果实着色花色素苷生物合成及调控技术研究--孙志刚、张建成、王鹏飞、杜俊杰

    色泽是果实品质的一个重要组成部分，能直接刺激消费的购买欲望，对果实的营养价值和商品价值具有重要影响，随着人们生活水平的不断改善和提高，人们对水果的消费也由量的需求转为对质的要求，其中果实端正、外形美观、色泽艳丽、尤其是红色或深红色的果品深色消费者喜爱，具有较高的市场竞争力。我国水果的栽培面积和产量在****水果生产中占有重要地位，但由于栽培技术等原因，使得生产出的水果色泽较差，商品价值降低，对果农经济效益造成了一定影响，同时也阻碍了我国水果产业的进一步持续健康发展。近些年来，我国在果实品质改善和提高方面的研究取得了很大发展，尤其是果实着色形成及调控技术方面的研究成绩显著，并在生产中进行了一定程度的试验推广，同时也取得良好效应。本文主要对近年来果实在花色素苷生物合成的基础理论和果实着色促成管理技术进行总结，以期为我国水果栽培中果实色泽品质改善和提高提高参考。

    1、花色素苷与果实着色

    花色素——又称花青素，是一类广泛存在于植物中的多酚化合物，赋予植物花、果实等器官红色、紫色和蓝色等绚丽的色彩，等植物的观赏性能和经济价值具有重要作用。目前，自然界在发现的花色素有22种类型，其中植物中**为常见类型有6种，分别为天竺葵色色、矢车菊色素、飞燕草色素、牵牛花色素和锦葵色素。植物中花色素很少我游离状态，常常与一个或几个葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖和、阿拉伯糖等通过糖苷键结合形成一种稳定的化合物，即花色素苷。研究表明，花色素苷广泛存在于开花植物（被子植物）中，已在27个科、73个属植物中检测到花色素苷，如紫甘薯、苹果、葡萄、雪橙、红球甘蓝、蓝莓、茄子、樱桃、红莓、草莓、桑椹、山楂、牵牛花等植物组织中均含量丰富，因而这些组织或器官呈现出红色、紫红色和蓝色等鲜艳而明亮的色彩。

    花色素苷是果实重要的呈色色素，在果实的着色过程中花色素苷随果实成熟而迅速增加。研究表明，红色系苹果果实成熟着色是由于果皮细胞中的叶绿素降解，同时合成大量花色素苷的结果。草莓、葡萄、荔枝和蓝莓等果实成熟过程中，伴随着果实色泽的转变和形成也出现果皮叶绿素含量下降和花色素苷含量迅速增加的现象。有一些果实类型在采收后花色素苷仍在继续合成和积累，如蓝莓、石榴、和草莓果实采后低温贮藏，果实花色素苷含量均有不同程度的增加。研究表明，苹果着色深的品种花色素苷含量高而着色浅的品种花色素苷含量少，与正常和浅色突变的苹果相比，着色深的突变株系果实花色素苷含量高。此外，果实由于栽培条件和成熟程度不同，其花色素苷含量也有差别，使得果实着色程度有深浅之分。

    2、果实花色素苷生物合成途径

    研究表明，苹果、葡萄等果实中花色素苷合成是通过草酸途径形成的，苯丙氨酸是花色素苷及其他类黄酮生物合成的直接前提。果实中花色素苷的生物合成大体分为3个阶段，****阶段有苯丙氨酸到4-香豆酰COA,其中PAL是该步骤的关键调节酶；第二阶段由4-香豆酰COA和丙二酰COA到二氢黄酮醇，该阶段产生的黄烷酮和二氢黄酮醇经不同酶的修饰作用，在不同植物中可形成3500种以上花色素和其它类黄酮衍生物；第三阶段是各种花色素苷的形成，即无色的二氢黄酮醇在DFR、LDOX和UFGT催化作用下转化为有色的花色素苷，其中UFG是**关键的酶，是****个使花色素转化为稳定花色素苷的酶，从而**终决定合成花色素苷的种类和花、果实等的颜色。

    3、果实花色素苷生物合成的影响因素

    3.1光照

光照是花色素苷合成的前提。果实完全不照光虽然能够正常成熟，但却无花色素苷合成，苹果花色素苷的积累在全光照50%内随光强增大而增加，不同品种苹果果实花色素苷合成对光强的反应不同，一些浓红色品种易于着色，在较低的光强下也能合成花色素苷并很好的着色。研究发现，“陆奥”和“金冠”苹果在白光下没有花色素苷的合成，而用紫外光-B（280~320nm）照射则有少量花色素苷的产生，表明光质对果实花色素苷的合成也有重要作用。在生产中发现高海拔高纬度地区苹果着色率和着色效果往往比平原和低纬度地区好，其原因就在于果实能较多吸收短光波，促进果实中花色素苷合成和积累。

