胡蘿卜葉色突變體葉色參數和色素含量及其相關性分析

趙宇璇 劉真真 常雙鋒 徐慧 武喆

摘要：為了探討胡蘿卜不同葉色突變體色差和色素含量的差異及色差與色素含量間的相關關系，以甲基磺酸乙酯（EMS）誘變構建的7個胡蘿卜不同葉色突變體為材料，利用色差儀和分光光度計測定和分析突變體葉片的葉色參數（L*、a*、b*）和葉綠素、類胡蘿卜素、花色素苷含量。結果表明，胡蘿卜不同葉色突變體的葉色參數中亮度值L*與綠葉野生型差異均顯著;黃綠葉、紫綠葉、紫紅葉和紫葉突變體的色相值a*均為正值，而其余葉色突變體均為負值;黃葉、黃綠葉和淺綠葉突變體的色相值b*均顯著高于綠葉野生型，紫葉、紫綠葉突變體均顯著低于綠葉野生型。黃綠葉、淺綠葉、深綠葉和紫綠葉突變體總葉綠素的含量極顯著高于黃葉和紫葉突變體，深綠葉突變體的類胡蘿卜素含量極顯著高于其他葉色突變體，紫葉突變體的花色素苷含量最高，極顯著高于其他葉色突變體。葉色參數與葉綠素、類胡蘿卜素和花色素苷含量的相關性分析結果表明，淺綠葉和深綠葉突變體的葉綠素含量與色相值b*呈極顯著相關，黃葉突變體的葉綠素含量與色相值b*呈顯著相關，紫綠葉、紫紅葉和紫葉突變體的花色素苷含量與色相值a*呈極顯著正相關。胡蘿卜葉片突變體的色相值a*與肉質根的色相值a*和b*分別呈極顯著和顯著正相關。

關鍵詞：胡蘿卜;突變體;葉色參數;色素含量;相關性分析

中圖分類號：S631.201文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）04-0100-05

收稿日期：2021-04-29

基金項目：山西省重點研發計劃（編號：201903D221063）;國家自然科學基金（編號：31601751）;山西省重點研發計劃重點項目（編號：201703D211001-04-01）;山西農業大學科技創新基金（編號：2016ZZ02）;山西省高等學校科技創新項目（編號：2019L0378）。

作者簡介：趙宇璇（1997—），女，山西呂梁人，碩士研究生，主要從事胡蘿卜遺傳育種與生物技術研究。E-mail：zyx18235448402@163.com。

通信作者：武 喆，博士，副教授，主要從事胡蘿卜遺傳育種與生物技術研究。E-mail：wzz0618@163.com。

葉色是葉片中不同色素種類和含量綜合作用表現出來的結果[1]。葉色突變通常被認為是葉綠素缺陷突變，在自然界中發生頻率較高且人工誘變也很容易獲得，是辨識度很高的突變類型[2]。一些研究認為葉色突變體致使光合能力下降，植株長勢減弱[2]。由于葉綠素含量降低通常使植物的產量和品質下降，過去認為葉色突變對植物生產沒有實際意義，往往被剔除掉。但葉綠素是植物進行光合作用的主要色素，主要儲存于葉綠體中，因此是研究植物光合作用機制[3]、葉綠素代謝[4]、葉綠體結構和功能[5]的理想材料。同時，葉色突變體也可作為雜交種純度鑒定的標記性狀[6]，在辣椒[6]、水稻[7-8]、玉米[9]、甜瓜[10]、菜豆[11]、茄子[12]、黃瓜[13]、羽衣甘藍[14]等植物上進行了葉色突變體研究。

本試驗以甲基磺酸乙酯（EMS）誘變構建的胡蘿卜突變體庫中的葉色突變體（主要包括黃葉突變體、黃綠葉突變體、淺綠葉突變體、深綠葉突變體、紫綠葉突變體、紫紅葉突變體、紫葉突變體）為材料，對突變體的色差（L*、a*、b*）及葉綠素、類胡蘿卜素和花色素苷含量進行比較，分析這些色素含量和葉色及根色的相關關系，以期為胡蘿卜葉色變化的分子機制研究提供基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

胡蘿卜黃葉突變體、黃綠葉突變體、淺綠葉突變體、深綠葉突變體、紫綠葉突變體、紫紅葉突變體、紫葉突變體均來源于EMS誘變胡蘿卜自交系“17005”構建的胡蘿卜突變體庫，突變性狀表現穩定。

