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几种忍冬属植物开花过程中花色和色素的变化

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刘安成, 尉倩, 王峰伟, 等. 几种忍冬属植物开花过程中花色和色素的变化[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2020, 42(1): 22-29. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2020.01.004
引用本文: 刘安成, 尉倩, 王峰伟, 等. 几种忍冬属植物开花过程中花色和色素的变化[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2020, 42(1): 22-29. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2020.01.004
An-cheng LIU, Qian YU, Feng-wei WANG, et al. Changes of Floral Color and Pigment Content During Flowering in Several Species of Lonicera L.[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2020, 42(1): 22-29. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2020.01.004
Citation: An-cheng LIU, Qian YU, Feng-wei WANG, et al. Changes of Floral Color and Pigment Content During Flowering in Several Species of Lonicera L.[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2020, 42(1): 22-29. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2020.01.004

几种忍冬属植物开花过程中花色和色素的变化

  • 基金项目: 陕西省农业科技创新与攻关项目(2016NY-022);西安市农业科技创新工程项目(20193022YF010NS010)
详细信息
    作者简介:

    刘安成(1973-), 男, 副研究员, 主要从事观赏植物资源利用和育种研究 .

  • 中图分类号: S685.99

Changes of Floral Color and Pigment Content During Flowering in Several Species of Lonicera L.

  • 摘要: 以5种忍冬属藤本植物为试料,研究其开花过程中花色及其有关色素的变化.试验结果表明,在开花过程中,各个种的花色变化明显,花中有关色素的质量分数普遍发生明显的变化.忍冬花蕾初期叶绿素质量分数最高,随着花朵发育,叶绿素呈下降趋势;各个种之间类胡萝卜素的变化无明显规律;忍冬开花过程中在花朵中没有检测到花青苷,火焰忍冬、贯月忍冬和台尔曼忍冬花朵红色主要是花青苷类物质的成色作用;格雷姆忍冬的呈色主要为黄酮类物质的作用,忍冬和火焰忍冬随着花蕾发育到开花过程中总黄酮和黄酮醇呈下降趋势,贯月忍冬和台尔曼忍冬总黄酮和黄酮醇含量在开花过程中变化不明显.结果表明,供试的5种忍冬属植物花中各色素组分的相对质量分数影响花的呈色.
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  • 图 1  不同开花阶段叶绿素a质量分数变化

