以组培诱变获得的兰属春剑叶色突变新材料LCS-2和亲本LCS-1为试材,分别测定叶片叶绿素和类胡萝卜素含量,并对叶片叶肉细胞进行叶绿体超微结构观察。结果表明:(1) LCS-2叶绿素含量明显低于LCS-1,叶绿素a/b的比值大于LCS-1;(2) LCS-2叶绿体数量少,形状不规则,膜结构解体,无类囊体,叶绿体内无淀粉粒,嗜锇滴较多;(3) LCS-1叶绿体较多,形状规则,基粒片层清晰,淀粉粒多而大,嗜锇滴较少。表明经组培诱变的叶色突变新材料与亲本存在明显的叶绿素含量及叶绿体结构差异。 The varieties used in this research were Cymbidum LCS-2 with verge line pattern and Cymbidum LCS-1. Chlorophyll contents and chloroplast ultrastructure were researched. The results showed that: (1) The chlorophyll contents in LCS-2 is lower than that in LCS-1. But the ratio of chlorophyll-a to chlorophyll-b of LCS-2 was higher than that of LCS-1. (2) There was a fewer chloroplasts with abnormal shape in LCS-2 cells, in which there were no thylakoids or starch grains, but many osmiophil globules, the membrane of the chloroplast had disjointed. (3) There were more regular chloroplasts in cells of LCS-1, with more and bigger starch grains but fewer osmiophil globules. Grana lamella could be seen clearly too. The results can provide evidence for variety breeding for Cymbidum with verge line pattern lives.
蒋 彧1,李世洪2,何俊蓉1*,卓碧萍1
1四川省农业科学院园艺所/农业部西南地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室,四川 成都
2四川省眉山市洪雅县农业和畜牧局,四川 眉山
收稿日期:2017年8月20日;录用日期:2017年9月4日;发布日期:2017年9月11日
以组培诱变获得的兰属春剑叶色突变新材料LCS-2和亲本LCS-1为试材,分别测定叶片叶绿素和类胡萝卜素含量,并对叶片叶肉细胞进行叶绿体超微结构观察。结果表明:(1) LCS-2叶绿素含量明显低于LCS-1,叶绿素a/b的比值大于LCS-1;(2) LCS-2叶绿体数量少,形状不规则,膜结构解体,无类囊体,叶绿体内无淀粉粒,嗜锇滴较多;(3) LCS-1叶绿体较多,形状规则,基粒片层清晰,淀粉粒多而大,嗜锇滴较少。表明经组培诱变的叶色突变新材料与亲本存在明显的叶绿素含量及叶绿体结构差异。
关键词 :兰属春剑,叶色突变,叶绿素,超微结构
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春剑,兰科兰属植物,主产于四川、云南、贵州等地区,深受兰友喜爱。叶艺是指叶片上出现银色或金色的斑块或条纹,其观赏和商品价值较高 [
本研究在LCS-1无性繁殖系建立的基础上,对根状茎进行高激素水平、高糖浓度条件下的长时间固体培养,诱发出了颜色变黄的根状茎群,进而建立了变异的根状茎无性繁殖系,通过诱导,根状茎分化出了叶色变异试管苗LCS-2 [
试验所用材料为LCS-1及LCS-2 (图1)。LCS-2是由LCS-1通过组织培养技术诱导获得的叶色新材料。培养基为MS + 6-BA 0.5 mg/L + NAA 0.2 mg/L + AC 0.3%。培养基pH 6.0。白天培养温度22℃~25℃、夜间培养温度18℃左右;光照周期14 h/d,光照强度2000 lx。接种180天后取材料进行指标测定。材料由四川省农业科学院园艺研究所提供。
