1、甜瓜(Cucumis melo L.)是一種一年生蔓性草本植物，其果實(shí)色、香、味俱佳，在國(guó)內(nèi)外廣泛栽培，是重要的經(jīng)濟(jì)作物之一。黑龍江省是薄皮甜瓜的傳統(tǒng)產(chǎn)地之一，種質(zhì)資源和變異類(lèi)型極為豐富，是其育種和有關(guān)生物學(xué)研究的基礎(chǔ)。葉色突變體是研究高等植物光合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、葉綠素代謝、葉綠體發(fā)育、光合作用、激素生理等一系列生理代謝過(guò)程的理想材料，也是遺傳和育種研究中的重要材料。以往對(duì)于甜瓜葉色突變體的研究報(bào)道主要著重于突變體的發(fā)生和遺傳規(guī)律等方面，但葉

2、色變異的機(jī)理尚未明確。
　　 本研究以新發(fā)現(xiàn)的薄皮甜瓜葉色黃化突變體9388-1為試材，對(duì)其主要農(nóng)藝性狀、光合特性、葉綠體超微結(jié)構(gòu)、葉綠素生物合成特性、遺傳特性等方面進(jìn)行研究，并利用雙向電泳及質(zhì)譜分析技術(shù)，比較葉色黃化突變體與突變親本葉片蛋白的差異，獲得差異表達(dá)蛋白，初步明確葉色黃化的機(jī)理。主要研究結(jié)果如下:
　　 1.甜瓜葉色黃化突變體從子葉就表現(xiàn)出黃色，且整個(gè)生育期該性狀穩(wěn)定。生長(zhǎng)周期相對(duì)延遲，較白莎蜜1號(hào)晚7-10

3、d。植株長(zhǎng)勢(shì)正常，主要農(nóng)藝性狀差異不顯著，能開(kāi)花結(jié)實(shí)，結(jié)實(shí)率有所降低;經(jīng)細(xì)胞流式儀對(duì)染色體數(shù)目進(jìn)行鑒定分析發(fā)現(xiàn)，葉色黃化突變體染色體數(shù)目正常，說(shuō)明該突變體未發(fā)生染色體數(shù)目的變異。
　　 2.對(duì)甜瓜葉色黃化突變體的光合色素含量、凈光合速率及光合作用關(guān)鍵酶、葉綠素?zé)晒鈪?shù)進(jìn)行測(cè)定分析，結(jié)果表明:葉色黃化突變體光合色素含量顯著低于白莎蜜1號(hào)，其中葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類(lèi)胡蘿卜素含量減少了79.5％，90.3％，81.5％，70

4、.7％，雜交一代植株與白莎蜜1號(hào)差異不顯著。類(lèi)胡蘿卜素/葉綠素(Caro/Ch1)與白莎蜜1號(hào)無(wú)顯著差異，葉綠素a/b(Ch1a/Ch1b)為8.67，顯著高于與白莎蜜1號(hào)4.10，葉綠素含量的降低幅度大于類(lèi)胡蘿卜素。凈光合速率顯著降低，為對(duì)照的50.23％、66.28％，氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率差異顯著，變化趨勢(shì)與凈光合速率一致;Rubisco的活性顯著低于白莎蜜1號(hào)，而PEPCase和NADP-ME的活性則高于白莎蜜1號(hào)，分別為119.2

5、3％和118.91％。F0和Fm顯著低于白莎蜜1號(hào)和雜交一代植株，而Fv/Fm差異不顯著。qP與白莎蜜1號(hào)無(wú)極顯著差異，qN顯著高于白莎蜜1號(hào)和雜交一代植株。φPSⅡ和ETR與白莎蜜1號(hào)及雜交一代差異顯著。雜交一代植株的凈光合速率、關(guān)鍵酶活性和葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)與白莎蜜1號(hào)差異不顯著。
　　 3.對(duì)不同生育期葉色黃化突變體葉片解剖結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn):在掃描電鏡下，白莎蜜1號(hào)葉片葉肉組織發(fā)達(dá)且分化程度高，柵欄組織厚度大，層次多

6、，柵欄組織細(xì)胞呈柱狀，排列緊密且細(xì)胞規(guī)則;葉色黃化突變體柵欄組織欠發(fā)達(dá)，排列松散，無(wú)規(guī)則，細(xì)胞間距較大，葉綠體含量較少。在透射電鏡下，白莎蜜1號(hào)葉片葉綠體結(jié)構(gòu)發(fā)育正常，表現(xiàn)為類(lèi)囊體膜系統(tǒng)發(fā)達(dá)，類(lèi)囊體高度分化，構(gòu)成基粒的垛疊層數(shù)較多，基質(zhì)片層清晰可見(jiàn)，且排列整齊，淀粉粒含量多。突變體葉綠體發(fā)育存在明顯缺陷，表現(xiàn)為葉綠體形狀不規(guī)則，無(wú)發(fā)育完整的類(lèi)囊體，其中基粒類(lèi)囊體數(shù)極少，呈線條狀，大部分基粒只有幾個(gè)片層，含有少量淀粉粒。
　　 4

