铁皮石斛叶色突变体的叶绿体超微结构、光合色素和叶绿素荧光特性的研究

以铁皮石斛(Dendrobium officinale Kimura et Migo)(‘TP35’)经自然突变的白绿杂色突变体(‘TP-MA’)和太空诱变的绿黄杂色突变体(‘TP-MG’)为材料,研究不同光照强度(0、50、100μmol·m^-2·s^-1)处理后,植株叶片的叶绿体超微结构、光合色素含量以及叶绿素荧光动力学参数的变化规律,并阐明叶色突变体与正常植株光合特性的差异。结果显示,‘TP-MA’和‘TP-MG’的叶绿体形态均发生了一定程度的缺失,且叶绿体分布不均匀、无规则,基粒片层结构不完整且排列疏松,基本与其表型性状相一致。‘TP-MA’光合色素的含量和叶绿素荧光参数F v/F m、ΦPSⅡ及F v′/F m′等显著低于‘TP35’,但非光化学淬灭系数(NPQ和q P)则相对较高;‘TP-MG’的光合色素含量及叶绿素荧光参数均低于‘TP35’,但差异不显著,且对较强的光照(100μmol·m^-2·s^-1)条件具有一定的适应性。研究结果表明不同光强处理后,铁皮石斛叶色突变体的叶绿体结构和光合生理指标均发生了不同程度的变化,且对植株的叶绿素含量及荧光参数产生一定影响,过低和过高的光照强度均不利于植株的正常生长。     

小麦旗叶黄化转绿突变体的生理分析及细胞学研究

叶色突变体是研究植物光合作用机理的理想材料。该研究以小麦旗叶黄化转绿突变体LF2090及其野生型H_261为材料,对其主要农艺性状、光合色素含量、光合参数和叶绿体超微结构进行比较分析。结果显示:突变体在旗叶黄化期叶绿素b含量显著降低,叶绿体结构基本正常,光合速率无显著变化;在旗叶转绿期,突变体叶绿素b相对含量提高,但各色素含量均显著下降,叶绿体内基粒大部分消失,细胞间CO_2浓度及光合速率均显著下降。研究表明,叶绿素a与叶绿素b间的比例变化导致突变体旗叶叶片颜色发生由黄转绿的变化;突变体LF2090旗叶气孔部分关闭是该突变体光合速率降低和农艺性状较差的主要原因,同时色素含量降低导致叶绿体结构的改变也影响着旗叶的光合效率。     

杂交兰‘紫妍氏’叶艺性状的生理生化与细胞结构分析

该研究以杂交兰‘紫妍氏’(K21)及其3个叶色变异(叶艺)新品系(K21-1、K21-2、K21-3)为材料,分析叶片光合色素含量、叶绿素合成前体物质含量、叶绿素合成相关酶活性及叶绿素荧光参数变化,并进一步观察叶片显微结构和叶绿体超微结构,以探讨其叶色变异的生理基础。结果表明:(1)3个叶艺品系叶片叶艺区域的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量均显著低于其相应的绿色区域和亲本绿叶;相较于相应的叶片绿色区域,K21-1、K21-2叶片叶艺区域的UrogenⅢ大量积累,K21-3叶片叶艺区域的PBG大量积累;3个叶艺品系叶片叶艺区域中的光系统Ⅱ最大光化学效率(F_v/F_m)和实际光化学效率[Y(Ⅱ)]均显著低于叶片绿色区域,三者的光化学淬灭系数(qP)则显著高于叶片绿色区域。(2)在显微结构和叶绿体超微结构比较中,相较于叶片绿色区域,叶片叶艺区域的细胞中含较少的叶绿体,且叶绿体的发育成熟程度较低,其中K21-3呈现出一种空腔化的结构。研究推测,叶绿素前体物质合成受阻、叶绿体结构发育不良和叶绿素含量下降是杂交兰3个叶艺品系叶艺形成的原因。该研究从生理和细胞层面初步解释了杂交兰叶艺形成的可能原因,为进一步开展相关分子机理研究及合理利用种质资源奠定了理论基础。     

