全 文 ：文章编号 :100028551 (2007) 012009204
大豆叶绿素缺失突变体 HS 821 的农艺性状和生化特性
苍　晶　于龙凤　王豫颖　张　达　郝再彬　胡宝忠
(东北农业大学生命科学学院 , 黑龙江 哈尔滨　150030)
摘 　要 :经 NaN3 诱变获得的大豆叶绿素缺失突变体 HS 821 ,其植株高度约为原品种的 1Π2 ,节位数、叶片
大小、叶柄长度、单株荚数、粒数、粒重都较原品种低 ,但结荚密集 ,表现出一定的田间抗虫性 ;成熟期比
原品种提早约 10d。突变体表现为叶片黄化 ,叶片叶绿素平均含量是原品种的 71 % ,但叶绿素 aΠb 比值
不变 ,为 2∶1 ,表明该突变体是总叶绿素缺陷型。突变体的 SOD 活性和脯氨酸含量都比其原品种高 ,但
MDA 含量则较原品种含量低 ,表明突变体具有较强的抗氧化能力。
关键词 :大豆 ;叶绿素缺失突变体 ;生物化学特性 ;农艺性状
AGRONOMIC AND BIOCHEMICAL CHARACTERS OF CHLOROPHYLL
DEFICIENT MUTANT HS 821 OF SOYBEAN
CANGJing 　YU Long2feng 　WANG Yu2ying 　ZHANG Da 　HAO Zai2bin 　HU Bao2zhong
( Life Science College , Northeast Agricultural University , Haerbin , Heilongjiang 　150030)
Abstract :A soybean mutant HS 821 defected in chlorophyll has been acquired by dealing the normal soybean seeds with
NaN3 . The average height of the mutant plants was about half of original lines. The knots number , leave size and leafstalks
length were all less than those of original soybean. The mutant pods grew more crowded. The mutants had some ability to resist
insects invading. In addition , the period of maturity was 10 days earlier. Analysis of the chlorophyll content showed that total
chlorophyll content in blades of mutants , was only 71 % of untreated soybeans , but the chlorophyll aΠb ration was almost not
changed , indicating that the mutation lied in the deficiency plant of total chlorophyll . The SOD activity and the proline content
of HS 821 were found especially higher , but the MDA content were less than that of untreated lines , indicating that the
mutants may be more resistible to oxidation.
Key words :soybean ; chlorophyll deficiency mutant ; biochernical character ; agronomic character
收稿日期 :2006202224
基金项目 :国家“863”课题子项目 (2003AA20706025)
作者简介 :苍晶 (19632) ,女 ,黑龙江哈尔滨人 ,教授 ,博士 ,从事植物生理生化与分子生物学研究 ,E2mail :cangjing2003 @163. com
通讯作者 :郝再彬、胡宝忠 ,E2mail : haozb @1631com　　多数理化诱变都可以诱发叶绿素缺失突变[1 ] 。叶绿素突变体不仅在高等植物光合作用、叶绿素生物合成、结构与功能以及细胞器的移植、细胞融合、遗传转化、植物衰老等基础研究中具有重要意义[2 ,3 ] ,而且可以作为标志性状在杂种优势利用中应用[4 ,5 ] 。某些明显的标记性状 ,在苗期就可以通过人工去除或因竞争力弱而自然死亡 ,从而保证杂种 F1 的纯度[6 ] 。大豆开花后叶片光合速率迅速提高 ,至结荚初期达到最大值 ,之后急剧下降 ,至鼓粒中期 ,叶片的光合 能力减少 50 %以上[13 ] 。本试验对大豆叶绿素突变体和原品种的一些形态与开花后的一些生理生化特性做了比较分析 ,以探讨大豆生殖生长期叶片衰老规律 ,明确叶绿素突变体与原品种的衰老进程差异 ,为开展相关的理论研究及寻找可能的利用途径提供科学依据。1 　材料与方法111 　试验材料
9　核 农 学 报　2007 ,21 (1) :9～12Journal of Nuclear Agricultural Sciences
大豆叶绿素缺失突变体 HS 821 是 2000 年春用
NaN3 对 高 脂 肪“东 农 163 ” ( Glycin max cv.
