytic acid (PA, myo-inositol-1,2,3,4,5,6-hexakis phosphate) is important for improving the
nutritional value of maize (Zea mays L.). The identification and application of low phytic acid (lpa) maize germplasm is an eco-
nomical and effective approach in breeding program. In our previous study, Qi319 was identified as a low phytic acid inbred line.
In this study, we found that the content of phytic acid phosphorus in Qi319 kernels is about one fourth of normal maize inbred
lines based on quantitative analysis. The characterization of agronomic traits revealed that the germination rate of Qi319 was
75.5%, lower than that of normal inbred lines, however, Qi319 plants grew normally in the field. F2 population was generated by
crossing between Qi319 and Lpa241, segregation was found for the content of phytic acid among F2 populations. The segregation
ratio of 3:1 confirmed that the lpa trait was determined by a single recessive gene. We then identified two molecular markers
(IDP7818 and IDP7635) located on the long arm of chromosome 2 that were co-segregated with low phytic acid loci. This result
provides a fundamental basis for marker-assisted maize lpa selection process.
Keywords: Maize; Low phytic acid; Marker-assisted selection breeding; Molecular marker; F2 population
植酸是作物种子中主要含磷化合物, 通常占种子干
重的 1%以上, 占全磷含量的 65%~85% [1-2]。在玉米种子
中, 约 90%的植酸贮存于盾片层中, 糊粉层所含植酸约占
总量的 10%[3-4]。植酸对作物的生长发育具有重要的作用,
但在玉米种子用作饲料时, 由于单胃动物缺少水解植酸
的酶类, 不能很好的吸收和利用植酸磷 [5-9], 所以植酸磷
实际上是一种抗营养因子[10]。此外, 植酸盐排出动物体后,
也会对水体环境产生负面影响。为降低动物排泄物中的植
酸含量, 保护生态环境, 动物饲料中往往要添加植酸酶,
用来降解植酸, 但由此会带来成本提高。中国农业科学院
936 作 物 学 报 第 39卷

