不同開(kāi)期月季花色呈色機(jī)理研究

顏色是植物的重要裝飾形狀之一。月季的花色豐富,分布和園林應(yīng)用廣泛,是研究花色的良好材料。前人研究發(fā)現(xiàn)花色的最終呈現(xiàn)受到花色素的種類和含量、花瓣的組織結(jié)構(gòu)、色素在花瓣中的分布、細(xì)胞液的pH值、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、細(xì)胞液的膠體狀態(tài)、色素與金屬離子的結(jié)合形態(tài)等因素的影響。其中,花色苷的成分和含量是影響花色最重要的因素。短暫光照時(shí)間的提高、可溶性糖含量的增加以及可溶性蛋白含量的減少對(duì)花色苷的合成有明顯的促進(jìn)作用?；ǘ溟_(kāi)放前,花瓣背面是觀賞的主要部位,并且肉眼可分辨其與正面的色彩存在明顯的差異。目前對(duì)于月季的研究大多集中在色素提取和性質(zhì)以及基因工程和藍(lán)色花的選育方面。有關(guān)影響月季花色苷的因素及其因素間的相互關(guān)系,以及背面花色的呈現(xiàn)機(jī)理未見(jiàn)報(bào)道。因此,深入研究月季在不同花期的正反面花色變化及其生理生化變化是豐富植物花色和通過(guò)基因工程改變花色必不可少的環(huán)節(jié)。1材料和方法1.1培養(yǎng)基質(zhì)的制備將250株月季,品種‘仙境’(粉紅色)盆栽于四川農(nóng)業(yè)大學(xué)內(nèi),培養(yǎng)基質(zhì)為田園土和腐葉土按1∶1的比例混合而成,2012年依次采摘月季小蕾期、大蕾期、初開(kāi)期、半開(kāi)期、盛開(kāi)期、衰敗期6個(gè)時(shí)期的花朵,將其迅速帶回實(shí)驗(yàn)室,-80℃保存?zhèn)溆谩?.2測(cè)量指標(biāo)和方法1.2.1花卉(2)花瓣橫截面的觀察取新鮮花瓣中間部位,用徒手切片的方法得到花瓣縱切面,在顯微鏡下觀察并拍照。1.2.3花瓣的ph值1.3數(shù)據(jù)分析用SAS和DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,MicrosoftExcel2007進(jìn)行計(jì)算分析并繪制圖表。2結(jié)果與分析2.1不同開(kāi)放進(jìn)程花的變化由表1可知,月季正面花瓣在開(kāi)放進(jìn)程中,其花色RHSCC測(cè)定值從小蕾期58B變?yōu)榘腴_(kāi)期N57A,紅色逐漸增強(qiáng);花色從盛開(kāi)期開(kāi)始變淡變藍(lán),衰敗期RHSCC測(cè)定值為N57A?；ò暾鍸*值從大蕾期到衰敗期逐漸升高,且極顯著差異(P<0.01)。在月季的整個(gè)開(kāi)放進(jìn)程中,花瓣正面a*值和C*值在小蕾期均最小,而半開(kāi)期a*值和C*值均最大;與a*值相對(duì)應(yīng)的b*值在月季的開(kāi)花進(jìn)程中則不斷減小;衰敗期藍(lán)色表現(xiàn)最強(qiáng),綠色居于第二,與肉眼觀察的花瓣藍(lán)化表現(xiàn)一致。色差角C*值則沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。反面花瓣花色的RHSCC測(cè)定值、a*值、C*值在花瓣開(kāi)放進(jìn)程中變化均不明顯,其L*值從小蕾期到衰敗期逐漸升高,且差異顯著(P<0.05)。月季花瓣正面L*值始終小于反面L*值,從小蕾期到衰敗期分別比反面L*低47.03%、54.26%、47.35%、44.21%、35.20%、30.77%。