《甘藍(lán)葉色黃化突變體YL1的光合生理特性及其葉綠體的超微結(jié)構(gòu)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《甘藍(lán)葉色黃化突變體YL1的光合生理特性及其葉綠體的超微結(jié)構(gòu)（12頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、園 藝 學(xué) 報(bào) 2014，41（6）：1133–1144 http: // www. ahs. ac. cn Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao@ 收稿日期：2014–01–06；修回日期：2014–05–12 基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（‘973’）項(xiàng)目（2012CB113900）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31272180）

2、；國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè) 技術(shù)體系專項(xiàng)資金項(xiàng)目（CARS-25）；農(nóng)業(yè)部園藝作物遺傳改良重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目 * 通信作者 Author for correspondence（E-mail：zhangyangyong@） 甘藍(lán)葉色黃化突變體YL-1的光合生理特性及其 葉綠體的超微結(jié)構(gòu) 楊 沖，張揚(yáng)勇*，方智遠(yuǎn)，劉玉梅，楊麗梅，莊 木，孫培田 （中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所，北京 100081） 摘 要：以甘藍(lán)葉色黃化突變體‘YL-1’及其葉色正常近等基因系‘WT708’為試材，對(duì)比發(fā)現(xiàn)：‘YL-1’ 從子葉期開(kāi)始表現(xiàn)出葉色黃化現(xiàn)象，并一直持續(xù)整個(gè)生活周期，葉片小，植株矮

3、小，可以結(jié)球，但生長(zhǎng) 勢(shì)和葉球顯著小于‘WT708’，單球質(zhì)量只有‘WT708’的39.0%；光合色素含量顯著降低；葉綠體數(shù)較 少，葉綠體內(nèi)部基粒數(shù)少，基粒片層垛疊數(shù)少，基粒排列不整齊；‘YL-1’的Fo、Fm、Fv /Fm、Fo′、Fv′/Fm′、 ФPSⅡ、QP、QN和ETR均顯著低于‘WT708’，說(shuō)明光合色素含量的降低導(dǎo)致了PSⅡ反應(yīng)中心捕光能力和 光化學(xué)轉(zhuǎn)化效率的降低。隨著溫度的降低，‘YL-1’與‘WT708’之間的光合色素含量差異逐漸加大。 關(guān)鍵詞：甘藍(lán)；黃化突變體；光合色素含量；超微結(jié)構(gòu)；葉綠素?zé)晒鈪?shù) 中圖分類號(hào)：S 635.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

4、 文章編號(hào)：0513-353X（2014）06-1133-12 Photosynthetic Physiological Characteristics and Chloroplast Ultrastructure of Yellow Leaf Mutant YL-1 in Cabbage YANG Chong，ZHANG Yang-yong*，F(xiàn)ANG Zhi-yuan，LIU Yu-mei，YANG Li-mei，ZHUANG Mu， and SUN Pei-tian （Institute of Vegetables and Flowers，Chine

5、se Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China） Abstract：Yellow leaf cabbage mutant（‘YL-1’）and its near isogenic line‘WT708’were used to compare their difference. Mutant‘YL-1’showed yellow leaf phenotype from cotyledon stage and existed throughout the life cycle. Compared with‘WT708’

6、，‘YL-1’had smaller leaves and less plant height. The head height of‘YL-1’was 39.0% of‘WT708’. The photosynthetic pigment content in‘YL-1’leaves was significantly lower than that in‘WT708’.‘YL-1’had fewer chloroplasts and base grains，less grana lamellae stacked pile and irregular arrangement of

7、 base grains. The chlorophyll fluorescence parameters Fo，F(xiàn)m，F(xiàn)o′，F(xiàn)v/Fm，F(xiàn)v′/Fm′，ФPSⅡ，QP，QN and ETR in‘YL-1’were significantly lower than those in ‘WT708’. Lower photosynthetic pigment content leads to the lower light-harvesting capacity and photochemical conversion efficiency of the PSⅡreaction c

8、enter. As temperature decreased，the difference of photosynthetic pigment content between‘YL-1’and‘WT708’gradually increased. Key words： Brassica oleracea L. var. capitata；chlorophyll-reduced mutant；photosynthetic pigment 1134 園

9、 藝 學(xué) 報(bào) 41卷 content；chloroplast ultra-structure；chlorophyll fluorescence parameter 葉色變異在植物界發(fā)生頻率相對(duì)較高，突變來(lái)源廣泛。植物葉色黃化突變體又稱為葉綠素缺乏 突變體，往往是葉綠素的合成或降解被破壞所導(dǎo)致的。葉色突變一般發(fā)生在苗期，多數(shù)突變體在生 長(zhǎng)后期出現(xiàn)階段性返綠，也有部分在整個(gè)生育過(guò)程中一直保持突變?nèi)~色。葉色突變主要來(lái)源于自發(fā) 突變和人工誘導(dǎo)突變，目前已經(jīng)在很多高等植物中發(fā)現(xiàn)了葉色黃化突變體，如玉米（Lono

10、sky et al.， 2004）、大豆（Stoekinger & Walling，1994）、豌豆（Highkin et al.，1969）、煙草（Okabe et al.，1977）、 小麥（曹莉 等，2006）、大麥（Preiss & Thomber，1995）、擬南芥（Carol et al.，1999）、水稻（Jung et al.，2003）、番茄（姚建剛 等，2010）和黃瓜（苗晗 等，2010）等，這些突變體主要用于葉綠素 合成、遺傳、葉綠體超微結(jié)構(gòu)和發(fā)育、色素蛋白復(fù)合體、光合生理等方面研究，黃化性狀還可以作 為雜種優(yōu)勢(shì)利用中的標(biāo)記性狀（Zhao et al.，20