生物技术研究所范云六课题组通过转基因在玉米种子中
表达植酸酶 [11], 以实现降低饲料植酸的目的 , 该转基因
玉米材料已经获得了环境释放安全证书。通过育种手段降
低作物中植酸的含量, 是近年提出并引起广泛关注的解
决与植酸相关的营养和环保问题的新途径。
迄今为止 , 通过理化诱变等方法 , 在玉米 [12-13]、小
麦[14]、水稻[15]、大豆[16]等作物中已获得植酸含量较低的
突变体 , 其植酸含量下降 , 而无机磷以及肌醇磷酸盐含
量上升。低植酸突变大多表现为隐性突变, 并受单基因控
制, 其控制基因主要是参与或调控植酸的合成代谢[17-18]。
现已鉴定多个低植酸突变体, 包括 lpa1、lpa2 和 lpa3 等,
其中 lpa1 和 lpa2 的植酸含量分别下降 66%和 30%, lpa3
的植酸含量介于二者之间[12,19]。在鉴定低植酸突变体方面,
国内外都取得了一些进展, 但也发现低植酸突变往往伴随
成苗率降低、粒重降低和产量下降等不良农艺性状[12,20-21]。
农艺性状的劣化限制了低植酸突变体的应用, 所以筛选
鉴定植酸含量低且农艺性状好的玉米种质具有重要的现
实意义。
不同的低植酸突变在玉米中也有报道, 它们分别受
不同的基因控制, lpa1 是由于 ZmMRP4 (multidrug resis-
tance-associated protein 4)基因的突变造成的, 该突变使
体内合成的植酸向胞外运输受阻, 形成负反馈抑制造成
植酸的合成量降低 [17-18,22]; 另外 , 植酸合成的关键酶
MIPS (myo-inositol phosphate synthase)的表达量下降也会
产生 lpa1 表型[23]; lpa2 是植酸合成途径下游的肌醇磷酸
激酶 ZmIpk 基因突变造成的, 其中 lpa2-1 是由于 ZmIpk
的插入失活造成的, lpa2-2是由于 ZmIpk 中的一个核苷酸
突变导致开放阅读框的提前终止, 产生无功能的蛋白质
造成的[24]; lpa3是由于肌醇激酶(MIK)基因发生突变引起
肌醇积累造成的[19]。lpa1和 lpa2 位点都被定位于第 1染
色体短臂[25], lpa3被定位于第 1染色体的长臂上[19]。水稻
中有多个低植酸基因被克隆, Os-lpa-XS110-3 的控制基因
与玉米 ZmMRP4 同源, 用 T-DNA 插入失活将该基因敲除,
会导致水稻种子中无机磷含量增加, 甚至纯合致死[26]; 水
稻 RINO1是玉米MIPS的同源基因, 抑制该基因的表达可
以得到高无机磷、总磷不变的低植酸突变体[27-30]; 水稻的
lpa N15-186突变体是由肌醇激酶(MIK)基因的第 1个外显
子的 1 对碱基突变引起的, 这一突变会造成 lpa3 类型的
低植酸表型[31]; 另外, 在水稻中还发现一个 Oslpa1 突变,
它编码 2-磷酸甘油酸激酶(2-PGK) [32-33]。
鉴于低植酸玉米的重要应用价值, 我国学者也开展
相关研究, 并取得了一些成果。利用诱变处理, 从我国主
栽玉米品种农大 108的亲本自交系黄 C和 X178中获得了
6 个低植酸突变体, 与野生型相比, 植酸磷下降了 43%~
79% [34]。本实验室王晖等[35]从 20 份常用玉米自交系中,
筛选到齐 319 为低植酸自交系, 将该自交系与 Lpa241/
lpa241 杂交, 通过 8 粒 F1种子的分离结果, 初步认为该
低植酸性状受隐性单基因控制。马磊等[36]则对 100 份玉
米自交系筛选发现, 鲁原 92也为低植酸自交系, 与 Lpa241/
lpa241 杂交后的初步遗传分析也表明其受隐性单基因控
制。
本试验将系统分析前期筛选获得的低植酸玉米自交
系齐 319, 定量分析其植酸含量, 调查其主要农艺性状,
利用 F2 分离群体进行遗传分析, 并筛选与低植酸性状连
锁的分子标记, 从而为分子标记辅助育种奠定基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试玉米自交系为齐 319、B73、郑 58、黄 C、昌
7-2、大 K12和意大利 Studi Di Milano大学 Nielsen博士
提供的玉米自交系 Lpa241 [13,37]等。
1.2 试验方法
1.2.1 低植酸玉米种子的定性鉴定 由于植酸含量的
下降一般都伴随着无机磷含量的升高, 而总磷含量维持
不变[38]。因此, 我们用钼酸铵定磷比色法定性测定玉米籽
粒的无机磷含量 [35,39-40], 通过筛选高无机磷籽粒来间接
认定玉米籽粒的低植酸性状。将种子按单粒称重、磨碎、
置 96孔 V型酶标板, 按样品质量每毫克加入 10 μL的 0.4
mol L−1盐酸, 4℃下过夜提取, 次日取 10 μL提取液于新
的酶标板, 加入 90 μL蒸馏水和 100 μL新鲜配制的显色
剂[3 mo1 L−1浓硫酸∶2.5% (W/V)的钼酸铵∶10% (W/V)
的抗坏血酸∶蒸馏水=1∶1∶1∶2], 室温下静置 1 h后比
色测定, 每个酶标板上设置 5个用磷酸氢二钾配制的标准
磷, 容积均为 200 μL, 含磷量分别为 0、0.15、0.46、0.93
和 1.39 μg, 显色后呈现不同深度的蓝色, 种子无机磷含
量以标准磷样品的颜色比对定性检测。
1.2.2 玉米种子中植酸含量的定量分析 按国标
(GB/T 17406-1998), 用粉碎机将玉米自交系的籽粒(6~7
粒)分别粉碎, 装入纸袋, 于 60~70℃烘 2 h后放干燥器内
备用。称取干燥均质试样 0.5 g置离心管内, 2次重复, 加
入 25 mL硫酸钠-盐酸溶液后振荡 2 h过滤, 收集滤液备用,
将 0.5 g阴离子交换树脂[规格: AG1-X4 (100~200目)]湿
法装入交换柱中, 用 0.7 mol L–1的氯化钠溶液洗脱交换
柱, 再加水洗涤, 在洗涤过程中, 调试交换柱流速, 控制
在 1 mL min−1左右, 用硝酸银溶液检测氯离子, 直至氯离
子完全洗涤干净; 吸取 5 mL过滤好的试样提取液于三角
瓶内, 加入 1 mL氢氧化钠溶液, 并补加水至 30 mL, 混匀
后倒入调好的离子交换柱中, 然后分别加入水和 0.05 mol
L–1氯化钠各 15 mL洗涤交换柱, 弃去洗涤液; 用 0.7 mol
L–1氯化钠洗涤液洗脱交换柱, 将洗涤液收集于 25 mL的
具塞试管中, 定容至 25 mL, 摇匀; 吸取上述洗涤液 5 mL
于 10 mL比色管中, 加入 4 mL三氯化铁-磺基水杨酸反应
溶液, 摇匀, 3000转 min−1转速离心 10 min, 静置 15 min,
测定吸光度值。用回归方程计算出试液中植酸含量。
第 5期 高庆华等: 玉米低植酸自交系的鉴定及其连锁分子标记的初步筛选 937