盐胁迫对转AtNHX1基因杨树光合特性与叶绿体超微结构的影响

以欧美107杨(Populus×euramericana ‘Neva',Wt)和转拟南芥液泡膜Na~+/H~+逆向转运蛋白基因AtNHX1的欧美107杨新品系(Tr) 幼苗为材料,研究了高低度盐胁迫对两品系幼苗光合色素含量、光合参数和叶绿体超微结构的影响,以阐明转AtNHX1基因杨树的耐盐性与其光合作用及叶绿体结构之间的关系.结果表明:(1)盐处理后,两品系叶片叶绿素含量、类胡萝卜素含量、净光合速率、蒸腾速率和气孔导度均下降,且高盐度处理下降幅度更大;同等盐度处理下,Tr品系叶片叶绿素含量、净光合速率和气孔导度的下降幅度显著低于Wt品系,且在高盐度处理间差异更大;两品系杨树叶片P_n下降的原因在低盐处理时以气孔限制为主,而在高盐下则是气孔限制和非气孔限制共同作用的结果.(2)盐胁迫对T_r 品系叶片叶绿体超微结构的影响较轻,其在高盐下仍保持了较好的内部结构;盐胁迫Wt品系叶绿体则缩皱成球形,内部结构趋向简单,以至解体,脂质球显著增多.可见,盐胁迫导致杨树叶绿体结构破坏而引起叶绿体色素含量下降,最终降低其光合作用效率;同等盐度胁迫下,转AtNHX1基因品系叶片保持了较完整的叶绿体超微结构、更高的叶绿素含量,能维持较好的光合状态,从而表现出较高的耐盐能力.     

蚕豆萎蔫病毒2号分离物侵染对蚕豆叶片光合活性和叶绿体超微结构的影响

研究了受蚕豆萎蔫病毒2号（Broad bean wilt virus 2,BBWV2）中国分离物B935和欧洲分离物PV131侵染的蚕豆（Vicica faba）叶片光合特性、叶绿素荧光诱导动力学参数和叶绿体超微结构变化。感病蚕豆叶绿素含量减少,叶绿素a／b比逐步降低;光合气体交换参数Pn值和Gs值降低,Ci值升高;叶绿素荧光诱导动力学参数Fv/Fm、FV＇/Fm＇、ΦPSII、qP值均有不同程度降低,NPQ值升高;光合器结构遭到不同程度的破坏,B935侵染后叶绿体发育不良,片层结构疏松,PVl31侵染后叶绿体肿胀变圆,片层结构疏松瓦解。与B935相比,PV131侵染对以上各参数的变化有更大影响,且对叶绿体的破坏更为严重。实验结果表明BBWV2不同分离物对光系统II（PSII）的抑制作用与光合器受损程度相关。     

黄瓜花叶病毒2b蛋白对寄主光合速率和叶绿体结构的影响

黄瓜花叶病毒(Cucumber mosaic virus,CMV)2b蛋白作为重要致病因子的角色在茄科模式植物上已为广泛描述,但其致病机理尚未廓清.从寄主叶绿体结构和光合特征的角度探索了病毒侵染过程中2b蛋白对心叶烟(Nicotiana glutinosa)的影响.首先利用PCR方法导入突变位点,构建了2b蛋白不表达的人工突变体Fny-CMV!2bpro,然后通过平行接种野生型Fny-CMV和Fny-CMV"2bpro,分析二者侵染后心叶烟的症状表现、叶绿素含量、光合速率以及叶绿体超微结构变化.结果显示:接种30天,Fny-CMV侵染的心叶烟表现重花叶、畸形和矮化症状,植株的光合速率和叶绿素含量显著降低,叶绿体形态和结构发生明显病变.但是,Fny-CMV#2bpro侵染的心叶烟植株仅表现轻微花叶或不表现明显症状,与健康对照相比,其光合速率和叶绿素含量没有显著差异,叶绿体形态和结构亦未出现明显病变.由此可见,野生型病毒侵染导致的相对低的光合速率和叶绿素含量,与2b蛋白引起的叶绿体形态和结构的破坏有一定的相关性.RNA杂交分析结果显示:2b蛋白的致病性与CMV子代RNA在寄主体内的积累量有关,不表达2b蛋白使得CMV基因组RNA1和RNA2含量显著下降,其亚基因组RNA4(编码CP蛋白)含量降低尤为显著.     

