全 文 ：Vol. 31 , No. 2
pp. 183 - 187 　Feb. , 2005
作 　物 　学 　报
ACTA AGRONOMICA SINICA
第 31 卷 第 2 期
2005 年 2 月 　183～187 页
水稻种子衰老相关基因定位
任　淦1 　彭　敏1 , 3 　唐为江2 　徐才国2 　邢永忠2 , 3 3
(1 华中农业大学生命科学技术学院 ;2 华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室 ,湖北武汉 430070)
摘 　要 : 利用 ZS97 ×MH63 组合衍生的 160 份重组自交系进行种子衰老遗传分析。每份自交系 3 批种子 ,即在武汉室温
条件下存放 3 年的自然衰老种子 ,收获 3 个月后的种子 ,收获 3 个月后再经过高温、高湿加快衰老处理的种子 ,供 25 ℃条
件下考查发芽率和发芽势来衡量种子衰老状况。复合区间作图方法进行了 2 批衰老种子的发芽势与发芽率 QTL 定位。
自然衰老的那批种子在第 3 染色体定位 2 个影响发芽率 QTL ,加性效应作用方向相反 ,第 1 染色体上定位 1 个发芽势
QTL ;加速衰老的那批种子 ,在第 9 染色体上定位了 2 个发芽率 QTL ,加性效应作用方向相反 ,第 1 和 8 染色体上分别定位
了 1 个发芽势 QTL。这些发芽率和发芽势 QTL 不存在紧密连锁和一因多效关系 ,表明水稻种子自然衰老和加速衰老的
机制可能由不同的遗传因子控制。
关键词 : 自然老化 ; 加速老化 ; 发芽率 ; 发芽势
中图分类号 : S511101
QTL Associated with Seed Aging in Rice
REN Gan1 , PENG Min1 , 3 , TANG Wei2Jiang2 , XU Cai2Guo2 , XING Yong2Zhong2 , 3 3
(1 College of Life Science and Technology ;2 National Key Laboratory of Crop Genetic Improvement , Huazhong Agricultural , University ; Wuhan ,430070 , Hubei ,
China)
Abstract :160 recombinant inbred lines from our previous developed population from the cross between Zhenshan 97 and
Minghui 63 were used for the genetic analysis of seed aging1 Seed germination rate ( GR) and seed germination energy
( GE) were used as the indices to evaluate the seed aging status1 Normal seeds , natural aged seeds and accelerated aged
seeds were germinated in the same condition for data collection of GR and GE1 For the natural aged seeds , two QTLs for
GR were detected on chromosome 3 , the genotype of Minghui 63 increased GR at one QTL , but decreased GR at the other
QTL1 One QTL for GP was identified on chromosome 11 For the accelerated aged seeds , two QTLs were detected on
chromosome 9 , the directions of additive effect at two QTLs were opposite1 Two QTLs for GE were detected on chromosomes
1 and 8 , respectively1 Minghui 63 genotypes at the two QTLs increased GE1 No QTL for GR and GE was common detected
within any batch of aged seeds and between the two batches of aged seeds1 The results showed that there would be two
different sets of genes controlled seed natural aging and accelerated aging1
Key words :Natural aging ;Accelerated aging ; Germination rate ; Germination energy
　　种子自成熟后 ,即进入逐渐衰老的进程 ,导致种
子活力 (seed viability) 逐步下降 ,直至完全丧失。在
此期间 ,种子内部产生一系列深刻的生理生化变化。
一般表现为种子贮藏养料的消耗、酶活性的丧失、特
殊生长物质的损失、有毒代谢物积累等等。种子寿
命 (seed longevity) 是种子从采收至失去发芽能力的
时间。对于种质资源保存来说 ,种子寿命是决定繁
种周期的重要因素 ,长寿命的种子可以减少繁种次
数和降低繁育费用 ,而且利于保持品种的典型性和
保证种子的纯度。
种子活力是反映种子衰老状态的最直接指标 ,
种子有生活力 ,胚才具有生命 ,才能在适宜的条件下
繱基金项目 : 国家重点基础研究发展规划项目 ( G1998010200 ,001CB10882)的资助。
作者简介 : 任淦 ,男 ,华中农业大学生科院 99 级生物科学专业本科生。E2mail :corg8429 @sina1com 3 并列第一作者 :彭敏 ,女 ,华中农业大
