辣椒葉色黃化突變體的遺傳及生理特性

楊莎，張竹青，陳文超，劉周斌，周書(shū)棟，鄒學(xué)校，馬艷青*

辣椒葉色黃化突變體的遺傳及生理特性

楊莎1,2，張竹青1，陳文超1，劉周斌3，周書(shū)棟1，鄒學(xué)校2，馬艷青1*

(1.湖南省蔬菜研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410125；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；3.湖南大學(xué)研究生院隆平分院，湖南 長(zhǎng)沙 410125)

以野生型辣椒6421經(jīng)60Co–γ輻射誘變產(chǎn)生的葉色黃化突變體R24–12–6為材料，比較辣椒葉色黃化突變體與野生型農(nóng)藝性狀、葉綠體超微結(jié)構(gòu)、生理生化特性的差異。結(jié)果表明：辣椒葉色黃化突變體黃化性狀受隱性單基因的細(xì)胞核遺傳；R24–12–6果長(zhǎng)比6421增加 2.06 cm，果寬、坐果數(shù)和單果質(zhì)量均低于野生型的，其中坐果數(shù)與6421有顯著差異；葉綠素含量、葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量較野生型降低，差異顯著；R24–12–6的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度分別為6421的84.80%、87.96%、98.16%和80.51%，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；透射電鏡掃描發(fā)現(xiàn)辣椒葉色黃化突變體葉綠體數(shù)量減少，基粒片層結(jié)構(gòu)減少且排列不整齊。

辣椒；葉色黃化突變體；遺傳；生理特性

由于長(zhǎng)期的人工選擇，使得辣椒種內(nèi)遺傳基礎(chǔ)即含有相應(yīng)基因的種質(zhì)資源和變異類型日趨狹窄，限制了對(duì)辣椒某些特殊性狀的遺傳改良，如高效光能利用、對(duì)保護(hù)地的適應(yīng)性等。作物葉色標(biāo)記利用黃化遺傳標(biāo)記，易觀察，易穩(wěn)定，已在水稻[1]、小麥[2]、大豆[3]、油菜[4]、黃瓜[5]、甜瓜[6]、番茄[7]等作物中獲得并鑒定出一些葉色突變體，但是辣椒葉色突變體研究較少且其變異的機(jī)理尚不明確。筆者以辣椒優(yōu)良自交系6421(以下簡(jiǎn)稱6421)的60Co–γ突變體庫(kù)中葉色黃化突變體R24–12–6為材料，分析其葉色遺傳特征及生物學(xué)特性，旨在揭示辣椒葉色黃化突變機(jī)理，為辣椒雜種優(yōu)勢(shì)利用提供依據(jù)。

1　材料與方法

1.1 材料

辣椒葉色黃化突變體R24–12–6由野生型6421材料經(jīng)60Co–γ輻射誘變而來(lái)，由湖南省蔬菜研究所辣椒課題組提供。

1.2 方法

1.2.1辣椒黃化突變體葉色黃化性狀的調(diào)查

用R24–12–6與6421進(jìn)行正反交，獲得F1代種子；F1代自交獲得F2代，構(gòu)建葉色黃化突變體的F2代群體。調(diào)查F2代群體苗期(四葉一心)的綠色植株和黃化植株的單株數(shù)量，計(jì)算分離比，采用卡平方(c2)方法檢驗(yàn)理論分離比例。

1.2.2農(nóng)藝性狀測(cè)定

分別在苗期(四葉一心)、初花期(移栽25 d)、盛果期(移栽60 d)測(cè)量R24–12–6以及6421的株高、莖粗，觀察記載盛果期果實(shí)的果長(zhǎng)、果寬、坐果數(shù)、單果質(zhì)量等性狀。

1.2.3葉片光合色素含量測(cè)定

在苗期、初花期、盛果期對(duì)R24–12–6和6421的自上而下第3片葉片進(jìn)行葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素的測(cè)定。色素測(cè)定參照ARNON[8]的方法，并按照LICHTENTHALER[9]方法進(jìn)行修正。

1.2.4光合作用參數(shù)的測(cè)定

利用Li–6400 型便攜式氣體交換系統(tǒng)，在晴天9：00測(cè)定R24–12–6以及6421葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率，光照強(qiáng)度1 200 μmol/(m2·s)，CO2濃度為400 μmol/mol。

