环境因子调控植物花青素苷合成及呈色的机理.pdf

植物学报 Chinese Bulletin of Botany 2010, 45 (3): 307–317, doi: 10.3969/j.issn.1674-3466.2010.03.002 ·特邀综述 · 环境因子调控植物花青素苷合成及呈色的机理 胡可, 韩科厅, 戴思兰* 北京林业大学园林学院, 北京 100083 摘要 花青素苷(anthocyanin)是决定被子植物花、果实和种皮等颜色的重要色素之一。花青素苷的合成与积累过程往往与 植物发育过程密切相关, 由内外因子共同控制。环境因子通过诱导植物体内花青素苷合成途径相关基因的表达来调控花青 素苷的呈色反应。该文追踪了国内外相关研究, 认为光是影响花青素苷呈色的主要环境因子之一, 光质和光强均能在一定 程度上影响花青素苷的合成, 其中光质起着更为关键的作用; 低温能诱导花青素苷的积累, 高温则会加速花青素苷的降解; 不同的糖类物质均能影响花青素苷的合成, 大部分结构基因和调节基因的表达均受糖调控。关于花发育与花青素苷呈色的 关系、观赏植物花色对环境因子的响应以及花青素苷抵御逆境的机理尚待深入研究。因此, 综合考察花发育与植物花青素 苷合成及其呈色之间的关系, 特别是光周期对花发育的影响导致花青素苷合成及呈色的机理是花色研究的一个重要课题。 利用环境因子调控花色将会极大地提高花卉的观赏价值。 关键词 花青素苷呈色, 花青素苷合成, 环境因子, 基因调控 胡可, 韩科厅, 戴思兰 (2010). 环境因子调控植物花青素苷合成及呈色的机理. 植物学报 45, 307–317. 花青素苷(anthocyanin)是决定被子植物花、果实 量和稳定性产生作用。通常, 环境因子既可调控花青 和种皮等颜色的重要色素之一。它是一类水溶性的色 素苷合成途径中的结构基因, 也可调控调节基因, 从 素, 存在于植物表皮细胞的液泡中, 呈现橙色、红色 而决定最终的花青素苷种类。当植物细胞中积累花青 至蓝色(Martin and Gerats, 1993)。在花瓣中, 花青素 素苷后, 环境因子又对其稳定性产生作用, 进而加速 苷伴随着花的发育而逐渐积累, 在花瓣发育的晚期, 或减缓花青素苷的降解。植物生长在自然条件下, 其 花青素苷大量生成(Martin and Gerats, 1993; Ben- 生长发育必然受到环境因子的诱导, 植物花色和叶色 Nissan and Weiss, 1996)。 表现得尤为明显。在不同的环境条件下, 花色或叶色 研究发现, 外界环境信号激活了花青素苷合成途 会随之改变, 这主要是由于花青素苷的呈色易受环境 径中相关基因的表达, 并促使植物开始积累花青素苷 因子的调节。利用环境因子调控花色将会极大地提高 (Mol et al., 1996; David, 2000)。目前, 已有大量的文 花卉的观赏价值。影响花青素苷合成及呈色的外界环 献报道了花青素苷的生物合成途径, 其中催化各步反 境因子主要包括光、温度和糖等(David, 2000)。本文 应的酶和编码这些酶的基因已经被鉴定出来(黄金霞 综述了主要的环境因子在花青素苷合成及呈色过程 等, 2006; Tanaka and Ohmiya, 2008; 胡可等, 中的作用, 以期为利用环境条件改变花色和叶色, 开 2009) 。同时, 调控这些结构基因表达的主要转录因 展花青素苷代谢工程研究奠定理论基础。 子也已被分离, 对植物花色进行分子改良成为研究焦 1 光对花青素苷合成的调控作用 点(韩科厅等, 2008; Tanaka and Ohmiya, 2008)。花 青素苷的合成是内因和外因共同作用的结果, 基因编 光是影响花青素苷合成最重要的环境因子之一。在绿 码的酶决定了花青素苷合成的种类, 而环境因子不仅 色组织(如叶片、花芽和茎等)以及组织