学生科院生物化学与分子生物学专业在读硕士研究生。E2mail :maggiepeng916 @hotmail1com3 3 通讯作者 :邢永忠 ,男 ,副教授 ,主要从事水稻分子数量遗传学研究。E2mail :yzhxing @hotmail1com
Received(收稿日期) :2003210221 ,Accepted(接受日期) : 20032122011

萌发。因此 ,常常用发芽率来测定种子活力和种子
衰老状况。植物种子衰老进程差异很大 ,种子活力
水平的高低主要由遗传因素和环境因素决定。环境
条件包括种子留在母株上时的生态条件以及收获、
脱粒、干燥、加工、贮藏和运输等过程的影响。大量
的研究探讨了储存条件 (温度和含水量)与种子衰老
的关系 , 并预测了种子储存在不同条件下的寿
命[1～5 ] 。还有相当多研究试图揭示种子衰老过程的
代谢产物与种子衰老速率的关系[6～8 ] 。种子活力具
有很高的遗传性 ,高活力的种子其杂种也具有高的
活力[9 ] 。余四斌等在研究新收获的自然存放条件下
30 个水稻重组自交系时发现 ,种子活力水平存在明
显的基因型差异[10 ] 。种子活力的丧失通常呈现正
态分布[4 ] 。因此 ,种子衰老是适于数量性状基因定
位的。然而 ,由于自然条件下种子衰老是一个相对
漫长的过程 ,很难在较短的时间内研究种子衰老遗
传规律。当前关于水稻种子衰老相关基因定位的研
究很少[11 ] ,但已经发现影响种子寿命的拟南芥突变
体 ,并且把控制该性状的基因定位在第 4 染色体
上[12 ] 。因此 ,加快了水稻种子衰老的遗传学基础研
究 ,将对选育高活力种子大有帮助。
高温和高湿能加速老化进程 ,使种子快速劣变。
高活力种子能忍受逆境条件处理 ,较慢劣变 ,而低活
力种子较快劣变 ,造成不同材料间发芽率极大的差
异。因此 ,对种子进行人工加速老化处理是研究种
子活力丧失和种子衰老的有效方法。本研究利用珍
汕 97 和明恢 63 组合衍生的重组自交系群体 ( F12 ) ,
对经自然老化和加速老化的水稻种子进行发芽试验
及衰老相关基因的定位。
1 　材料和方法
111 　材料
　　珍汕 97 和明恢 63 组合衍生的含有 241 份重组
自交系群体 ,根据种子量大小 ,选择 160 份自交系进
行发芽试验。试验用种分 3 批。第 1 批是 1999 年 9
月收获的种子 ,在武汉室温下保存了 3 年 (自然老化
种子) 。第 2 批是 2002 年 9 月收获的种子 ,室温保
存 3 个月 (正常种子) 。第三批种子是正常种子进行
老化处理 (加速老化) ,即在 50 ℃,相对湿度 95 %的
环境条件下处理 72 h。
112 　方法
每处理设置 2 重复 ,每自交系每重复 50～55 粒
种子。发芽试验按照以下程序进行 ,种子在 1 %多
菌灵溶液中浸泡 30 min ,洗去种子表面残存的多菌
灵 ,浸泡 36 h ,将种子放入铺有 3 层吸水纸的培养皿
中 ,盖好 ,置发芽箱 (25 ±1) ℃,36 h 后开始每天调查
发芽数。按下面公式计算发芽势和发芽率 ,发芽
势 = (前 3 日发芽总数 ÷总种子数) ×100 % ;发芽率
= (7 日内发芽总数 ÷总种子数) ×100 %。
113 　数据分析
利用 STATISTICA 软件进行相关显著性分
析[13 ] 。利用复合区间作图法[14 ] 结合 Xing 等构建的
连锁图谱[15 ] ,进行 QTL 定位分析。先用逐步回归分
析选择与性状显著关联的分子标记 ,连同测试点两
侧 10 cM基因组区间作为背景加以控制。每性状经
1 000 次排列测验[16 ] 确定 LOD 阈值 ,全基因组 5 %
显著水平的 LOD 值作为检测 QTL 的阈值。
2 　结果与分析
211 　性状表现
　　3 种处理条件下所有试验材料的发芽势和发芽
率见表 1。新收获的种子在正常条件下珍汕 97 发
芽势和发芽率均比明恢 63 高 ,杂种汕优 63 表现中
亲优势 ;重组自交系群体发芽势和发芽率差异较小。
自然老化和加速老化的种子 ,明恢 63 表现出比珍汕
97 高的发芽率和发芽势 ,汕优 63 表现出超亲优势。
但是最小显著差异分析表明自然老化和加速老化条
件下 ,双亲间发芽势和发芽率没有显著差异 ,而杂种
汕优 63 却与亲本存在显著差异。方差分析表明 ,两
种衰老条件下 ,无论是发芽势和发芽率群体基因型
间均在 011 %水平表现显著差异 ,说明种子自然衰
老和加速老化的速率与基因型相关。群体自然衰老
种子发芽率差异大 ,最大和最小值分别为 8517 %和
116 % ,表明在武汉室温自然贮藏 3 年情况下 ,有的
自交系种子几乎完全死亡 ,而有的种子仍然还保持
较高的生命力。不同自交系加速老化的种子间同样
表现出巨大的差异 ,即有的自交系种子绝大部分死
亡 ,有的绝大部分具有活力。自交系间性状表现出
的巨大差异又特别有利于 QTL 定位研究。
212 　性状间相关性
表 2 为 3 种处理条件下发芽率和发芽势间的相
关系数。很明显 ,3 种处理条件下 ,各自的发芽率和
发芽势呈极显著相关。正常种子发芽势与自然老化
和加速老化种子发芽势及发芽率均显著相关。正常
种子发芽率与加速老化种子的发芽率和发芽势极显
著正相关 ,但与自然衰老种子的发芽率和发芽势不
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相关。自然老化种子的发芽率与加速老化种子的发
芽势呈极显著负相关 ,而与加速老化种子的发芽率
不相关 ;自然老化和加速老化发芽势之间不存在相
关性。
表 1 试验材料的发芽势和发芽率表现
Table 1 Performance of GR and GE in the experimental materials( %)
性状
Trait
重组自交系群体
Recombinant inbred lines
平均值
Mean
最小值
Min
最大值
Max
标准误
SD
珍汕 97
ZS97
明恢 63
MH63
汕优 63
SY63
LSD
(0105Π0101)
GP 7212 6519 8113 513 8017 7315 8013 1610Π3710