11、00）。 本課題組2010年秋在從意大利引進(jìn)的甘藍(lán)雜交種Hosom的自交分離后代中發(fā)現(xiàn)了葉色黃化突 變體‘YL-1’，其田間表現(xiàn)為葉色黃化，植株矮小，長(zhǎng)勢(shì)慢，但其生理特性尚不清楚。本試驗(yàn)中以 ‘YL-1’及其葉色正常近等基因系‘WT708’為材料，對(duì)其光合色素含量、光合參數(shù)、葉綠體超微 結(jié)構(gòu)、葉綠素?zé)晒鈪?shù)、溫度對(duì)突變體光合色素含量的影響方面進(jìn)行了研究，并調(diào)查了成熟期的主 要農(nóng)藝性狀，以期為闡明甘藍(lán)葉色黃化突變的機(jī)理和定位克隆葉色黃化相關(guān)基因提供依據(jù)。 1 材料與方法 1.1 材料 以本課題組發(fā)現(xiàn)的甘藍(lán)（Brassica oleracea L. var. capit

12、ata）葉色黃化突變體（命名為‘YL-1’） 及其近等基因系‘WT708’為試材（圖1），將兩份材料于2012年秋季、2013年春季種植于中國(guó)農(nóng) 業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所南圃場(chǎng)，進(jìn)行光合生理特性、成熟期主要農(nóng)藝性狀等的測(cè)定或調(diào)查，每小 區(qū)13株，3次重復(fù)。 1.2 方法 1.2.1 成熟期主要農(nóng)藝性狀調(diào)查 2012年秋季，在‘YL-1’及‘WT708’成熟期對(duì)植株的外葉色、最大外葉長(zhǎng)、最大外葉寬、株 高、開(kāi)展度、球質(zhì)量、球?qū)掃M(jìn)行了測(cè)量，每個(gè)小區(qū)測(cè)量5株，3次重復(fù)。 外葉色測(cè)定采用色差儀（CR-400，Minolta，JPN），測(cè)定相同葉位的成熟葉片，每片葉在主脈

13、兩側(cè)各測(cè)3個(gè)點(diǎn)，取平均值；每次測(cè)量L*（明亮度指數(shù)，其幅度0 ~ 100，數(shù)值越大表示越明亮）、 a*（紅、綠色度指數(shù)，紅為正值，綠為負(fù)值）、b*（黃、藍(lán)色度指數(shù)，黃為正值，藍(lán)為負(fù)值）3個(gè)值。 用直尺測(cè)量最大外葉的葉長(zhǎng)和葉寬，株高（植株地上部分的高度），開(kāi)展度（植株外葉開(kāi)展最寬處縱、 橫兩個(gè)方向），球?qū)挘ㄈ~球橫向最寬處），球高（葉球縱向最高處），取平均值。 1.2.2 光合色素含量的測(cè)定 光合色素含量測(cè)定采用Arnon（1949）的方法，略有修改，2012年秋季測(cè)定。植株播種后28、 42、56和70 d，分別取樣測(cè)定光合色素含量。各小區(qū)隨機(jī)抽取3株，取突變體‘YL-1

14、’及‘WT708’ 相同葉位的成熟新鮮葉片，取樣時(shí)間在上午8：00—9：00時(shí)。隨機(jī)稱取葉片0.1 g，剪碎，裝入15 mL帶塞的玻璃試管中，加入10 mL的丙酮乙醇混合液（丙酮︰乙醇 = 1︰1），黑暗浸提24 h，至組 織發(fā)白。將提取液（或稀釋后）在UV-1800分光光度計(jì)（島津）上測(cè)定663、645和440 nm波長(zhǎng)的 6期 楊 沖等：甘藍(lán)葉色黃化突變體YL-1的光合生理特性及其葉綠體的超微結(jié)構(gòu) 1135 OD值，計(jì)算葉綠素a（Chl.a）、葉綠素b（Chl.b）、總?cè)~綠素含量（Chl.）和類胡蘿卜素含量（Car.）

15、 （mg L-1）。 1.2.3 光合作用參數(shù)測(cè)定 2013年春季測(cè)定。在苗期、蓮座期和結(jié)球期，即播種后28、50、75 d，分別從‘YL-1’及‘WT708’ 各自小區(qū)中選取長(zhǎng)勢(shì)一致的個(gè)體植株，以植株從上到下第3片葉片為測(cè)定材料。利用便攜式氣體交 換系統(tǒng)（LI-6400XT，LiCor Inc，Nebraska，USA）測(cè)定葉片的光合作用參數(shù)，采用LED紅藍(lán)光源， 設(shè)置光強(qiáng)800 mol m-2 s-1，葉室溫度20 ℃，CO2濃度恒定為400 mol m-2 s-1。計(jì)算得到凈光合速率 （Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間 CO2濃度（Ci）等

16、參數(shù)。測(cè)定時(shí)間在上午9：00—11：00 時(shí)，晴朗無(wú)云。每個(gè)小區(qū)取3株測(cè)定，3次重復(fù)，每株植株待讀數(shù)穩(wěn)定后分別讀取3次，取平均值。 1.2.4 光響應(yīng)曲線和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定 2013年5月，在結(jié)球期選取長(zhǎng)勢(shì)一致的植株相同葉位的成熟葉片測(cè)定光響應(yīng)曲線和葉綠素?zé)晒? 參數(shù)。利用LI-6400XT，使用LED紅藍(lán)光源，設(shè)置11個(gè)光合有效輻射梯度（PAR），葉室溫度20 ℃， CO2濃度恒定（400 mol m-2 s-1）。測(cè)定時(shí)間在上午9：00—11：00時(shí)，晴朗無(wú)云。每個(gè)小區(qū)取3 株測(cè)定，3次重復(fù)。 測(cè)定葉綠素?zé)晒鈪?shù)前1 d，將待測(cè)植株葉片黑暗處理約16 h，并于

