紫茉莉開花過程中花色和花色素的變化規(guī)律

周 兵 閆小紅 雷藝涵 彭 超 陳麗花

（井岡山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，吉安 343009）

花色是觀賞植物重要的表型性狀和品種分類的重要依據(jù)，也是介導(dǎo)植物與傳粉者相互作用的重要功能性狀之一，是“傳粉綜合特征”中最容易識別的信號，對植物的繁殖適合度產(chǎn)生重要影響。植物花朵在開放過程中，花色常發(fā)生變化，雖然有較多研究關(guān)注了花色變化現(xiàn)象，但較少關(guān)注產(chǎn)生花色變化的內(nèi)在機制。花色素是花色形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，種類繁多復(fù)雜，包括類胡蘿卜素、類黃酮等。花色素的種類和含量與花色呈現(xiàn)密切相關(guān)，同時環(huán)境條件也對花色呈現(xiàn)產(chǎn)生重要影響。大量研究表明，不同植物、同種植物不同花色品種花色素組成與含量存在較大差異，而這種差異與花色的多樣性密切相關(guān)。同時，花色多樣性與植物間和品種間豐富的遺傳多樣性密切相關(guān)，并受到特定基因的調(diào)控。

紫茉莉（）為紫茉莉科（Nyctagi?naceae）多年生草本庭院花卉，在我國廣泛栽培。同時，其也是我國廣泛分布的外來入侵植物之一。紫茉莉具有靈活的交配系統(tǒng)和較強的繁殖能力、較強的化感抑制作用及對重金屬脅迫、石油污染等逆境較強的適應(yīng)性，顯示了較強的競爭力。另一方面，紫茉莉具有豐富的花色。已有學(xué)者針對這一特性開展了相關(guān)研究。周兵等比較分析了紫紅色、白色、黃色和復(fù)色等不同花色紫茉莉種子萌發(fā)及幼苗生長特性差異，結(jié)果表明復(fù)色紫茉莉具有較低的種子萌發(fā)率和幼苗根長。葛方蘭等采用ISSR分子標記技術(shù)分析了紫紅色、白色和黃色不同花色群體的遺傳特性，表明紫茉莉的遺傳變異主要存在于群體內(nèi)，白色與黃色的遺傳距離較小，表現(xiàn)出較近的親緣關(guān)系，黃色與紫色的遺傳距離較大，親緣關(guān)系稍遠。這些結(jié)果顯示了不同花色紫茉莉種子生物學(xué)性狀和遺傳性狀的差異。而一直以來，不同花色紫茉莉花開放過程中花部性狀的差異及其相關(guān)規(guī)律，未有報道。實際上，探明開花過程中花部性狀的變化特性將為揭示植物的繁殖機制具有重要意義。為此，本研究以不同花色紫茉莉為研究對象，對開花過程中不同花色紫茉莉花色和色素成分變化規(guī)律開展研究。以期探明以下幾個問題：①開花過程中不同花色紫茉莉花色是否具有相似的變化規(guī)律？②開花過程中不同花色紫茉莉色素成分變化存在什么樣的差異？③紫茉莉開花過程中花色變化與色素成分變化存在什么樣的相關(guān)性？

1 材料與方法

1.1 植物材料

2018 年4 月中旬，選取紫紅色、黃色和白色不同花色紫茉莉飽滿種子若干，于井岡山大學(xué)生物園進行播種培育，待幼苗長至10 cm 左右，移栽至口徑21 cm 的塑料花盆中，進行相應(yīng)的水肥管理。至盛花期時取相應(yīng)的花朵進行相關(guān)指標的測定。

1.2 花色表型測定

于紫茉莉盛花期隨機采集不同花色不同發(fā)育時期的花朵各20 朵，帶回實驗室使用色差儀（WF-30，中國深圳）進行花色表型指標的測定。測定時用色差儀的集光孔對準花瓣的中間部位進行測量，測定的指標包括色彩亮度值、2 個色相指標值和值、彩度和色相角值。