GR 9416 8415 10010 416 9812 9518 9616 719Π1811
NGP 1417 010 4217 910 316 714 2612 516Π1310
NGR 2919 116 8517 2611 2419 3317 5811 1611Π3712
AGP 2619 010 6415 1318 1110 1216 1813 513Π1213
AGR 7217 1211 9519 1812 7713 7912 9415 614Π1417
　　注 : GP ,正常种子发芽势。GR ,2002 年收获种子发芽率。NGP ,自然衰老种子发芽势。NGR ,自然衰老的种子发芽率。AGP ,加速老化种子
发芽势。AGR ,加速老化种子发芽率。LSD 最小显著差异。
Notes : GP ,Germination energy of normal seeds1 GR ,Germination rate of normal seeds1 NGP , Germination energy of natural aged seeds1 NGR , Germination
rate of natural aged seeds1 AGP , Germination energy of accelerated aged seeds1 AGR , Germination rate of accelerated aged seeds1 LSD ,Least significant
difference1
表 2 3 处理条件下种子发芽率和发芽势间相关性
Table 2 Correlation among germination rate and germination energy of the seeds under three different treatments
性状
Trait
自然老化
种子发芽率
NGR
自然老化
种子发芽势
NGP
正常种子
发芽势
GP
正常种子
发芽率
GR
加速老化
种子发芽率
AGR
NGP 0167 3 3 3
GP 0119 3 0131 3 3 3
GR 0113 0111 0179 3 3 3
AGR - 0108 - 0101 0137 3 3 3 0122 3 3
AGP
- 0122 3 3 - 0101 0122 3 3 0142 3 3 3 0164 3 3 3
　　注 : 3 , 3 3 和 3 3 3 分别表示在 0105 ,0101 和 01001 水平上显著相关。
Note : 3 , 3 3 and 3 3 3 means significant correlation at 0105 , 0101 and 01001 , respectively1
213 　衰老相关基因定位
经过 1 000 次排列分析 ,全基因组 5 %水平的各
性状 LOD 阈值在 214～216 之间 ,因此 , LOD = 216
作为检测 QTL 的阈值。正常种子由于重组自交系
群体间发芽率和发芽势差异较小 ,没有定位到 QTL。
自然老化种子 ,检测到 2 个发芽率 QTL ,1 个发芽势
QTL ;加速老化种子 ,检测到 2 个发芽率 QTL 和 2 个
发芽势 QTL (表 3 ,图 1) 。
21311 　自然老化种子 QTL 定位 　　在第 3 染色体
上定位到 2 个影响自然衰老种子的发芽率 QTL ,
qNGR321 和qNGR322 ,分别位于 RM2322G144 和 R192
C746 区间 ,两个 QTL 相距 77 cM ,它们的加性效应分
别为 9130 %和 1013 % , 分别解释发芽率变异的
1110 %和 1415 %。在 qNGR321 座位 ,珍汕 97 基因型
表现减效作用 ,而在 qNGR322 座位 ,珍汕 97 基因型
表现增效作用。
在第 1 染色体的 C9222RG101 区间 ,检测到一个
影响自然衰老种子发芽势的 QTL ,珍汕 97 基因型提
高发芽势 ,贡献率为 815 %。
表 3 复合区间方法定位的发芽率和发芽势 QTL
Table 3 QTLs identified for germination rate and germination energy using composite interval mapping method
性状
Trait QTL
染色体
Chr1 标记区间Marker interval 位置Position (cM) LOD 加性效应Add1 贡献率R2 ( %)
NGR ( %) qNGR321 3 RM2322G144 32 415 - 913 1110
qNGR322 3 R192C746 109 414 1013 1415
NGP ( %) qNGP1 1 C9222RG101 151 216 310 815
AGR ( %) qAGR921 9 C4722R2638 71 415 - 718 1218
qAGR922 9 RM2422RG570 93 613 913 1618
AGP ( %) qAGP1 1 RM2122C547 211 319 - 413 911
qAGP8 8 RG9782R1394 48 414 - 417 1017
　　注 : 黑体标记为距 QTL 最近的标记。加性效应为负值时 ,明恢 63 基因型增加表型值。
Notes : The bold marker is the nearest marker to QTL1 A negative additive value means Minghui 63 genotype increasing phenotypic value1
581　第 2 期 任 　淦等 :水稻种子衰老相关基因定位 　　　

图 1 发芽率和发芽势 QTL 在染色体上的位置
Fig. 1 Chromosomal location of QTLs for germination rate and germination energy
三角号为 QTL 最可能的位置。Triangle indicated the most likely position of the putative QTL.
