全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2008, 35 (12) : 1735 - 1741
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2008 - 05 - 28; 修回日期 : 2008 - 10 - 27
基金项目 : 北京市科技计划项目 (D0706002040131)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: wanghq@ cau1edu1cn)
草莓果实发育过程中花色苷和黄酮醇类物质的形成
机制
张 琼 1 , 王红清 13 , 冷　平 1 , 贾乐新 2
(1 中国农业大学农学与生物技术学院 , 北京 100193; 2 北京市农林科学院 , 北京 100097)
摘 　要 : 以 ‘赛娃 ’草莓为试材 , 研究了果实中花色苷和类黄酮类物质的形成机制。在 ‘赛娃 ’果实
中共检测到 12种花色苷和 7种黄酮醇类物质。幼果期 (盛花后 15～25 d) 果实内没有花色苷的积累 , 但黄
酮醇类物质大量积累 ; 随着果实成熟 , 花色苷含量逐渐增加 , 黄酮醇类物质含量降低 ; 遮光导致花色苷和
黄酮醇类物质的积累降低了 70% ～90% , 尤其是花青素糖苷和槲皮素糖苷的含量降低了 90%以上 , 表明遮
光抑制草莓花色苷和黄酮醇类物质的积累 , 且对花青素、槲皮素合成的抑制明显高于对花葵素和山奈酚合
成的抑制。草莓果实类黄酮类物质代谢在发育前期主要为双氢槲皮素方向合成 , 果实成熟期主要为花葵素
方向合成。
关键词 : 草莓 ; 花色苷 ; 黄酮醇 ; 形成机制
中图分类号 : S 66814　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2008) 1221735207
M echan ism of An thocyan in s and Flavonols in Fru it D evelopm en t of Straw2
berr ies
ZHANG Q iong1 , WANG Hong2qing13 , LENG Ping1 , and J IA Le2xin2
( 1 College of A gricu lture and B iotechnology, China A gricu ltura l U niversity, B eijing 100193, China; 2B eijing A cadem y and
Forestry Sciences, B eijing 100097, China)
Abstract: ‘Selva’strawberries ( F ragaria ×ananassa) were used to study the effects of the mechanism
of anthocyanins and flavonols. Twelve anthocyanins and seven flavonols were detected in‘Selva’fruits. The
results showed that no anthocyanins were accumulated while abundant flavonols were synthesized in young
fruits 15 to 25 days after full bloom. Thereafter, the anthocyanins increased continuously with the fruit
development. On the contrary, the content of flavonols in fruitswas decreased. Shading reduced fruit anthocy2
anins and flavonols by 70% - 90% , particularly cyanins and quercitrins by 90%. These results may imp ly
that the accumulation of anthocyanins and flavonols were restrained by shading in strawberry, and the light
effects on cyanidin and quercetin were greater than on pelargonidin and kaempferol. Two major biosynthates
were found in the pathway of accumulating anthocyanins, they were dihydroquercetin at the stage of young fruit
and pelargonidin at the stage of mature fruit.
Key words: strawberry; anthocyanin; flavonol; mechanism
草莓花色苷不仅能呈现优异的色泽 , 还表现出较多的生理功能。作为一种高附加值的原料或功能
