觀賞向日葵的花色多樣性及其與花青苷的關系
摘 要 : 利用英國皇家園藝學會比色卡 (RHSCC) 和分光色差儀測定法將 36份觀賞向日葵的花色分為兩大類 , 即黃色系和紅色系。 紅色系向日葵的花色變異較小 ; 黃色系向日葵的花色變異較大 。 黃色系向日葵又可分為檸檬黃色和橙黃色兩個亞類 。 高效液相色譜法 (HPLC) 的分析結果表明 , 試驗材料中含有的花青苷共有 9種 , 但這 9種花青苷中只有其中的一種在所有樣品中均能檢測到 。 對紅色向日葵花瓣的花青苷提取液進行多級質譜分析發(fā)現 , 花青苷元類型主要是矢車菊素 , 其糖苷類型主要是和葡萄糖、 鼠李糖和 /或阿拉伯糖結合的配糖體 ; 而在純黃色的向日葵中未檢測到這些花青苷 , 說明矢車菊類花青苷是紅色向日葵舌狀花顯現紅色的化學基礎 。
關鍵詞 : 向日葵 ; 觀賞向日葵 ; 舌狀花 ; 花色 ; 多態(tài)性 ; 花青素
1 材料和取樣
試驗材料種植于中國科學院植物研究所北京市大興區(qū)向日葵種植實驗基地 , 于 2006年 6—7月向
日葵盛花期 , 選擇健康生長植株的花盤 , 用 OLYMPUS C730UZ照相機記錄其花形等性狀 , 摘取該花盤的所有舌狀花 , 具有明顯雙色的花瓣用剪刀將兩部分剪開 , 分別存于保鮮袋內 , 共得到試驗材料172份 。 存于保鮮袋內的花瓣在測定其花色之后用液氮研磨 , 保存于 - 40 ℃的冰箱中備用 。
2 方法
使用英國皇家園藝學會比色卡 (Royal Horticultural Society Colour Chart, 簡稱 RHSCC) 進行顏色初步測量 。 RHSCC將花色從黃綠色到紫褐色分為若干個數量級 (1、 2、 …、 80、 81、 82) , 并將每個數量級又分為 4個等級 (A、 B、 C、 D ) 。 花朵采集后取其新鮮花瓣 , 在自然光下將舌狀花中間部分和 RHSCC卡進行對比 , 用比色卡上最接近花色的代碼來表示這個花瓣的 RHSCC值 (Voss, 1992;W ang et al. , 2004) 。
用分光色差儀 ( Spectrophotometer, NF333型 , 日本電色工業(yè)株式會社生產 , 光源 C /2°) 按國際照明委員會 ( International Comm ission on Illum ination, C IE) 表色系統(tǒng)進行測定。 花色的 C IE L3 a3 b3表色系統(tǒng)的明度 L3 值、 色相 a3 值、 色相 b3 值在三維色度坐標系上 , L3 軸垂直于 a3 軸、 b3 軸組成的平面。 L3 值從 0到 100的變化過程中 , 表示明度由黑變亮逐漸增加 ; 紅綠屬性 a3 值由負值變化到正值 , 表示綠色減退紅色增強 ; 黃藍屬性 b3 值由小變大 , 表示藍色的減退黃色的增強。 彩度 C3 和色相角 h根據公式計算 : C3 = ( a3 2 + b3 2 ) 1 /2 , h = arctan ( b3 /a3 ) 。 C3 值表示到 L3 軸的垂直距離 , 距離越大 , 彩度越大 (Voss, 1992; W ang et al. , 2004) 。 舌狀花的中間部分對準分光色差儀的集光孔進行測量 , 花色 L3 a3 b3 數據重復測定 5次 , 取平均值 (白新祥 等 , 2006) 。
采用高效液相色譜 — 質譜聯用儀 (HPLC - ESI - MS/MSn ) 對試驗樣本進行花青苷的定性分析 ,使用 Agilent 1100 LC /MSD Trap VL系統(tǒng)。 分析條件 : 色譜柱同上 ; 柱溫 35 ℃, 流速 018 mL·m in - 1 ,進樣體積 10μL。 流動相組成為 A 液 : 011%三氟乙酸的水溶液 ; B 液 : 甲醇。 花青苷分析程序 : 0m in, 40% B; 40 m in, 85% B; 50 m in, 40% B , 檢測波長 520 nm。 電噴霧離子化 ( ESI) , 離子阱分析器 , 正離子檢測模式 , 全離子掃描 , 掃描范圍 (m /z) : 100～1 000; 選擇離子檢測 ( SI M ) 方式監(jiān)測 MSn碎片。 毛細管電壓 3 500 V, 噴霧器壓力 214 × 105 Pa, 毛細管出口電壓 12014 V , 干燥溫度 350℃, 干燥氣 (N2 ) 流速 810 L·m in - 1 , C I D 裂解能量 30%。 LC /MSD Trap 軟件 512版。 根據已有的文獻數據推斷樣本中的花青苷的結構 ( Cuyckens & Claeys, 2004; Eichhorn & W interhalter, 2005;Tian et al. , 2005; Montoro et al. , 2006) 。