1 3
2 4
c V VX
m V V
×= × ×
式中, X: 样品中植酸含量(mg g−1); c: 样液中植酸含量
(mg); m: 样品的质量(g); V1: 提取液定容后的体积(mL);
V2: 分离后, 提取液的体积(mL); V3: 分离液定容后的体
积(mL); V4: 测定试液时, 取分离液的体积(mL)。
称取 1.7347 g植酸钠标准品(纯度 98%), 加水溶解并
定容至 100 mL。使用前, 吸取 5 mL 用水定容至 500 mL,
其浓度为 0.1 mg mL–1。精确吸取植酸标液 0、1.0、2.0、
3.0、4.0和 5.0 mL于 10 mL比色管中, 用水补足 5 mL, 加
入三氯化铁-磺基水杨酸反应溶液 4 mL, 摇匀, 3000 转
min−1离心 10 min, 静置 15 min后, 将上层液倒入 1 cm比
色皿中, 于 500 nm 处测定吸光度, 以吸光度为纵坐标,
植酸含量为横坐标, 绘制标准曲线并计算回归方程。
1.2.3 玉米田间种植及考种方法 田间种植试验于
2007—2011 年在河北省保定市河北农业大学标本园进行,
试验地水肥条件良好。在玉米生长期间, 对每份自交系材
料每行取中间生长正常的 10 株观察记录, 设 2 个重复共
20株, 记载播种期、抽雄期和吐丝期, 并于 2/3乳线期(青
贮玉米收获期)调查株高、穗位高、全株叶片数、雄花序
分枝数。收获果穗晒干后, 选择有代表性的 10 穗调查穗
长、行粒数、单穗粒重、百粒重和播种后的发芽率等。参
照“国家普通玉米品种区试调查项目和标准”描述各农艺
性状。用 SPSS软件统计各个自交系性状的平均值和标准
差。
1.2.4 齐 319 的低植酸性状的遗传分析 以齐 319 作
父本或母本, 分别与 Lpa241 (母本)和 K12 (父本)杂交, 获
得 F1代后田间种植并套袋自交获得 F2种子, 对 F2代种子
采用钼酸铵定磷比色法[35] 检测无机磷含量, 间接检测植
酸含量, 确定低植酸的个体, 用 SPSS 软件统计分析相关
数据。
1.2.5 玉米种子 DNA 的提取 采用 SDS 法[41]并稍作
调整。
1.2.6 PCR 体系及反应条件 总体积为 20 μL的 PCR
体系含 10 μmol L–1引物、Es Taq MasterMix和 50 ng模板
DNA。在 Biometra PCR仪上进行扩增, 引物由上海生工
生物工程技术服务公司合成。PCR 反应程序为 94℃预变
性 4 min; 94℃变性 45 s, 55℃复性 45 s, 72℃延伸 1 min, 35
个循环; 72℃延伸 10 min。反应产物经 5%或 8%的聚丙烯
酰胺凝胶电泳检测, 溴化乙锭染色后在凝胶成像仪(北京
六一仪器厂)上观察并照相。
1.2.7 连锁分子标记的筛选 从玉米数据库 (http://
www.maizegdb.org/probe.php)选择简单重复序列(SSR)和
IDP 分子标记, 按数据库提供的分子标记序列合成引物,
以亲本材料的基因组 DNA为模板进行 PCR扩增后, 筛选
亲本间有多态的引物, 对杂种 F1和分离群体 F2的基因组
DNA进行 PCR扩增, 将 F2代群体中与低植酸亲本带型一
致的单株记为“A”, 与对照亲本带型一致的单株记为“B”,
杂合的单株记为 “H”, 缺失的单株记为 “•”。利用
MAPMAKER/EXP 3.0 软件[42]进行连锁分析和遗传距离
计算。
2 结果与分析
2.1 齐 319自交系种子的植酸含量分析
为了定量分析齐 319 自交系种子的植酸含量并与其
他自交系进行比较, 我们首先用植酸钠标准品绘制了植
酸含量与吸光度的标准曲线(图 1-A), 然后用植酸含量测
定的国标方法(GB/T 17406-1998)对齐 319和其他 5个常用
的玉米自交系种子进行了植酸含量的测定(图 1-B)。参试
各玉米自交系种子中 , 植酸含量最高的是 Lpa241, 达
7.05 mg g−1, 其次是黄 C和郑 58, 分别为 6.36 mg g−1和
5.48 mg g−1, 依含量高低昌 7-2和 B73分别为 4.48 mg g−1
和 3.17 mg g−1, 齐 319为 1.59 mg g−1, 后者仅为 Lpa241
的 22%和黄 C 的 25%, 在所有自交系中含量最低。这一
结果与之前王晖等 [35]用间接法定性测量的结果相符合 ,
进一步证明齐 319是低植酸的玉米自交系。
2.2 齐 319与其他自交系的农艺性状比较
由表 1可见, 齐 319自交系的发芽率 75.5%, 而其他
自交系的发芽率均在 86%以上, Lpa241 和 B73 的发芽率
为 98%, 由此推测, 齐 319的发芽率可能受到了低植酸的
影响。比较参试自交系的整株性状可以看出, 齐 319 和
Lpa241 的抽雄期和吐丝期较早, 且齐 319 的株高仅次于

