狗枣猕猴桃彩叶形成及其光合功能研究

摘要

本试验对狗枣猕猴桃彩叶的发生规律进行了调查，揭示了彩叶发生时期及着生位置具有一定的规律性。并研究了彩叶转色过程中表皮细胞形态、叶片结构、叶绿体发育及色素构成的变化，深入分析了彩叶光谱学特征与叶片结构和色素构成之间的相关性，阐明彩叶呈色的生理原因。在此基础上，对狗枣猕猴桃彩叶的光合特性和光破坏防御机制进行了研究，初步揭示了彩叶光合功能的维持和完善机制，并通过转录组测序挖掘了与花色苷合成及光破坏防御相关的基因，为进一步从分子水平阐明狗枣猕猴桃彩叶呈色及其光合功能适应结构变化等机制提供依据。结果表明:
　　1.狗枣猕猴桃斑状彩叶具有伴花生长的特性，彩叶发生时期为5月中旬（花蕾出现以后），开花1周后（6月上旬）不再产生彩叶。彩叶发生位置集中在新梢第4～15节位，位于花序以上。
　　2.成熟彩叶栅栏组织细胞排列疏松，可见大量气室，彩叶厚度显著大于绿色叶片;彩叶栅栏组织细胞中叶绿体发育不完善，但海绵组织细胞中含有大量功能性的叶绿体。彩叶近轴表面对入射光的反射率高于绿叶，而远轴侧则与绿叶相似。彩叶的总叶绿素含量仍保持较高水平，红色叶片花色苷含量显著高于绿叶。因此，狗枣猕猴桃彩叶呈色主要是由色素含量、组成以及叶片结构等因素共同影响的，其彩叶类型为复合型彩叶。
　　3.狗枣猕猴桃彩叶净光合速率能够达到绿色叶片的80％～94％，同时其气孔导度和胞间隙CO2浓度也高于绿叶。彩叶最大光化学效率(Fv/Fm)、电子传递到QA以下的效率(ET0/TR0)以及光下实际光化学效率(ΦPSⅡ)均显著高于绿色叶片;彩叶远轴侧的Fv/Fm和表观量子效率(AQY)显著高于绿色叶片。因此，结合叶片结构特征，彩叶光合功能的维持可能与叶片发育后期厚度增加、较高的气孔导度和胞间隙CO2浓度以及较高的光化学活性有关。
　　4.强光处理后，彩叶和绿叶Fv/Fm均在不同光照时间下有所下降，其中浅绿色叶片抗强光的能力较弱，其次是绿色叶片，白色和红色叶片下降幅度小于前两者;彩叶的ΦPSⅡ、天线转化效率(Fv'/Fm')和光化学猝灭系数(qP)在强光下虽然高于绿叶，但其下降幅度也高于绿色叶片;强光条件下依赖叶黄素循环的热耗散(NPQ)彩叶表现为下降趋势，而绿叶则呈现上升趋势，且彩叶活性氧积累量高于绿叶。因此，彩叶虽然反射了部分入射光，但其过剩激发能并未有效耗散，这可能是其发育后期发生光氧化的原因之一。
　　5.采用高通量测序技术对狗枣猕猴桃不同发育时期彩叶和绿叶进行转录组测序，全面分析不同颜色叶片在不同发育时期的基因表达变化后，进一步挖掘了与花色苷等黄酮类物质合成相关的基因以及与胁迫相关的热激蛋白基因;采用荧光定量PCR技术分析叶片发育过程中参与花色苷合成和编码热激蛋白相关基因的表达变化。

目录

声明

摘要

英文缩略表

第一章 引言

1．1 彩叶植物定义与分类

1．2 彩叶植物呈色机理研究

1．2．1 彩叶呈色类型

1．2．2 彩叶呈色原因

1．3 彩叶植物的光合特性研究

1．3．1 结构类彩叶植物光合功能研究

1．3．2 色素型彩叶植物光合功能研究

1．4 彩叶的生态学意义

1．5 研究展望

1．6 本研究的目的意义

1．7 技术路线图

第二章 狗枣猕猴桃彩叶发生规律研究

2．1 材料与方法

2．1．1 材料

2．1．2 方法

2．2 结果与分析

2．2．1 彩叶发生的时间及颜色变化规律

2．2．2 狗枣猕猴桃彩叶伴花发生的特性

2．2．3 狗枣猕猴桃彩叶发生比例及节位

2．2．4 彩叶在不同节位上的表现模式

2．3 讨论

2．3．1 狗枣猕猴桃彩叶颜色的变化规律及彩叶表现模式

2．3．2 彩叶伴花生长特性

第三章 狗枣猕猴桃彩叶结构发育特征和色素构成对叶色影响的研究

3．1 材料与方法

3．1．1 材料

3．1．2 方法

3．2 结果与分析

3．2．1 彩叶形态结构

3．2．2 彩叶超微结构

3．2．3 叶片光学特性

3．2．4 色素含量

3．3 讨论

3．3．1 彩叶呈色原因

3．3．2 彩叶发育后期吸收光增加的原因

第四章 狗枣猕猴桃彩叶光合功能维持及其光破坏防御研究

4．1 材料与方法

4．1．1 材料

4．1．2 方法

4．2 数据分析

4．3 结果与分析

4．3．1 遮阴叶片光合特性

4．3．2 全光照条件下彩叶光合功能研究

4．3．3 强光处理条件下光系统Ⅱ活性的变化

4．3．4 不同颜色叶片光系统Ⅱ光化学效率诱导过程

4．3．5 不同颜色叶片在强光胁迫后过氧化氢含量的变化

4．3．6 同属中葛枣猕猴桃白色叶片光系统Ⅱ活性对强光的响应

4．4 讨论

4．4．1 光合性能维持机制

4．4．2 彩叶的光破坏防御机制

第五章 狗枣猕猴桃叶片转录组文库的构建及花色苷合成和抗逆关键基因的分析

5．1 材料与方法

5．1．1 材料

5．1．2 方法

5．2 结果与分析

5．2．1 数据产量及组装结果

5．2．2 基因的功能注释

5．2．3 基因的表达差异分析

5．2．4 花色素苷生物合成相关基因筛选结果

5．2．5 热激蛋白相关基因筛选结果

5．3 讨论

5．3．1 狗枣猕猴桃彩叶不同发育期差异表达基因分析

5．3．2 花色苷的合成、抗逆基因表达与光破坏防御

第六章 结论

参考文献

附录

致谢

作者简历