全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2011, 37(6): 10931100 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家转基因生物新品种培育重大专项(2009ZX08002-004B), 国家自然科学基金项目(30871477)和国家重点基础研究发展计
划(973计划)项目(2009CB118602)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 尹燕枰, E-mail: ypyinsdau@sina.com, Tel: 0538-8242458
第一作者联系方式: E-mail: wanghaiwei200803@163.com
Received(收稿日期): 2010-10-15; Accepted(接受日期): 2011-03-08.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2011.01093
灌浆期遮光对不同粒色小麦籽粒花青素积累与相关酶活性的影响
王海伟 王振林 王 平 王树刚 黄 玮 武玉国 孙兰珍 尹燕枰*
作物生物学国家重点实验室 / 山东省作物生物学重点实验室 / 山东农业大学农学院, 山东泰安 271018
摘 要: 为探讨光照条件对不同粒色小麦籽粒花青素合成与积累的影响, 以红粒小麦品种(系) D4 红、红 5、黑小麦
76, 黑粒小麦品系 D4黑、昌邑黑麦, 以及普通小麦济麦 19 (白粒)为材料, 研究穗部遮光对不同粒色小麦籽粒发育过
程中花青素积累及相关酶活性的影响。全灌浆期穗部遮光或后期遮光对籽粒花青素含量的影响显著大于前期遮光,
说明籽粒灌浆后期是花青素合成的关键时期。穗部遮光对 D4红、红 5及黑小麦 76籽粒花青素含量的影响显著大于
黑粒小麦昌邑黑麦与 D4黑。3个红粒品种(系)全灌浆期遮光后籽粒花青素含量不足 1 U g1, 与白粒品种类似, 而前
期遮光后期恢复光照后籽粒花青素迅速合成。与未遮光的对照比较, 遮光对 2 个黑粒小麦品系花青素含量影响虽达
显著水平, 但遮光后黑粒品系花青素含量仍在 2 U g1以上。说明黑粒与红粒小麦籽粒花青素的合成途径不同。红粒
小麦的花青素合成可能是一种依赖光的合成途径, 而黑粒小麦中可能是依光型和非依光型两种合成途径, 且后者是
其主要途径。有色小麦籽粒的苯丙氨酸解氨酶(PAL)和查尔酮异构酶(CHI)活性变化趋势是灌浆前期低, 中后期高, 而
多酚氧化酶(PPO)活性则呈前期高, 中后期低的变化趋势。未遮光处理的有色小麦, 其不同时期籽粒花青素含量与
PAL和 CHI活性变化趋于一致, 且呈显著正相关, 表明 CHI与 PAL是有色小麦籽粒花青素合成的关键酶。黑粒小麦
的花青素含量与 PPO活性呈显著负相关, 而红粒的相关性不显著。遮光后籽粒的花青素含量变化与酶活性变化趋势
不一致, 说明光照条件对籽粒花青素合成的影响并非直接通过 3种酶活性的变化而起作用。
关键词: 花青素; 苯丙氨酸解氨酶; 查尔酮异构酶; 多酚氧化酶; 遮光
Effect of Shading Post Anthesis on Anthocyanin Accumulation and Activities of
Related Enzymes in Colored-grain Wheat
WANG Hai-Wei, WANG Zhen-Lin, WANG Ping, WANG Shu-Gang, HUANG Wei, WU Yu-Guo, SUN
Lan-Zhen, and YIN Yan-Ping*
State Key Laboratory of Crop Biology / Shandong Provincial Key Laboratory of Crop Biology / Agronomy College of Shandong Agricultural
University, Tai’an 271018, China
Abstract: To understand the pathway of anthocyanin accumulation during grain filling of wheat (Triticum aestivum L.) and its
response to light, we used three red-gain, two black-grain, and one white-grain (control) varieties (lines) to investigate the dy-
namic changes of anthocyanin accumulation and activities of related enzymes during grain filling. Shading treatments were con-
ducted during the whole filling stage (14–34 days post anthesis, treatment T1) and at early (14–24 d post anthesis, treatment T2)
or late filling stage (24–34 days post anthesis, treatment T3), and natural light condition without shading was used as the control.
The effects of treatments T1 and T3 on anthocyanin content were larger than that of treatment T2, indicating that late grain filling
period is critical for anthocyanin biosynthesis. The changing degree of anthocyanin content induced by shading varied across va-
rieties with larger changes in D4 Hong (red grain), Hong 5 (red grain), and Heixiaomai 76 (purple red grain). In the treatment T1,
the grains of three red-grain varieties with anthocyanin content less than 1 U g1 were colorless, similar to the white-grain control
“Jimai 19”. In the treatment T2, the anthocyanin began to be synthesised after the shading was removed in late grain filling period.
The anthocyanin contents of black-grain wheat varieties Changyi Heimai and D4 Hei were significantly reduced in shading treat-
ments, but the absolute content was higher than 2 U g1 in the treatment T1. This result suggested different pathways of
anthocyanin biosynthesis probably light-dependent in red-grain wheat. While both light-dependent and non-light-dependent
1094 作 物 学 报 第 37卷

