植物花色苷的研究進(jìn)展

單建偉 劉曉津 索海翠

摘要：植物花色苷是一種廣泛存在且可賦予植物組織和器官五彩繽紛色彩的植物色素，具有多種生物活性，在食品、醫(yī)療及保健品行業(yè)擁有廣闊的應(yīng)用前景。文章結(jié)合國內(nèi)外研究情況綜述了花色苷的穩(wěn)定性、提取分離方法、生物活性及遺傳等方面的最新研究成果，指出當(dāng)前針對植物花色苷的研究主要集中在探索影響植物花色苷穩(wěn)定性的因素及優(yōu)化提取工藝等方面，而針對植物花色苷發(fā)揮生物活性的機(jī)理和產(chǎn)品開發(fā)的研究相對不足，以選育富含花色苷的植物新品種為目的的分子標(biāo)記開發(fā)和分子標(biāo)記輔助育種研究非常有限。提出今后需進(jìn)一步提升植物花色苷的分離純化技術(shù)，并借助現(xiàn)代生物技術(shù)探索植物花色苷發(fā)揮生理活性的機(jī)制;同時，應(yīng)加強(qiáng)花色苷植物種質(zhì)資源的收集、鑒定和遺傳多樣性分析，構(gòu)建群體開發(fā)植物花色苷合成相關(guān)的分子標(biāo)記，指導(dǎo)富含花色苷的植物新品種選育工作。

關(guān)鍵詞： 花色苷;穩(wěn)定性;提取;生物活性;分子標(biāo)記

中圖分類號： S311;Q946.83? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：2095-1191（2019）02-0278-08

Abstract：Plant anthocyanins，the widespread plant pigments with various bioactivities，have wide application prospects in food industry，medical industry，and health care industry. They can make plant tissues and organs colorful. In the present article，the latest research progresses related to stability，isolation methods，bioactivities and heredity of plant anthocyanins were reviewed. It was found that most previous researches were focused on studies of the factors affecting stability and isolation process improvement of plant anthocyanins. The mechanism study of the bioactivities of plant antho-cyanins and researches on products development lagged behind. Studies on molecular markers development and molecular marker assisted breeding targeting new plant varieties that were rich in anthocyanins were rare. Based on the problems above， more studies need to be focused on the purification technique improvement， and the mechanism studies of plant anthocyanins activities with the help of omics technology. At the same time， collection， identification and genetic diversity of plant anthocyanins germplasm resources should be strengthened. Molecular markers related to plant anthocyanins group development for modern biology should be established to guide the new varieties breeding that are rich in anthocyanins.

Key words： plant anthocyanins; stability; isolation; bioactivity; molecular markers

0 引言

花色苷（Anthocyanins）是廣泛存在于植物的果實、花、葉、莖、根等器官的水溶性植物色素，屬于類黃酮類物質(zhì)，在不同酸堿度或金屬離子作用下可呈現(xiàn)紅色、紫紅色及藍(lán)色，因而可賦予植物組織和器官五彩繽紛的色彩。植物花色苷具有預(yù)防多種疾病和生理保健等生物活性，在調(diào)節(jié)眼健康、代謝紊亂、心血管疾病、抗病原微生物、腦健康、抗炎癥及抗癌等方面均可發(fā)揮一定作用（Antonella et al.，2016），也是食品工業(yè)中利用最廣泛的食品添加劑之一。文章結(jié)合國內(nèi)外關(guān)于植物花色苷的研究情況，對花色苷的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、提取分離、合成調(diào)控、生物活性及其相關(guān)分子標(biāo)記開發(fā)等方面的最新研究成果進(jìn)行綜述，以期為花色苷的深入研究提供借鑒。

1 植物花色苷的穩(wěn)定性

植物花色苷的化學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定。特別是在體外條件下，因此限制了其在食品工業(yè)中的應(yīng)用?；ㄉ盏姆€(wěn)定性受多種因子影響，了解植物花色苷的穩(wěn)定性，有利于對其開展研究和應(yīng)用。