文心兰浅绿条纹突变体的生理生化及叶绿素荧光特性研究

以文心兰浅绿条纹突变体为材料,分析叶片光合色素含量和组成、叶绿素合成前体物质含量以及叶绿素荧光参数的变化,观察突变体叶绿体超微结构的改变,以探寻其叶色变异的生理基础。结果表明:(1)突变体叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)、类胡萝卜素(Car)和总叶绿素(Chl)含量分别比叶色正常植株显著降低了37.1%、34.0%、30.8%和36.3%。(2)突变体叶绿素生物合成受阻于胆色素原(PBG)到尿卟啉原Ⅲ(UrogenⅢ)的反应步骤。(3)突变体叶绿体发育存在明显的缺陷,基粒数目及基粒片层的垛叠层数明显减少,嗜锇颗粒及囊泡较多。(4)突变体初始荧光(Fo)比正常植株高39%,最大荧光(Fm)、最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ有效光化学效率(Fv′/Fm′)和PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)均显著低于正常植株,但光化学淬灭系数(qP)和非光化学淬灭系数(NPQ)与正常植株无显著差异。研究结果说明,文心兰叶绿素生物合成受阻和叶绿体结构发育不良,导致叶绿素的含量下降,致使突变体叶片呈现浅绿条纹,光能利用率降低。     

不同叶色矢竹叶绿体结构和光系统特性差异

以矢竹(Pseudosasa japonica)、花叶矢竹(P. japonica f. akebonosuji)和曙筋矢竹(P. japonica f. akebono)为研究对象, 借助叶绿体超微结构和荧光动力学曲线的变化揭示不同叶色矢竹的光系统活性及光合特性差异。结果表明: 3个竹种的光合色素含量差异明显, 除花叶矢竹条纹叶白色部分叶绿体内无完整类囊体片层结构外, 花叶矢竹绿条纹和曙筋矢竹的基粒数明显少于矢竹, 叶绿体发育成熟度不一致; OJIP曲线及参数表明, 花叶矢竹条纹绿叶和曙筋矢竹光系统II (PSII)反应中心开放降低程度低于矢竹, 捕获能量用于电子传递的份额变小, PSII活性变弱; 而曙筋矢竹叶片P700至初级电子受体(Q_A)的电子传递链氧化还原平衡偏向于还原侧, 推测其光系统I (PSI)反应中心P700至PSII Q_A电子传递链受损。因此, PSII活性变化导致叶绿体发育不成熟, 可能是引起矢竹类叶色差异的直接原因。     

夏秋季遮光对山东黄金芽茶树生理生化特性的影响

选用遮光率分别为55%、70%、85%的黑色、蓝色遮阳网,观测遮光后茶园小气候、茶树叶色、叶绿素荧光参数、茶树生长状况及茶叶生化成分,分析不同遮光处理对山东黄金芽生理生化特性的影响,明确适宜夏秋季的遮光方式.结果表明: 与对照相比,遮光直接降低光照强度,茶园空气温度、叶面温度明显降低,空气湿度则增高;遮光程度越大,黄金芽叶色返绿越明显,叶绿素含量增幅越大;55%遮光处理能保持品种叶色黄化特性,且生化品质较好;而70%遮光率处理茶苗生长势较好,不受光胁迫;与蓝色遮阳网相比,黑色遮光处理能更好地促进茶树生长,保持叶色黄化和提高茶叶品质.黄金芽茶树品种苗期管理宜选择黑色70%遮光率处理(日光合有效辐射为1.2～3.5万lx),以促进茶树生长;成龄后则以黑色55%遮光处理(日光合有效辐射为1.8～5.5万lx)为优,既能保证黄金芽叶色黄化又能提高茶叶生化品质,从而充分发挥其品种特色,实现优质高产目标.     