1.3 花瓣中葉綠素和類胡蘿卜素的測定

于紫茉莉盛花期隨機采集不同花色不同發(fā)育時期（花蕾期（Ⅰ），過渡期（Ⅱ），盛開期（Ⅲ））的花朵若干朵，僅取花冠部分，置于烘箱中35 ℃烘干，研磨成粉末。取0.1 g 干燥花瓣粉末置于15 mL 80%的丙酮溶液中暗處浸提4.5 h，期間不斷搖動，4 000 r·min離心，取上清液，用分光光度計（L8，中國上海）分別測定在波長為470、646、652、663 nm 處的吸光值。每處理重復(fù)5次。并根據(jù)下列公式計算葉綠素a（）、葉綠素b（）、葉綠素總量（）及類胡蘿卜素（）的濃度。計算公式如下：

1.4 花瓣中花色素苷的測定

采用鹽酸乙醇浸提法測定花色素苷的含量。于紫茉莉盛花期隨機采集不同花色不同發(fā)育時期的花朵若干朵，僅取花冠部分，置于烘箱中35 ℃烘干，研磨成粉末。取0.1 g 干燥花瓣粉末置于裝有5 mL 1%鹽酸乙醇提取液的離心管中，將離心管置于溫度為32 ℃、轉(zhuǎn)速為160 r·min的搖床上振蕩提取4.5 h，4 000 r·min離心，取上清液，用分光光度計分別測定在波長為530 和657 nm 處的吸光值。每處理重復(fù)5次。

式中：為花色素苷；為波長在530 nm 處的吸光值；為波長在657 nm處的吸光值。

1.5 花瓣中類黃酮的測定

于紫茉莉盛花期隨機采集不同花色不同發(fā)育時期的花朵若干朵，僅取花冠部分，置于烘箱中35 ℃烘干，研磨成粉末。取0.1 g 干燥花瓣粉末放入裝有10 mL 體積分數(shù)70%乙醇的具塞試管中浸提48 h，4 000 r·min離 心，取 上 清 液，定 容 至10 mL。取2 mL 提取液于試管中，加入0.3 mL 5%NaNO，6 min 后 加 入0.3 mL 10% Al（NO）溶 液，6 min后再加入2 mL 4%NaOH使溶液澄清，10 min后用分光光度計測定其在波長為510 nm處的吸光值，并利用蘆丁制作標準曲線（=0.002 2+0.042 8，=0.990 3）計算樣品溶液濃度，計算總黃酮含量。每處理重復(fù)5次。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用excel 和SPSS 19.0 軟件進行數(shù)據(jù)處理。采用Duncan’s新復(fù)極差法對不同時期各指標數(shù)據(jù)進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同花色紫茉莉不同花期花冠花色變化特性

由表1可知，不同花色紫茉莉從花蕾期到盛開期花色變化規(guī)律存在差異。紫紅色紫茉莉由花蕾期的淡綠色轉(zhuǎn)變?yōu)槭㈤_期的紫紅色，明度值和色相值減小，而色相值、色度值和色度角值增大，且各時期間均存在顯著差異（＜0.05）。黃色紫茉莉由花蕾期的淡綠色轉(zhuǎn)變?yōu)槭⒒ㄆ诘狞S色，盛開期色度值、色相值和值顯著大于另外兩個時期（＜0.05），而花蕾期色度角值顯著高于過渡期和盛開期（＜0.05）。白色紫茉莉由花蕾期的淡綠色轉(zhuǎn)變?yōu)槭⒒ㄆ诘陌咨?，過渡期明度值、色度值、色相值和值均顯著高于花蕾期和盛開期（＜0.05），不同時期的色度角值沒有顯著差異（＞0.05）。

表1 不同花色紫茉莉不同花期花冠花色表型Table 1 Color phenotype of flower corolla of M.jalapa with different colors at different flower periods

2.2 不同花色紫茉莉花冠色素變化特性

由圖1～3 可知，不同花色紫茉莉從花蕾期到盛開期花冠中葉綠素含量變化規(guī)律存在差異。紫紅色紫茉莉花冠中葉綠素a、葉綠素b 及總?cè)~綠素含量從花蕾期到盛開期逐漸減少，且花蕾期顯著高于過渡期和盛開期（＜0.05），花蕾期的含量分別是盛開期的4.42、1.98、4.83 倍。不同時期黃色紫茉莉花冠中葉綠素含量間基本沒有顯著差異（＞0.05）。花蕾期和盛開期白色紫茉莉花冠中葉綠素a 和總?cè)~綠素的含量顯著高于過渡期（＜0.05），其葉綠素b 的含量隨花期逐漸升高，且盛開期的含量顯著高于花蕾期的含量（＜0.05）。

