蘋果花色苷研究進展

摘要在綜述蘋果花色苷的種類、結構、性質、合成路徑及花色苷的藥理活性的基礎上，對光、溫度、礦質營養等外在因素與激素、糖等內在因素以及影響蘋果花色苷合成的結構基因與調節基因進行全面的闡述，同時分析蘋果花色苷研究領域尚待解決的問題。

關鍵詞蘋果；花色苷；矢車菊素

中圖分類號S-03文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）26-004-02

AbstractThe type， structure， character， biosynthetic pathway， and function of apple anthocyanins were summarized. The effect of light， temperature and nutrition and other internal factors involved in anthocyanin transcription factors and structure genes were introduced. The existing problems need to be solved in apple anthocyanins research were analyzed.

Key wordsApple； Anthocyanins； Cyanidin

花色素主要存在于植物的花、果、葉和莖內，是植物的次生代謝產物，對植物的花、果實和種子的顏色起決定性作用[1]，還可以作為昆蟲和一些動物的引誘劑，對植物的授粉和種子傳播等都有作用。此外，花色苷在抗癌、抗炎、抗突變、抗自由基、降血糖等方面均有重要作用[2]，因此越來越引起人們的重視。

蘋果的果實顏色主要取決于果皮和果肉的花色苷含量，而花色苷含量不僅影響果實的商品特性，而且影響果實本身的營養價值。在水果的花色素研究中，對葡萄、草莓、藍莓[3]等的報道較多，但關于蘋果的研究報道相對較少，且多集中于蘋果多酚的研究[4]、花色苷合成調控基因的研究等。筆者對蘋果中花色苷的研究進展進行了綜述，旨在為更有效地利用蘋果花色苷促進蘋果資源的綜合開發和利用提供依據。

1蘋果果實花色素的種類和結構

蘋果中的花色素屬于類黃酮的一類酚類物質，其基本結構是一個C6C3C6（一個間苯三酚衍生物A環連接一個吡喃環和苯環）骨架結構。同時，3位和5位可與葡萄糖等結合形成單糖苷花色素。與葡萄糖等糖基結合的花色素被稱為花色苷。蘋果中的花色素主要由矢車菊素的幾種糖苷組成。目前，已鑒定出的矢車菊素糖苷的種類分別是矢車菊素3O半乳糖苷、矢車菊素3O葡萄糖苷、矢車菊素3O阿拉伯糖苷、矢車菊素3O木糖苷、矢車菊素3O蕓香糖苷、矢車菊素3，5二葡糖苷、矢車菊素3乙酰氨基葡萄糖苷[5]，其中，矢車菊素-半乳糖苷是最主要的蘋果花色苷，其含量占花色苷總含量的55.2%～100.0%[6]。此外，部分研究結果表明，蘋果中還存在著微量的矢車菊素7阿拉伯糖苷和矢車菊素3O鼠李糖苷[7]。

2蘋果花色苷的合成與積累

近年果實花色素苷合成研究進展迅速。蘋果中花色素苷的合成途徑較明確。參與花色素苷合成的酶蛋白結構基因都已得到克隆。形成花色素苷的2個底物分別為丙二酰CoA和4香豆酰CoA，其中，前者由乙酰CoA和CO2生成，可形成花色素的A環；后者由苯丙氨酸經過苯丙氨酸解氨酶（PAL）、苯丙烯酸羥化酶（C4H）和4香豆酰CoA連接酶（4CL）3種酶相繼催化生成，可形成花色素的B環?；ㄉ剀盏暮铣蓮?香豆酰CoA和丙二酰CoA由查爾酮合成酶（CHS）催化合成查爾酮開始，經過查爾酮異構酶（CHI）、黃烷酮3羥化酶（F3H）、二氫黃酮醇4還原酶（DFR）的相繼催化，形成無色花色素，之后在無色花色素雙加氧酶（LDOX）的作用下，無色花色素轉變為有色不穩定的花色素（包括花翠素和花青素），最后在UDP葡萄糖：類黃酮3O葡萄糖基轉移酶（UFGT）、O甲基轉移酶（OMT）的共同作用下，生成最終產物花色素苷[4]。

