辣椒黃綠苗不育系葉片光合色素變化及酶活性研究

摘要：研究了辣椒(Capsicum oaznum L.)黃綠苗胞質雄性不育系(YBM-A6)、保持系(YBM-B6)及綠苗(96—140)的葉綠素變化及葉片酶活性。從幼苗期到成株期三者的葉綠素含量呈逐步增加的變化趨勢，綠苗葉片葉綠素、類胡蘿卜含量都遠高于黃綠苗，但黃綠苗葉片葉綠素a／b、類胡蘿卜素／葉綠素(a+b)(除結果期外)的比值都遠大于綠苗。黃綠苗葉片中游離脯氨酸含量均高于綠苗，但其含量變化趨勢相同；黃綠苗葉片中過氧化物酶、過氧化氫酶活性變化趨勢與綠苗相同；YBM-A6葉片過氧化氫酶活性均低于其保持系YBM-B6，過氧化物酶活性則高于其保持系，超氧化物歧化酶活性在開花結果盛期明顯高于保持系YBM-B6和96-140。說明葉綠素和類胡蘿卜素含量和變化與辣椒黃綠苗的葉色變化有關，酶活性變化可能與黃綠苗胞質雄性不育系YBM-A6的不育有關。

關鍵詞：辣椒；黃綠苗；胞質雄性不育系：葉綠素：酶

形態標記中植物葉色突變體早在20世紀30年代就已發現。植物葉片呈色相當復雜，它與葉片細胞內色素的種類、含量以及在葉片中的分布有關。大田作物中在水稻、大豆、大麥、小麥、棉花17等多種植物上發現。目前，葉色突變體已廣泛應用于基礎研究和生產實踐中。相對于大田作物，蔬菜葉色突變體的研究還較為落后，僅在甜瓜、西瓜㈣、黃瓜、番茄、辣椒、花椰菜、胡蘿卜、小白菜等蔬菜上有相關報道。

葉色突變體在育種上具有重要的應用價值，以其可見、簡單直觀的外部特征，在作物種質資源鑒定及育種材料的選擇上發揮了重要作用。在育種工作中，葉色變異可作為標記性狀，簡化良種繁育和雜交種生產；某些葉色突變體具有特殊的優良性狀，為作物遺傳育種提供了優異種質資源，對辣椒黃綠苗與H97643自交分離世代中胞質雄性不育株98—1A、98—3A不育源進行雜交、自交、回交等工作，已基本實現了辣椒黃綠葉標記性狀與雄性不育系的有機結合，該突變體具有較強的耐弱光和抗高溫等優良特性，為辣椒在雄性不育、創造優異種質資源，選育優良品種、光合系統結構與功能及其調控機制、雜種純度快速鑒定等方面的研究提供了有效手段。

本研究通過對辣椒黃綠苗胞質雄性不育系(cMS)及其保持系、牛角辣椒(綠苗)的葉綠體色素含量，葉片游離脯氨酸含量以及超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、過氧化物酶(peroxi-dase，POD)、過氧化氫酶(catalase，CAT)活性變化進行比較分析，為探明色素與葉色變化及葉片酶活性變化對胞質雄性不育利用的影響，探討辣椒黃綠苗胞質雄性不育機理及品種選育與利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1供試材料

供試材料為江蘇省鎮江市蔬菜研究所提供。96-140：野生牛角辣椒，葉色為綠色。YBM-A6：以不育源H97643自交分離世代中胞質雄性不育株98-1A、98-3A為不育源，經與辣椒黃綠苗YBM-B6雜交分離，多代回交轉育而成，屬于無花粉雄性不育類型，不育性穩定，不育株率100％。YBM-B6：為從牛角辣椒96-140中發現的辣椒黃綠苗突變體。發芽期子葉及真葉全部為嫩黃色；幼苗期(苗期)真葉黃色，老葉為黃綠色：開花結果期下部葉片綠色，中部葉片黃綠色，上部新生葉片黃綠色(偏黃)，除葉色黃綠外，其他性狀與96-140相同(見彩版插頁第37頁)。YBM-B6為不育系YBM-A6的保持系。

1.2試驗方法

試驗于2009年12月至2010年6月在江蘇省鎮江市蔬菜研究所大棚內進行。采用電熱溫床穴盤直播育苗，當幼苗6葉1心時定植于大棚，常規栽培管理。在A.幼苗期(3片葉)、B.苗期(7片葉)、C.開花結果初期(26片葉)、D.開花結果盛期測定辣椒黃綠苗不育系YBM-A6和保持系YBM-B6及牛角辣椒96-140葉片葉綠體色素含量。幼苗期、苗期、開花結果初期、開花結果盛期選取頂部剛剛完全展開的葉片進行測定，試驗設3次重復，測定結果取3次重復平均值。96-140辣椒選取葉片部位同辣椒黃綠苗，方法同上。

