紫茉莉开花过程中花色和花色素的变化规律

周 兵 闫小红 雷艺涵 彭 超 陈丽花

（井冈山大学生命科学学院，吉安 343009）

花色是观赏植物重要的表型性状和品种分类的重要依据，也是介导植物与传粉者相互作用的重要功能性状之一，是“传粉综合特征”中最容易识别的信号，对植物的繁殖适合度产生重要影响。植物花朵在开放过程中，花色常发生变化，虽然有较多研究关注了花色变化现象，但较少关注产生花色变化的内在机制。花色素是花色形成的物质基础，种类繁多复杂，包括类胡萝卜素、类黄酮等。花色素的种类和含量与花色呈现密切相关，同时环境条件也对花色呈现产生重要影响。大量研究表明，不同植物、同种植物不同花色品种花色素组成与含量存在较大差异，而这种差异与花色的多样性密切相关。同时，花色多样性与植物间和品种间丰富的遗传多样性密切相关，并受到特定基因的调控。

紫茉莉（）为紫茉莉科（Nyctagi⁃naceae）多年生草本庭院花卉，在我国广泛栽培。同时，其也是我国广泛分布的外来入侵植物之一。紫茉莉具有灵活的交配系统和较强的繁殖能力、较强的化感抑制作用及对重金属胁迫、石油污染等逆境较强的适应性，显示了较强的竞争力。另一方面，紫茉莉具有丰富的花色。已有学者针对这一特性开展了相关研究。周兵等比较分析了紫红色、白色、黄色和复色等不同花色紫茉莉种子萌发及幼苗生长特性差异，结果表明复色紫茉莉具有较低的种子萌发率和幼苗根长。葛方兰等采用ISSR分子标记技术分析了紫红色、白色和黄色不同花色群体的遗传特性，表明紫茉莉的遗传变异主要存在于群体内，白色与黄色的遗传距离较小，表现出较近的亲缘关系，黄色与紫色的遗传距离较大，亲缘关系稍远。这些结果显示了不同花色紫茉莉种子生物学性状和遗传性状的差异。而一直以来，不同花色紫茉莉花开放过程中花部性状的差异及其相关规律，未有报道。实际上，探明开花过程中花部性状的变化特性将为揭示植物的繁殖机制具有重要意义。为此，本研究以不同花色紫茉莉为研究对象，对开花过程中不同花色紫茉莉花色和色素成分变化规律开展研究。以期探明以下几个问题：①开花过程中不同花色紫茉莉花色是否具有相似的变化规律？②开花过程中不同花色紫茉莉色素成分变化存在什么样的差异？③紫茉莉开花过程中花色变化与色素成分变化存在什么样的相关性？

1 材料与方法

1.1 植物材料

2018 年4 月中旬，选取紫红色、黄色和白色不同花色紫茉莉饱满种子若干，于井冈山大学生物园进行播种培育，待幼苗长至10 cm 左右，移栽至口径21 cm 的塑料花盆中，进行相应的水肥管理。至盛花期时取相应的花朵进行相关指标的测定。

1.2 花色表型测定

于紫茉莉盛花期随机采集不同花色不同发育时期的花朵各20 朵，带回实验室使用色差仪（WF-30，中国深圳）进行花色表型指标的测定。测定时用色差仪的集光孔对准花瓣的中间部位进行测量，测定的指标包括色彩亮度值、2 个色相指标值和值、彩度和色相角值。

1.3 花瓣中叶绿素和类胡萝卜素的测定

于紫茉莉盛花期随机采集不同花色不同发育时期（花蕾期（Ⅰ），过渡期（Ⅱ），盛开期（Ⅲ））的花朵若干朵，仅取花冠部分，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%的丙酮溶液中暗处浸提4.5 h，期间不断摇动，4 000 r·min离心，取上清液，用分光光度计（L8，中国上海）分别测定在波长为470、646、652、663 nm 处的吸光值。每处理重复5次。并根据下列公式计算叶绿素a（）、叶绿素b（）、叶绿素总量（）及类胡萝卜素（）的浓度。计算公式如下：

1.4 花瓣中花色素苷的测定

采用盐酸乙醇浸提法测定花色素苷的含量。于紫茉莉盛花期随机采集不同花色不同发育时期的花朵若干朵，仅取花冠部分，置于烘箱中35 ℃烘干，研磨成粉末。取0.1 g 干燥花瓣粉末置于装有5 mL 1%盐酸乙醇提取液的离心管中，将离心管置于温度为32 ℃、转速为160 r·min的摇床上振荡提取4.5 h，4 000 r·min离心，取上清液，用分光光度计分别测定在波长为530 和657 nm 处的吸光值。每处理重复5次。

