甘蓝叶色黄化突变体YL1的光合生理特性及其叶绿体的超微结构

园 艺 学 报 2014，41（6）：11331144 http: / www. ahs. ac. cn Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao 收稿日期：20140106；修回日期：20140512 基金项目：国家重点基础研究发展计划（973）项目（2012CB113900）；国家自然科学基金项目（31272180）；国家现代农业产业技术体系专项资金项目（CARS-25）；农业部园艺作物遗传改良重点开放实验室项目 * 通信作者 Author for correspondence（E-mail：zhangyangyong） 甘蓝叶色黄化突变体YL-1的光合生理特性及其叶绿体的超微结构 杨 冲，张扬勇*，方智远，刘玉梅，杨丽梅，庄 木，孙培田 （中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081） 摘 要：以甘蓝叶色黄化突变体YL-1及其叶色正常近等基因系WT708为试材，对比发现：YL-1从子叶期开始表现出叶色黄化现象，并一直持续整个生活周期，叶片小，植株矮小，可以结球，但生长势和叶球显著小于WT708，单球质量只有WT708的39.0%；光合色素含量显著降低；叶绿体数较少，叶绿体内部基粒数少，基粒片层垛叠数少，基粒排列不整齐；YL-1的Fo、Fm、Fv /Fm、Fo、Fv/Fm、PS、QP、QN和ETR均显著低于WT708，说明光合色素含量的降低导致了PS反应中心捕光能力和光化学转化效率的降低。随着温度的降低，YL-1与WT708之间的光合色素含量差异逐渐加大。 关键词：甘蓝；黄化突变体；光合色素含量；超微结构；叶绿素荧光参数 中图分类号：S 635.1 文献标志码：A 文章编号：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*，FANG Zhi-yuan，LIU Yu-mei，YANG Li-mei，ZHUANG Mu，and SUN Pei-tian （Institute of Vegetables and Flowers，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China） Abstract：Yellow leaf cabbage mutant（YL-1）and its near isogenic lineWT708were used to compare their difference. MutantYL-1showed yellow leaf phenotype from cotyledon stage and existed throughout the life cycle. Compared withWT708，YL-1had smaller leaves and less plant height. The head height ofYL-1was 39.0% ofWT708. The photosynthetic pigment content inYL-1leaves was significantly lower than that inWT708.YL-1had fewer chloroplasts and base grains，less grana lamellae stacked pile and irregular arrangement of base grains. The chlorophyll fluorescence parameters Fo，Fm，Fo，Fv/Fm，Fv/Fm，PS，QP，QN and ETR inYL-1were significantly lower than those inWT708. Lower photosynthetic pigment content leads to the lower light-harvesting capacity and photochemical conversion efficiency of the PSreaction center. As temperature decreased，the difference