图 1 植酸测定的标准曲线(A)及玉米自交系的植酸含量(B)
Fig. 1 Standard curve (A) and phytic acid concentration (B)
938 作 物 学 报 第 39卷

表 1 玉米自交系的主要农艺性状的比较
Table 1 Comparison of agronomic traits among different maize inbred lines
自交系名称 Inbred line 性状
Trait 齐 319 Qi 319 Lpa241 B73 郑 58 Zheng 58 黄 C Huang C 昌 7-2 Chang 7-2
发芽率 Germination rate (%) 75.5 98.0 98.0 86.0 88.0 93.3
抽雄天数 Days for tasseling (d) 67 59 69 71 75 71
吐丝天数 Days for silking (d) 70 63 71 74 78 74
株高 Plant height (cm) 155.5±17.7 139.9±19.2 143.6±29.4 125.4±9.0 134.1±18.1 195.7±6.8
成株叶数 Leaf number 11.3±1.1 10.3±1.2 12.8±0.9 11.5±0.5 14.1±0.4 15.0±0.4
雄花序分枝数 No. of tassel branches 4.9±1.3 8.4±2.0 9.6±1.4 11.9±1.4 7.5±1.3 21.8±2.8
穗长 Ear length (cm) 11.3±1.7 7.2±0.9 11.9±1.4 15.6±1.2 18.8±2.1 11.4±0.2
行粒数 Kernels per row 14.5±5.8 12.2±3.2 16.1±6.4 20.3±0.8 20.0±5.2 19.8±2.9
百粒重 100-kernel weight (g) 23.0±1.3 13.2±1.6 18.8±2.0 25.9±1.5 26.9±1.1 20.2±1.9
单穗粒重 Kernel weight per ear (g) 48.9±25.5 29.8±8.6 45.8±21.3 65.3±11.1 93.8±13.9 83.4±5.6