花烛离体培养叶色变异株系的相关性状

以花烛（Anthurium andraeanum）间接器官发生途径中再生出的一株花叶变异植株为原始材料,进行增殖并对得到的3个叶色变异株系的叶色相关性状进行了初步研究。结果表明：通过愈伤组织器官发生途径和腋芽增殖途径对这一花叶苗进行增殖,均分离到3种变异株系,即花叶苗、黄化苗和天鹅绒绿色叶片苗;天鹅绒绿色苗叶片中的叶绿素含量比正常离体苗的含量低;叶片解剖结构表明,叶绿体在叶肉细胞中的分布与其叶片表现型相同,天鹅绒绿色叶片与正常叶片在解剖结构上无明显差异。花烛原套只具有1层细胞,无明显的L2层分生结构,因此叶肉的薄壁细胞完全由向各个方向分裂的原体细胞发育而来,这种组织结构导致花叶叶片中含有叶绿体的细胞和不含有叶绿体的薄壁细胞呈不规则分布。这种花叶株系可以作为育种材料或直接作为盆栽花烛进行推广。     

花烛离体培养叶色变异株系的相关性状

以花烛(Anthurium andraeanum)间接器官发生途径中再生出的一株花叶变异植株为原始材料, 进行增殖并对得到的3个叶色变异株系的叶色相关性状进行了初步研究。结果表明: 通过愈伤组织器官发生途径和腋芽增殖途径对这一花叶苗进行增殖, 均分离到3种变异株系, 即花叶苗、黄化苗和天鹅绒绿色叶片苗; 天鹅绒绿色苗叶片中的叶绿素含量比正常离体苗的含量低; 叶片解剖结构表明, 叶绿体在叶肉细胞中的分布与其叶片表现型相同, 天鹅绒绿色叶片与正常叶片在解剖结构上无明显差异。花烛原套只具有1层细胞, 无明显的L2层分生结构, 因此叶肉的薄壁细胞完全由向各个方向分裂的原体细胞发育而来, 这种组织结构导致花叶叶片中含有叶绿体的细胞和不含有叶绿体的薄壁细胞呈不规则分布。这种花叶株系可以作为育种材料或直接作为盆栽花烛进行推广。     

黄化茶树新梢色素和主要生化成分含量变化特征及其相关性分析

以茶树黄化品种‘中黄3号’(‘ZH3’)和常绿品系‘苔茶15’(‘TC15’)为材料,检测其4、5、7、8月新梢(一芽二叶)色素和主要生化成分含量,探讨不同月份黄化茶树新梢色素和主要生化成分累积的特征以及它们之间的关系。结果表明:(1)新梢叶绿素a、总叶绿素含量在两种茶树中均随生育期先降低后上升,叶绿素b含量变化趋势不同,但均以8月份最高,‘ZH3’叶绿素b含量在4、5月份分别比‘TC15’低41.9%、54.9%,在7、8月份分别比‘TC15’高47.5%、22.1%;新梢类胡萝卜素含量在‘ZH3’中呈递减趋势,而在‘TC15’中表现为先下降后上升再下降;花青素含量在两种茶树中均先上升后下降,在4、5、8月份‘ZH3’略高于‘TC15’,在7月份‘ZH3’比‘TC15’低26.4%。(2)两种茶树新梢的花青素含量在总色素中占比均先增加后降低,总叶绿素含量占比则表现先降后升的变化趋势;类胡萝卜素含量占比在‘ZH3’中呈递减趋势,而在‘TC15’中先递减后小幅上升。(3)两种茶树新梢的游离氨基酸含量均先降低后上升并以4月份最高,茶多酚含量则均先升后降并以7月份最高,‘ZH3’水浸出物和咖啡碱含量在月份间变化不显著。(4)‘ZH3’新梢的游离氨基酸、水浸出物和咖啡碱含量与各色素含量相关均不显著,而其茶多酚含量与叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量均呈显著正相关关系,与类胡萝卜素含量呈显著负相关关系;‘TC15’新梢的水浸出物和茶多酚含量与花青素含量、游离氨基酸含量与总叶绿素含量、咖啡碱含量与叶绿素a以及总叶绿素和类胡萝卜素含量均呈显著正相关关系。研究发现,黄化茶树品种‘中黄3号’新梢颜色越黄,类胡萝卜素、游离氨基酸含量越高,叶绿素a、叶绿素b、茶多酚含量越低,叶绿素a/b值较高,花青素含量适中,茶树新梢色素含量与其主要生化成分含量关系密切。     

