高温对“万圣节”花青素代谢的影响

薛雅 施竹玥 李舒敏 王婷 陈淑婷 赵荣 李素华 张丽华

摘要 為研究高温胁迫对多肉植物‘万圣节花青素代谢的影响，以‘万圣节扦插苗为材料，对其进行37 ℃处理，分别处理0、6、12、24、48 h，测定各处理下‘万圣节叶片花青素含量、过氧化物酶活性、多酚氧化酶活性、过氧化物酶基因和多酚氧化酶基因的表达水平。结果表明，在高温胁迫处理的48 h内，‘万圣节叶片花青素含量总体呈现下降的趋势，但前12 h内花青素含量无显著变化；‘万圣节叶片多酚氧化酶活性和过氧化物酶总体均呈现先上升后下降的趋势，且均在24 h时达到顶峰；过氧化物酶基因cluster-7 148.177和cluster-7 148.112 77表达水平的变化趋势总体上与过氧化物酶活性的变化较为一致，但是过氧化物酶基因cluster-7 148.326 45和cluster-7 148.152 9的变化趋势与过氧化物酶活性的变化趋势不一致。由此可见，高温胁迫处理影响‘万圣节叶片中花青素的积累、多酚氧化酶和过氧化物酶活性；多酚氧化酶基因cluster-7 148.531 8、过氧化物酶基因cluster-7 148.177和cluster-7 148.112 77可能在高温引起的‘万圣节花青素降解中起重要作用。

关键词 高温胁迫；多肉植物；花青素代谢

中图分类号 TS201.3 文献标识码 A

文章编号 1007-7731（2023）03-0029-05

Effects of High Temperature on the Metabolism of Anthocyanins in

Aeonium arboreum ′Halloween′

XUE Ya   SHI Zhuyue   LI Shumin   WANG Ting   CHEN Shuting   ZHAO Rong   LI Suhua   ZHANG Lihua

（Suqian College， Suqian Jiangsu 223800）

Abstract In order to study the effect of high temperature stress on the anthocyanin metabolism of Aeonium arboreum 'Halloween'， the cuttings of 'Halloween' were used as materials and treated at 37 ℃ for 0 h， 6 h， 12 h， 24 h and 48 h， respectively. Then， the anthocyanin content， peroxidase activity， polyphenol oxidase activity， peroxidase gene and polyphenol oxidase gene expression levels in the leaves of 'Halloween' under each treatment were determined. The results showed that the anthocyanin content in the leaves of 'Halloween' showed a downward trend in the 48 h of high temperature stress treatment， but there was no significant change in the first 12 h; the activity of polyphenol oxidase and peroxidase in the leaves of 'Halloween' showed a trend of increasing first and then decreasing， and both reached the peak at 24 h; the change trend of the expression level of peroxidase genes cluster-7 148.177 and cluster-7 148.112 77 was generally consistent with the change trend of peroxidase activity， however， the change trend of peroxidase genes cluster-7 148.326 45 and cluster-7 148.152 9 is not consistent with the change trend of peroxidase activity. High temperature stress affects the accumulation of anthocyanins， polyphenol oxidase and peroxidase activities in leaves of 'Halloween'; polyphenol oxidase gene cluster-7 148.531 8， peroxidase gene cluster-7 148.177 and cluster-7 148.112 77 may play an important role in the degradation of 'Halloween' anthocyanins induced by high temperature.

Keywords high temperature stress; succulent plants; anthocyanin metabolism

多肉植物是一类具有膨大且肉质化器官的高等植物，多生于较干旱的地区，常体型小巧。这类植物因其小巧优雅的形态、绚丽夺目的色彩和耐阴耐旱的适应性，广受园艺爱好者的青睐，成为我国新兴产业。近年来已经形成四大多肉植物主产区，分别是山东青州、云南昆明、福建漳州和江苏常州，多个具有相当规模的种植基地、特色小镇和国家农业龙头企业应运而生，多肉产业对经济发展和乡村振兴起到了较大的推动作用[1-2]。

