全 文 ：第 50 卷 第 9 期
2 0 1 4 年 9 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 50，No. 9
Sep．，2 0 1 4
doi:10．11707 / j．1001-7488．20140908
收稿日期: 2013 － 05 － 29; 修回日期: 2013 － 08 － 24。
基金项目: 国家自然科学青年基金项目(31101769) ; 国家现代农业产业技术体系建设专项(CAＲS － 22)。
* 余茂德为通讯作者。
桑椹发育中花青素、叶绿素含量变化及
相关基因的表达分析*
刘长英 李 军 赵爱春 王茜龄 吕蕊花 王晓红 鲁 成 余茂德
(西南大学生物技术学院 家蚕基因组生物学国家重点实验室 重庆 400715)
摘 要: 以新选育果叶兼用品系‘嘉陵 40 号’桑椹为材料，测定不同发育时期桑椹的花青素和叶绿素的含量，并
分析花青素合成相关酶基因、Ｒubisco 编码基因和脱镁叶绿酸 a 加氧酶基因(PaO)的表达差异。花青素含量随着桑
椹发育逐渐上升，叶绿素的含量先下降后上升。与花青素合成有关的酶基因随着桑椹发育呈现不同的表达模式，
Ｒubisco 编码基因 ＲBCL 和 ＲBCS 表达量逐渐降低，PaO1 和 PaO2 的表达量都呈先下降后逐渐上升，然后再下降的
表达模式。使用 ABA、乙烯利和 1 － MCP 等试剂处理桑椹，经分析在生化上 ABA 和乙烯利能促进花青素合成，抑制
叶绿素的合成，在基因表达上能促进花青素合成相关基因的表达，而抑制 Ｒubisco 编码基因的表达; 1 － MCP 能抑
制花青素的合成，并对花青素合成基因的表达也具抑制作用。
关键词: 桑椹; 花青素; 叶绿素; 乙烯; ABA; 1 － MCP
中图分类号: S718. 43 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2014)09 － 0059 － 08
Changes of Anthocyanin and Chlorophyll Content，and Expression
Levels of Ｒelated Genes during Development Process of Mulberry Fruit
Liu Changying Li Jun Zhao Aichun Wang Xiling Lü Ｒuihua Wang Xiaohong Lu Cheng Yu Maode
( State Key Laboratory of Silkworm GenomeBiology College of Biotechnology，Southwest University Chongqing 400715)
Abstract: The contents of anthocyanins and chlorophyll of fruits of Morus alba ‘Changjiang 1’ at the different
developmental stages were measured，and the expression levels of anthocyanin biosynthesis related genes，the encoding
genes of Ｒubisco and pheophorbide a oxygenase ( PaO ) were analyzed． The concentration of anthocyanins increased
gradually，while the content of chlorophyll first significantly reduced and then increased during the fruit development
process． The anthocyanin related genes showed different patterns，the expression levels of ＲBCL and ＲBCS were gradually
decreasing，and PaO1 and PaO2 showed a reduction in the expression levels at early stage and increase in the following
