葡萄白藜芦醇的功能及生物合成调控研究进展

SINO-OVERSEAS GRAPEVINE & WINE综 述中外葡萄与葡萄酒1082018.4

葡萄白藜芦醇的功能及生物合成调控研究进展方林川1，迟军利2，王俊芳3*

（1. 武汉市农业科学院/湖北省园林植物工程技术研究中心，湖北武汉 430070；2. 蓬莱市葡萄与葡萄酒局，

山东蓬莱 265600；3. 山东省农业科学院农产品研究所/山东省农产品精深加工重点实验室，山东济南 250100）

Research progress on the function and biosynthesis regulation of grape resveratrol

FANG Linchuan1, CHI Junli2, WANG Junfang3*(1. Hubei Landscape Plant Engineering Technology Research Center, Wuhan Academy of Agricultural Sciences, Wuhan 430070, China; 2. Penglai Wine and Wine Bureau, Penglai 265600, China; 3. Institute of Agro-food Science and Technology, Key Laboratory of Agro-Products Processing Technology of Shandong Province, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Jinan 250100, China)

摘 要：白藜芦醇是葡萄和葡萄酒中的一种重要功能性化合物，其含量多少不仅极大影响着果实和葡萄酒的

品质，而且和植株本身在生长发育阶段适应性强弱有着密切相关性。本文对葡萄中白藜芦醇的研究进行文献综述，包括白藜芦醇的结构与分布特征、白藜芦醇在人体内和葡萄体内的活性与功能研究、提取与检测方法、葡萄中白藜芦醇的含量及其遗传规律、葡萄白藜芦醇的诱导表达调控等方面，并进一步对未来如何高效选育高白藜芦醇含量葡萄品种及结合生物技术手段就其工业化改良提了一点建议。关键词：葡萄；白藜芦醇；生物合成；转录调控；紫外线

中图分类号：G252.8 文献标志码：A

DOI：10.13414/j.cnki.zwpp.2018.04.026

收稿日期：2018-06-10基金项目：山东省自然科学基金博士基金项目（ZR2016CB08）作者简介：方林川（1987—），博士，工程师，从事园艺作物逆境生物学研究及新品种选育，E-mail: fanglincuan@126.com*通信作者：王俊芳，博士，从事葡萄果实品质调控机理研究，E-mail: jfwang1985@126.com

Abstract: Resveratrol is an important functional compound in grapevines and wine. The content of resveratrol not

only affects the final quality of fruit and wine, but also has a close relationship with the adaptability of the plant itself to adverse environmental factors in the growth and development stages. This article reviewed the literature of grape resveratrol, which involved the structure character and determination of resveratrol, the activity and function of resveratrol in grapes and human beings, the content of grape resveratrol and its genetic regularity, as well as grape resveratrol transcription regulation. Further suggestions on how to efficiently breed high-resveratrol grapevine varieties and apply current biotechnological approaches to improve its industrialization were also given.Key words: grape; resveratrol; biosynthesis; transcription regulation; UV

我国葡萄生产区域极广，除广东、海南和台湾省外，其他各省、市、自治区均有经济产量的报告，产量居前5位的分别为新疆、河北、陕西、山东、云南，占全国总产量的50％以上[1]。目前种植的葡

