多肉植物冬美人不同类型叶片的叶绿素含量和结构特征比较研究
发布时间：2022-01-24
摘 要：以多肉植物冬美人 60Co-γ 射线诱变得到的白绿叶叶片为试验材料，测定了正常绿叶、白绿叶 2 种叶片的叶绿素 a 和叶绿素 b 的含量，同时分析其显微结构。结果表明：白绿叶的叶绿素 a、b 含量显著低于绿叶，白绿叶叶片的叶绿素 a/b 比率大于绿叶叶片。叶片显微结构分析发现：栅栏组织在冬美人绿叶和白绿叶中均无明显结构。白绿叶叶片海绵组织与绿叶的海绵组织相似，但白绿叶叶片白色部分缺失海绵组织，绿叶海绵组织完整，白绿叶海绵组织白色部分与绿叶的海绵组织有较大的结构区别。
关键词：多肉植物;冬美人;叶色突变体;叶绿素;显微结构
冬美人(Pachyphytum pachyphytoides)是景天科厚车莲属的多肉植物，是风车草属与厚叶草属的跨属杂交品种[1] ，具有美丽的外观和顽强的生命力，其植株漂亮深受大家的喜爱。另外，还有部分多肉由于基因的突变和被异常调控，会直接造成叶绿素缺失或某种物质的增多或减少，使植物体的花、茎、叶甚至子房等部位发生颜色上的改变，叶片表现出黄化或白化等现象，称之为“锦化”。
相比绿色植物来说，锦化植物颜色种类更多，观赏价值更高，也更受欢迎。多肉植物的锦化现象很常见，但不宜培育。以 60Co-γ 射线诱变导致植物体细胞变异是一种常见的育种手段[2] ，该方法在多肉植物品种改良中日渐得到重视。叶色突变体通常由叶绿素合成或降解过程或细胞结构产生重大变化而导致[3-4] 。以多肉植物冬美人 60Co-γ 射线诱变得到的白绿色叶片为试验材料，测定了正常绿叶、白绿叶 2 种不同类型叶片的叶绿素含量，并观察比较了 2 种叶片的显微结构。对进一步研究多肉植物射线诱变育种的稳定性和多肉植物射线诱变育种的广泛性提供一定理论依据。
1 材料和方法
1.1 研究材料
以冬美人辐射育种获得的白绿叶植株为试材，该叶色在扦插繁殖过程获得白绿色植株[5 (] 见图 1)。
2.2 研究方法
2.2.1 叶绿素含量测定。采用 721 分光光度计分别用665nm 和 649nm 的分光波长密度检测得到 2 种叶片叶绿素滤液光密度。95%的乙醇溶液对照，每组试验重复 3 次，分析试验数据。计算后得出叶绿素 a、b 的含量及叶绿素 a/b 的比率。
2.2.2 石蜡切片制作。以多肉植物冬美人白绿色和绿叶为材料，将冬美人组织块放入 FAA 固定液中固定;经洗涤、脱水、二甲苯透明、浸蜡、包埋，最后手动切片至 4μm。在 Olympus-CX21 光学显微镜下观察和拍摄冬美人叶片结构。
2 结果与分析
2.1 叶片显微结构观察
将制作好的石蜡切片放在 Olympus-CX21 光学显微镜上观察。其中，显微结构观察所用的是冬美人白绿叶叶片白绿交替部分和绿叶材料绿色的部位(结果见图 2)。
2.1.1 白绿色叶的显微结构。经观察发现，白绿色叶叶片表皮细胞排列整齐，无明显的栅栏组织。海绵组织排列有序，白绿叶的海绵组织兼有绿叶的海绵组织结构特征，但白绿叶的海绵组织有部分缺失(如图 2 左图箭头所示位置)。海绵组织叶绿体数量较少，加之部分海绵组织缺失，所以白绿色叶片白色部分较正常绿色叶颜色浅。
2.1.2 绿色叶的显微结构。从图 2 右绿色叶可以看出，绿色叶有类似于栅栏组织的结构，但是“栅栏组织”细胞排列没有直观认识得那么整齐。海绵组织排列紧密，无缺失。绿色叶表皮细胞叶绿体比白绿色叶多且排列整齐，这也能解释为何正常绿色叶叶片要比白绿色叶片颜色要深。所以，白绿色叶颜色差异可能是由于叶片中叶绿体数量及色素含量不同导致，特别是缺失海绵组织导致叶绿体数量减少。