stage，and then the coding mＲNA disappeared at stage S5. ABA，ethephon and 1-MCP were used to treat the mulberry
fruit． ABA and ethephon induced the biosynthesis of anthocyanins and chlorophyll，improved the expression levels of
anthocyanin related genes and downregulated the expression of Ｒubisco encoded genes． The 1-MCP can inhibited the
biosynthesis of anthocyanins by downregulating the expression levels of anthocyanin related genes．
Key words: mulberry fruit; anthocyanin; chlorophyll; ethylene; ABA; 1 － MCP
植物果实是植物界进化到一定阶段出现的产
物，是提供人们膳食营养重要的成分之一，其成熟与
衰老是高度复杂的生理过程。在植物果实发育过程
中，果实的性状和品质会发生一系列不可逆的分子、
生物化学以及生理变化，包括软化、硬度下降、色泽
转换、芳香物质合成、可食性增加、呼吸速率变化、乙
烯的生成、细胞壁的修饰、淀粉向糖的转化等
(White，2002; Ziosi et al．，2003; 章镇等，2012)。
在果实发育过程中伴随着色泽的转变，主要是
由于花青素、叶绿素、类胡萝卜素和甜菜红素等色素
物质合成的变化决定果实的外观色泽 ( Abbott，
1999; Wei et al．，2011)。大多数果实在成熟初期为
绿色，随着果实的成熟衰老逐渐转为红色，这是由于
在果实发育过程红色素的增加和叶绿素的降解
林 业 科 学 50 卷
(Merzlyak et al．，2002; Hrtensteiner，2006)。花青
素是一类重要的植物次生代谢产物，也是主要的色
素物质，因其种类的不同和含量的高低导致植物的
果实和花瓣呈现不同的颜色( Tanaka et al．，2008)。
花青素的含量在果实成熟衰老过程中逐渐增加，花
青素生物合成相关酶基因的表达量也有一定程度的
增强，但不同基因的表达模式有所不同 ( Jaakola
et al．，2002)。此外，脱绿是植物生长发育、成熟衰
老进程中一个明显的过程，果实发育过程中也伴随
着叶绿素的降解(杨晓棠等，2005)。
在果实发育过程中，植物激素作为信号因子调
控果实成熟衰老，可能也是果实成熟软化进程的启
动因子(Ozga et al．，2003)。乙烯是一类重要的生长
激素，参与植物生长发育和衰老的整个生长周期，包
括种子萌发、实生苗生长、叶片伸展、花的开放和衰
老脱落以及果实后熟软化等(Bleecker et al．，2000)。
乙烯是果实成熟所必须的物质，诱导与果实成熟相
关基因的转录和翻译，使果实呈现特有的成熟现象。
ABA 对植物的生长发育具有重要的作用，也参与调
控果实的成熟和衰老，被认为是果实成熟衰老的候
选因子，可能与其他生长激素共同作用调控果实的
发育(章镇等，2012)。有研究表明，乙烯和 ABA 可
能调控果实中花青素的合成和叶绿素的降解，对于
果实发育过程中色泽的变化有着重要的作用
(Morgan et al．，1997; 杨晓棠等，2005; Hoth et al．，
2010)。
桑树(Morus alba)是一种经济价值较高的木本
植物，不仅桑叶可以饲养家蚕，而且还具有较强的药
用价值和生态学价值; 其果实桑椹具有独特风味，
深受人们的青睐。目前对桑椹生长发育的生理及分
子生物学研究还鲜见报道。本研究以新选育的果桑
品系‘嘉陵 40 号’(M． alba‘Jialing40’) (该品系目
前正在重庆市进行品种审定区试)为材料，采收不
同发育时期的桑椹，测定桑椹中的花青素和叶绿素
的含量，并检测与花青素合成、光合作用和叶绿素降
