花色苷对高等植物器官颜色的决定及其影响因素

综述了花色苷对高等植物器官颜色的决定作用及其影响因素的研究进展。花色苷本身的呈色属性、液泡定位及其在植物器官中的非均一性分布决定了花色苷能赋予植物器官颜色。花色苷单体和聚合体分子结构及其变化的多样性,以及花色苷合成与植物生长发育阶段的相关性决定了植物器官颜色的多样性。温度、光、水和矿质通过影响花色苷在液泡中的积累量而制约植物器官色度,液泡pH、氧化剂和还原剂通过影响花色苷的分子结构变化而制约植物器官色相。同时,细胞形状也通过影响花色苷的光学属性而制约器官颜色的变化。最后,还对植物器官颜色的机理和人工改良研究进行了展望。     

环境因子调控植物花青素苷合成及呈色的机理

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。     

环境因子调控植物花青素苷合成及呈色的机理

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。     

高等植物花色苷在液泡中的存在状态及其着色效应

综述了花色苷被摄入液泡的原因、花色苷在液泡中的存在状态及其对植物细胞的着色效应。花色苷在植物细胞质中合成后转运到液泡里是为了解除其对蛋白质和DNA等细胞功能分子的毒性。花色苷的液泡区隔化是花色苷在植物细胞中发挥正常功能的前提。在大多数植物中,花色苷在绝大多数情况下完全溶解在液泡里。但是,花色苷也能在液泡里形成颗粒,这些颗粒可以划分为花色苷体和花色苷液泡包涵体两类。花色苷体由膜包裹,其形成是液泡中小的有色囊泡逐渐合并的结果,发育完全的花色苷体为典型的球状、具比液泡更深的红色;液泡里的花色苷体具高密度,呈现为含高浓度花色苷的不溶性小球;花色苷体的存在可导致液泡的强烈色彩。花色苷液泡包涵体可能具备蛋白质基质,既无膜包裹又无内部结构,其形成是转运进液泡的花色苷与蛋白质基质结合的结果;液泡里的花色苷液泡包涵体形状不规则,象果冻;在花色苷液泡包涵体中,花色苷可能通过氢键连接于蛋白质基质的一个有限空间位点;花色苷液泡包涵体被认为是液泡中花色苷的"陷阱",优先摄取花色素3,5-二糖苷或酰化的花色苷;花色苷液泡包涵体的存在可增加液泡色彩的强度并导致"蓝化"。     

花色苷生物学功能的研究进展

花色苷是广泛存在于植物中的一种活性成分,具有抗氧化、抗衰老、抗癌、心血管保护等生物活性,是一种潜在的功能性着色剂。本文系统性地阐述了花色苷的结构与种类及近年来国内外学者在花色苷生物学功能方面的工作和研究进展,为花色苷在食品添加剂和制药行业的进一步研究和应用提供依据和参考。     

植物花瓣呈色机理及花色分子育种

植物花瓣呈色的主要化学物质包括类黄酮/花青素苷、类胡萝卜素和甜菜色素。其中类黄酮/花青素苷是分布最广泛的色素,决定大多数植物花瓣的呈色;类胡萝卜素在一些植物黄色至橙红色花瓣中起着作用;而甜菜色素主要存在于石竹目植物,包含甜菜红素和甜菜黄素。目前,关于色素生物合成的分子网络已被解析,主要由一系列结构基因控制;一些与色素合成相关的调控因子在很多植物中被鉴定发现。另外,基于外源基因表达或内源基因编辑的分子育种在一些观赏植物的花色改良中被成功应用。本文系统性总结了植物中3种类型色素合成的分子基础、调控机制及分子育种应用等方面的研究进展;将有助于提高我们对植物色素合成分子调控网络的认识,并以期为今后开展花色分子设计育种提供理论支持。     