葉綠素(葉綠素a，Chlorophyll a：葉綠素b，Chlorophyll b)、類胡蘿卜素(Carotenoid)含量測定參照沈偉其的方法；脯氨酸含量采用水浴浸提法測定：SOD活性采用氮藍四唑法測定：POD活性采用愈創木酚連續測定法測定；CAT活性參照鄒琦的方法測定。測定值以mean+SD表示，采用Excel和GraphPadPrism 5.0軟件進行數據分析，組間比較采用多樣本均數Two-way ANOVA檢驗，P<0.05表示差異有統計學意義，P<0.01表示有顯著性差異，P<0.001表示有極顯著性差異。

2 結果與分析

2.1不同材料不同時期葉片葉綠素及類胡蘿卜素含量變化

試驗結果顯示，YBM-A6、YBM-B6葉片中葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿h素、葉綠素(a+b)含量與96-140比較，從幼苗期一開花結果盛期含量差異顯著或極顯著(P<0.01，P<0.001)；YBM-A6葉片中葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿h素、葉綠素(a+b)含量與YBM-B6比較，從幼苗期一開花結果盛期總體上差異不明顯。YBM-A6、YBM-B6、96-140葉片葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素、葉綠素(a+b)含量變化趨勢相同，均逐步升高。

YBM-A6與96-140葉片葉綠素a／b比較，在幼苗期無顯著差異，在苗期一開花結果盛期差異顯著或極顯著：YBM-A6與YBM-B6葉片葉綠素a／b比較，從幼苗期一開花結果盛期無顯著差異。YBM-B6葉片葉綠素a／b與96-140比較，在苗期差異極顯著，在幼苗期、開花結果初期、開花結果盛期無顯著差異。YBM-A6和YBM-B6葉綠素a／b在幼苗期一開花結果盛期變化范圍在3.1-3.9：96-140葉綠素a／b在幼苗期一開花結果盛期明顯低于YBM-A6和YBM-B6，在幼苗期一開花結果盛期變化范圍在2.44-2.86，說明YBM-A6、YBM-B6中葉綠素b相對減少較多。

YBM-A6、YBM-B6與96-140葉片類胡蘿卜素／葉綠素(a+b)比較，在幼苗期、苗期差異極顯著，在開花結果初期、開花結果盛期無差異：YBM-A6與YBM-B6葉片類胡蘿卜素／葉綠素(a+b)比較，從幼苗期一開花結果盛期無差異。YBM-A6、YBM-B6葉片類胡蘿h素／葉綠素(a+b)在幼苗期一開花結果盛期變化趨勢逐步降低，并趨于平緩：96-140葉片類胡蘿卜素／葉綠素(a+b)在幼苗期、苗期明顯低于前二者，說明YBM-A6和YBM-B6葉片中類胡蘿卜素含量相對減少較多，在開花結果初期、開花結果盛期葉片中類胡蘿卜素含量相對減少較小。見圖1。

2.2不同材料不同時期葉片游離脯氨酸含量及POD、SOD、CAT活性變化

YBM-A6與YBM-B6葉片游離脯氨酸含量在幼苗期一開花結果盛期無差異：YBM-A6與96-140葉片游離脯氨酸含量在幼苗期一開花結果初期差異極顯著，在開花結果盛期差異顯著：YBM-B6與96-140葉片游離脯氨酸含量相比，幼苗期一開花結果盛期差異極顯著：且YBM-A6、YBM-B6葉片游離脯氨酸含量在不同時期均高于96-140。

YBM-A6與YBM-B6、96-140葉片POD活性比較，從幼苗期-開花結果盛期差異極顯著，YBM-B6與96-140葉片POD活性比較，從幼苗期-苗期差異極顯著，從開花結果初期-開花結果盛期差異不顯著。YBM-A6、YBM-B6、96-140葉片POD活性從幼苗期-開花結果盛期變化趨勢基本相同，均呈現高-低-高的變化趨勢。

YBM-A6與YBM-B6葉片SOD活性幼苗期-苗期無差異，開花結果初期一開花結果盛期差異顯著或極顯著：YBM-A6與96-140葉片SOD活性在幼苗期一開花結果盛期差異極顯著。YBM-B6與96-140葉片SOD活性比較，幼苗期一苗期差異顯著，開花結果初期一開花結果盛期無差異。YBM-B6、96-140葉片SOD活性從幼苗期一開花結果盛期變化趨勢基本相同，均呈現由高－低迅速降低的變化趨勢，而YBM-A6葉片SOD活性在幼苗期一開花結果初期呈現由高－低迅速降低，開花結果盛期則呈現明顯增高的變化趨勢。