解有关的基因的表达情况。同时还使用 ABA、乙烯
利和 1 － MCP 等化学试剂处理桑椹，探索桑椹发育
过程中花青素和叶绿素合成的模式及影响因素，为
今后对桑椹成熟衰老过程中色泽变化机制的进一步
研究奠定基础。
1 材料与方法
1. 1 试验材料
桑树新品系‘嘉陵 40 号’栽培于西南大学桑树
品种资源圃。选取‘嘉陵 40 号’3 年生健壮植株上
不同发育时期的桑椹，采样时间为 9: 00—10: 00，
采后立即放入冰盒，带回实验室，用液氮速冻后存于
－ 80 ℃冰箱中备用。
1. 2 试验方法
1. 2. 1 ABA、乙烯利和 1 － MCP 处理果实 ABA 和
乙烯利处理桑椹参考任杰等(2010)的方法，略有改
动。选取着有部分红色的绿果，带果柄采收，分别用
264 mg·L － 1 ABA (含 0. 1% 吐温-20) 和100 mg·L － 1
乙烯利(含 0. 1% 吐温-20)和清水浸泡约2 min，每隔
3 h 浸泡 1 次，共 3 次，并在 25 ℃条件下放置 5 天。
试验用到的乙烯抑制剂 1 － MCP 购自北京奥凯德生
物医药科技有限公司。准确称取 0. 25 g 1 － MCP，用
2% KOH 溶液溶解，迅速倒入提前装好着有部分紫
色果实的 500 mL 的密闭瓶中，25 ℃下熏蒸 24 h，通
风 30 min 后密封于聚乙烯保鲜袋中，在 25 ℃下放
置 3 天，对照使用无菌水处理。最后将处理桑椹用
液氮速冻后存于 － 80 ℃冰箱中备用。
1. 2. 2 花青素含量的测定 桑椹花青素的提取参考
Jeong 等(2010)的方法，略有改动。待测桑椹样品在
液氮的处理下碾磨成粉末，称取 0. 25 g 粉末置于离心
管中，加入 5 mL 预冷的酸性甲醇(含 1% HCl)，4 ℃
下避光提取 12 h 后，将提取液 4 000 r·min － 1离心
10 min。取 2 mL 上清，加入2 mL水和2 mL氯仿，然后
混匀。混合液经 12 000 r·min － 1离心 1 min，吸取上层
溶液测量在530 nm的吸光度。
1. 2. 3 叶绿素含量的测定 称取 0. 25 g 桑椹粉末
置于离心管中，加入 5 mL 预冷的 80%丙酮，4 ℃下
避光 提 取 12 h。将 提 取 液 6 000 r·min － 1 离 心
10 min，分别测定上清液在 440，645 和 635 nm 的吸光
值，按照 Porra(2002)的方法计算叶绿素的含量，公式
为: 叶绿素 (总含量) = (20. 21 × OD645 + 8. 02 ×
OD663) × V /1 000W。
1. 2. 4 ＲNA 的提取及 cDNA 第 1 链的合成 按照
TaKaＲa 公司 ＲNA 抽提试剂盒说明书提取总 ＲNA。
分别取适量体积 ＲNA 用 1% 的琼脂糖凝胶电泳检
测，并用紫外分光光度计检测 DNA 及总 ＲNA 的
浓度。
以总 ＲNA 为模 板，参 照 反转 录 酶 M-MLV
(TaKaＲa)说明书，并以随机引物作为引物，合成
cDNA 第 1 链，存于 － 20 ℃备用。
1. 2. 5 半定量 ＲT-PCＲ 分析 设计编码桑树 1，5 －
二磷 酸 核 酮 糖 羧 化 酶 /加 氧 酶 ( Ｒibulose-1，5-
bisphosphate carboxylase / oxylase，Ｒubisco)的 1，5 －
二磷酸核酮糖羧化酶 /加氧酶小亚基基因(Ｒibulose-
1，5-bisphosphate carboxylase / oxylase small subunit，
06
第 9 期 刘长英等: 桑椹发育中花青素、叶绿素含量变化及相关基因的表达分析
ＲBCS)和 1，5 －二磷酸核酮糖羧化酶 /加氧酶大亚基
基因 ( Ｒibulose － 1，5 － bisphosphate carboxylase /
oxylase large subunit，ＲBCL)的 PCＲ 引物，设计与叶
绿素降解相关的基因脱镁叶绿酸 a 加氧酶基因
(pheophorbide a oxygenase，PaO)的 PCＲ 引物，并以
桑树肌动蛋白基因 MaACT 3(李军等，2011)作为内
参，进行半定量 ＲT-PCＲ 分析基因在桑椹不同发育