17、第2天上午7：00時(shí)開(kāi)始 測(cè)定，設(shè)置葉室溫度20 ℃，CO2濃度恒定400 mol m-2 s-1。利用 LI-6400XT測(cè)定Fo和Fm，計(jì)算 Fv，然后在自然光下適應(yīng)30 min，待顯示穩(wěn)定后，測(cè)定Fs、Fm′和Fo′，計(jì)算Fv、Fv′、暗適應(yīng)下PSⅡ 最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）、光適應(yīng)下PSⅡ最大光化學(xué)效率（Fv′/Fm′）、光適應(yīng)下PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效 率（ФPSⅡ）、光化學(xué)猝滅系數(shù)（QP）、非化學(xué)猝滅系數(shù)（QN）和非環(huán)式電子傳遞速率（ETR），所有 計(jì)算均根據(jù)Demmig-Adams和Adams（1996）提出的方法。每個(gè)小區(qū)測(cè)定2株，3次重復(fù)。 1.2.5 葉綠

18、體超微結(jié)構(gòu)的觀察 2012年秋季測(cè)定。分別取突變體‘YL-1’及‘WT708’在子葉期（播種后15 d）、苗期（播種 后28 d）、蓮座期（播種后50 d）和成熟期（播種后75 d）的相同葉位葉片，參照Lichtenthaler等（1982） 的方法，并略有改動(dòng)，將葉片中部避開(kāi)葉脈處，取葉片，切成寬1 mm，長(zhǎng)2 mm的塊狀。每株取7 個(gè)小塊，放入裝有4%戊二醛溶液的2 mL離心管中，抽真空，在4 ℃條件下固定3 d。用1%磷酸 緩沖液漂洗4次，放入1%、pH 7.2的鋨酸中，4 ℃條件下固定12 h，再用1%磷酸緩沖液漂洗3次， 用乙醇逐級(jí)脫水后，進(jìn)行環(huán)氧樹(shù)脂浸透包埋，用超

19、薄切片機(jī)切片（EM UC 6，Leica，DEU），經(jīng)醋 酸雙氧鈾和檸檬酸鉛對(duì)切片雙重染色后，在透射電子顯微鏡（H-7500，Hitachi Limited，JPN）觀察， 用掃描相機(jī)（832，Gatan，USA）拍照，觀察葉綠體的超微結(jié)構(gòu)。每個(gè)小區(qū)測(cè)定1株，3次重復(fù)。 1.2.6 不同溫度處理對(duì)YL-1光合色素含量的影響 2013年7月，將突變體‘YL-1’和‘WT708’分別播種在MS培養(yǎng)基（Murashige & Skoog， 1962）中，將培養(yǎng)瓶放在組培室（25 ℃）培養(yǎng)至子葉完全展開(kāi)，放入不同溫度的人工培養(yǎng)箱中。高 溫35 ℃/20 ℃；對(duì)照25 ℃/15 ℃；低

20、溫15 ℃/8 ℃，光照強(qiáng)度均為400 mol m-2 s-1，白天16 h， 夜晚8 h。每處理培養(yǎng)15株。培養(yǎng)7 d后開(kāi)始取葉片，每隔7 d取1次，一共取3次，測(cè)定并計(jì)算 出Chl.a、Chl.b、Chl.和Car.等光合色素平均含量。分別計(jì)算‘YL-1’各光合色素含量較‘WT708’ 降低的百分比。 1.2.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 應(yīng)用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和作圖，用DPS軟件進(jìn)行方差分析和差異顯著性檢驗(yàn)。光響應(yīng)曲 線利用Photosythesis軟件（LI-COR，USA）計(jì)算光補(bǔ)償點(diǎn)（LCP）和光飽和點(diǎn)（LSP）。 1136

21、 園 藝 學(xué) 報(bào) 41卷 2 結(jié)果與分析 2.1 ‘YL-1’與‘WT708’成熟期主要農(nóng)藝性狀的差異 在成熟期對(duì)‘YL-1’與‘WT708’的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)葉色突變體‘YL-1’在 最大外葉長(zhǎng)、最大外葉寬、株高、開(kāi)展度、球質(zhì)量、球高和球?qū)捝巷@著低于‘WT708’（表1），分 別低22.90%、24.42%、30.39%、26.87%、61.01%、22.88%和31.53%。成熟期突變體‘YL-1’的葉 色仍然黃化，可以結(jié)球，但單

22、球質(zhì)量只有‘WT708’的39.0%（圖1）。 表1 ‘YL-1’與‘WT708’成熟期主要農(nóng)藝性狀的比較 Table 1 Comparison of agronomic traits between the‘YL-1’and‘WT708’at heading stage 材料 Material 株高/cm Plant height 開(kāi)展度/cm Plant expansion 球質(zhì)量/kg Head weight 球高/cm Head height 球?qū)?cm Head width ‘YL-1’ 21.30 1.10 b

23、41.10 1.41 b 0.62 0.03 b 12.34 1.44 b 11.16 0.32 b ‘WT708’ 30.60 0.89 a 56.20 2.59 a 1.59 0.20 a 16.00 0.79 a 16.30 1.32 a 外葉色 Leaf color 材料 Material 最大外葉長(zhǎng)/cm Length of max. leaf 最大外葉寬/cm Width of max. leaf L* a* b* ‘YL-1’ 20.20 1.04 b 22.90 1.34 b 51.66 1.89 a –12.27 1.