pH對植物花色苷的影響最大?；ㄉ赵谒嵝詶l件下較穩(wěn)定，當(dāng)pH大于7.0時花色苷將發(fā)生降解，然而酸性過強(qiáng)可能導(dǎo)致糖配體水解（凌文華和郭紅輝，2009;孫鵬堯等，2014）。當(dāng)pH為1.0時，花色苷主要以黃烊離子（Flavylium cation）形式存在，呈現(xiàn)紅色或紫色;當(dāng)pH在2.0～4.0時，花色苷以醌（Quinoidal）的形式存在，呈現(xiàn)藍(lán)色;當(dāng)pH在5.0～6.0時，花色苷以顏色較淺的甲醇假堿（Carbinol pseudobase）和查爾酮（Chalcone）形式存在;當(dāng)pH大于7.0時，花色苷逐漸降解（Kennedy and Waterhouse，2000）。在溶液pH為2.0和3.0的條件下，紫馬鈴薯中的花色苷保持正常結(jié)構(gòu)，溶液顏色為紅色;pH在4.0～6.0的條件下，花色苷的基本結(jié)構(gòu)保持率為85%左右，溶液顏色為粉色;pH為7.0的條件下，花色苷的基本結(jié)構(gòu)保持率為80%，溶液顏色為藍(lán)色;pH為8.0時，約50%的花色苷基本結(jié)構(gòu)遭到損害，顏色變?yōu)樗{(lán)綠色（于文娟，2013）?？梢姡ㄉ盏念伾S溶液pH的變化而顯著變化，在強(qiáng)酸性條件下呈現(xiàn)紅色，弱酸性條件下呈現(xiàn)紫紅色，隨pH的進(jìn)一步增大，花色苷將逐漸褪色，而在堿性溶液中花色苷呈現(xiàn)藍(lán)色。

溫度是影響花色苷穩(wěn)定性的另一個重要因素?；ㄉ盏囊粋€重要作用是作為食品添加劑使用，而食品在被消費前通常需要經(jīng)歷高溫加工過程，因而花色苷的熱穩(wěn)定性對其在食品工業(yè)中的利用具有重要影響。隨溫度的升高，花色苷的穩(wěn)定性急劇降低。高溫條件下花色苷在不同pH條件下的穩(wěn)定性也不盡相同。Sui等（2014）研究發(fā)現(xiàn)，在設(shè)定的溫度（100～165 ℃）和pH（2.2～6.0）范圍內(nèi)，兩種從黑米中分離得到的花色苷的穩(wěn)定性隨pH的升高而降低，在pH 2.2、溫度100 ℃的條件下，降解速率常數(shù)（Degradation rate constant）最低（8.99×10-4/s），在pH 6.0、溫度165 ℃的條件下降解速率常數(shù)最高（0.120/s）。高溫同樣影響紫甘薯花色苷的穩(wěn)定性，90或100 ℃高溫處理可明顯降低紫甘薯花色苷的保留率，90和100 ℃處理6 h后，花色苷的保留率分別為71.88%和45.76%（孫鵬堯等，2014）。

花色苷可通過與金屬離子形成螯合物進(jìn)而提高其穩(wěn)定性，在食品工業(yè)中有利于維持花色苷的穩(wěn)定性，特別是當(dāng)金屬離子無毒害作用，甚至是人體所必須的離子時。B環(huán)上含有o-di-hydroxyl基團(tuán)的花色苷（Cy、Dp、Pt）可與金屬離子絡(luò)合。有研究認(rèn)為花色苷在植物中所呈現(xiàn)的藍(lán)色與花色苷和金屬離子形成的復(fù)合物有關(guān)（Hale et al.，2001）。在喜馬拉雅藍(lán)罌粟（Himalayan blue poppy）花瓣細(xì)胞中，鐵元素與花色苷的比值為0.8，在pH為5.0的緩沖液中混合花色苷、黃酮醇及金屬離子，可得到與喜馬拉雅藍(lán)罌粟花瓣同樣的藍(lán)色，該溶液的可見吸收光譜與喜馬拉雅藍(lán)罌粟花瓣相同，且Fe3+、Mg2+和黃酮醇為溶液顯示藍(lán)色所必需（Yoshida et al.，2006），說明金屬離子對花色苷的穩(wěn)定性有顯著影響。

不同植物物種或同一物種的不同品種間所含的花色苷穩(wěn)定性存在一定差異。不同品種間花色苷穩(wěn)定性的差異可能與不同品種所含花色苷的種類及花色苷的濃度有關(guān)（田密霞等，2015）。黑米、黑大豆和黑玉米種皮的花色苷，在避光、自然光和日光燈條件下穩(wěn)定性最好的是黑大豆花色苷，其次是黑米花色苷和黑玉米花色苷;而在溫度相同條件下，黑米和黑大豆種皮花色苷的穩(wěn)定性優(yōu)于黑玉米花色苷（李莉蓉等，2007）。姚蓓等（2017）比較了5個藍(lán)莓品種（巴爾德溫、巨藍(lán)、園藍(lán)、燦爛和安娜）中花色苷的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)在不同pH、SO2、輔色劑及微波作用下不同品種花色苷的穩(wěn)定性和色澤變化趨勢基本一致，且花色苷只有在酸性條件下才能穩(wěn)定存在，綜合分析認(rèn)為5個藍(lán)莓品種的花色苷穩(wěn)定性由強(qiáng)到弱依次為巴爾德溫、巨藍(lán)、園藍(lán)、燦爛和安娜。