时期和 ABA、乙烯利处理的桑椹中的表达情况。设
计桑树花青素合成相关基因查尔酮合成酶基因
( chalcone synthase，CHS )、查 尔 酮 异 构 酶 基 因
( chalcone isomerase，CHI)、二羟黄酮醇 － 4 －还原酶
基因 ( dihydroflavonol 4 － reductase，DFＲ)和花青素
合酶基因( anthocyanin synthase，ANS)的 PCＲ 引物，
进行半定量 ＲT-PCＲ 分析其在不同发育时期桑椹和
不同激素处理的桑椹中的表达情况。
表 1 半定量 ＲT － PCＲ 引物
Tab． 1 Primers of semi － quantitative ＲT － PCＲ
引物名称
Primer name
序列
Sequence
MaＲBCL-F
MaＲBCL-Ｒ
MaＲBCS-F
MaＲBCS-Ｒ
MaPaO1-F
MaPaO1-Ｒ
MaPaO2-F
MaPaO2-Ｒ
MaCHS-F
MaCHS-Ｒ
MaCHI-F
MaCHI-Ｒ
MaDFＲ-F
MaDFＲ-Ｒ
MaANS-F
MaANS-Ｒ
MaACTIN3-F
MaACTIN3-Ｒ
5 － AGCATTTCGAGTAACTCCTCAA － 3
5 － TTCAAGTAATGTCCTTTGATTTC － 3
5 － ATGGCTTCATCCATTGTGTC － 3
5 － CGGAGGCTTGTAGGCAATGA － 3
5 － CTCGTTTTGTACCGGGAC － 3
5 － AACCTCACAATCAGCATGGA － 3
5 － TTGATGAAGGTGGAAACTTG － 3
5 － AGGTTGTTGGCTGCTCGT － 3
5 － ACTGAGGCATTCAAGCCTTT － 3
5 － AGCCACACTTAGCCTCCACT － 3
5 － TCACGACGATCGGAGTTTAC － 3
5 － GGACCGGTTACGATGTCTCT － 3
5 － AAGACTCTAGCCGAGCAAGC － 3
5 － ATTTCTGGTGATTGGTGCAA － 3
5 － TCATCATGCACATTGGTGAC － 3
5 － GGATGATCTTCTCCTTTGGC － 3
5 － AGAACACCCTGTTCTCCTCACT － 3
5 － GATGACCTGTCCATCTGGCAA － 3
1. 3 数据处理
采用 Excel 2010 和 SPSS 11. 5 统计分析软件对
试验中获得的数据进行统计分析、方差分析、多重比
对及相关性分析等。
2 结果与分析
2. 1 不同发育时期桑椹的采收及相关性状的测量
新选育果桑品系‘嘉陵 40 号’的果实用于本试
验。果实的颜色在一定程度上决定果实的品质，也
是判断果实成熟度的标志之一。因此，根据桑椹的
发育特征和颜色的变化选择 5 组不同发育时期的桑
椹，分别是绿色期( S1)、绿转红( S2)、红熟期( S3)、
红转紫 ( S4)和紫熟期( S5)，分别取于成熟前 30，
20，11，4 天及完全成熟期(图 1A)。选取各个发育
时期的桑椹 30 颗，测量单果的直径、长度和质量，并
求出单果的平均值。随着桑椹的发育，桑椹颜色由
绿色逐渐变成红色，最后红色变成紫色，再变成紫黑
色，桑椹的直径、长度和质量也呈现出逐渐上升的趋
势(图 1B)。
2. 2 不同发育时期桑椹花青素和叶绿素含量的测
定及相关基因的表达分析
对不同发育时期桑椹的花青素和叶绿素的含量
进行了测量。从 S1 期到 S5 期，每 1 克鲜质量桑椹
样品在 530 nm 下的吸光度分别为 0. 079，0. 314，
2. 278，8. 567 和 22. 551，经过方差分析和多重比对
分析，S1 和 S2 样品之间的吸光度差异性不显著，其
他时期桑椹的吸光度差异较显著。由检测数据可
见，在桑椹发育初期，即 S3 期以前，花青素含量很
低，从 S3 到 S5 期，花青素的含量大大提高(图 2A)。
从 S1 期到 S5 期，桑椹样品中的叶绿素含量分别为
11. 574，6. 408，3. 057，3. 481 和 4. 542 mg·100 g － 1经
过多重比对分析，S3 和 S4 的叶绿素含量的差异性
不显著，其他时期桑椹的叶绿素含量的差异较显著。