YBM-A6與YBM-B6、96-140葉片CAT活性在幼苗期一開花結果盛期差異極顯著：YBM-B6與96-140葉片CAT活性在幼苗期一開花結果盛期無差異。YBM-A6、YBM-B6、96-140葉片CAT活性在幼苗期一開花結果盛期均呈現下降趨勢，在苗期一開花結果盛期變化幅度不顯著(圖2)。

3 討論

葉色是各種色素共同作用所表現出來的結果，由于普通葉片中葉綠素比類胡蘿卜素多，所以葉片總是呈現綠色。辣椒黃綠苗突變體YBM-A6、YBM-B6在幼苗期、苗期、開花結果初期、開花結果盛期葉綠素a／b的比值和幼苗期一苗期類胡蘿卜素/葉綠素(a+b)的比值都遠大于96-140(原綠苗)。本試驗結果與談建中等研究有關桑樹葉色突變體葉綠素a和葉綠素b的含量明顯減少是導致葉色黃化的主要原因有一致之處，但辣椒黃綠苗突變體YBM-A6與YBM-B6的幼苗期一苗期類胡蘿卜素／葉綠素(a+b)的比值都遠大于96-140，在開花結果初期、開花結果盛期無差異，但總體上表現類胡蘿卜素／葉綠素(a+b)比值逐步下降，推測葉片中葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量以及由其變化所引起的各色素相對含量的變化是導致葉片變色的原因。

96-140葉片葉綠素、類胡蘿h素含量都遠高于YBM-A6、YBM-B6，但YBM-A6、YBM-B6葉片葉綠素a／b、類胡蘿卜素／葉綠素(a+b)(除結果期外)比值都遠大于96-140。葉綠素a／b比值大，說明葉綠素b相對減少較多，YBM-A6、YBM-B6葉片類胡蘿卜素／葉綠素(a+b)比值較高，表明其在相同光能條件下比野生型辣椒有較強的活性氧清除能力，從而能更有效地保護其光合機構免受破壞。推斷辣椒黃苗突變體雖然在幼苗期、苗期(葉色為黃綠色)只有較弱的捕光能力，但提高了其光系統Ⅱ的光化學效率，但到達開花結果初期后，隨著中下部葉片的轉綠，其捕光能力進一步增強，新生葉片(上部葉片)仍然為黃色，在強光下比96-140有較強的熱耗散能力和更有效的活性氧清除系統，說明了該辣椒黃綠苗突變體具有較強的耐弱光和抗高溫等優良特性。不同色素種類及其含量的時空組合最終決定葉色，黃化組織較綠色組織含有較多的光敏素，紅、橙、黃色多分布在陽光強烈處，可反射含熱量高的紅、橙、黃光而保護葉片不被灼傷，這也進一步說明了該辣椒黃綠苗突變體具有較強的耐弱光和抗高溫等優良特性。

辣椒黃綠苗不育系、保持系葉片中的游離脯氨酸含量顯著高于綠苗，說明辣椒黃綠苗游離脯氨酸含量高可能與黃綠苗葉色變異相關，而與辣椒雄性不育無關。開花結果階段辣椒黃綠苗胞質雄性不育系YBM-A6葉片中SOD活性且呈增強趨勢，葉片中CAT活性顯著低于保持系YBM-B6與96-140花蕾中CAT活性，POD活性顯著高于其保持系YBM-B6與96-140葉片中POD活性。推斷葉片中酶活性的異常變化與辣椒胞質雄性不育有一定關系。

辣椒黃綠苗突變體作為一種非常明顯的性狀突變，在蔬菜作物優質育種中有很大的利用價值，可利用黃化突變系進行高光效育種，在受到高溫、高光強等不利環境脅迫時，仍能有效進行光合作用：利用辣椒黃綠苗突變體胞質雄性不育系特性，在缺少恢復性的情況下，利用其葉綠素a/b、類胡蘿卜素／葉綠素(a+b)相對含量較高，也可直接進行高品質食葉辣椒新品種的選育開發等。

4 結論

筆者通過研究辣椒黃綠苗胞質雄性不育系YBM-A6，保持系YBM-B6及綠苗96-140從幼苗期到成株期的葉綠素變化及葉片酶活性發現，葉綠素和類胡蘿卜素含量和變化與辣椒黃綠苗的葉色變化有關，與正常育性辣椒表現相比，辣椒黃綠苗胞質雄性不育系酶活性的變化(或代謝紊亂)可能與黃綠苗胞質雄性不育系YBM-A6的不育有關。