观赏向日葵的花色多样性及其与花青苷的关系研究
摘 要 : 利用英国皇家园艺学会比色卡 (RHSCC) 和分光色差仪测定法将 36份观赏向日葵的花色分为两大类 , 即黄色系和红色系。 红色系向日葵的花色变异较小 ; 黄色系向日葵的花色变异较大 。 黄色系向日葵又可分为柠檬黄色和橙黄色两个亚类 。 高效液相色谱法 (HPLC) 的分析结果表明 , 试验材料中含有的花青苷共有 9种 , 但这 9种花青苷中只有其中的一种在所有样品中均能检测到 。 对红色向日葵花瓣的花青苷提取液进行多级质谱分析发现 , 花青苷元类型主要是矢车菊素 , 其糖苷类型主要是和葡萄糖、 鼠李糖和 /或阿拉伯糖结合的配糖体 ; 而在纯黄色的向日葵中未检测到这些花青苷 , 说明矢车菊类花青苷是红色向日葵舌状花显现红色的化学基础 。
关键词 : 向日葵 ; 观赏向日葵 ; 舌状花 ; 花色 ; 多态性 ; 花青素
1 材料和取样
试验材料种植于中国科学院植物研究所北京市大兴区向日葵种植实验基地 , 于 2006年 6—7月向日葵盛花期 , 选择健康生长植株的花盘 , 用 OLYMPUS C730UZ照相机记录其花形等性状 , 摘取该花盘的所有舌状花 , 具有明显双色的花瓣用剪刀将两部分剪开 , 分别存于保鲜袋内 , 共得到试验材料172份。存于保鲜袋内的花瓣在测定其花色之后用液氮研磨 , 保存于 - 40 ℃的冰箱中备用 。
2 方法
使用英国皇家园艺学会比色卡 (Royal Horticultural Society Colour Chart, 简称 RHSCC) 进行颜色初步测量 。 RHSCC将花色从黄绿色到紫褐色分为若干个数量级 (1、 2、 …、 80、 81、 82) , 并将每个数量级又分为 4个等级 (A、 B、 C、 D ) 。 花朵采集后取其新鲜花瓣 , 在自然光下将舌状花中间部分和 RHSCC卡进行对比 , 用比色卡上最接近花色的代码来表示这个花瓣的 RHSCC值 (Voss, 1992;W ang et al. , 2004) 。
用分光色差仪 ( Spectrophotometer, NF333型 , 日本电色工业株式会社生产 , 光源 C /2°)
按国际照明委员会 ( International Comm ission on Illum ination, C IE) 表色系统进行测定。
花色的 C IE L3 a3 b3表色系统的明度 L3 值、 色相 a3 值、 色相 b3 值在三维色度坐标系上 , L3 轴垂直于 a3 轴、
b3 轴组成的平面。 L3 值从 0到 100的变化过程中 , 表示明度由黑变亮逐渐增加 ; 红绿属性 a3 值由负值变化到正值 ,
表示绿色减退红色增强 ; 黄蓝属性 b3 值由小变大 , 表示蓝色的减退黄色的增强。 彩度 C3 和色相角 h根据公式计算 : C3 = (
a3 2 + b3 2 ) 1 /2 , h = arctan ( b3 /a3 ) 。 C3 值表示到 L3 轴的垂直距离 , 距离越大 ,
彩度越大 (Voss, 1992; W ang et al. , 2004) 。 舌状花的中间部分对准分光色差仪的集光孔进行测量 , 花色 L3
a3 b3 数据重复测定 5次 , 取平均值 (白新祥 等 , 2006) 。
采用高效液相色谱 — 质谱联用仪 (HPLC - ESI - MS/MSn ) 对试验样本进行花青苷的定性分析 ,使用
Agilent 1100 LC /MSD Trap VL系统。 分析条件 : 色谱柱同上 ; 柱温 35 ℃, 流速 018 mL·m in -
1 ,进样体积 10μL。 流动相组成为 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 , 检测波长 520 nm。 电喷雾离子化 ( ESI) ,
离子阱分析器 , 正离子检测模式 , 全离子扫描 , 扫描范围 (m /z) : 100～1 000; 选择离子检测 ( SI M ) 方式监测
MSn碎片。 毛细管电压 3 500 V, 喷雾器压力 214 × 105 Pa, 毛细管出口电压 12014 V , 干燥温度 350℃,
干燥气 (N2 ) 流速 810 L·m in - 1 , C I D 裂解能量 30%。 LC /MSD Trap 软件 512版。
根据已有的文献数据推断样本中的花青苷的结构 ( Cuyckens & Claeys, 2004; Eichhorn & W
interhalter, 2005;Tian et al. , 2005; Montoro et al. , 2006) 。
3 结论和讨论
花色是观赏植物分类的重要依据之一 , 人们常常根据目测的方法将花色分类 。 但是由于颜色的分类标准不同 , 人们的视觉存在差异 ,
因此对花色的判定比较困难。 目前 , 较为客观的测定花色的方法有比色卡比色和仪器测色 (Hashimoto et al. , 2000) 。
向日葵作为一种新型的观赏花卉 , 在花色方面的研究很少 , 本文中采用 RHSCC 比色卡和分光色差仪对向日葵的花色进行研究 ,
将向日葵的花色主要分为红色系和黄色系 , 并将黄色系向日葵初步分为橙黄色和柠檬黄色两类。 这些结果为认识观赏向日葵种质资源的多样性提供了测量手段
, 亦为遗传育种研究提供了评价花色性状的实用工具 。
Charles和 Sando (1925) 、 Schneiter (1997) 都指出向日葵舌状花的红色是由花青素导致的。
作者首次利用高效液相色谱技术及液相色谱和质谱联用技术发现向日葵中花青素的种类是极其复杂的。通过对高效液相色谱图和 LC /MS图谱的分析 ,
作者判定其花青素苷主要为矢车菊类色素 , 大部分是矢车菊素的一些葡萄糖 、 阿拉伯糖和鼠李糖的配糖体。作者对向日葵中花青素进行初步定量分析
, 发现花色随着花青素总含量的增加而变暗 (L3 逐渐增大 ) ,说明红色系向日葵中红色的形成可能是由于花青苷的积累 。
在不同颜色的向日葵中 , 各种花青素的种类和相对含量各不相同黄色系向日葵大部分只含有花青苷 G, 而红色系向日葵含有除 G之外的一种或几种花青苷
,尤其是花青素苷 C的含量在红色向日葵中的相对含量也比较高 , 由此可初步分析，花青素苷的含量和种类上的差别使向日葵的花色形成了丰富的变异
, 产生了丰富多彩的颜色。
影响花色的因素除了花青苷的结构差异外 , 还受到类黄酮、 多酚类、 生物碱 、 氨基酸和有机酸等(B rouillard & Dangles, 1994; Grotewold, 2006) 以及液泡中的金属离子如 A l 、 Fe 、 Mg 、 Cd、 Zn、Co 和 N i等、 细胞液 pH值的影响 (Marrs et al. , 1995; Mol et al. , 1998) 。 此外 , 花瓣表皮细胞的形状也会影响花青苷的表达 , 所以对向日葵花色和花青苷的研究还有待更深一步的研究。
