三角梅芽變突變體光合特性分析

杜學(xué)林，劉悅明，余銘杰，黃子鋒，蔡振遠(yuǎn)，王鳳蘭*

（1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，廣州510225；2.廣州市林業(yè)和園林科學(xué)研究院，廣州510405；3.東莞市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究中心，廣東東莞523083）

葉色突變是很多植物都存在的常見(jiàn)現(xiàn)象，主要特征為綠色葉的黃化、白化或產(chǎn)生斑點(diǎn)及條紋等［1］。導(dǎo)致植物葉色突變的原因眾多，涉及機(jī)制復(fù)雜，其內(nèi)在因素包括光合色素合成相關(guān)基因突變、葉綠素形成過(guò)程中相關(guān)基因突變等；外部環(huán)境則會(huì)受到光照、溫度、外源激素等的影響［2］。開(kāi)展葉色突變體的研究對(duì)探究植物光形態(tài)建成、葉綠素合成和代謝以及葉綠體發(fā)育等具有重要意義；也可作為標(biāo)記性狀用于輔助育種及雜種一代的培育［3-6］，不僅能提高育種效率，提高種子純度［7］，還有可能帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，很多學(xué)者對(duì)植物葉色突變現(xiàn)象開(kāi)展過(guò)一系列研究，目 前 已 涵 蓋 了 擬 南 芥［8］、水 稻［9］、黃 瓜［10］、蘭花［11］、桑樹(shù)［12］、大豆［13］、煙草［14］等。

三角梅中也存在葉色突變的現(xiàn)象，其葉色突變形式一般以黃化、白化為主，在葉形態(tài)上也會(huì)有出現(xiàn)變小的情況。目前關(guān)于三角梅芽變突變體的研究較少，多集中在人工雜交［15-16］、抗性［17-19］、栽培管理［20-22］等方面。本文以3年生三角梅芽變突變體植株上的黃化葉片以及正常葉片為材料，對(duì)處于生長(zhǎng)期的2種葉片進(jìn)行光合色素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定，并對(duì)突變植株進(jìn)行園藝性狀調(diào)查，探討了正常葉片和黃化葉片之間的光合性能差異，為三角梅葉色突變相關(guān)研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試材于2021年1月取自廣州市林業(yè)和園林科學(xué)研究院白云苗圃防雨大棚，選取3年生有芽變現(xiàn)象的三角梅植株，共3個(gè)品種，分別為：銀邊淺紫（Bougainvillea glabra‘Mrs Eva Mauve Variegata’）、金邊淺紫（Bougainvillea glabra‘Mrs Eva Mauve VariegataⅡ’）、金 邊 水 紅（Bougainvilleaxbuttiana‘Miss Manila Variegata’）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 園藝性狀觀測(cè)

在三角梅生長(zhǎng)期間，觀測(cè)比較葉色突變體植株黃化枝條與正常枝條的葉色變化、莖粗、葉長(zhǎng)、葉寬等園藝性狀。3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)測(cè)定2株。

1.2.2 光合色素含量測(cè)定

采用王力源等［23］測(cè)定光合色素的方法。分別選取三角梅芽變植株上黃化枝條與正常枝條上4～7葉位（從頂芽依次往下數(shù)）的功能性葉片，放入冰盒內(nèi)帶回試驗(yàn)室，蒸餾水洗凈，吸干表面水分。將葉片剪碎混合，各稱(chēng)取0.05 g，放入10 mL離心管中，加入10 mL 95 %乙醇，用黑色塑料袋密封保存，黑暗避光浸提至葉片完全變白，然后用分光光度計(jì)分別測(cè)定在663 nm、645 nm和470 nm下的OD值。每個(gè)處理3次重復(fù)。根據(jù)公式分別計(jì)算葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）、類(lèi)胡蘿卜素（Caro）以及總?cè)~綠素（Chla+b）的含量。計(jì)算公式如下：

1.2.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定

在晴朗天氣的9：00—12：00時(shí)間段內(nèi)，選取三角梅芽變植株上正常枝條與黃化枝條上4～7葉位的功能性葉片進(jìn)行黑暗處理20 min，然后用Opti-Sciences OS30p+手持葉綠素?zé)晒鈨x分別測(cè)定三角梅芽變植株的正常葉片與黃化葉片的初始熒光（Fo），最大熒光（Fm）以及可變熒光（Fv），從而得出光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）原初光化學(xué)效率（Fv/Fm）、光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）的潛在光化學(xué)活性（Fv/Fo）。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析方法