pathways in black-grain wheat, of which the latter was the main pathway. In colored-grain wheat, the activities of plenylalanine
ammonialyase (PAL) and chalcone ismoerase(CHI) were low in early grain-filling period, and increased to a higher level in mid-
dle to late filling period. However, the activity of polyphenol oxidase (PPO) varied from a high level in early filling period to a
low level in middle to late filling period. In the control treatment without shading, the activities of PAL and CHI were positively
associated with anthocyanin content at a significant level, indicating that CHI and PAL are the key enzymes in anthocyanin bio-
synthesis. The PPO activity was negatively correlated with anthocyanin content in black-grain wheat rather than red-grain wheat.
Under the shading conditions, the activities of PAL, CHI, and PPO were not closely associated with the anthocyanin content.
Therefore, it is inferred that the effect of light on anthocyanin biosynthesis is not based on the direct regulations of PAL, CHI, and
PPO activities.
Keywords: Anthocyanin; PAL; CHI; PPO; Shading
花色苷是植物体内非常重要的水溶性色素, 分
布极为广泛。迄今为止, 已在除藻类植物之外的其
他各门高等植物体内发现花色苷的合成[1]。近年育
成的有色小麦品种, 其籽粒富含天然花色素, 且钙、
铁、锌、硒等营养元素含量明显高于普通粒色小麦,
因其有特殊的调节和保健功能而日益受到消费者的
青睐[2-3]。小麦籽粒由胚和胚乳以及胚乳外覆盖的果
皮、种皮等部分组成, 果皮、种皮或糊粉层中沉积
色素的不同导致粒色的差异, 以红粒和白粒最为常
见, 亦有少量紫、蓝或黑色[4-5]。在一定遗传背景下,
籽粒粒色深浅有别, 如蓝粒可分为浅蓝、中蓝和深
蓝等[4,6]。细胞内花色苷的合成主要集中在液泡周围
的细胞质, 经由苯基丙酸类合成途径(phenylpropanoin
pathway)和类黄酮生物合成途径(flavonoid biosynthetic
pathway)完成。花色苷的生物合成途径包括约 20步
生物化学过程, 大约涉及 15 个结构基因和两类(Myb
和 Myc型)调节基因。结构基因直接编码花色苷生物
合成的酶类, 调节基因控制结构基因的表达强度和
表达方式[1]。花色苷的生物合成除受植物体内部因
子(如本身发育程序、激素水平等)的影响外, 环境因
子对其具有明显的调节作用, 其中光照是重要的调
节因子之一。持续白光照有助于离体培养花瓣的着
色, 并且光下着色能被光合作用抑制剂所抑制[1]。杨
文雄和介晓磊[4]研究了紫粒小麦种子发育进程与光
照条件的关系, 提出在籽粒发育后期延长光照时间
有利于籽粒花色素和黑色素的积累。本课题组 2008
年试验发现, 穗部遮光后红粒小麦籽粒表观不呈现
红色 , 而黑粒小麦粒色则不受影响 [7], 然而对其机
制了解甚少。红粒与黑粒小麦粒色对光反应的差异
是否与结构基因直接编码花色苷代谢生物合成的酶
类有关？针对这个问题, 本试验以红、黑粒 5个小麦
品种(系)和一个白粒小麦品种为材料, 研究了有色
小麦籽粒花青素的积累过程, 遮光对其积累及相关
酶活性的影响, 以期探明有色小麦籽粒花色苷的合
成途径和光照条件对色素合成的调节效应, 为促进
有色小麦功能性食品和天然色素的开发利用提供理
论依据。
1 材料与方法
1.1 植物材料及遮光处理
以花粉管通道法将外源红高粱(Sorghum bicolor
L. Moench)总 DNA导入白粒小麦(Triticum aestivum
L.)品种济核 916中, 获得黑粒稳定品系D4黑和红粒
稳定品系 D4 红、红 5[7]。以这些品种(系)及已推广
的昌邑黑麦(黑粒)、黑小麦 76(紫红粒)品种为试验材
料, 并以白粒小麦品种济麦 19作对照(图 1), 2008年
10 月至 2010 年 6 月连续 2 个生长季在山东农业大
学农学试验站田间种植。采用随机区组设计, 小区
面积 6 m2, 3次重复。栽培管理同一般高产田。



