类胡萝卜素是一种广泛存在于自然界中的天然色素,在植物的叶、花、果实和根器官中存在较多,使植物兼具观赏价值和经济价值。类胡萝卜素对人类和动物的营养和健康起着重要作用。未来园艺作物的高品质育种将以类胡萝卜素合成与调控研究为基础。其次,可通过改变类胡萝卜素含量来改变植株花色,提升观赏价值。八氢番茄红素脱氢酶(phytoene desaturase,PDS)是类胡萝卜素生物合成途径中的关键限速酶,发挥着中心调控的作用。PDS编码蛋白位于植物叶绿体的类囊体上,与类囊体膜相连,编码该蛋白的基因沉默后,叶绿体就失去了八氢番茄红素脱氢酶的保护,叶绿素则会降解,出现光漂白现象,即叶片和萼片等出现斑驳、褪色、黄化甚至变白的现象。因此,PDS常作为研究植物的Marker基因,但其是否适用于矮牵牛生长发育的研究尚未报道,是否会影响细胞和叶绿体等微观变化尚未深入。本研究中,利用本实验室成熟的VIGS技术使矮牵牛植株中PhPDS基因沉默,从而探索PhPDS对矮牵牛植株生长发育的影响。结果如下:(1)PhPDS沉默后植株叶片及萼片失绿,随着植株继续生长,叶片不会恢复绿色;叶绿素和类胡萝卜素含量均降低,且Chla/b大于对照的比值。同一植株的花有红白两个色,变白叶片茎上花为红色,绿色叶片茎上花为白色。此外,将带有失绿叶片的茎离体水培后,新长出的叶片仍变白,说明VIGS效果离体后保持不变。(2)PhPDS沉默后植株的叶片表面凹凸不平,细胞大小和数量在不同发育阶段有所变化,叶片厚度增加,说明PhPDS影响了叶片细胞发育。(3)通过多组离体叶片衰老观察发现,PhPDS沉默后的叶片提前衰老霉变。(4)超微结构观察发现PhPDS沉默后斑驳叶片的绿色部分叶绿体与对照一样,白化部分不同阶段叶绿体数量及内部结构不同,小叶和幼叶阶段叶绿体数量增加,没有淀粉粒;成熟叶片细胞中叶绿体数量明显减少,淀粉粒几乎没有,类囊体缺失,基粒显著减少甚至没有,说明PhPDS影响矮牵牛叶绿体的发育。(5)PhPDS沉默植物体内的金属离子含量与对照相比出现显著变化,在叶片中Cd、Co、Mo和Zn离子含量显著增加,Ca和Mg离子含量减少;在变白叶片茎干上的红花中,Mo和Fe离子显著增加,而Cd离子显著降低,说明矮牵牛不同组织中的PhPDS均具有抵御重金属危害的作用。