    图 2  不同开花阶段叶绿素b质量分数变化

    图 3  不同开花阶段类胡萝卜素质量分数变化

    图 4  不同开花阶段总花青苷质量分数变化

    图 5  不同开花阶段总黄酮、黄酮醇质量分数变化

    图 6  不同开花阶段辅助效应指数变化

    表 1  不同忍冬在开花过程中的花色变化

    品种 部位 花期 RHSCC L* a* b* C* h/0
    火焰忍冬 花冠外侧 初蕾 59A 33.09±4.31a 4.06±4.39a 7.07±3.21bc 9.35±1.82a 1.06±0.57a
    中蕾 61A 35.31±2.36a 14.75±4.95b 6.45±1.73a 16.10±4.36ab 0.41±0.19a
    膨大 68A 46.52±4.86a 27.36±4.56c 3.63±1.73ab 27.60±4.43c 0.13±0.08a
    初花 68B 55.22±3.99bc 18.37±7.88bc 9.48±3.48bc 20.67±5.50bc 0.48±0.31a
    末花 68A 51.43±3.53c 20.70±6.99bc 12.50±2.58c 24.18±4.35c 0.54±0.26a
    花冠内侧 初花 19B 70.08±0.84a -7.48±0.66a 31.99±1.03a 32.85±0.96a -1.34±0.02a
    末花 13A 59.51±6.26b -3.62±2.19b 38.64±4.61b 38.81±4.17b -1.48±0.05b
    格雷姆忍冬 花冠外侧 初蕾 142A 60.75±2.50a -22.04±1.96a 40.14±2.14a 45.80±1.95ab -1.07±0.05c
    中蕾 145B 66.36±1.26b -13.57±6.01a 46.13±1.60b 48.08±2.99ab -1.28±0.11b
    膨大 24A 71.70±4.14c -1.90±1.43cd 51.50±4.98c 51.54±4.98b -1.53±0.03a
    初花 22A 70.23±3.25bc 2.08±1.48d 50.66±3.27c 50.70±3.21b 1.53±0.03d
    末花 15A 67.28±2.17bc -4.55±1.52c 44.08±2.50ab 44.32±2.42a -1.47±0.04a
    花冠内侧 初花 20A 68.63±1.26a -3.28±0.46a 62.92±3.18a 63.01±3.15a -1.52±0.01a
    末花 13A 67.86±2.00a -1.91±4.24a 59.54±1.42a 59.58±1.33a -1.54±1.65a
    贯月忍冬 花冠外侧 初蕾 178B 36.97±3.31a 23.62±4.60a 12.57±2.75a 26.76±4.47a 0.49±0.11b
    中蕾 179A 40.32±4.08a 35.09±4.69b 13.95±4.44a 37.77±5.64b 0.38±0.09a
    膨大 57A 48.41±2.79b 35.63±3.62b 22.98±1.73b 42.40±3.33b 0.57±0.05b
    初花 32A 46.01±2.75b 37.36±5.44b 21.65±2.50b 43.18±5.34b 0.53±0.06b
    末花 43A 39.43±2.41a 33.74±4.37a 15.92±1.38a 37.31±4.19b 0.44±0.05a
    花冠内侧 初花 23A 63.88±0.81a 7.18±3.92a 44.14±2.39a 44.72±2.25a 1.41±0.09a
    末花 33A 46.62±5.26b 24.07±7.61b 24.06±3.81b 34.03±6.00b 0.79±0.19b
    忍冬 花冠外侧 初蕾 145A 43.30±3.37a -9.84±2.00a 21.01±1.95a 23.20±2.47b -1.13±0.05b
    中蕾 145C 46.91±3.82a -10.16±3.54a 21.61±4.72a 23.88±5.55b -1.13±0.08b
    膨大 145D 57.26±6.14b -1.80±0.79b 14.78±2.13a 14.89±2.20a -1.45±0.04a
    初花 145D 77.08±1.98c -9.80±1.36a 23.58±3.52b 25.54±3.73b -1.18±0.02b
    末花 11A 65.73±9.01d -3.93±2.96b 37.30±6.75c 37.51±6.80c -1.47±0.08a
    台尔曼忍冬 花冠外侧 初蕾 144B 45.48±10.07a -2.64±4.66a 24.18±7.41a 24.32±7.63ab -1.46±1.25a
    中蕾 171A 42.33±5.96a 7.07±3.50b 20.06±5.65a 21.27±5.53a 1.23±0.19b
    膨大 169A 46.92±6.26a 24.62±4.82c 22.95±6.48a 33.66±2.00b 0.75±0.23b
    初花 168A 43.25±4.43a 21.29±8.51c 16.97±1.80a 27.23±7.02ab 0.67±0.19b
    末花 23A 44.20±2.37a 23.88±3.89c 18.61±2.70a 30.28±4.19ab 0.66±0.08b
    花冠内侧 初花 170A 62.34±5.58a 1.26±2.09a 46.88±6.47a 46.90±6.43a 1.54±1.37a
    末花 25A 55.35±8.01b 7.87±5.48b 40.34±6.44b 41.10±5.98b 1.38±0.15a
    注:RHSCC表示皇家园艺比色卡比对值,L*表示明度,a*表示色相a*值,b*表示色相b*值,C*表示彩度,h/0表示色相角.同一部位数据后不同大写字母表示差异在1%水平有统计学意义,不同小写字母表示差异在5%水平有统计学意义.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-01-07
  • 刊出日期:  2020-01-20

几种忍冬属植物开花过程中花色和色素的变化

    作者简介: 刘安成(1973-), 男, 副研究员, 主要从事观赏植物资源利用和育种研究
  • 陕西省西安植物园/陕西省植物研究所 陕西省植物资源保护与利用工程技术研究中心, 西安 710061
基金项目:  陕西省农业科技创新与攻关项目(2016NY-022);西安市农业科技创新工程项目(20193022YF010NS010)

摘要: 以5种忍冬属藤本植物为试料,研究其开花过程中花色及其有关色素的变化.试验结果表明,在开花过程中,各个种的花色变化明显,花中有关色素的质量分数普遍发生明显的变化.忍冬花蕾初期叶绿素质量分数最高,随着花朵发育,叶绿素呈下降趋势;各个种之间类胡萝卜素的变化无明显规律;忍冬开花过程中在花朵中没有检测到花青苷,火焰忍冬、贯月忍冬和台尔曼忍冬花朵红色主要是花青苷类物质的成色作用;格雷姆忍冬的呈色主要为黄酮类物质的作用,忍冬和火焰忍冬随着花蕾发育到开花过程中总黄酮和黄酮醇呈下降趋势,贯月忍冬和台尔曼忍冬总黄酮和黄酮醇含量在开花过程中变化不明显.结果表明,供试的5种忍冬属植物花中各色素组分的相对质量分数影响花的呈色.