图 1 供试小麦品种(系)及其粒色
Fig. 1 Varieties and lines used and their grain colors
红粒品种(系): 红 5(No. 1), D4红(No. 2)和黑小麦 76(No. 3); 黑
粒品种(系): D4黑(No. 4)和昌邑黑麦(No. 5); 白粒品种: 济麦 19
(No. 6), 对照。
Red-grain varieties (lines): Hong 5 (No. 1), D4 Hong (No. 2), and
Heixiaomai 76 (No. 3); Black-grain varieties (lines): D4 Hei (No. 4)
and Changyi Heimai (No. 5); White-grain variety: Jimai 19 (No. 6),
control.

2009年 5月小麦开花后, 选择发育正常的麦穗,
用铝箔包裹麦穗进行遮光处理 , 设未遮光的对照
(control)、花后 14~34 d 全灌浆期遮光(T1)、花后
14~24 d灌浆前期遮光(T2)和花后 24~34 d灌浆后期
遮光(T3) 4种处理。收获时分别取样测定籽粒的花青
素含量。2010年 5月改用纯黑卡纸纸袋套住麦穗进
行遮光处理, 未套袋的麦穗作对照。花后每隔 4~5 d

第 6期 王海伟等: 灌浆期遮光对不同粒色小麦籽粒花青素积累与相关酶活性的影响 1095


取样一次, 样品用液氮固定后－40℃保存鲜样备用;
收获期取样干燥后贮藏。测定前每处理取 7 穗, 去
掉顶部 2个小穗, 每小穗剥出 1、2位籽粒混合后作
为样品, 随机称取 0.5 g, 3次重复。
1.2 籽粒中花青素含量测定方法
将 0.5 g样品用 96%乙醇去除叶绿素, 沉淀残渣
用 50%酸化乙醇提取液(pH 1.0) 10 mL提取花青素,
60℃水浴提取 3 h后, 5 600×g离心 10 min [5], 取上清
液测定 600 nm 与 530 nm 下的吸光值 , 以
ΔA530A600=0.1作为花青素单位[4,8]。
1.3 籽粒中酶活性测定方法
参照王慧聪等 [9]的方法提取苯丙氨酸解氨酶
(PAL)和查尔酮异构酶(CHI)。取 0.5 g籽粒加入 5 mL
提取液(含 0.05 mol L1 Na2HPO4/KH2PO4, pH 7.0,
0.05 mol L1抗坏血酸, 0.018 mol L1巯基乙醇), 冰
浴匀浆 4℃下 12 000×g离心 20 min, 上清液为酶粗
提液, 参照Lister等[10]的方法测定PAL和CHI酶活性。
参照晏本菊和李焕秀的方法[11] , 稍作改动测定
多酚氧化酶(PPO)活性。称 0.5 g籽粒, 加 5 mL磷酸
缓冲液(0.05 mol L1, pH 5.5), 冰浴研磨, 低温下提
取 30 min后, 0~4℃下 12 000g离心 15 min, 3次重
复。取 0.5 mL上清液, 加入磷酸缓冲液 2 mL和 0.1
mol L1邻苯二酚 1 mL, 混匀后将反应液置恒温水浴
35℃保温 15 min, 然后于 325 nm下测定吸光值。以
每 15 min光密度变化 0.01为一个酶活力单位[12]。
1.4 数据处理
采用 Microsoft Excel 2003和 SPSS 17.0软件处
理数据, 采用 LSD法进行处理间差异显著性比较。
2 结果与分析
2.1 籽粒中花青素含量变化
用铝箔做遮光处理, 灌浆全程遮光后 4 个有色
小麦品种(系)籽粒中花青素含量都较对照显著降低,
红 5与D4红籽粒中的花青素含量不足 1 U g1, 而昌
邑黑麦与 D4黑籽粒中的花青素含量都在 3 U g1以
上。灌浆前期遮光后红粒小麦 D4红、红 5的花青素
含量较对照显著降低, 黑粒小麦昌邑黑麦、D4黑籽
粒中花青素含量也显著低于对照, 但降低幅度远低
于红粒品种。各有色小麦品种(系)灌浆后期遮光处理
的籽粒中花青素含量均低于前期遮光处理的含量 ,
且黑粒小麦较对照的差异幅度远小于红粒小麦(图
2)。说明遮光对红粒小麦籽粒花青素积累影响显著
大于对黑粒籽粒色素积累的影响。


