全 文 ：园 艺 学 报 2014，41（6）：1133–1144 http: // www. ahs. ac. cn
Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao@126.com
收稿日期：2014–01–06；修回日期：2014–05–12
基金项目：国家重点基础研究发展计划（‘973’）项目（2012CB113900）；国家自然科学基金项目（31272180）；国家现代农业产业
技术体系专项资金项目（CARS-25）；农业部园艺作物遗传改良重点开放实验室项目
* 通信作者 Author for correspondence（E-mail：zhangyangyong@caas.cn）
甘蓝叶色黄化突变体YL-1的光合生理特性及其
叶绿体的超微结构
杨 冲，张扬勇*，方智远，刘玉梅，杨丽梅，庄 木，孙培田
（中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081）
摘 要：以甘蓝叶色黄化突变体‘YL-1’及其叶色正常近等基因系‘WT708’为试材，对比发现：‘YL-1’
从子叶期开始表现出叶色黄化现象，并一直持续整个生活周期，叶片小，植株矮小，可以结球，但生长
势和叶球显著小于‘WT708’，单球质量只有‘WT708’的 39.0%；光合色素含量显著降低；叶绿体数较
少，叶绿体内部基粒数少，基粒片层垛叠数少，基粒排列不整齐；‘YL-1’的 Fo、Fm、Fv /Fm、Fo′、Fv′/Fm′、
ФPSⅡ、QP、QN 和 ETR 均显著低于‘WT708’，说明光合色素含量的降低导致了 PSⅡ反应中心捕光能力和
光化学转化效率的降低。随着温度的降低，‘YL-1’与‘WT708’之间的光合色素含量差异逐渐加大。
关键词：甘蓝；黄化突变体；光合色素含量；超微结构；叶绿素荧光参数
中图分类号：S 635.1 文献标志码：A 文章编号：0513-353X（2014）06-1133-12

Photosynthetic Physiological Characteristics and Chloroplast Ultrastructure
of Yellow Leaf Mutant YL-1 in Cabbage
YANG Chong，ZHANG Yang-yong*，FANG Zhi-yuan，LIU Yu-mei，YANG Li-mei，ZHUANG Mu，
and SUN Pei-tian
（Institute of Vegetables and Flowers，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China）
Abstract：Yellow leaf cabbage mutant（‘YL-1’）and its near isogenic line‘WT708’were used to
compare their difference. Mutant‘YL-1’showed yellow leaf phenotype from cotyledon stage and existed
throughout the life cycle. Compared with‘WT708’，‘YL-1’had smaller leaves and less plant height. The
head height of‘YL-1’was 39.0% of‘WT708’. The photosynthetic pigment content in‘YL-1’leaves
was significantly lower than that in‘WT708’.‘YL-1’had fewer chloroplasts and base grains，less grana
lamellae stacked pile and irregular arrangement of base grains. The chlorophyll fluorescence parameters
Fo，Fm，Fo′，Fv/Fm，Fv′/Fm′，ФPSⅡ，QP，QN and ETR in‘YL-1’were significantly lower than those in
‘WT708’. Lower photosynthetic pigment content leads to the lower light-harvesting capacity and
photochemical conversion efficiency of the PSⅡreaction center. As temperature decreased，the difference
of photosynthetic pigment content between‘YL-1’and‘WT708’gradually increased.
Key words： Brassica oleracea L. var. capitata；chlorophyll-reduced mutant；photosynthetic pigment

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content；chloroplast ultra-structure；chlorophyll fluorescence parameter