2 植物花色苷的提取分離

由于植物花色苷的不穩(wěn)定性，提取方法不當(dāng)時很容易導(dǎo)致花色苷在提取分離過程中混入其他物質(zhì)，甚至發(fā)生降解。因此，選擇并優(yōu)化植物花色苷的提取分離方法尤為重要。常用的植物花色苷提取技術(shù)主要包括溶劑浸提法、超聲波輔助提取法及超臨界流體萃取法。

2. 1 溶劑浸提法

花色苷是水溶性極性黃酮類化合物，在堿性或中性溶液中不穩(wěn)定，為防止提取過程中花色苷降解，通常會加入一定濃度的酸。通過比較不同溶劑（甲醇、乙醇、水）與酸（醋酸、HCL、檸檬酸、甲酸、丙酸、酒石酸）的組合對從果渣中提取花色苷效率的影響，發(fā)現(xiàn)在單獨使用情況下甲醇的提取效率最高，分別比僅用乙醇或水作溶劑提取的效率高20%和73%。不同酸和溶劑的組合對花色苷提取效率的影響不同，通常甲醇與檸檬酸的組合可獲得較高的花色苷提取效率（Silva et al.，2017）。甲醇具有毒性，對人體的神經(jīng)系統(tǒng)和血液系統(tǒng)有影響。因此，如果欲將提取的植物花色苷用作食品添加劑，應(yīng)選用1%鹽酸—乙醇溶液。由于不同組織樣品的化學(xué)成分不同，所以從不同組織樣品中提取花色苷時需重新優(yōu)化提取條件以獲得更好的提取效果。從赤霞珠葡萄中分離花色苷時，降低丙酮與水的比率會導(dǎo)致花色苷產(chǎn)量降低;如果以乙醇為溶劑，降低乙醇與水的比率則可提高花色苷產(chǎn)量（Vatai et al.，2009）。溶劑與酸的組合對從不同組織樣品中提取花色苷效果的影響可能與不同組織來源的樣品其花色苷組成不同有關(guān)。盡管酸化的有機(jī)溶劑有利于從植物組織細(xì)胞中提取花色苷，但過強(qiáng)的酸性可能會導(dǎo)致糖苷鍵水解，生成花青素和糖配基，甚至?xí)绊懞罄m(xù)分離提取步驟的實施?？傮w來講，在采用溶劑提取植物花色苷時應(yīng)注意以下幾點：（1）由于植物花色苷為極性分子，因此根據(jù)相似相溶的原理，應(yīng)選取極性溶劑;（2）為防止提取過程中花色苷降解，應(yīng)在提取溶劑中加入一定量的酸;（3）酸性過強(qiáng)會造成花色苷糖苷鍵水解，為獲得較好的提取效果，可選用檸檬酸或醋酸，提取液的酸度一般保持在pH 2.0～4.0;（4）提取原料與提取液的料液比以1∶10～20（g∶mL）為宜（徐青等，2016）。吉雪慧等（2018）以溶劑提取法從仙人掌果中提取花色苷，采用響應(yīng)面法對提取溫度、提取時間、溶劑體積分?jǐn)?shù)3個因素進(jìn)行優(yōu)化，確定在提取溫度55 ℃、提取時間70 min、溶劑體積分?jǐn)?shù)51%條件下提取率最高（296.7 mg/100 g），并認(rèn)為提取溫度和提取時間、乙醇體積分?jǐn)?shù)和提取時間對花色苷提取效率的相互作用均不明顯，且各因素對仙人掌果中花色苷提取率的影響不呈現(xiàn)簡單的線性關(guān)系，以最優(yōu)化提取條件進(jìn)行仙人掌果花色苷提取得到的實際提取率與預(yù)測值很接近，證明了優(yōu)化方案的可靠性。