1.2.5葉綠體投射電鏡觀察

參照Z(yǔ)HAO的方法[10]，取盛果期自上而下第3片葉，大小約1 mm×1 mm×1 mm，在透射電子顯微鏡下觀察葉綠體的超微結(jié)構(gòu)。

2　結(jié)果與分析

2.1　辣椒葉色黃化突變體的遺傳特性

與6421相比， R24–12–6葉片全生育期都表現(xiàn)為黃色(圖1)。R24–12–6與6421進(jìn)行正反交，F(xiàn)1代植株葉片均表現(xiàn)為綠色，表明葉片黃化為細(xì)胞核遺傳。播種F2代植株600株，F(xiàn)2群體中綠色植株462株，黃色植株138株，綠色和黃色分離比為3∶1。經(jīng)卡平方檢測(cè)，得到c2=1.28，小于c20.05=3.841，=0.25，推測(cè)R24–12– 6葉色黃化受單個(gè)隱性基因控制。

圖1 辣椒葉色突變體的田間表型

2.2 辣椒黃化突變體的農(nóng)藝性狀

從表1可看出，R24–12–6苗期株高比6421的高0.61 cm，但差異不顯著；初花期和盛果期的株高則均比6421的矮，分別降低了5.47%和14.46%，初花期差異不顯著，盛果期差異達(dá)到顯著水平。苗期、初花期和盛果期R24–12–6的莖粗比6421分別降低了10.34%、2.93%、13.30%，其中苗期和盛果期差異顯著。R24–12–6的果實(shí)顏色綠色偏淺，6421的果實(shí)為綠色；R24–12–6的果長(zhǎng)比6421增加了 2.06 cm，差異顯著。果寬、坐果數(shù)和單果質(zhì)量均下降，分別降低了10.90%，43.24%和12.83%。

表1　R24–12–6的農(nóng)藝性狀

“*”和“**”分別表示同列數(shù)據(jù)差異顯著(＜0.05)和極顯著(＜0.01)。

2.3 辣椒黃化突變體的光合色素

辣椒光合色素含量測(cè)定結(jié)果(表2)表明，R24–12–6的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素、總?cè)~綠素含量在苗期、初花期、盛果期均比6421下降，且差異顯著。在苗期，黃化突變體的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素、總?cè)~綠素含量分別為野生型的40.73%、33.39%、56.36%、38.74%。在初花期，黃化突變體的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素、總?cè)~綠素含量分別為野生型的49.28%、32.81%、54.76%和44.06%。在盛果期，黃化突變體的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素、總?cè)~綠素含量分別為野生型的53.79%、69.93%、53.66%和56.99%。

表2　R24–12–6光合色素含量

“*”表示同列數(shù)據(jù)差異顯著(＜0.05)。

2.4 辣椒黃化突變體的光合特性

初花期辣椒葉色黃化突變體的光合作用參數(shù)測(cè)定結(jié)果(表3)表明， R24–12–6的凈光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度分別為6421的84.80%、87.96%、98.16%和80.51%，突變體和野生型之間光合作用參數(shù)的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表3　R24–12–6光合作用參數(shù)

2.5 黃化突變體的葉綠體超微結(jié)構(gòu)

對(duì)盛果期黃化突變體及野生型葉片進(jìn)行透射電鏡觀察。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：黃化突變體中葉綠體數(shù)量減少，類囊體片層結(jié)構(gòu)也減少，且基粒垛疊排列模糊不整齊，并出現(xiàn)了質(zhì)體小球結(jié)構(gòu)(圖2–1、圖2–2)；野生型的葉綠體數(shù)量多，類囊體豐富，基粒垛疊排列整齊(圖2–3、圖2–4)；突變體和野生型葉綠體都有明顯的淀粉粒。