叶色变异在植物界发生频率相对较高，突变来源广泛。植物叶色黄化突变体又称为叶绿素缺乏
突变体，往往是叶绿素的合成或降解被破坏所导致的。叶色突变一般发生在苗期，多数突变体在生
长后期出现阶段性返绿，也有部分在整个生育过程中一直保持突变叶色。叶色突变主要来源于自发
突变和人工诱导突变，目前已经在很多高等植物中发现了叶色黄化突变体，如玉米（Lonosky et al.，
2004）、大豆（Stoekinger & Walling，1994）、豌豆（Highkin et al.，1969）、烟草（Okabe et al.，1977）、
小麦（曹莉 等，2006）、大麦（Preiss & Thomber，1995）、拟南芥（Carol et al.，1999）、水稻（Jung
et al.，2003）、番茄（姚建刚 等，2010）和黄瓜（苗晗 等，2010）等，这些突变体主要用于叶绿素
合成、遗传、叶绿体超微结构和发育、色素蛋白复合体、光合生理等方面研究，黄化性状还可以作
为杂种优势利用中的标记性状（Zhao et al.，2000）。
本课题组 2010 年秋在从意大利引进的甘蓝杂交种 Hosom 的自交分离后代中发现了叶色黄化突
变体‘YL-1’，其田间表现为叶色黄化，植株矮小，长势慢，但其生理特性尚不清楚。本试验中以
‘YL-1’及其叶色正常近等基因系‘WT708’为材料，对其光合色素含量、光合参数、叶绿体超微
结构、叶绿素荧光参数、温度对突变体光合色素含量的影响方面进行了研究，并调查了成熟期的主
要农艺性状，以期为阐明甘蓝叶色黄化突变的机理和定位克隆叶色黄化相关基因提供依据。
1 材料与方法
1.1 材料
以本课题组发现的甘蓝（Brassica oleracea L. var. capitata）叶色黄化突变体（命名为‘YL-1’）
及其近等基因系‘WT708’为试材（图 1），将两份材料于 2012 年秋季、2013 年春季种植于中国农
业科学院蔬菜花卉研究所南圃场，进行光合生理特性、成熟期主要农艺性状等的测定或调查，每小
区 13 株，3 次重复。
1.2 方法
1.2.1 成熟期主要农艺性状调查
2012 年秋季，在‘YL-1’及‘WT708’成熟期对植株的外叶色、最大外叶长、最大外叶宽、株
高、开展度、球质量、球宽进行了测量，每个小区测量 5 株，3 次重复。
外叶色测定采用色差仪（CR-400，Minolta，JPN），测定相同叶位的成熟叶片，每片叶在主脉
两侧各测 3 个点，取平均值；每次测量 L*（明亮度指数，其幅度 0 ~ 100，数值越大表示越明亮）、
a*（红、绿色度指数，红为正值，绿为负值）、b*（黄、蓝色度指数，黄为正值，蓝为负值）3 个值。
用直尺测量最大外叶的叶长和叶宽，株高（植株地上部分的高度），开展度（植株外叶开展最宽处纵、
横两个方向），球宽（叶球横向最宽处），球高（叶球纵向最高处），取平均值。
1.2.2 光合色素含量的测定
光合色素含量测定采用 Arnon（1949）的方法，略有修改，2012 年秋季测定。植株播种后 28、
42、56 和 70 d，分别取样测定光合色素含量。各小区随机抽取 3 株，取突变体‘YL-1’及‘WT708’
相同叶位的成熟新鲜叶片，取样时间在上午 8：00—9：00 时。随机称取叶片 0.1 g，剪碎，装入 15
mL 带塞的玻璃试管中，加入 10 mL 的丙酮乙醇混合液（丙酮︰乙醇 = 1︰1），黑暗浸提 24 h，至组
织发白。将提取液（或稀释后）在 UV-1800 分光光度计（岛津）上测定 663、645 和 440 nm 波长的
6 期 杨 冲等：甘蓝叶色黄化突变体 YL-1 的光合生理特性及其叶绿体的超微结构 1135