叶绿素的含量随着果实的发育先降后升，在 S3 和
S4 期达到最低，其后又逐渐有所上升，但 S5 期的叶
绿素含量不及 S3 以前的叶绿素含量(图 3A)。
花青素的合成起始于苯丙氨酸，是由一系列酶
的作用最终生成显色的花青素 ( Tanaka et al．，
2008)。笔者选取花青素合成的上游基因 MaCHS
和 MaCHI，下游基因 MaDFＲ 和 MaANS，分别设计特
异引物进行半定量 ＲT-PCＲ 分析基因在不同发育时
期的表达情况。试验结果如图 2C 所示，各个花青
素合成酶基因呈不同的表达模式。MaCHS 基因在
S3 期表达相对较低，而其他几个时期表达差异不显
著。MaCHI 基因在果实发育各个时期表达量相对
较为恒定。MaANS 基因在 S2 期表达量较 S1 期低，
从 S3 期到 S5 期表达量又逐渐升高。MaDFＲ 基因
在桑椹发育过程中，表达量逐渐增高，与花青素含量
的变化呈正相关，可能该基因是花青素合成响应桑
椹成熟的一个重要的基因。
通过对桑树基因组数据 ( http:∥ morus． swu．
edu． cn /morusdb /)的检索，获得 2 个 MaPaO 基因的
核苷酸序列，分别设计引物，分析它们在果实的表达
情况。试验结果如图 3B 所示，MaPaO1 和 MaPaO2
在果实发育过程中，表达量都呈现出先下降，后逐渐
上升，然后再下降的趋势。
笔者选取与光合作用有关的基因 MaＲBCL 和
MaＲBCS，分析它们在桑椹发育过程的表达差异。
试验结果如图 3B 所示，MaＲBCL 和 MaＲBCS 基因的
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林 业 科 学 50 卷
图 1 不同发育时期桑椹的表型及相关性状
Fig． 1 Developmental stages of mulberry fruit and
related characters
A. 不同发育时期桑椹的表型; B. 不同发育时期
桑椹的单果平均长度、直径和质量
A. The phenotypes of fruit; B. Mean fresh fruit length，
diameter and mass of fruit
表达量随着桑椹发育逐渐降低，尤其是这 2 个基因
在表达量上存在明显差异，MaＲBCL 基因的表达量
低于 MaＲBCS 基因的表达量，其原因可能是核基因
对桑椹成熟衰老信号的响应较强。
2. 3 桑椹发育过程中相关性状、色素含量间的相关
性分析
使用软件 SPSS 11. 5 分析不同发育时期桑椹的
长度、直径、质量、花青素含量和叶绿素含量等指标
间的相关性。桑椹的长度、直径和重量相互之间呈
极显著正相关。桑椹花青素含量与长度和直径呈显
著正相关，与质量呈极显著正相关。桑椹叶绿素含
量的变化与长度、直径、重量、花青素含量的变化呈
负相关关系，但是都差异不显著(表 2)。
2. 4 ABA 和乙烯利对桑椹花青素和叶绿素含量的
影响及相关基因的表达分析
使用 ABA 和乙烯利处理略带有红色的桑椹，经
处理 5 天后，桑椹表面都转变成红色，表明 ABA 和
乙烯利能够诱导花青素的合成(图 4)。检测不同处
理区桑椹花青素的含量对并对数据进行差异性分
析，结果是 ABA 处理区和乙烯利处理区桑椹花青素
的含量比对照(无菌水)高，乙烯利处理区桑椹花青
素含量变化较 ABA 处理区更加显著(图 4A)。分析
花青素相关基因在不同激素处理下的表达差异，结
果显示经由 ABA 和乙烯利处理的桑椹，MaCHS，
MaCHI，MaDFＲ 和 MaANS 4 个基因的表达量均比对
照高，乙烯利处理区的基因表达量又比 ABA 处理区
的基因表达量高(图 4C)。
图 2 不同发育时期桑椹的花青素含量和相关基因的表达
Fig． 2 Anthocyanin content of mulberry fruit during different
developmental stages and expression analysis of related genes
A. 花青素的含量; B. 花青素合成相关基因的表达分析
A. The content of anthocyanin; B. Analysis of expression