昌 7-2, 但齐 319 成株叶数较少, 穗位高居中, 雄花序分
枝数较少, 总体来看齐 319 株型较高, 叶片较稀疏, 顶花
较少。比较参试自交系的穗部性状, 可以看出齐 319的穗
长、穗粗、行粒数、百粒重和单穗粒重居中, 而秃尖较短、
穗行数较少。所以, 发芽后的齐 319植株生长正常, 大部
分指标包括单穗粒重等在参试自交系中居于中等水平。
2.3 齐 319低植酸性状的遗传分析
以齐 319为父本与 Lpa241杂交, F1代植株在田间生
长正常, 株高为 214 cm, 将 F1植株在田间种植并套袋自
交, 对其中来自 8个 F1后代的 2184个 F2籽粒进行钼酸铵
显色分析(图 2), 总计有 509个籽粒表现高无机磷(低植酸)
性状, 其余 1675个籽粒表现低无机磷性状(表 2), 经卡方
测验表明符合 3∶1 的分离比例, 说明该性状受单一隐性
基因的控制, 单独对不同 F1后代的 F2籽粒分别进行卡方
测验, 也都符合 3∶1 的比率。此外, 以齐 319 为母本与
K12杂交配组, 分析 64个随机 F2籽粒, 鉴定出 18个低植
酸个体和 46个正常个体, 卡方测验结果表明也符合 3∶1
的分离比率, 进一步说明该性状是受一对隐性基因控制,
为此我们将该低植酸性状的控制基因命名为 lpa319。
2.4 低植酸性状连锁分子标记的初步筛选
用 400 多对 SSR 和 IDP 引物对齐 319 和 Lpa241 的
基因组 DNA 进行扩增, 鉴定出 140 对在二亲间有多态的
引物。挑选每条染色体上有一定间隔的引物开展进一步的
连锁分析, 从第 1到第 10染色体上的引物数目依次为 8、
9、5、5、4、2、5、3、2和 3个, 合计引物数为 46个, 平
均每条染色体 4.6个引物。从 Lpa241×齐 319的 F2群体中

图 2 F2籽粒的无机磷分析
Fig. 2 Inorganic phosphorous analysis for F2 kernels
D7-2、D7-3、49-2、49-5、49-6、49-8、49-10和 49-11分别为 F1植株的编号。
D7-2, D7-3, 49-2, 49-5, 49-6, 49-8, 49-10, and 49-11 are number of F1 plants.

第 5期 高庆华等: 玉米低植酸自交系的鉴定及其连锁分子标记的初步筛选 939


表 2 低植酸性状在齐 319衍生的 F2代的分离比
Table 2 Segregation ratio of low phytic acid in Qi319-derived F2 population
组合
Cross
F1编号
Code of F1
F2-LIP数目
No. of F2-LIP
F2-HIP数目
No. of F2-HIP
总数
Total
卡方
χ2
D7-2 276 74 350 2.777
D7-3 334 90 424 3.220
49-2 379 104 483 3.098
49-5 225 73 298 0.018
49-6 181 78 259 3.615
49-8 180 57 237 0.114
49-10 51 13 64 0.563
49-11 49 20 69 0.122
Lpa241×Qi319
小计 Sub-total 1675 509 2184 3.343
Qi319×K12 46 18 64 0.333
LIP: low inorganic phosphorus; HIP: high inorganic phosphorus


图 3 第 2染色体的 2个分子标记的分离
Fig. 3 Segregation of two molecular markers on maize
chromosome 2
Q: Qi319; L: Lpa241.

随机挑取 12个表现低植酸的隐性个体, 以两亲本和 F1代
的 DNA 为对照, 利用多态性引物进行扩增, 发现用第 2
号染色体长臂的分子标记 IDP488和 umc2205扩增, 分别
有 11个和 10个 F2个体与低植酸亲本的带型一致(图 3)。
在此基础上, 我们在 IDP488 和 umc2205 之间合成了 90
对引物, 经检测获得了 17 个二亲间有多态的引物, 利用
这些引物, 对较大群体的 F2籽粒进行分析, 图 4-A和 4-B
分别是用 IDP7818和 IDP7635引物对 78个 F2籽粒进行分
析的结果, 由图可见, 用 IDP7818 引物扩增, 全部 78 个
F2籽粒均表现齐 319的带型, 用 IDP7635引物扩增, 有 74
个籽粒表现齐 319的带型, 提示这 2对引物的扩增产物可
能与齐 319 的低植酸性状连锁。lpa319 在第 2 染色体上
的物理位置及附近的 BAC克隆编号见图 5。
3 讨论
鉴定低植酸玉米种质资源对了解低植酸的控制机制,
培育低植酸玉米品种具有重要意义。多个玉米低植酸突变
体的鉴定增加了我们对低植酸控制机理的了解 [17 ,19 ,23],
近年来一些国内学者也开始了玉米低植酸资源的诱变和
筛选工作[34-36]。在前期工作中, 我们初步发现玉米自交系


图 4 2个分子标记在 F2代低植酸个体的表现
Fig. 4 Segregation of two molecular markers among F2 low phytic acid individuals
A: IDP7818标记在 F2代低植酸个体的表现; B: IDP7635标记在 F2代低植酸个体的表现。
A: segregation of IDP7818 marker; B: segregation of IDP7635 marker.
940 作 物 学 报 第 39卷


