全 文 ：© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
园 　艺 　学 　报 　2009, 36 (9) : 1249 - 1254
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2009 - 03 - 26; 修回日期 : 2009 - 07 - 13
基金项目 : 国家 ‘863’计划重点项目 (2006AA100108) ; 山东省农业良种工程项目3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: Chenxs@ sdau1edu1cn)
‘国光 ’苹果及其红色芽变花青苷合成与相关酶活
性的研究
刘晓静 1, 2 , 冯宝春 3 , 冯守千 1 , 王海波 1 , 石 　俊 1 , 王 　娜 1 , 陈为一 4 ,
陈学森 13
(1 山东农业大学作物生物学国家重点实验室 , 山东泰安 271018; 2 山东省烟台市福山区农业局 , 山东烟台 265500,
3 山东省潍坊市林业局 , 山东潍坊 261041; 4 山东省五莲县林业局 , 山东日照 276800)
摘 　要 : 以 ‘国光 ’苹果及其红色芽变为试材 , 测定了果实发育期间的花青苷含量及其相关酶活性 ,
并研究了套袋对芽变花青苷合成的影响。结果显示 : ①在果实发育期间 , 芽变果皮的花青苷含量明显高于
‘国光 ’, 尤其是成熟期芽变果皮花青苷含量为 132170 U·g- 1 FW , 而 ‘国光 ’仅为 49140 U·g- 1 FW; ②
在果实发育期间 , 两个品种间 PAL和 UFGT的酶活性无明显差异 , 但芽变的 CH I和 DFR酶活性明显高于
‘国光 ’, 表明芽变花青苷合成能力的提高与 CH I和 DFR酶活性高有关 ; ③套袋抑制芽变果皮花青苷的合
成 , 但解袋后花青苷的含量极显著升高 , 解袋后 4种酶的变化趋势差异较大 , CH I和 UFGT活性均迅速升
高 , 明显高于对照 , 这与解袋后花青苷迅速合成相吻合。综上结果 , 芽变与原有品种在着色机理上的关键
指标是果皮花青苷含量和 CH I酶活性。
关键词 : 苹果 ; 芽变 ; 着色机理 ; 套袋
中图分类号 : S 66111　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2009) 0921249206
Stud ies on An thocyan in B iosyn thesis and Activ ities of Rela ted Enzym es of
‘Ra lls’and Its Bud M uta tion
L IU Xiao2jing1, 2 , FENG Bao2chun3 , FENG Shou2qian1 , WANG Hai2bo1 , SH I Jun1 , WANG Na1 , CHEN
W ei2yi4 , and CHEN Xue2sen13
(1 S ta te Key Labora tory of C rop B iology, Shandong A gricu ltural U niversity, Taipian, Shandong 271018, Ch ina; 2 Yantai A gricu l2
tu ra l B ureau, Yan ta i, Shandong 265500, Ch ina; 3W eifang Forest B ureau, W eifang, Shandong 261041, Ch ina; 4W ulian For2
est B ureau, R izhao, Shandong 276800, Ch ina)
Abstract: Anthocyanin content and activities of related enzymes were measured in‘Ralls’and its bud
mutation. Effect of bagging on anthocyanin biosynthesis in bud mutation was also studied. The results
showed: ①Anthocyanin content in mature fruits was 132170 U·g- 1 FW in bud mutation which was very sig2
nificantly higher than that in‘Ralls’(49140 U·g- 1 FW ) ; ②Activities of PAL and UFGT were almost the
same between the two materials, but CH I and DFR activities were significantly high in bud mutation, which
were related to the increase of anthocyanin levels in the mutant; ③Bagging treatment inhibited anthocyanin
synthesis of bud mutation. But anthocyanin content had significantly increased after removing the bags. Activi2
ties of CH I and UFGT increased rap idly and were much higher than those in the control after the bag removal.
The increase was consistent with the imp rovement of anthocyanin levels. Above all, the key index of coloura2
tion mechanism of‘Ralls’and bud mutation is anthocyanin content and CH I activity.