2. 2 超聲波輔助提取法

超聲波輔助提取法可節(jié)約提取成本，縮短提取時間，提高提取效率，從而提升花色苷提取物的產(chǎn)量和質(zhì)量。超聲波的空化作用可使液體產(chǎn)生大量微泡，這些微泡迅速膨大、閉合，使液體微粒間發(fā)生劇烈碰撞，進(jìn)而促使液體溫度驟然升高，使溶液發(fā)生乳化，加快溶質(zhì)溶解，進(jìn)而加速化學(xué)反應(yīng)。朱洪梅（2007）在單因素和正交試驗的基礎(chǔ)上確定超聲波輔助酸化乙醇提取紫甘薯花色苷的最佳提取工藝為料液比1∶10、提取溫度70 ℃、提取時間40 min。于文娟（2013）通過單因素試驗分別探索了提取溶劑乳酸濃度、提取時間、提取溫度及料液比對紫馬鈴薯花色苷提取的影響，并最終確定適宜的提取工藝為提取溶劑乳酸濃度3.0%、處理時間30 min、處理溫度45 ℃、料液比1∶60，此條件下花色苷的提取效率為140.19 mg/100 g，提取液中花色苷的濃度為25.96 mg/L。由此可見，利用超聲波輔助技術(shù)提取植物花色苷時，所用的組織樣品不同，其最佳提取工藝也存在差異。

超聲波輔助提取法具有所需溶劑少、能耗低及相對安全等優(yōu)點，更適于食品行業(yè)使用;但超聲波輔助提取過程中易導(dǎo)致提取體系溫度升高，而植物花色苷對溫度敏感，高溫條件下易降解，因此在超聲波輔助提取過程中應(yīng)注意處理時間不宜過長。

2. 3 超臨界流體萃取法

超臨界流體是一種介于液體和氣體間的既非液體又非氣體的狀態(tài)，具有類似于氣體的強(qiáng)穿透力和類似于液體的高密度和溶解度，具有良好的溶劑性質(zhì)。超臨界流體萃取技術(shù)可通過優(yōu)化萃取步驟以降低非極性分子的干擾。超臨界流體萃取技術(shù)通常使用二氧化碳作為溶劑，安全可靠，可用于食品產(chǎn)業(yè)（陳虹和張承紅，1999）。由于提取過程在無氧狀態(tài)下實施，因此可避免植物花色苷因氧化而被破壞。

可用作超臨界流體萃取技術(shù)的溶劑主要包括但不限于水、一氧化碳、二氧化碳、乙烷和氨等。二氧化碳的臨界溫度為31.3 ℃，臨界壓力為7.37 MPa，且無毒、無味、無色，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，價格便宜，特別適合用于超臨界流體技術(shù)分離提取植物花色苷。由于二氧化碳極性小，而植物花色苷極性較大，因此在利用二氧化碳作為溶劑提取植物花色苷時通常在二氧化碳中加入一定比例的極性分子（乙醇）等（Seabra et al.，2010）。目前已有較多采用超臨界流體技術(shù)分離植物花色苷的報道（Juliana et al.，2014;Paula et al.，2014）。秦公偉等（2018）通過單因素試驗確定從藍(lán)莓果渣中提取花色苷的萃取溫度、萃取時間、萃取壓力和CO2流率4個因素的響應(yīng)面水平范圍，通過響應(yīng)面優(yōu)化試驗建立優(yōu)化模型，確定各因素與花色苷提取率間的函數(shù)關(guān)系，并根據(jù)模型推算出最高提取率1.482194 mg/g，此時對應(yīng)的最佳提取工藝條件為提取溫度39.99 ℃，萃取時間1.86 h，萃取壓力34.68 MPa，CO2流率4.51 L/min;該推算結(jié)果與3次生物重復(fù)的平均花色苷提取率（1.4836 mg/g）非常接近。

不同來源的組織樣品其組成成分不同，所含花色苷的種類不同，且提取花色苷的用途也各不相同，因此沒有盡善盡美的提取工藝，需綜合分析提取花色苷的用途、成本、耗時等因素選擇合適的提取方法，并優(yōu)化提取方案。

3 植物花色苷的生物活性

3. 1 抗氧化活性

生物體內(nèi)的活性氧（Reactive oxygen species，ROS）處于動態(tài)平衡之中，且其動態(tài)平衡在發(fā)育調(diào)控、細(xì)胞程序性死亡、免疫調(diào)控、抵抗病原菌、信號傳導(dǎo)等過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用（白英俊等，2017）。但由于活性氧具有較強(qiáng)的生物活性，過度積累會導(dǎo)致發(fā)生氧脅迫，對生物體細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、糖、DNA和脂類造成損傷（Shigeoka and Maruta，2014），最終誘發(fā)各種病變。