of photosynthetic pigment content betweenYL-1andWT708gradually increased. Key words： Brassica oleracea L. var. capitata；chlorophyll-reduced mutant；photosynthetic pigment 1134 园 艺 学 报 41卷 content；chloroplast ultra-structure；chlorophyll fluorescence parameter 叶色变异在植物界发生频率相对较高，突变来源广泛。植物叶色黄化突变体又称为叶绿素缺乏突变体，往往是叶绿素的合成或降解被破坏所导致的。叶色突变一般发生在苗期，多数突变体在生长后期出现阶段性返绿，也有部分在整个生育过程中一直保持突变叶色。叶色突变主要来源于自发突变和人工诱导突变，目前已经在很多高等植物中发现了叶色黄化突变体，如玉米（Lonosky et al.，2004）、大豆（Stoekinger & Walling，1994）、豌豆（Highkin et al.，1969）、烟草（Okabe et al.，1977）、小麦（曹莉 等，2006）、大麦（Preiss & Thomber，1995）、拟南芥（Carol et al.，1999）、水稻（Jung et al.，2003）、番茄（姚建刚 等，2010）和黄瓜（苗晗 等，2010）等，这些突变体主要用于叶绿素合成、遗传、叶绿体超微结构和发育、色素蛋白复合体、光合生理等方面研究，黄化性状还可以作为杂种优势利用中的标记性状（Zhao et al.，2000）。 本课题组2010年秋在从意大利引进的甘蓝杂交种Hosom的自交分离后代中发现了叶色黄化突变体YL-1，其田间表现为叶色黄化，植株矮小，长势慢，但其生理特性尚不清楚。本试验中以YL-1及其叶色正常近等基因系WT708为材料，对其光合色素含量、光合参数、叶绿体超微结构、叶绿素荧光参数、温度对突变体光合色素含量的影响方面进行了研究，并调查了成熟期的主要农艺性状，以期为阐明甘蓝叶色黄化突变的机理和定位克隆叶色黄化相关基因提供依据。 1 材料与方法 1.1 材料 以本课题组发现的甘蓝（Brassica oleracea L. var. capitata）叶色黄化突变体（命名为YL-1）及其近等基因系WT708为试材（图1），将两份材料于2012年秋季、2013年春季种植于中国农业科学院蔬菜花卉研究所南圃场，进行光合生理特性、成熟期主要农艺性状等的测定或调查，每小区13株，3次重复。 1.2 方法 1.2.1 成熟期主要农艺性状调查 2012年秋季，在YL-1及WT708成熟期对植株的外叶色、最大外叶长、最大外叶宽、株高、开展度、球质量、球宽进行了测量，每个小区测量5株，3次重复。 外叶色测定采用色差仪（CR-400，Minolta，JPN），测定相同叶位的成熟叶片，每片叶在主脉两侧各测3个点，取平均值；每次测量L*（明亮度指数，其幅度0 100，数值越大表示越明亮）、a*（红、绿色度指数，红为正值，绿为负值）、b*（黄、蓝色度指数，黄为正值，蓝为负值）3个值。用直尺测量最大外叶的叶长和叶宽，株高（植株地上部分的高度），开展度（植株外叶开展最宽处纵、横两个方向），球宽（叶球横向最宽处），球高（叶球纵向最高处），取平均值。 1.2.2 光合色素含量的测定 光合色素含量测定采用Arnon（1949）的方法，略有修改，2012年秋季测定。植株播种后28、42、56和70 d，分别取样测定光合色素含量。各小区随机抽取3株，取突变体YL-1及WT708相同叶位的成熟新鲜叶片，取样时间在上午8：009：00时。随机称取叶片0.1 g，剪碎，装入15 mL带塞的玻璃试管中，加入10 mL的丙酮乙醇混合液（丙酮乙醇 = 11），黑暗浸提24 h，至组织发白。将提取液（或稀释后）在UV-1800分光光度计（岛津）上测定663、645和440 nm波长的6期 杨 冲等：甘蓝叶色黄化突变体YL-1的光合生理特性及其叶绿体的超微结构 1135 OD值，计算叶绿素a（Chl.a）、叶绿素b（Chl.b）、总叶绿素含量（Chl.）和类胡萝卜素含量（Car.）（mg L-1）。 1.2.3 光合作用参数测定 2013年春季测定。