花瓣從開(kāi)始著色到花色最艷,正面的a*平均值從35.43增加到78.91,變化幅度達(dá)到了122.7%,比反面的變化幅度大95.70%。反面C*值同正面C*值一樣,在月季的開(kāi)放進(jìn)程中,也沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。2.2上表皮和穿刺組織月季花瓣組織結(jié)構(gòu)和色素分布如圖1所示?；ò杲M織結(jié)構(gòu)從上至下依次為:上表皮、柵欄組織、海綿組織、下表皮(圖1,C)。上表皮呈現(xiàn)出很多圓錐形小突起(圖1,A),下表皮則表現(xiàn)出不規(guī)則的扁平狀(圖1,B)。色素絕大多數(shù)都集中分布在上表皮,柵欄組織的上部分也有少量的色素分布(圖1,C)。各個(gè)時(shí)期的色素分布情況均如上所述,花色苷含量多少在顯微鏡下不易分辨。2.3不同時(shí)期花色素苷含量的變化表2顯示,月季花瓣pH值的變化分為兩個(gè)階段:從小蕾期到初開(kāi)期,pH值逐漸降低,花瓣顏色也逐漸變紅;從半開(kāi)期到衰敗期,pH值呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì),而花色也從盛開(kāi)期開(kāi)始變淡、變藍(lán);其中,花瓣pH值在大蕾期比前一個(gè)時(shí)期下降了4.95%,而在衰敗期比前一個(gè)時(shí)期顯著上升了7.17%。根據(jù)2.1的花色測(cè)定結(jié)果可知,這兩個(gè)階段花色也呈現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的明顯變化。由表2可知,月季花瓣類黃酮含量隨生育期呈先上升后下降的趨勢(shì),并在半開(kāi)期達(dá)到最大值且顯著高于其余時(shí)期,盛開(kāi)期顯著下降,衰敗期又開(kāi)始有所回升?；ò觊_(kāi)放前4個(gè)時(shí)期,花色素苷合成增加,其含量逐漸增加并在半開(kāi)期達(dá)到最大,為花朵的盛開(kāi)積累花色苷,期間花瓣也由黃白色逐漸變?yōu)榉圩霞t色;隨著花瓣的伸長(zhǎng),盛開(kāi)期期花色素苷的含量開(kāi)始下降,花瓣顏色也逐漸變淡。細(xì)胞中花色苷的合成必須有足夠的含糖量,隨著花朵開(kāi)放,花瓣可溶性糖含量不斷增高,亦在半開(kāi)期達(dá)到最大,隨后在盛開(kāi)期含量開(kāi)始緩慢下降,進(jìn)入衰敗期顯著下降達(dá)到25%。而花瓣可溶性蛋白含量的總體變化趨勢(shì)與可溶性糖相反,隨著花朵開(kāi)放,可溶性蛋白含量在大蕾期、初開(kāi)期分別大幅顯著下降56.94%和20%,其后一直維持接近初開(kāi)期的水平?？梢?jiàn),月季花瓣開(kāi)放過(guò)程中,各生理指標(biāo)的變化趨勢(shì)不盡相同,其中類黃酮和可溶性糖含量與花色苷含量的變化趨勢(shì)相同,與花色變化的關(guān)系較密切。2.4玫瑰開(kāi)放過(guò)程的顏色與生理生化指標(biāo)之間的關(guān)系2.4.1簡(jiǎn)單的相關(guān)分析2.4.2正面a#反滲透a#間的線性回歸方程正面a*(反面a*)與各指標(biāo)間的線性關(guān)系極顯著,表明用各指標(biāo)與正面a*(反面a*)間的線性回歸方程來(lái)估測(cè)正面a*(反面a*)是可靠的。各影響因素中,花色素苷的含量、pH和可溶性蛋白的含量對(duì)正面a*有很大的直接作用。