應(yīng)用WPS Office和SPSS 26軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，SigmaPlot 10.0軟件制圖。采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)法分析三角梅芽變突變體的變異情況及不同指標(biāo)之間的顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 園藝性狀比較

通過(guò)田間實(shí)地測(cè)量觀察，與正常枝條相比，芽變枝條整枝布滿黃色葉片，且葉色在整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中不會(huì)逆轉(zhuǎn)。不同品種葉色黃化程度不同，其中金邊淺紫品種呈金黃色，其余則呈黃偏白色。不同品種的新芽表現(xiàn)為不同顏色，金邊水紅芽變枝條新芽呈黃棕色，且新芽長(zhǎng)大后逐漸偏粉紅色，后又轉(zhuǎn)為黃色，而正常枝條則表現(xiàn)為葉邊緣粉紅色中部暗綠色（圖1a）；金邊淺紫芽變新芽呈黃棕色，正常枝條則呈中部綠色，邊緣帶少量棕色（圖1b）；銀邊淺紫芽變枝條新芽呈黃色，正常枝條新芽則為中部綠色，邊緣帶不規(guī)則棕黃色（圖1c）。芽變枝條落葉情況比正常枝條嚴(yán)重，個(gè)別黃化枝條在1月葉片幾乎掉光，而正常枝條仍然生長(zhǎng)良好。

圖1 芽變與正常枝條新芽葉色比較

從觀測(cè)結(jié)果（表1）來(lái)看，每個(gè)品種芽變植株正常枝條與黃化枝條在莖粗、葉長(zhǎng)、葉寬等方面差異不顯著。說(shuō)明三角梅芽變現(xiàn)象的產(chǎn)生不會(huì)影響芽變枝條的生長(zhǎng)發(fā)育，推測(cè)其原因可能是芽變枝條非單獨(dú)存在，仍可吸收母體植株的營(yíng)養(yǎng)成分而維持正常生長(zhǎng)發(fā)育。

表1 三角梅正常與芽變枝條形態(tài)指標(biāo)的比較 cm

2.2 光合色素含量差異分析

從表2可見(jiàn)，3種三角梅芽變植株黃化葉片與正常葉片的各光合色素含量均差異顯著。黃化葉片的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類(lèi)胡蘿卜素含量均低于正常葉片。與正常葉片相比，金邊水紅黃化葉片的葉綠素a和葉綠素b分別降低了97.52 %和78.26 %，總?cè)~綠素和類(lèi)胡蘿卜素含量的則分別降低了94.57%和96.64 %。金邊淺紫黃化葉片的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量均低于正常葉片，分別降低65.49%、47.62%和60.65%；銀邊淺紫中黃化葉片與正常葉片相比，葉綠素a與葉綠素b分別降低了95.60%和80.58%，總?cè)~綠素則降低了92.83%，而類(lèi)胡蘿卜素差異最明顯，減少了98.54%。推測(cè)三角梅芽變產(chǎn)生黃化葉片的原因可能與上述3種光合色素的減少有關(guān)。

表2 三角梅黃化葉片與正常葉片光合色素含量的比較

2.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù)差異分析

由圖2可見(jiàn)，各品種黃化葉片F(xiàn)o值均低于正常葉片，其中銀邊淺紫黃化葉片僅為正常葉片的18.92%；金邊淺紫為正常葉片的57.97%。

圖2 不同三角梅品種黃化葉與正常葉Fo值的比較

圖3 顯示，3種三角梅黃化葉片F(xiàn)m均小于正常葉片，其中銀邊淺紫Fm最小，僅占該品種正常葉片的14.47%；金邊淺紫黃化葉片F(xiàn)m相對(duì)較大，占該品種正常葉片的38.04%。

圖3 不同三角梅品種黃化葉與正常葉Fm值的比較

銀邊淺紫芽變品種黃化葉片F(xiàn)v/Fm比正常葉片低14.93%；金邊淺紫低25.76%，金邊水紅低38.98%（圖4）。說(shuō)明三角梅黃化葉片PSⅡ反應(yīng)中心可能受到了脅迫或損害。