在苗期、莲座期和结球期，即播种后28、50、75 d，分别从YL-1及WT708各自小区中选取长势一致的个体植株，以植株从上到下第3片叶片为测定材料。利用便携式气体交换系统（LI-6400XT，LiCor Inc，Nebraska，USA）测定叶片的光合作用参数，采用LED红蓝光源，设置光强800 mol m-2 s-1，叶室温度20 ，CO2浓度恒定为400 mol m-2 s-1。计算得到净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、胞间 CO2浓度（Ci）等参数。测定时间在上午9：0011：00时，晴朗无云。每个小区取3株测定，3次重复，每株植株待读数稳定后分别读取3次，取平均值。 1.2.4 光响应曲线和叶绿素荧光参数的测定 2013年5月，在结球期选取长势一致的植株相同叶位的成熟叶片测定光响应曲线和叶绿素荧光参数。利用LI-6400XT，使用LED红蓝光源，设置11个光合有效辐射梯度（PAR），叶室温度20 ，CO2浓度恒定（400 mol m-2 s-1）。测定时间在上午9：0011：00时，晴朗无云。每个小区取3株测定，3次重复。 测定叶绿素荧光参数前1 d，将待测植株叶片黑暗处理约16 h，并于第2天上午7：00时开始测定，设置叶室温度20 ，CO2浓度恒定400 mol m-2 s-1。利用 LI-6400XT测定Fo和Fm，计算Fv，然后在自然光下适应30 min，待显示稳定后，测定Fs、Fm和Fo，计算Fv、Fv、暗适应下PS最大光化学效率（Fv/Fm）、光适应下PS最大光化学效率（Fv/Fm）、光适应下PS实际光化学效率（PS）、光化学猝灭系数（QP）、非化学猝灭系数（QN）和非环式电子传递速率（ETR），所有计算均根据Demmig-Adams和Adams（1996）提出的方法。每个小区测定2株，3次重复。 1.2.5 叶绿体超微结构的观察 2012年秋季测定。分别取突变体YL-1及WT708在子叶期（播种后15 d）、苗期（播种后28 d）、莲座期（播种后50 d）和成熟期（播种后75 d）的相同叶位叶片，参照Lichtenthaler等（1982）的方法，并略有改动，将叶片中部避开叶脉处，取叶片，切成宽1 mm，长2 mm的块状。每株取7个小块，放入装有4%戊二醛溶液的2 mL离心管中，抽真空，在4 条件下固定3 d。用1%磷酸缓冲液漂洗4次，放入1%、pH 7.2的锇酸中，4 条件下固定12 h，再用1%磷酸缓冲液漂洗3次，用乙醇逐级脱水后，进行环氧树脂浸透包埋，用超薄切片机切片（EM UC 6，Leica，DEU），经醋酸双氧铀和柠檬酸铅对切片双重染色后，在透射电子显微镜（H-7500，Hitachi Limited，JPN）观察，用扫描相机（832，Gatan，USA）拍照，观察叶绿体的超微结构。每个小区测定1株，3次重复。 1.2.6 不同温度处理对YL-1光合色素含量的影响 2013年7月，将突变体YL-1和WT708分别播种在MS培养基（Murashige & Skoog，1962）中，将培养瓶放在组培室（25 ）培养至子叶完全展开，放入不同温度的人工培养箱中。高温35 /20 ；对照25 /15 ；低温15 /8 ，光照强度均为400 mol m-2 s-1，白天16 h，夜晚8 h。每处理培养15株。培养7 d后开始取叶片，每隔7 d取1次，一共取3次，测定并计算出Chl.a、Chl.b、Chl.和Car.等光合色素平均含量。分别计算YL-1各光合色素含量较WT708降低的百分比。 1.2.7 数据统计分析 应用Excel 2007进行数据计算和作图，用DPS软件进行方差分析和差异显著性检验。光响应曲线利用Photosythesis软件（LI-COR，USA）计算光补偿点（LCP）和光饱和点（LSP）。 1136 园 艺 学 报 41卷 2 结果与分析 2.1 YL-1与WT708成熟期主要农艺性状的差异 在成熟期对YL-1与WT708的主要农艺性状进行调查，结果发现叶色突变体YL-1在最大外叶长、最大外叶宽、株高、开展度、球质量、球高和球宽上显著低于WT708（表1），分别低22.90%、24.42%、30.39%、26.87%、61.01%、22.88%和31.53%。成熟期突变体YL-1的叶色仍然黄化，可以结球，但单球质量只有WT708的39.0%（图1）。 