植物花色苷和多酚類物質(zhì)表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗氧化活性，可通過清除細(xì)胞內(nèi)過度積累的活性氧來維持細(xì)胞內(nèi)活性氧的動態(tài)平衡，進(jìn)而減少活性氧對細(xì)胞內(nèi)DNA、蛋白質(zhì)、糖和脂類等的損傷。研究發(fā)現(xiàn)delphinidin、petunidin、malvidin等花色苷的葡萄糖苷的抗氧化能力是抗壞血酸的2.0～2.5倍，是維生素E的3.0～6.0倍（Garcia-alonso et al.，2004;Pojer et al.，2013）。植物花色苷的抗氧化性與其結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系，比如羥基的數(shù)目、B環(huán)上的兒茶酚、羥基化和甲基化形式、C環(huán)上的鎓氧離子（Oxonium ion）、?；饔眉疤腔鶗绊懟ㄉ盏目寡趸钚裕▍抢?，2015）。Rossetto等（2007）通過比較不同花色苷捕獲過氧化氫自由基（Peroxyl radical）的能力，發(fā)現(xiàn)花色苷中不同取代基團(tuán)抗氧化活性能力依次為-OH> -OCH3>-H。蔓越橘提取物富含多種多酚類物質(zhì)，包括花色苷。Bousova等（2015）通過對比連續(xù)28 d喂食含2%蔓越橘提取物的谷氨酸鹽誘發(fā)肥胖小鼠和非肥胖小鼠，發(fā)現(xiàn)蔓越橘提取物可降低肥胖小鼠紅細(xì)胞中丙二醛的含量，提高肝臟中氧化還原酶活性，增強(qiáng)紅細(xì)胞和小腸中過氧化氫酶的活性。血液透析病患者罹患癌癥、動脈硬化及其他疾病的風(fēng)險增加，可能與氧脅迫具有一定聯(lián)系，而富含植物花色苷的果汁具有較強(qiáng)的抗氧化活性，21例血液透析病患者飲用富含植物花色苷的果汁（200 mL/d）28 d后，結(jié)果顯示DNA損傷程度、蛋白質(zhì)及脂類過氧化反應(yīng)、核因子（Nuclear factor-κB）結(jié)合活性均顯著降低，而谷胱甘肽水平提升（Spormann et al.，2008）?；钚匝鹾突钚缘杂苫苎趸推茐腄NA、蛋白質(zhì)及脂質(zhì)等生物大分子，并阻礙胰島素發(fā)揮正常的代謝調(diào)節(jié)功能。郭紅輝（2007）研究發(fā)現(xiàn)黑米花色苷能有效預(yù)防高脂膳食引起的小鼠肥胖，并對胰島素抗性有一定改善作用;常世敏等（2018）對黑米和歐洲越橘花色苷抗氧化活性進(jìn)行比較，認(rèn)為黑米和歐洲越橘花色苷的總還原能力，清除過氧化氫、DPPH·、ABTS+·的能力均比抗壞血酸強(qiáng)，且黑米花色苷清除DPPH·和ABTS+·的能力更強(qiáng);黑米花色苷和歐洲越橘花色苷清除羥自由基、超氧陰離子自由基的能力均不及抗壞血酸，但黑米花色苷清除超氧陰離子自由基的能力比歐洲越橘強(qiáng)3.63倍。來源于不同植物的花色苷在不同自由基體系中表現(xiàn)出不同的抗氧化活性。李洋等（2009）比較了荔枝皮、楮果和桑椹花色苷的抗氧化活性。發(fā)現(xiàn)荔枝皮花色苷清除DPPH·的能力最強(qiáng)，楮果花色苷清除羥基自由基的能力最強(qiáng)，桑椹花色苷則對超氧陰離子自由基的清除能力較強(qiáng)。