由表5、6可得知,可溶性糖對(duì)正面花色的呈現(xiàn)有極重要的間接作用。3影響成花的因素結(jié)合色差儀和比色卡測(cè)色可以更客觀快捷地了解花色變化,避免了傳統(tǒng)目測(cè)的主觀性,是目前世界上關(guān)于花瓣色彩測(cè)定的一種新型的、科學(xué)的判定方法。反面a*值與正面L*值、反面L*值、反面b*值呈顯著和極顯著正相關(guān),與其他指標(biāo)沒(méi)有明顯的線性關(guān)系。并且在逐步回歸方程中,反面a*值只與反面L*有關(guān)。故推斷:反面所表現(xiàn)的紅色是花瓣正面的色彩在光線以及花瓣組織結(jié)構(gòu)的共同作用下而表現(xiàn)出來(lái)的。花瓣反面的顏色變化規(guī)律雖然基本和正面一致,但是盛開(kāi)期紅色減退后,衰敗期的紅色卻強(qiáng)于盛開(kāi)期。可能是反面的紅色是正面的紅色通過(guò)光的折射作用而表現(xiàn)出的顏色,到了衰敗期,花瓣內(nèi)含物減少,正面亮度增加,增加了入射光從而使得紅色加深?；ㄉ匣蚱{(lán)的品種,其花瓣表皮的pH值偏高。月季進(jìn)入衰敗期后,產(chǎn)生明顯的藍(lán)化現(xiàn)象,但其pH值較之前一時(shí)期只增加了不到0.3。說(shuō)明pH值小范圍的變動(dòng),就能導(dǎo)致花色改變?；ò瓯砥ぜ?xì)胞的形狀會(huì)對(duì)花色的形成產(chǎn)生很大的影響,圓錐型突起的花瓣細(xì)胞可以吸收較多的光線,從而使花色加深;下表皮通常為扁平狀,這種扁平的細(xì)胞能更多地反射入射光使花色變淺。陳建研究認(rèn)為非洲菊花瓣上表皮細(xì)胞的不規(guī)則凸起降低了花瓣亮度;下表皮細(xì)胞無(wú)凸起或凸起幅度小,使得亮度有很大的提高。花瓣上表皮的圓錐形結(jié)構(gòu)使得花瓣表面反射光,表面反射對(duì)花色的影響隨著色素含量的增加而增大。在本實(shí)驗(yàn)中亮度和花青素含量之間沒(méi)有明顯的線性關(guān)系,但根據(jù)上述理論,當(dāng)花青素含量越高時(shí),由于月季花瓣的“突起”結(jié)構(gòu)降低了花瓣亮度。加之色素絕大多數(shù)都集中分布在上表皮,導(dǎo)致了月季花瓣上表皮的花色明顯比下表皮深,并且下表皮的亮度明顯高于上表皮。通過(guò)簡(jiǎn)單相關(guān)性分析可知,顯著影響正面花瓣呈色的因素有花色素苷含量、可溶性糖含量和pH值。張超等認(rèn)為花色苷含量的高低影響著花色紅色度的深淺,而類黃酮的含量則與其共同影響著彩色度的變化。張潔也認(rèn)為貼梗海棠中的3種主要色素含量的增加導(dǎo)致了顏色顯著變紅。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)通徑分析發(fā)現(xiàn),各影響花色呈現(xiàn)的因素中,花色素苷的含量對(duì)正面a*的決定程度為0.9347,極顯著高于其他性狀對(duì)正面a*的直接作用,是影響花瓣呈色最重要的因素?？扇苄蕴呛吭陂_(kāi)花過(guò)程中的增加對(duì)花色素苷的合成有極顯著的促進(jìn)作用,從而在花色呈現(xiàn)中表現(xiàn)出極大的間接作用。pH值與花色素苷含量雖然沒(méi)有明顯的線性關(guān)系,但是其在不同時(shí)期的變化影響了花色素苷的穩(wěn)定性,從而改變花色。