表1 YL-1与WT708成熟期主要农艺性状的比较 Table 1 Comparison of agronomic traits between theYL-1andWT708at heading stage 材料 Material 株高/cm Plant height 开展度/cm Plant expansion 球质量/kg Head weight 球高/cm Head height 球宽/cm Head width YL-1 21.30 1.10 b 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 外叶色 Leaf color 材料 Material 最大外叶长/cm Length of max. leaf 最大外叶宽/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 1.34 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，表示从暗到亮；a*：a*表示绿色，+ a*表示红色；b*：b*表示蓝色，+ b*表示黄色。表中数据为平均值 标准误，不同字母表示突变体YL-1和WT708之间存在显著差异（P 0.05）。下表同。 Note：L：0100，represents from dark to light；a*：a* represents green，+ a* represents 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. 图1 YL-1与WT708不同生长时期的性状对比 Fig. 1 Agronomic traits comparison betweenYL-1andWT708in different growth stages 2.2 YL-1与WT708光合色素含量的比较 测定结果表明，在整个生育期叶色黄化突变体YL-1的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量和类胡萝卜素始终显著低于WT708（图2）。播种后28、42、56和70 d，突变体YL-1的叶绿6期 杨 冲等：甘蓝叶色黄化突变体YL-1的光合生理特性及其叶绿体的超微结构 1137 素a含量比WT708低46.12%、36.63%、28.83%和36.77%；叶绿素b分别低39.42%、31.63%、31.68%和34.28%；叶绿素总含量分别低41.68%、34.13%、30.25%和35.53%；类胡萝卜素含量低25.36%、35.00%、32.72%和34.97%，表明该突变体是总叶绿素缺乏突变体，光合色素含量均比WT708低约30%。 在整个发育过程中，YL-1叶绿素a与叶绿素b的比值（Chl.a/Chl.b）与WT708无明显差异。总叶绿素与类胡萝卜素比值（Chl./Car.）在播种后28 d时显著低于WT708，之后二者无差异，维持在4.0左右。 图2 突变体YL-1与WT708不同时期光合色素含量及相对比值 Fig. 2 The content and relative ratio of various photosynthetic pigments in leaves of mutantYL-1andWT708at different stages 2.3 YL-1与WT708的光合作用参数的差异 由表2可以看出，YL-1在苗期（播种后28 d）、莲座期（播种后50 d）和结球期（播种后75 d），净光合速率（Pn）均显著低于WT708，分别低39.47%、23.45%和25.10%，在苗期差异最大；气孔导度（Gs）与WT708之间没有明显差异；胞间CO2浓度（Ci）在苗期和莲座期显著高于WT708；蒸腾速率（Tr）在苗期显著低于WT708，之后无明显差异。由测定结果可以看出，YL-1与WT708的各光合参数差异在苗期最大，随着不断生长，突变体恢复了部分光合能力，但与WT708的光合能力仍有显著差异。 