一個新的甜瓜葉色黃化突變體研究.pdf

1、甜瓜(Cucumis melo L.)是一種一年生蔓性草本植物，其果實色、香、味俱佳，在國內(nèi)外廣泛栽培，是重要的經(jīng)濟作物之一。黑龍江省是薄皮甜瓜的傳統(tǒng)產(chǎn)地之一，種質(zhì)資源和變異類型極為豐富，是其育種和有關(guān)生物學(xué)研究的基礎(chǔ)。葉色突變體是研究高等植物光合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、葉綠素代謝、葉綠體發(fā)育、光合作用、激素生理等一系列生理代謝過程的理想材料，也是遺傳和育種研究中的重要材料。以往對于甜瓜葉色突變體的研究報道主要著重于突變體的發(fā)生和遺傳規(guī)律等方面，但葉

2、色變異的機理尚未明確。
　　 本研究以新發(fā)現(xiàn)的薄皮甜瓜葉色黃化突變體9388-1為試材，對其主要農(nóng)藝性狀、光合特性、葉綠體超微結(jié)構(gòu)、葉綠素生物合成特性、遺傳特性等方面進行研究，并利用雙向電泳及質(zhì)譜分析技術(shù)，比較葉色黃化突變體與突變親本葉片蛋白的差異，獲得差異表達蛋白，初步明確葉色黃化的機理。主要研究結(jié)果如下:
　　 1.甜瓜葉色黃化突變體從子葉就表現(xiàn)出黃色，且整個生育期該性狀穩(wěn)定。生長周期相對延遲，較白莎蜜1號晚7-10

3、d。植株長勢正常，主要農(nóng)藝性狀差異不顯著，能開花結(jié)實，結(jié)實率有所降低;經(jīng)細胞流式儀對染色體數(shù)目進行鑒定分析發(fā)現(xiàn)，葉色黃化突變體染色體數(shù)目正常，說明該突變體未發(fā)生染色體數(shù)目的變異。
　　 2.對甜瓜葉色黃化突變體的光合色素含量、凈光合速率及光合作用關(guān)鍵酶、葉綠素?zé)晒鈪?shù)進行測定分析，結(jié)果表明:葉色黃化突變體光合色素含量顯著低于白莎蜜1號，其中葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量減少了79.5％，90.3％，81.5％，70

4、.7％，雜交一代植株與白莎蜜1號差異不顯著。類胡蘿卜素/葉綠素(Caro/Ch1)與白莎蜜1號無顯著差異，葉綠素a/b(Ch1a/Ch1b)為8.67，顯著高于與白莎蜜1號4.10，葉綠素含量的降低幅度大于類胡蘿卜素。凈光合速率顯著降低，為對照的50.23％、66.28％，氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率差異顯著，變化趨勢與凈光合速率一致;Rubisco的活性顯著低于白莎蜜1號，而PEPCase和NADP-ME的活性則高于白莎蜜1號，分別為119.2

5、3％和118.91％。F0和Fm顯著低于白莎蜜1號和雜交一代植株，而Fv/Fm差異不顯著。qP與白莎蜜1號無極顯著差異，qN顯著高于白莎蜜1號和雜交一代植株。φPSⅡ和ETR與白莎蜜1號及雜交一代差異顯著。雜交一代植株的凈光合速率、關(guān)鍵酶活性和葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)與白莎蜜1號差異不顯著。
　　 3.對不同生育期葉色黃化突變體葉片解剖結(jié)構(gòu)特征進行觀察發(fā)現(xiàn):在掃描電鏡下，白莎蜜1號葉片葉肉組織發(fā)達且分化程度高，柵欄組織厚度大，層次多