English Abstract

  • 忍冬属(Lonicera Linn.)植物多为灌木、小乔木,部分为藤本,常绿或落叶,约有180种,主要分布在北非、亚洲、欧洲和北美地区.中国有忍冬属植物57种,其中23种为中国特有种[1].在本属植物中,忍冬(L. japonica)是中药金银花的药源植物;灰毡毛忍冬(L. macranthoides)、菰腺忍冬(L. rhytidophylla)、华南忍冬(L. confusa)和黄褐毛忍冬(L. fulvotomentosa)是山银花的药源植物[2];同时还有许多具有优良观赏价值的种类,如贯月忍冬(L. sempervirens)和台尔曼忍冬(L. ×tellmaniana)等具有鲜艳的花色,且花期较长,可在园林绿化中广泛应用[3].

    花色创新是花卉育种的重要内容[4],而色素分析和呈色机理研究是基础. Chavoanalikit等[5]和Renáta等[6]测定蓝靛果忍冬(L. caerulea var. kamtschatica)果实类黄酮,检测到6种花青素苷和2种黄酮醇;Jordheim等[7]在7种忍冬属植物的浆果中检测出3种花青苷;Yuan等[8]从红白忍冬(L. japonica var. chinensis)花蕾中检测到8种矢车菊素(Cyanidin)型花青苷;付林江等[9]测定了金银花(忍冬)花蕾与花朵中总黄酮、叶绿素和类胡萝卜素以及细胞液pH值,并分析了花色变化的原因;刘安成等[10]对5种忍冬属植物花朵中的花青苷成分进行了定性和定量分析,检测出4种花青苷.但对忍冬属植物的红色、黄色花朵的花色素组成和含量变化研究较少.本试验以忍冬属5种藤本植物为材料,研究其开花过程中的花色、色素组成及含量变化,探讨花色和色素组成在开花过程中的变化规律,为忍冬属植物花色育种及功能利用提供参考.

  • 试验材料为忍冬(L. japonica)、火焰忍冬(L. ×heckrottii Rehd.Huoyan)、贯月忍冬(L. sempervirens)、格雷姆忍冬(L. periclymenum L. Geleimu)和台尔曼忍冬(L. ×tellmanniana).采集不同材料不同开花阶段的花朵,分别进行花色测定和花色素的提取和测定.花期分为初蕾、中蕾、膨大、初花、末花5个阶段.其中,膨大期为花将开,白色花的蕾明显发白,红、黄色颜色发亮;初花期为花始开到完全开放,初花期很短,一般持续时间为2~3 d;当白色的忍冬花朵变为黄色,或其他颜色的花朵内瓣明显发生变化,即进入末花阶段,中间没有明显盛花表现症状.以忍冬为例,花冠白色为初花期,花冠黄色为末花期,不另分盛花期.

  • 取不同开花阶段的新鲜花蕾或花瓣,参照Li等[11]方法,采用英国皇家园艺学会比色卡进行花色对比,并用分光色差仪进行明度L*值、色相的a*值、b*值的测量.筒状花外瓣颜色测定花筒上部膨大部位或裂瓣的中部,内瓣花色测定裂瓣部位颜色.忍冬花初花期和末花期内外瓣颜色基本一致,故只测定其外瓣颜色.每个样本测5朵花,求平均值.彩度C*值和色相角度h根据公式${C^*} = {\left( {{a^{*2}} + {b^{*2}}} \right)^{1/2}}, h = \arctan \left( {{b^*}/{a^*}} \right) $计算.花筒外侧颜色测定初蕾到末花5个阶段,内侧颜色测定初花和末花2个阶段,并分别进行p=0.05水平下的SNK检验.

  • 参照文献[10, 12]进行色素成分提取,用移液器转出上清液后继续加入适量提取液重复浸提,混合浸提液,存于-20 ℃冰箱,供总花青苷、总黄酮的定性、定量分析.每个样本3次重复.

  • 将提取液经微孔滤膜(0.45 μm)过滤后进行测定.高效液相色谱系统和分析条件参照李崇辉等的方法[12].花青苷的检测波长为525 nm.流动相A为甲酸:水(10:90),B为甲醇:乙腈(85:15).甲醇、乙腈为色谱级,水为双蒸水,甲酸为分析纯.线性梯度洗脱,通过跑样检测优化程序,最终确定洗脱程序为:0 min,5%B;20 min,15%B;25 min,30%B;35 min,5%B.