24、34 a 23.64 1.84 a ‘WT708’ 26.20 0.84 a 30.30 3.42 a 46.50 1.91 b –11.50 1.20 b 18.73 2.23 b 注：L*：0 ~ 100，表示從暗到亮；a*：–a*表示綠色，+ a*表示紅色；b*：–b*表示藍(lán)色，+ b*表示黃色。表中數(shù)據(jù)為平均值 標(biāo)準(zhǔn)誤， 不同字母表示突變體‘YL-1’和‘WT708’之間存在顯著差異（P < 0.05）。下表同。 Note：L：0–100，represents from dark to light；a*：–a* represents green，+ a* r

25、epresents red；b*：–b* represents blue，+ b* represents yellow. Values are means S.E. Means followed by the different letters indicate the significant differences between the mutant and the reference the altitudes at P < 0.05. The same below. 圖1 ‘YL-1’與‘WT708’不同生長(zhǎng)時(shí)期的性狀對(duì)比 Fig. 1 Agr

26、onomic traits comparison between‘YL-1’and‘WT708’in different growth stages 2.2 ‘YL-1’與‘WT708’光合色素含量的比較 測(cè)定結(jié)果表明，在整個(gè)生育期葉色黃化突變體‘YL-1’的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量 和類胡蘿卜素始終顯著低于‘WT708’（圖2）。播種后28、42、56和70 d，突變體‘YL-1’的葉綠 6期 楊 沖等：甘藍(lán)葉色黃化突變體YL-1的光合生理特性及其葉綠體的超微結(jié)構(gòu) 1137 素a含量比‘WT708’低46.

27、12%、36.63%、28.83%和36.77%；葉綠素b分別低39.42%、31.63%、 31.68%和34.28%；葉綠素總含量分別低41.68%、34.13%、30.25%和35.53%；類胡蘿卜素含量低 25.36%、35.00%、32.72%和34.97%，表明該突變體是總?cè)~綠素缺乏突變體，光合色素含量均比 ‘WT708’低約30%。 在整個(gè)發(fā)育過(guò)程中，‘YL-1’葉綠素a與葉綠素b的比值（Chl.a/Chl.b）與‘WT708’無(wú)明顯差 異。總?cè)~綠素與類胡蘿卜素比值（Chl./Car.）在播種后28 d時(shí)顯著低于‘WT708’，之后二者無(wú)差異， 維持在4.0左右。

28、 圖2 突變體‘YL-1’與‘WT708’不同時(shí)期光合色素含量及相對(duì)比值 Fig. 2 The content and relative ratio of various photosynthetic pigments in leaves of mutant‘YL-1’and‘WT708’at different stages 2.3 ‘YL-1’與‘WT708’的光合作用參數(shù)的差異 由表2可以看出，‘YL-1’在苗期（播種后28 d）、蓮座期（播種后50 d）和結(jié)球期（播種后75 d），凈光合速率（Pn）均顯著低于‘WT708’，分別低39.47%、23.4

29、5%和25.10%，在苗期差異最大； 氣孔導(dǎo)度（Gs）與‘WT708’之間沒(méi)有明顯差異；胞間CO2濃度（Ci）在苗期和蓮座期顯著高于‘WT708’； 蒸騰速率（Tr）在苗期顯著低于‘WT708’，之后無(wú)明顯差異。由測(cè)定結(jié)果可以看出，‘YL-1’與‘WT708’ 的各光合參數(shù)差異在苗期最大，隨著不斷生長(zhǎng)，突變體恢復(fù)了部分光合能力，但與‘WT708’的光 合能力仍有顯著差異。 1138 園 藝 學(xué) 報(bào) 41卷 圖3 ‘YL-1

30、’與‘WT708’結(jié)球期葉片的光響應(yīng)曲線 Fig. 3 Light-response curves（Pn–PAR）of‘YL-1’and ‘WT708’at heading stage 表2 不同生長(zhǎng)時(shí)期突變體‘YL-1’與‘WT708’葉片的光合指標(biāo)參數(shù) Table 2 Photosynthesis indexes of mutant‘YL-1’and‘WT708’in the different growth stages 時(shí)期 Period 材料 Material 凈光合速率 / （mol m-2 s-1） （Pn） 氣孔導(dǎo)度/

31、 （mol m-2 s-1 ） Gs 胞間CO2 濃度/ （mol mol-1 ） Ci 蒸騰速率/ （mmol m-2 s-1 ） Tr ‘YL-1’ 9.91 3.03 b 0.41 0.005 a 350.46 4.34 a 3.11 0.05 b 苗期 Seedling stage ‘WT708’ 16.37 0.77 a 0.44 0.003 a 319.18 8.15 b 3.82 0.53 a ‘YL-1’ 16.54 1.64 b 0.21 0.001 a 242.85 14.39 a 7.92 5.6

32、2 a 蓮座期 Rosette stage ‘WT708’ 21.60 3.74 a 0.29 0.088 a 225.66 47.43 b 9.05 1.46 a 結(jié)球期 ‘YL-1’ 15.56 3.09 b 0.30 0.005 a 297.59 18.97 a 4.99 0.90 a Heading stage ‘WT708’ 20.77 1.58 a 0.31 0.001 a 271.21 9.39 b 4.81 0.15 a 2.4 ‘YL-1’與‘WT708’的光響應(yīng)曲線和葉綠素?zé)晒鈪?shù) 由圖3可見(jiàn)，在恒定的CO2濃度和一定光

33、照范圍，‘YL-1’和‘WT708’的凈光合速率 呈上升趨勢(shì)，當(dāng)光強(qiáng)高于1 000 mol m-2 s-1 時(shí)，2份材料的凈光合速率升高速度均放緩， ‘YL-1’始終顯著低于‘WT708’。經(jīng)過(guò) Photosythesis軟件計(jì)算和DPS方差分析， ‘YL-1’的光飽和點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn)（1 372.8和 64.5 mol m-2 s-1）顯著高于‘WT708’（1 270.1 和46.9 mol m-2 s-1）。由此表明‘YL-1’對(duì) 光強(qiáng)的依賴性高于‘WT708’，同等光強(qiáng)條件 下‘WT708’對(duì)光能的利用效率更高。 結(jié)球期測(cè)定葉綠素?zé)晒鈪?shù)的結(jié)果（表3） 表