3 結論和討論
花色是觀賞植物分類的重要依據之一 , 人們常常根據目測的方法將花色分類 。 但是由于顏色的分類標準不同 , 人們的視覺存在差異 , 因此對花色的判定比較困難。 目前 , 較為客觀的測定花色的方法有比色卡比色和儀器測色 (Hashimoto et al. , 2000) 。 向日葵作為一種新型的觀賞花卉 , 在花色方面的研究很少 , 本文中采用 RHSCC 比色卡和分光色差儀對向日葵的花色進行研究 , 將向日葵的花色主要分為紅色系和黃色系 , 并將黃色系向日葵初步分為橙黃色和檸檬黃色兩類。 這些結果為認識觀賞向日葵種質資源的多樣性提供了測量手段 , 亦為遺傳育種研究提供了評價花色性狀的實用工具 。
Charles和 Sando (1925) 、 Schneiter (1997) 都指出向日葵舌狀花的紅色是由花青素導致的。 作者首次利用高效液相色譜技術及液相色譜和質譜聯用技術發(fā)現向日葵中花青素的種類是極其復雜的。通過對高效液相色譜圖和 LC /MS圖譜的分析 , 作者判定其花青素苷主要為矢車菊類色素 , 大部分是矢車菊素的一些葡萄糖 、 阿拉伯糖和鼠李糖的配糖體 。 作者對向日葵中花青素進行初步定量分析 , 發(fā)現花色隨著花青素總含量的增加而變暗 (L3 逐漸增大 ) , 說明紅色系向日葵中紅色的形成可能是由于花青苷的積累 。 在不同顏色的向日葵中 , 各種花青素的種類和相對含量各不相同黃色系向日葵大部分只含有花青苷 G, 而紅色系向日葵含有除 G之外的一種或幾種花青苷 ,尤其是花青素苷 C的含量在紅色向日葵中的相對含量也比較高 , 由此可初步分析 , 花青素苷的含量和種類上的差別使向日葵的花色形成了豐富的變異 , 產生了豐富多彩的顏色。
影響花色的因素除了花青苷的結構差異外 , 還受到類黃酮、 多酚類、 生物堿 、 氨基酸和有機酸等(B rouillard & Dangles, 1994; Grotewold, 2006) 以及液泡中的金屬離子如 A l 、 Fe 、 Mg 、 Cd、 Zn、Co 和 N i等、 細胞液 pH值的影響 (Marrs et al. , 1995; Mol et al. , 1998) 。 此外 , 花瓣表皮細胞的形狀也會影響花青苷的表達 , 所以對向日葵花色和花青苷的研究還有待更深一步的研究。
來源：園藝學報
作者：張圓圓 齊冬梅 劉輝 張繼沖 李崇暉 張潔 王亮生 劉公社
關鍵詞 : 向日葵 ; 觀賞向日葵 ; 舌狀花 ; 花色 ; 多態(tài)性 ; 花青素
1 材料和取樣
試驗材料種植于中國科學院植物研究所北京市大興區(qū)向日葵種植實驗基地 , 于 2006年 6—7月向
日葵盛花期 , 選擇健康生長植株的花盤 , 用 OLYMPUS C730UZ照相機記錄其花形等性狀 , 摘取該花盤的所有舌狀花 , 具有明顯雙色的花瓣用剪刀將兩部分剪開 , 分別存于保鮮袋內 , 共得到試驗材料172份 。 存于保鮮袋內的花瓣在測定其花色之后用液氮研磨 , 保存于 - 40 ℃的冰箱中備用 。
2 方法
使用英國皇家園藝學會比色卡 (Royal Horticultural Society Colour Chart, 簡稱 RHSCC) 進行顏色初步測量 。 RHSCC將花色從黃綠色到紫褐色分為若干個數量級 (1、 2、 …、 80、 81、 82) , 并將每個數量級又分為 4個等級 (A、 B、 C、 D ) 。 花朵采集后取其新鮮花瓣 , 在自然光下將舌狀花中間部分和 RHSCC卡進行對比 , 用比色卡上最接近花色的代碼來表示這個花瓣的 RHSCC值 (Voss, 1992;W ang et al. , 2004) 。
