不同单株黄山栾树果苞色素成分与呈色的关系

詹伟荣，黄 页

（杭州植物园/ 杭州西湖园林科学研究院，浙江 杭州 310000）

类胡萝卜素、类黄酮和其他色素为构成植物花色的三大类色素，其他色素包括叶绿素和甜菜碱[1]。类胡萝卜素，绝大部分呈现黄色、橙色以及红色[2]。在类黄酮这个大家族中，除了花色素苷呈色为红色外，绝大部分属于黄色系。花青素是一类水溶性天然色素[3]，因为花青素分子中经常含有极性基团，所以易溶解于水、乙醇等极性溶剂[4]。叶绿素是植物进行光合反应的主要色素类别，分为叶绿素a 和叶绿素b。叶绿素呈深绿或墨绿色油状，不溶于水，微溶于醇，易溶于丙酮和乙醚等有机溶剂和油脂类[5]。

黄山栾树果苞上的色素能溶于蒸馏水和稀乙醇等极性溶剂，但不溶于苯、三氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮等有机溶剂。通过试验发现，该种色素的最佳浸提剂为pH 值为1 的50%乙醇水溶液[6]。因此推测影响黄山栾树果苞呈色的色素是类黄酮类物质，呈色原理为类黄酮类物质大量积累在果苞中，影响果实的颜色。

1 材料与方法

1.1 植物材料与样品采集

试验所用黄山栾树是栽种于杭州市天目山路的行道树，生长环境相同。于2020 年10 月盛果期，选取44 株长势一致的单株，每株随机采集5 枚果苞片进行果色测定。

采集适量果实去除种子，用硅胶干燥，研成粉末后避光保存于-20 ℃冰箱中以待色素测定。

1.2 果色测定

采集获得新鲜的黄山栾树果实后，立即带回实验室进行果色测定，采用皇家园艺学会比色卡同新鲜果苞中间部分果色进行对比[7]。

采用CR-10 型便携式色差仪测定果苞的明度L*值、色相a*和b*值，并计算彩度C*和色相角h，计算公式如下。每次重复测定5 个果苞，最终结果为5 次重复测量的平均值。

1.3 显色反应

将干燥后的黄山栾树果实苞片研磨成粉末，分别取0.1 g 果苞干粉加入石油醚、10%盐酸和氨水各5 mL，通过震荡均匀后过滤，观察颜色变化并进行记录。

1.4 紫外-可见光谱分析

1.4.1 叶绿素的检测

取果苞干粉各0.1 g，采用5 mL 丙酮∶乙醇（V∶V=9∶1）提取，定容至10 mL，用UV-3802 型紫外可见分光光度计在400～700 nm 范围内扫描。

1.4.2 类胡萝卜素的检测

取果苞干粉各0.1 g，采用5 mL 石油醚∶丙酮（V∶V=1∶1）提取，定容至10 mL，在200～700 nm 范围内扫描。

1.4.3 类黄酮化合物的检测

取果苞干粉各0.1 g，采用5 mL 盐酸∶甲醇（V∶V=1∶99）溶液在4 ℃中避光浸提24 h，然后定容至10 mL，在220～600 nm 范围内扫描。

1.5 成分提取及含量测定

1.5.1 叶绿素及类胡萝卜素含量的测定

取对应编号的果苞样品干粉0.05 g，加入5 mL 浓度为80%的丙酮溶液，于4 ℃条件下避光浸提24 h。对静置后提取液上清液用UV-3802 型紫外可见分光光度计检测，其中丙酮法测定吸收度（A）值，检测波长为470 nm（类胡萝卜素吸收峰）、663 nm（叶绿素a 吸收峰）和647 nm（叶绿素b 吸收峰），然后根据下列公式分别计算叶绿素和类胡萝卜素含量。

式中：Chla 为叶绿素a 成分含量，Chlb 为叶绿素b成分含量，Chl 为叶绿素总体含量，Car 为类胡萝卜素成分含量，A470、A663、A647分别代表波长470 nm、663 nm和647 nm 下吸光度值。

1.5.2 总花青素含量的测定

取相对应编号的果苞样品干粉0.05g，加入3mL（0.1%HCl）甲醇溶液，然后在4 ℃环境条件下静置24 h。将样品提取液用0.22 μm 滤膜过滤。取1 mL 滤液加入4 mL pH 值为4.5 的0.4 mol/L 醋酸钠，稀释4 倍；取1 mL 滤液加入4 mL pH 值为1.0 的0.25 mol/L 氯化钾，稀释4 倍，分别于波长520 nm、700 nm 下测定相同编号样品的两份滤液的吸光度值，并以每0.05 g 果苞干粉提取液的光密度变化值作为花青素含量，然后依据下列公式算法计算花青素成分的含量。