花青素在植物组织中广泛存在，对植物叶片、花和果实的着色起着至关重要的作用[3]。色彩对观赏植物的重要性不言而喻，因而花青素代谢的研究一直是观赏植物的研究热点，如矮牵牛、月季、百合等植物均有相关研究的报道[4-6]。合成和降解是花青素代谢中2个重要的过程。花青素生物合成途径已十分明晰，该途径由一系列酶基因构成[7]，在这些酶基因上游存在着一些调控其转录水平的转录因子，如MYB、BHLH和WD40等转录因子[8]。目前花青素代谢的研究主要集中在花青素生物合成及其调控上，花青素降解相关的研究还少有报道，仅有少数文献报道花青素降解可能与过氧化物酶、多酚氧化酶活性有关[9-10]。

‘万圣节（Aeonium arboreum‘Halloween）为景天科莲花掌属多肉植物，分布于亚洲、非洲和美洲的干旱和半干旱地区。‘万圣节形态优雅、色彩艳丽、观赏价值高，在多肉生产中占有重要地位。然而，夏季高温下叶色红艳的‘万圣节易变暗淡，观赏价值降低，经济效益不理想。本课题组前期的研究表明，彩叶‘万圣节叶片中主要的色素是矢车菊3-o-半乳糖苷，该色素是一种天然花青素，这意味着高温影响了‘万圣节叶片中花青素的代谢。基于此，该研究以‘万圣节扦插苗为材料，对其进行37 ℃处理，分别处理0、6、12、24、48 h，测定各处理下‘万圣节叶片花青素含量、过氧化物酶活性、多酚氧化酶活性、过氧化物酶基因和多酚氧化酶基因的表达水平，探明高温对‘万圣节花青素代谢的影响，以期为减轻或消除高温对‘万圣节叶片呈色的影响提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取宿迁学院园林实验基地苗床上当年扦插的‘万圣节单头植株为材料，将大小一致的扦插苗移入盆中栽培，盆高20 cm，上口直径24 cm，每盆1 株，分5个处理，每处理6盆，共移栽30盆，培养于室温为18 ℃的生长室内。在移栽21 d后，‘万圣节生长趋于稳定，此时将30盆植株转至37 ℃的人工气候箱进行培养，分别培养0、6、12、24、48 h后取‘万圣节植株第4至第5轮的叶片，检测不同处理时长下叶片花青素含量、过氧化物酶活性、多酚氧化酶活性、过氧化物酶基因和多酚氧化酶基因的表达水平，3次重复，取平均值进行统计分析。

1.2 试验方法

花青素含量测定采用0.1%盐酸比色法[11]，过氧化物酶活性测定采用愈创木酚比色法[11]，多酚氧化酶活性测定采用邻苯二酚比色法[12]，‘万圣节叶片RNA提取采用天根生化的多糖多酚植物总RNA提取试剂盒，荧光定量PCR采用朗基Q2000B进行。采用Primer Premier 5设计过氧化物酶基因和多酚氧化酶基因的定量引物（表1），‘万圣节AaACT2为内参基因。

1.3 数据统计与分析

采用GraphPad Prism 5制图，采用SPSS 25.0进行ANOVA单因素分析，分析数据间是否具有显著性差异。

2 结果与分析

2.1 高温胁迫对‘万圣节叶片花青素含量的影响

由图1可知，高温胁迫对‘万圣节叶片中花青素积累量影响很大。在高温胁迫处理的48 h内，随着时间的延长，‘万圣节叶片花青素含量总体呈现下降的趋势，花青素含量在高温胁迫处理的12 h内无显著变化，24 h后才表现出显著下降，且24和48 h后的花青素含量无显著性差異。

2.2 高温胁迫对‘万圣节叶片多酚氧化酶含量的影响

由图2可知，高温胁迫对‘万圣节叶片中多酚氧化酶活性具有一定的影响。在高温胁迫处理的48 h内，随着时间的延长，‘万圣节叶片多酚氧化酶活性总体呈现先上升后下降的趋势，多酚氧化酶活性在高温胁迫处理的6 h内无显著的变化，12 h后才表现出显著的上升，在24 h时达到顶峰，后呈现下降趋势。

2.3 高温胁迫对‘万圣节叶片过氧化物酶含量的影响

由图3可知，高温胁迫对‘万圣节叶片中过氧化物酶活性具有一定的影响。在高温胁迫处理的48 h内，随着时间的延长，‘万圣节叶片过氧化物酶活性总体呈现先上升后下降的趋势，多酚氧化酶活性在高温胁迫处理的12 h内无显著的变化，24 h后才表现出显著的上升，后呈现下降趋势。

