刘会芳，韩宏伟，王 强，庄红梅，王 浩

(新疆农业科学院园艺作物研究所，乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】哈密瓜(Cucumismelovar. saccharinus)是新疆的特色优势作物。哈密瓜是喜光、温作物，设施栽培的哈密瓜，因光照时间缩短、光照强度减弱，光合效率降低，导致果实中糖分积累减少，造成品质下降[1]。研究哈密瓜光合作用调控机制，培育高光效、耐弱光品种是提高设施哈密瓜品质的关键。植物叶片颜色突变通常是叶绿体发育异常或叶绿素代谢途径发生基因突变引起的。叶色突变体不仅可以作为形态学标记，简化良种繁育过程中杂交种子纯度鉴定工作[2]，还是开展植物光合作用机制、光形态建成、叶绿体结构与功能等基础研究的理想材料，对植物基因功能鉴定、互作机制、表达调控等研究也具有重要的科学价值。【前人研究进展】近年来，有利用水稻[3-4]、玉米[5]、甘蓝型油菜[6-7]、薄皮甜瓜[8]等多种作物的叶色突变体材料开展了突变的农艺性状、生理及分子机制的研究。【本研究切入点】针对快速叶绿素荧光诱导动力学特性研究，瓜类中黄瓜有过研究，但哈密瓜未见报道。哈密瓜突变体的相关研究也未见报道。研究哈密瓜叶色黄绿突变体Cmygl-1快速叶绿素荧光诱导动力学特性。【拟解决的关键问题】以1个哈密瓜叶片颜色黄化自然突变体Cmygl-1为材料，前期试验中对其光合气体交换参数测定发现，在弱光与低浓度CO2环境中，突变体有较高的净光合速率。研究哈密瓜叶色黄化突变的光合机理，为设施哈密瓜高光效品种改良提供支持。

1 材料与方法

1.1 材 料

以从新疆哈密瓜地方品种炮台红的高代自交系中获得的叶色黄绿自然突变体(Cmygl-1)(MT)及其叶色正常的野生型近等基因系(WT)为材料。均由新疆农业科学院园艺作物研究所蔬菜栽培课题组提供。

1.2 方 法

分别播种突变体(Cmygl-1)(MT)及其叶色正常的野生型(WT)各30株，相同管理，待其生长至两叶一心，选择完好的功能叶片测定快速叶绿素荧光诱导动力学曲线，每个品种重复5株。

快速叶绿素 a 荧光诱导曲线测量采用便携式植物效率分析仪 M-PEA(Hansatech，英国)。所有叶片测定前均暗适应20 min。根据 Strasser 等(2000)[9]的方法计算以下荧光参数：Mo、Sm、ABS/RC、TRo/RC、ETo/RC、DIo/RC、φPo、ψo、φEo、φRo、φDo、RC/CSo 、ABS/CSo、TRo/CSo、ETo/CSo、DIo/CSo、PI(abs)、VJ。数据处理采用Microsoft Excel 2003，作图采用Origin75和Microsoft Excel 2003。

2 结果与分析

2.1 突变体快速叶绿素荧光诱导动力学曲线

研究表明，突变体叶片的O-J-I-P曲线形状发生了变化，Fm大幅降低且到达所需时间较短，曲线整体较为平缓，拐点不明显。且突变体叶片荧光产额整体低于野生型，初始荧光Fo和最大荧光Fm均显著小于野生型植株，产额分别相差1 751.6、19 664。突变体的光合机构已经破坏。图1～3

研究表明，突变体及野生型植株叶片的O-P标准化曲线，标准化公式是相对荧光值F=(Ft-Fmin)/(Fmax-Fmin)。标准化后的突变体O-P曲线整体抬高，J点和I点均高于野生型，O点和P点重合。

ΔVt是将突变体相对可变荧光VJ，野生型相减所得，反映ΔK-(300 μs)、ΔJ-(2 ms)和ΔI-( 30 ms)band 的值。ΔK-band、ΔJ-band、ΔI-band均大于0，突变体的放氧复合体(OEC)有一定程度的破坏，失去活性导致QA-有大量积累，同时ΔI-band > 0，QB2-合成减少，分析得出QA 与QB 之间的电子传递受到严重抑制，PSII受体侧已经破坏。WK是将突变体快速荧光曲线标准化后所得到的曲线，标准化公式是WK=(Ft-Fo)/(FJ-Fo)，ΔWK=WK，突变体-WK，野生型，反映ΔL-(130 μs)band的值。ΔL-band略大于0，且K点不太明显，PSII复合物之间连接紧密度降低，导致能量传递的畅通性降低。图4