1138 园 艺 学 报 41卷 图3 YL-1与WT708结球期叶片的光响应曲线 Fig. 3 Light-response curves（PnPAR）ofYL-1and WT708at heading stage 表2 不同生长时期突变体YL-1与WT708叶片的光合指标参数 Table 2 Photosynthesis indexes of mutantYL-1andWT708in the different growth stages 时期 Period 材料 Material 净光合速率 / （mol m-2 s-1） （Pn） 气孔导度/ （mol m-2 s-1 ） Gs 胞间CO2 浓度/ （mol mol-1 ） Ci 蒸腾速率/ （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 5.62 a 莲座期 Rosette stage WT708 21.60 3.74 a 0.29 0.088 a 225.66 47.43 b 9.05 1.46 a 结球期 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与WT708的光响应曲线和叶绿素荧光参数 由图3可见，在恒定的CO2浓度和一定光照范围，YL-1和WT708的净光合速率呈上升趋势，当光强高于1 000 mol m-2 s-1时，2份材料的净光合速率升高速度均放缓，YL-1始终显著低于WT708。经过Photosythesis软件计算和DPS方差分析，YL-1的光饱和点和光补偿点（1 372.8和64.5 mol m-2 s-1）显著高于WT708（1 270.1和46.9 mol m-2 s-1）。由此表明YL-1对光强的依赖性高于WT708，同等光强条件下WT708对光能的利用效率更高。 结球期测定叶绿素荧光参数的结果（表3）表明，YL-1显著低于WT708。Fo数值与叶绿素浓度有关；Fm低表明PS电子传递受到一定的影响；Fo是PS在光下完全开放时的荧光产量（Rohek & Bartk，1999；赵会杰 等，2000）。YL-1的Fo、Fm和Fo的显著降低与其叶片叶绿素含量显著降低的情况一致。 表3 突变体YL-1与WT708叶绿素荧光动力学参数 Table 3 The chlorophyll fluorescence kinetics parameters between mutantYL-1andWT708 材料Material Fo Fm 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 PS 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 0.72 0.02 a 2.91 0.18 a 239.62 13.53 a Fv/Fm是PS反应中心暗反应下最大光化学量子产量，一般比较恒定，在0.80 0.85之间（Bjrkman & Demmig，1987）。表2中YL-1的Fv/Fm、Fv/Fm和PS降低表明PS反应中心激发能和光能捕获效率降低，这也进一步验证了光响应曲线的结果。叶绿素荧光猝灭是叶绿体耗散能量的一种途径，包括光化学猝灭（QP）和非光化学猝灭（QN）（Rohek & Bartk，1999；赵会杰 等，2000）。YL-1的QP和QN的显著降低表明其光化学转化效率和热耗散均显著低于WT708。ETR是非环式电子传递速率，YL-1的ETR显著低于WT708，说明YL-1的表观电子传递效率降低，不利于光能利用，这与其光合速率降低的结果一致。 6期 杨 冲等：甘蓝叶色黄化突变体YL-1的光合生理特性及其叶绿体的超微结构 1139 2.5 YL-1与WT708叶绿体超微结构比较 从图4中可以看出，WT708苗期叶绿体紧贴细胞壁分布，叶绿体数多，发育得较为成熟，呈卵圆形或梭形，可以清晰地看到叶绿体中的基粒和基质片层（图4，A28 d），YL-1苗期部分细胞为不正常细胞，细胞为圆形，叶绿体游离分布在细胞内，呈圆形，虽然能看到片层结构，但片层数明显少（图4，B28 d）。在莲座期，WT708叶绿体发育良好，类囊体膜片层系统由基粒片层和基质片层两部分组成，基质类囊体和基粒内囊体高度分化，基粒垛叠层数较多，规律分布，有淀粉粒（图4，A50 d）；与WT708相比，YL-1叶绿体中虽然能看到基粒与基质片层结构，但基粒数量少，基粒片层数少，基粒排列不整齐，无淀粉粒（图4，B50 d）；在结球期WT708叶绿体与前期比较，淀粉粒变大，基粒与基质片层无明显变化（图4，A75 d），而YL-1叶绿体中基粒排列整齐，基粒数量增加，基粒片层数增加，有淀粉粒，但与WT708仍有差距（图4，B75 d）。 