3. 2 抗癌活性

植物花色苷可通過多種機(jī)制發(fā)揮抗癌作用，比如抑制細(xì)胞周期、解毒、細(xì)胞凋亡、防止基因突變、阻礙血管生成、防止DNA的氧化損傷及抑制致癌物質(zhì)等。體外試驗表明，植物花色苷可抑制人體惡性腫瘤細(xì)胞系HTC-15、胃癌細(xì)胞系A(chǔ)GS及結(jié)腸癌細(xì)胞系（HT-29與Caco-2）的生長。血管生成（Angiogenesis）在癌癥的發(fā)展和轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮重要作用，新形成的血管為癌細(xì)胞提供了氧和營養(yǎng)，而黃酮類物質(zhì)及植物花色苷可防止血管生成，因此具有重要的抗癌作用（Khoo et al.，2017）。研究表明，經(jīng)250 μg/mL藍(lán)莓花色苷和花色苷—丙酮酸（Anthocyanin-pyruvic acid）孵育24 h可有效降低乳腺癌細(xì)胞系MDA-MB-231和MCF7的增殖（Faria et al.，2010）;將藍(lán)靛果粗提物經(jīng)X-5樹脂吸附后，分別用體積分?jǐn)?shù)為10%、20%、30%、40%、50%和60%的乙醇溶液進(jìn)行洗脫，發(fā)現(xiàn)洗脫物對人體肺癌細(xì)胞株A-549、肝癌細(xì)胞株HeG2和宮頸癌細(xì)胞株Hela均有較強(qiáng)的抑制作用（劉奕琳和王振宇，2012）;利用0～40 μmol/L的紫甘薯花色苷芍藥花青素-3-葡萄糖苷（Peonidin-3-glucoside）處理人體結(jié)腸癌細(xì)胞系SW480，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞數(shù)目的減少與花色苷計量存在相關(guān)性，細(xì)胞周期被抑制在G1期，且服用甘薯花色苷提取物可抑制小鼠細(xì)胞系CF-1的病灶形成（Soyoung et al.，2013）;經(jīng)北美沙果提取的花色苷處理24 h后，結(jié)腸癌細(xì)胞系HT-29的生長被抑制60%，同時癌細(xì)胞抑制基因（p21WAF1和p7KIP1）上調(diào)表達(dá)，環(huán)氧酶-2（Cyclooxygenase-2）基因的表達(dá)量下降35%，而正常結(jié)腸細(xì)胞系的生長無明顯變化（Khoo et al.，2017）。此外，通過比較中國長白山篤斯越橘、歐洲越橘及藍(lán)靛果中提取的花色苷對結(jié)腸癌和直腸癌的抑制作用，發(fā)現(xiàn)中國長白山篤斯越橘中提取的花色苷對結(jié)腸癌和直腸癌的抑制作用最強(qiáng)，且其錦葵素含量與其抗癌活性呈較強(qiáng)的相關(guān)性（Zu et al.，2010）。

3. 3 抗炎活性

炎癥是組織細(xì)胞應(yīng)對傷害、刺激的一個復(fù)雜響應(yīng)過程，是細(xì)胞因子（Cytokine）、酶、脂質(zhì)介質(zhì)（Lipid mediator）和血管活性介質(zhì)（Vasoactive mediator）等調(diào)控的一系列生物學(xué)事件。越來越多的研究表明，植物花色苷能改善與炎癥相關(guān)的結(jié)腸炎（Colitis）、喉咽反流（Laryngopharyngeal reflux）、陰莖纖維性海綿體炎（Peyronie disease）、餐后炎癥反應(yīng)（Postprandial inflammatory response）和牙周炎（Periodontal disease）等癥狀。

環(huán)氧酶（Cyclooxygenases，COXs）是促發(fā)炎癥的關(guān)鍵酶，可將花生四烯酸轉(zhuǎn)化為促發(fā)炎癥的細(xì)胞因子前列腺素（Prostaglandins）（Aymoto et al.，2013），因此抑制COXs的活性對于防止炎癥的發(fā)生至關(guān)重要。Aymoto等（2013）以carrageenan（cg）誘發(fā)的小鼠足跖腫脹模型和腹膜炎兩個急性炎癥實驗?zāi)Ｐ脱芯苛艘吧ｉ┨崛∥锖褪杠嚲账?3-葡萄糖苷（Cyanidin-3-glucoside，C3G）的抗炎特性，分別在cg處理前30 min和處理后1 h給小鼠喂食花色苷提取物和C3G，結(jié)果顯示無論在cg處理前或處理后，花色苷提取物和C3G均能抑制小鼠足跖腫脹;cg處理后1 h喂食花色苷提取物和C3G可降低腹膜滲出物中的多形核白細(xì)胞（Polymorphonuclear leukocyte，PMN），在cg處理小鼠前30 min喂食花色苷提取物降低PMN的效率更高;且喂食花色苷提取物和C3G均能抑制COX-2 mRNA水平和蛋白質(zhì)水平的表達(dá)量。NO在血壓調(diào)控、血管舒張、子宮收縮等一些列生理和病理過程中發(fā)揮重要作用，NO缺乏是很多疾病發(fā)作的標(biāo)志，但過量同樣會造成諸如頭痛、頭暈、低血壓、炎癥等問題。Li等（2014）通過調(diào)查花色苷對NO在Lipopolysaccharide（LPS）/IFN-γ-activated RAW264.7巨噬細(xì)胞中的抑制作用，研究了植物花色苷的抗炎作用，認(rèn)為花色苷通過抑制NF-κB、COX-2和MAPKs的活性在體內(nèi)和體外條件下均可緩解炎癥?；ㄉ栈旌衔?、飛燕草-3-葡萄糖苷和矢車菊素-3-葡萄糖苷均能抑制炎癥反應(yīng)，但花色苷混合物對炎癥因子的抑制作用較飛燕草-3-葡萄糖苷和矢車菊素-3-葡萄糖苷分別單獨使用更強(qiáng)（劉彩芬等，2017）。