34、明，‘YL-1’顯著低于‘WT708’。Fo數(shù)值與 葉綠素濃度有關(guān)；Fm低表明PSⅡ電子傳遞受 到一定的影響；Fo′是PSⅡ在光下完全開(kāi)放時(shí)的熒光產(chǎn)量（Roh?ek & Bartk，1999；趙會(huì)杰 等，2000）。 ‘YL-1’的Fo、Fm和Fo′的顯著降低與其葉片葉綠素含量顯著降低的情況一致。 表3 突變體‘YL-1’與‘WT708’葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù) Table 3 The chlorophyll fluorescence kinetics parameters between mutant‘YL-1’and‘WT708’ 材料Material Fo Fm

35、Fo′ Fv/Fm Fv′/Fm′ ‘YL-1’ 126.79 10.31 b 662.14 71.67 b 137.68 8.94 b 0.78 0.04 b 0.58 0.03 b ‘WT708’ 143.48 15.21 a 762.13 72.93 a 153.38 4.47 a 0.84 0.01 a 0.65 0.02 a 材料Material ФPSⅡ QP QN ETR ‘YL-1’ 0.40 0.02 b 0.69 0.01 b 2.39 0.18 b 200.56 12.42 b ‘WT708’ 0.47 0.03 a

36、0.72 0.02 a 2.91 0.18 a 239.62 13.53 a Fv/Fm是PSⅡ反應(yīng)中心暗反應(yīng)下最大光化學(xué)量子產(chǎn)量，一般比較恒定，在0.80 ~ 0.85之間 （Bjrkman & Demmig，1987）。表2中‘YL-1’的Fv/Fm、Fv′/Fm′和ФPSⅡ降低表明PSⅡ反應(yīng)中心 激發(fā)能和光能捕獲效率降低，這也進(jìn)一步驗(yàn)證了光響應(yīng)曲線的結(jié)果。葉綠素?zé)晒忖缡侨~綠體耗散 能量的一種途徑，包括光化學(xué)猝滅（QP）和非光化學(xué)猝滅（QN）（Roh?ek & Bartk，1999；趙會(huì)杰 等，2000）?！甕L-1’的QP和QN的顯著降低表明其光化學(xué)轉(zhuǎn)化效率

37、和熱耗散均顯著低于‘WT708’。 ETR是非環(huán)式電子傳遞速率，‘YL-1’的ETR顯著低于‘WT708’，說(shuō)明‘YL-1’的表觀電子傳遞 效率降低，不利于光能利用，這與其光合速率降低的結(jié)果一致。 6期 楊 沖等：甘藍(lán)葉色黃化突變體YL-1的光合生理特性及其葉綠體的超微結(jié)構(gòu) 1139 2.5 ‘YL-1’與‘WT708’葉綠體超微結(jié)構(gòu)比較 從圖4中可以看出，‘WT708’苗期葉綠體緊貼細(xì)胞壁分布，葉綠體數(shù)多，發(fā)育得較為成熟， 呈卵圓形或梭形，可以清晰地看到葉綠體中的基粒和基質(zhì)片層（圖4，A28 d），‘YL-1’苗期部分

38、細(xì) 胞為不正常細(xì)胞，細(xì)胞為圓形，葉綠體游離分布在細(xì)胞內(nèi)，呈圓形，雖然能看到片層結(jié)構(gòu)，但片層 數(shù)明顯少（圖4，B28 d）。在蓮座期，‘WT708’葉綠體發(fā)育良好，類囊體膜片層系統(tǒng)由基粒片層和 基質(zhì)片層兩部分組成，基質(zhì)類囊體和基粒內(nèi)囊體高度分化，基粒垛疊層數(shù)較多，規(guī)律分布，有淀粉 粒（圖4，A50 d）；與‘WT708’相比，‘YL-1’葉綠體中雖然能看到基粒與基質(zhì)片層結(jié)構(gòu)，但基粒 數(shù)量少，基粒片層數(shù)少，基粒排列不整齊，無(wú)淀粉粒（圖4，B50 d）；在結(jié)球期‘WT708’葉綠體與 前期比較，淀粉粒變大，基粒與基質(zhì)片層無(wú)明顯變化（圖4，A75 d），而‘YL-1’葉綠體中基粒排列 整

39、齊，基粒數(shù)量增加，基粒片層數(shù)增加，有淀粉粒，但與‘WT708’仍有差距（圖4，B75 d）。 圖4 ‘WT708’與‘YL-1’葉綠體超微結(jié)構(gòu) A：‘WT708’；B：‘YL-1’；GL：基粒片層；SL：基質(zhì)片層：S：淀粉粒。 Fig. 4 Ultrastructure of chloroplast in‘WT708’and‘YL-1’ A；‘WT708’；B：‘YL-1’；GL：Grana lamellae；SL：Stroma lamellae；S：Starch grains. 1140

40、 園 藝 學(xué) 報(bào) 41卷 2.6 不同溫度處理對(duì)‘YL-1’光合色素含量的影響 比較3個(gè)溫度下‘YL-1’光合色素含量與‘WT708’的差異（圖5），在相同培養(yǎng)時(shí)期‘YL-1’ 3種色素的降低百分率值均是在低溫時(shí)最大，高溫時(shí)最小。由此說(shuō)明溫度越低，‘YL-1’與‘WT708’ 的光合色素含量差異越大，對(duì)低溫更敏感。根據(jù)觀察，‘YL-1’與‘WT708’在子葉剛長(zhǎng)出來(lái)時(shí)葉 色差異不明顯，‘YL-1’不表現(xiàn)黃化現(xiàn)象，隨著子葉不斷生長(zhǎng)，差異逐漸顯現(xiàn)，真葉長(zhǎng)出時(shí)差異增 大。相同溫度