2.4 高温胁迫对‘万圣节叶片多酚氧化酶基因表达的影响

为进一步探究多酚氧化酶对高温胁迫下花青素积累的影响，从已构建的‘万圣节叶片转录组文库中筛选出1个可能的多酚氧化酶基因cluster-7 148.531 8，并以高温胁迫下的‘万圣节叶片为材料，进行了该基因的表达量分析。由图4可知，高温胁迫对‘万圣节叶片中多酚氧化酶基因的表达影响很大，在高温胁迫处理的48 h内，随着时间的延长，‘万圣节叶片多酚氧化酶基因的表达水平总体呈现先上升后下降的趋势，多酚氧化酶基因的表达水平在高温胁迫处理的12 h内无显著的变化，24 h后才表现出显著的上升，后呈现下降趋势。

2.5 高温胁迫对‘万圣节叶片过氧化物酶基因表达的影响

为进一步探究过氧化物酶对高温胁迫下花青素积累的影响，从已构建的‘万圣节叶片转录组文库中筛选出了4个可能的过氧化物酶基因，并以高温胁迫下的‘万圣节叶片为材料，进行了上述基因的表达量分析。由图5可知，高温胁迫对‘万圣节叶片中过氧化物酶基因的表达影响很大，在高温胁迫处理的48 h内，随着时间的延长，‘万圣节叶片中4个过氧化物酶基因的表达水平总体呈现先上升后下降的趋势，cluster-7 148.177、cluster-7 148.112 77和cluster-7 148.326 45这3个过氧化物酶基因的表达水平在高温胁迫处理的12 h内无显著的变化，24 h后才表现出显著的上升，前2个基因在48 h后呈现下降趋势，而最后一个基因48 h与24 h的表达水平无显著变化。过氧化物酶基因cluster-7 148.152 9较为独特，在高温胁迫处理的48 h内，随着时间的延长，该基因的表达水平总体呈现先下降后上升再下降的趋势，表达水平的高峰分别在0和24 h。

3 结论与讨论

花青素是植物中分布较为广泛的一类色素，其负责的颜色范围从红色到紫色及蓝色。目前，花青素的生物合成途径已被解析清楚，花青素的合成调控已有诸多研究进展，然而学界目前对花青素在植物中的稳定性和分解代谢知之甚少。在红花檵木[13]、茄子[14]和‘红阳猕猴桃[15]中的研究表明，高温会显著减少植物中花青素的积累，这一结论与该研究结果相一致。然而，不同的物种对不同高温的反应并不相同，红花檵木中35 ℃处理1周即可使红色的叶片转青，‘红阳猕猴桃40 ℃处理后，其果肉内果皮中花青素含量迅速下降。花青素在高温条件下显著减少，这一过程中肯定存在着花青素降解这一过程。氧化水果提取物中花青素的主要酶之一是多酚氧化酶，该酶是一大类酶，普遍存在于高等植物中，在绿原酸或咖啡酰酒石酸存在下，多酚氧化酶增加了水果提取物和果汁中花青素的降解速率[16]。另一种可降解水果提取物中花青素的酶是过氧化物酶，因为在H2O2存在的条件下，过氧化物酶可降解水果提取物中的花青素[17]，且过氧化物酶在高温条件下可直接参与红葡萄浆果花青素分解代谢[18]。因而，该研究主要测定了以上2种酶的活性及可能编码这2类酶的基因表达水平。结果显示，在‘万圣节叶片经受高温胁迫的过程中，多酚氧化酶活性的变化与多酚氧化酶基因cluster-7 148.531 8表达水平的变化趋势一致，均为先上升后下降，过氧化物酶活性的变化总体上与过氧化物酶基因cluster-7 148.177和cluster-7 148.112 77表达水平的变化趋势较为一致，均呈现先上升后下降趋势，但是过氧化物酶基因cluster-7 148.326 45和cluster-7 148.152 9的變化趋势与过氧化物酶活性的变化趋势并不一致。过氧化物酶是一类酶，具有多个成员，每个成员的功能不尽相同，因而推测cluster-7 148.326 45和cluster-7 148.152 9可能并不负责高胁迫下的花青素降解过程。

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（责编：王慧晴）

基金项目 2021年宿迁学院省级大学生创新训练项目（202114160039Y）；宿迁学院创新团队项目（2021td05）。

作者简介 薛雅（2001—），女，江苏盐城人。研究方向：多肉植物种质资源创新与应用。

赵荣*通信作者

收稿日期 2022-04-05