红花草莓杂交后代花瓣色素成分分析

王键，张莹莹，薛莉，雷家军*

（1.沈阳农业大学园艺学院，沈阳 110866；2.沈阳市环境监测总站，沈阳 110034）

红花草莓杂交后代花瓣色素成分分析

王键1，张莹莹2，薛莉1，雷家军1*

（1.沈阳农业大学园艺学院，沈阳 110866；2.沈阳市环境监测总站，沈阳 110034）

对3个红花草莓杂交组合：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开展花色测定、特征显色反应及紫外-可见光谱扫描分析，分析红花草莓不同花色杂交后代花瓣成色物质基础。结果表明，红花草莓杂交后代花色显著分离，呈近白色到红色变化，花色深浅变化明显，成色物质有花青素苷和黄酮类色素，不含有类胡萝卜素；同时，获得一大批不同花色红花草莓群体。研究为红花草莓花瓣中花青素苷成分进一步分离和鉴定奠定基础，为阐明不同花色红花草莓形成机理提供理论依据。

红花草莓；花色；色素；类黄酮；花青素苷

草莓属（Fragaria）植物均开白花[1]，红花草莓为属间杂种（Fragaria×Potentilla），是利用开白花的8x栽培草莓（F.×ananassa，2n=8x=56）与开紫红花的6x沼委陵菜（Potentilla palustris，2n=6x=42）远缘杂交，并与草莓栽培品种不断回交获得[2-4]。红花草莓是草莓家族新成员，可作为一种新型多年生草本花卉，用于盆栽观赏和园林绿化。近年来，红花草莓育种受到国内外重视。我国开展红花草莓育种时间短、育成品种少、花色单调（集中在粉色）、果实品质较差，严重制约红花草莓应用[5-6]。

红花草莓花色覆盖整个红色系，具有丰富红色花资源。花色是红花草莓主要观赏性状，影响其成色原因较多，色素种类和含量是主要影响因素[7]。红花草莓花色改良、抗性育种和提高果实品质是目前研究主要方向，其花色成因研究尚无报道[8]。植物次生代谢网络复杂，决定红色的物质基础和形成机理在不同植物中不尽相同。草莓果实中含有丰富类黄酮，其主要成色物质为花青素苷，目前已开展广泛研究[9-12]。

本研究以红花草莓杂交后代花瓣为材料，采用特征显色反应和紫外-可见光谱扫描等方法分析色素成分，为红花草莓花色改良及花色成因研究奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料来自沈阳农业大学草莓资源圃。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）杂交后代为试验材料，2014年5月中旬取盛花期红花草莓花瓣。将杂交后代花色分为5个色系：红色系、深粉色系、粉色系、浅粉色系和白色系。除红色系外，每个色系分别从3个杂交组合选取3个株系；所有杂交后代中，仅在粉公主×俏佳人杂交组合获得红色后代，共5个株系。故选取来自3个杂交组合不同花色的41个株系（见图1、2）。

图1 红花草莓杂交系谱图Fig.1Pedigree of breeding lines of pink-flowered strawberry

图2 从3个红花草莓杂交组合后代中划分的5个色系Fig.2Five color groups and individuals selected from three crosses

1.2 花色测定

采用英国皇家园艺学会比色卡RHSCC（Royal Horticultural Society Color Chart,UK，2007）[13]和色差仪（CR-400 Koniea Minolta，Japan）测量红花草莓花瓣颜色，每个株系取5株。红花草莓花色测定参照Qi等方法[14]。其中，系数L*表示亮度，数值变化从0（黑）到100（白）；a*值表示红绿属性，负值代表绿度，正值代表红度；b*值表示黄蓝属性，负值代表蓝度，正值代表黄度；C*值表示彩度C*=（a*2+b*2）1/2；色相角h°值代表颜色变化，h°=arctan（b*/a*）。

