紅花草莓雜交后代花瓣色素成分分析

王鍵，張瑩瑩，薛莉，雷家軍*

（1.沈陽農(nóng)業(yè)大學園藝學院，沈陽 110866；2.沈陽市環(huán)境監(jiān)測總站，沈陽 110034）

紅花草莓雜交后代花瓣色素成分分析

王鍵1，張瑩瑩2，薛莉1，雷家軍1*

（1.沈陽農(nóng)業(yè)大學園藝學院，沈陽 110866；2.沈陽市環(huán)境監(jiān)測總站，沈陽 110034）

對3個紅花草莓雜交組合：粉公主×哈尼、俏佳人×哈尼和粉公主×俏佳人后代不同花色花瓣開展花色測定、特征顯色反應及紫外-可見光譜掃描分析，分析紅花草莓不同花色雜交后代花瓣成色物質(zhì)基礎。結果表明，紅花草莓雜交后代花色顯著分離，呈近白色到紅色變化，花色深淺變化明顯，成色物質(zhì)有花青素苷和黃酮類色素，不含有類胡蘿卜素；同時，獲得一大批不同花色紅花草莓群體。研究為紅花草莓花瓣中花青素苷成分進一步分離和鑒定奠定基礎，為闡明不同花色紅花草莓形成機理提供理論依據(jù)。

紅花草莓；花色；色素；類黃酮；花青素苷

草莓屬（Fragaria）植物均開白花[1]，紅花草莓為屬間雜種（Fragaria×Potentilla），是利用開白花的8x栽培草莓（F.×ananassa，2n=8x=56）與開紫紅花的6x沼委陵菜（Potentilla palustris，2n=6x=42）遠緣雜交，并與草莓栽培品種不斷回交獲得[2-4]。紅花草莓是草莓家族新成員，可作為一種新型多年生草本花卉，用于盆栽觀賞和園林綠化。近年來，紅花草莓育種受到國內(nèi)外重視。我國開展紅花草莓育種時間短、育成品種少、花色單調(diào)（集中在粉色）、果實品質(zhì)較差，嚴重制約紅花草莓應用[5-6]。

紅花草莓花色覆蓋整個紅色系，具有豐富紅色花資源?；ㄉ羌t花草莓主要觀賞性狀，影響其成色原因較多，色素種類和含量是主要影響因素[7]。紅花草莓花色改良、抗性育種和提高果實品質(zhì)是目前研究主要方向，其花色成因研究尚無報道[8]。植物次生代謝網(wǎng)絡復雜，決定紅色的物質(zhì)基礎和形成機理在不同植物中不盡相同。草莓果實中含有豐富類黃酮，其主要成色物質(zhì)為花青素苷，目前已開展廣泛研究[9-12]。

本研究以紅花草莓雜交后代花瓣為材料，采用特征顯色反應和紫外-可見光譜掃描等方法分析色素成分，為紅花草莓花色改良及花色成因研究奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料來自沈陽農(nóng)業(yè)大學草莓資源圃。以粉公主（粉）×哈尼（白），俏佳人（深粉）×哈尼（白）和粉公主（粉）×俏佳人（深粉）雜交后代為試驗材料，2014年5月中旬取盛花期紅花草莓花瓣。將雜交后代花色分為5個色系：紅色系、深粉色系、粉色系、淺粉色系和白色系。除紅色系外，每個色系分別從3個雜交組合選取3個株系；所有雜交后代中，僅在粉公主×俏佳人雜交組合獲得紅色后代，共5個株系。故選取來自3個雜交組合不同花色的41個株系（見圖1、2）。

圖1 紅花草莓雜交系譜圖Fig.1Pedigree of breeding lines of pink-flowered strawberry

圖2 從3個紅花草莓雜交組合后代中劃分的5個色系Fig.2Five color groups and individuals selected from three crosses

1.2 花色測定

采用英國皇家園藝學會比色卡RHSCC（Royal Horticultural Society Color Chart,UK，2007）[13]和色差儀（CR-400 Koniea Minolta，Japan）測量紅花草莓花瓣顏色，每個株系取5株。紅花草莓花色測定參照Qi等方法[14]。其中，系數(shù)L*表示亮度，數(shù)值變化從0（黑）到100（白）；a*值表示紅綠屬性，負值代表綠度，正值代表紅度；b*值表示黃藍屬性，負值代表藍度，正值代表黃度；C*值表示彩度C*=（a*2+b*2）1/2；色相角h°值代表顏色變化，h°=arctan（b*/a*）。