图 2 不同遮光处理小麦成熟期籽粒花青素含量(2009年)
Fig. 2 Anthocyanin contents in wheat grains at maturity under
different shading treatments in 2009
数据为 3次重复的平均值标准差; 处理间达显著差异(P<0.05)
用不同字母表示。Control: 未遮光处理; T1: 全灌浆期(花后
14~34 d)遮光; T2: 灌浆前期(花后 14~24 d)遮光; T3: 灌浆后期
(花后 24~34 d)遮光。
Data are shown in meansSD of 3 replicates. Treatments with sig-
nificant differences (P<0.05) are marked with different letters.
Control: Normal condition without shading; T1: Shading during the
whole grain-filling stage (from 14 to 34 days post anthesis);
T2: Shading at early filling stage (from 14 to 24 days post anthesis);
T3: Shading at late filling stage (from 24 to 34 days post anthesis).

用黑纸袋遮光处理, 灌浆期全程遮光后 3个红粒
品种(系)不同时期籽粒花青素含量都较对照极显著
降低, 花后 34 d籽粒的花青素含量和白粒品种济麦
19中的测定结果相近(图 3), 说明红粒小麦遮光后籽
粒中几乎无花青素合成。灌浆前期遮光处理的 3 个
取样时期内, 红粒小麦花青素含量变化较小, 说明
花青素基本不能合成 , 而去袋后花青素则迅速积
累。到花后 34 d, 前期遮光处理的黑小麦 76籽粒中
花青素含量与对照无显著差异, D4红显著低于对照,
但红 5花青素含量显著高于对照(图 3和图 4)。灌浆
后期遮光中, 3个红粒小麦籽粒中花青素从遮光之日
起几乎不见积累, 红 5和黑小麦 76籽粒中花青素含
量各时期变化较小, 而D4红前期合成的花青素在后
期遮光后则降至全程遮光处理的花青素含量水平 ,
这可能是 D4 红灌浆后期有一部分的花青素被降解
所致。黑粒小麦 D4黑前 4个取样时期遮光处理与未
遮光对照的花青素含量无明显差异, 而花后 34 d时
3 种遮光处理的花青素含量都显著低于对照, 但比
济麦 19的含量高 2倍以上(图 3和图 4), 说明籽粒中
还是有大量花青素积累。昌邑黑麦灌浆全程遮光中
后 3 个取样时期的花青素含量都显著低于对照, 且
其籽粒花青素积累量最少; 花后 29 d后期遮光处理的
花青素含量显著低于对照, 在花后 34 d时灌浆前期遮
光与后期遮光处理的籽粒花青素含量无明显差异(图 3
和图 4)。白粒小麦济麦 19遮光处理的与未遮光的花青
1096 作 物 学 报 第 37卷



图 3 不同粒色小麦品种(系)灌浆期籽粒花青素含量变化(2010年)
Fig. 3 Anthocyanin contents in grains of different colored-grain varieties (lines) during grain filling in 2010
数据为 3次重复的平均值标准差, 处理间达显著差异(P<0.05)用不同字母表示。
Control: 未遮光处理; T1: 全灌浆期(花后 14~34 d)遮光; T2: 灌浆前期(花后 14~24 d)遮光; T3: 灌浆后期(花后 24~34 d)遮光。
Data are shown in meansSD of 3 replicates. Treatments with significant differences (P<0.05) are marked with different letters.
Control: Normal condition without shading; T1: Shading during the whole grain-filling stage (from 14 to 34 days post anthesis); T2: Shading
at early filling stage (from 14 to 24 days post anthesis); T3: Shading at late filling stage (from 24 to 34 days post anthesis).