式中：为花色素苷；为波长在530 nm 处的吸光值；为波长在657 nm处的吸光值。

1.5 花瓣中类黄酮的测定

于紫茉莉盛花期随机采集不同花色不同发育时期的花朵若干朵，仅取花冠部分，置于烘箱中35 ℃烘干，研磨成粉末。取0.1 g 干燥花瓣粉末放入装有10 mL 体积分数70%乙醇的具塞试管中浸提48 h，4 000 r·min离 心，取 上 清 液，定 容 至10 mL。取2 mL 提取液于试管中，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后用分光光度计测定其在波长为510 nm处的吸光值，并利用芦丁制作标准曲线（=0.002 2+0.042 8，=0.990 3）计算样品溶液浓度，计算总黄酮含量。每处理重复5次。

1.6 数据处理

采用excel 和SPSS 19.0 软件进行数据处理。采用Duncan’s新复极差法对不同时期各指标数据进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同花色紫茉莉不同花期花冠花色变化特性

由表1可知，不同花色紫茉莉从花蕾期到盛开期花色变化规律存在差异。紫红色紫茉莉由花蕾期的淡绿色转变为盛开期的紫红色，明度值和色相值减小，而色相值、色度值和色度角值增大，且各时期间均存在显著差异（＜0.05）。黄色紫茉莉由花蕾期的淡绿色转变为盛花期的黄色，盛开期色度值、色相值和值显著大于另外两个时期（＜0.05），而花蕾期色度角值显著高于过渡期和盛开期（＜0.05）。白色紫茉莉由花蕾期的淡绿色转变为盛花期的白色，过渡期明度值、色度值、色相值和值均显著高于花蕾期和盛开期（＜0.05），不同时期的色度角值没有显著差异（＞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变化特性

由图1～3 可知，不同花色紫茉莉从花蕾期到盛开期花冠中叶绿素含量变化规律存在差异。紫红色紫茉莉花冠中叶绿素a、叶绿素b 及总叶绿素含量从花蕾期到盛开期逐渐减少，且花蕾期显著高于过渡期和盛开期（＜0.05），花蕾期的含量分别是盛开期的4.42、1.98、4.83 倍。不同时期黄色紫茉莉花冠中叶绿素含量间基本没有显著差异（＞0.05）。花蕾期和盛开期白色紫茉莉花冠中叶绿素a 和总叶绿素的含量显著高于过渡期（＜0.05），其叶绿素b 的含量随花期逐渐升高，且盛开期的含量显著高于花蕾期的含量（＜0.05）。

图1 不同花色紫茉莉不同花期花冠中叶绿素a含量变化图中同一花色品种柱形图上不同小写字母表示不同生育期间差异显著（P＜0.05），下同Fig.1 Variations of chlorophyll a content in the corolla of M. jalapa with different colors at different flower periods Thedifferentlowercaselettersonthebarsforthesamecolorcultivarinthe figureindicatesignificantdifferencesamongdifferentperiod（sP＜0.05）

图2 不同花色紫茉莉不同花期花冠中叶绿素b含量变化Fig.2 Variations of chlorophyll b content in corolla of M. jalapa with different colors at different flower periods

由图4可知，不同花色紫茉莉不同花期花冠中类胡萝卜素含量的变化规律存在差异，总体上黄色紫茉莉花冠中类胡萝卜素含量高于紫红色和白色紫茉莉花冠中的含量。紫红色紫茉莉花冠中类胡萝卜素的含量随着开花进程的推进而升高，且过渡期和盛开期的含量显著高于花蕾期，盛开期的含量是花蕾期含量的3.90 倍（＜0.05）。黄色紫茉莉花冠中类胡萝卜素含量随着开花进程的推进先升高后降低，过渡期含量显著高于花蕾期，前者是后者的1.57倍（＜0.05）。白色紫茉莉不同花期类胡萝卜素的含量没有显著差异（＞0.05）。

图3 不同花色紫茉莉不同花期花冠中总叶绿素含量变化Fig.3 Variations of total chlorophyll content in the corolla of M.jalapa with different colors at different flower periods

图4 不同花色紫茉莉不同花期花冠中类胡萝卜素含量变化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变化

由图5可知，不同花色紫茉莉不同花期花冠中花色素苷含量的变化规律存在差异，总体上紫红色紫茉莉花冠中花色素苷含量高于黄色和白色紫茉莉花冠中的含量。紫红色和白色紫茉莉花冠中花色素苷含量随着花期的推进而升高，且各花期间存在显著差异，2种花色盛开期花色素苷的含量分别是花蕾期的4.66 和5.75 倍（＜0.05）。黄色紫茉莉盛开期花冠中花色素苷含量显著高于花蕾期和过渡期（＜0.05），花蕾期和过渡期两个花期间没有显著差异（＞0.05）。

图5 不同花色紫茉莉花冠中花色素苷含量变化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总黄酮含量变化