3. 4 防御心血管疾病活性

心血管疾病是一種嚴(yán)重威脅人類健康的疾病，與血小板凝聚（Platelet aggregation）、高血壓（Hypertension）、高血漿低密度膽固醇（High-plasma LDL cholesterol）和血管內(nèi)皮障礙（Vascular endothelium dysfunction）有關(guān)。流行病學(xué)研究結(jié)果顯示，植物花色苷等抗氧化劑在預(yù)防和治療心血管疾病方面發(fā)揮積極作用。Mink等（2007）利用美國農(nóng)業(yè)部的數(shù)據(jù)庫分析了食物中黃酮類物質(zhì)攝取量與心血管疾病間的關(guān)系，結(jié)果顯示花色苷的攝取量與冠心病（Coronary heart disease，CHD）、心血管疾病（Cardiovascular disease，CVD）及總死亡率呈顯著負(fù)相關(guān)，推測攝取富含植物花色苷、黃酮類物質(zhì)的食物可降低由冠心病、心血管疾病造成的死亡率。Cassidy等（2013）研究了花色苷攝取與心肌梗塞（Myocardial infarction，MI）的聯(lián)系，結(jié)果表明高花色苷攝取量與罹患心肌梗塞呈負(fù)相關(guān)，推測高花色苷攝取量可降低罹患心肌梗塞的幾率。動脈粥樣硬化（Atherosclerosis，As）是常見的心血管疾病。黑米花色苷能通過其抗氧化作用有效延緩動脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展，并能改善多個與動脈粥樣硬化相關(guān)的危險因素（王慶，2007）。植物花色苷對心血管疾病的影響可能與花色苷可增強(qiáng)血清的抗氧化能力、保護(hù)低密度膽固醇不被氧化、抗炎及抗血小板凝集有關(guān)。

4 植物花色苷分子標(biāo)記開發(fā)

結(jié)合現(xiàn)代生物技術(shù)，開展分子標(biāo)記輔助選擇的高花色苷育種可作為未來作物育種的一個方向。植物花色苷相關(guān)的QTL（Quantitative traits loci）定位和分子標(biāo)記開發(fā)可促進(jìn)影響植物花色苷合成的基因定位、圖位克隆及分子標(biāo)記輔助選擇育種（Molecular marker assisted breeding，MAB）的實施。

目前，已有植物花色苷相關(guān)QTL定位和分子標(biāo)記開發(fā)研究的報道。相對于植物花色苷化學(xué)研究和病理學(xué)研究，植物花色苷QTL定位和分子標(biāo)記開發(fā)研究依然相對欠缺，當(dāng)前開展花色苷相關(guān)分子標(biāo)記開發(fā)研究較深入的作物是玉米。Qin等（2012）利用黑玉米自交系SDW為共同父本，分別與黃玉米自交系Mo17和白玉米自交系木6雜交構(gòu)建了兩個F2群體，對玉米黑色素和花色苷含量進(jìn)行QTL分析，共發(fā)現(xiàn)17個與色素相關(guān)的QTL位點，兩個群體檢測到的QTL位點數(shù)量、分布及對表型的貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)出高度一致性，該研究成果為玉米分子標(biāo)記輔助育種及相關(guān)基因的克隆打下了基礎(chǔ)。