OD 值，计算叶绿素 a（Chl.a）、叶绿素 b（Chl.b）、总叶绿素含量（Chl.）和类胡萝卜素含量（Car.）
（mg · L-1）。
1.2.3 光合作用参数测定
2013 年春季测定。在苗期、莲座期和结球期，即播种后 28、50、75 d，分别从‘YL-1’及‘WT708’
各自小区中选取长势一致的个体植株，以植株从上到下第 3 片叶片为测定材料。利用便携式气体交
换系统（LI-6400XT，LiCor Inc，Nebraska，USA）测定叶片的光合作用参数，采用 LED 红蓝光源，
设置光强 800 µmol · m-2 · s-1，叶室温度 20 ℃，CO2浓度恒定为 400 µmol · m-2 · s-1。计算得到净光合速率
（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、胞间 CO2浓度（Ci）等参数。测定时间在上午 9：00—11：00
时，晴朗无云。每个小区取 3 株测定，3 次重复，每株植株待读数稳定后分别读取 3 次，取平均值。
1.2.4 光响应曲线和叶绿素荧光参数的测定
2013 年 5 月，在结球期选取长势一致的植株相同叶位的成熟叶片测定光响应曲线和叶绿素荧光
参数。利用 LI-6400XT，使用 LED 红蓝光源，设置 11 个光合有效辐射梯度（PAR），叶室温度 20 ℃，
CO2 浓度恒定（400 µmol · m-2 · s-1）。测定时间在上午 9：00—11：00 时，晴朗无云。每个小区取 3
株测定，3 次重复。
测定叶绿素荧光参数前 1 d，将待测植株叶片黑暗处理约 16 h，并于第 2 天上午 7：00 时开始
测定，设置叶室温度 20 ℃，CO2 浓度恒定 400 µmol · m-2 · s-1。利用 LI-6400XT 测定 Fo 和 Fm，计算
Fv，然后在自然光下适应 30 min，待显示稳定后，测定 Fs、Fm′和 Fo′，计算 Fv、Fv′、暗适应下 PSⅡ
最大光化学效率（Fv/Fm）、光适应下 PSⅡ最大光化学效率（Fv′/Fm′）、光适应下 PSⅡ实际光化学效
率（ФPSⅡ）、光化学猝灭系数（QP）、非化学猝灭系数（QN）和非环式电子传递速率（ETR），所有
计算均根据 Demmig-Adams 和 Adams（1996）提出的方法。每个小区测定 2 株，3 次重复。
1.2.5 叶绿体超微结构的观察
2012 年秋季测定。分别取突变体‘YL-1’及‘WT708’在子叶期（播种后 15 d）、苗期（播种
后 28 d）、莲座期（播种后 50 d）和成熟期（播种后 75 d）的相同叶位叶片，参照 Lichtenthaler 等（1982）
的方法，并略有改动，将叶片中部避开叶脉处，取叶片，切成宽 1 mm，长 2 mm 的块状。每株取 7
个小块，放入装有 4%戊二醛溶液的 2 mL 离心管中，抽真空，在 4 ℃条件下固定 3 d。用 1%磷酸
缓冲液漂洗 4 次，放入 1%、pH 7.2 的锇酸中，4 ℃条件下固定 12 h，再用 1%磷酸缓冲液漂洗 3 次，
用乙醇逐级脱水后，进行环氧树脂浸透包埋，用超薄切片机切片（EM UC 6，Leica，DEU），经醋
酸双氧铀和柠檬酸铅对切片双重染色后，在透射电子显微镜（H-7500，Hitachi Limited，JPN）观察，
用扫描相机（832，Gatan，USA）拍照，观察叶绿体的超微结构。每个小区测定 1 株，3 次重复。
1.2.6 不同温度处理对 YL-1光合色素含量的影响
2013 年 7 月，将突变体‘YL-1’和‘WT708’分别播种在 MS 培养基（Murashige & Skoog，
1962）中，将培养瓶放在组培室（25 ℃）培养至子叶完全展开，放入不同温度的人工培养箱中。高
温 35 ℃/20 ℃；对照 25 ℃/15 ℃；低温 15 ℃/8 ℃，光照强度均为 400 µmol · m-2 · s-1，白天 16 h，
夜晚 8 h。每处理培养 15 株。培养 7 d 后开始取叶片，每隔 7 d 取 1 次，一共取 3 次，测定并计算
出 Chl.a、Chl.b、Chl.和 Car.等光合色素平均含量。分别计算‘YL-1’各光合色素含量较‘WT708’
降低的百分比。
1.2.7 数据统计分析
应用 Excel 2007 进行数据计算和作图，用 DPS 软件进行方差分析和差异显著性检验。光响应曲
线利用 Photosythesis 软件（LI-COR，USA）计算光补偿点（LCP）和光饱和点（LSP）。
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2 结果与分析
2.1 ‘YL-1’与‘WT708’成熟期主要农艺性状的差异
在成熟期对‘YL-1’与‘WT708’的主要农艺性状进行调查，结果发现叶色突变体‘YL-1’在
最大外叶长、最大外叶宽、株高、开展度、球质量、球高和球宽上显著低于‘WT708’（表 1），分
别低 22.90%、24.42%、30.39%、26.87%、61.01%、22.88%和 31.53%。成熟期突变体‘YL-1’的叶
色仍然黄化，可以结球，但单球质量只有‘WT708’的 39.0%（图 1）。