    采用标准品半定量法测定总花青苷的含量[12-13].标准品为锦葵素3,5-O-葡萄糖苷(malvidin-3,5-diglucoside,Mv3G5G),购于法国Extrasynthese公司.每个处理3个重复(下同).

  • 黄酮、黄酮醇的检测波长为350 nm.流动相A为甲酸:水(0.1:99.9),B为甲酸:乙腈(0.1:99.9).线性梯度洗脱,程序如下:0 min,8% B;20 min,30% B;30 min,8% B.其他色谱条件同1.3.2.标准品为芦丁(槲皮素-3-芸香糖苷),购自中国药品生物制品检定所.

  • 辅助色素效应指数(CI)依据公式CI=TF/TA计算[12].

  • 称取新鲜样本0.5 g左右,液氮研磨后加入5 mL配制的80%丙酮水溶液,4 ℃避光浸提24 h[14],每隔8 h振荡30 s,高速冷冻离心机离心5 min(6 000 r/min,4 ℃),取上清液供分析用.

  • UV-vis双光束分光光度计(UV-4802,UNICO公司),以80%丙酮水溶液为空白,分别测定波长663 nm、646 nm和470 nm下吸光值.按照Lichtenthaler[15]方法计算叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的浓度(Ca、Cb、Cx·c,mg/L),Ca、Cb之和为总叶绿素的浓度,最后根据下式分别求出花瓣中叶绿素和类胡萝卜素的总质量分数:色素的质量分数(μg/g)=色素的浓度×提取液体积×1 000/样品鲜质量.

  • 试验结果看出,5种忍冬属植物从蕾期到末花期花色变化明显.火焰忍冬由初蕾期的紫红色转为红色,明度L*值增大,彩度C*和色相a*值变化保持一致;格雷姆忍冬初蕾期为绿色,随着花蕾膨大到开放由黄色变为金黄色,蕾期与花期,彩度C*和色相a*值、b*值变化显著;贯月忍冬蕾期为紫色,开放后为红色,花瓣内部初花为黄色,到末花期转变为红色;忍冬初蕾绿色,随着花蕾膨大,绿色退掉而成白色,花后期由白色变为黄色;台尔曼忍冬花瓣外部各阶段彩度C*和色相b*值变化不显著,花初开时花瓣内部为橘黄色,到末期则颜色加深为橘红色,变化明显(表 1).

  • 试验结果看出,所检5种忍冬属植物在开花过程中叶绿素a、b及总叶绿素质量分数都呈下降趋势.花蕾初期都含有较高的叶绿素,忍冬总叶绿素质量分数最高,为101.84 μg/g,火焰忍冬、格雷姆忍冬、贯月忍冬、台尔曼忍冬分别为91.04 μg/g,62.23 μg/g,44.19 μg/g,74.42 μg/g.忍冬初蕾明显呈现绿色,火焰忍冬花蕾下半部呈现绿色,而其他3种绿色不明显.随着花蕾膨大,绿色消退,转化为白色、黄色或者红色.蕾期各品种的叶绿素质量分数变化显著,蕾膨大期和开花期基本保持稳定,总叶绿素的质量分数与花蕾的绿色表现明显相关(图 1图 2).

  • 忍冬和火焰忍冬初蕾期类胡萝卜素质量分数较高,分别为26.10 μg/g和19.33 μg/g,随着花蕾膨大到开花过程中呈先下降再增高趋势;贯月忍冬从蕾期到开花类胡萝卜素呈增加趋势,末花期达37.43 μg/g;格雷姆忍冬花蕾和开放花朵中类胡萝卜素变化不显著;台尔曼忍冬初蕾期质量分数(23.25 μg/g)比其他阶段高.各个种之间的类胡萝卜素变化没有明显的规律(图 3).

  • 贯月忍冬和火焰忍冬花都是红色,花青苷质量分数相对高于其他几种(图 4).贯月忍冬总花青苷从初蕾期到开花末期呈增加趋势,开花后期花冠筒内部及裂瓣内侧也呈现红色,花青苷质量分数达0.57 mg/g;火焰忍冬在中蕾期质量分数最高,为0.36 mg/g,该阶段花朵明显呈现紫红色,随着花朵开放,花青苷质量分数降低,花朵变为鲜艳红色;格雷姆忍冬总花青苷质量分数较低,与其在蕾膨大期带有明显红晕的变化趋势一致;忍冬花朵的各个开花阶段都未检出花青苷成分,与Yuan等[11]的检测结果一致,总花青苷的质量分数变化趋势与前期检测[10]一致.