圖1 不同花色紫茉莉不同花期花冠中葉綠素a含量變化圖中同一花色品種柱形圖上不同小寫字母表示不同生育期間差異顯著（P＜0.05），下同F(xiàn)ig.1 Variations of chlorophyll a content in the corolla of M. jalapa with different colors at different flower periods Thedifferentlowercaselettersonthebarsforthesamecolorcultivarinthe figureindicatesignificantdifferencesamongdifferentperiod（sP＜0.05）

圖2 不同花色紫茉莉不同花期花冠中葉綠素b含量變化Fig.2 Variations of chlorophyll b content in corolla of M. jalapa with different colors at different flower periods

由圖4可知，不同花色紫茉莉不同花期花冠中類胡蘿卜素含量的變化規(guī)律存在差異，總體上黃色紫茉莉花冠中類胡蘿卜素含量高于紫紅色和白色紫茉莉花冠中的含量。紫紅色紫茉莉花冠中類胡蘿卜素的含量隨著開花進程的推進而升高，且過渡期和盛開期的含量顯著高于花蕾期，盛開期的含量是花蕾期含量的3.90 倍（＜0.05）。黃色紫茉莉花冠中類胡蘿卜素含量隨著開花進程的推進先升高后降低，過渡期含量顯著高于花蕾期，前者是后者的1.57倍（＜0.05）。白色紫茉莉不同花期類胡蘿卜素的含量沒有顯著差異（＞0.05）。

圖3 不同花色紫茉莉不同花期花冠中總?cè)~綠素含量變化Fig.3 Variations of total chlorophyll content in the corolla of M.jalapa with different colors at different flower periods

圖4 不同花色紫茉莉不同花期花冠中類胡蘿卜素含量變化Fig.4 Variations of carotenoids content in the corolla of M. jalapa with different colors at different flower periods

2.3 不同花色紫茉莉花冠中花色素苷含量變化

由圖5可知，不同花色紫茉莉不同花期花冠中花色素苷含量的變化規(guī)律存在差異，總體上紫紅色紫茉莉花冠中花色素苷含量高于黃色和白色紫茉莉花冠中的含量。紫紅色和白色紫茉莉花冠中花色素苷含量隨著花期的推進而升高，且各花期間存在顯著差異，2種花色盛開期花色素苷的含量分別是花蕾期的4.66 和5.75 倍（＜0.05）。黃色紫茉莉盛開期花冠中花色素苷含量顯著高于花蕾期和過渡期（＜0.05），花蕾期和過渡期兩個花期間沒有顯著差異（＞0.05）。

圖5 不同花色紫茉莉花冠中花色素苷含量變化Fig.5 Variations of anthocyanin content in the corolla of M. jalapa with different colors at different flower periods

2.4 不同花色紫茉莉花冠中總黃酮含量變化

由圖6可知，不同花色紫茉莉不同花期花冠中總黃酮含量的變化規(guī)律存在差異，總體上紫紅色紫茉莉花冠中總黃酮含量高于黃色和白色紫茉莉花冠中的含量。紫紅色和白色紫茉莉花冠中總含量隨著花期的推進而升高，盛開期時的含量顯著高于花蕾期和過渡期兩個時期（＜0.05），而花蕾期和過渡期兩個時期間沒有顯著差異（＞0.05），兩種花色盛開期花冠總黃酮的含量分別是花蕾期的2.66 和3.12 倍。黃色紫茉莉花冠中總黃酮含量各花期間沒有顯著差異（＞0.05）。

圖6 不同花色紫茉莉花冠中總黃酮含量變化Fig.6 Variations of total flavonoid content in the corolla of M. jalapa with different colors at different flower periods