表 1 ‘YL-1’与‘WT708’成熟期主要农艺性状的比较
Table 1 Comparison of agronomic traits between the‘YL-1’and‘WT708’at heading stage
材料
Material
株高/cm
Plant height
开展度/cm
Plant expansion
球质量/kg
Head weight
球高/cm
Head height
球宽/cm
Head width
‘YL-1’ 21.30 ± 1.10 b 41.10 ± 1.41 b 0.62 ± 0.03 b 12.34 ± 1.44 b 11.16 ± 0.32 b
‘WT708’ 30.60 ± 0.89 a 56.20 ± 2.59 a 1.59 ± 0.20 a 16.00 ± 0.79 a 16.30 ± 1.32 a
外叶色 Leaf color 材料
Material
最大外叶长/cm
Length of max. leaf
最大外叶宽/cm
Width of max. leaf L* a* b*
‘YL-1’ 20.20 ± 1.04 b 22.90 ± 1.34 b 51.66 ± 1.89 a –12.27 ± 1.34 a 23.64 ± 1.84 a
‘WT708’ 26.20 ± 0.84 a 30.30 ± 3.42 a 46.50 ± 1.91 b –11.50 ± 1.20 b 18.73 ± 2.23 b
注：L*：0 ~ 100，表示从暗到亮；a*：–a*表示绿色，+ a*表示红色；b*：–b*表示蓝色，+ b*表示黄色。表中数据为平均值 ± 标准误，
不同字母表示突变体‘YL-1’和‘WT708’之间存在显著差异（P < 0.05）。下表同。
Note：L：0–100，represents from dark to light；a*：–a* represents green，+ a* represents red；b*：–b* represents blue，+ b* represents yellow.
Values are means ± S.E. Means followed by the different letters indicate the significant differences between the mutant and the reference the altitudes
at P < 0.05. The same below.


图 1 ‘YL-1’与‘WT708’不同生长时期的性状对比
Fig. 1 Agronomic traits comparison between‘YL-1’and‘WT708’in different growth stages

2.2 ‘YL-1’与‘WT708’光合色素含量的比较
测定结果表明，在整个生育期叶色黄化突变体‘YL-1’的叶绿素 a、叶绿素 b、叶绿素总含量
和类胡萝卜素始终显著低于‘WT708’（图 2）。播种后 28、42、56 和 70 d，突变体‘YL-1’的叶绿
6 期 杨 冲等：甘蓝叶色黄化突变体 YL-1 的光合生理特性及其叶绿体的超微结构 1137

素 a 含量比‘WT708’低 46.12%、36.63%、28.83%和 36.77%；叶绿素 b 分别低 39.42%、31.63%、
31.68%和 34.28%；叶绿素总含量分别低 41.68%、34.13%、30.25%和 35.53%；类胡萝卜素含量低
25.36%、35.00%、32.72%和 34.97%，表明该突变体是总叶绿素缺乏突变体，光合色素含量均比
‘WT708’低约 30%。
在整个发育过程中，‘YL-1’叶绿素 a 与叶绿素 b 的比值（Chl.a/Chl.b）与‘WT708’无明显差
异。总叶绿素与类胡萝卜素比值（Chl./Car.）在播种后 28 d 时显著低于‘WT708’，之后二者无差异，
维持在 4.0 左右。

图 2 突变体‘YL-1’与‘WT708’不同时期光合色素含量及相对比值
Fig. 2 The content and relative ratio of various photosynthetic pigments in leaves of mutant‘YL-1’and‘WT708’at different stages

2.3 ‘YL-1’与‘WT708’的光合作用参数的差异
由表 2 可以看出，‘YL-1’在苗期（播种后 28 d）、莲座期（播种后 50 d）和结球期（播种后 75
d），净光合速率（Pn）均显著低于‘WT708’，分别低 39.47%、23.45%和 25.10%，在苗期差异最大；
气孔导度（Gs）与‘WT708’之间没有明显差异；胞间CO2浓度（Ci）在苗期和莲座期显著高于‘WT708’；
蒸腾速率（Tr）在苗期显著低于‘WT708’，之后无明显差异。由测定结果可以看出，‘YL-1’与‘WT708’
的各光合参数差异在苗期最大，随着不断生长，突变体恢复了部分光合能力，但与‘WT708’的光
合能力仍有显著差异。
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图 3 ‘YL-1’与‘WT708’结球期叶片的光响应曲线
Fig. 3 Light-response curves（Pn–PAR）of‘YL-1’and
‘WT708’at heading stage
表 2 不同生长时期突变体‘YL-1’与‘WT708’叶片的光合指标参数
Table 2 Photosynthesis indexes of mutant‘YL-1’and‘WT708’in the different growth stages
时期
Period
材料
Material
净光合速率 /
（µmol · m-2 · s-1）
（Pn）
气孔导度/
（mol · m-2 · s-1 ）
Gs
胞间 CO2 浓度/
（µmol · mol-1 ）
Ci
蒸腾速率/
（mmol · m-2 · s-1 ）
Tr
‘YL-1’ 9.91 ± 3.03 b 0.41 ± 0.005 a 350.46 ± 4.34 a 3.11 ± 0.05 b 苗期
Seedling stage ‘WT708’ 16.37 ± 0.77 a 0.44 ± 0.003 a 319.18 ± 8.15 b 3.82 ± 0.53 a
‘YL-1’ 16.54 ± 1.64 b 0.21 ± 0.001 a 242.85 ± 14.39 a 7.92 ± 5.62 a 莲座期
Rosette stage ‘WT708’ 21.60 ± 3.74 a 0.29 ± 0.088 a 225.66 ± 47.43 b 9.05 ± 1.46 a
结球期 ‘YL-1’ 15.56 ± 3.09 b 0.30 ± 0.005 a 297.59 ± 18.97 a 4.99 ± 0.90 a
Heading stage ‘WT708’ 20.77 ± 1.58 a 0.31 ± 0.001 a 271.21 ± 9.39 b 4.81 ± 0.15 a