式中：A 为吸光度值；Mw 为花青素分子量，取值433.2 g/mol；DF 为稀释倍数，取值5；e 是消光系数，取值29 600 L/（mol·cm）；L 为路径长度，取值1 cm；A520和A700分别代表波长520 nm 和700 nm 下的吸光度值。

2 结果与分析

2.1 黄山栾树果色表型分析

2.1.1 R.H.S.C.C.值及色度指标的差异

通过皇家园艺学会比色卡的比对结果，除编号K3和K7 样本的R.H.S.C.C.值分别为1C 和145B，其余R.H.S.C.C.值从47A 至50D。根据R.H.S.C.C.值比对结果，将44 株黄山栾树的果苞颜色分为3 个类群，具体划分为绿色系、粉色系和红色系。其中编号K3、K4、K7、K9、K11、K22、K29、K33、K38、K39、K44 为绿色系，K5、K8、K13、K17、K19、K21、K23、K24、K25、K26、K32、K35、K37、K40、K43为粉色系，K1、K2、K6、K10、K12、K14、K15、K16、K18、K20、K27、K28、K30、K31、K34、K36、K41、K42为红色系。

供试黄山栾树果苞不同类群之间L*值存在一些差异。绿色系L*值范围为60.02～68.92，粉色系L*值范围为50.60～60.94，红色系L* 值范围为42.86～54.96。绿色系果苞明度最大，粉色系次之，而红色系果苞则相对最小。

a*值代表红色与青绿色对比的水平，a*值为正，表示果苞颜色偏红，反之则表示果苞偏青绿色。其中绿色系果苞的a*值范围为-4.08～11.44，粉色系果苞a*值范围为10.60～19.30，红色系果苞的a* 值范围为21.96～35.88。

b*值代表黄色与蓝色相比的程度，b*值为正，表明果苞越黄；b*值为负，则表明果苞偏蓝色。其中绿色系果苞的b*值范围为25.44～34.98，粉色系果苞b*值范围为20.54～25.30，红色系果苞的b* 值范围为13.94～20.66。

根据色度指标总体比较，绿色系果苞的L*值和b* 值最大，红色系果苞的a* 值最大，而粉色系果苞3 个指标的值均排中间，3 个类群的色度指标呈现一定的规律性和过渡性。

2.1.2 在L*a*b*三维象限中的分布

通过将黄山栾树果色的色度指标在L*a*b*三维象限中标记出来，见图1。

图1 不同单株黄山栾树果色在L*a*b*三维象限中的分布

由图1 可知，44 个样品的a*值在0～30，b*值在10～35，L*值在40～70。通过观察发现，黄山栾树果色所代表的点在三维象限上具有一定的连贯性，且各点相连可大致看作一条直线。可以得出结论：黄山栾树果苞颜色的L*值与b*值呈正相关，L*值与a*值呈负相关，而a*值与b*值呈负相关。

2.1.3 色泽参数

根据a*值和b*值分别计算出黄山栾树果苞的色泽参数C 值及h 值。绿色系果苞的C 值范围为26.66～39.42，粉色系果苞C 值范围为25.01～28.89，红色系果苞的C 值范围为29.09～38.96。通过观察可知，3 个类群的C 值区别不是很大，其中粉色系果苞较为集中，绿色系和红色系较为分散。绿色系果苞的h 值范围为1.17°～1.55°，粉色系果苞h 值范围为0.88°～1.17°，红色系果苞的h 值范围为0.38°～0.73°。

2.1.4 聚类分析

依据供试黄山栾树果苞的两项色泽参数（C 和h）进行聚类分析，44 份供试样品在阈值为9.1 处可分为3 类，即绿色系、粉色系和红色系。在阈值为3.0 处，绿色系又可分为Ⅰ-A、Ⅰ-B、Ⅰ-C3 个次类别，其中C 类为较深绿色果苞；粉色系可分为Ⅱ-A、Ⅱ-B 两个次类别；红色系可分为Ⅲ-A、Ⅲ-B 和Ⅲ-C 3 个次类别，其中A 类为浅红色果苞，B 类为淡红果苞，C 类为较深红色果苞。