图4 WT708与YL-1叶绿体超微结构 A：WT708；B：YL-1；GL：基粒片层；SL：基质片层：S：淀粉粒。 Fig. 4 Ultrastructure of chloroplast inWT708andYL-1 A；WT708；B：YL-1；GL：Grana lamellae；SL：Stroma lamellae；S：Starch grains. 1140 园 艺 学 报 41卷 2.6 不同温度处理对YL-1光合色素含量的影响 比较3个温度下YL-1光合色素含量与WT708的差异（图5），在相同培养时期YL-13种色素的降低百分率值均是在低温时最大，高温时最小。由此说明温度越低，YL-1与WT708的光合色素含量差异越大，对低温更敏感。根据观察，YL-1与WT708在子叶刚长出来时叶色差异不明显，YL-1不表现黄化现象，随着子叶不断生长，差异逐渐显现，真叶长出时差异增大。相同温度下，不同时期的YL-1降低百分率值均在播种后14 d时最大，说明YL-1在子叶展开后表现出光合色素缺乏，随着不断生长，缺乏逐步加剧，在播种后14 d时最大，然后随着真叶不断生长，叶绿素的缺乏略有恢复。 同一时期同一温度下，类胡萝卜素降低百分率值小于叶绿素（图5），由此说明YL-1中的叶绿素缺乏程度比类胡萝卜素大。 图5 不同温度下突变体YL-1与WT708的光合色素含量的差异变化 Fig. 5 Decrement rate of the photosynthetic pigments content between mutantYL-1andWT708under different temperatures 3 讨论 3.1 叶色黄化突变体YL-1叶绿素含量变化及其与叶绿素超微结构的关系 前人研究表明，叶色变异与叶绿素含量和叶绿体结构有直接关系（Falble et al.，1996；赵云 等，2003；苗晗 等，2010；张立科 等，2010）。本试验中，叶色黄化突变体在整个生长发育过程中叶绿6期 杨 冲等：甘蓝叶色黄化突变体YL-1的光合生理特性及其叶绿体的超微结构 1141 素a和b含量均大幅度降低，为总叶绿素缺失型，在生长后期，突变体YL-1叶绿素含量得到部分恢复，但仍明显小于WT708，这与观察到的生长势变化、叶绿体超微结构变化趋势一致。在苗期和莲座期，YL-1的叶绿体基粒数量少，基粒片层数少，基粒排列不整齐；但在成熟期YL-1细胞叶绿体中基粒排列整齐，基粒数量增加，基粒片层数增加，不过与WT708仍有明显差距。此外，大量研究表明，几乎所有的叶绿素突变体的叶绿体结构都有不同程度的改变（Simpson & Von Wettstein，1989；Austin & Webber，2005）。透射电子显微镜观察显示本试验中YL-1细胞中发育正常的叶绿体数较野生型略少，还有部分叶绿体形状呈不正常圆形。 高等植物叶绿素合成途径为：谷氨酸（Glu） 氨基酮戊酸（ALA） 胆色素原（PBG） 尿卟啉原（Urogen ） 粪卟啉原（Coprogen ） 原卟啉（Proto） 原叶绿素酸酯（Pchlide） 叶绿素酸酯（Chlide） Chl.a Chl.b（Von Wettstein et al.，1995）。Wu等（2007）对水稻叶色突变体ygl1的研究中发现，苗期叶片Chl.a/Chl.b为8.0，后期降低至正常比值范围，揭示了黄化的原因是由于突变体的叶绿素合成酶基因ygl1（表达产物催化Chl.a转化为Chl.b）的cDNA编码区上发生单碱基突变。而崔海瑞等（2001）研究的水稻黄化突变体W1黄化的原因是叶绿素合成受阻，受阻部位发生在由PBG到Urogen 的过程中。但本试验中叶色黄化突变体YL-1的Chl.a/Chl.b在整个生长发育过程中始终保持在正常比值范围内，参考已报道的叶绿素合成途径，推测YL-1从叶绿素a到叶绿素b的转化过程正常，造成黄化的原因应在叶绿素a合成之前的某个途径中，作者曾设计引物扩增叶绿素合成酶基因，进行测序比对发现YL-1与WT708间无差异。Jilani等（1996）发现乙酰丙酸可以通过影响叶绿素合成间接抑制类胡萝卜素合成。本试验中叶色黄化突变体在不同生长阶段叶绿素含量的变化幅度比类胡萝卜素大；相同温度下叶绿素的缺乏程度比类胡萝卜素大。