41、下，不同時(shí)期的‘YL-1’降低百分率值均在播種后14 d時(shí)最大，說(shuō)明‘YL-1’在子 葉展開(kāi)后表現(xiàn)出光合色素缺乏，隨著不斷生長(zhǎng)，缺乏逐步加劇，在播種后14 d時(shí)最大，然后隨著真 葉不斷生長(zhǎng)，葉綠素的缺乏略有恢復(fù)。 同一時(shí)期同一溫度下，類胡蘿卜素降低百分率值小于葉綠素（圖5），由此說(shuō)明‘YL-1’中的葉 綠素缺乏程度比類胡蘿卜素大。 圖5 不同溫度下突變體‘YL-1’與‘WT708’的光合色素含量的差異變化 Fig. 5 Decrement rate of the photosynthetic pigments content between mutant‘Y

42、L-1’and‘WT708’under different temperatures 3 討論 3.1 葉色黃化突變體‘YL-1’葉綠素含量變化及其與葉綠素超微結(jié)構(gòu)的關(guān)系 前人研究表明，葉色變異與葉綠素含量和葉綠體結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系（Falble et al.，1996；趙云 等， 2003；苗晗 等，2010；張立科 等，2010）。本試驗(yàn)中，葉色黃化突變體在整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中葉綠 6期 楊 沖等：甘藍(lán)葉色黃化突變體YL-1的光合生理特性及其葉綠體的超微結(jié)構(gòu) 1141 素a和b含量均大幅度降低，為總?cè)~綠素缺失型，在

43、生長(zhǎng)后期，突變體‘YL-1’葉綠素含量得到部 分恢復(fù)，但仍明顯小于‘WT708’，這與觀察到的生長(zhǎng)勢(shì)變化、葉綠體超微結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)一致。在 苗期和蓮座期，‘YL-1’的葉綠體基粒數(shù)量少，基粒片層數(shù)少，基粒排列不整齊；但在成熟期‘YL-1’ 細(xì)胞葉綠體中基粒排列整齊，基粒數(shù)量增加，基粒片層數(shù)增加，不過(guò)與‘WT708’仍有明顯差距。 此外，大量研究表明，幾乎所有的葉綠素突變體的葉綠體結(jié)構(gòu)都有不同程度的改變（Simpson & Von Wettstein，1989；Austin & Webber，2005）。透射電子顯微鏡觀察顯示本試驗(yàn)中‘YL-1’細(xì)胞中發(fā)育 正常的葉綠體數(shù)較野生型略少

44、，還有部分葉綠體形狀呈不正常圓形。 高等植物葉綠素合成途徑為：谷氨酸（Glu）→ σ–氨基酮戊酸（ALA）→ 膽色素原（PBG） → 尿卟啉原Ⅲ（Urogen Ⅲ）→ 糞卟啉原Ⅲ（Coprogen Ⅲ）→ 原卟啉Ⅸ（ProtoⅨ）→ 原葉綠素 酸酯（Pchlide）→ 葉綠素酸酯（Chlide）→ Chl.a → Chl.b（Von Wettstein et al.，1995）。Wu等（2007） 對(duì)水稻葉色突變體ygl1的研究中發(fā)現(xiàn)，苗期葉片Chl.a/Chl.b為8.0，后期降低至正常比值范圍，揭 示了黃化的原因是由于突變體的葉綠素合成酶基因ygl1（表達(dá)產(chǎn)物催化Chl.a轉(zhuǎn)化

45、為Chl.b）的cDNA 編碼區(qū)上發(fā)生單堿基突變。而崔海瑞等（2001）研究的水稻黃化突變體W1黃化的原因是葉綠素合 成受阻，受阻部位發(fā)生在由PBG到Urogen Ⅲ的過(guò)程中。但本試驗(yàn)中葉色黃化突變體‘YL-1’的 Chl.a/Chl.b在整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中始終保持在正常比值范圍內(nèi)，參考已報(bào)道的葉綠素合成途徑，推 測(cè)‘YL-1’從葉綠素a到葉綠素b的轉(zhuǎn)化過(guò)程正常，造成黃化的原因應(yīng)在葉綠素a合成之前的某個(gè) 途徑中，作者曾設(shè)計(jì)引物擴(kuò)增葉綠素合成酶基因，進(jìn)行測(cè)序比對(duì)發(fā)現(xiàn)‘YL-1’與‘WT708’間無(wú)差 異。Jilani等（1996）發(fā)現(xiàn)乙酰丙酸可以通過(guò)影響葉綠素合成間接抑制類胡蘿卜素合

46、成。本試驗(yàn)中葉 色黃化突變體在不同生長(zhǎng)階段葉綠素含量的變化幅度比類胡蘿卜素大；相同溫度下葉綠素的缺乏程 度比類胡蘿卜素大。根據(jù)本試驗(yàn)結(jié)果以及Jilani等（1996）的結(jié)論，推測(cè)甘藍(lán)突變體‘YL-1’的葉 色黃化是由于葉綠素合成受阻造成的，類胡蘿卜素含量的降低只是由于葉綠素降低導(dǎo)致的。 3.2 葉色黃化突變體‘YL-1’光合參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化趨勢(shì) 葉綠體的數(shù)量和發(fā)育情況會(huì)影響葉綠素的含量和植物的光合作用，光合色素主要集中在葉綠體 基粒中，在整個(gè)生長(zhǎng)周期，突變體‘YL-1’凈光合速率均顯著低于正常對(duì)照。突變體‘YL-1’的 LSP和LCP明顯高于對(duì)照，表明‘YL-1’