  • 忍冬和火焰忍冬随着花蕾发育到开花过程中总黄酮、黄酮醇(TF)含量呈下降趋势,贯月忍冬和台尔曼忍冬TF质量分数在开花过程中变化不明显,忍冬和台尔曼忍冬在初蕾期质量分数高,分别为2.64 mg/g和2.36 mg/g;格雷姆忍冬TF质量分数呈先升后降变化,在花蕾膨大期最高,为3.09 mg/g(图 5).

  • 辅助色素效应即花青苷与辅助色素结合而呈现的增色效应及红移[16].在本试验中,火焰忍冬、格雷姆忍冬和台尔曼忍冬不同阶段花色辅助效应指数都大于5,特别是格雷姆忍冬辅助色素效应指数明显高于其他种类,表明其呈色起决定性作用.忍冬因不含花青苷成分,故无辅助色素效应指数比值(图 6).

    上述分析表明,在开花过程中,5种忍冬属植物花色变化明显,花中有关色素的质量分数普遍发生着明显变化,说明花中各色素组分的相对含量影响花的呈色.

  • 花瓣中的色素组成和含量是影响花色形成的基本因素.以叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、总黄酮、总花青苷的含量,以花色的L*a*b*C*等几个参数作为因变量,通过多元线性逐步回归建立花色与各色素之间的回归方程,探讨花色呈现的主要控制因子.

    由以上花色参数与色素组成之间的多元线性回归方程可以看出,明度L*与花青苷总含量和叶绿素a的含量呈负相关,即这些组分含量越高,花瓣的颜色越暗;色相a*值表示颜色由绿到红的变化,花青苷含量增加,颜色向红色相偏移,叶绿素b的含量增加颜色向绿色相增加;色相b*表示颜色由蓝向黄的变化,色相b*值与总花青苷、叶绿素a负相关,与类胡萝卜素和总黄酮和黄酮醇正相关;彩度C*表示颜色的艳丽程度,与叶绿素a负相关,与总黄酮和黄酮醇正相关.

  • 不同色素种类及其含量的时空组合最终决定花色,但花色与花瓣所含色素的颜色并不完全相同.花色除了受花色素种类和含量影响外,还受液泡的pH值、辅助着色、金属离子络合作用及花瓣表皮细胞的性状等共同作用[17].红色、蓝色、淡紫色主要由花青素决定,花瓣的橙-红色系的呈色主要取决于花青素和类胡萝卜素的组成及比例[18].在本试验中,5种忍冬属植物在开花过程中,色素含量在不同阶段发生了明显变化.叶绿素在初蕾期对花色起决定作用,忍冬和格雷姆忍冬花蕾的绿色主要是叶绿素呈色,随着花蕾膨大,叶绿素含量迅速下降,导致绿色减退.付林江等[9]认为,忍冬花朵开放后由白色转变为黄色主要是类胡萝卜素的含量增加,本试验检测的忍冬初花期和末花期类胡萝卜素变化与此结论一致,由此可以推定格雷姆忍冬盛花期、忍冬末花期类胡萝卜素对呈色贡献较大.贯月忍冬和火焰忍冬等红色系花朵中花青苷含量高,也是呈现红色的主要物质基础.贯月忍冬总黄酮在盛花期含量最高,忍冬和台尔曼忍冬在初花期含量高,火焰忍冬的蕾期比开花后高,而格雷姆忍冬总黄酮在蕾膨大期最高,但随着花瓣的张开逐渐下降.格雷姆忍冬和台尔曼忍冬花色辅助效应指数都高于5,说明黄酮、黄酮醇的辅助色素效应显著[12].黄色花色素组成一般为类黄酮和类胡萝卜素[19-20],本试验中格雷姆忍冬的类黄酮和类胡萝卜素含量相对较高,与此结论一致.本试验中的5种忍冬属植物随着花蕾膨大到开放,亮度L*值呈增加趋势,原因之一是花朵在从蕾期到开放过程中,花瓣面积的扩大速度比色素的合成速度要快,也可能导致单位面积色素含量下降[16].

  • 忍冬属植物不仅有供采摘花朵药用或茶用的忍冬栽培,也有花色鲜艳的观赏种类在城市园林及庭院中应用,且随着欧美一些优良观赏品种的引入,观赏种类的应用越来越广泛.忍冬属植物花色相对单调,培育不同花色和花型的新品种以丰富花色和提高观赏价值,一直备受国内外研究者重视.金银花作为传统中药具有悠久历史,同时也广泛应用于保健食品、凉茶等.通过进一步对同属其他种类植物花的活性成分、药理及毒性研究,忍冬属植物在花茶和功能应用上可能更具开发潜力.

参考文献 (20)

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