1.2 試驗方法

試驗時間為2019年3—9月，試驗地點位于山西農業大學園藝站（112.55°E，37.68°N）。

試驗方法：對胡蘿卜野生型及7個突變體品系的葉片色素含量和色差進行測定。

葉片色度的測定參照黃可等的方法[15]。使用日本產Konica Minolta CR-10型色差儀，在光源D65、觀察角10°條件下測定不同突變體的葉色參數，每個突變體選取長勢、顏色相近的葉片，每張葉片重復測定3次，記錄亮度值（L*）、色相值（a*、b*）。其中，L*的取值范圍為0～100，L*取值由小到大表明由暗到明;a*表示葉片的紅綠程度，取值范圍為-128～127，a*值增大，葉片紅色加深、綠色減弱;b*表示葉片的黃藍變化，取值范圍為-128～127，葉片的b*值增加，葉片藍色減弱，黃色增強[16]。

葉綠素、類胡蘿卜素含量的測定和計算方法參照李合生的方法[17]，每個樣品重復3次;花色素苷含量的測定和計算參照Pirie等的方法[18-19]。

1.3 數據分析

通過Excel 2016進行數據處理，采用SPSS 23.0軟件進行方差分析，用最小顯著性差異（LSD）法進行多重比較，用Origin 2019b作圖軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同葉色突變體的葉色變異

由圖1可知，野生型的葉片為綠色（圖1-a），突變體葉片的顏色有黃葉（圖1-b）、黃綠葉（圖1-c）、淺綠葉（圖1-d）、深綠葉（圖1-e）、紫綠葉（圖1-f）、紫紅葉（圖1-g）和紫葉（圖1-h）。葉片顏色突變有全葉突變和部分突變。

2.2 不同葉色突變體葉片色差分析

葉色參數是利用色差計來定量表征色澤在三維空間中變化的變量值，7個葉色突變體的相關指標如圖2所示。在7個葉色突變體中，葉片亮度變化規律為黃綠葉突變體的葉片亮度最大，黃葉突變體次之，而紫葉突變體的亮度最低，不同葉色突變體的亮度值（L*）與綠葉野生型差異均顯著（P<0.05）。色差指標a*表示從綠到紅的變化，不同葉色突變體呈現不同的a*值，黃綠葉、紫紅葉和紫葉突變體的a*值較為接近，差異不顯著，淺綠葉和深綠葉的a*值與綠葉野生型的a*值差異達到顯著水平（P<0.05）。色差指標b*表示從藍到黃的變化，其中，黃綠葉突變體的b*值最大，約為33，黃葉突變體次之，紫葉突變體的b*值最小，僅為11，除深綠葉突變體外，其他葉色突變體的b*值與綠葉野生型的差異均達到顯著水平（P<0.05）。

2.3 不同葉色突變體色素含量分析

由表1可知，深綠葉突變體的葉綠素a含量最高，黃葉突變體含量最少，且與綠葉野生型差異達極顯著水平（P<0.01）。深綠葉突變體的葉綠素b含量也極顯著高于綠葉野生型，其余葉色突變體的葉綠素b含量都極顯著低于綠葉野生型（P<0.01）。深綠葉突變體的總葉綠素含量和類胡蘿卜素含量最高，分別達到 311、 400 mg/L， 極顯著高于綠葉野生型。黃葉、紫紅葉和紫葉突變體的總葉綠素含量均極顯著低于綠葉野生型，但三者之間差異不顯著，黃綠葉、淺綠葉和紫綠葉的含量居中，但也都極顯著低于綠葉野生型。紫紅葉突變體的類胡蘿卜素含量最低，黃葉和紫葉突變體次之，三者之間差異不顯著，黃綠葉和紫綠葉突變體的類胡蘿卜素含量均極顯著低于綠葉野生型（P<0.01），淺綠葉突變體與綠葉野生型之間差異顯著（P<0.05）。紫綠葉、紫紅葉和紫葉突變體中花色素苷的含量極顯著高于其他突變體和野生型，其中紫葉突變體最高，紫紅葉次之，紫綠葉最低，三者之間差異達到極顯著水平（P<0.01）。

2.4 不同葉色突變體各種色素含量的百分比

由圖3可以看出，綠葉野生型、黃綠葉、淺綠葉和深綠葉突變體中葉綠素含量的百分比都達到60%以上，而紫綠葉、紫紅葉和紫葉突變體中花色素苷的比例占60%以上，黃葉突變體中葉綠素和花色素苷含量的占比都在40%以上，類胡蘿卜素含量在所有葉片類型中的占比都較低。

