兰花叶面上出现金色或银色的斑块及条纹称之为叶艺,叶艺属于叶色突变体的一类。叶艺铁皮石斛(Dendrobium catenatum)与一般的黄化和白化叶色突变体相比具有明显区别,其叶片上会出现白绿镶嵌性状,该性状在组织培养条件下会复绿。目前,铁皮石斛白绿镶嵌的叶艺性状及其复绿特性研究在生理机制与分子水平上尚处于空白阶段。本研究选取叶艺铁皮石斛白绿镶嵌叶及其复绿叶为研究对象,以正常铁皮石斛为对照,从叶绿体超微结构、叶绿素含量、叶绿素合成前体物质及关键酶活性和叶绿素合成相关酶基因表达等方面初步研究了铁皮石斛叶色变异机制,从生理和转录层面挖掘了叶艺铁皮石斛叶绿素合成限速基因。这项研究结果对叶艺铁皮石斛进一步开展育种工作具有重要的理论借鉴意义和应用价值。主要研究结果如下:1.自然状态下,叶艺铁皮石斛绿白镶嵌性状保持稳定,生长势较对照株弱。叶艺植株组织培养时间延长会出现复绿现象,复绿叶SPAD值仅能恢复至绿叶的72.12%。2.叶艺铁皮石斛白色组织叶绿体发育停滞于前质体阶段;绿色组织叶绿体发育正常;复绿叶中停滞发育的前质体恢复发育,但发育程度不一,致使叶片不能完全复绿。3.白色组织Chla、Chlb、Chl、Car含量均显著降低,Chla/Chlb、Car/Chl值显著升高;绿色组织中Car显著降低,Car/Chl无显著差异;复绿叶Chla恢复至对照含量,Chlb仍显著低于对照。表明叶艺铁皮石斛属于叶绿素b缺乏型突变,叶绿素含量降低是叶色变异的直接原因。4.白色组织中叶绿素合成前体物质Coprogen III显著积累,ProtoⅨ、Mg-Proto IX、Pchlide含量显著下降;绿色组织中大部分前体物质含量差异显著;复绿叶各前体物质含量差异显著,Coprogen III积累量减少,ProtoⅨ、Mg-Proto IX、Pchlide含量均不同程度上升,表明叶艺铁皮石斛叶绿素合成在Coprogen III至ProtoⅨ阶段受阻。5.白色组织中催化Coprogen III至ProtoⅨ步骤的CPOX、PPOX、Mg-chelatase活性显著降低;绿色组织中三种酶活性无显著差异;复绿叶中PPOX及Mg-chelatase活性显著升高。PPOX及Mg-chelatase活性差异变化使叶绿素合成受阻。6.11个叶绿素合成相关酶q RT-PCR分析表明:白色组织中HEMF、HEMG、CHLH显著下调表达;绿色组织中各基因表达量无显著变化;复绿叶中HEMG、CHLH显著上调表达。催化Coprogen III至ProtoⅨ的HEMG、CHLH基因可能是叶艺铁皮石斛叶绿素合成的限速基因。综上所述,叶艺铁皮石斛白色组织叶绿素合成酶基因HEMG、CHLH异常表达导致叶绿素生物合成过程中的PPOX及Mg-chelatase活性下降,使叶绿素合成在CorogenⅢ至ProtoⅨ之间受阻,继而造成叶绿体发育异常,导致叶绿素含量下降,表现出白化性状。这两个基因的差异表达又使得复绿叶不能完全恢复到正常绿叶水平,因此HEMG、CHLH基因可能是叶艺铁皮石斛叶绿素合成的限速基因。