图 5 lpa319位点连锁分子标记的筛选
Fig. 5 Identification of lpa319-linkage molecular markers


齐 319种子的植酸含量较低, 并可能受单基因控制, 在此
基础上, 我们定量分析了齐 319种子的植酸含量和其他重
要农艺性状, 用 F2 分离群体进行了低植酸的遗传分析并
初步鉴定了与低植酸连锁的分子标记。
对不同年份、不同栽培地点的齐 319 种子进行检测,
发现 , 它们均表现相同的低植酸表型 , 表明该性状不受
环境影响或环境影响较小。在常规栽培条件下, 齐 319的
发芽率为 75.5%, 低于其他参试的常规自交系, 齐 319 的
其他农艺性状均表现正常, 说明低植酸对植株的影响主
要在于发芽阶段。据报道植酸主要储存在发育成熟的种子
中, 在种子萌发时, 能释放出与其结合的金属离子, 供应
萌发代谢活动和幼苗生长的需求, 并维持种子中无机磷
的平衡 [43], 由此可见 , 植酸在作物种子的萌发过程中发
挥着重要的作用。尽管齐 319的发芽率较低, 但在育种实
践中仍然是可以接受的, 根据报道, 以齐 319为亲本选育
并推广的品种有鲁单 50[44]和鲁单 981[45]等。我们也正在
将齐 319与郑 58、昌 7-2、黄 C和 7922等自交系杂交配
组, 试图通过育种手段将齐 319的低植酸性状转移到其他
玉米自交系中, 进而用于低植酸玉米育种。
已经定位或克隆的玉米低植酸突变都位于第 1 染色
体上[12, 19, 25], 我们在第 2染色体上发现了与 lpa319有连
锁关系的分子标记 , 根据发表的玉米 B73 基因组序列 ,
IDP7818 和 IDP7635 引物的物理位置在 2.07~2.08 之间,
与 lpa319的遗传距离分别为 0.6 cM和 1.9 cM, 大约有 8~9
个 BAC克隆(图 5)。由此推断, 控制齐 319低植酸性状的
基因与已经报道的低植酸控制基因不等位, 可能这是一
个新的低植酸控制基因, 进一步的精细定位和克隆将使
我们最终回答这个问题。

致谢: 中国科学院遗传与发育生物学研究所王斌研究员
在试验中给予指导并提供部分 PCR 引物; 河北农业大学
农学院张祖新教授提供部分 PCR 引物。
References
[1] Oatway L, Vasanthan T, Helm J H. Phytic acid. Food Rev Int,
2001, 17: 419–431
[2] Lott J N A, Ockenden I, Raboy V, Batten G D. Phytic acid and
phosphorus in crop seeds and fruits: a global estimate. Seed Sci
Res, 2000, 10: 11–33
[3] Reddy N R, Pierson M D, Sathe S K, Salunlche D K. Phytates in
Cereals and Legumes. Florida: CRC Press, 1989
[4] ODell B L, De Boland A R, Koirtyohann S R. Distribution of
phytate and nutritionally important elements among the
morphological components of cereal grains. J Agric Food Chem,
1972, 20: 718–723
[5] Paik I K. Management of excretion of phosphorus, nitrogen and
pharmacological level minerals to reduce environmental
pollution from animal production. Asian Austral J Anim Sci,
2001, 14: 384–394
[6] Correll D L. The role of phosphorus in the eutrophication of
receiving waters: a review. J Environ Qual, 1998, 27: 261–266
[7] Hart M R, Quin B F, Nguyen M L. Phosphorus runoff from
agricultural land and direct fertilizer effects. J Environ Qual,
2004, 33: 1954–1972
[8] Reddy K R, Kadlec R H, Flaig E, Gale P M. Phosphorus
retention in streams and wetlands: a review. Crit Rev Env Sci Tec,
1999, 29: 83–146
[9] Touchette B W, Burkholder J M. Review of nitrogen and
phosphorus metabolism in seagrasses. J Exp Mar Biol Ecol, 2000,
250: 133–167
[10] Lopez H W, Leenhardt F, Coudray C, Remesy C. Minerals and
phytic acid interactions: is it a real problem for human nutrition?
第 5期 高庆华等: 玉米低植酸自交系的鉴定及其连锁分子标记的初步筛选 941