图 4 不同遮光处理花后 29 d时红、黑粒小麦籽粒颜色变化(2010年)
Fig. 4 Changes in grain colors of red and black wheat varieties (lines) at the 29th day post anthesis under different shading treat-
ments in 2010
Control: 未遮光处理; T1: 全灌浆期(花后 14~34 d)遮光; T2: 灌浆前期(花后 14~24 d)遮光; T3: 灌浆后期(花后 24~34 d)遮光。
Control: Normal condition without shading; T1: Shading during the whole grain-filling stage (from 14 to 34 days post anthesis); T2: Shading
at early filling stage (from 14 to 24 days post anthesis); T3: Shading at late filling stage (from 24 to 34 days post anthesis).

素含量无明显差异, 且其含量都在 1 U g1以下。
2.2 籽粒中 PAL、CHI和 PPO的活性变化
2.2.1 PAL 活性变化 在灌浆全程遮光处理中,
除红 5 外, 其他 4 个有色小麦品种(系)籽粒的 PAL
活性与对照相比变化趋势是前期显著高于对照, 后
期显著低于对照; 而济麦 19籽粒 PAL活性变化是先
较对照显著降低, 而后显著高于对照; 到花后 34 d
时, 昌邑黑麦和济麦 19的 PAL活性与对照无明显差
异。前期遮光处理去袋后红 5 与 D4 黑的 PAL 活性
迅速增加, 红 5 的后 2 个取样时期的酶活性都显著
高于对照, 这可能是红 5籽粒花青素含量高于未遮光
对照的原因之一; D4黑在花后 34 d时的酶活性显著
低于对照, 其他 4 个品种去袋后的 PAL 活性稍低于
对照或者无明显差异。灌浆后期遮光处理中, 红 5与
黑小麦 76 两个取样时期籽粒的 PAL 活性都显著低
于未遮光对照, D4红花后 29 d时籽粒的 PAL活性显
著低于对照, 在花后 34 d 时与对照无明显差异; 而
D4黑与济麦 19花后 29 d时遮光处理的 PAL活性显
著高于对照, 在花后 34 d时与未遮光处理的无明显
差异, 而昌邑黑麦花后 34 d籽粒的 PAL活性显著高
于未遮光处理(图 5)。
2.2.2 CHI 活性变化 全程遮光处理中, 除昌邑
黑麦外, 其他各小麦籽粒中的 CHI 活性先显著高于
对照, 而后降低至对照的酶活性水平以下, 花后 34 d
时 5个小麦品种(系)籽粒的CHI活性都低于对照; 而
昌邑黑麦花后 29 d时的CHI活性显著低于对照, 34 d
时又显著高于对照, 其他各时期与对照无显著的差
异。灌浆后期遮光处理中, D4红、D4黑、黑小麦 76

第 6期 王海伟等: 灌浆期遮光对不同粒色小麦籽粒花青素积累与相关酶活性的影响 1097


与济麦 19花后 29 d时的 CHI活性显著低于对照, 红
5与昌邑黑麦与对照无显著差异; 到花后 34 d时 D4
红的 CHI活性显著高于对照, 而黑小麦 76与 D4黑
显著低于对照, 其他小麦籽粒的 CHI 活性与对照无
明显差异。前期遮光处理中, 红 5 去袋后的 CHI 活
性较对照显著增加, 在后两取样时期籽粒的 CHI 活
性都显著高于对照, 黑小麦 76花后 29 d时显著低于
对照, 而 D4红、D4黑的 CHI活性在花后 34 d时显
著低于对照, 其他 3个小麦品种去袋后籽粒中 CHI活
性较未遮光处理的没有明显差异(图 6)。