粳稻龙锦1号/香软米1578杂交组合F_5家系群糙米总花色苷含量变异及相关性分析

随着环境污染加剧和人们对自身健康关注度的提高,功能性食品在全球范围内蓬勃发展。彩色稻米作为稻米家族中的一员,由于富含微量元素、花色苷、生物碱等功能性成分,已成为当前功能性食品研究开发的热点之一。本研究利用粳稻品种龙锦1号/香软米1578杂交组合214个F_5家系,对水稻糙米总花色苷含量、粒色等级和千粒重的变异及其相关性进行了分析。糙米粒色等级变异范围为1~9,平均值为4.98,变异系数为57.87%;糙米总花色苷含量变异范围为0~5459.34 mg/kg,平均值为834.47 mg/kg,变异系数为191.96%;糙米千粒重变异范围为11.96~26.24 g,平均值为17.75 g,变异系数为12.89%。糙米总花色苷含量、粒色等级和千粒重在F5家系中不符合正态分布,表现为右偏态,其中糙米总花色苷含量的偏斜程度最大。糙米总花色苷含量和千粒重的峰度系数为正值,表明为尖顶峰;而糙米粒色等级的峰度系数为负值,表明为平顶峰。糙米总花色苷含量与粒色等级呈极显著正相关,相关系数为0.69;糙米总花色苷含量、粒色等级均与千粒重呈极显著负相关,相关系数分别为-0.20和-0.34。与高亲龙锦1号相比,27个家系的糙米总花色苷含量极显著提高,占214个F_5家系的12.62%,为高花色苷水稻种质创新奠定了基础。     

辅色剂对紫淮山花色苷稳定性的影响及其热降解动力学研究

为探究谷胱甘肽和没食子酸对紫淮山花色苷的辅色作用,本文研究了谷胱甘肽和没食子酸对紫淮山花色苷降解率、热稳定性及色差的影响。试验表明,谷胱甘肽和没食子酸能有效抑制花色苷的降解,且最佳添加量分别为0.03%和0.2%。在此添加量条件下,紫淮山花色苷在50、70、90℃水浴中的热降解均符合一级降解反应动力学规律。添加谷胱甘肽和没食子酸的紫淮山花色苷降解速率常数(k)小于对照组,半衰期(t 1/2)和活化能(Ea)高于对照组,说明谷胱甘肽和没食子酸能够增强花色苷的热稳定性。色差测定结果表明,经谷胱甘肽和没食子酸辅色后的紫淮山花色苷,其明度指数(L*)和色品指数(a*、b*)较对照组变化缓慢,颜色的稳定性增强。     

外源咖啡酸和阿魏酸对黑莓汁中花色苷的辅色研究

为增强黑莓汁中花色苷的稳定,添加适量咖啡酸和阿魏酸到黑莓清汁中,采用可见吸收光谱和高效液相色谱-质谱研究其对黑莓花色苷的辅色作用。研究结果表明:黑莓汁中添加咖啡酸和阿魏酸显著增加了花色苷的最大吸收值(Aλmax),最大吸收波长(λmax)红移,说明咖啡酸和阿魏酸对黑莓汁中花色苷产生了辅色作用,辅色效应随时间的延长和咖啡酸、阿魏酸浓度的增加显著增强。HPLC-DAD-MS分析发现,咖啡酸辅色产生了两种新的花色苷衍生物(矢车菊素-3-O-葡萄糖苷-4-乙烯基儿茶酚和矢车菊-3-O-草酸酐酰葡萄糖苷-4-乙烯基儿茶酚),阿魏酸辅色产生了三种新的花色苷衍生物(矢车菊素-3-O-葡萄糖苷-4-乙烯基愈创木酚、矢车菊-3-O-草酸酐酰葡萄糖苷-4-乙烯基愈创木酚和矢车菊-3-O-阿拉伯糖苷-4-乙烯基愈创木酚),这些衍生物均为羟苯基-吡喃花色苷。     

高等植物二氢黄酮醇4-还原酶基因研究进展

花青素苷是影响植物花瓣呈色的重要色素,而花色是决定花卉观赏价值和商业价值的一个重要因素。在花青素苷的生物合成过程中,二氢黄酮醇4-还原酶（DFR）是花青素苷生物合成下游途径中的第一个关键的酶。因此,DFR在高等植物花色的形成过程中发挥极其重要的作用,是形成花青素苷的一个非常重要的调控点。DFR对3种二氢黄酮醇底物具有选择特异性,但决定DFR底物特异性的分子机制目前仍不十分清楚。该文简单概述了花青素苷生物合成途径及其转录调控机制,并结合作者的工作重点综述了DFR的底物特异性以及克隆的DFR基因在植物基因工程中的应用。     