Int J Food Sci Tech, 2002, 37: 727–739
[11] Chen R, Xue G, Chen P, Yao B, Yang W, Ma Q, Fan Y, Zhao Z,
Tarczynski M C, Shi J. Transgenic maize plants expressing a
fungal phytase gene. Transgenic Res, 2008, 17: 633–643
[12] Raboy V, Gerbasi P F, Young K A, Stoneberg S D, Pickett S G,
Bauman A T, Murthy P P, Sheridan W F, Ertl D S. Origin and
seed phenotype of maize low phytic acid 1-1 and low phytic acid
2-1. Plant Physiol, 2000, 124: 355–368
[13] Pilu R, Panzeri D, Gavazzi G, Rasmussen S K, Consonni G,
Nielsen E. Phenotypic, genetic and molecular characterization of
a maize low phytic acid mutant (lpa241). Theor Appl Genet,
2003, 107: 980–987
[14] Guttieri M, Bowen D, Dorsch J A, Raboy V, Souza E.
Identification and characterization of a low phytic acid wheat.
Crop Sci, 2004, 44: 418–424
[15] Larson S R, Rutger J N, Young K A, Raboy V. Isolation and
genetic mapping of a non-lethal rice (Oryza sativa L.) low phytic
acid 1 mutation. Crop Sci, 2000, 40: 1397–1405
[16] Wilcox J R, Premachandra G S, Young K A, Raboy V. Isolation
of high seed inorganic P, low-phytate soybean mutants. Crop Sci,
2000, 40: 1601–1605
[17] Shi J, Wang H, Schellin K, Li B, Faller M, Stoop J M, Meeley R
B, Ertl D S, Ranch J P, Glassman K. Embryo-specific silencing
of a transporter reduces phytic acid content of maize and soybean
seeds. Nat Biotechnol, 2007, 25: 930–937
[18] Cerino Badone F, Amelotti M, Cassani E, Pilu R. Study of low
phytic acid1-7 (lpa1-7), a new ZmMRP4 mutation in maize. J
Hered, 2012, 103: 598–605
[19] Shi J, Wang H, Hazebroek J, Ertl D S, Harp T. The maize
low-phytic acid 3 encodes a myo-inositol kinase that plays a role
in phytic acid biosynthesis in developing seeds. Plant J, 2005, 42:
708–719
[20] Bregitzer P, Raboy V. Effects of four independent low-phytate
mutations on barley agronomic performance. Crop Sci, 2006, 46:
1318–1322
[21] Oltmans S E, Fehr W R, Welke G A, Raboy V, Peterson K L.
Agronomic and seed traits of soybean lines with low–phytate
phosphorus. Crop Sci, 2005, 45: 593–598
[22] Pilu R, Panzeri D, Cassani E, Cerino Badone F, Landoni M,
Nielsen E. A paramutation phenomenon is involved in the
genetics of maize low phytic acid1-241 (lpa1-241) trait. Heredity,
2009, 102: 236–245
[23] Shukla S, VanToai T T, Pratt R C. Expression and nucleotide
sequence of an INS (3) P1 synthase gene associated with
low-phytate kernels in maize (Zea mays L.). J Agric Food Chem,
2004, 52: 4565–4570
[24] Shi J, Wang H, Wu Y, Hazebroek J, Meeley R B, Ertl D S. The
maize low-phytic acid mutant lpa2 is caused by mutation in an
inositol phosphate kinase gene. Plant Physiol, 2003, 131: 507–515
[25] Larson S R, Raboy V. Linkage mapping of maize and barley
myo-inositol 1-phosphate synthase DNA sequences: correspon-
dence with a low phytic acid mutation. Theor Appl Genet, 1999,
99: 27–36
[26] Xu X H, Zhao H J, Liu Q L, Frank T, Engel K H, An G, Shu Q Y.
Mutations of the multi-drug resistance-associated protein ABC
transporter gene 5 result in reduction of phytic acid in rice seeds.
Theor Appl Genet, 2009, 119: 75–83
[27] Feng X T, Yoshida K. Molecular approaches for producing
low-phytic-acid grains in rice. Plant Biotechnol, 2004, 21:
183–189
[28] Kuwano M, Mimura T, Takaiwa F, Yoshida K T. Generation of
stable ‘low phytic acid’ transgenic rice through antisense
repression of the 1d-myo-inositol 3-phosphate synthase gene
(RINO1) using the 18-kDa oleosin promoter. Plant Biotechnol J,
2009, 7: 96–105
[29] Kuwano M, Ohyama A, Tanaka Y, Mimura T, Takaiwa F,
Yoshida K. Molecular breeding for transgenic rice with low-
phytic-acid phenotype through manipulating myo-inositol
3-phosphate synthase gene. Mol Breed, 2006, 18: 263–272
[30] Kuwano M, Takaiwa F, Yoshida K T. Differential effects of a
transgene to confer low phytic acid in caryopses located at
different positions in rice panicles. Plant Cell Physiol, 2009, 50:
1387–1392
[31] Kim S I, Andaya C B, Newman J W, Goyal S S, Tai T H.
Isolation and characterization of a low phytic acid rice mutant
reveals a mutation in the rice orthologue of maize MIK. Theor
Appl Genet, 2008, 117: 1291–1301
[32] Andaya C B, Tai T H. Fine mapping of the rice low phytic acid
(Lpa1) locus. Theor Appl Genet, 2005, 111: 489–495
[33] Kim S I, Andaya C B, Goyal S S, Tai T H. The rice OsLpa1 gene
encodes a novel protein involved in phytic acid metabolism.
Theor Appl Genet, 2008, 117: 769–779
[34] Wang X-Y(王雪艳), Wang Z-H(王忠华), Mei S-F(梅淑芳),
Hong J(洪隽), Shu Q-Y(舒庆尧), Wu D-X(吴殿星). Brief report
on screening maize mutants with high inorganic phosphorus and
low phytic acid content. Acta Agric Nucl Sin (核农学报), 2006,
20(1): 404–408 (in Chinese with English abstract)
[35] Wang H(王晖), Chen J-T(陈景堂), Liu L-J(刘丽娟), Chen H(陈
浩), Liu G-Z(刘国振). Identification of maize low phytic acid
inbred lines and primary study of its genetic mechanism. Acta
942 作 物 学 报 第 39卷