47、光強(qiáng)的依賴性高于正常對(duì)照。葉綠素?zé)晒庾兓诠夂献饔? 過(guò)程中與對(duì)光能的吸收、傳遞、耗散和分配等反應(yīng)緊密聯(lián)系，突變體光合作用中的變化可以通過(guò)葉 綠素?zé)晒鉁y(cè)定以某些熒光參數(shù)變化反映出來(lái)。本研究中，突變體‘YL-1’成熟葉片中的Fo、Fm和 Fo′顯著低于正常對(duì)照，這與葉綠素含量顯著降低的情況一致，與曹莉等（2006）對(duì)小麥黃化突變體 的研究和肖華貴等（2013）對(duì)甘藍(lán)型油菜黃化突變體的研究結(jié)果相同。Fv/Fm變化代表了PSⅡ反應(yīng) 中心光化學(xué)效率的變化，是光能利用效率的一個(gè)重要指標(biāo)（Roh?ek & Bartk，1999；趙會(huì)杰 等， 2000）。已有的研究表明，有的突變體Fv/Fm高于野

48、生型，如小麥黃綠和綠黃突變（曹莉 等，2006）、 水稻黃化突變（王聰田 等，2007）、白菜黃化突變（郭士偉 等，2003）、大麥黃化突變（譚新星和 許大全，1996），還有的突變體Fv/Fm低于野生型，如小麥金黃突變（曹莉 等，2006）、甘藍(lán)型油菜 黃化突變（肖華貴 等，2013）。在本研究中‘YL-1’的Fv/Fm及Fv′/Fm′顯著降低，表明隨著葉綠素 含量降低到一定范圍時(shí)，突變體的光化學(xué)效率顯著降低，這與‘YL-1’更依賴于光強(qiáng)的結(jié)果相吻合。 本研究中‘YL-1’的ФPSⅡ和ETR顯著降低，表明葉綠素含量減少比葉綠素含量較多時(shí)PSⅡ反應(yīng)中 心光能捕獲效率較低，表觀電子傳

49、遞效率降低，不利于光能利用，導(dǎo)致光合速率降低；其QP和QN 顯著降低，推測(cè)突變體由于捕光效率低，吸收的光能較少地用于熱耗散，這與甘藍(lán)型油菜（肖華貴 等， 2013）、小麥（曹莉 等，2006）等作物相關(guān)黃化突變體的變化趨勢(shì)相同。 1142 園 藝 學(xué) 報(bào) 41卷 3.3 溫度對(duì)葉色黃化突變體‘YL-1’光合色素含量的影響 苗晗等（2010）對(duì)黃瓜葉色突變體的研究中發(fā)現(xiàn)，在低溫下突變體呈明顯金黃色，高溫下可很 快恢復(fù)綠

50、色。崔海瑞等（2001）對(duì)水稻突變體W1的研究表明，突變體對(duì)低溫敏感，在低溫下葉片 表現(xiàn)白化。本試驗(yàn)中不同溫度處理下的突變體隨著溫度的降低，與正常對(duì)照之間的光合色素含量差 異逐漸加大，隨著溫度升高，雖然葉片恢復(fù)部分綠色，但也與正常對(duì)照差異明顯，說(shuō)明‘YL-1’的 葉色黃化也受到溫度的影響，低溫加劇了葉綠素的缺乏。本試驗(yàn)中突變體‘YL-1’的各光合色素在 播種后70 d時(shí)又下降，這與光合色素在之前逐漸增加的趨勢(shì)不符，是因?yàn)楸驹囼?yàn)中播種后70 d是 10月中旬（最高溫18 ℃，最低溫5 ℃），而‘YL-1’對(duì)低溫又很敏感，推測(cè)由于此時(shí)低溫使得各光 合色素含量反而下降，這與不同溫度處理試

51、驗(yàn)得出的結(jié)論一致。雖然隨著溫度的升高，‘YL-1’葉 色黃化程度、葉綠素含量減少有所減輕，但始終無(wú)法恢復(fù)到正常葉色。 3.4 葉色黃化突變體‘YL-1’的應(yīng)用價(jià)值 葉色突變體種類繁多，在很多高等植物中都有發(fā)現(xiàn)（Carol et al.，1999；Jung et al.，2003；Lonosky et al.，2004）。有一些葉色黃色的突變體因?yàn)槠涔夂夏芰Ρ容^差和表型不穩(wěn)定，不能應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐， 如水稻（Terao et al.，1985；Hsu & Lee，1995）。還有一些葉色黃化突變體的表型穩(wěn)定，可以作為標(biāo) 記性狀在雜種優(yōu)勢(shì)利用中應(yīng)用。Zhao等（2000）將甘藍(lán)型

52、油菜黃化突變體苗期標(biāo)記性狀引入雄性不 育系，突變體顯現(xiàn)出同樣優(yōu)越的配合力，表明該黃化突變性狀可以作為一個(gè)標(biāo)記應(yīng)用于雜交育種中。 雖然本試驗(yàn)中的‘YL-1’葉色黃化明顯，且影響到生長(zhǎng)勢(shì)和葉球大小，但‘YL-1’和正常對(duì)照‘WT708’ 與相同父本配置雜交組合（‘YL-1’‘2209’，‘WT708’‘2209’），經(jīng)觀察顯示它們分別得到的 F1之間的生長(zhǎng)勢(shì)無(wú)明顯差異。在有明顯雜交優(yōu)勢(shì)的前提下，可以利用其葉色黃化的特點(diǎn)作為良種繁 育后代純度鑒定的苗期標(biāo)記性狀，提高田間純度鑒定的準(zhǔn)確性和效率，且由于不存在轉(zhuǎn)基因安全性 問(wèn)題，‘YL-1’可以直接用于常規(guī)育種。 Reference

53、s Arnon D I. 1949. Copper enzymes in isolated chloroplasts. Phenoloxidases in Beta vulgaris. Plant Physiol，24 (1)：1–15. Austin II J，Webber A N. 2005. Photosynthesis in Arabidopsis thaliana mutants with reduced chloroplast number. Photosynth Res，85 (3)：373–384. Bjrkman O，Demmig B. 1987. Photon

54、yield of O2 evolution and chlorophyll fluorescence characteristics at 77 K among vascular plants of diverse origins. Planta，170 (4)：489–504. Cao Li，Wang Hui，Sun Dao-Jie，F(xiàn)eng Yi. 2006. Chloroplast ultra-structure of a Xantha wheat mutant. Acta Bot Boreali-Occidentalia Sinica，26 (11)： 2227–2230.

