甜瓜屬異源四倍體光合特性及其葉綠素生物合成研究.pdf

1、甜瓜屬人工異源四倍體（Cucumis×hytivusJ.F.Chen&J.H.Kirkbr，2n=4x=38）（簡稱“新種”）是栽培黃瓜‘北京截頭’(C.sativus，父本，2n=2x=14)和黃瓜近緣野生種酸黃瓜(C.hystrix，母本，2n=2x=24)經(jīng)過有性雜交、胚拯救和染色體加倍創(chuàng)制的新物種。該異源四倍體具有一個(gè)明顯有別于二倍體親本的新表型，即在同等栽培條件下，其幼葉表現(xiàn)出明顯的黃化現(xiàn)象，隨著植株的生長可逐漸恢復(fù)至綠色，且

2、該性狀在自交后代中可穩(wěn)定遺傳。針對(duì)該葉色變異現(xiàn)象，本文對(duì)新種及其雙親進(jìn)行了如下兩方面的研究:一方面為表型和光合特性的比較研究，包括新種及其雙親的生長發(fā)育狀態(tài)、光合色素含量、光合特性各項(xiàng)參數(shù)和葉綠體超微結(jié)構(gòu)觀察;另一方面為葉綠素生物合成代謝分析，研究了葉綠素生物合成途徑的中間代謝產(chǎn)物含量變化以及關(guān)鍵酶基因的表達(dá)水平和基因序列差異，初步探討新種幼葉黃葉產(chǎn)生原因，分析異源多倍化對(duì)新種表型和基因產(chǎn)生的影響，為揭示新種幼葉黃化機(jī)制提供參考。具體研

3、究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　1.新種以及雙親的生長發(fā)育和光合特性比較分析
　　與雙親相比，新種黃化幼葉中的葉綠素a（Chla）、葉綠素b(Chl b)和總?cè)~綠素(Chl)含量均顯著降低，成熟功能葉中恢復(fù)至正常水平，與葉色表型一致，表明新種幼葉黃化是由葉綠素含量降低引起的。
　　植株葉面積、干物質(zhì)含量以及種子重量和大小的測(cè)定結(jié)果顯示，新種生長發(fā)育各項(xiàng)指標(biāo)均介于其雙親之間，并偏父性遺傳，說明葉綠素缺乏癥狀并沒有阻礙新種的生長發(fā)

4、育。同樣，凈光合速率、PSⅡ最大光學(xué)效率和ΦPSⅡ?qū)嶋H光學(xué)效率等光合特性的測(cè)定結(jié)果均顯示，新種的各項(xiàng)光合參數(shù)指標(biāo)都介于其雙親之間并表現(xiàn)為偏父性，說明新種的葉綠素缺乏癥狀并未對(duì)其光合作用造成顯著影響。
　　葉綠體超微結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果表明，新種黃化幼葉中葉綠體的類囊體膜結(jié)構(gòu)異常，基粒垛疊片層松散，數(shù)目明顯減少，且排列不規(guī)則;而復(fù)綠功能葉則有所恢復(fù)。由此推測(cè)，葉綠素缺乏可能與葉綠體結(jié)構(gòu)的紊亂有關(guān)。
　　2.新種及雙親葉綠素生物合成代謝

5、分析
　　葉綠素生物合成中間代謝產(chǎn)物含量測(cè)定結(jié)果顯示，與雙親相比，新種黃化幼葉的CorogenⅢ相對(duì)含量迅速下降，并導(dǎo)致下游各中間產(chǎn)物ProtoⅨ、Mg-ProtoⅨ和Pchlide含量都顯著減少，而上游前體物質(zhì)ALA、PBG和UrogenⅢ積累。成熟功能葉中CorogenⅢ含量和下游中間產(chǎn)物含量相比幼葉則有所升高，與雙親無顯著差異。因此推測(cè)受阻步驟可能在UrogenⅢ→CorogenⅢ。
　　通過對(duì)葉綠素生物合成途徑中的1

6、9個(gè)關(guān)鍵酶基因進(jìn)行熒光定量表達(dá)分析，結(jié)果表明，POR、HEMA1和HEME2三個(gè)基因在新種黃化幼葉中表達(dá)水平顯著低于雙親，而其它的16個(gè)基因與雙親無顯著差異，其中HEME2是控制CorogenⅢ合成的催化酶基因。因此推測(cè)，新種幼葉的黃化與葉綠索生物合成酶基因的表達(dá)下調(diào)密切相關(guān)。
　　3.新種及雙親中POR、HEMA1和HEME2基因的克隆
　　采用同源克隆技術(shù)分別從酸黃瓜、栽培黃瓜和新種中克隆了POR、HEMA1和HEME2

7、三個(gè)葉綠素生物合成途徑的關(guān)鍵酶基因，序列分析結(jié)果表明，酸黃瓜POR基因開放閱讀框長1199 bp，編碼399個(gè)氨基酸，與栽培黃瓜POR基因相比，存在14個(gè)堿基位點(diǎn)和1個(gè)氨基酸位點(diǎn)的差異;酸黃瓜HEMA1基因開放閱讀框長1659 bp，編碼552個(gè)氨基酸，與栽培黃瓜HEMA1相比具有25個(gè)堿基位點(diǎn)和3個(gè)氨基酸位點(diǎn)的差異;酸黃瓜HEME2基因開放閱讀框長1179 bp，編碼392個(gè)氨基酸，與栽培黃瓜HEME2僅有6個(gè)堿基位點(diǎn)差異，氨基酸序列