levels of anthocyanin biosynthesis related genes
图 3 不同发育时期桑椹的叶绿素含量和相关基因的表达
Fig． 3 Chlorophyll content of mulberry fruit during different
developmental stages and expression analysis of related genes
A. 叶绿素的含量; B. Ｒubisco 编码基因和 PaO 基因的表达分析
A. The content of chlorophyll; B. Analysis of expression
levels of rubisco encoded genes and PaO genes
同时还分析在 ABA 和乙烯利处理后，桑椹叶
绿素含量及 MaＲBCS 和 MaＲBCL 2 个基因表达量的
变化。试验结果表明，经 ABA 和乙烯利处理的桑椹
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第 9 期 刘长英等: 桑椹发育中花青素、叶绿素含量变化及相关基因的表达分析
叶绿素含量均比对照低，且差异较显著(图 4A); 在
ABA 处理的桑椹中 MaＲBCL 和 MaＲBCS 2 个基因的
表达均 受抑制，而 在乙 烯利处理 的 桑 椹 中 的
MaＲBCL 和 MaＲBCS 2 个基因表达量的差异不明显
(图 4C)。ABA 和乙烯利对 PaO1 和 PaO2 基因的
表达并没有很明显的影响。
通过分析 ABA 和乙烯利对桑椹花青素和叶绿
素含量的影响及相关基因的表达差异表明，ABA 和
乙烯利能够诱导花青素的合成，也能抑制叶绿素的
合成，ABA 还对 Ｒubisco 编码基因的表达有一定的
抑制作用。ABA 和乙烯利可能是启动桑椹着色的
“开关”，同样也调控花青素和叶绿素的合成，并使
桑椹发育过程中光合能力逐渐弱化。
表 2 桑椹发育过程中各个理化指标间的相关性分析①
Tab． 2 Ｒelatives coefficient of different indexs during the development of mulberry fruit
指标
Indexs
果实长度
Fruit length
果实直径
Fruit diameter
果实质量
Fruit mass
花青素含量
Anthocyanin
content
叶绿素含量
Chlorophyll
content
果实长度 Fruit length 1
果实直径 Fruit diameter 0. 983＊＊ 1
果实重量 Fruit mass 0. 996＊＊ 0. 983＊＊ 1
花青素含量 Anthocyanin content 0. 917 * 0. 911 * 0. 933＊＊ 1
叶绿素含量 Chlorophyll content － 0. 716 － 0. 743 － 0. 703 － 0. 413 1
①* 表示相关系数在 0. 05 水平上显著，＊＊表示相关系数在 0. 01 水平上显著。Correlation is significant at the 0. 05 level，＊＊Correlation is
significant at the 0. 01 level．
图 4 ABA 和乙烯利处理桑椹的花青素和叶绿素的含量及相关基因的表达
Fig． 4 The content of pigments in the mulberry fruit treated with ABA and ethephon and expression analysis of related genes
A. 花青素和叶绿素的含量; B. 不同激素处理桑椹的表型变化; C. 花青素合成相关基因、Ｒubisco 编码基因和 PaO 基因的表达分析
A. The content of anthocyanin and chlorophyll; B. The phenotypes of fruit treated with different hormones;
C. Analysis of expression levels of anthocyanin biosynthesis related genes，rubisco encoded genes and PaO genes．