2.4 ‘YL-1’与‘WT708’的光响应曲线和叶绿素荧光参数
由图 3 可见，在恒定的 CO2 浓度和一定光
照范围，‘YL-1’和‘WT708’的净光合速率
呈上升趋势，当光强高于 1 000 µmol · m-2 · s-1
时，2 份材料的净光合速率升高速度均放缓，
‘YL-1’始终显著低于‘WT708’。经过
Photosythesis 软件计算和 DPS 方差分析，
‘YL-1’的光饱和点和光补偿点（1 372.8 和
64.5 µmol ·m-2 · s-1）显著高于‘WT708’（1 270.1
和 46.9 µmol · m-2 · s-1）。由此表明‘YL-1’对
光强的依赖性高于‘WT708’，同等光强条件
下‘WT708’对光能的利用效率更高。
结球期测定叶绿素荧光参数的结果（表 3）
表明，‘YL-1’显著低于‘WT708’。Fo 数值与
叶绿素浓度有关；Fm 低表明 PSⅡ电子传递受
到一定的影响；Fo′是 PSⅡ在光下完全开放时的荧光产量（Roháček & Barták，1999；赵会杰 等，2000）。
‘YL-1’的 Fo、Fm和 Fo′的显著降低与其叶片叶绿素含量显著降低的情况一致。

表 3 突变体‘YL-1’与‘WT708’叶绿素荧光动力学参数
Table 3 The chlorophyll fluorescence kinetics parameters between mutant‘YL-1’and‘WT708’
材料 Material Fo Fm Fo′ Fv/Fm Fv′/Fm′
‘YL-1’ 126.79 ± 10.31 b 662.14 ± 71.67 b 137.68 ± 8.94 b 0.78 ± 0.04 b 0.58 ± 0.03 b
‘WT708’ 143.48 ± 15.21 a 762.13 ± 72.93 a 153.38 ± 4.47 a 0.84 ± 0.01 a 0.65 ± 0.02 a
材料 Material ФPSⅡ QP QN ETR
‘YL-1’ 0.40 ± 0.02 b 0.69 ± 0.01 b 2.39 ± 0.18 b 200.56 ± 12.42 b
‘WT708’ 0.47 ± 0.03 a 0.72 ± 0.02 a 2.91 ± 0.18 a 239.62 ± 13.53 a

Fv/Fm 是 PSⅡ反应中心暗反应下最大光化学量子产量，一般比较恒定，在 0.80 ~ 0.85 之间
（Björkman & Demmig，1987）。表 2 中‘YL-1’的 Fv/Fm、Fv′/Fm′和 ФPSⅡ降低表明 PSⅡ反应中心
激发能和光能捕获效率降低，这也进一步验证了光响应曲线的结果。叶绿素荧光猝灭是叶绿体耗散
能量的一种途径，包括光化学猝灭（QP）和非光化学猝灭（QN）（Roháček & Barták，1999；赵会杰
等，2000）。‘YL-1’的 QP 和 QN 的显著降低表明其光化学转化效率和热耗散均显著低于‘WT708’。
ETR 是非环式电子传递速率，‘YL-1’的 ETR 显著低于‘WT708’，说明‘YL-1’的表观电子传递
效率降低，不利于光能利用，这与其光合速率降低的结果一致。
6 期 杨 冲等：甘蓝叶色黄化突变体 YL-1 的光合生理特性及其叶绿体的超微结构 1139