55、(in Chinese) 曹 莉，王 輝，孫道杰，馮 毅. 2006. 小麥黃化突變體光合作用及葉綠素?zé)晒馓匦匝芯? 西北植物學(xué)報(bào)，26 (10)：2083–2087. Carol P，Stevenson D，Bisanz C，Breitenbach J，Sandmann G，Mache R，Coupland G，Kuntz M. 1999. Mutations in the Arabidopsis gene IMMUTANS cause a variegated phenotype by inactivating a chloroplast terminal oxidase

56、 assoeiated with phytoene desaturation. The Plant Cell，11 (1)： 57–68. Cui Hai-rui，Xia Ying-wu，Gao Ming-wei. 2001. Effect of temperature on leaf color and chlorophyll biosynthesis of rice mutant W1. Acta Agriculture Nucleatae Sinica，15 (5)：269–273. (in Chinese) 崔海瑞，夏英武，高明尉. 2001. 溫度對(duì)水稻突變體W1葉色及

57、葉綠素生物合成的影響. 核農(nóng)學(xué)報(bào)，15 (5)：269–273. Demmig-Adams B，Adams W W III. 1996. The role of xanthophyll cycle carotenoids in the protection of photosynthesis. Trends in Plant Sciences， 1 (1)：21–26. Falble T G，Meehl J B，Staehelin L A. 1996. Severity of mutant phenotype in a series of chlorophyll deficient

58、wheat mutants depends on light intensity and the severity of the block in chlorophyll synthesis. Plant Physiol，112 (2)：821–832. Guo Shi-wei，Zhang Yun-hua，Jin Yong-qing，Shi Su-yun，Tan Xiu-yun，Liu Ai-min. 2003. Characterization of chlorophyll fluorescence in a mutant of Brassica chinesis L. with

59、 xantha seeding leaves. Acta Agronomica Sinica，29 (6)：958–960. (in Chinese) 6期 楊 沖等：甘藍(lán)葉色黃化突變體YL-1的光合生理特性及其葉綠體的超微結(jié)構(gòu) 1143 郭士偉，張?jiān)迫A，金永慶，師素云，譚秀云，劉藹民. 2003. 小白菜黃苗突變體的葉綠素?zé)晒馓匦? 作物學(xué)報(bào)，29 (6)：958–960. Highkin H R，Boardman N K，Goodchild D J. 1969. Photosynthetic studies on a pe

60、a-mutant deficient in chlorophyll. Plant Physiol，44 (9)： 1310–1320. Hsu B D，Lee J Y. 1995. The photosystemⅡ heterogeneity of chlorophyll b-deficient mutants of rice：A fluorescence induction study. Aust J Plant Physiol，22 (2)：195–200. Jilani A，Kar S，Bose S，Tripathy B C. 1996. Regulation of the

61、 carotenoid content and chloroplast development by levulinic acid. Physiologia Plantarum，96 (1)：139–145. Jung K H，Hur J H，Ryu C H，Choi Y J，Chung Y Y，Miyao A，Hirochika H，An G. 2003. Characterization of a rice chlorophyll-deficient mutant using the T-DNA gene-trap system. Plant Cell Physiol，44

62、(5)：463–472. Lichtenthaler H K，Kuhn G，Prenzel U，Buschmann C，Meier D.1982. Adaptation of chloroplast ultrastructure and of chlorophyll-protein levels to high-light and low-light growth conditions. Zeitschrift fr Naturforschung，37：464–475. Lonosky P M，Zhang X S，Honavar V G，Dobbs D L，F(xiàn)u A，Roderme

63、l S R. 2004. A proteomic analysis of maize chloroplast biogenesis. Plant Physiol，134 (2)：560–574. Miao Han，Gu Xing-fang，Zhang Sheng-ping，F(xiàn)ang Zhi-yuan，Zhang Zhen-xian. 2010. Comparison and analysis of two yellow-green leaf mutants in cucumber（Cucumis sativus L.）. Chinese Vegetables，(22)：16–20.

64、 (in Chinese) 苗 晗，顧興芳，張圣平，方智遠(yuǎn)，張振賢. 2010. 兩個(gè)黃瓜（Cucumis sativus L.）葉色突變體的比較分析研究. 中國(guó)蔬菜，(22)：16–20. Murashige T，Skoog F. 1962. A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum，15 (3)： 473–497. Okabe K，Sehmid G H，Straub J. 1977. Genetic characte

65、rization and high efficiency photosynthesis of an aurea mutant of tobacco. Plant Physiol， 60：150–156 Preiss S，Thomber J P. 1995. Stability of the apoproteins of light-harvesting complexⅠand Ⅱ during biogenesis of thylakoids in the chlorophyll b-less barley mutant chlorina f2. Plant Physiol，107

66、(3)：709–717. Roh?ek K，Bartk M. 1999. Technique of the modulated chlorophyll fluorescence：Basic concepts，useful parameters，and some applications. Photosynthetica，37 (3)：339–363. Simpson D J，Von Wettstein D. 1989. The structure and function of the thylakoid membrane. Carlsberg Res Commun，54 (2)：55–65. Stoekinger E J，Walling L L. 1994. A chlorophyll a/b-binding protei