水稻(Oryza sativa L.)苗期低温白化突变体al12的超微结构与基因定位

水稻苗期低温白化突变是水稻在发育早期对低温胁迫的一种适应性,是一种受发育和温度控制的条件表达,它与其他水稻白化突变有本质的不同.本研究利用便携式叶绿素测量仪测定了白化时期植株的叶绿素含量和用透射电镜观察了叶绿体的结构变化.结果发现叶绿素平均含量仅为1.2(SPAD),而叶绿体也不能正常发育仅有囊泡状结构.通过与9311的正反交实验及子代的分离表现证明该性状受一个隐性核基因的控制.另外利用SSR分子标记技术将该基因定位在第8染色体上,两侧最近的SSR标记RM5068和RM3702分别距基因0.5～1.1 cM和4.9 cM,基因被定位在约6个cM的区间内.我们将该基因暂时命名为al12.     

冠层部位对金叶女贞叶片结构的影响

金叶女贞是一种在园林绿化上广泛应用的彩叶植物,上层叶金黄色,下层叶深绿色。本文利用常规植物制片技术,研究了叶绿素缺少的金叶女贞上层金叶和下层绿叶的解剖结构。结果表明:(1)金叶女贞上层金叶和下层绿叶的上表皮无显著差异,但是下层绿叶的下表皮细胞较小,气孔密度较低;(2)下层绿叶的叶肉组织较薄,细胞较大,排列疏松;(3)在下层绿叶中叶绿体类囊体片层排列密集,叶肉组织内单位体积叶绿体数量较少;(4)冠层部位对光合色素的积累有明显影响。叶绿素缺少的金叶女贞叶片结构显著受到冠层部位的影响,光合色素的变化幅度较一般植物更大,不同冠层部位叶片叶色有明显差异,可以作为研究植物冠层部位对叶形态、结构和生理生化影响的好材料。     

甘蓝型油菜角果特异白化种质的遗传和生理特性

本研究对在甘蓝型油菜中发现的一种新型角果特异白化种质的形态特征、遗传及生理特性进行了研究,结果表明:该种质具经济器官特异性白化的特点,即营养器官正常,生殖生长阶段所有的经济器官如花蕾、花、角果、种子均表现为白化突变。白化株结实性差,纯合白化种子未发育成熟就干瘪萎缩。通过对该角果特异白化株与野生型油菜杂交创建的分离群体分离比进行统计,表明该性状为1对核基因控制的不完全显性突变。纯合白化株系中几乎没有叶绿素和类胡萝卜素,但有少量生育酚的合成,光合速率显著低于野生型或接近于零,超微结构观察也未发现有完整叶绿体结构。结合已有研究报道,初步推断该特异白化种质为类胡萝卜素合成调控基因或决定叶绿体发育基因发生突变所引起。因角果是油菜最重要的光合器官,对油菜产量形成起着至关重要的作用,本研究为进一步揭示叶绿体发育以及角果光合作用形成的分子生理奠定了基础。     

苋菜的叶绿素和花青素含量的变化

苋菜(Amaranthus spp.)在外观上的特点是叶色多样性。人们常以其叶色的不同而分为青叶苋、红叶苋、紫叶苋、花叶苋等。一般认为叶色的表现,主要由于叶组织中叶绿素及花青素含量的多寡及其相互比例的大小造成。在蔬菜作物叶绿素与花青素、胡萝卜素、茄红素等含量的分析中以菠菜、黄瓜、蕃茄等较多,而对苋菜叶色分析的报道则很少。为此,本文作了如下的分析。     