2.5 ‘YL-1’与‘WT708’叶绿体超微结构比较
从图 4 中可以看出，‘WT708’苗期叶绿体紧贴细胞壁分布，叶绿体数多，发育得较为成熟，
呈卵圆形或梭形，可以清晰地看到叶绿体中的基粒和基质片层（图 4，A28 d），‘YL-1’苗期部分细
胞为不正常细胞，细胞为圆形，叶绿体游离分布在细胞内，呈圆形，虽然能看到片层结构，但片层
数明显少（图 4，B28 d）。在莲座期，‘WT708’叶绿体发育良好，类囊体膜片层系统由基粒片层和
基质片层两部分组成，基质类囊体和基粒内囊体高度分化，基粒垛叠层数较多，规律分布，有淀粉
粒（图 4，A50 d）；与‘WT708’相比，‘YL-1’叶绿体中虽然能看到基粒与基质片层结构，但基粒
数量少，基粒片层数少，基粒排列不整齐，无淀粉粒（图 4，B50 d）；在结球期‘WT708’叶绿体与
前期比较，淀粉粒变大，基粒与基质片层无明显变化（图 4，A75 d），而‘YL-1’叶绿体中基粒排列
整齐，基粒数量增加，基粒片层数增加，有淀粉粒，但与‘WT708’仍有差距（图 4，B75 d）。


图 4 ‘WT708’与‘YL-1’叶绿体超微结构
A：‘WT708’；B：‘YL-1’；GL：基粒片层；SL：基质片层：S：淀粉粒。
Fig. 4 Ultrastructure of chloroplast in‘WT708’and‘YL-1’
A；‘WT708’；B：‘YL-1’；GL：Grana lamellae；SL：Stroma lamellae；S：Starch grains.

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2.6 不同温度处理对‘YL-1’光合色素含量的影响
比较 3 个温度下‘YL-1’光合色素含量与‘WT708’的差异（图 5），在相同培养时期‘YL-1’
3 种色素的降低百分率值均是在低温时最大，高温时最小。由此说明温度越低，‘YL-1’与‘WT708’
的光合色素含量差异越大，对低温更敏感。根据观察，‘YL-1’与‘WT708’在子叶刚长出来时叶
色差异不明显，‘YL-1’不表现黄化现象，随着子叶不断生长，差异逐渐显现，真叶长出时差异增
大。相同温度下，不同时期的‘YL-1’降低百分率值均在播种后 14 d 时最大，说明‘YL-1’在子
叶展开后表现出光合色素缺乏，随着不断生长，缺乏逐步加剧，在播种后 14 d 时最大，然后随着真
叶不断生长，叶绿素的缺乏略有恢复。
同一时期同一温度下，类胡萝卜素降低百分率值小于叶绿素（图 5），由此说明‘YL-1’中的叶
绿素缺乏程度比类胡萝卜素大。


图 5 不同温度下突变体‘YL-1’与‘WT708’的光合色素含量的差异变化
Fig. 5 Decrement rate of the photosynthetic pigments content between mutant‘YL-1’and‘WT708’under different temperatures
3 讨论
3.1 叶色黄化突变体‘YL-1’叶绿素含量变化及其与叶绿素超微结构的关系
前人研究表明，叶色变异与叶绿素含量和叶绿体结构有直接关系（Falble et al.，1996；赵云 等，
2003；苗晗 等，2010；张立科 等，2010）。本试验中，叶色黄化突变体在整个生长发育过程中叶绿
6 期 杨 冲等：甘蓝叶色黄化突变体 YL-1 的光合生理特性及其叶绿体的超微结构 1141