图 5 不同粒色小麦灌浆期籽粒 PAL活性变化
Fig. 5 PAL activities in colored-grain wheat varieties (lines) during grain filling
数据为 3次重复的平均值标准差, 处理间达显著差异(P<0.05)用不同字母表示。Control: 未遮光处理; T1: 全灌浆期(花后 14~34 d)遮
光; T2: 灌浆前期(花后 14~24 d)遮光; T3: 灌浆后期(花后 24~34 d)遮光。
Data are shown in meansSD of 3 replicates. Treatments with significant differences (P<0.05) are marked with different letters. Control:
Normal condition without shading; T1: Shading during the whole grain-filling stage (from 14 to 34 days post anthesis); T2: Shading at early
filling stage (from 14 to 24 days post anthesis); T3: Shading at late filling stage (from 24 to 34 days post anthesis).



图 6 不同粒色小麦灌浆期籽粒查尔酮异构酶活性变化
Fig. 6 CHI activities in colored-grain of wheat varieties (lines) during grain filling
数据为 3次重复的平均值标准差, 处理间达显著差异(P<0.05)用不同字母表示。Control: 未遮光处理; T1: 全灌浆期(花后 14~34 d)遮
光; T2: 灌浆前期(花后 14~24 d)遮光; T3: 灌浆后期(花后 24~34 d)遮光。
Data are shown in meansSD of 3 replicates. Treatments with significant differences (P<0.05) are marked with different letters. Control:
Normal condition without shading; T1: Shading during the whole grain-filling stage (from 14 to 34 days post anthesis); T2: Shading at early
filling stage (from 14 to 24 days post anthesis); T3: Shading at late filling stage (from 24 to 34 days post anthesis).
1098 作 物 学 报 第 37卷

2.2.3 PPO活性变化 在花后 24 d的前 3个取样
时期小麦遮光处理后籽粒中 PPO活性都低于或显著
低于对照。在后两个时期, 灌浆全程遮光处理的黑
小麦 76与昌邑黑麦的 PPO活性花后 29 d时都较对
照显著升高, 在花后 34 d 时又都较对照显著降低,
D4 红则显著高于对照, 红 5、D4 黑和济麦 19 遮光
处理与未遮光的 PPO活性无显著差异。前期遮光处
理去袋后济麦 19、D4红、D4黑、红 5在花后 34 d
时籽粒中 PPO 活性显著高于对照, 昌邑黑麦与黑小
麦 76 籽粒中 PPO 活性与对照的无明显差异。灌浆
后期遮光中, D4红在花后 34 d时 PPO活性极显著高
于对照, 而红 5、黑小麦 76、昌邑黑麦都是显著低于
对照, D4 黑与济麦 19 籽粒中 PPO 活性较对照变化
不明显(图 7)。
2.3 花青素与 PAL、CHI、PPO的相关性
相关分析结果表明(表 1), 不同时期红粒小麦对
照的籽粒花青素含量与 CHI和 PAL活性呈极显著正
相关, 而与 PPO 活性相关性不显著; 黑粒小麦对照
组籽粒的花青素含量与 CHI、PAL 活性呈极显著正
相关, 而与 PPO酶活性呈极显著负相关。这说明CHI
和 PAL 都是有色小麦籽粒花青素合成的关键酶, 且
2 种颜色小麦籽粒的花青素含量与 CHI 活性的相关
性更高些。穗部遮光后红、黑粒小麦不同时期籽粒
花青素含量与 PAL和 CHI相关系数都较对照小, 但
也可达显著正相关; 黑粒小麦花青素含量与 PPO 活
性相关系数较对照降低, 呈显著负相关, 而红粒小



图 7 不同粒色小麦灌浆期籽粒多酚氧化酶活性变化
Fig. 7 PPO activities in colored-grain of wheat varieties (lines) during grain filling
数据为 3次重复的平均值标准差, 处理间达显著差异(P<0.05)用不同字母表示。Control: 未遮光处理; T1: 全灌浆期(花后 14~34 d)遮
光; T2: 灌浆前期(花后 14~24 d)遮光; T3: 灌浆后期(花后 24~34 d)遮光。
Data are shown in meansSD of 3 replicates. Treatments with significant differences (P<0.05) are marked with different letters. Control:
Normal condition without shading; T1: Shading during the whole grain-filling stage (from 14 to 34 days post anthesis); T2: Shading at early
filling stage (from 14 to 24 days post anthesis); T3: Shading at late filling stage (from 24 to 34 days post anthesis).