1　R24–12–6(10 μm)；2　R24–12–6(2 μm)；3　6421(10 μm)；4　6421(2 μm)。

3 結(jié)論與討論

葉色黃化突變體是開(kāi)展光合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能、葉綠素生物合成及其調(diào)控機(jī)制研究的理想材料。采用誘變的方法構(gòu)建辣椒突變體庫(kù)是在短時(shí)間內(nèi)創(chuàng)制辣椒新種質(zhì)和開(kāi)展遺傳研究的有效途徑[11]。辣椒葉色黃化突變體R24–12–6是經(jīng)過(guò)輻射誘變得到的經(jīng)過(guò)多代自交、能穩(wěn)定遺傳且全生育期為黃色的葉色突變體，推測(cè)R24–12–6的葉色黃化性狀受1對(duì)隱性核基因控制，這與水稻[12]、番茄[13]、甘藍(lán)[14]等的黃化突變體遺傳特性一致。葉色變異的類型有很多，遺傳規(guī)律也不相同，除細(xì)胞核隱性基因遺傳外，還有不完全顯性基因、細(xì)胞質(zhì)遺傳、核質(zhì)基因互作等類型，如CONATANTIN等[15]和WILLIAMSD等[16]研究報(bào)道了由單基因控制的缺綠型突變體；張琨等[17]通過(guò)小孢子培養(yǎng)的再生DH系中，發(fā)現(xiàn)了1個(gè)能穩(wěn)定遺傳的青梗菜黃化突變體，其黃化性狀受2對(duì)隱性重疊基因(和)互作控制。在擬南芥[18]、番茄[13]、甘藍(lán)[14]、黃瓜[19]、棉花[20]等作物上也發(fā)現(xiàn)核隱性基因突變控制的葉色黃化突變體。在西瓜[21]、玉米[22]中發(fā)現(xiàn)黃葉色性狀是受1對(duì)不完全顯性基因控制，在大豆[23]、小麥[24]、煙草[25]等作物上有細(xì)胞質(zhì)遺傳的相關(guān)報(bào)道。

R24–12–6較野生型光合色素組成沒(méi)有發(fā)生變化，但葉綠素總含量明顯降低，葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量顯著低于野生型。葉綠素含量的降低，會(huì)造成光合作用能力下降，但是凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度與野生型相比，差異并不顯著；突變體葉綠體的超微結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，R24–12–6的葉綠體數(shù)量明顯減少，基粒片層減少且排列不整齊，這與肖華貴等[26]、常青山等[27]的研究結(jié)果一致。

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Genetic analysis and physiological characteristics of yellow leaf mutant in pepper

YANG Sha1,2, ZHANG Zhuqing1, CHEN Wenchao1, LIU Zhoubin3, ZHOU Shudong1, ZOU Xuexiao2, MA Yanqing1*

(1.Hunan Vegetable Research Institutite, Changsha, Hunan 410125, China; 2.College of Horticulture and Landscape, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China; 3.Longping Branch of Hunan University, Changsha, Hunan 410125, China)

Themutant R24-12-6 with a leaf yellow which induced by60Co - γ radiation from pepper wild type 6421was used as the material to compare the differences of agronomic characters, chloroplast ultrastructure, physiological and biochemical characteristics between the mutant and the wild type pepper 6421. The results showed that mutant R24-12-6 was inherited by recessive single gene. The fruit length of mutant R24-12-6 was 2.06 cm higher than that of the wild type 6421. The fruit width, fruit number and single fruit quality of mutant R24-12-6 were lower than those of the wild type, among then fruit number showed significant difference. The contents of chlorophyll, chlorophyll a, chlorophyll b and carotenoid decreased significantly compared with wild type 6421. The net photosynthetic rate, transpiration rate, stomatal conductance and inter-cellular CO2concentration of mutant R24-12-6 were lower than those of the wild type, which accounted 84.80%, 87.96%, 98.16% and 80.51% of those of the wild type of 6421, respectively, but with no significant differences.Transmission electron microscopy showed that the number of chloroplasts decreased and the lamellar structure of basal grains decreased in leaf yellow mutant.

pepper; yellow leaf mutant; genetic; physiological characteristic

10.13,331/j.cnki.jhau.2020.01.008

S641.301

A

1007-1032(2020)01-0048-05

2019–05–07

2019–11–05

湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2018JJ3303)

楊莎(1988—)，女，湖南益陽(yáng)人，碩士，助理研究員，主要從事辣椒遺傳育種研究，yangsha112@126.com；

，馬艷青，博士，研究員，主要從事辣椒遺傳育種研究，yanqingmahn@163.com

楊莎，張竹青，陳文超，劉周斌，周書(shū)棟，鄒學(xué)校，馬艷青．辣椒葉色黃化突變體的遺傳及生理特性[J]．湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2020，46(1)：48–52．

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http://xb.hunau.edu.cn

責(zé)任編輯：羅慧敏

英文編輯：羅維