UV-B辐射增强对芦苇光合生理及叶绿体超微结构的影响

在UV-B辐照增强条件下,研究不同辐照梯度对芦苇光合特性、光合色素含量及叶绿体超微结构的影响. 结果表明: 与自然光照相比,UV-B辐照增强显著降低芦苇叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率,且随辐照强度增大,降低程度加剧,胞间CO₂浓度升高,光合效率显著降低;与自然光照相比,UV-B辐照增强显著降低芦苇叶片光合色素含量(包括叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素),且随辐照强度增大,降低程度加剧;UV-B辐射增强条件下,叶绿体超微结构遭到破坏,表现为叶绿体结构变形,类囊体片层排列稀疏紊乱、膨胀甚至模糊不清,并且UV-B辐射强度越大,损伤越大,高强度UV-B辐射对叶绿体超微结构的影响大于低强度辐射.     

水稻（Oryza sativa L．）苗期低温白化突变体all2的超微结构与基因定位

水稻苗期低温白化突变是水稻在发育早期对低温胁迫的一种适应性,是一种受发育和温度控制的条件表达,它与其他水稻白化突变有本质的不同。本研究利用便携式叶绿素测量仪测定了白化时期植株的叶绿素含量和用透射电镜观察了叶绿体的结构变化。结果发现叶绿素平均含量仅为1．2（SPAD）,而叶绿体也不能正常发育仅有囊泡状结构。通过与9311的正反交实验及子代的分离表现证明该性状受一个隐性核基因的控制。另外利用SSR分子标记技术将该基因定位在第8染色体上,两侧最近的SSR标记RM5068和RM3702分别距基因0．5～1．1cM和4．9cM,基因被定位在约6个cM的区间内。我们将该基因暂时命名为all2。     

玉米叶色突变体遗传分析及基因定位

玉米叶色与叶绿体及结构相关,调控光合产量,因而对调控叶色基因的遗传研究或克隆将有助于玉米光合产量的遗传改良和植物光合作用理论机制的解析。本研究以玉米W22::Mu介导的综31为遗传背景的导入系群体为材料,获得了细胞核单隐性基因控制、叶绿体结构和数目异常、色素缺失和PSII显著降低的叶色突变体。使用覆盖B73基因组的SSR标记将突变位点定位于约2. 95 Mb区间(bnlg1863~umc2075)。基于区段标记开发和1200单株分离群体将突变位点精细定位于约900 kb区间(B73 Ref Gen_V4; S1~S7区间),经区段内基因表达和功能分析获得了候选基因Zm00001d010000,该基因编码硫氧还蛋白,与突变体表型形成相关。该研究将为光合产量的遗传改良和植物光合作用理论机制解析提供重要的基因或标记资源。     

不同浓度氟对茶树幼苗叶片叶绿素荧光特性的影响

为探讨氟对茶树[Camellia sinensis(L.)O.Kuntze]叶片叶绿素荧光特性的影响,采用盆栽沙培法,用不同浓度的Na F溶液处理6周,对茶树叶片的叶绿素荧光特性进行研究。结果表明,用600 mg L–1的氟处理,茶苗叶片的OJIP曲线O相呈小幅度上升,P相下降得非常明显,IP相显著下降,出现清晰的L点(150μs)和K点(300μs);经过氟处理的茶苗叶片I点、J点的相对可变荧光和耗散能增加;荧光参数RC/CSo、ETo/ABS、PIabs、PIcs等明显下降,而DIo/RC、DIo/CSo和DIo/ABS等参数大幅度增加;叶片氟含量与ETo/TRo、REo/ABS、PICS呈负相关,与DIo/RC呈正相关。因此,氟胁迫处理削弱了茶树叶片的光合电子传递能力,影响了光合机构的作用,同时叶片以增加自身热耗散来防止受到光抑制和光破坏。