圖4 不同三角梅品種黃化葉與正常葉Fv/Fm值的比較

銀邊淺紫、金邊淺紫、金邊水紅黃化葉片F(xiàn)v/Fo值均低于正常葉片，分別為正常葉片的65.07%、49.01%、39.46%（圖5）。

圖5 不同三角梅品種黃化葉與正常葉Fv/Fo值的比較

綜上可知，3個(gè)品種黃化葉片的各葉綠素?zé)晒鈪?shù)均低于正常葉片，與葉光合色素的測(cè)定結(jié)果一致。說(shuō)明黃化葉片光合色素的缺失會(huì)同步影響葉綠素?zé)晒鈪?shù)值，同時(shí)，葉綠體膜上的光系統(tǒng)Ⅰ（PSⅠ）光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）反應(yīng)中心可能受到了脅迫或破壞。

3 結(jié)論與討論

植物葉色突變機(jī)制復(fù)雜，變異種類(lèi)繁多，有的體現(xiàn)為質(zhì)量性狀，而有的則為數(shù)量性狀。要更加深入的了解三角梅屬植物的葉色突變特性，探究其園藝性狀和生理特性就顯得十分必要［24］。本研究中，芽變突變體植株上的黃化葉片與正常葉片園藝性狀相比較，除了在葉色上有顯著區(qū)別外，其他性狀并無(wú)顯著差異，說(shuō)明芽變枝條在不離開(kāi)母株時(shí)，其正常的生長(zhǎng)發(fā)育不會(huì)受到阻礙，母株仍可為其提供足夠的營(yíng)養(yǎng)，至于其脫離母株后能否繼續(xù)生長(zhǎng)則還需進(jìn)一步試驗(yàn)來(lái)加以驗(yàn)證。光合色素具有收集和傳遞光能的作用，其含量多少能夠反映植株的光合性能的強(qiáng)弱。本試驗(yàn)中，三角梅黃化葉片與正常葉片相比，葉綠素a、葉綠素b、類(lèi)胡蘿卜素含量均低于正常葉片，說(shuō)明葉片顏色黃化的原因與光合色素含量的降低有關(guān)，而葉綠素含量的降低可能會(huì)導(dǎo)致葉綠體光合性能降低，同時(shí)影響芽變突變體的光合速率，此結(jié)果與其他學(xué)者研究的其他植物黃化結(jié)果一致［25-26］。對(duì)三角梅來(lái)說(shuō)，黃化葉與白化葉不同，黃化葉是斑葉品種的最高形態(tài)，仍然含有少量的葉綠素，而白化葉片則不含葉綠素，若植株全株白化則無(wú)法存活［27］。

高等植物活體狀態(tài)下，葉綠素?zé)晒鈳缀跞縼?lái)源于PSⅡ的葉綠素a（Chla）。光合作用的各個(gè)過(guò)程密切關(guān)聯(lián)，任何一步的變化都會(huì)影響到PSⅡ從而引起熒光變化。通過(guò)對(duì)芽變突變體葉綠素?zé)晒鈪?shù)的差異分析，三角梅芽變植株黃化葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)含量均低于正常葉片，說(shuō)明黃化葉片的光合性能受到了一定影響，同時(shí)也能夠說(shuō)明黃化葉片光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心的蛋白合成受到了一定阻礙。

自然界中葉色突變現(xiàn)象廣泛存在，一般發(fā)生在植株的頂芽、腋芽部位，原因是該部位生命力最為旺盛，已成熟或老化的部位則很少發(fā)生。而三角梅的芽變現(xiàn)象不僅體現(xiàn)在葉色上，還有可能產(chǎn)生苞片的變異，造成一株多色或一朵花多種顏色。對(duì)三角梅來(lái)說(shuō)，芽變現(xiàn)象的產(chǎn)生對(duì)其新品種的選育有促進(jìn)作用，若變異性狀表現(xiàn)穩(wěn)定則能提高其觀賞價(jià)值，同時(shí)產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。本研究結(jié)果可為今后開(kāi)展三角梅葉色突變機(jī)理研究等工作提供參考。