由图6可知，不同花色紫茉莉不同花期花冠中总黄酮含量的变化规律存在差异，总体上紫红色紫茉莉花冠中总黄酮含量高于黄色和白色紫茉莉花冠中的含量。紫红色和白色紫茉莉花冠中总含量随着花期的推进而升高，盛开期时的含量显著高于花蕾期和过渡期两个时期（＜0.05），而花蕾期和过渡期两个时期间没有显著差异（＞0.05），两种花色盛开期花冠总黄酮的含量分别是花蕾期的2.66 和3.12 倍。黄色紫茉莉花冠中总黄酮含量各花期间没有显著差异（＞0.05）。

图6 不同花色紫茉莉花冠中总黄酮含量变化Fig.6 Variations of total flavonoid content in the corolla of M. jalapa with different colors at different flower periods

3 讨论

花色是植物花部综合特征的重要构成性状之一。有研究表明，一部分植物在开花过程中其花色变化不大，比如湖北海棠（）、西府海棠（）、垂丝海棠（）在开花过程中花色相对稳定；而另一部分植物在开花过程中花色发生较大变化，比如金荞麦（）花被片由白色变成浅黄色，最后变成褐色；金银花（）则是由最初的绿色，然后变成白色，最后变成黄色；‘凤丹’牡丹（‘Fengdan’）从破绽期到盛开期其花色为紫红色，盛开期之后花色逐渐变浅，谢花期变为白色。本研究结果表明，紫红色紫茉莉花色由花蕾期的淡绿色转变为盛开期的紫红色，色相值、色度值和色度角值随花期推进而增大，且各时期间均存在显著差异（＜0.05）；黄色紫茉莉花色由花蕾期的淡绿色转变为到盛开期的黄色，盛开期色度值、色相值和值显著大于另外两个时期（＜0.05）。可见，植物在开花过程中其花色常发生变化，同时，不同植物及同种植物不同品种之间花色变化的规律存在差异。刘安成等比较了几种忍冬属植物开花过程中花色的变化，其中火焰忍冬（）的花冠由初蕾期的紫红色转变为末花期的红色，贯月忍冬（）的花冠由蕾期的紫色变为末花期的红色，而台尔曼忍冬（）花瓣外部各阶段颜色变化不明显，而花瓣内部由初开时的黄色变为末花期的橘红色。Morimoto 等在观察几个康乃馨（）品种开花特性时发现，‘Poly Minami’、‘Or⁃ange Minami’、‘Tommy Minami’等不同品种从花蕾期到盛开期分别由绿色变为黄色、红黄色和深红色。显示了忍冬及康乃馨不同品种开花过程中花色变化规律存在差异，这在一定程度上支持了我们的结果。

花色的差异和变化常与花冠中的色素成分和比例密切相关。叶绿素在花蕾期对植物花色起决定作用，常表现为绿色、淡绿色等，类胡萝卜素和黄酮类物质与黄色呈色密切相关。花色素苷与蓝色、红色及紫色等花色呈色密切相关。本研究表明紫红色紫茉莉花蕾期的花冠表现为绿色，盛开期表现为紫红色，这与其花蕾期叶绿素含量较高，而盛开期叶绿素含量降低，以及花色素苷含量显著升高密切相关。这一现象在忍冬和格雷姆忍冬（L. Geleimu）的开花过程中也得到验证，两种忍冬花蕾的绿色主要由较高的叶绿素含量呈色而成，随着花蕾膨大，叶绿素含量下降，从而绿色减退。盛开期紫红色紫茉莉色素苷含量显著高于白色和黄色，这一现象在不同色系牡丹和百合中得到验证。粉色系和红色系牡丹花瓣中含有的花色素苷类物质显著高于白色系品种，紫红色和红色百合中花色素苷类物质含量也高于白色系和黄色系百合。同时，本研究表明黄色紫茉莉从花蕾期到盛开期表现出高于相应时期紫红色和白色紫茉莉的类胡萝卜素含量，不同开花时期其花冠中黄酮类物质含量没有显著差异，这些特性与其较稳定的黄色呈色密切相关。付林江等研究表明忍冬花朵开放后由白色转变为黄色与其花瓣中类胡萝卜素含量增加密切相关。陈建等研究表明黄色系非洲菊花（）花色色素主要由类胡萝卜素组成。这些结果都支持了这一观点。而白色紫茉莉花瓣中随着开花进程的推进，其黄酮类物质含量升高，但含量较低。智雅静等在白色系百合中也发现了相类似的现象。

可见，不同花色紫茉莉开花过程中呈色变化规律存在差异，而其差异性与其相应的色素成分变化密切相关，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为揭示植物的花色呈色机制提供了新的数据支撑，而在各阶段具体花色素成分的种类及含量的变化、花色变化与结实的关系、花色变化过程中的相关调控基因等方面还有待深入研究。