性食品基料 , 草莓花色苷的应用前景非常广阔 (唐传核 , 2005)。
草莓花色苷主要是由花青素和花葵素的糖苷组成 ( Hong & W rolstad, 1990; B ridle & Garcia2
V iguera, 1997; Goiffon et al. , 1999; Lopes2da2Silva et al. , 2002, 2007)。花色苷的合成过程非常复
杂 (A lmeida et al. , 2007) , 尤其是该过程中还包含一个重要的黄酮醇类物质分支代谢 , 主要形成槲
园 　　艺 　　学 　　报 35卷
皮素和山奈酚以及它们的衍生物 , 这些代谢物和花色苷类物质有共同的合成前体 (二氢黄酮醇 ) , 在
草莓果实的发育过程中它们存在前体物竞争关系。
草莓花色苷的合成与苹果、桃等不同 (Ju et al. , 1997; 杜纪红 等 , 2007) , 在弱光条件下仍会
积累。目前 , 对该方面的研究报道甚少。
本研究以 ‘赛娃 ’草莓 ( F ragaria ×ananassa‘Selva’) 为试材 , 采用高效液相串联质谱仪
(HPLC - MS/MS) 鉴定果实着色过程中存在的花色苷和黄酮醇类物质的种类及其在果实遮光条件下
的含量变化 , 研究草莓花色苷及黄酮醇的形成机制。
1　材料与方法
111　材料
以中国农业大学上庄实验基地中的 ‘赛娃 ’草莓为试材 , 用套袋的方法进行遮光处理。试验于
2007年 4月初 —5月中旬进行。在草莓开花期 , 每株保留两个花序 , 花后 5 d进行果实套袋遮光 , 纸
袋为小川袋 (规格 188 mm ×155 mm, 透光率 0% , 北京果树产业协会提供 ) , 并以不套袋的果实为对
照。分别在果实绿熟期 (盛花后 15 d)、白熟期 (盛花后 25 d)、粉红期 (盛花后 30 d)、全红期
(盛花后 32 d) 采样。取样品果实约 1 mm的外层果肉 , 用液氮速冻 , 置于 - 40 ℃冰箱中保存备用。
112　花色苷的检测
分别称取草莓样品 1 g, 加入 2 mL 20%甲酸浸提液 , 于 4 ℃冰箱中静置至无色 , 离心取上清液 ,
过微孔滤膜 (0122μm) , 采用 HPLC - MS/MS进行检测。
HPLC (W aters 2695) 检测条件为 : C18色谱柱 (Capcell PAK UG120, 100 mm ×416 mm )。柱温
35 ℃, 流速 015 mL·m in - 1 , 流动相 A为乙腈 , 流动相 B为 5%甲酸水溶液 , 采用梯度洗脱。质谱仪
采用四极杆 —飞行时间质谱仪 (M icromass Q2TOF m icro, W aters) , 电喷雾电离源 ( ESI) , 正离子模
式 , mass采集 100～1 500 Da。
113　黄酮醇类物质的检测
分析所用仪器同上 , 工作条件略作改动。样品浸提液为 5%甲酸水溶液 , HPLC流动相 A为乙腈 ,
流动相 B为 2%甲酸 , 质谱采用负离子模式。
114　花色苷类和黄酮醇类物质的计算方法
质谱分析参考 Lopes2da2Silva等 (2002, 2007)、M ilbury等 (2006)、Seeram等 (2006) 的方法进
行 , 花色苷类物质在 510 nm下分析 , 黄酮醇类物质在 350 nm下分析。为确定各类物质在紫外 —可见
光下的吸收特征 , 对所检测到的峰在波长 250～600 nm范围内进行扫描。
2　结果与分析
211　花色苷及黄酮醇类物质种类的鉴定
在波长 250～600 nm范围内对花色苷、黄酮醇类物质进行扫描 , 它们都存在各自的吸收峰特征 :
花色苷类物质在 280、430和 510 nm左右都有较高吸收 , 而黄酮醇类物质在 350 nm左右有较高吸收。
经二级质谱分析 , 正离子模式下主要检测到质荷比为 287和 271的两种碎片离子 , 为花青素和花
葵素。负离子模式下 , 主要检测到质荷比为 301和 285的两种碎片离子 , 为槲皮素和山奈酚。
将草莓全红期的外层果肉利用 HPLC进行物质分离 (图 1) , 对各类物质吸收特征及所含片段的
质荷比进行了分析 , 共检测到 12种花色苷类和 7种黄酮醇类物质 (表 1)。其中花色苷中花葵素的衍
生物有 9种 , 花青素衍生物有 3种 , 黄酮醇类物质中槲皮素衍生物有 4种 , 山奈酚衍生物有 3种。
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　12期 张 琼等 : 草莓果实发育过程中花色苷和黄酮醇类物质的形成机制 　
图 1　不套袋全红期 ‘赛娃’草莓样品的 HPLC图谱
波长 510 nm检测花色苷 , 350 nm检测黄酮醇 ; 各个峰的具体分析见表 1。
F ig. 1　Typ ica l H igh2Performance L iqu id Chroma tography ( HPLC) chroma togram of an thocyan in (λmax , 510 nm )
and flavonols (λmax , 350 nm ) in nonbagg ing‘Selva’strawberry in red stage
Peak assignments refer to the elution order shown in Table 1.