表 1 红、黑粒小麦籽粒花青素含量与 PAL、CHI和 PPO活性的相关系数
Table 1 Correlation coefficients between anthocyanin content and activities of PAL, CHI, and PPO in grains of red and black wheats
PAL CHI PPO 花青素含量
Anthocyanin content 对照 Control 遮光 Shading 对照 Control 遮光 Shading 对照 Control 遮光 Shading
红粒小麦
Red-grain wheat
0.802** 0.516** 0.853** 0.436* 0.469 0.058
黑粒小麦
Black-grain wheat
0.834** 0.713** 0.848** 0.552* 0.801** 0.524*
*P<0.05, **P<0.01. N 红, CK=15, N 黑, CK=10, N 红,遮=27, N 黑,遮=18
未遮光处理中, 红、黑粒小麦的自由度分别为 15和 10; 遮光处理中, 红黑粒小麦的自由度分别为 27和 18。
Under the natural condition without shading, the degrees of freedom (df) were 15 for red-grain wheat and 10 for black-grain wheat. In
the shading treatments, the df values were 27 for red-grain wheat and 18 for black-grain wheat.
第 6期 王海伟等: 灌浆期遮光对不同粒色小麦籽粒花青素积累与相关酶活性的影响 1099


麦的花青素含量与 PPO活性几乎不相关。
3 讨论
3.1 不同粒色小麦籽粒中花青素合成途径的探讨
红、黑粒小麦籽粒中花青素合成都受光的影响,
但就受光的影响差异幅度看, 与未遮光相比较, 遮
光对红粒小麦籽粒花青素含量的影响远大于黑粒小
麦。黑粒小麦穗部遮光后花青素含量变化较小, 但
与对照相比仍达到显著差异水平, 籽粒中仍有大量
的花青素合成; 而红粒小麦遮光后花青素与济麦 19的
花青素含量无明显差异, 前期遮光处理去袋后花青
素迅速合成, 说明二者的花青素主要合成途径是不
完全相同的。3个红粒小麦品种(系)籽粒花青素的合
成推断应是一种受光诱导的合成途径; 可能其受光
诱导的转录调控因子(Myb 或 bHLH 等)表达进而调
控籽粒花青素的合成[1,13]。而黑粒小麦籽粒花青素合
成推断其应至少存在两条途径, 一条是非依赖光的
花青素合成途径, 另一条是依赖光的花青素合成途
径。遮光后籽粒花青素减少的部分可能是受光诱导
的途径被阻止, 而其他不受光诱导的合成途径继续
合成花青素, 且非依赖光的合成途径为黑粒小麦主
要的花青素合成途径。目前对不依赖光的合成途径
有两种假设解释, 一是植物中有不依赖光的基因表
达, 这种基因即使在黑暗条件下也能启动花色素生
物合成[8]; 二是在自我调节机制下产生了基因产物,
使其花青素能继续合成[8,14]。关于光对红、黑粒小麦籽
粒花青素含量影响的机制有待进一步深入研究。
3.2 遮光对不同粒色小麦籽粒中酶活性影响的
探讨
PAL 是合成花色苷也是合成其他多种化合物
(类黄酮、木质素等)的起始酶, 其活性已备受关注[1]。
Arakawa [15]认为, 受光调节的 PAL才是花青素合成
的关键酶。但周爱琴等[16]发现, 随着苹果果皮中花
色苷含量的增加, 果实中 PAL 活性也随着增加, 但
二者并非呈简单的正相关关系, 可能还受其他代谢
反应的影响, PAL 可能不是控制花青素合成的唯一
关键酶, 有可能存在更直接的酶。冯守千等[17]也认
