花叶矢竹叶色变异机理研究

发布时间：2017-11-23 00:20

  本文关键词：花叶矢竹叶色变异机理研究

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【摘要】：自然界中大多数竹子为绿色,在生长发育的不同阶段会发生变异,其竹笋、竹秆、竹叶呈现出黄色、白色、紫色、条纹、斑块等,这种色彩上的变异使其更具观赏价值。花叶矢竹(Pseudosasa japonica f.Akebonosuji)是日本珍稀观赏竹种,其独特的叶色变异类型可能预示着特殊的调控方式,以其不同叶色类型叶片为研究对象,解析叶色非稳定变异的机理,为竹类植物同类型变异机理研究提供理论支持,以进一步筛选和定向培育优良观赏竹种。研究结果如下：白叶株平均秆高、地茎、节间、叶数、叶长、叶宽均显著低于绿叶竹(P0.05),条纹叶均与绿叶无显著差异(P0.05)(除地茎、叶数)；自然条件下,成熟绿叶叶色稳定、条纹叶条纹性状不稳定,白叶可以复绿,生长12个月以后SPAD值恢复到绿叶水平；组织培养条件下的叶色变异规律与自然条件一致。白叶和条纹白叶中粪卟啉Ⅲ相对含量显著高于绿叶38%和51.7%,而相邻的原卟啉Ⅸ(Proto Ⅸ)物质相对含量却显著下降至绿叶的16.4%和5.91%(P0.05),白叶总叶绿素含量只有绿叶的2.7%,由此推断,原卟啉Ⅸ至叶绿素a过程受阻；花叶株叶片Chla/b显著低于绿叶,Catoid/Chla+b显著高于绿叶,表明花叶矢竹属于叶绿素a缺乏型突变,叶绿素合成障碍是造成叶色变异的直接原因,色素缺失导致光合速率和Rubp羧化效率下降,光合能力变弱。利用M-PEA测量光系统Ⅰ、Ⅱ性能,结果表明：白叶和条纹白叶ABS/RC、TRO/RC、 ETO/RC显著高于绿叶,条纹绿叶TRO/RC、ETO/RC显著高于绿叶,复绿叶与绿叶水平无显著差异(P0.05)；白叶反应中心密度参数、φPo、φEo、φo、PIABS方面,白叶、条纹叶、复绿叶AL12均显著低于绿叶(P0.05),表明白叶活性中心数量减少导致能量吸收变弱,用于推动电子传递的能力受到抑制；K点和J点的荧光变化证明PSII性能下降是由QA至QB电子传递活性降低引起,而PSI性能下降则受PSII调控。由叶片横切面细胞观察可知,发育过程中绿叶与白叶表皮细胞结构无明显差异,只是在叶片与表皮厚度、下表皮乳突数量方面,绿叶第3-5个阶段显著高于白叶(P0.05)；叶肉细胞质体发育过程中,白叶质体类囊体片层垛叠程度低或无序,曝光成熟后降解成小囊泡,使叶绿体形成障碍,是叶色变异的生理本质。绿叶与白叶转录组特征分析表明,绿叶中差异表达基因1160个,白叶中1356个,二者不同发育阶段差异基因348个,三者共有基因为叶色变异相关的基因总计248；依据表达模式分成9个显著差异的clusters (p0.05),在6个clusters中聚集了在白叶中高表达的188个基因；GO分析表明白叶高表达基因功能主要富集在应激反应、氧化还原、血红素绑定方面,共表达和基因功能分析表明248基因组成了以ELIPs等为上游基因的一个涉及叶绿体发育的调控网络。总之,以ELIPs基因为主一簇基因在叶片发育早期异常表达,引起一系列关于叶绿体发育、抗逆、氧化还原和衰老等相关基因表达的变化,使质体向叶绿体转化受阻,光系统性能下降,反馈抑制色素合成,导致叶色发生变异。
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S68

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本文编号：1216585