影响月季花瓣呈色的理化因子及花色苷组分分析

【目的】通过对影响月季花瓣呈色的各理化因子的定量评价及其相关性分析,探讨月季花色的形成机理,可为花色育种提供理论参考和受体品种,对于探究花色形成机理和种质创新具有重要意义。【方法】以8个不同花色的月季品种为试验材料,分别对其花瓣颜色参数、细胞液pH值、金属离子含量、总花色苷含量、总黄酮含量和总叶绿素含量等理化指标进行测定和比较,并对花色苷组分进行定量分析。【结果】(1)不同花色月季的理化因子间存在显著差异,其中细胞液pH值、Fe³⁺、Ca²⁺、Al³⁺含量以及总花色苷、总黄酮含量等因子与花瓣颜色的形成密切相关,总花色苷含量和总黄酮含量的变化起直接作用,金属离子及细胞液pH值等因素通过改变花色素结构来影响花色。(2)不同花色月季花瓣中所含有的花色苷组分不同。其中,矢车菊素-3,5-葡萄糖苷在月季中占主体地位,主要调控紫红色花朵的形成;其次是天竺葵素-3,5-葡萄糖苷,其主要调控橙色、红色花朵的形成。黄色花朵中花色苷含量很少,主要受类胡萝卜素的调控;橙色花朵受花色苷和类胡萝卜素的双重调控;白色花朵中几乎不含有花色苷。芦丁在8...     

花色苷生物转化修饰的研究进展

花色苷是植物界中广泛存在的一种天然的水溶性食用色素,是植物呈现靓丽颜色的重要物质基础,具有多种重要的生理功能和生物活性,药用和保健价值较高,具有巨大的商业应用潜力。花色苷由花色素和糖类物质经糖苷键缩合而成,其结构母核是2-苯基苯并吡喃阳离子,且结构上存在多个活性羟基,稳定性较差,对酸碱度、光照、温度等因素敏感,极易导致色泽或活性的消失。此外,其亲水性较强,在疏水环境中溶解性差,不易透过磷脂双分子层生物膜,导致生物利用度较低。在保持花色苷原有基本骨架结构基础上的酰基化修饰改造,可以获得理化特性改善、稳定性增强且具有良好生物利用度的花色苷酯衍生物,是解决花色苷应用难题的一条重要途径,也是当今研究的热点和难点。目前可用于花色苷类物质生物转化酰基化修饰的方法主要植物细胞转化、酶法转化和微生物全细胞转化。综述了花色苷的稳定性、生物活性及酰基化花色苷的生物合成方法,旨在为进一步开展花色苷的结构稳定性与生理活性研究及其在药品、食品、化妆品等行业中的广泛应用提供有益参考。     

山葡萄果实发育过程中花色苷和非花色苷酚成分及其含量的变化

以‘双红’山葡萄果实为试材,采用HPLC—MS／MS技术,分析山葡萄果实发育过程中果皮中花色苷和非花色苷酚成分及其含量的变化。结果表明,转色期前果皮内没有花色苷积累,随着果实的成熟,花色苷含量逐渐增加,成熟期的含量最高;非花色苷酚自花后2周至成熟期间的含量变化呈下降趋势。在山葡萄果实发育过程中检测出花色苷10种,其中双糖苷5种、单糖苷5种;非花色苷酚类物质检测到14种,其中苯甲酸类2种、肉桂酸类3种、黄烷-3-醇类2种、黄酮醇类5种、白藜芦醇类2种。     

花色改变的分子机理研究

自1987年世界首例成功运用转基因技术改造矮牵牛花色以来,花色改造基因工程技术不断展现它在培育新花色品系上的无穷魅力。综述了观赏植物花色素的种类、花色素苷的生物合成途径;关键酶的种类;基因工程改变花色的原理和策略以及花色改良方面的研究进展。     

紫色马铃薯花色苷稳定性研究

探讨pH、光照、温度、氧化剂、还原剂、金属离子、防腐剂对紫色马铃薯花色苷理化稳定性的影响。结果表明：紫色马铃薯花色苷只有在酸性条件下才可以稳定存在;对光、热敏感,稳定性差;氧化剂和还原剂对紫色马铃薯花色苷有较大的破坏作用;Na+、Fe2+对紫色马铃薯花色苷有破坏作用,Mg2+、Mn2+、Cu2+可起到一定辅色作用;苯甲酸钠对紫色马铃薯花色苷稳定性影响不大,抗坏血酸具有减色作用。在今后的加工或贮藏中,应尽量选择避免对紫色马铃薯花色苷具有破坏性的条件。     

植物花色苷生物合成酶类的亚细胞组织研究进展

花色苷类化合物是类黄酮合成途径的有色末端产物,其合成需要多种酶类催化完成.花色苷生物合成的相关酶在细胞质中被组织成与膜联系的多酶复合体,该复合体对于花色苷生物合成途径的整个效率、专一性和调节具有重要意义.本文对植物花色苷生物合成相关酶的亚细胞定位、所形成的复合体的模型及其存在问题进行了综述.花色苷生物合成多酶复合体的建立将有助于演绎出一个关于细胞代谢的新“三维观”,可为花色苷生产的代谢工程的理性调控创造更有效的手段.     