根据本试验结果以及Jilani等（1996）的结论，推测甘蓝突变体YL-1的叶色黄化是由于叶绿素合成受阻造成的，类胡萝卜素含量的降低只是由于叶绿素降低导致的。 3.2 叶色黄化突变体YL-1光合参数和叶绿素荧光参数的变化趋势 叶绿体的数量和发育情况会影响叶绿素的含量和植物的光合作用，光合色素主要集中在叶绿体基粒中，在整个生长周期，突变体YL-1净光合速率均显著低于正常对照。突变体YL-1的LSP和LCP明显高于对照，表明YL-1光强的依赖性高于正常对照。叶绿素荧光变化在光合作用过程中与对光能的吸收、传递、耗散和分配等反应紧密联系，突变体光合作用中的变化可以通过叶绿素荧光测定以某些荧光参数变化反映出来。本研究中，突变体YL-1成熟叶片中的Fo、Fm和Fo显著低于正常对照，这与叶绿素含量显著降低的情况一致，与曹莉等（2006）对小麦黄化突变体的研究和肖华贵等（2013）对甘蓝型油菜黄化突变体的研究结果相同。Fv/Fm变化代表了PS反应中心光化学效率的变化，是光能利用效率的一个重要指标（Rohek & Bartk，1999；赵会杰 等，2000）。已有的研究表明，有的突变体Fv/Fm高于野生型，如小麦黄绿和绿黄突变（曹莉 等，2006）、水稻黄化突变（王聪田 等，2007）、白菜黄化突变（郭士伟 等，2003）、大麦黄化突变（谭新星和许大全，1996），还有的突变体Fv/Fm低于野生型，如小麦金黄突变（曹莉 等，2006）、甘蓝型油菜黄化突变（肖华贵 等，2013）。在本研究中YL-1的Fv/Fm及Fv/Fm显著降低，表明随着叶绿素含量降低到一定范围时，突变体的光化学效率显著降低，这与YL-1更依赖于光强的结果相吻合。本研究中YL-1的PS和ETR显著降低，表明叶绿素含量减少比叶绿素含量较多时PS反应中心光能捕获效率较低，表观电子传递效率降低，不利于光能利用，导致光合速率降低；其QP和QN显著降低，推测突变体由于捕光效率低，吸收的光能较少地用于热耗散，这与甘蓝型油菜（肖华贵 等，2013）、小麦（曹莉 等，2006）等作物相关黄化突变体的变化趋势相同。 1142 园 艺 学 报 41卷 3.3 温度对叶色黄化突变体YL-1光合色素含量的影响 苗晗等（2010）对黄瓜叶色突变体的研究中发现，在低温下突变体呈明显金黄色，高温下可很快恢复绿色。崔海瑞等（2001）对水稻突变体W1的研究表明，突变体对低温敏感，在低温下叶片表现白化。本试验中不同温度处理下的突变体随着温度的降低，与正常对照之间的光合色素含量差异逐渐加大，随着温度升高，虽然叶片恢复部分绿色，但也与正常对照差异明显，说明YL-1的叶色黄化也受到温度的影响，低温加剧了叶绿素的缺乏。本试验中突变体YL-1的各光合色素在播种后70 d时又下降，这与光合色素在之前逐渐增加的趋势不符，是因为本试验中播种后70 d是10月中旬（最高温18 ，最低温5 ），而YL-1对低温又很敏感，推测由于此时低温使得各光合色素含量反而下降，这与不同温度处理试验得出的结论一致。虽然随着温度的升高，YL-1叶色黄化程度、叶绿素含量减少有所减轻，但始终无法恢复到正常叶色。 3.4 叶色黄化突变体YL-1的应用价值 叶色突变体种类繁多，在很多高等植物中都有发现（Carol et al.，1999；Jung et al.，2003；Lonosky et al.，2004）。有一些叶色黄色的突变体因为其光合能力比较差和表型不稳定，不能应用于生产实践，如水稻（Terao et al.，1985；Hsu & Lee，1995）。还有一些叶色黄化突变体的表型稳定，可以作为标记性状在杂种优势利用中应用。Zhao等（2000）将甘蓝型油菜黄化突变体苗期标记性状引入雄性不育系，突变体显现出同样优越的配合力，表明该黄化突变性状可以作为一个标记应用于杂交育种中。虽然本试验中的YL-1叶色黄化明显，且影响到生长势和叶球大小，但YL-1和正常对照WT708与相同父本配置杂交组合（YL-12209，WT7082209），经观察显示它们分别得到的F1之间的生长势无明显差异。在有明显杂交优势的前提下，可以利用其叶色黄化的特点作为良种繁育后代纯度鉴定的苗期标记性状，提高田间纯度鉴定的准确性和效率，且由于不存在转基因安全性问题，YL-1可以直接用于常规育种。 References Arnon D I. 1949. 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