1.3 紅花草莓花瓣色素類型定性分析

取新鮮花瓣約0.1 g，研磨成粉末后分別加入石油醚、10.0%鹽酸和30.0%氨水約5 mL，觀察顏色變化并記錄[15]。

1.4 紫外—可見光譜分析

取各株系新鮮花瓣約0.1 g，研磨成粉末后，分別加入石油醚∶丙酮（9∶1，V/V）和1%鹽酸化甲醇溶液（鹽酸∶甲醇=1∶99，V/V）各10 mL，于-20℃冰箱中提取24 h。使用濾紙將粗提液過濾，用UV-1750型紫外-可見分光光度計（Shimadzu Co.，Ltd，Japan）分別在200～700 nm和400～500 nm范圍內(nèi)掃描。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 17.0軟件和SigmaPlot 10.0分析不同花色紅花草莓CIE表色系統(tǒng)三刺激值（L*，a*和b*）之間關系，并作圖。

2 結果與分析

2.1 紅花草莓花色分析

雜交后代花色顯著分離，覆蓋整個紅色系，從白色至紅色變化。采用目視測法，可將雜交后代劃分為5個色系：紅色系、深粉色系、粉色系、淺粉色系和白色系。利用色差儀對花瓣作顏色測量，紅綠屬性a*值范圍介于-3.33～57.25，黃藍屬性b*值范圍介于-2.26～14.61，亮度屬性L*值在31.99～91.56間波動（見表1）。所有雜交后代中，a*值在白色系中最低，紅色系中最高，由低到高順序為：白色系＜淺粉色系＜粉色系＜深粉色系＜紅色系（見圖3A）；相反，紅色系L*值最低，白色最高（見圖3B）；各色系中彩度C*值與a*值變化順序一致；除白色系外，各色系間h°值無顯著差異，白色系中，h°值在97.42°～103.80°間變化。

表1 41個雜交后代及親本不同花色測量Table 1Petal color and color parameters of 41 selected individuals and their parents

續(xù)表

2.2 紅花草莓各雜交后代三刺激值（L*,a*和b*）之間關系

紅花草莓不同花色個體間刺激值L*，a*和b*關系如圖4所示。除白色系外，其他4個色系中L*和a*，L*和C*間均呈顯著負相關，但L*和b*之間無相關性。C*和a*之間呈顯著正相關，說明紅度a*是紅花草莓彩度主要貢獻因子，通過紅度a*可有效區(qū)分紅色系、深粉色系、粉色系、淺粉色系和白色系。

2.3 石油醚、鹽酸和氨水顯色反應

不同顏色花瓣加入石油醚、鹽酸和氨水研磨，反應液比色結果如下（表2）：石油醚測試中，各色系均表現(xiàn)為無色，說明雜交后代花瓣中均不含有類胡蘿卜素。鹽酸測試中，出現(xiàn)紅色說明含有花青素苷，反應液呈深淺不一的黃色，說明雜交后代花瓣中可能含有黃酮類化合物；因此，不同程度紅黃混合色表明后代花瓣中可能含有花青素苷和黃酮類化合物兩類物質(zhì)。氨水測試中，黃色意味后代花瓣中含有黃酮類色素，出現(xiàn)黃棕色表明花瓣中可能還含有黃酮醇類化合物。綜上所述，紅花草莓雜交后代花瓣中不含有類胡蘿卜素，含有黃酮類化合物和花青素苷兩類色素，其中除白色系外四種色系花瓣中還可能含有黃酮醇類化合物（見表2）。

2.4 紅花草莓花瓣色素成分紫外-可見光譜分析

對紅花草莓雜交后代5個不同色系花瓣以鹽酸甲醇、石油醚丙酮提取液分別在200～700 nm和400～500 nm范圍內(nèi)光譜掃描。結果顯示，白色系花瓣鹽酸甲醇提取液僅在200～400 nm范圍內(nèi)出現(xiàn)特征吸收，表明白色系中僅含有黃酮類化合物；而紅色系、深粉色系、粉色系和淺粉色系花瓣提取液在200～400 nm和500～600 nm范圍內(nèi)均表現(xiàn)出特征吸收，而在400～500 nm范圍內(nèi)未檢測到吸收峰，說明4個色系同時含有黃酮類化合物和花青素苷，不含類胡蘿卜素（見圖5、6）。

圖3 基于CIELAB數(shù)據(jù)5個色系41個紅花草莓雜交后代花色分布Fig.3Flower color distribution of 41 individuals involved in five color groups based on the CIELAB data

圖441 個不同花色紅花草莓雜交后代花色參數(shù)間關系Fig.4Relationships between parameters L*,C*，a*and b*of 41 hybrids

表2 雜交后代不同花色色素類型測試顯色反應Table 2Color reaction of pigment types of all the hybrids

圖5 不同花色紅花草莓雜交后代類黃酮紫外-可見光譜掃描圖（200～700 nm）Fig.5Flavonoids of UV-visible spectra scanning between 200 and 700 nm from different flower colors

圖6 不同色系紅花草莓雜交后代類胡蘿卜素紫外-可見光譜掃描圖（400～700 nm）Fig.6Carotenoids of UV-visible spectra scanning between 400 and 700 nm from different flower colors