花色苷类植物化学物对心血管系统的保护作用

花色苷是具有2-苯基苯并吡喃结构的一类糖苷衍生物,在高等植物的深色部位广泛分布。除了赋予植物性食品鲜艳的色泽外,现已明确花色苷类植物化学物还具有抗氧化、抗炎和调节脂质代谢等疾病预防功效。流行病学和临床试验研究表明,花色苷可以改善心血管系统功能,有助于降低心血管疾病的发病风险。综述了花色苷的食物来源及其对心血管系统的保护作用,并提出了今后的研究展望。     

二乔玉兰开花过程中花色变化的生理生化机制

以4年生二乔玉兰不同花期外层花瓣为试材,测定其在开花过程中花瓣色度值、花色苷、类黄酮、可溶性糖含量、细胞pH值以及相关酶活性的变化,以探讨二乔玉兰花色呈色机理。结果显示:(1)随着花期的推移,苯丙氨酸解胺酶(PAL)和查尔酮异构酶(CHI)活性逐渐减弱,细胞pH值逐渐变大,可溶性糖、花色苷、类黄酮含量不断降低,而花瓣明亮度增强,红色度以及彩色度减弱,且不同花期各参数值之间差异显著。(2)花瓣可溶性糖含量、PAL和CHI的活性与其花色素苷、类黄酮含量变化之间呈显著正相关关系,花瓣pH值的变化、明亮度L*值与花色素苷、类黄酮含量之间呈显著负相关,色相值a*与花色苷含量的变化呈显著正相关。研究表明,二乔玉兰花瓣花色苷和类黄酮含量的高低可以影响其花色的深浅,可溶性糖含量、PAL和CHI活性、细胞pH通过参与一定的生理代谢来调节花色素的形成,进而引起二乔玉兰花色色调的改变。     

表观遗传修饰影响花青苷合成研究进展

花青苷是广泛存在于植物中的一类重要的类黄酮化合物,对植物生长、代谢、应激等方面具有重要作用。在植物生长发育过程中,花青苷使植物的花和果实呈现出丰富色彩的颜色,从而吸引昆虫传粉和动物采食,便于结种和传播;在植物代谢应激反应中,花青苷使植物具有抵御低温、干旱、真菌感染,防御紫外线伤害、虫害等能力。花青苷生物合成通路受相关结构基因和转录因子的调控机制已被解析得十分清楚,近几年研究发现,植物花青苷生物合成相关基因受到表观调控,从而影响花青素苷的合成。表观遗传学是目前生命科学领域研究的热点之一,本文结合最新的植物花青苷合成表观遗传学研究进展,综述了花青苷合成过程中的表观遗传修饰以及基因编辑技术在表观遗传学研究中的应用,以期利用表观遗传手段为花色育种改良提供新思路。     

马缨杜鹃Rd3GT1的克隆及对矮牵牛花色形成的影响北大核心CSCD

类黄酮3-O-糖基转移酶(3GT)是花色素苷生物合成途径末端的酶,负责将糖基供体转移至花青素的3-OH位置,在增加花色素苷的稳定性与水溶性方面发挥重要作用。研究马缨杜鹃3GT在花色素苷生物合成中的功能,为马缨杜鹃花色形成及调控研究奠定基础。运用 RT-PCR 技术克隆获得马缨杜鹃3GT基因(Rd3GT1)全长CDS序列,并对其进行生物信息学分析,再利用DNA重组技术完成植物表达载体pBI121-Rd3GT1的构建,利用农杆菌介导法对矮牵牛进行遗传转化,同时对再生植株进行转基因及表型鉴定,并完成基因表达量及花色素苷检测分析。结果表明,Rd3GT1全长CDS序列为1 395 bp,编码464个氨基酸。蛋白多序列比对和系统进化分析表明,Rd3GT1属于3GT家族成员。与野生型相比,转Rd3GT1的矮牵牛植株花色由白色变为粉色,花色素苷与黄酮醇的积累显著增加,同时多个类黄酮合成相关基因表达显著升高。综上,Rd3GT1在花色素苷合成过程中发挥重要功能,可用于其它植物花色改良研究。