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(guān)關(guān)系，以甲基磺酸乙酯（EMS）誘變構(gòu)建的7個(gè)胡蘿卜不同葉色突變體為材料，利用色差儀和分光光度計(jì)測(cè)定和分析突變體葉片的葉色參數(shù)（L*、a*、b*）和葉綠素、類胡蘿卜素、花色素苷含量。結(jié)果表明，胡蘿卜不同葉色突變體的葉色參數(shù)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(fù)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?cè)~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(shù)與葉綠素、類胡蘿卜素和花色素苷含量的相關(guān)性分析結(jié)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(guān)，黃葉突變體的葉綠素含量與色相值b*呈顯著相關(guān)，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(guān)。胡蘿卜葉片突變體的色相值a*與肉質(zhì)根的色相值a*和b*分別呈極顯著和顯著正相關(guān)。

關(guān)鍵詞：胡蘿卜;突變體;葉色參數(shù);色素含量;相關(guān)性分析

中圖分類號(hào)：S631.201文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2022）04-0100-05

收稿日期：2021-04-29

基金項(xiàng)目：山西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號(hào)：201903D221063）;國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：31601751）;山西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（編號(hào)：201703D211001-04-01）;山西農(nóng)業(yè)大學(xué)科技創(chuàng)新基金（編號(hào)：2016ZZ02）;山西省高等學(xué)校科技創(chuàng)新項(xiàng)目（編號(hào)：2019L0378）。

作者簡(jiǎn)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(shù)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(shù)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(xiàn)出來(lái)的結(jié)果[1]。葉色突變通常被認(rèn)為是葉綠素缺陷突變，在自然界中發(fā)生頻率較高且人工誘變也很容易獲得，是辨識(shí)度很高的突變類型[2]。一些研究認(rèn)為葉色突變體致使光合能力下降，植株長(zhǎng)勢(shì)減弱[2]。由于葉綠素含量降低通常使植物的產(chǎn)量和品質(zhì)下降，過(guò)去認(rèn)為葉色突變對(duì)植物生產(chǎn)沒(méi)有實(shí)際意義，往往被剔除掉。但葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素，主要儲(chǔ)存于葉綠體中，因此是研究植物光合作用機(jī)制[3]、葉綠素代謝[4]、葉綠體結(jié)構(gòu)和功能[5]的理想材料。同時(shí)，葉色突變體也可作為雜交種純度鑒定的標(biāo)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(lán)[14]等植物上進(jìn)行了葉色突變體研究。

本試驗(yàn)以甲基磺酸乙酯（EMS）誘變構(gòu)建的胡蘿卜突變體庫(kù)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(duì)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(jìn)行比較，分析這些色素含量和葉色及根色的相關(guān)關(guān)系，以期為胡蘿卜葉色變化的分子機(jī)制研究提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)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(lái)源于EMS誘變胡蘿卜自交系“17005”構(gòu)建的胡蘿卜突變體庫(kù)，突變性狀表現(xiàn)穩(wěn)定。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)時(shí)間為2019年3—9月，試驗(yàn)地點(diǎn)位于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝站（112.55°E，37.68°N）。

試驗(yàn)方法：對(duì)胡蘿卜野生型及7個(gè)突變體品系的葉片色素含量和色差進(jìn)行測(cè)定。

葉片色度的測(cè)定參照黃可等的方法[15]。使用日本產(chǎn)Konica Minolta CR-10型色差儀，在光源D65、觀察角10°條件下測(cè)定不同突變體的葉色參數(shù)，每個(gè)突變體選取長(zhǎng)勢(shì)、顏色相近的葉片，每張葉片重復(fù)測(cè)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(lán)變化，取值范圍為-128～127，葉片的b*值增加，葉片藍(lán)色減弱，黃色增強(qiáng)[16]。

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

1.3 數(shù)據(jù)分析

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

2 結(jié)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(shù)是利用色差計(jì)來(lái)定量表征色澤在三維空間中變化的變量值，7個(gè)葉色突變體的相關(guān)指標(biāo)如圖2所示。在7個(gè)葉色突變體中，葉片亮度變化規(guī)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(biāo)a*表示從綠到紅的變化，不同葉色突變體呈現(xiàn)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(dá)到顯著水平（P<0.05）。色差指標(biāo)b*表示從藍(lán)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(dá)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(dá)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?cè)~綠素含量和類胡蘿卜素含量最高，分別達(dá)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?cè)~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(dá)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(dá)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(shù)的相關(guān)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(guān)，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(guān);淺綠葉突變體的a*值與葉綠素含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，綠葉野生型的a*值與花色素苷含量呈顯著負(fù)相關(guān)，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(fù)相關(guān)，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(guān)，紫綠葉突變體的a*值還與類胡蘿卜素含量呈顯著正相關(guān)，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(guān);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(fù)相關(guān)，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(fù)相關(guān)，深綠葉的b*值與類胡蘿卜素和葉綠素呈極顯著正相關(guān)，紫紅葉和紫葉的b*值與類胡蘿卜素呈顯著負(fù)相關(guān)。黃葉、黃綠葉和淺綠葉突變體的3個(gè)葉色參數(shù)與類胡蘿卜素含量均沒(méi)有顯著相關(guān)性，因此類胡蘿卜素含量并不影響這3個(gè)突變體的葉色，但類胡蘿卜素含量對(duì)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(zhì)根色差的相關(guān)關(guān)系

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

3 討論與結(jié)論

3.1 不同葉色突變體葉色參數(shù)及色素含量變化

利用色差儀測(cè)定的葉色參數(shù)已廣泛應(yīng)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(xiàn)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(dá)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(dá)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(xiàn)出的結(jié)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(zhì)，它們的比例決定著植物葉片器官的著色[21]。本試驗(yàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)，花色素苷在植物中分布不同會(huì)影響葉片呈色[22]，本試驗(yàn)結(jié)果與之一致。

3.2 不同葉色突變體葉色參數(shù)與色素含量的相關(guān)關(guān)系

許多植物的葉色參數(shù)與色素種類及含量之間存在顯著相關(guān)關(guān)系[23]，但不同類型植物色素變化不同，葉色參數(shù)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(shù)的a*值與其呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)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(guān)，說(shuō)明葉綠素含量影響這2個(gè)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(gè)葉色參數(shù)與類胡蘿卜素含量均沒(méi)有顯著相關(guān)性，因此類胡蘿卜素并不影響這3個(gè)突變體的葉色。朱書(shū)香等對(duì)4種李屬彩葉植物色素含量與葉色參數(shù)的相關(guān)性研究表明，色素變化趨勢(shì)基本相同，但色素含量和葉色參數(shù)的相關(guān)性卻因樹(shù)種各異而不同[23]，本試驗(yàn)結(jié)果與之相似。

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