2.1.3 显微镜结构分析比较。观察冬美人叶片显微结构，发现冬美人 2 种不同类型叶片中栅栏组织都不太明显，其绿叶切片中着色较深的是表皮细胞，推测引起这种颜色变化的原因可能是绿叶叶片中含有较多的叶绿体或色素，同样观察到绿叶的海绵组织排布情况整齐，且没有发生缺失现象。相对而言，白绿叶中的海绵组织兼有绿叶海绵组织的结构，但是白绿叶海绵组织白色部分有部分缺失。白绿叶叶片中叶绿体依旧存在一定数量，但绿色部分相对较少。因此，推测白绿色叶片海绵组织白色部分的缺失可能导致叶绿体数量减少，进一步导致白绿色叶叶色显现出白绿相间的条纹差异。
2.2 不同类型叶片的叶绿素含量测定结果及分析
结果如表 1 所示，通过对比所得到不同类型叶片的叶绿素含量和叶绿素 a/b 值进行方差分析。
根据不同类型叶片的叶绿素含量结果分析可知，白绿叶与绿叶相比，白绿叶叶片中叶绿素 a 含量和叶绿素 b 含量比正常绿叶中叶绿素 a 和叶绿素 b 含量低。同时，白绿叶叶片中叶绿素 b 含量最低。根据试验结果进行分析比较发现，白绿叶叶片叶绿素的变化情况与常青山等[3] 学者对菊花黄绿叶突变体不同类型叶片的叶绿素含量测定结果具有一致性。白绿叶叶片中的叶绿素与绿叶的叶绿素相对比为 22.13%，根据表 1 数据可知，白绿叶的叶绿素 a 含量是绿叶的 29.11%，叶绿素 b 含量是绿叶的 9.30%，白绿叶叶绿素 a 的含量远远高于叶绿素 b 的含量。突变体白绿叶叶绿素 a/b 是绿色叶叶绿素 a/b 含量的 3.5 倍。根据上述分析表明：白绿叶和绿叶 2 种不同类型叶片的叶绿素 a、叶绿素 b 和总叶绿素含量差异显著。
3 讨论与结语
3.1 讨论
叶绿素减少的植株突变[6] 有可能是叶绿素缺乏和结构发生变化导致的。如大豆总叶绿素缺乏突变体，大米、大麦、油菜和其他叶绿素 b 缺乏突变体。叶绿素 b 缺乏突变可能会受到 Mg 螯合酶的影响，这导致叶绿素 b 合成较少[3] 。
本试验研究发现，白绿叶叶片海绵组织绿色部分与绿叶的海绵组织相似。也观察到白绿叶海绵组织白色条纹部分缺失，白绿叶中叶绿素含量显著低于绿叶中的叶绿素含量，导致叶片出现白色条纹，推测白绿叶突变可能是由于基因突变导致缺失海绵组织，从而导致白绿叶叶片中叶绿素含量低。不同类型叶片中叶绿素含量测定表明：白绿叶和绿叶之间叶绿素 a 含量、叶绿素 b 含量及总叶绿素含量存在明显差异，其中白绿叶中叶绿素 b 含量最低[7] 。绿色叶片叶绿素 a/b 含量低于白绿叶，这意味着突变白叶叶绿素 b 含量比叶绿素 a 减少很多，因此，突变可能属于叶绿素 b 含量不足的突变体。说明冬美人白绿叶叶片上白绿相间颜色的差异可能是白绿叶叶片中白色部分海绵组织缺失导致叶绿素含量的不同所致，使其外观呈现出白绿相间的条纹。
3.2 结语
分析了冬美人叶片显微结构和叶片的叶绿素含量测定结果两个方面，发现冬美人白绿叶中的叶绿素含量明显低于绿叶中的叶绿素含量，而白绿叶中叶绿素 a 含量低于绿叶中叶绿素 a 含量，叶绿素 b 含量远低于绿叶叶片，白绿叶的叶绿素 a/b 值大于绿叶叶片，可能是白绿叶的叶绿素 b 减少幅度大于叶绿素 a 所致[8-9] ，但还需通过试验进一步验证。从显微结构来看，栅栏组织在冬美人绿叶和白绿叶均不明显。白绿叶叶片中绿色部分海绵组织和绿叶的海绵组织相似，但是白色部分缺失海绵组织。至于白绿叶白色部分的海绵组织缺失是否是由于基因突变所致，有待于进一步研究。——论文作者：秦晓杰，王园媛，樊佳奇，李尧
参考文献
[1]张洁，张芳，王晓雪.生长素类物质对冬美人叶插的影响[J].现代园艺.2019，(09)：16-17.
[2]兑宝峰，郭斐.多肉植物斑锦变异[J].中国花卉园艺，2018，(4)： 30-31.
[3]常青山，陈发棣，滕年军，等.菊花黄绿叶突变体不同类型叶片的叶绿素含量和结构特征比较[J].西北植物学报，2008，28(9)：1772-1777.
[4]刘与明，张淑娟.珍惜多肉植物种质资源组培保存和快速繁殖技术[J].园林科技，2012(1)：8-11.
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