萄多数是欧亚种品种（V. vinifera），

仅有少数是由美洲

葡萄（V. labrusca），河岸葡萄（V. riparia），

圆叶葡萄SINO-OVERSEAS GRAPEVINE & WINE中外葡萄与葡萄酒综 述

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（V. rotundifolia）和山葡萄（V. amurensis）等种类选育或是与欧亚种杂交而来的品种。葡萄栽培品种众多，但大多数品质优良的葡萄酿酒及栽培品种对多种病原微生物包括真菌、细菌与病毒等病原菌的抗性很差。其中，真菌病害如白粉病、霜霉病、白腐病和黑痘病是危害葡萄生产的主要病害，它们不仅会引起的产量下降，并且严重降低葡萄酒的品质。目前，对这些病害的应对措施依赖于化学防治[2]，然而，化学防治在增加农业生产成本的同时，会加剧生态环境的污染，甚至还对人类健康产生极大负面影响。为了从长远和根本上解决葡萄抗病性差的问题，需要选育抗病品种进行推广栽培，这是葡萄生产和育种上的重要课题。因此，葡萄的品质和抗性机理需要被不断挖掘和应用，白藜芦醇（Resveratrol）是其中的一个作用因素，本文试就葡萄中白藜芦醇的功能与生物合成调控的研究进展作一综述。1 白藜芦醇的结构与分布特点1.1 白藜芦醇理化性质白藜芦醇又称芪三酚，化学名称为3,4',5-三羟基二苯乙烯，是天然芪类化合物的代表，分子式为C14H12O3，相对分子量为228.25 kD，是无色针状晶体，难溶于水，易溶于乙醇、乙酸乙酯、丙酮等极性溶剂。芪类化合物是具有二苯乙烯母核的一类化合物的总称，羟基为主要取代基，取代位置主要在3、4'、5位。1940年日本人Tokaoka首次从毛叶黎芦（Veratrm grandiflorum）根部分离得到白藜芦醇[3]，1974年在葡萄属植物中叶找到了白藜芦醇，并首次定性为一种葡萄属植物对真菌侵染、伤害、紫外线照射后的反应产物——植物抗毒素（phytoalexin），并将其命名为viniferins（即葡萄素）[4]。在自然界中，白藜芦醇多以单体或其糖苷（piceid, 3,5,4'-三羟基二苯乙烯-3-β-D-葡萄糖苷）形式存在，最常见的有4种形式：顺、反式-白藜芦醇（cis/trans-resveratrol）和顺、反式-白藜芦醇苷（cis/trans-piceid）。白藜芦醇羟基也可以被甲基、甲氧基或糖苷取代，形成一系列衍生物。天然芪类化合物可以以单体的形式存在，也可以形成低聚体。白藜芦醇多存在于植物的木质部，目前已经在二十余科的植物中发现，包括豆科、桑科、蓼科、松科、桃金娘科、山毛榉科、葡萄科等[5]。白藜芦醇的顺式异构体光敏性强、极不稳定[6]，其反式异构体的生物活性强于顺式异构体[7]，在紫外光照

射下反式-白藜芦醇能够转化为顺式-白藜芦醇。白藜芦醇在光下极不稳定，反式-白藜芦醇在完全避光时，可在乙醇中稳定存在数月，但反式-白藜芦醇在高pH（≥10）下稳定性较差；而顺式-白藜芦醇在避光条件下只有在中性pH下较稳定。自然界中常以反式-白藜芦醇、顺式-白藜芦醇苷及反式-白藜芦醇苷存在于植物中。

1.2 白藜芦醇在葡萄中的分布与含量近年来，关于白藜芦醇在葡萄中的分布已有了大量的研究，但在葡萄的不同组织器官及不同的品种中，白藜芦醇的含量不同，且差异很大。Pool等[8]发现木质部

中含量较低，成熟叶片中含量较幼叶高。果皮、果穗梗中含有较多的反式-白藜芦醇，而葡萄芽和花中白藜芦醇含量较低[9]，其他研究者也认为，葡萄果实中白藜芦醇

主要存在于果皮和种子中，果肉中很少或没有[10]。陈雷

和韩雅珊[11]发现，葡萄品种间各组织白藜芦醇含量的差

异较大，总体而言，反式-白藜芦醇含量从高到低的顺序是：果穗轴、果皮、叶片、种子、叶柄。Li等[12]连续两

年研究发现除少数品种含量较高外，大部分品种的果皮和种子中白藜芦醇含量小于2 μg/g FW，而在果肉中基本没有检测到反式-白藜芦醇。李婷等[13]测定14个品种葡

萄不同器官组织的反式-白藜芦醇含量，其含量由高到低的顺序为果梗、叶片、果皮、种子、叶柄。研究表明，葡萄中的各个器官都含有白藜芦醇，‘赤霞珠’的各个部位都有反式-白藜芦醇，但是含量不同，高低顺序依次为：茎段韧皮部、腋芽、根、茎段木质部、茎尖、叶

柄、叶片，但是在芪合酶（STS）mRNA的转录和蛋白质翻译在叶片中最高，对白藜芦醇合成的关键酶STS进行免疫组织化学分析表明：STS mRNA在不同的器官中具有组织特异性，与蛋白质的含量分布是一致的[14]。

白藜芦醇的含量在不同品种中变异很大，Li等首次从种质资源水平上评价葡萄白藜芦醇含量，发现种间杂交的砧木品种果皮和种子含有比其它栽培品种高得多的白藜芦醇[12]。种质资源中白藜芦醇含量的调查研究表

明，在大多数研究的葡萄种质中，高抗性的砧木品种如‘贝达’等含有365.98 µg/g的白藜芦醇，而在酿酒和鲜

食葡萄果皮中白藜芦醇含量较低，以及美洲葡萄与欧亚种之间的种间杂种含量较亲本更低。此外，它们的总分布在很大程度上偏向于低含量，其含量远远低于平均水平。然而，在栽培品种中也存在一些特例，例如‘维纳