表 1　不套袋全红期 ‘赛娃’草莓果实中的花色苷及黄酮醇类物质的一级质荷比、二级质荷比和可能物质名称
Table 1　 Iden tity, chroma tograph ic and spectra l character istics of the an thocyan in s and
flavonols in the‘Selva’strawberry in red stage
化合物
Compound
峰
Peak
一级质荷比
MS[M + ]m / z
二级质荷比
MS2 [M + ]m /z
离子模式
Ion ( + / - )
推测物质名称
Tentative identification
花色苷类 1 563 271 + 花葵素的衍生物 Pg derivative
Anthocyanins 2 449 287 + 花青素 3 - 葡糖苷 Cy 32glucoside
3 595 433, 271 + 花葵素 3, 5 - 葡糖苷 Pg 3, 52diglucoside
4 433 271 + 花葵素 3 - 葡糖苷 Pg 32glucoside
5 579 433, 271 + 花葵素 3 - 芸香苷 Pg 32rutinoside
6 549 271 + 花葵素的衍生物 Pg derivative
7 535 287 + 花青素 3 - 丙二酰葡糖苷 Cy 32malonyglucoside
8 403 271 + 花葵素 3 - 阿拉伯糖苷 Pg 32arabinoside
9 519 287 + 花青素 3 -丙酰化葡糖苷 Cy 32p rop ionylglucoside
10 519 271 + 花葵素 3 - 丙二酰葡糖苷 Pg 32malonyglucoside
11 461 271 + 花葵素 3 - 甲酰葡糖苷 Pg 32formylglucoside
12 475 271 + 花葵素 3 - 乙酰葡糖苷 Pg 32acetylglucoside
黄酮醇类 13 447 301 - 槲皮素 3 -鼠李糖苷 Q 32rhamnoside
Flavonols 14 567 447, 301 - 槲皮素衍生物 Q derivative
15 477 301 - 槲皮素 3 -葡糖苷酸 Q 32glucuronide
16 505 301 - 槲皮素衍生物 Q derivative
17 447 285 - 山奈酚 3 -葡糖苷 K 32glucoside
18 489 285 - 山奈酚衍生物 K derivative
19 695 285 - 山奈酚衍生物 K derivative
　　注 : Pg: 花葵素 ; Cy: 花青素 ; Q: 槲皮素 ; K: 山奈酚。
Note: Pg: Pelargonidin; Cy: Cyanidin; Q: Quercetin; K: Kaempferol.
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212　套袋遮光对草莓花色苷积累的影响
图 2表明 , 草莓花色苷在绿熟期和白熟期没
有积累 , 随着果实成熟其含量逐渐增加 , 且从粉
红期到全红期迅速增加。套袋遮光显著降低了花
色苷含量 , 仅约为不套袋对照果的 20%。
进一步对组成草莓花色苷的花葵素糖苷和花
青素糖苷进行了分析 (图 3)。花葵素糖苷含量明
显高于花青素糖苷含量。不遮光条件下 , 果实花
葵素糖苷在同期总花色苷中的含量 , 粉红期约为
52% , 全红期约为 83%。套袋遮光条件下 , 粉红
期和全红期果实花葵素糖苷均占同期总花色苷的
85%左右。此外 , 套袋遮光显著降低了花青素糖
苷和花葵素糖苷含量 , 其中花青素糖苷降低了
90% , 花葵素糖苷在粉红期降低了约 45% , 全红
图 2　‘赛娃’草莓果实不同发育时期总花色苷含量的变化
F ig. 2　Changes in the con ten t of tota l an thocyan in
the developm en t of‘Selva’ strawberry
期降低了约 80%。全红期不套袋果实的花葵素糖苷含量约是花青素糖苷含量的 4倍 , 套袋果实花葵
素糖苷含量约为花青素糖苷含量的 9倍。
图 3　‘赛娃’草莓果实不同发育时期总花葵素糖苷和总花青素糖苷含量的变化
F ig. 3　Changes in the con ten t of tota l pelargon id in s and tota l cyan id in s dur ing the developm en t of‘Selva’strawberry
213　套袋遮光对草莓黄酮醇类物质积累的影响
幼果期草莓中的黄酮醇类物质含量较高 , 但
随着果实的进一步发育成熟而下降 (图 4)。整个
发育期套袋果的黄酮醇类物质的含量显著低于不
套袋果 , 前者仅约为后者的 25% ～35%。
进一步对草莓黄酮醇类物质的山奈酚糖苷和