2. 5 1 － MCP 对桑椹花青素含量的影响及相关基
因表达的影响
1 － MCP 作为乙烯的抑制剂，能够抑制果实中
乙烯的合成，可有效抑制果实的软化以达到保鲜的
效果，目前该药剂已经用于果实保鲜，能够延长产品
的货 架 期，取 得 了 良 好 的 经 济 效 益 ( Watkins，
2006)。笔者使用 1 － MCP 处理着有部分紫色的红
果 3 天后，结果是对照(无菌水)区桑椹的颜色完全
变成紫色，果体极度软化; 而 1 － MCP 处理区的桑
椹相比对照区的颜色变化较小，果体形状保持较好
(图 5B)。1 － MCP 处理区桑椹的花青素含量比对
照区低，差异较显著; 花青素合成相关酶基因的表
达量也有所降低 (图 5A，C)。以上结果表明 1 －
MCP 对桑椹中花青素的合成有抑制作用，而且能够
减缓桑椹的软化，可能对延长桑椹成熟期及货架期
具有意义。
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林 业 科 学 50 卷
图 5 1 － MCP 处理桑椹的花青素含量和相关基因的表达
Fig． 5 The content of pigments of mulberry fruit treated with 1 － MCP and expression analysis of related genes
A. 花青素的含量; B. 不同处理桑椹的表型变化; C. 花青素相关基因的表达分析
A. The content of anthocyanin; B. The phenotypes of fruit with different treatments;
C. Analysis of expressional levels of anthocyanin biosynthesis related genes
3 结论与讨论
本研究采集不同发育时期的桑椹，并对单果长
度、直径和质量进行测量。桑椹发育过程中的色泽
从绿变红、再从红变紫，桑椹的长度、直径和质量也
随之上升。色泽的变化是桑椹外观的一个重要的指
标，通常也是判断桑椹成熟度的指标之一，这是由于
不同种类的色素伴随桑椹的发育而合成或降解。桑
椹中显红色的色素主要为花青素，成熟的桑椹果汁
中花青素的含量高达 2 725. 46 mg·L － 1 ( Liu et al．，
2004)，由于花青素含量高，桑椹的颜色随成熟度增
加，由红色而变为紫黑色。
笔者分析桑椹发育过程中花青素的含量，并检
测花青素合成相关酶基因的表达情况，其结果表明
花青素含量随着桑椹的发育而不断增加，尤其是从
S3 期开始，花青素的含量大量积累并急速上升。对
花青素合成相关基因在果实中的表达量进行分析，
各个基因在桑椹的不同时期都有一定的变化，但呈
现出不同的表达模式，与苹果(Malus domestica)、越
橘(Vaccinium myrtillus)等果实中花青素合成相关基
因的表达模式相似 ( Jaakola et al．，2002; Espley
et al．，2007)。MaDFＲ 基因是花青素合成下游的关
键基因，该基因编码的酶催化二氢黄酮醇、二氢槲皮
素和二氢杨梅素合成无色花青素，该基因在桑椹发
育过程处于持续上升的趋势，推测它可能是桑椹花
青素合成中响应果实发育的关键基因。而除
MaDFＲ 基因外的其他合成花青素的关键酶基因不
仅参与花青素的合成，还参与除花青素外的其他类
黄酮化合物的合成，因此，推测 DFＲ 基因是花青素
合成重要的限速基因。
乙烯和 ABA 对于果实的色泽品质具有一定的
调节作用，都能促进花青素的合成与相关基因的表
达( Jiang et al．，2003; El-Kereamy et al．，2003; Wei
et al．，2011)。本试验中使用 ABA 和乙烯利处理桑
椹，结果显示它们能促进桑椹合成花青素，使得色泽
变红，花青素的含量也有所升高; ABA 和乙烯利并
对花青素合成相关基因的表达量具有增强作用。
果实根据采后呼吸类型和乙烯释放模式，可被
分为呼吸跃变型和非呼吸跃变型果实，其中呼吸跃
变型果实在后熟软化阶段伴随有呼吸强度和乙烯释
放量急剧增加，外源添加乙烯和乙烯抑制剂可调控