图1. 亲本LCS-1与组培诱变新材料LCS-2
参照刘永军等 [
透射电镜制样时,先将去脉叶片切成2 mm × 2 mm 的小片,然后用2%的戊二醛进行前固定,在冰箱中过夜,漂洗后,再用1%的四氧化锇进行固定,再次漂洗,样品用浓度逐级递增的乙醇和丙酮脱水。按照Epo n812的配方配制包埋剂 [
从表1可以看出,LCS-1和LCS-2在根状茎和叶片的色素含量方面有较大的差别。从叶片色素含量和组成来看,LCS-2叶片的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a + b含量分别为LCS-1的16.71%、15.86%、16.49%,LCS-2根状茎的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a + b含量分别为LCS-1的3.54%、4.18%、3.77%。由此可见,叶绿素含量低下是LCS-2的显著特征之一。
从叶绿素a/b来看,LCS-2叶片和根状茎分别为对照的105.17%、85.47%。说明在LCS-2根状茎分化成苗的过程中,叶绿素b的含量增加,而叶绿素a的含量降低。此为LCS-2的另一特征。
从类胡萝卜素的含量看,LCS-2根状茎和叶片低于LCS-1,但类胡萝卜素/叶绿素指标显示LCS-2叶片和根状茎都相对较高,分别为LCS-1的125.95%和138.76%。由此可见,类胡萝卜素相对含量高是LCS-2的第3个特征。
在透射电镜下观察LCS-1及LCS-2叶绿体的形态以及在细胞中的分布发现,LCS-2黄区与LCS-1有着明显的差别。在LCS-1叶片中,叶绿体呈纺锤形“八字”贴壁分布于叶肉细胞中,超微结构典型。叶绿体结构完整,基质浓厚,基粒片层沿叶绿体长轴排列。类囊体结构清晰。片层垛叠紧密整齐,基质中分布有数个体积较大的淀粉粒及分散的嗜锇滴。在LCS-2中,叶绿体仍沿细胞壁分布,但叶绿体形状变得不规则,整个叶绿体呈高密度的囊泡状结构,内部结构严重解体,体积较小的嗜锇滴聚集分布。基质内不存在类囊体结构,无基粒片层,无淀粉粒(图2)。
图2. 叶绿体超微结构。1-a 和1-b:LCS-1叶绿体超微结构观察;2-a和2-b:LCS-2叶绿体超微结构观察,CW:细胞壁,Chl:叶绿体,S:淀粉粒,M:线粒体,O:质体小球(嗜锇滴)
类型type | w (叶绿素a chl a) /(mg∙g−1) | w (叶绿素bchl b) /(mg∙g−1) | w (叶绿素a + b chl a + b)/(mg∙g−1) | w (叶绿素a chl a)/w (叶绿素b chl b) | w (类胡萝卜素 carotenoids)/(mg∙g−1) | w (类胡萝卜素caro)/ w (叶绿素chl) |
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LCS-1叶片 | 8.580 ± 0.0034 | 3.058 ± 0.001 | 11.641 | 2.807 | 3.048 ± 0.008 | 0.262 |
LCS-2叶片 | 1.434 ± 0.018 | 0.485 ± 0.009 | 1.920 | 2.952 | 0.631 ± 0.019 | 0.330 |
表1. LCS-1与LCS-2叶绿素及类胡萝卜素含量
叶绿素缺乏的突变体是植物界中发生频率比较高的一种突变类型,推测可能由多种原因导致。目前对于许多植物的叶绿素缺失突变体的研究比较多,结果却是不尽相同,而对兰科植物特别是对兰属植物的研究鲜有报道。有研究表明,叶绿素含量的变化与叶色表型变化是一致的,叶色黄化突变体的叶绿素含量明显低于对照,叶绿素含量增加的同时,叶片颜色也进一步加深 [
许多研究报道显示,条斑叶突变体基因参与了叶绿体发育的调控过程 [
四川省应用基础研究(2017JY0287);四川省农业科学院青年基金专项;四川省科技支撑计划。
蒋彧,李世洪,何俊蓉,卓碧萍. 兰属新材料叶绿素含量及叶绿体超微结构分析Chlorophyll Contents and Chloroplast Ultrastructure of Chlorophyll Deficient Mutant in Cymbidum[J]. 植物学研究, 2017, 06(05): 293-297. http://dx.doi.org/10.12677/BR.2017.65038