分析结果显示，相近颜色的黄山栾树果苞样品在本试验中被归为一类，由此验证了聚类分析的可行性和准确性[8]。

2.2 黄山栾树果实色素成分种类确定

2.2.1 石油醚、盐酸和氨水测试结果

石油醚测试中，3 种类群44 个样本均表现出了不同水平的淡黄色，表明这些样本都含有一定量的类胡萝卜素成分。

盐酸测试中，3 个种群44 个样本均表现出不同水平的红色，表明样本都含有一定程度的花青素成分，其中红色系果苞表现出较深的红色，推断其花青素含量可能较高；绿色系果苞在测试中表现淡红色居多，推断其中花青素含量可能较少。

氨水测试中，测试样品均表现出黄色或铁锈黄，说明含有黄酮醇类化合物或黄铜色素。

2.2.2 黄山栾树果苞的紫外-可见光谱分析

本试验所有样本的丙酮乙醇溶液在波长662 nm和644 nm 处均有不同程度吸收峰，说明这些果苞中均含有叶绿素。全部样本的石油醚丙酮提取液在类胡萝卜素的特征吸收峰波长440 nm 和470 nm 处均有吸收，说明果苞中含有类胡萝卜素。不同类群果苞色素的紫外光谱存在显著差异，每个样本均含有多个吸收峰，但在波长520 nm 附近均存在吸收峰，这是花青素的特征吸收峰。

2.3 黄山栾树果实色素成分含量分析

2.3.1 3 个类群单独分析

绿色系果苞中，叶绿素含量为0.57～0.92 mg/g；胡萝卜素方面，样品K3、K29 的含量最低，为0.32 mg/g，样品K9 含量最高，为0.49 mg/g；花青素含量为0.18～0.48 mg/g。由此发现，绿色系果苞中叶绿素含量较高的品种，其类胡萝卜素含量也较高，相反亦然。前两种色素含量与花青素含量没有较明显的关系。

粉色系果苞中，叶绿素含量为0.53～0.94 mg/g；胡萝卜素方面，样品K24 的含量最低，为0.26 mg/g，样品K40 含量最高，为0.49 mg/g；花青素含量为0.22～0.76 mg/g。在粉色系果苞上也能发现相同的规律，叶绿素含量与类胡萝卜素含量呈正相关，且粉色系果苞的花青素含量略高于绿色系。

红色系果苞中，叶绿素含量为0.43～0.93 mg/g；类胡萝卜素方面，样品K28 的含量最低，为0.20 mg/g，样品K1 含量最高，为0.45 mg/g；花青素含量为0.36～2.13 mg/g。上述规律在红色系果苞上仍然适用，且红色系果苞的花青素含量远高于前两种色系，所以花青素可能是影响黄山栾树红色系果苞呈色的主要色素。

2.3.2 3 个类群总体分析

在叶绿素含量均值方面，绿色系和粉色系果苞数值较为相近，略高于红色系果苞。类胡萝卜素含量均值方面，绿色系和粉色系果苞数值也较为相近，略高于红色系果苞。而在花青素含量均值方面，3 个类群的果苞呈现出较大差异。绿色系果苞的花青素含量均值为0.29 mg/g，粉色系为0.53 mg/g，红色系则高达0.90 mg/g。所以，花青素含量是影响黄山栾树果苞呈色的主要色素，而叶绿素和类胡萝卜素不起决定性作用。

3 结论

3.1 黄山栾树果实颜色分类体系

通过皇家园艺学会比色卡和CR-10 型便携式色差仪的比色试验，可将此次试验采集的44 株黄山栾树的果苞划分为绿色系、粉色系和红色系三大类群。通过聚类分析，还可细分为若干小的群体，其中绿色系果苞可分为Ⅰ-A、Ⅰ-B、Ⅰ-C 3 个次类别，粉色系果苞可分为Ⅱ-A、Ⅱ-B 两个次类别，红色系果苞可分为Ⅲ-A、Ⅲ-B 和Ⅲ-C 3 个次类别，每个次类别所包含果苞都是颜色相近的样品。

3.2 不同色素对黄山栾树果苞呈色的影响

本试验主要提取并比较了黄山栾树果苞上的叶绿素、类胡萝卜素和花青素含量。在叶绿素含量方面，不同类群的黄山栾树果苞基本相同。在类胡萝卜素含量方面，数据分析结果与叶绿素大致相同，三者含量近似。在花青素方面，三大类群的含量均值出现显著性差异，其中绿色系果苞含量均值为0.29 mg/g，粉色系含量均值为0.53 mg/g，红色系为0.90 mg/g。

叶绿素和类胡萝卜素是黄山栾树果苞颜色构成的重要部分，但在三大类群的呈色差异上所起作用不如花青素显著，因此花青素含量是决定黄山栾树果苞呈色的主要色素。