Dongnong163) 优选大豆进行诱变处理后 ,经单株选拔
及连续 7 代繁殖稳定遗传而获得的。大田种植表现叶
片黄化 ,且矮杆、早熟 ,并有一定的田间抗虫性。
112 　试验方法
2004 - 2005 年在东北农业大学香坊农场基地种植
两个大豆试验材料突变体 HS 821 和原品种东农 163 ,
采用小区对比相邻种植法 ,行距 65cm ,行长 10m ,株距
5cm ,单株 ,5 行区 ,3 次重复。5 月 2 日播种 ,7 月 6 日
到 8 月 16 日 (R2～R6 期) ,大约每 10d 采样 1 次。每个
材料按相同节位随机选取叶片 ,用直径为 1cm 的打孔
器打成圆片 ,混合后取样 ,3 次重复 ,测定叶片各项生
物化学指标。鼓粒期和收获期随机选取植株各 20 株 ,
分别测量叶片的长度和宽度、株高、结荚数、粒重、有虫
粒等农艺性状 ,进行统计分析。
113 　生化指标的测定
叶绿素含量的测定采用丙酮法[7 ] ;蛋白质含量的
测定用考马斯亮蓝2G250 法[7 ] ;丙二醛 (MDA)的测定采
用硫代巴比妥酸比色法[8 ] ;超氧化物歧化酶 (SOD) 测
定采用氮蓝四唑比色法[9 ] ;脯氨酸含量测定采用茚三
酮比色法[9 ]
2 　结果与分析
211 　农艺性状
R5 期调查结果表明 ,突变体的株高约为原品种的
1Π2 ,其节位数、叶片大小、叶柄长度较原品种小 ;收获
后测定单株荚数、粒数和粒重 ,都低于原品种 ,但结荚
密集 (图 121) ;有虫数也比原品种低 ,表现出一定的田
间抗虫性 ,各项农艺性状指标均达到 1 %差异极显著
　　　
图 1 　东农 163 (A)和 HS821 (B)的对比
Fig. 1 　Comparinson of Dongnong 163 (A)
and HS 821 (B)
水平 (表 1) 。突变体叶片大约在 9 月 6 日落叶成熟 ,此
时原品种刚开始黄化 ,大约在 9 月 16 日才落叶成熟
(图 1) 。突变体的成熟期比原品种提早约 10d。
表 1 　HS 821 与东农 163 农艺性状的比较
Table 1 　Comparison of agronomic characteristics
between Dongnong 163 and HS 821
项目
item
东农 163(CK)
Dongnong 163
突变体 HS 821
mutant (HS 821)
株数 number of plants 20 20
株高 Height of plants (cm) 9016 5414 (60) 33
节数 number of nodes 1916 1517 (66) 33
叶宽 wide of leaf (cm) 619 419 (71) 33
叶长 length of leaf (cm) 1512 1019 (72) 33
叶柄长 length of petiole (cm) 3218 2219 (70) 33
每株荚数 number of pods per plant 3817 1718 (46) 33
每株粒数 number of grains per plant 9210 4014 (44) 33
每株粒重 weight of grains per plant (g) 2912 1019 (37) 33
每株有虫粒 grain damaged by insects 1312 218 (21) 33
注 :括号内数字为 HS821 占东农 163 的百分比。 3 和33表示分别在
1 %、5 %水平上差异显著。下表同。
Note :The number in parenthesis is percentage of soybean HS 821 in that of
soybean Dongnong163。3 and33 means significant difference at 0105 and
0101 level ,respectively. The same as in following table.