Key words: app le; bud mutation; coloring mechanism; bagging
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园 　　艺 　　学 　　报 36卷
‘国光 ’曾是我国苹果生产上的主栽品种 , 但着色差等问题影响了进一步发展。2005年本课题组
在山东省日照市五莲县 ‘国光 ’苹果园中发现一株变异 , 突出的特点是成熟时果面晕红 , 色泽艳丽 ,
比 ‘国光 ’着色好 , 而叶片、果实形态特征及果实发育期与 ‘国光 ’基本一致 , 经两年的定点观察 ,
芽变母株变异性状稳定 , 异地高接试验表明高接树叶片、果实形态特征及其品质性状与变异母树基本
一致 , 且经 AFLP分子标记鉴定该芽变与 ‘国光 ’亲缘关系很近 , 因此判断该变异单株为 ‘国光 ’
苹果的红色芽变 (未发表资料 )。这一变异单株的发现 , 不仅有望选育成 ‘国光 ’芽变新品种 , 而且
为苹果红色发育机理的研究提供试材。
果实外观的红色主要是由果皮的花青苷含量决定的 , 花青苷的生物合成过程是一系列的酶促反
应 , 已有的研究结果表明 , 苯丙氨酸解氨酶 ( PAL )、查尔酮异构酶 ( CH I)、二氢黄酮醇还原酶
(DFR) 和类黄酮糖基转移酶 (UFGT) 是花青苷合成所必需的 4种酶 (王惠聪 等 , 2004)。DFR的缺
乏被认为是常春藤成年组织中没有花青苷积累的主要原因 (Murray & Hackett, 1991) , 但在荔枝果皮
中 , DFR并非花青苷合成的主导因素 ; UFGT是荔枝果皮花青苷合成的关键酶 (王惠聪 等 , 2004) ,
但对苹果施用乙烯利后 UFGT活性上升但花青苷没有合成 , 说明其不是主导苹果花青苷合成的酶 (Ju
et al. , 1995)。前人的研究说明 , 花青苷合成与相关酶活性的关系十分复杂 , 同种酶在不同物种中表
现不同 , 不同植物中调控红色发育的生理机制也有所不同 , 苹果上花青苷合成与相关酶的关系有待于
进一步明确。
作者研究了 ‘国光 ’苹果与其红色芽变在花青苷含量及其相关酶活性上的差异 , 同时讨论了套
袋对该芽变花青苷合成及相关酶活性的影响 , 旨在探讨该红色芽变着色变异的生理机制 , 并为进一步
从分子水平上阐明果实红色发育机理奠定基础。
1　材料与方法
111　材料
试验于 2006—2008年在山东农业大学作物生物学国家重点实验室与山东省日照市五莲县松柏乡
后长城岭村果园中进行 , 果园占地面积为 2 001 m2 , 其中 ‘国光 ’90株 , 红色芽变母株 1株。试材
为芽变株及在该芽变株附近随机选取的 1株 ‘国光 ’苹果。两品种 (系 ) 砧木均为山定子 , 树龄
19～20年 , 株行距 5 m ×4 m。土壤为沙壤土 , 地势平坦 , 生长结果均正常。试验地管理、立地条件基
本一致。2006和 2007年每年自 6月 8日起每隔 30 d采一次样 , 10月 6日后每隔 6 d采一次样直至 10
月 24日采收 , 每次采 10个果。果实采下后立即放入冰盒带回。采样时 , 在树冠各方位均匀采摘 , 进
行色素及酶活性测定时将果皮切碎后充分混合 , 以消除同株树上果实着色差异对试验结果的影响。
112　套袋处理
在芽变上进行套袋试验。盛花后一个月于单株上选取各方位的果实 120个进行套袋 , 以同株上的
不套袋果实为对照 , 采收前 24 d (9月 30日 ) 解袋。采用山东龙口凯祥双层袋。样品按上述相同方
法采集。
113　果皮中花青苷和叶绿素含量的测定
参照 Pirie和 Mullins (1976) 及王惠聪等 (2004) 的方法 , 并略做改动。将 10个果的果皮切碎
充分混合 , 取 015 g鲜样放入 10 mL 1% HCl—甲醇溶液于室温黑暗中浸提 2 h。用分光光度计测定提
取液在 553 nm 和 600 nm 处的吸光值 , 二者之差即为花青苷的相对含量。差值每增加 0101定义为一
个单位 U。设 3～5次取样重复。
叶绿素的测定参照仝月澳和周厚基 (1982) 的方法。
114　果皮中 PAL、CH I活性测定
取 015 g果皮加入 5 mL 提取液 [ 0105 mol·L - 1 Na2 HPO4 /KH2 PO4 (pH 710) , 0105 mol·L - 1抗