茄科植物中的辣椒、茄子和馬鈴薯均是重要的蔬菜作物，近年來富含花色苷的紫色茄子和紫色馬鈴薯深受消費者青睞，因此在這些作物中也陸續(xù)開展了與花色苷分子標(biāo)記相關(guān)的研究。辣椒葉片、花、未成熟的果實呈現(xiàn)紫色與其組織中花色苷的積累有關(guān)，控制這些性狀的位點被定位在辣椒10號染色體上，另外兩個茄科植物馬鈴薯和番茄的相應(yīng)位置同樣存在控制花色苷合成的位點，且該位點對辣椒的果實形狀和馬鈴薯塊莖形狀有影響，因此推斷這3種茄科植物在這些位點可能存在直系同源基因（Chaim et al.，2003）。為尋找與茄子皮色或果皮花青素合成相關(guān)基因連鎖的分子標(biāo)記，廖毅等（2009）利用混合品系法（Bulked lines analysis，BSA）篩選到一個與茄子紫紅、紫黑果色相關(guān)的顯性標(biāo)記，將其轉(zhuǎn)化為SCAR分子標(biāo)記后對136份茄子材料進(jìn)行驗證，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)確率為90%。Lorenzo等（2012）利用茄子品種間雜交組合305E40×67/3的F2群體構(gòu)建包含415個分子標(biāo)記的遺傳圖譜，并對花色苷含量進(jìn)行遺傳分析，通過與番茄進(jìn)行共線性分析確定了調(diào)控茄子花色苷合成的候選基因。Cui等（2016）對四倍體彩色馬鈴薯花色苷含量進(jìn)行QTL定位，利用黑美人×MIN-021雜種F1代分離群體定位了5個控制花青素含量的QTL位點。

與果樹花色苷分子標(biāo)記相關(guān)的研究也得到陸續(xù)展開。早在1998年，已有研究完成了蘋果遺傳圖譜的構(gòu)建，并對控制蘋果果皮花青素合成的基因Rf進(jìn)行遺傳定位（Maliepaard et al.，1998）。何曉薇等（2009）從 Rf 定位的連鎖群上所有的SSR標(biāo)記中篩選到一個與蘋果果皮紅色性狀相關(guān)聯(lián)的SSR分子標(biāo)記，利用該SSR分子標(biāo)記對F1代植株進(jìn)行表型預(yù)測準(zhǔn)確率達(dá)93.3%。桑樹是一種具有藥用價值和經(jīng)濟(jì)價值的木本植物，帥琴（2014）篩選了桑樹中與花青素相關(guān)的分子標(biāo)記，從桑樹基因組中鑒定出15個參與花青素合成的基因，在距離這些基因70 kb的區(qū)域內(nèi)設(shè)計了SSR引物，遺傳連鎖分析未發(fā)現(xiàn)與桑樹嫩葉色連鎖的分子標(biāo)記，推測可能與嫩葉顏色容易受生長環(huán)境的影響有關(guān)。

5 展望

植物花色苷具有抗氧化性、抗炎、抗癌、抗心血管疾病、抗糖尿病、抗肥胖等諸多生理活性，同時又是一種天然色素，因而在醫(yī)療、食品、保健、化妝品等領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大。當(dāng)前針對植物花色苷開展的研究主要集中在探索影響花色苷穩(wěn)定性的因素及提取工藝優(yōu)化方面，而針對植物花色苷的研究還存在如下問題：（1）與植物花色苷生理活性機(jī)理有關(guān)的研究和產(chǎn)品開發(fā)相對不足。目前對植物花色苷生理活性的研究基本以從植物中提取的總花色苷為基礎(chǔ)，然而自然界中存在超過500種的植物花色苷，究竟哪種花色苷發(fā)揮了上述活性及發(fā)揮這種生物活性的調(diào)控通路均不得而知。因此，解決這些問題首先需提高分離純化植物花色苷的技術(shù)，其次需借助現(xiàn)代生物技術(shù)，如轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、代謝組等揭示植物花色苷發(fā)揮生理活性的調(diào)節(jié)通路。在此基礎(chǔ)上分別有針對性地開發(fā)具有抗氧化性、抗炎、抗癌、抗心血管疾病、抗糖尿病、抗肥胖等生理活性的產(chǎn)品。（2）以選育富含花色苷植物新品種為目的的分子標(biāo)記開發(fā)和分子標(biāo)記輔助育種研究非常有限，在我國這一問題的表現(xiàn)尤其明顯。因此首先需加強(qiáng)富含花色苷植物種質(zhì)資源的收集、鑒定、遺傳多樣性分析工作;然后利用收集的種質(zhì)資源構(gòu)建群體開發(fā)植物花色苷合成相關(guān)的分子標(biāo)記，利用分子標(biāo)記對調(diào)控植物花色苷合成的基因進(jìn)行定位和克隆，進(jìn)而解析所克隆基因在植物花色苷合成過程中的作用。同時，利用開發(fā)的分子標(biāo)記開展分子標(biāo)記輔助選擇育種，加速育種進(jìn)程，提高育種的針對性和目的性，以便為消費者提供更多的色彩絢麗、健康安全的高花色苷植物新品種。

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（責(zé)任編輯 王 暉）