蘋果果實著色有果皮著色、果皮和果肉都著色2種類型。大多數紅皮或部分紅皮蘋果都是果皮著色，果肉不著色。部分紅肉紅皮蘋果則是果實、果肉均著色。通常認為蘋果花色苷主要在液泡中合成并積累[7]。在液泡內，花色苷類物質總是首先貼著液泡膜內表面沉積，且沉積層厚度基本一致，表明花色苷類物質前體轉運和加工裝置在液泡膜上密集且均勻分布[8]。在少數植物中，花色苷會以游離態均勻地分布在液泡中，但在絕大部分植物中，花色苷聚集成泡狀小體，而這種花色苷體的發育和蘋果著色有密切關系。

3蘋果花色苷的藥理活性

蘋果中花色苷有諸多藥理療效，其中矢車菊素3O葡萄糖苷是自然界中存在的最普遍、最典型、較穩定、易于獲得的矢車菊素糖苷，也是蘋果中花色苷中主要的活性成分[9]。大量試驗表明，矢車菊3葡萄糖苷具有較強的抗氧化、抗炎，乃至抗癌、抗突變作用。對矢車菊3O半乳糖苷藥理活性的研究表明，適量補充矢車菊3半乳糖苷可明顯改善空間記憶能力，降低血液中低密度脂蛋白的活性，預防毛細管脆裂，甚至對大腦神經細胞損傷的恢復具有顯著療效[10]。矢車菊3，5二葡萄糖苷是近年來開始明確其藥理作用的一類矢車菊糖苷。研究表明，矢車菊3，5二葡萄糖苷可以有效刺進人外周血單個核細胞發生免疫反應，促進免疫細胞的增殖反應[11]。除此之外，對蘋果矢車菊糖苷的研究多集中于其混合糖苷的藥理作用，其中矢車菊糖苷結構苯環上的鄰二苯酚結構是矢車菊糖苷發揮其藥理作用的主要活性結構。矢車菊素糖苷在抑制肥胖、抗癌、抗炎、抗突變、護肝、降糖、明目、代謝等方面發揮著重要的作用[12]，而矢車菊糖苷是目前已知的250余種天然色素糖苷中存在最廣泛色素糖苷，因此對其藥理活性的深入研究具有重要的現實意義。

4影響蘋果花色素合成的內在因素及外在因素

4.1內在因素

在果實著色的過程中，激素是重要的著色影響因素。但是，通常并不是一種激素在起作用，而是多種激素之間的相互作用與平衡，主要有增效作用、拮抗作用、誘導作用以及反饋作用。

乙烯對果實的著色有促進作用。Denny等[13]在對蘋果的研究中指出，乙烯利處理能增加花色苷積累，較高濃度處理可增加成熟果實著色比重。生長素可以促進花色苷的形成，但是不清楚這是直接效應還是提早成熟的結果。Saure[14]報道，生長素可以促進連續光照培養條件下蘋果果肉組織形成花青苷。通常施用赤霉素可以減少或延遲蘋果果實的著色。李明等[15]對“寒光”蘋果的研究表明，降低果實內體赤霉素的含量可以顯著促進果實花色苷的積累。有研究認為，赤霉素是促進花色素苷合成的共同信號，既可直接抑制CHS、CHI、DFR及UFGT等的表達，又可誘導某些反式作用因子的合成。脫落酸（ABA）可促進蘋果果皮花色苷的形成。Bae等[16]研究表明，脫落酸是乙烯生成的誘導因子，通過乙烯的間接調控來控制果實花色苷的積累。細胞分裂素促進蘋果果實著色的研究較少，但黃衛東等[17]研究表明細胞分裂素可以促進蘋果果實中乙烯的形成，從而對蘋果果實著色有一定的促進作用。