3 討論與結論

3.1 紅花草莓親本選配對雜交后代花色影響

雜交育種過程中，有效選配親本對提高育種效率具有重要意義。本研究獲得國內(nèi)首批真正紅色紅花草莓新種質(zhì)，且僅在粉公主×俏佳人雜交組合中獲得，說明雜交后代花色與親本選擇有關，張晶晶針對牡丹橙色花育種指出，培育真正橙色牡丹，應充分利用已獲得近似橙色品種作為育種親本[16]?；ㄉ巧赝獠矿w現(xiàn)，色素是花色化學基礎。雜交育種中子代花色發(fā)生變異，實際是色素遺傳導致。Heursel通過分析杜鵑花色素，認為定量的花青素苷和類黃酮可形成特定顏色甚至新花色[17]。因此，植物色素遺傳規(guī)律將影響花色育種親本選擇。陳越等分析27份杜鵑花樣品色素遺傳特性，表明飛燕草素苷具有隱性遺傳特性，在雜交育種過程中可人為挑選親本控制飛燕草苷有無[18]。本試驗借助雜交育種手段改良紅花草莓花色，獲得更多花色艷麗紅花草莓新種質(zhì)，并獲得很多中間類型。明晰紅花草莓雜交后代色素遺傳規(guī)律，對紅花草莓親本選配及花色定向育種具有指導作用[19]。

3.2 紅花草莓花瓣成色物質(zhì)基礎

作為主要成色物質(zhì)，花青素苷可使植物種子、葉片、花和果實等組織呈現(xiàn)桔色到藍紫色變化[20-21]?；ㄇ嗨剀召x予植物重要的色彩性狀[22]，因此，明晰植物花瓣中花青素苷組成，對今后利用分子手段改良花色具有重要意義。目前，已分析很多觀賞植物花瓣中花青素苷種類和含量，例如葡萄風信子、石蒜、山茶、杜鵑、鳶尾、六出花和荷花等[14,23-28]。張潔等報道粉色貼梗海棠花瓣（Chaenomeles speciosa）中主要花青素苷成分，為矢車菊素-3-O-半乳糖苷、天竺葵素-3-O-（半乳糖葡萄糖苷）和矢車菊素-3-O-琥珀酸-阿拉伯糖苷，且花青素苷含量隨貼梗海棠花瓣紅色程度加深而增加[29]。Lai等分析亞洲百合粉色花品種‘蒙特雷絲’（Montreux）和紅棕色品種‘蘭蒂尼’（Landini）色素成分，發(fā)現(xiàn)二者主要成色物質(zhì)均為矢車菊素-3-O-β-蕓香糖苷，但后者花青素苷含量顯著高于前者[30]。研究表明，形成草莓果實亮麗果色的色素分別是天竺葵素-3-葡萄糖苷、天竺葵素-3-蕓香糖苷和少量矢車菊素-3-葡萄糖苷[10]。本研究初步分析紅花草莓花瓣色素種類，花瓣中主要成色物質(zhì)為花青素苷，為明晰其花色形成機理奠定基礎，還需從分子水平繼續(xù)深入研究。

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Analysis on flower pigment components in petals of hybrid offspring ofpink-flowered strawberry/

WANG Jian1,ZHANG Yingying2,XUE Li1,LEI Jiajun1
(1.School of Horticulture,Shenyang Agricultural University,Shenyang 110866,China;2.Shenyang Agricultural Monitoring Station,Shenyang 110034,China)

In order to analyze the material foundation of flower color in pink-flowered strawberry, the hybrid seedlings with different flower colors from the crosses of Pink Princess×Honeoye,Pretty Beauty×Honeoye and Pink Princess×Pretty Beauty were investigated,including flower color measurement,color reaction and UV-visible spectra analysis.These results showed that the flower colors of hybrid population were widely separated,ranged from white to red,and mainly concentrated in pink. There were anthocyanins and flavones but no carotenoids in petals of pink-flowered strawberry; meanwhile,this research created lots of populations with different flower colors.It laid a foundation for the further separation and identification of the anthocyanin components in pink-flowered strawberry and provided a theoretical basis for clarifying the color formation mechanism of different flower colors in pinkflowered strawberry.

pink-flowered strawberry;flower color;pigment;flavonoid;anthocyanin

S668.4

A

1005-9369（2016）11-0009-08

時間2016-11-30 15:34:11[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20161130.1534.004.html

王鍵,張瑩瑩,薛莉,等.紅花草莓雜交后代花瓣色素成分分析[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報,2016,47(11)：9-16.

Wang Jian,Zhang Yingying,Xue Li,et al.Analysis on flower pigment components in petals of hybrid offspring of pink-flowered strawberry[J].Journal of Northeast Agricultural University,2016,47(11)：9-16.(in Chinese with English abstract)

2016-10-24

國家自然科學基金項目（30971976）

王鍵（1990-），女，碩士研究生，研究方向為觀賞植物遺傳育種。E-mail:botelongma@163.com

*通訊作者：雷家軍，教授，博士生導師，研究方向為觀賞植物遺傳育種。E-mail:jiajunleisy@163.com