外源添加剂对苹果中花青苷影响的研究进展

2021-11-12孙媛媛

科学咨询 2021年39期

孙媛媛

(江苏省南京市秦淮中学江苏南京 211100)

一、花青苷的概念

花青苷极不稳定，主要以水溶性的花青苷形式存在，颜色与pH有关，pH小于7时为红色，pH在7左右时为紫色，pH大于7时呈蓝色。目前，有250多种花青素为天然存在的，已确定的有20种，其中常见的有6种植物花青素，即天竺葵色素（Pg）、矢车菊色素（Cy）、飞燕草色素（Dp）、芍药色素（Pn）、牵牛花色素（Pt）和锦葵色素（Mv）。与花青素结合的糖主要为葡萄糖、木糖、半乳糖、鼠李糖等单糖和鼠李葡萄糖、槐糖等二糖，花青苷对人体有着保健作用，因此提高其含量意义重大。

二、目前在苹果中的研究情况

Shafiq,Singh的研究以7年生克里普斯粉苹果树为材料，进行喷施处理。喷洒溶液的制作方法是：花青苷合成的中间体肉桂酸、对香豆酸、苯丙氨酸、L-苯丙氨酸分别溶于50ml95%乙醇中，制备其不同浓度（50-200mg/L）吐温20（0.01%）作为表面活性剂加入每个溶液。在开花后170天喷洒每种苯丙酸/生物合成中间体的水溶液，直到径流，对照树保持未喷洒。结果表明：采前单次喷施L-苯丙氨酸（100mg/L），在果实成熟前3-4周喷施，最利于克里普斯粉红苹果表面花青苷积累。

Zheng Liu等人的研究以富士苹果的果肉的愈伤组织为材料。样品处理方法是：培养基中加入（ALA）或不加入（对照）50mg/L ALA，在黑暗中摇晃培养箱3小时。愈伤组织分别在光照24、48和72h后收获，从苹果愈伤组织转录组水平分析外源ALA促进华青素积累。GO富集和KEGG分析以及DEGs的花青素代谢途径表明，ALA诱导花青素生物合成和转运结构基因的表达变化可能是花青素积累的关键原因。两个R2R3-MYB成员MdMYB10和MdMYB9可能参与了通过愈伤组织瞬时表达调控花青素生物合成的过程。此外，通过对MATE基因家族成员的鉴定、系统发育树、表达模式、表达水平分析、顺式作用元件预测和Y1H筛选，发现MdMYB10和MdMYB9可能激活MdMATE8转录，调控ALA处理下花青素的转运。综上所述，该研究揭示了ALA对苹果花青素积累的正转录调控的关键调控因子及其可能的机制。

Sun等人的研究材料是红肉苹果（Malus sieversii f.niedzwetzkyana）的愈伤组织，培养基为MS+4μmol/L6-BA+2μmol/L NAA，愈伤组织接种量为0.3g。愈伤组织的培养条件为16h/8h光照/暗循环，光照强度为2000-2500L，温度为24.2℃。红色愈伤组织每18d传代一次。研究结果表明：茉莉酸甲酯可促进红肉苹果愈伤组织中花青素的合成，其最佳浓度为10-4mol/L。脱落酸对花青素合成有抑制作用，茉莉酸甲酯可有效缓解其抑制作用，因此茉莉酸甲酯和脱落酸对红肉苹果愈伤组织中花青素的合成有调节作用。

Zheng等人以富士苹果（Malus domenstica Borkh.）果肉的愈伤组织为材料，分别在含有50mg/L5-ALA、1.5mg/L124-EBL、5-ALA+24-EBL、1.0mg/L Brz和5-ALA+Brz的液体培养基中振荡培养3h，对照组用去离子水处理。处理后，将愈伤组织转移到只含MS的新培养瓶中连续培养72h，诱导黄酮类化合物积累。结果表明：24-EBL增强了5-ALA诱导的类黄酮合成相关结构基因和TFs的表达，导致富士肉芽组织中红色发育和类黄酮大量积累加快。Brz阻断了5-ALA调节基因的表达和类黄酮代谢。值得注意的是，5-ALA可与BRs信号转导相互作用。因此，BRs参与了5-ALA诱导的花青素和黄酮醇的积累。此外，5-ALA可能还通过其他途径调节类黄酮代谢。

路静等人选择选择培养30d，株高约5cm，有10-2片叶的健康“嘎拉”苹果组培苗叶片提取RNA进行试验。结果显示：蔗糖促进花青苷积累，先前研究也表明蔗糖促进花青苷积累（Ohto et al.2001；Jeong et al.2010；Solfanelli et al.2006）。本试验中以MdSUT2为研究对象，在拟南芥中异位表达后，花青苷含量明显高于野生型，并且处理后转基因拟南芥可溶性糖总量及蔗糖、葡萄糖的含量均高于野生型；对“红星”苹果果实进行瞬时表达，发现过表达MdSUT2后，注射点周围花青苷含量明显高于对照，沉默MdSUT2之后，注射点周围花青苷含量则明显低于对照，说明MdSUT2正调控花青苷的合成与积累，定量检测与花青苷合成相关基因的表达量，发现这些基因表达量上调，以上说明MdSUT2过表达后蔗糖及葡萄糖含量增加，糖作为一种信号分子通过激活与花青苷合成相关基因的表达来调控花青苷的合成。花青苷及可溶性糖对于果实的品质及产量至关重要，该研究提供了一种蔗糖转运蛋白调控花青苷合成的新思路，为改善苹果产量及果实品质开辟了新方法。