槲皮素糖苷进行了分析 (图 5)。山奈酚糖苷的含
量随着草莓果实的成熟 , 表现出先减少后增加的
趋势 , 全红期含量最高 ; 套袋使山奈酚糖苷的积
累大量减少 , 约为不套袋果的 20% ～50%。槲皮
素糖苷的含量随着草莓果实的成熟 , 逐渐降低 ,
图 4　‘赛娃’草莓果实不同发育时期总黄酮醇类物质含量变化
F ig. 4　Changes in the con ten t of tota l flavonols dur ing
the developm en t of‘Selva’strawberry
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　12期 张 琼等 : 草莓果实发育过程中花色苷和黄酮醇类物质的形成机制 　
套袋使槲皮素糖苷的积累大量减少 , 套袋果约为不套袋果的 10% ～35%。另外 , 无论是套袋还是无
袋 , 总槲皮素糖苷在总黄酮醇类物质中的比例都很高 , 全红期为 90%左右 , 其它时期为 96%左右。
图 5　‘赛娃’草莓果实不同发育时期总山奈酚糖苷和总槲皮素糖苷含量的变化
F ig. 5　Changes in the con ten t of tota l kaem pferols and tota l quercetin s dur ing the developm en t of‘Selva’ strawberry
3　讨论
伴随草莓果实的成熟 , 果皮逐渐呈现红色 , 花色苷大量积累。目前对草莓花色苷已有许多研究 ,
但主要是研究草莓花色苷种类和其总含量的变化 (冯晨静 等 , 2003; Halbwirth et al. , 2006) , 在光
对草莓花色苷影响这一方面的研究相对较少。本试验研究了遮光对草莓花色苷含量变化的影响。
本研究结果表明 , 草莓果实发育过程中 , 花色苷从粉红期开始积累 , 全红期含量迅速增加 (图
2)。套袋遮光抑制花色苷的积累 , 但仍有花色苷合成。不套袋果全红期花葵素糖苷含量占同期草莓
总花色苷含量的 83%左右 , 而粉红期花葵素糖苷含量占同期总花色苷的 52%左右 , 套袋遮光后花葵
素糖苷在粉红期和全红期均占同期总花色苷的 85%左右 (图 3) , 这说明无论遮光还是不遮光花葵素
在草莓花色素中都占有绝对优势 , 且遮光明显抑制花青素糖苷的合成。另外 , 花葵素糖苷含量从粉红
期到全红期短短两天时间内迅速增加 , 而花青素糖苷的增加趋势较为缓慢 , 说明花青素对光感应需要
一个较为漫长的过程 , 合成相对缓慢 , 遮光使花青素合成更加缓慢 , 即抑制了花青素的合成。花青素
不仅在草莓中可以检测到 , 在苹果、桃中都可检测到 , 且目前的研究表明花青素为苹果和桃中的主要
花色素 (原永兵 等 , 1995; 周爱琴 等 , 1997; 胡亚东 等 , 2004 )。同时大量的研究表明 , 苹果
(Ju et al. , 1997) 在遮光条件下不易着色 , 在日照低于 40%时 , 晚熟桃不着色 (马玉玺和谷万梅 ,
1998) , 这与草莓能在弱光下着色不同。而草莓与苹果、桃等在果实花色苷含有上的最大不同是 , 草
莓中含有花葵素糖苷 , 且花葵素糖苷含量在整个草莓花色苷中占绝对优势。由此推测 , 花青素的合成
对光需求量很大 , 受光调节作用大 , 而花葵素合成对光需求相对较少 , 受光调节作用小。花葵素受光
调节作用小可能是草莓在弱光条件下能着色的重要原因之一。
黄酮醇类物质随着草莓果实的发育 , 其含量逐渐较低 , 遮光抑制黄酮醇类物质的积累。黄酮醇类物
质和花色苷类物质的合成都受同一种酶的催化 , 即类黄酮 - 3 - O -葡萄糖基转移酶 (UFGT)。UFGT酶
在草莓果实发育的绿熟期和全红期活性相对较高 (Halbwirth et al. , 2006)。果实发育后期 UFGT活性很
高 , 催化花色苷的大量合成 , 而果实发育前期没有花色苷的积累 , 其活性还相对较高 , 由此推测草莓果
实发育前期 UFGT仅催化了黄酮醇类物质的合成 , 即果实发育前期会大量合成黄酮醇类物质。
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在草莓的黄酮醇类物质中主要含有槲皮素和山奈酚以及它们的衍生物。本研究结果表明 , 槲皮素
糖苷的含量明显高于山奈酚糖苷的含量 (图 5) , 而与槲皮素糖苷拥有共同合成前体的花青素糖苷含
量却明显低于花葵素糖苷 , 花葵素糖苷与山奈酚糖苷又是由同一合成前体合成。
在草莓花色苷形成途径中 , 相对而言 , 就可能形成了两个大方向的合成 , 果实发育前期主要往双
氢槲皮素方向合成 , 果实成熟期主要往花葵素方向合成。
综上所述 , 草莓红色的形成 , 特别是从 4 -香豆酰 - CoA到花葵素的途径中 , 部分酶伴随着果实
的成熟将会被激活 , 而且这些被激活的酶不受光调节。关于这些调节酶是哪些酶 , 且如何被激活还有