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坏血酸 , 01018 mol·L - 1巯基乙醇 ] , 冰浴匀浆 , 4 ℃下 15 000 g离心 20 m in, 上清液为酶粗提液用
于 PAL、CH I酶活性。PAL、CH I活性测定参照 L iste和 Lancaster (1996) 的方法。
115　果皮中 D FR、UFGT活性测定
酶液的提取参照 Murray和 Hackett (1991) 的方法。取样品 1 g加液氮研磨后加入 5 mL - 20 ℃
的丙酮混匀离心 , 弃去上清液 , 用 4 mL - 20 ℃丙酮再提取 1次 , 沉淀用 4 mL 011 mol·L - 1硼酸缓
冲液 (pH 818) 及 5 mmol·L - 1抗坏血酸溶液提取 , 上清液为 DFR和 UFGT酶的粗提液。DFR活性
测定参照 Stafford和 Lester (1982, 1984) 的方法 , UFGT活性测定参照 L ister和 Lancaster (1996) 的
方法。
2　结果与分析
211　‘国光 ’苹果与红色芽变着色生理的差异
21111　果皮花青苷和叶绿素的含量　
由图 1可知 , 芽变和 ‘国光 ’果实发育过程中花青苷含量的变化趋势一致。前期含量较低而后
期上升 , 10月 6日起花青苷迅速合成 , 在采收时 ( 10月 24日 ) 其含量达最高水平 , 其中芽变母株
果皮花青苷含量为 132170 U·g- 1 FW , 而 ‘国光 ’对照仅为 49140 U·g- 1 FW ; 在整个发育期中 , 芽
变的花青苷含量都明显高于 ‘国光 ’, 且芽变花青苷的合成早于 ‘国光 ’。
芽变和 ‘国光 ’果实发育过程中 , 叶绿素含量变化趋势基本一致 , 且无明显差别 ; 8月 7日左右
叶绿素开始降解直至采收。叶绿素开始降解的时间与花青苷开始合成的时间大致吻合。
图 1　‘国光’及其红色芽变果实发育过程中花青苷和叶绿素含量的变化
竖线柱为标准误 ( n = 3)。下同。
F ig. 1　Changes of an thocyan in and chorophyll con ten t in the per icarp of‘Ra lls’and
its red bud m uta tion dur ing fru it developm en t
Vertical bars rep resent SE ( n = 3). The same below.
21112 　果实发育过程中花青苷合成相关酶活性的比较 　
由图 2可以看出 , 芽变和 ‘国光 ’苹果的 PAL、UFGT的变化趋势基本一致 , 且两个品种间酶活
性均无明显差异 ; 二者的 CH I与 PAL、UFGT的含量明显不同 , 虽然变化趋势基本一致 , 但芽变的
CH I活性基本在整个发育期明显高于 ‘国光 ’; 二者的 DFR变化趋势基本一致 , 但芽变的 DFR活性
始终高于 ‘国光 ’, 尤其是 8月 7日之后 , 芽变的 DFR活性明显高于 ‘国光 ’, 这与芽变花青苷开始
大量合成的时间相吻合。
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图 2　‘国光’及其红色芽变果实发育过程中果皮的 PAL、CH I、D FR和 UFGT活性的变化
F ig. 2　Activ ities of PAL, CH I, D FR and UFGT in the per icarp of‘Ra lls’and
its red bud m uta tion dur ing fru it developm en t
212　套袋对芽变果实着色生理指标的影响
21211 　套袋对芽变果皮色素含量的影响 　
由图 3可以看出 , 芽变套袋期间几乎没有花青苷和叶绿素的合成 , 但 9月 30日解袋后花青苷迅
速合成 , 含量明显高于对照。解袋后叶绿素也开始合成 , 含量达到最高后开始降解 , 最后与对照的含
量相当。
图 3　套袋处理对芽变果皮花青苷和叶绿素含量的影响
F ig. 3　Effect of bagg ing on an tohcyan in and chorophyll con ten tin the per icarp of bud m uta tion
21212 　套袋对芽变果皮花青苷合成相关酶活性的影响 　
由图 4可以看出 , 芽变套袋期间 PAL、CH I、DFR和 UFGT 4种酶的活性均明显低于对照 , 但解