Agron Sin (作物学报), 2008, 34(1): 95–99 (in Chinese with
English abstract)
[36] Ma L(马磊), Li P(李盼), Chen Z(陈哲), Zhao Y-F(赵永锋), Zhu
L-Y(祝丽英), Huang Y-Q(黄亚群), Chen J-T(陈景堂). Genetic
analysis and identification of maize (Zea mays L.) low phytic
acid inbred lines. Sci Agric Sin (中国农业科学), 2011, 44(3):
447–455 (in Chinese with English abstract)
[37] Pilu R, Landoni M, Cassani E, Doria E, Nielsen E. The maize
mutation causes a remarkable variability of expression and some
pleiotropic effects. Crop Sci, 2005, 45: 2096–2105
[38] Raboy V. Low-phytic-acid grains. Food Nutr Bull, 2000, 21:
423–427
[39] Dorsch J A, Cook A, Young K A, Anderson J M, Bauman A T,
Volkmann C J, Murthy P P, Raboy V. Seed phosphorus and
inositol phosphate phenotype of barley low phytic acid genotypes.
Phytochemistry, 2003, 62: 691–706
[40] Chen P S, Toribara T Y, Warner H. Microdetermination of
phosphorus. Anal Chem, 1956, 28: 1756–1758
[41] Dellaporta S L, Wood J, Hicks J B. A plant DNA
minipreparation: version II. Plant Mol Biol Rep, 1983, 1: 19–21
[42] Lander E S, Green P, Abrahamson J, Barlow A, Daly M J,
Lincoln S E, Newberg L A, Newburg L. MAPMAKER: an
interactive computer package for constructing primary genetic
linkage maps of experimental and natural populations. Genomics,
1987, 1: 174
[43] Strother S. Homeostasis in germinating seeds. Ann Bot, 1980, 45:
217–218
[44] Ye J-C(叶金才). Practices and thoughts on breeding of good
maize inbreds and high heterosis hybrids using exogenous
germplasm. Shandong Agric Sci (山东农业科学), 2000, (3):
11–13 (in Chinese with English abstract)
[45] Meng Z-D(孟昭东), Guo Q-F(郭庆法), Wang L-M(汪黎明), Liu
Z-X(刘治先), Zhang F-J(张发军), Ding Z-H(丁照华), Han J(韩
静), Zhang Q-W(张庆伟). Strategies used in the breeding process
of high-yield maize hybrid Ludan 981. J Maize Sci (玉米科学),
2003, 11(3): 54–56 (in Chinese with English abstract)