乙烯的释放量。罗自生(2003)选用 7 ～ 8 成熟度的
桑椹，对其采后的呼吸速率和乙烯释放量进行检测，
桑椹呼吸速率和乙烯释放量都是先上升后降低，两
者之间呈正相关关系; 而且桑椹在发育后期，从红
熟期到紫熟期的变化也比较迅速，由此可以判断桑
椹可能是呼吸跃变型果实。试验中通过使用乙烯抑
制剂 1 － MCP 处理桑椹，结果是 1 － MCP 能够延缓
桑椹的软化，并可能通过阻止乙烯的释放而抑制花
青素的合成。结合乙烯利和 1 － MCP 对桑椹成熟软
化及花青素合成的生理拮抗影响，可以推测桑椹是
一种呼吸跃变型果实，同时乙烯也具有调控花青素
合成的作用。
叶绿素是植物最重要的收集和转换光能的光受
体色素，存在于植物的多个组织器官中。叶绿素随
着果实的成熟逐渐发生降解，其含量通常随着果实
发育而逐渐降低 (张元慧等，2004; 章秋平等，
2008)。本试验中叶绿素的含量在桑椹发育过程中
出现先降后升的现象，这与前人研究有所不同，有待
进一步研究探讨。1，5 －二磷酸核酮糖羧化酶 /加氧
酶(Ｒubisco)在光合作用中催化 1，5 － 二磷酸核酮
糖与二氧化碳的羧化反应或与氧气结合的加氧反
应，将大气中游离的二氧化碳转化为生物体内储能
分子，是光合作用的限速酶之一( Spreitzer，2002)。
46
第 9 期 刘长英等: 桑椹发育中花青素、叶绿素含量变化及相关基因的表达分析
Ｒubisco 由大亚基和小亚基组成，大亚基由叶绿体基
因 MaＲBCL 编码，小亚基由核基因 MaＲBCS 编码。
试验 分 析 了 编 码 Ｒubisco 的 基 因 MaＲBCL 和
MaＲBCS 在桑椹发育过程的表达差异，2 个基因的
表达量都逐渐降低，表明桑椹成熟过程中光合作用
的效率下降。MaＲBCS 的表达量随着桑椹的成熟而
逐渐降低，到 S5 期只有很微量的表达，而 MaＲBCL
基因到桑椹成熟后期还有一定量的表达，表明编码
Ｒubisco 的核基因 MaＲBCS 的表达可能对果实发育
具有较强的响应。
叶绿素降解是自然界非常普遍的现象，随着树
叶、果实和作物的衰老，或生物与非生物的环境胁迫
都可能发生叶绿素的降解(唐蕾等，2011)。叶绿素
降解过程中，在叶绿素酶 ( chlorophyllase，chlase)，
镁 －脱鳌合酶(Mg-dechelatase，MDCase)、脱镁叶绿
酸 a加氧酶和 ＲCC 还原酶 (ＲCC reductase)等关键
酶的作用下，叶绿素降解形成非荧光叶绿素代谢物
(NCCs)(Matile et al．，1999)。脱镁叶绿酸 a 加氧酶
是一种铁硫蛋白，催化叶绿素卟啉环开环成为四元
线性吡咯衍生物，PaO 编码基因缺失会产生滞绿突
变体，与叶片的失绿密切相关 (Hrtensteiner et al．，
1998)。MaPaO1 和 MaPaO2 基因表达量在桑椹的
成熟发育过程中都呈现出先下降，后逐渐上升，然后
再下降，其表达模式与黄瓜(Cucumis sativus)、花椰
菜(Brassica oleracea)等蔬菜中 PaO 基因的表达模
式相似(Fukasawa et al．，2010; 王伟等，2011)。
桑椹经过 ABA 和乙烯利处理后，其叶绿素含量
降低，表明它们对叶绿素的合成有调控作用。ABA
处理桑椹的 MaＲBCL，MaＲBCS 2 个基因的表达受到
抑制; 而乙烯利处理桑椹的 MaＲBCL，MaＲBCS 基因
的表达量没有受到明显的抑制。ABA 和乙烯利处
理桑椹对 MaPaO1 和 MaPaO2 的表达没有明显的促
进或抑制作用。由以上结果可以得出结论，乙烯可
能对桑椹中叶绿素的合成有抑制作用; ABA 在果实
发育过程中可能通过抑制 Ｒubisco 编码基因的表达
使得桑椹的光合作用弱化; 乙烯和 ABA 对 MaPaO1
和 MaPaO2 的表达影响并不明显，但叶绿素降解是
一个很复杂的过程，受到多个酶和不同的理化因子
的影响，乙烯和 ABA 对桑椹中叶绿素的降解有何种
影响还有待进一步的研究。
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(责任编辑 王艳娜)
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