1.3 红花草莓花瓣色素类型定性分析

取新鲜花瓣约0.1 g，研磨成粉末后分别加入石油醚、10.0%盐酸和30.0%氨水约5 mL，观察颜色变化并记录[15]。

1.4 紫外—可见光谱分析

取各株系新鲜花瓣约0.1 g，研磨成粉末后，分别加入石油醚∶丙酮（9∶1，V/V）和1%盐酸化甲醇溶液（盐酸∶甲醇=1∶99，V/V）各10 mL，于-20℃冰箱中提取24 h。使用滤纸将粗提液过滤，用UV-1750型紫外-可见分光光度计（Shimadzu Co.，Ltd，Japan）分别在200～700 nm和400～500 nm范围内扫描。

1.5 数据处理

利用SPSS 17.0软件和SigmaPlot 10.0分析不同花色红花草莓CIE表色系统三刺激值（L*，a*和b*）之间关系，并作图。

2 结果与分析

2.1 红花草莓花色分析

杂交后代花色显著分离，覆盖整个红色系，从白色至红色变化。采用目视测法，可将杂交后代划分为5个色系：红色系、深粉色系、粉色系、浅粉色系和白色系。利用色差仪对花瓣作颜色测量，红绿属性a*值范围介于-3.33～57.25，黄蓝属性b*值范围介于-2.26～14.61，亮度属性L*值在31.99～91.56间波动（见表1）。所有杂交后代中，a*值在白色系中最低，红色系中最高，由低到高顺序为：白色系＜浅粉色系＜粉色系＜深粉色系＜红色系（见图3A）；相反，红色系L*值最低，白色最高（见图3B）；各色系中彩度C*值与a*值变化顺序一致；除白色系外，各色系间h°值无显著差异，白色系中，h°值在97.42°～103.80°间变化。

表1 41个杂交后代及亲本不同花色测量Table 1Petal color and color parameters of 41 selected individuals and their parents

续表

2.2 红花草莓各杂交后代三刺激值（L*,a*和b*）之间关系

红花草莓不同花色个体间刺激值L*，a*和b*关系如图4所示。除白色系外，其他4个色系中L*和a*，L*和C*间均呈显著负相关，但L*和b*之间无相关性。C*和a*之间呈显著正相关，说明红度a*是红花草莓彩度主要贡献因子，通过红度a*可有效区分红色系、深粉色系、粉色系、浅粉色系和白色系。

2.3 石油醚、盐酸和氨水显色反应

不同颜色花瓣加入石油醚、盐酸和氨水研磨，反应液比色结果如下（表2）：石油醚测试中，各色系均表现为无色，说明杂交后代花瓣中均不含有类胡萝卜素。盐酸测试中，出现红色说明含有花青素苷，反应液呈深浅不一的黄色，说明杂交后代花瓣中可能含有黄酮类化合物；因此，不同程度红黄混合色表明后代花瓣中可能含有花青素苷和黄酮类化合物两类物质。氨水测试中，黄色意味后代花瓣中含有黄酮类色素，出现黄棕色表明花瓣中可能还含有黄酮醇类化合物。综上所述，红花草莓杂交后代花瓣中不含有类胡萝卜素，含有黄酮类化合物和花青素苷两类色素，其中除白色系外四种色系花瓣中还可能含有黄酮醇类化合物（见表2）。

2.4 红花草莓花瓣色素成分紫外-可见光谱分析

对红花草莓杂交后代5个不同色系花瓣以盐酸甲醇、石油醚丙酮提取液分别在200～700 nm和400～500 nm范围内光谱扫描。结果显示，白色系花瓣盐酸甲醇提取液仅在200～400 nm范围内出现特征吸收，表明白色系中仅含有黄酮类化合物；而红色系、深粉色系、粉色系和浅粉色系花瓣提取液在200～400 nm和500～600 nm范围内均表现出特征吸收，而在400～500 nm范围内未检测到吸收峰，说明4个色系同时含有黄酮类化合物和花青素苷，不含类胡萝卜素（见图5、6）。

图3 基于CIELAB数据5个色系41个红花草莓杂交后代花色分布Fig.3Flower color distribution of 41 individuals involved in five color groups based on the CIELAB data