    3.2温度

    一般来讲。相对较低的温度对果实着色有利，但是不同种类和品种的果实着色适宜温度不同。温度20°C时草莓果实花色素苷含量****且着色效果也好，而39°C高温处理则抑制草莓花色素苷的合成。苹果成熟期，在12~13°C条件下果实着色良好。因此。生产中通常对树体喷水，降低温度，促进苹果果实色。在葡萄栽培中高的夜温会减少果浆果皮花色素苷的积累，30°C高夜温条件下果皮积累的花色素苷含量减少，高夜温抑制CHS等与花色素苷合成相关的酶基因的表达，也抑制了转熟后UFGT活性的增加。生产实践中发现，果实成熟时的昼夜温差越大，夜温低，果实着色效果越好，这是由于夜间低温降低或抑制了果实的呼吸作用，是果实中糖分积累，有利于果实花色素苷的合成和积累。

    3.3糖分

    糖是果实花色素苷的组分之一、一般情况下，果实中花色素苷的含量随着糖含量的增加而增加。玫瑰露葡萄的含糖量要达到14%时上色才好，康可葡萄的含糖量低于8%时不上色。

富士苹果随着果肉还原糖和可溶性糖含量增加，果皮的花色素苷含量和着色程度也显著上升。草莓果实转色后，果实花色素苷合成迅速增加，总糖含量也增加，而葡萄糖和果糖含量不变。目前认为，糖更多是作为一种信号分子参与调控花色素苷的积累，如PAL、C4H、CHS、CHI、F3H、F3·H等大部分基因的表达都受到糖的调控。研究发现，在组织培养过程中蔗糖能使欧亚种葡萄花色素苷含量增加，Ca、激动蛋白、磷等信号传导因之参与了次过程。此外，在培养基上对切半的葡萄果实进行培养，10%鼠李糖能促进葡萄果实着色，10%鼠李糖和ABA混合应用促进着色的效果更好。

    3.4矿质养分

    氮肥对果实着色影响很大，叶片和果实的叶绿素含量几乎随着氮素供应增多成比例增所以氮肥过多不利于花色素苷积累和果实着色。研究发现，葡萄果实成熟过程中，施氮肥会使果皮中的酚类物质尤其是类黄酮积累减少，影响花色素苷的合成和果实着色，但随着成熟期接近，氮的作用会减弱。由于氮素对果实着色不利，“澳洲青萍”可多施氮肥以抑制花色素苷的合成。钾离子是糖代谢中许多酶的活化剂，可促进糖分运输，增加果实中糖分含量，利于果实花色素苷合成和积累。富士苹果树有机肥与磷酸钾配合使用，可显著提高果皮花色素苷含量和果实着色指数。此外，磷及许多微量元素（Mn、Mo、B、Zn）可参与糖代谢和运输，也有利于果实花色素苷积累和促进果实着色。

    3.5植物****

    ABA和乙烯能够显著促进葡萄、樱桃等果实着色和花色素苷的合成。生长素类物质对花色素苷合成的影响与使用的浓度高低有关，一般情况下在果实发育期外施2,4-D抑制花色素苷合成，而离体培养条件下，低浓度的2,4-D促进了草莓悬浮培养细胞内花色素苷的合成。通常外施GA会延迟或影响苹果果实着色，叶抑制草莓果实成熟。王惠聪等研究表明，100mg/L6-BA处理可降低荔枝果实UFGT酶活性，同时也显著抑制了荔枝果皮的花色素苷的合成。可见，植物****与花色素苷合成之间的关系是错综复杂的，果实的成熟和着色常常由多种植物内源****共同作用来控制的。

    4、果实着色的调控技术

    4.1选育花色素含量高易着色的品种

    果实中的色素种类及其形成数量是遗传特性所决定的，因此，通过杂交育种、芽变选种等，选择花色素含量高且易着色的优良株系，进一步培育更符合要求的果实新品种。生产中栽培的苹果品种，如元帅系、红玉、旭、富士、国光、印度、陆奥、祝金冠等着色表现为由易到难依次增加的趋势；同一品种也会因遗传上变异而出现容易形成花色的浓红色变异，如美国选育的元帅系短枝、浓红型芽变新品种，日本由富士选育的着色系芽变，这些品种果实色泽均优于原始母本。

    4.2适地栽培

    果实大多是多年生植物，新果园定植或老果园改造，时必须依据果树品种生长习性及其生态适应性，选择适宜当地生长发育的品种进行规划种植，做到适地适栽，通常果实成熟期间，日平均温度20°C左右，昼夜温差10°C以上，夏热短，秋季冷凉和紫外线充足的地区，有利于果实着色。我国山西、陕西、甘肃等黄土高原地区，以及一些高海拔地区，多具备夜温低，昼夜温差大，紫外线照射充足的条件，因此被划分为苹果优质产区。此外，生产中由于受栽培技术及环境条件影响而不能使果实达到理想色泽时，应该有针对性的选择种植容易着色的品种，以达到****着色效果，改善和提高果实品质。