袋后 4种酶活性变化趋势存在较大差异 , CH I和 UFGT活性均迅速升高 , 明显高于对照 , 这与解袋后
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花青苷迅速合成相吻合 ; PAL和 DFR的变化趋势始终与对照基本一致 , 其中 PAL的活性解袋后与对
照相差不大 , 而 DFR则明显低于对照。
图 4　套袋处理对芽变果皮 PAL、CH I、D FR和 UFGT活性的影响
F ig. 4　Effect of bagg ing on activ ities of PAL, CH I, D FR and UFGT in the per icarp of bud m uta tion
3　讨论
311　‘国光 ’与其红色芽变着色生理的差异
果实的色泽是果皮中多种色素综合作用的结果 , 着色时 , 花青苷合成 , 叶绿素降解 , 红色显现出
来 (王惠聪 等 , 2002)。已知花青苷的生物合成受到相关酶的调控 , 在苹果果实发育过程中 , CH I、
DFR和 UFGT等酶的基因都有不同程度的表达。有报道指出 CH I活性的上升与花青苷含量的增加相
一致 (L ister & Lancaster, 1996 )。常春藤成年组织中缺乏 DFR, 阻断了花青苷的合成 (Murray &
Hackett, 1991)。洋葱 (A llium cepa) 鳞茎的金色突变是因为 CH I酶的结构基因失活 , 阻断了花青苷
的合成 ( Kim et al. , 2004) , 而洋葱鳞茎黄色突变中花青苷的匮乏是由于 DFR酶基因转录失活而导
致 ( Kim et al. , 2005a)。在本研究中 , 芽变果皮的花青苷含量在果实发育过程中始终高于 ‘国光 ’,
但二者的叶绿素含量相差不大 , 可见 ‘国光 ’红色芽变着色产生差异的直接原因是花青苷含量的明
显升高 , 而与叶绿素含量无关。对花青苷合成相关的 4种酶的研究表明 , PAL和 UFGT无论变化趋势
还是活性在两个品种间都无明显差异 , 但 CH I和 DFR差异较大 , 芽变的 CH I活性在果实发育的大部
分时期高于 ‘国光 ’, DFR活性 8月 7日后始终显著高于 ‘国光 ’, 这与芽变花青苷开始大量合成的
时期吻合。综上结果可以看出 , 红色芽变花青苷合成能力的增强主要是由于其果皮中 CH I和 DFR两
种酶活性的提高 , 这与 Park等 (2007) 在莴苣上的研究结果一致 , 而与 PAL和 UFGT两种酶的关系
不大。
312　套袋对 ‘国光 ’红色芽变着色生理的影响
套袋是果树生产中提高果实品质、改善着色状况及减少农药残留的的一项重要措施 , 其中苹果套
袋最显著的作用在于影响果皮色素尤其是花青苷的形成 (高华君 等 , 2006)。对荔枝的套袋试验表
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明 , 套袋期间对果皮花青苷合成及 PAL、CH I、DFR和 UFGT等 4种酶活性均有明显的抑制作用 , 解
袋后 , UFGT明显升高 , 果皮花青苷迅速上升 (王惠聪 等 , 2004)。在芽变上进行套袋试验的结果表
明 , 套袋期间 (遮光 ) 明显抑制与花青苷合成相关的 4种酶的活性 , 从而阻止了果皮花青苷的合成 ,
这与王惠聪等 (2004) 的研究结果吻合 ; 解袋见光后 , CH I和 UFGT的活性都迅速上升且高于对照 ,
而 PAL和 DFR的变化趋势与对照基本一致。综上可知解袋后芽变果皮中 CH I和 UFGT的活性迅速上
升导致了花青苷的迅速合成且高于对照。已有的研究结果表明 , 光照对花青苷合成相关酶的基因表达
有明显的诱导作用 ( Kim et al. , 2005b)。我们推测解袋后 CH I和 UFGT这两个酶活性的提高 , 可能
与 CH I和 UFGT这两个基因受到光的诱导表达上调有关 , 有待进一步研究。
综上所述可以看出 , 红色芽变果实果皮中 CH I和 DFR酶的活性升高 , 从而使花青苷合成能力增
强 , 其果皮花青苷含量显著高于 ‘国光 ’, 构成红色芽变果实发育的明显特征 ; 结合套袋试验可以看
出无论在不套袋或经过套袋处理的情况下 , CH I都对红色芽变果皮花青苷的合成起了重要作用 , CH I
与 ‘国光 ’苹果红色芽变果皮花青苷合成的关系最为密切。
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