用分光色差儀 ( Spectrophotometer, NF333型 , 日本電色工業(yè)株式會社生產 , 光源 C /2°) 按國際照明委員會 ( International Comm ission on Illum ination, C IE) 表色系統(tǒng)進行測定。 花色的 C IE L3 a3 b3表色系統(tǒng)的明度 L3 值、 色相 a3 值、 色相 b3 值在三維色度坐標系上 , L3 軸垂直于 a3 軸、 b3 軸組成的平面。 L3 值從 0到 100的變化過程中 , 表示明度由黑變亮逐漸增加 ; 紅綠屬性 a3 值由負值變化到正值 , 表示綠色減退紅色增強 ; 黃藍屬性 b3 值由小變大 , 表示藍色的減退黃色的增強。 彩度 C3 和色相角 h根據公式計算 : C3 = ( a3 2 + b3 2 ) 1 /2 , h = arctan ( b3 /a3 ) 。 C3 值表示到 L3 軸的垂直距離 , 距離越大 , 彩度越大 (Voss, 1992; W ang et al. , 2004) 。 舌狀花的中間部分對準分光色差儀的集光孔進行測量 , 花色 L3 a3 b3 數據重復測定 5次 , 取平均值 (白新祥 等 , 2006) 。
采用高效液相色譜 — 質譜聯用儀 (HPLC - ESI - MS/MSn ) 對試驗樣本進行花青苷的定性分析 ,使用 Agilent 1100 LC /MSD Trap VL系統(tǒng)。 分析條件 : 色譜柱同上 ; 柱溫 35 ℃, 流速 018 mL·m in - 1 ,進樣體積 10μL。 流動相組成為 A 液 : 011%三氟乙酸的水溶液 ; B 液 : 甲醇。 花青苷分析程序 : 0m in, 40% B; 40 m in, 85% B; 50 m in, 40% B , 檢測波長 520 nm。 電噴霧離子化 ( ESI) , 離子阱分析器 , 正離子檢測模式 , 全離子掃描 , 掃描范圍 (m /z) : 100～1 000; 選擇離子檢測 ( SI M ) 方式監(jiān)測 MSn碎片。 毛細管電壓 3 500 V, 噴霧器壓力 214 × 105 Pa, 毛細管出口電壓 12014 V , 干燥溫度 350℃, 干燥氣 (N2 ) 流速 810 L·m in - 1 , C I D 裂解能量 30%。 LC /MSD Trap 軟件 512版。 根據已有的文獻數據推斷樣本中的花青苷的結構 ( Cuyckens & Claeys, 2004; Eichhorn & W interhalter, 2005;Tian et al. , 2005; Montoro et al. , 2006) 。
3 結論和討論
花色是觀賞植物分類的重要依據之一 , 人們常常根據目測的方法將花色分類 。 但是由于顏色的分類標準不同 , 人們的視覺存在差異 , 因此對花色的判定比較困難。 目前 , 較為客觀的測定花色的方法有比色卡比色和儀器測色 (Hashimoto et al. , 2000) 。 向日葵作為一種新型的觀賞花卉 , 在花色方面的研究很少 , 本文中采用 RHSCC 比色卡和分光色差儀對向日葵的花色進行研究 , 將向日葵的花色主要分為紅色系和黃色系 , 并將黃色系向日葵初步分為橙黃色和檸檬黃色兩類。 這些結果為認識觀賞向日葵種質資源的多樣性提供了測量手段 , 亦為遺傳育種研究提供了評價花色性狀的實用工具 。
Charles和 Sando (1925) 、 Schneiter (1997) 都指出向日葵舌狀花的紅色是由花青素導致的。 作者首次利用高效液相色譜技術及液相色譜和質譜聯用技術發(fā)現向日葵中花青素的種類是極其復雜的。通過對高效液相色譜圖和 LC /MS圖譜的分析 , 作者判定其花青素苷主要為矢車菊類色素 , 大部分是矢車菊素的一些葡萄糖 、 阿拉伯糖和鼠李糖的配糖體 。 作者對向日葵中花青素進行初步定量分析 , 發(fā)現花色隨著花青素總含量的增加而變暗 (L3 逐漸增大 ) , 說明紅色系向日葵中紅色的形成可能是由于花青苷的積累 。 在不同顏色的向日葵中 , 各種花青素的種類和相對含量各不相同黃色系向日葵大部分只含有花青苷 G, 而紅色系向日葵含有除 G之外的一種或幾種花青苷 ,尤其是花青素苷 C的含量在紅色向日葵中的相對含量也比較高 , 由此可初步分析 , 花青素苷的含量和種類上的差別使向日葵的花色形成了豐富的變異 , 產生了豐富多彩的顏色。
影響花色的因素除了花青苷的結構差異外 , 還受到類黃酮、 多酚類、 生物堿 、 氨基酸和有機酸等(B rouillard & Dangles, 1994; Grotewold, 2006) 以及液泡中的金屬離子如 A l 、 Fe 、 Mg 、 Cd、 Zn、Co 和 N i等、 細胞液 pH值的影響 (Marrs et al. , 1995; Mol et al. , 1998) 。 此外 , 花瓣表皮細胞的形狀也會影響花青苷的表達 , 所以對向日葵花色和花青苷的研究還有待更深一步的研究。
來源：園藝學報
作者：張圓圓 齊冬梅 劉輝 張繼沖 李崇暉 張潔 王亮生 劉公社