3 討論

花色是植物花部綜合特征的重要構(gòu)成性狀之一。有研究表明，一部分植物在開花過程中其花色變化不大，比如湖北海棠（）、西府海棠（）、垂絲海棠（）在開花過程中花色相對穩(wěn)定；而另一部分植物在開花過程中花色發(fā)生較大變化，比如金蕎麥（）花被片由白色變成淺黃色，最后變成褐色；金銀花（）則是由最初的綠色，然后變成白色，最后變成黃色；‘鳳丹’牡丹（‘Fengdan’）從破綻期到盛開期其花色為紫紅色，盛開期之后花色逐漸變淺，謝花期變?yōu)榘咨?。本研究結(jié)果表明，紫紅色紫茉莉花色由花蕾期的淡綠色轉(zhuǎn)變?yōu)槭㈤_期的紫紅色，色相值、色度值和色度角值隨花期推進而增大，且各時期間均存在顯著差異（＜0.05）；黃色紫茉莉花色由花蕾期的淡綠色轉(zhuǎn)變?yōu)榈绞㈤_期的黃色，盛開期色度值、色相值和值顯著大于另外兩個時期（＜0.05）。可見，植物在開花過程中其花色常發(fā)生變化，同時，不同植物及同種植物不同品種之間花色變化的規(guī)律存在差異。劉安成等比較了幾種忍冬屬植物開花過程中花色的變化，其中火焰忍冬（）的花冠由初蕾期的紫紅色轉(zhuǎn)變?yōu)槟┗ㄆ诘募t色，貫月忍冬（）的花冠由蕾期的紫色變?yōu)槟┗ㄆ诘募t色，而臺爾曼忍冬（）花瓣外部各階段顏色變化不明顯，而花瓣內(nèi)部由初開時的黃色變?yōu)槟┗ㄆ诘拈偌t色。Morimoto 等在觀察幾個康乃馨（）品種開花特性時發(fā)現(xiàn)，‘Poly Minami’、‘Or?ange Minami’、‘Tommy Minami’等不同品種從花蕾期到盛開期分別由綠色變?yōu)辄S色、紅黃色和深紅色。顯示了忍冬及康乃馨不同品種開花過程中花色變化規(guī)律存在差異，這在一定程度上支持了我們的結(jié)果。

花色的差異和變化常與花冠中的色素成分和比例密切相關(guān)。葉綠素在花蕾期對植物花色起決定作用，常表現(xiàn)為綠色、淡綠色等，類胡蘿卜素和黃酮類物質(zhì)與黃色呈色密切相關(guān)?；ㄉ剀张c藍色、紅色及紫色等花色呈色密切相關(guān)。本研究表明紫紅色紫茉莉花蕾期的花冠表現(xiàn)為綠色，盛開期表現(xiàn)為紫紅色，這與其花蕾期葉綠素含量較高，而盛開期葉綠素含量降低，以及花色素苷含量顯著升高密切相關(guān)。這一現(xiàn)象在忍冬和格雷姆忍冬（L. Geleimu）的開花過程中也得到驗證，兩種忍冬花蕾的綠色主要由較高的葉綠素含量呈色而成，隨著花蕾膨大，葉綠素含量下降，從而綠色減退。盛開期紫紅色紫茉莉色素苷含量顯著高于白色和黃色，這一現(xiàn)象在不同色系牡丹和百合中得到驗證。粉色系和紅色系牡丹花瓣中含有的花色素苷類物質(zhì)顯著高于白色系品種，紫紅色和紅色百合中花色素苷類物質(zhì)含量也高于白色系和黃色系百合。同時，本研究表明黃色紫茉莉從花蕾期到盛開期表現(xiàn)出高于相應(yīng)時期紫紅色和白色紫茉莉的類胡蘿卜素含量，不同開花時期其花冠中黃酮類物質(zhì)含量沒有顯著差異，這些特性與其較穩(wěn)定的黃色呈色密切相關(guān)。付林江等研究表明忍冬花朵開放后由白色轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色與其花瓣中類胡蘿卜素含量增加密切相關(guān)。陳建等研究表明黃色系非洲菊花（）花色色素主要由類胡蘿卜素組成。這些結(jié)果都支持了這一觀點。而白色紫茉莉花瓣中隨著開花進程的推進，其黃酮類物質(zhì)含量升高，但含量較低。智雅靜等在白色系百合中也發(fā)現(xiàn)了相類似的現(xiàn)象。

可見，不同花色紫茉莉開花過程中呈色變化規(guī)律存在差異，而其差異性與其相應(yīng)的色素成分變化密切相關(guān)，表明不同花色紫茉莉具有不同的呈色策略。本研究在一定程度上為揭示植物的花色呈色機制提供了新的數(shù)據(jù)支撐，而在各階段具體花色素成分的種類及含量的變化、花色變化與結(jié)實的關(guān)系、花色變化過程中的相關(guān)調(diào)控基因等方面還有待深入研究。