图441 个不同花色红花草莓杂交后代花色参数间关系Fig.4Relationships between parameters L*,C*，a*and b*of 41 hybrids

表2 杂交后代不同花色色素类型测试显色反应Table 2Color reaction of pigment types of all the hybrids

图5 不同花色红花草莓杂交后代类黄酮紫外-可见光谱扫描图（200～700 nm）Fig.5Flavonoids of UV-visible spectra scanning between 200 and 700 nm from different flower colors

图6 不同色系红花草莓杂交后代类胡萝卜素紫外-可见光谱扫描图（400～700 nm）Fig.6Carotenoids of UV-visible spectra scanning between 400 and 700 nm from different flower colors

3 讨论与结论

3.1 红花草莓亲本选配对杂交后代花色影响

杂交育种过程中，有效选配亲本对提高育种效率具有重要意义。本研究获得国内首批真正红色红花草莓新种质，且仅在粉公主×俏佳人杂交组合中获得，说明杂交后代花色与亲本选择有关，张晶晶针对牡丹橙色花育种指出，培育真正橙色牡丹，应充分利用已获得近似橙色品种作为育种亲本[16]。花色是色素外部体现，色素是花色化学基础。杂交育种中子代花色发生变异，实际是色素遗传导致。Heursel通过分析杜鹃花色素，认为定量的花青素苷和类黄酮可形成特定颜色甚至新花色[17]。因此，植物色素遗传规律将影响花色育种亲本选择。陈越等分析27份杜鹃花样品色素遗传特性，表明飞燕草素苷具有隐性遗传特性，在杂交育种过程中可人为挑选亲本控制飞燕草苷有无[18]。本试验借助杂交育种手段改良红花草莓花色，获得更多花色艳丽红花草莓新种质，并获得很多中间类型。明晰红花草莓杂交后代色素遗传规律，对红花草莓亲本选配及花色定向育种具有指导作用[19]。

3.2 红花草莓花瓣成色物质基础

作为主要成色物质，花青素苷可使植物种子、叶片、花和果实等组织呈现桔色到蓝紫色变化[20-21]。花青素苷赋予植物重要的色彩性状[22]，因此，明晰植物花瓣中花青素苷组成，对今后利用分子手段改良花色具有重要意义。目前，已分析很多观赏植物花瓣中花青素苷种类和含量，例如葡萄风信子、石蒜、山茶、杜鹃、鸢尾、六出花和荷花等[14,23-28]。张洁等报道粉色贴梗海棠花瓣（Chaenomeles speciosa）中主要花青素苷成分，为矢车菊素-3-O-半乳糖苷、天竺葵素-3-O-（半乳糖葡萄糖苷）和矢车菊素-3-O-琥珀酸-阿拉伯糖苷，且花青素苷含量随贴梗海棠花瓣红色程度加深而增加[29]。Lai等分析亚洲百合粉色花品种‘蒙特雷丝’（Montreux）和红棕色品种‘兰蒂尼’（Landini）色素成分，发现二者主要成色物质均为矢车菊素-3-O-β-芸香糖苷，但后者花青素苷含量显著高于前者[30]。研究表明，形成草莓果实亮丽果色的色素分别是天竺葵素-3-葡萄糖苷、天竺葵素-3-芸香糖苷和少量矢车菊素-3-葡萄糖苷[10]。本研究初步分析红花草莓花瓣色素种类，花瓣中主要成色物质为花青素苷，为明晰其花色形成机理奠定基础，还需从分子水平继续深入研究。

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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

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

王键,张莹莹,薛莉,等.红花草莓杂交后代花瓣色素成分分析[J].东北农业大学学报,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

国家自然科学基金项目（30971976）

王键（1990-），女，硕士研究生，研究方向为观赏植物遗传育种。E-mail:botelongma@163.com

*通讯作者：雷家军，教授，博士生导师，研究方向为观赏植物遗传育种。E-mail:jiajunleisy@163.com