2.2 突变体叶片JIP-test参数

研究表明，突变体叶片的Ψo、φpo、φEo、φRo、PI(abs)均小于野生型，φDo相反。单位面积内的能量传递和变化情况显示，突变体叶片的ABS/CSo、TRo/CSo、ETo/CSo、RC/CSo均小于野生型，DIo/CSo相反。突变体叶片的ETo/RC小于野生型，TRo/RC与野生型相等，ABS/RC、DIo/RC均大于野生型。突变体反应中心能够吸收较多光能，但电子传递能力不够，最终只能通过增加热耗散的能量份额，降低过多能量对反应中心的损害。图5

3 讨 论

正常条件下，有活性的PSII捕获光能，通过电子传递和耦联的光合磷酸化形成同化力，推动碳同化反应[10]。试验中的野生型哈密瓜叶片O-J-I-P曲线，曲线有典型的 O、J、I、P 4个拐点，但突变体对应曲线J- I- P三相间的曲线已经趋于水平，拐点不明显，标准化后的曲线相对野生型 J、I 2点抬高，O、P点重合，且出现了阳性的K- band和L- band。有研究表明，J点的抬高意味着 QA处电子传递效率下降[11-12]，且J-I相的升高可能是由于 PSII活性反应中心数量减少，也可能是由于活性 PQ分子的相对数量减少[13]。Strasser[14-15]等的研究显示，K- band可以反映线性电子传递链供体侧OEC的受损程度和 PSII供体侧的电子传递能力；而L-band可以反映PSII各组分的连通性。对相对可变荧光ΔVt曲线和ΔWk曲线分析可知，突变体 K- band(0.311 4)、L- band(0.116 9)均大于0，且初始荧光和最大荧光均显著小于野生型，说明突变体的供体侧放氧复合体和受体侧均有一定程度的损坏，PSII复合物之间连接不够紧密，电子传递能力减弱，导致QA-大量积累。

Ψo、φEo、φRo、φDo等参数是表示植物能量分配的荧光参数。试验突变体材料中，Ψo、φRo、φEo均大幅减少，为了消耗过多的激活的激子，热耗散的比率(φDo)增加。 ABS/CSo、TRo/CSo、ETo/CSo、DIo/CSo在一定程度下反映了在 QA 可还原的状态时单位 PSII的活性。分析可知，突变体材料中 PSII的活性降低，单位面积吸收、捕获和用于电子传递链中的光能(ABS/CSo、TRo/CSo、ETo/CSo)均降低，热耗散(DIo/CSo)增加。其中RC/CSo数值的降低会导致反应中心循环次数增加。 ETo/ RC、 TRo/ RC、 ABS/ RC、 DIo/ RC反映了单位反应中心能量分配比率，突变体材料单位PSII吸收的能量2倍于野生型，但捕获的能量于野生型相等， 用于电子传递的能量比率约占野生型30，而热耗散的比率则6倍于野生型。在这里引入2个概念，捕获的光能占吸收光能的比率( TRo/ ABS)和 QA-处的电子转运效率( ETo/ TRo)， 突变体与野生型分别是0.381、0.784和0.133、0.486，突变体对应值的降低，说明 PSII的光能利用率以及电子经过 QA的速率降低， 最终导致φ Ro、 PI( abs)均下降。

4 结 论

突变体材料的ABS/RC增加而ABS/CSo降低，PSII反应中心数量减少。TRo/RC与野生型相同而ETo/RC降低，反应活性也大幅降低，相对可变荧光ΔVt曲线和ΔWk曲线也证实了这一点。结合ΔL-band略大于0，且K点不太明显，得出电子传递效率低的主要原因应是反应中心数量的剧烈减少。反应中心虽能吸收较多能量，但能够捕获的很少，能够传递到电子传递链中的更少，其余均通过热耗散形式散失了。最终导致PSII最大光化学效率φRo和综合性能指数PI(abs)降低。光合作用从类囊体膜上的叶绿素吸收光能开始，捕光色素蛋白质复合物将捕获光能，并将电子迅速传递给PSII反应中心。