在開(kāi)花過(guò)程中類黃酮的含量對(duì)花色呈現(xiàn)的直接作用和間接作用均不明顯,但在逐步回歸方程中,類黃酮的含量是影響花色呈現(xiàn)的重要因素,通過(guò)簡(jiǎn)單相關(guān)性分析可知,其與花色苷含量呈極顯著相關(guān)。則本實(shí)驗(yàn)認(rèn)為,不同時(shí)期花色變化是由花色素苷含量控制的,而可溶性糖、類黃酮含量影響花色素苷的合成,pH值在很大程度上影響了花色素苷的穩(wěn)定性。同理,反面L*是影響反面花色呈現(xiàn)的最重要性狀。同時(shí),正面L*、正面b*和反面b*通過(guò)對(duì)反面L*的影響,間接影響反面花色的呈現(xiàn)。綜上所述,眾多影響花色呈現(xiàn)的因素中,正面(反面)花色主要是受到花色素苷(反面L*)的直接作用,其他因素則通過(guò)影響花色素苷(反面L*)的合成,間接影響花色的呈現(xiàn)。采用英國(guó)皇家園藝協(xié)會(huì)比色卡(RoyalHorticulturalSocietyColorChart,RHSCC)(R.H.S.,2001)和色差儀CR-10(柯尼卡,日本)兩種方法測(cè)定花色的L*、a*、b*、C*、h*值。L*值、a*值和b*值使用國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)系統(tǒng)進(jìn)行分析。其中,當(dāng)L*值從0升至100時(shí),表示亮度逐漸增加;a*值由小變大意味著綠色的減退,紅色的增強(qiáng);b*值的增加代表了藍(lán)色的逐漸消退,同時(shí)伴隨著黃色的增強(qiáng);C*表示色飽和度;h*為色相角。隨機(jī)取20朵不同單株的花,用每朵花中間花瓣的中間部分對(duì)準(zhǔn)色差儀的集光孔進(jìn)行測(cè)量,每朵花重復(fù)3次,最后取平均值。1.2.2葉肉細(xì)胞刷去(1)花瓣表皮細(xì)胞的觀察取新鮮花瓣中間部位浸入水中,用毛刷輕輕地將上表面的蠟質(zhì)層刷去,用尖頭鑷子撕去下(上)表皮,浸泡在水中10min,然后用刷子輕輕地將葉肉細(xì)胞刷去,只留上(下)表皮,制成臨時(shí)裝片在顯微鏡下觀察拍照。[采用唐前瑞16]的方法,取2g新鮮整片花瓣加1mL雙蒸水研磨(不加石英砂)成勻漿,用PHS-3C+酸度計(jì)測(cè)定勻漿pH值,重復(fù)3次,取平均值。1.2.4優(yōu)化模型的建立[參照Pirie17]的方法,將整片花瓣鉆取30個(gè)小圓片,立即以含1%HCl的甲醇溶液提取,定容后,于600nm、530nm(花色素苷)、325nm(類黃酮)測(cè)定吸光度值A(chǔ)600、A530、A325。以△A530-600=0.1作為一個(gè)花色素苷單位,類黃酮含量直接以A325·g-1表示?？扇苄蕴?、可溶性蛋白的含量測(cè)定分別采用蒽酮比色法和考馬斯亮藍(lán)G250法。表3顯示,月季花瓣正面所表現(xiàn)的紅色與其pH值、花色苷、可溶性糖含量呈顯著正相關(guān)和極顯著正相關(guān),而反面所表現(xiàn)的紅色則與正面L*值、反面L*值、反面b*值呈顯著和極顯著正相關(guān);此外,月季花瓣正面L*值與正面b*值、反面L*值與反面b*值呈極顯著負(fù)相關(guān)。本實(shí)驗(yàn)使用SAS軟件對(duì)各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行逐步回歸分析,擬從各生理生化指標(biāo)中找到對(duì)花色(a*)影響最顯著的因子。在5%的顯著水平下,逐個(gè)淘汰不顯著的自變量