212 　生物化学特性
21211 　叶绿素含量变化 　同一生育期 (8 月 7 日 ,R5
期)不同节位叶片的叶绿素含量测定见表 2 ,结果表
明 ,原品种第 9 节位叶片的叶绿素含量最高 ,此后 ,随
着节位的升高 ,叶绿素总含量呈下降的趋势。该时期
大豆的第 9 节位功能叶片发育完全 ,叶绿素合成达到
最高 ,而第 15 节位的叶片尚未发育完全 ,所以叶绿素
合成量较少。突变体各节位的叶绿素总含量都较原品
种低 ,除第 13 节位达到 5 %差异显著水平 , 其余各节
位均达到了 1 %差异极显著水平 , 表明突变体叶色黄
化是由于叶绿素含量少所至。但两个品种叶绿素 aΠb
的比值则差异不显著 ,都近似于 2∶1。
21212 　蛋白质含量变化 　突变体和原品种叶片中的
可溶性蛋白质含量都随生育期的延长呈上升趋势 ,但
在 8 月 6 日到 8 月 16 日 (R5～R6 期) ,突变体叶片的蛋
白质含量逐渐下降 ,可能与突变体比原品种早熟有关。
从 7 月 6 日到 8 月 16 日 (R2～R6 期) ,突变体的可溶性
蛋白质含量总体上都比原品种低 (图 2) 。
21213 　MDA 含量变化 　从 7 月 6 日到 7 月 26 日 (R2
～R4 期) ,原品种叶片中 MDA 含量维持在一定水平 ,
突变体叶片中 MDA 的含量虽然有较小的波动 ,但基本
与原品种相当。7 月 26 日以后逐渐进入鼓粒期 ,原品
种和突变体的 MDA 含量都表现为逐渐增加的趋势 ,且
01 核　农　学　报 21 卷
　　　　 表 2 　东农 163 与 HS 821 不同节位叶片中叶绿素含量的比较
Table 2 　Comparision of chlorophyll content in leaves of different nods between the soybean Dongnong 163 and HS 821
品种
variety
节位
site of node
叶绿素 chlorophyll content (mg·g FW)
a b (a + b) aΠb
7 11505 ±01425 01666 ±01016 21172 ±01581 21260
9 11778 ±01245 01858 ±01013 21637 ±01366 21072
东农 163 11 11670 ±01325 01770 ±01119 21441 ±01445 21169
Dongnong163 13 11358 ±01015 01612 ±01007 11971 ±01022 21217
15 11219 ±01031 01546 ±01011 11766 ±01415 21231
平均 average 11506 ±01208 01690 ±01033 21197 ±01366 21181
7 11445 ±01249 (96) ns 01645 ±01134 (97) ns 21089 ±01383 (96) ns 21242 ns
9 11021 ±01203 (57) 33 01484 ±01109 (57) 33 11505 ±01312 (57) 33 21110 ns
HS 821 11 11166 ±01159 (70) 33 01551 ±01071 (72) 33 11717 ±01230 (67) 33 21114 ns
13 11144 ±01100 (84) 3 01519 ±01045 (85) 3 11663 ±01145 (84) 3 21203 ns
15 01541 ±01230 (44) 33 01267 ±01066 (49) 33 01808 ±01295 (46) 33 21021 ns
平均 average 11063 ±01188 (71) 33 01493 ±01085 (71) 33 11556 ±01273 (71) 33 21138 ns
图 2 　大豆叶片中可溶性蛋白质含量变化
Fig. 2 　The change of soluble protein content
in soybean leaves
图 3 　大豆叶片中 MDA 含量变化
Fig. 3 　The change of MDA content in soybean leaves
原品种的含量略高 (图 3) , 说明原品种的膜脂过氧化
程度比突变体高。
21214 　SOD 比活力变化 　随着生育期的延长 ,原品种
和突变体叶片的 SOD 比活力总体上都呈上升趋势 ,但
突变体比原品种高 ,特别是在鼓粒盛期 (8 月 6 日到 8