素 a 和 b 含量均大幅度降低，为总叶绿素缺失型，在生长后期，突变体‘YL-1’叶绿素含量得到部
分恢复，但仍明显小于‘WT708’，这与观察到的生长势变化、叶绿体超微结构变化趋势一致。在
苗期和莲座期，‘YL-1’的叶绿体基粒数量少，基粒片层数少，基粒排列不整齐；但在成熟期‘YL-1’
细胞叶绿体中基粒排列整齐，基粒数量增加，基粒片层数增加，不过与‘WT708’仍有明显差距。
此外，大量研究表明，几乎所有的叶绿素突变体的叶绿体结构都有不同程度的改变（Simpson & Von
Wettstein，1989；Austin & Webber，2005）。透射电子显微镜观察显示本试验中‘YL-1’细胞中发育
正常的叶绿体数较野生型略少，还有部分叶绿体形状呈不正常圆形。
高等植物叶绿素合成途径为：谷氨酸（Glu）→ σ–氨基酮戊酸（ALA）→ 胆色素原（PBG）
→ 尿卟啉原Ⅲ（Urogen Ⅲ）→ 粪卟啉原Ⅲ（Coprogen Ⅲ）→ 原卟啉Ⅸ（ProtoⅨ）→ 原叶绿素
酸酯（Pchlide）→ 叶绿素酸酯（Chlide）→ Chl.a → Chl.b（Von Wettstein et al.，1995）。Wu 等（2007）
对水稻叶色突变体 ygl1 的研究中发现，苗期叶片 Chl.a/Chl.b 为 8.0，后期降低至正常比值范围，揭
示了黄化的原因是由于突变体的叶绿素合成酶基因 ygl1（表达产物催化 Chl.a 转化为 Chl.b）的 cDNA
编码区上发生单碱基突变。而崔海瑞等（2001）研究的水稻黄化突变体 W1 黄化的原因是叶绿素合
成受阻，受阻部位发生在由 PBG 到 Urogen Ⅲ的过程中。但本试验中叶色黄化突变体‘YL-1’的
Chl.a/Chl.b 在整个生长发育过程中始终保持在正常比值范围内，参考已报道的叶绿素合成途径，推
测‘YL-1’从叶绿素 a 到叶绿素 b 的转化过程正常，造成黄化的原因应在叶绿素 a 合成之前的某个
途径中，作者曾设计引物扩增叶绿素合成酶基因，进行测序比对发现‘YL-1’与‘WT708’间无差
异。Jilani 等（1996）发现乙酰丙酸可以通过影响叶绿素合成间接抑制类胡萝卜素合成。本试验中叶
色黄化突变体在不同生长阶段叶绿素含量的变化幅度比类胡萝卜素大；相同温度下叶绿素的缺乏程
度比类胡萝卜素大。根据本试验结果以及 Jilani 等（1996）的结论，推测甘蓝突变体‘YL-1’的叶
色黄化是由于叶绿素合成受阻造成的，类胡萝卜素含量的降低只是由于叶绿素降低导致的。
3.2 叶色黄化突变体‘YL-1’光合参数和叶绿素荧光参数的变化趋势
叶绿体的数量和发育情况会影响叶绿素的含量和植物的光合作用，光合色素主要集中在叶绿体
基粒中，在整个生长周期，突变体‘YL-1’净光合速率均显著低于正常对照。突变体‘YL-1’的
LSP 和 LCP 明显高于对照，表明‘YL-1’光强的依赖性高于正常对照。叶绿素荧光变化在光合作用
过程中与对光能的吸收、传递、耗散和分配等反应紧密联系，突变体光合作用中的变化可以通过叶
绿素荧光测定以某些荧光参数变化反映出来。本研究中，突变体‘YL-1’成熟叶片中的 Fo、Fm 和
Fo′显著低于正常对照，这与叶绿素含量显著降低的情况一致，与曹莉等（2006）对小麦黄化突变体
的研究和肖华贵等（2013）对甘蓝型油菜黄化突变体的研究结果相同。Fv/Fm 变化代表了 PSⅡ反应
中心光化学效率的变化，是光能利用效率的一个重要指标（Roháček & Barták，1999；赵会杰 等，
2000）。已有的研究表明，有的突变体 Fv/Fm高于野生型，如小麦黄绿和绿黄突变（曹莉 等，2006）、
水稻黄化突变（王聪田 等，2007）、白菜黄化突变（郭士伟 等，2003）、大麦黄化突变（谭新星和
许大全，1996），还有的突变体 Fv/Fm低于野生型，如小麦金黄突变（曹莉 等，2006）、甘蓝型油菜
黄化突变（肖华贵 等，2013）。在本研究中‘YL-1’的 Fv/Fm及 Fv′/Fm′显著降低，表明随着叶绿素
含量降低到一定范围时，突变体的光化学效率显著降低，这与‘YL-1’更依赖于光强的结果相吻合。
本研究中‘YL-1’的 ФPSⅡ和 ETR 显著降低，表明叶绿素含量减少比叶绿素含量较多时 PSⅡ反应中
心光能捕获效率较低，表观电子传递效率降低，不利于光能利用，导致光合速率降低；其 QP和 QN
显著降低，推测突变体由于捕光效率低，吸收的光能较少地用于热耗散，这与甘蓝型油菜（肖华贵 等，
2013）、小麦（曹莉 等，2006）等作物相关黄化突变体的变化趋势相同。
1142 园 艺 学 报 41 卷
3.3 温度对叶色黄化突变体‘YL-1’光合色素含量的影响
苗晗等（2010）对黄瓜叶色突变体的研究中发现，在低温下突变体呈明显金黄色，高温下可很
快恢复绿色。崔海瑞等（2001）对水稻突变体 W1 的研究表明，突变体对低温敏感，在低温下叶片
表现白化。本试验中不同温度处理下的突变体随着温度的降低，与正常对照之间的光合色素含量差
异逐渐加大，随着温度升高，虽然叶片恢复部分绿色，但也与正常对照差异明显，说明‘YL-1’的
叶色黄化也受到温度的影响，低温加剧了叶绿素的缺乏。本试验中突变体‘YL-1’的各光合色素在
播种后 70 d 时又下降，这与光合色素在之前逐渐增加的趋势不符，是因为本试验中播种后 70 d 是
10 月中旬（最高温 18 ℃，最低温 5 ℃），而‘YL-1’对低温又很敏感，推测由于此时低温使得各光
合色素含量反而下降，这与不同温度处理试验得出的结论一致。虽然随着温度的升高，‘YL-1’叶
色黄化程度、叶绿素含量减少有所减轻，但始终无法恢复到正常叶色。
3.4 叶色黄化突变体‘YL-1’的应用价值
叶色突变体种类繁多，在很多高等植物中都有发现（Carol et al.，1999；Jung et al.，2003；Lonosky
et al.，2004）。有一些叶色黄色的突变体因为其光合能力比较差和表型不稳定，不能应用于生产实践，
如水稻（Terao et al.，1985；Hsu & Lee，1995）。还有一些叶色黄化突变体的表型稳定，可以作为标
记性状在杂种优势利用中应用。Zhao 等（2000）将甘蓝型油菜黄化突变体苗期标记性状引入雄性不
育系，突变体显现出同样优越的配合力，表明该黄化突变性状可以作为一个标记应用于杂交育种中。
虽然本试验中的‘YL-1’叶色黄化明显，且影响到生长势和叶球大小，但‘YL-1’和正常对照‘WT708’
与相同父本配置杂交组合（‘YL-1’ב2209’，‘WT708’ב2209’），经观察显示它们分别得到的
F1 之间的生长势无明显差异。在有明显杂交优势的前提下，可以利用其叶色黄化的特点作为良种繁
育后代纯度鉴定的苗期标记性状，提高田间纯度鉴定的准确性和效率，且由于不存在转基因安全性
问题，‘YL-1’可以直接用于常规育种。