2.5 色素含量與葉色參數的相關性分析

由表2可以看出，淺綠葉突變體的L*值與葉綠素含量呈極顯著相關，深綠葉和紫綠葉突變體的L*值與類胡蘿卜素和葉綠素含量都呈顯著或極顯著相關;淺綠葉突變體的a*值與葉綠素含量呈極顯著負相關，綠葉野生型的a*值與花色素苷含量呈顯著負相關，深綠葉突變體的a*值與類胡蘿卜素和葉綠素含量均呈極顯著負相關，紫綠葉、紫紅葉和紫葉突變體的a*值均與花色素苷含量呈極顯著正相關，紫綠葉突變體的a*值還與類胡蘿卜素含量呈顯著正相關，紫葉突變體的a*值與類胡蘿卜素和葉綠素含量呈顯著或極顯著正相關;黃葉和淺綠葉突變體的b*值都與葉綠素含量呈顯著或極顯著負相關，綠葉野生型的b*值與類胡蘿卜素、葉綠素和花色素苷含量呈極顯著負相關，深綠葉的b*值與類胡蘿卜素和葉綠素呈極顯著正相關，紫紅葉和紫葉的b*值與類胡蘿卜素呈顯著負相關。黃葉、黃綠葉和淺綠葉突變體的3個葉色參數與類胡蘿卜素含量均沒有顯著相關性，因此類胡蘿卜素含量并不影響這3個突變體的葉色，但類胡蘿卜素含量對其他葉色突變類型的葉色均有不同程度的影響。

2.6 葉片色差與肉質根色差的相關關系

由表3可知，胡蘿卜突變體葉片的a*值與肉質根的a*值呈極顯著正相關，與肉質根的b*值呈顯著正相關。肉質根的L*值與肉質根的a*值和b*值呈顯著或極顯著正相關，肉質根的a*值與b*值之間的相關性也達到極顯著水平。這說明胡蘿卜地上部葉片色差參數a*值對地下部肉質根的a*值和b*值有一定的影響，而葉色參數L*值并不是影響肉質根葉色參數的主要因素。

3 討論與結論

3.1 不同葉色突變體葉色參數及色素含量變化

利用色差儀測定的葉色參數已廣泛應用于植物葉片葉色光澤度的量化分析，克服了靠感官定性描述葉色的缺陷[20]。本研究中不同葉色突變體的L*值均為正值，與綠葉野生型的差異均顯著;不同葉色突變體呈現不同的a*值，黃綠葉、紫紅葉和紫葉突變體的a*值差異不顯著，淺綠葉和深綠葉的a*值與綠葉野生型的差異達到顯著水平;黃綠葉突變體的b*值最大，黃葉突變體次之，紫葉突變體的b*值最小，除深綠葉和紫紅葉突變體外，其他葉色突變體的b*值與綠葉野生型的差異均達到顯著水平。

葉色是葉片中不同色素種類和含量綜合作用表現出的結果[2]。葉綠素、類胡蘿卜素和花色素苷等色素都屬于次生代謝物質，它們的比例決定著植物葉片器官的著色[21]。本試驗中，不同葉色突變體的葉綠素、類胡蘿卜素和花色素苷3種色素的比例不同，因此葉片呈現的顏色也不同。7種葉色突變體中，紫葉突變體的花色素苷含量占比最大，所以葉片呈現紫色，而黃綠葉、淺綠葉、深綠葉突變體和綠葉野生型的葉綠素含量比例高于花色素苷含量，因此葉片展現綠色，黃葉突變體的葉綠素和花色素苷含量占比相近。 李云飛解剖彩葉植物組織發現，花色素苷在植物中分布不同會影響葉片呈色[22]，本試驗結果與之一致。

3.2 不同葉色突變體葉色參數與色素含量的相關關系

許多植物的葉色參數與色素種類及含量之間存在顯著相關關系[23]，但不同類型植物色素變化不同，葉色參數也存在差異[24]。本研究中紫色葉片類型的突變體花色素苷含量較高，葉色參數的a*值與其呈極顯著正相關，說明花色素苷含量影響這種突變體的a*值。淺綠葉和深綠葉突變體的L*值、a*值和b*值均與葉綠素含量呈極顯著相關，說明葉綠素含量影響這2個突變體葉色的L*值、a*值和b*值。黃葉、黃綠葉和淺綠葉突變體的3個葉色參數與類胡蘿卜素含量均沒有顯著相關性，因此類胡蘿卜素并不影響這3個突變體的葉色。朱書香等對4種李屬彩葉植物色素含量與葉色參數的相關性研究表明，色素變化趨勢基本相同，但色素含量和葉色參數的相關性卻因樹種各異而不同[23]，本試驗結果與之相似。

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