月 16 日 ) ,突变体的抗氧化能力明显高于原品种
(图 4) 。
图 4 　大豆叶片中 SOD 比活力变化
Fig. 4 　Comparition of SOD activity in soybean leaves
21215 　脯氨酸含量变化 　突变体和原品种的脯氨酸
含量变化规律基本相同。7 月 6 日到 7 月 16 日 (R2～
R3 期) ,脯氨酸含量升高 ,7 月 16 日 ( R3 期) 开始迅速
下降 ,至 8 月 6 日 (R5 期) 降到最低 ,此后又继续升高。
R2～R6 期 (7 月 6 日到 8 月 16 日) 突变体叶片中的脯
氨酸含量始终明显高于原品种 (图 5) 。
图 5 　大豆叶片中脯氨酸含量变化
Fig. 5 　Comparition of proline content in soybean leaves
11　1 期 大豆叶绿素缺失突变体 HS 821 的农艺性状和生化特性
3 　讨论
目前已发现的叶绿素缺失突变体主要包括缺总叶
绿素型和缺叶绿素 b 型[15 ,16 ] 。本试验表明 ,突变体 HS
821 的叶片表现为黄化 ,是因为其叶绿素含量比原品
种低 ,但叶绿素 aΠb 比值并不表现出显著的变化 ,说明
叶绿素 a 与叶绿素 b 同时减少 ,因此 ,HS 821 是总叶绿
素缺陷型。虽然多数报道叶绿素突变体是受隐性单基
因控制[1 ,12 ] ,但有些突变体同时伴有其他农艺性状的
改变 , HS 821 就伴有矮化 (株高约为原品种的 1Π2) 、早
熟 (提前约 10d) 、抗虫等变异性状的出现。据报道 ,大
量的叶绿素突变基因遍及整个染色体组 ,Nilan[1 ] 认为 ,
约有 700 个位点对叶绿素突变起作用。郝再彬等[10 ]
经 NaN3 化学诱变获得的矮杆大豆突变体同时伴有叶
片小、叶柄短等农艺性状的变异 ,推测其上游基因发生
了点突变 ,导致数多性状同时变异。Vig[1 ] 研究表明 ,
叶绿素突变是由于诱变剂诱发染色体结构畸变 ,导致
控制叶绿素合成的主基因缺失所致。HS 821 的叶绿
素缺失突变是属于哪一种情况 ,这些基因的表达与植
物体内激素水平和激素种类的调控关系如何等 ,还有
待进一步研究。
MDA、SOD 和脯氨酸是反映植物衰老和抵抗逆境
的重要植物生物化学指标。通常细胞内产生的活性自
由基会受到植物体内产生的保护酶调节与控制 ,如
O -2 由 SOD 清除 ,H2O2 由 CAT和 POD 等清除。本试验
测定了大豆在 R2～R5 期的 MDA、脯氨酸和可溶性蛋
白质的含量及 SOD 活性变化。结果表明 ,进入 R4 期
后 ,两个材料叶片的 MDA 含量都表现为逐渐升高 ,表
明随着豆荚的成熟 ,膜脂过氧化产物含量逐渐升高 ,叶
片逐渐进入衰老。原品种叶片的 MDA 含量高于突变
体 ,而突变体的 SOD 比活力较原品种高 ,说明突变体
的抗氧化能力比原品种强。
突变体叶片蛋白质含量小于原品种 ,这显然与突
变体的叶绿素缺失导致光合能力弱 ,合成的光合产物
少有关。脯氨酸是植物体内最有效的渗透调节物质 ,
几乎所有的逆境 ,如干旱、低温、高温、盐、营养不良、病
害等都会造成植物体内脯氨酸的积累[11 ] 。本试验各
时期的测定结果显示 ,突变体叶片中的脯氨酸含量比
原品种高 ,表明突变体具有较好的抗逆性 ,其主要作用
可能与其能够保持膜结构的完整性有关[11 ] ,这与 MDA
含量的测定结果相吻合。突变体的脯氨酸含量高与其
蛋白含量少相对应 ,说明此时期突变体的蛋白质合成
代谢小于原品种 ,这可能与叶绿素缺失突变体的次生
代谢途径改变有关。某些次生代谢物的产生或含量增
加 ,也会增强植物的抗病能力[14 ] , HS 821 表现一定的
田间抗虫性是否与此有关 ,有待进一步证实。7 月 16
日到 8 月 6 日 (R3～R5 期) ,脯氨酸含量呈下降趋势 ,
可能与此时游离氨基酸不断转移 ,用于合成蛋白质 ,促
进籽粒成熟有关 ,因为 ,通常大豆在开花后 3 周内籽粒
积累营养物质最快[13 ] 。8 月 6 日 ( R5 期) 脯氨酸含量
升高 ,MDA 含量和 SOD 活性同时升高 ,而蛋白质含量
减少 ,表明此时蛋白质降解大于合成。
总之 ,虽然突变体 HS 821 的叶绿素部分缺失 ,但
在结荚期表现出较强的抗氧化能力 ,对该突变体的深
入研究 ,有助于进一步揭示大豆早熟与抗衰老的相互
作用机制。
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