    4.3合理修剪，改善光照条件

    采取适当的栽培树形或架式，通过合理的整形修剪，增大树体的通风透光性能，保证树冠内光照强度为自然光照强度的30%以上，利于光合作用，增加果实糖分积累，促进果实着色。目前，果树生产中由于整形修剪不合理，果园郁闭严重，通风透光不良，果实着色效果差。因此，对于乔化密植果园通过间伐、疏枝等措施逐步改造成自由纺锤形，达到枝枝见光、叶叶见光、果果见光的“高光效树形”，促进果实花色素苷合成和积累，果实着色效果好。

    4.4加强土肥水管理

    通过果园种草，增施有机肥，改善土壤团粒结构，增加土壤有机质含量，提高树体营养水平，使树势保持健壮，有利于果实着色。在增施有机肥的基础上，控制氮肥施入量，适当增施磷钾肥，防治树体营养元素缺乏不平衡引起的果实色泽发育不良。在果实着色前和采收前增施P、K、Fe,有利于果实内花色素苷含量提高，增加果实着色面积和色泽度。此外，适当喷施光合微肥和氨基酸微肥等均有利于果实上色。果实发育的后期（采收前10~20d）,保持土壤适度干燥，有利于果实增糖着色，此期灌水或降雨过多，均将造成果实着色不良，品质下降。

    4.5果实套袋

    果实套袋是促进果实着色和改善果面光洁度的一项重要措施。研究表明，苹果套反光膜袋能明显提高果实的光洁度，改善果实的着色，果点不明显；套双层袋的次之；套塑膜袋和不套袋果实光洁度差。着色过浓，果点多且大，果面粗糙，不利于生产优质果。但是，生产中也发现，果实套袋后会导致含糖量下降0.5~1.0度，果实硬度下降，甚至出现果实日灼、水锈、苦痘病等问题，因此，今后应加大果实套袋及其配套栽培技术的研究推广，推动果品生产的持续健康快速发展。

    4.6摘叶即转果

    果实去袋以后，常采取摘叶、转果等方法提高果实受光率，促进果实着色，通常情况下，摘叶在果实去袋后着色始期进行，主要摘除果实周围5~15cm内的遮光叶、贴果叶，使60%以上果面受到直射光的照射，有利于果实着色均匀。摘叶不能过多、过早，可分期进行，以防日烧、果面降色和对花芽及树体储藏营养产生不利影响。转果通常在果实采收前4~5周时进行，可增加果实受光时间，促使果实****均匀上色，果实着色指数可增加20%左右。

    4.7铺设反光膜

    铺设反光膜主要是改善和增加树冠内部和下部的光照，促使下部果实和果实萼洼部位着色。通常在去袋后果实开始着色时，将树盘内杂草清理干净，在树下沿行向于树冠外缘向内铺设银色反光膜，每行树两则各一带，可加大果实的受光时间，果实着色效果明显。研究表明，铺设反光膜可使树冠下部光强增加4倍，果实萼洼全部着色，树冠内膛叶片中叶绿素含量提高60%以上，果皮中花色素苷的含量增加2倍以上，

    4.8化学调控

选择效果稳定而无残留的化学药剂调控果实着色。在果实正常成熟前2周 施用乙烯利、萘乙酸等植物生长调节剂可以促进花色素苷的形成和果实着色。目前，生产是常用的苹果增红剂有萘乙酸、2-甲基—4氯丁酸钠等，喷施浓度为30~40mg/L和3000~40000倍液。此外，茉莉酸甲酯、油菜素内酯和—氨基乙酰丙酸（ALA）也可促进对苹果花色素苷合成和积累。

    4.9采后措施

    果实采后低温储藏，可促进某些果实花色素苷合成，如蓝莓、石榴、草莓等菜后低温储藏，果实花色素苷含量均有不同程度的增加。此外，果实采后低温储藏，并增加人工辅助光照特别是短波长光，亦可促进离体果实着色。

    4.10应用基因工程技术

    果实花色素苷含量与组成在很大程度上决定于遗传因素。因此，通过遗传措施调控植物花色素苷代谢基因及其表达，是实现果实花色素苷合成和积累的重要手段。目前，果实花色素苷合成途径中多数酶的编码基因和调节基因已从苹果、葡萄、草莓、蓝莓等果实中分离获得。今后，将会通过现代基因工程技术导入决定花色素苷合成的关键基因，对果实色泽形成进行调控，生产优质果品。

    5、小结

    果实着色是一个基因调控的过程。这个过程为光照、温度、养分、等因素影响，同时还受到植物****的调控。近年来，有关光照、温度及****调控花色素苷合成机理的研究国内外已有很多报道，但其调控机制仍不甚清楚。针对花色素苷代谢的研究应集中于以下几个方面：****，深入研究各种水果的花色素苷含量和组成；第二，利用现代分子生物学的手段，分离特殊颜色的花色素苷基因，开展基因特性、表达、调控及转基因研究，培育果树新品种；第三，研究营养、环境因子和栽培措施等对果实花色素苷合成的影响，调控红色花色素苷合成，生产优质果品。