糖是蘋果果實著色的重要組成物質。糖在花色素苷合成過程中起多重作用，如能量來源作用、滲透調節作用，為代謝過程提供前體物質以及作為信號分子調節花色素合成相關基因的轉錄與表達等，其中最重要的則是通過信號調節機制促進花色素苷合成的作用[18-19]。果實中的糖含量是影響蘋果花青苷形成的主要因素。花青素是戊糖呼吸旺盛時形成的色素原。另外，花青素還常與糖結合，形成花青素苷存在于果實中。因此，花青素的發育與糖含量密切相關。任何影響糖合成和積累的因素均影響花青素的發育。較高的樹體營養水平、合理負荷、適宜的磷鉀肥與氮肥比例、適當控水均有利于果實的花色苷積累。宋哲等[20]研究發現，蘋果果實中糖含量與果實著色后花色苷含量呈正相關。還有研究表明，套袋能明顯降低蘋果果實含糖量，但除袋后其花色素苷含量迅速增加[21]。

4.2外在因素

光照可以從兩個方面影響果實著色。一是可以影響糖和苯丙氨酸等有機物的合成；二是通過一定的調節機制來調控與花色苷合成相關酶的活性[22]。光質是影響蘋果著色的重要因素。Arehur等[23]研究表明，紫外光是對蘋果著色的最佳光質類型。不同光源相互組合同樣可以促進蘋果果實的著色，例如利用紅光和紫外光交替著色“紅玉”蘋果可以起到很好的著色效果。光強對花色苷合成的絕對含量有影響。研究表明，蘋果果實著色面積與照射光強呈正相關。但是，光強對于不同蘋果品種著色的影響也是不一樣的。一些深色品種著色較容易，在低光照條件下也能很好的著色，而淺色品種對于光強的要求較高，例如“富士”蘋果果實花色苷形成的最佳相對光照強度為77.9%[24]。

溫度是影響花色素苷合成的重要因子之一。Iglesias等[25]通過微噴設備對蘋果樹體噴水降溫，促進果實的著色，同時發現早、晚噴效果比中午好。溫度對花色素苷影響最大的是晝夜溫差。Reay等[26]研究發現，在UVB光和可見光的照射下，“皇家嘎啦”蘋果在10 ℃下花色苷的積累較20 ℃下的少。

礦質營養是植物生長的必須條件，因此對花色苷的生成也有重要影響。通常認為，果實著色情況與葉片中含氮量呈負相關，而與鉀離子的含量呈正相關。同時，增施磷、鈣肥可以有效提高富士蘋果果實花色苷含量[27]。

5結語

在過去幾十年中，人們對花色苷的了解逐步深入，同時對蘋果果實花色苷的代謝途徑進行了深入研究。蘋果是我國產銷量最大的果品。人們從蘋果中攝入花色苷是一種安全、營養、經濟和方便的方式。今后，應繼續深入對蘋果花色苷的研究。①育種上，蘋果果實中花色苷的含量是影響蘋果果實品質的重要因素，也是育種工作者在育種時考慮的重要指標之一。在目前情況下，雜交育種仍然是蘋果育種的主要途徑，因此，了解蘋果種質資源的花色苷含量和遺傳規律，可以為更好地選擇親本提供依據，選育蘋果功能型優株。②隨著蘋果全基因組測序的完成，今后應結合蛋白質組學研究，在蛋白質水平上進一步明確與果實花色苷合成相關的關鍵蛋白，了解不同內外界因素對蘋果果實花色苷合成相關蛋白的影響。③人們目前對花色苷的認知逐步明確，對花色苷的藥理活性的了解也更加全面，因此，以蘋果果實為研究試材，加大醫學、藥學和營養學的研究力度，揭示蘋果花色苷的重要生理功能對人類健康的認識，真正實現“醫食同源”迫在眉睫。④至今人們對蘋果花色苷合成、積累與運輸的亞細胞器研究不明確，今后應加大對蘋果花色苷亞細胞器水平的研究，使得人們可以找到有效的方法以實現花色苷“加大合成，促進積累，方便運輸”。

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