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关于申报 2014 年度“华耐园艺科技奖”的通知

为了加快园艺科技的发展，促进科研与生产的紧密衔接，中国园艺学会和北京华耐农业发展有限公司联合设立
“华耐园艺科技奖”，经科技部国家科学技术奖励工作办公室批准，对在国内园艺科技领域做出突出贡献的科研成
果进行奖励，由中国园艺学会具体承办。经 2014 年 4 月 2 日第十二届一次常务理事会研究决定，对 2014 年华耐园
艺科技奖管理办法进行了调整，奖励名额 8 个（果树、蔬菜专业各 3 个，西甜瓜和观赏园艺专业各 1 个，奖金 5 万
元；特等奖 1 个，奖金 10 万元；可空缺）。现将有关事宜通知如下：
一、奖励范围：
华耐园艺科技奖奖励在全国园艺作物的种质资源、育种、生物技术、栽培、病虫害防治、贮藏加工等科学研究、
技术推广中取得突出成绩的科研成果。
二、申报条件：
1. 属于华耐园艺科技奖奖励范围的科研成果。2. 不存在成果权属、完成单位、完成人等方面的争议。3. 尚未
获得国家、省部级科技奖励的科研成果。
三、申报要求：
1. 由成果完成单位自愿申请，填写华耐园艺科技奖申请表（http://cshs.org.cn），提供必要的成果奖励证明或评
价材料，经所在工作单位领导同意推荐并加盖公章、2 名正高级专业技术职务同行专家（其中有 1 名外单位的专家）
联名推荐上报。
2. 将申请表的纸质材料一式两份邮寄至中国园艺学会办公室，同时将电子版发至中国园艺学会邮箱（cshs@caas.cn）。
邮件封面请写华耐园艺科技奖申报材料字样。
3. 申报截止时间 2014 年 8 月 31 日止（以邮戳为准），过期不予受理。
四、联系方式：
受理单位：中国园艺学会华耐园艺科技奖办公室
联系人：蒋淑芝，电话：010-82109526；张彦，电话：010-82109528
通讯地址：北京中关村南大街 12 号 中国农业科学院蔬菜花卉研究所（邮编 100081）
电子邮箱：cshs@caas.cn
网 址：http://cshs.org.cn
具体详情请查阅中国园艺学会网站
中国园艺学会
2014 年 5 月 20 日