待于进一步研究。
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收稿日期 : 2008 - 08 - 12; 修回日期 : 2008 - 10 - 24
基金项目 : 金陵科技学院科研基金项目 (J IT2RCYJ22007001) ; 天津大学杰出人才启动基金项目 (5110601)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: luofx@1261com)
紫薇异型雄蕊花粉生活力研究
张秦英 1 , 罗凤霞 23 , 刘　莉 1 , 郭富常 1 　 (1 天津大学农业与生物工程学院 , 天津 300072; 2金
陵科技学院园艺学院 , 南京 210038)
Pollen V iab ility of D im orph ic An thers in L agerstroem ia indica
ZHANG Q in2ying, LUO Feng2xia23 , L IU L i1 , and GUO Fu2chang1 　 ( 1 College of A griculture & B io2engineering,
T ianjin U niversity, T ianjin 300072, China; 2 J inling Institu te of Technology, N anjing 210038, China)
关键词 : 紫薇 ; 异型雄蕊 ; 花粉 ; 生活力 ; 自花授粉
中图分类号 : S 68211　　文献标识码 : A 　　文章编号 : 05132353X (2008) 1221741201
紫薇 (Lagerstroem ia indica) 雄蕊异化 , 具有长花丝和短花丝两类形态不同的雄蕊。两类雄蕊中的花粉形态、数
量、大小和生活力等都有一定的差异。前人研究推测两类花粉在功能上有着明显的分工。作者就两类花粉的生活力及
授粉结实能力进行了研究 , 证实紫薇两类花粉均有育性 , 并可自花结实。
试验于 2005—2007年 6—9月在天津大学和天津科润蔬菜研究所进行。以紫薇品种 ‘红红火火 ’和 ‘彩霞满天 ’
2～4年实生苗各 4株为材料 , 于盛花期连续 15 d对有代表性的花枝进行观测和收集花粉。花粉离体培养基为 H3 BO3
20 mg·L - 1 + CaCl2 10 mg·L - 1 +琼脂 5 g·L - 1 , 分别附加 0、50、100、150、200、250、300 g·L - 1蔗糖。25 °C培养
4 h后观测 , 花粉管长度大于花粉粒直径的视为萌发。试验重复 3次 , 每次统计花粉 1 000粒以上。
选取即将开放的花蕾 , 开花前一天傍晚去雄套袋 , 次日清晨花柱伸直后辅助授粉 , 套袋。分别在 6、12、24、30、
36、48和 54 h取完整的雌蕊 , 用卡诺固定 24 h, 75%酒精中保存。苯胺兰染色 24 h, 荧光显微镜观测萌发情况。每
个时期取材 5朵 , 连续重复 3次。授粉后 5 d和 30 d调查结实能力 , 果实成熟后调查单果种子数。
通过试验观测发现 , 雄蕊分两类。 (1) 外围花药 6个 (少为 5、7或 8个 ) , 花丝与花柱等长 , 约 20～24 cm, 花
药较大、棕色 , 花粉绿色 , 前人称之为 ‘传粉型雄蕊 ’; (2) 中央部分花药 20～45个 (多数为 30) , 花丝较短 , 长度
为 11～14 cm, 花药较小、黄色 , 花粉黄色 , 前人称之为 ‘给食型 ’雄蕊。
两种花粉均在培养基蔗糖浓度为 200 g·L - 1时萌发率最高 (80%以上 ) , 超过 200 g·L - 1后降低 ; 在 0和 50 g·
L - 1时 , ‘给食型 ’花粉萌发率高于 ‘传粉型 ’, 100 g·L - 1以上时后者高于前者。辅助授粉 6 h (图 1, A) , 花粉已萌
发 , 突破柱头壁 , 其中 ‘传粉型 ’花粉的花粉管长度达到整个花柱长的 1812% , 12 h后 (图 1, B ) 达到 5716% ,
‘给食型 ’花粉表现相似 , 分别达到 1513%和 5013%。24 h后两类花粉的花粉管均进入子房 (图 1, C) , 花后 48 h时
花柱中观测不到发光的花粉管。两种花粉授粉后均得到了果实 , 并有正常的具胚种子。
图 1　授粉后 6 h ( A)、12 h ( B) 和 24 h ( C) 花粉在柱头萌发及荧光观测 ( ×66)
F ig. 1　Germ ina tion of pollen after pollina tion for 6 h ( A) , 12 h ( B) and 24 h ( C)
by fluorescence m icroscopy observa tion ( ×66)
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