田义等人在摘袋当天对苹果品种红富士（Malus domestica Borkh.‘Red Fuji’）果实喷施50mg/L腐胺。综合分析认为：腐胺处理可以促进苹果果实着色相关的特异调控因子MYB1转录，进而调节花青苷合成结构基因UFGT表达，从而促进苹果果皮中花青苷的积累。如果进一步优化腐胺浓度，有可能将其作为一种苹果果实着色调节剂应用于生产。

Shafiq,Singh,Khan等人的研究以粉红苹果（Malus domestica Borkh.）为材料，浓度为10mmol/L的茉莉酸甲酯进行叶面喷施，结果表明采收之前169天喷10mmol/L的茉莉酸甲酯或在采收前186天喷洒浓度5mmol/L的茉莉酸甲酯利于花青苷积累。

Wang等人的研究以本研究以苹果（Malus x domestica）的“奥林”的愈伤组织为材料。在MS培养基中添加1.5mg/L2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）和0.4mg/L6-苄基氨基嘌呤（6-BA），黑暗下培养三天后转移到含0、20或40mM IAA的MS培养基上，以野生型拟南芥为对照。结果表明植物生长素诱导的信号转导和细胞应答主要通过核中的TIR1/AFBAux/IAA-ARF信号通路。而MdARF2的过表达可以抑制苹果愈伤组织的积累。但MdARF2与MdIAA26之间未发现互作，说明MdIAA26可能与MdARF家族其他成员互作，调控花青素的积累。

Karagiannis,Michailidis,Skodra,Molassiotis,Tanou的研究以苹果为试验材料，分别在花期、花期后45天和90天喷施3次30mMSiO2，160天后采样。结果表明硅显著促进果实和叶的花青苷积累。

An等人的研究表明：ABA促进花青素合成的可能机制是MdbZIP44与MdMYB1相互作用，激活MdMYB1介导的花青素合成。在ABA缺失的情况下，MdBT2与MdbZIP44相互作用，使其泛素化并降解，然后负调控MdbZIP44诱导的花青素生物合成的增加。相反，ABA会触发MdbZIP44的转录，从而促进花青素的积累。ABA还可以抑制MdBT2的表达，释放MdBT2通过蛋白降解调控MdbZIP44，这也有助于ABA诱导花青素的积累。然而，其他成分（X）也可能参与该途径。

Xie等人表明ALA如何促进基因表达尚不完全清楚。试验未测外源ALA处理苹果果皮中血红素的含量，但观察到ALA处理上调了ALAD基因表达，LA降低了ALAD基因表达，这与花青素生物合成基因的调控模式相似。推测ALA处理可能增加了血红素含量，血红素可能作为转录因子，上调Myb、bHLH和Wd40基因的表达，Wd40又上调PAL、CHS和UFGT等结构基因的表达，促进花青素在苹果皮中合成。

Seif El-Yazal，Rady将洋葱叶提取物作为一种天然、安全的物质，可以入侵芽休眠。外源洋葱提取物可减少开花天数，提高开花率和果实产量参数，与芽裂有关的化学成分也有所改善。洋葱提取物中有参与不同代谢过程的成分，增加了过氧化氢、脯氨酸、总游离氨基酸、总吲哚和花青素的生物合成，降低了过氧化氢酶活性和游离酚含量。因此，洋葱提取液作为供试液使用时，能促进苹果芽的破芽，提高苹果产量。

安建平等人表明，表明通过基因克隆获得苹果MdCRF6，该基因编码348个氨基酸。氨基酸序列分析表明苹果MdCRF6包含保守的CRF结构域和AP2/ERF结构域。定量表达分析结果显示MdCRF6受细胞分裂素和盐胁迫诱导。EMSA结果证实MdCRF6原核表达蛋白能够结合DRE作用元件。MdCRF6转基因苹果愈伤组织表现出抑制花青苷积累和对盐胁迫敏感的表型，表明MdCRF6在调节花青苷积累和响应植物盐胁迫过程中可能发挥着重要的调控作用。

Gao Jiang等人的综述中指出如下图所示的花青苷通路。

A：植物花青素的生物合成途径。苹果花青素是糖在光照下由糖酵解途径转化为戊糖磷酸途径的一种生化过程。莽草酸在这一过程中起着重要的作用，可能通过苯丙氨酸途径形成，或在花青素的直接形成。B：通过苯丙氨酸途径合成花青素。苯丙氨酸合成后，由苯丙氨酸解氨酶（PAL）、查尔酮合酶（CHS）、查尔酮异构酶（CHI）、类黄酮3-羟化酶（F3H）、二氢类黄酮4-还原酶（DFR）、花青素合酶（ANS）和糖基转移酶（UFGT）催化最终合成花青素。C：本研究列出的相关路径模式图。分别是红苹果中促进花青素积累的途径和青苹果中抑制花青素积累的途径。