为 PAL 不是砂梨果皮花青素合成的关键酶, 因为砂
梨果皮中 PAL酶活性与花青素变化趋势不一致。本
试验结果表明, 红粒和黑粒小麦对照组籽粒中花青
素含量与 PAL活性呈显著正相关, 说明 PAL是有色
小麦花青素合成的相关酶 ; 遮光后相关系数降低 ,
但仍达到显著水平, 说明受光的影响籽粒花青素的
含量变化与 PAL酶活性变化关系不密切。CHI作为
花青苷合成的一个关键酶, 在黄酮类化合物的转化
中起重要作用, 在荔枝[9]、苹果[16]、沙梨[17]等中已
有报道, 但在有色小麦中鲜有报道。两种粒色小麦
对照组籽粒中花青素含量与 CHI酶活性呈极显著正
相关, 且大于与 PAL 的相关系数, 说明花青素含量
的变化与 CHI 酶的关系更密切些; 遮光后红粒型的
花青素含量与 CHI 的相关系数降低较大, 这也说明
受光的影响有色小麦籽粒花青素的合成变化与 CHI
酶活性变化关系不密切, 推断其遮光后主要是阻断
了光信号转导途径而影响花青素的合成, 并非是影
响 CHI酶活性而影响花青素的合成。PPO是广泛存
在于植物、真菌和昆虫质体中的金属蛋白酶, 它能
分别催化单羟基酚和二羟基酚氧化为醌, 从而引起
褐化[18-19]。但是, 植物体内大多数 PPO 活性都是潜
在的, 这是因为正常组织内细胞中的酚类物质和多
酚氧化酶呈区域性分布[19-20]。PPO 对花色苷的作用
较为复杂, PPO 可将查尔酮(chalcone)作为特异性底
物, 哢催化类黄酮噢 (aurone)的形成, 而后者是花色
及果实等黄色形成的主要原因之一 [21]; 另外 , PPO
还与花色苷的降解有关, 当有绿原酸或咖啡酸等酚
类存在时, 多酚氧化酶促进多酚生成O-醌类化合物,
该中间产物进一步与花色苷快速反应生成花色苷-
O-醌的缩合物, 然后进一步降解[22]。本研究表明, 黑
粒小麦对照组籽粒的花青素合成与 PPO活性呈显著
负相关, 说明其可能与花青素的降解有关。而 PPO
与红粒小麦的相关性不显著; 遮光后其相关系数都
降低, 说明光对红粒小麦花青素含量和 PPO 活性的
影响不是密切相关的, 其 PPO 活性可能主要与小麦
的一些其他性状密切相关, 如抗病性[23]和植物组织
褐化[20]。
3.3 红、黑粒小麦籽粒干鲜样花青素含量的差异
从本试验两年结果看 , 红粒与黑粒小麦籽粒
干、鲜样花青素含量结果不一致, 即红粒小麦籽粒
花青素含量是鲜样大于干样, 而黑粒小麦籽粒花青
素含量是干样大于鲜样。分析其原因认为, 可能是
红粒小麦在种子脱水干燥过程中籽粒的花青素自身
降解一部分或者转化为其他物质[22], 致使籽粒干样
中花青素含量低于鲜样。而黑粒小麦样品脱水后 ,
其中的花青素未发生变化, 但会使单位重量样品中
花青素含量增加。关于红、黑粒小麦籽粒干鲜样花
青素含量的差异机制, 尚待进一步研究。
4 结论
利用大田种植正常成熟的红、黑种粒 5 个品种
1100 作 物 学 报 第 37卷

(系)小麦中观察到其籽粒花青素合成途径存在差异,
红粒小麦的花青素合成可能是一种依赖光的合成途
径, 并且光对籽粒花青素含量的影响主要在籽粒灌
浆后期, 此时正是花青素合成的关键时期; 而在黑
粒小麦中, 可能至少存在两条花青素合成途径, 一
种是依光型合成途径, 另一种是非依光型合成途径,
且后者是其主要合成途径。PAL和 CHI是有色小麦
花青素合成的关键酶, CHI 与花青素合成的关系更
密切; PPO与花青素合成关系不密切。灌浆期不同遮
光处理红、黑粒小麦的籽粒花青素含量变化与 PAL、
CHI 和 PPO 酶活性的变化趋势不尽一致, 说明光照
条件对籽粒花青素合成的影响并非直接通过这 3 种
酶活性的变化而起作用。
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