6、，柵欄組織細胞呈柱狀，排列緊密且細胞規(guī)則;葉色黃化突變體柵欄組織欠發(fā)達，排列松散，無規(guī)則，細胞間距較大，葉綠體含量較少。在透射電鏡下，白莎蜜1號葉片葉綠體結(jié)構(gòu)發(fā)育正常，表現(xiàn)為類囊體膜系統(tǒng)發(fā)達，類囊體高度分化，構(gòu)成基粒的垛疊層數(shù)較多，基質(zhì)片層清晰可見，且排列整齊，淀粉粒含量多。突變體葉綠體發(fā)育存在明顯缺陷，表現(xiàn)為葉綠體形狀不規(guī)則，無發(fā)育完整的類囊體，其中基粒類囊體數(shù)極少，呈線條狀，大部分基粒只有幾個片層，含有少量淀粉粒。
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7、.對葉綠素生物合成前體物質(zhì)含量及相關(guān)鍵酶活性進行測定，結(jié)果表明:該甜瓜葉色黃化突變體葉綠素生物合成前體物質(zhì)PBG積累，而UrogenⅢ含量顯著降低，且ALAD活性顯著高于白莎蜜1號，PBGD、COPX、PPOX活性顯著降低，表明該突變體葉綠素生物合成受阻，受阻位點是在PBG與UrogenⅢ的反應(yīng)步驟。
　　 5.對不同生育期內(nèi)源激素和氨基酸含量進行測定分析，結(jié)果表明:在整個生育期內(nèi)，葉色黃化突變體IAA、GA3和ABA變化趨勢與

8、白莎蜜1號基本一致，IAA和GA3含量與白莎蜜1號差異不顯著，而ABA含量顯著低于白莎蜜1號;葉色黃化突變體和白莎蜜1號葉片的各游離氨基酸組成相同，含量變化差異顯著，其中差異最顯著的是Glu和Asp。由于Glu和Asp在整個氨基酸代謝途徑的上游，在突變體葉片中由于其轉(zhuǎn)化受阻，造成了代謝下游的氨基酸含量下降。
　　 6.對不同生育期葉片SOD、POD、CAT、ATP酶活性進行測定分析，結(jié)果表明:葉色黃化突變體SOD酶活性在伸蔓期、

9、衰老期均顯著高于白莎蜜1號，子葉期、幼苗期和結(jié)果期差異不顯著;CAT酶活性在子葉期和幼苗期與白莎蜜1號差異不明顯，在伸蔓期和結(jié)果期酶活性比白莎蜜1號高，差異顯著;葉色黃化突變體與白莎蜜1號不同生育期的POD活性均呈現(xiàn)“先升后降”的變化趨勢。子葉期至幼苗期，兩者的POD活性均緩慢上升，其變化幅度顯著低于對照。在伸蔓期時白莎蜜1號POD活性達到最高，之后急劇下降，而葉色黃化突變體則延遲了高峰的到來，在結(jié)果期維持較高的POD活性，之后緩慢下降

10、;葉色黃化突變體Mg++-ATP酶活性顯著高于白莎蜜1號，Ca++-ATP酶活性相對較低。7.通過連續(xù)的自交、正反交、與突變親本的回交試驗表明，葉色黃化突變體自交后代表現(xiàn)為單一表型（黃色），正反交試驗結(jié)果一致，后代植株表現(xiàn)為單一表型（綠色），和突變體回交及F2分離群體后代分別產(chǎn)生1黃色植株:1綠色植株和3綠色植株:1黃色植株。該葉色黃化突變體是一對核基因控制的隱性遺傳，暫命名為yp1基因;SSR標記技術(shù)將yp1基因定位在標記N41和MU

11、4104-2之間，遺傳距離為2.45cM和3.45cM。
　　 8.采用雙向電泳和質(zhì)譜技術(shù)結(jié)合生物信息學(xué)的方法對葉色黃化突變體及突變親本白莎蜜1號葉片差異蛋白質(zhì)進行比較分析，結(jié)果表明:在成功鑒定的18個蛋白質(zhì)中，有1個葉綠體放氧增強蛋白1、1個芐基醚還原酶2、5個核酮糖1，5二磷酸羧化酶/加氧酶大亞基、1個肌動蛋白、1個核酮糖二磷酸羧化酶活化酶、1個磷酸核酮糖激酶、1個核酮糖二磷酸羧化酶大鏈條、1個核酮糖二磷酸羧化酶小亞基、4個

12、葉綠體核酮糖羧化酶/加氧酶活化酶1、1個核酮糖二磷酸羧化酶大亞基。發(fā)現(xiàn)葉色黃化突變體磷酸核酮糖激酶、核酮糖二磷酸羧化酶活化酶、核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)大小亞基表達量上調(diào);葉綠體核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶、葉綠體放氧增強蛋白1、肌動蛋白等蛋白組分顯示表達量下調(diào)，與白莎蜜1號差異顯著，這可能是葉色黃化突變體葉綠體發(fā)育缺陷引起蛋白的變化。結(jié)合COG比對結(jié)果，推斷葉色黃化突變體通過這些蛋白組分的差異表達，保護光合機