21312 　加速老化种子 QTL 定位 　　对于发芽率在
第 9 染色体共定位了 2 个 QTL , qAGR921 和 qAGR922
分别位于 C4722R2638 和 RM2422RG570 区间 ,它们相
距 22 cM。qAGR921 座位在明恢 63 基因型表现增效
作用 , 减缓种子衰老 , 解释性状变异的 1218 % ;
qAGR922 座位在明恢 63 基因型表现减效作用 ,解释
性状变异的 1618 %。
发芽势定位到 2 个 QTL ,分别位于第 1 和第 8
染色体上 RM2422C547 和 RG9782R1394 区间 ,解释性
状变异的 911 %和 1017 %。这 2 个 QTL 座位 ,使明
恢 63 基因型提高发芽势。
3 　讨论
发芽率反映一批种子的发芽能力 ;发芽势是衡
量种子活力的指标 ,它反映种子发芽整齐度。健壮
的种子 (高活力种子) 发芽、出苗整齐、迅速 ,对不良
环境抵抗能力强。健壮度差的种子 (低活力种子)在
适宜条件下虽能发芽 ,但发芽缓慢 ,在不良环境条件
下出苗不整齐 ,甚至不出苗。比较自然老化种子和
加速老化种子的发芽势和发芽率 ,可以看出 ,很多种
子尽管还有生命力 ,即可以发芽 ,但是活力明显较
低 ,发芽缓慢 ,发芽势很低。珍汕 97、明恢 63 与汕优
63 的正常种子发芽率和发芽势差异较小 ,珍汕 97
表现高值。但对自然老化和加速老化的种子 3 品种
间的发芽势和发芽率差异较大 ,珍汕 97 表现低值 ,
汕优 63 无论在哪种老化处理情况下的发芽势和发
芽率比两亲本高得多 ,特别是在自然条件下 ,杂种老
化进程较慢。表明杂种汕优 63 在延缓种子衰老方
面也表现有优势。
本实验采用的加速老化处理方法的效果是很明
显的 ,因为同批种子不经老化处理在相同条件下发
芽势达到 7212 % ,发芽率达到 9416 % ,均明显高于
老化处理种子的发芽势和发芽率。老化处理对发芽
势影响大 ,而对发芽率影响则相对较小。说明本实
验所进行的加速老化处理 ,使很多种子活力下降 ,但
依然保持生活力 ,在适当条件下能够发芽。
Miura 等[11 ]以籼粳交的回交自交系高世代群体
为基础 ,通过增加种子水分含量和浸泡饱和重铬酸
钾溶液 ,加快种子衰老 ,在第 9 染色体区间 R792
R1751 上定位到一个主效发芽率 QTL ,贡献率达
5915 %。本研究中加速老化的种子在第 9 染色体
C4722R2638 上检测到一个QTL ,贡献率为 1218 % ,通
过比较他人连锁图上的标记位置关系[17 ] ,发现这两
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个 QTL 区间紧密连锁。
自然老化和加速老化两种处理的种子在相同条
件下的发芽势和发芽率不存在相关性 ,而且定位的
基因在染色体上的位置并不一致 ,即不存在紧密连
锁基因或一因多效 ,暗示种子自然衰老逐步丧失活
力和逆境处理加快衰老迅速丧失活力可能是由不同
系统的基因在起作用 ,可能存在两套不同基因系统
来应对不同衰老反应。
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