7、.對(duì)葉綠素生物合成前體物質(zhì)含量及相關(guān)鍵酶活性進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明:該甜瓜葉色黃化突變體葉綠素生物合成前體物質(zhì)PBG積累，而UrogenⅢ含量顯著降低，且ALAD活性顯著高于白莎蜜1號(hào)，PBGD、COPX、PPOX活性顯著降低，表明該突變體葉綠素生物合成受阻，受阻位點(diǎn)是在PBG與UrogenⅢ的反應(yīng)步驟。
　　 5.對(duì)不同生育期內(nèi)源激素和氨基酸含量進(jìn)行測(cè)定分析，結(jié)果表明:在整個(gè)生育期內(nèi)，葉色黃化突變體IAA、GA3和ABA變化趨勢(shì)與

8、白莎蜜1號(hào)基本一致，IAA和GA3含量與白莎蜜1號(hào)差異不顯著，而ABA含量顯著低于白莎蜜1號(hào);葉色黃化突變體和白莎蜜1號(hào)葉片的各游離氨基酸組成相同，含量變化差異顯著，其中差異最顯著的是Glu和Asp。由于Glu和Asp在整個(gè)氨基酸代謝途徑的上游，在突變體葉片中由于其轉(zhuǎn)化受阻，造成了代謝下游的氨基酸含量下降。
　　 6.對(duì)不同生育期葉片SOD、POD、CAT、ATP酶活性進(jìn)行測(cè)定分析，結(jié)果表明:葉色黃化突變體SOD酶活性在伸蔓期、

9、衰老期均顯著高于白莎蜜1號(hào)，子葉期、幼苗期和結(jié)果期差異不顯著;CAT酶活性在子葉期和幼苗期與白莎蜜1號(hào)差異不明顯，在伸蔓期和結(jié)果期酶活性比白莎蜜1號(hào)高，差異顯著;葉色黃化突變體與白莎蜜1號(hào)不同生育期的POD活性均呈現(xiàn)“先升后降”的變化趨勢(shì)。子葉期至幼苗期，兩者的POD活性均緩慢上升，其變化幅度顯著低于對(duì)照。在伸蔓期時(shí)白莎蜜1號(hào)POD活性達(dá)到最高，之后急劇下降，而葉色黃化突變體則延遲了高峰的到來(lái)，在結(jié)果期維持較高的POD活性，之后緩慢下降

10、;葉色黃化突變體Mg++-ATP酶活性顯著高于白莎蜜1號(hào)，Ca++-ATP酶活性相對(duì)較低。7.通過(guò)連續(xù)的自交、正反交、與突變親本的回交試驗(yàn)表明，葉色黃化突變體自交后代表現(xiàn)為單一表型（黃色），正反交試驗(yàn)結(jié)果一致，后代植株表現(xiàn)為單一表型（綠色），和突變體回交及F2分離群體后代分別產(chǎn)生1黃色植株:1綠色植株和3綠色植株:1黃色植株。該葉色黃化突變體是一對(duì)核基因控制的隱性遺傳，暫命名為yp1基因;SSR標(biāo)記技術(shù)將yp1基因定位在標(biāo)記N41和MU

11、4104-2之間，遺傳距離為2.45cM和3.45cM。
　　 8.采用雙向電泳和質(zhì)譜技術(shù)結(jié)合生物信息學(xué)的方法對(duì)葉色黃化突變體及突變親本白莎蜜1號(hào)葉片差異蛋白質(zhì)進(jìn)行比較分析，結(jié)果表明:在成功鑒定的18個(gè)蛋白質(zhì)中，有1個(gè)葉綠體放氧增強(qiáng)蛋白1、1個(gè)芐基醚還原酶2、5個(gè)核酮糖1，5二磷酸羧化酶/加氧酶大亞基、1個(gè)肌動(dòng)蛋白、1個(gè)核酮糖二磷酸羧化酶活化酶、1個(gè)磷酸核酮糖激酶、1個(gè)核酮糖二磷酸羧化酶大鏈條、1個(gè)核酮糖二磷酸羧化酶小亞基、4個(gè)

12、葉綠體核酮糖羧化酶/加氧酶活化酶1、1個(gè)核酮糖二磷酸羧化酶大亞基。發(fā)現(xiàn)葉色黃化突變體磷酸核酮糖激酶、核酮糖二磷酸羧化酶活化酶、核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)大小亞基表達(dá)量上調(diào);葉綠體核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶、葉綠體放氧增強(qiáng)蛋白1、肌動(dòng)蛋白等蛋白組分顯示表達(dá)量下調(diào)，與白莎蜜1號(hào)差異顯著，這可能是葉色黃化突變體葉綠體發(fā)育缺陷引起蛋白的變化。結(jié)合COG比對(duì)結(jié)果，推斷葉色黃化突變體通過(guò)這些蛋白組分的差異表達(dá)，保護(hù)光合機(jī)