【摘 要】
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花色作为观赏植物最重要的品质性状之一,直接影响其观赏效果和市场价值。长春花(Catharanthus roseus)作为夏季园林中的代表性花卉,具有耐热性强,群体花期长,花色多样,观赏性强及良好的药用价值。本研究对6个长春花品种盛花期花瓣的花色值以及呈色相关理化指标进行了测定,并结合GC-MS和UPLC-MS代谢组学技术,初步解析了不同长春花品种间初、次级代谢产物及花色苷的代谢差异,为研究长春花花
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(31400337); 科技部科技基础资源调查专项(2019FY100505);
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花色作为观赏植物最重要的品质性状之一,直接影响其观赏效果和市场价值。长春花(Catharanthus roseus)作为夏季园林中的代表性花卉,具有耐热性强,群体花期长,花色多样,观赏性强及良好的药用价值。本研究对6个长春花品种盛花期花瓣的花色值以及呈色相关理化指标进行了测定,并结合GC-MS和UPLC-MS代谢组学技术,初步解析了不同长春花品种间初、次级代谢产物及花色苷的代谢差异,为研究长春花花色形成机制和新花色育种提供理论依据。得到以下结论:(1)RHSCC比色卡表征发现,红色系和红紫色系是长春花品种资源的主要色系,在进行花色定量分析时,红度a*相较于黄度b*的参考价值更大。长春花花色素细胞集中分布于花瓣的上表皮。长春花花瓣细胞液p H值为弱酸性,酸性条件有利于花色苷的性质稳定。金属元素在不同品种花瓣中的积累情况存在特异性,钾元素和铁元素含量普遍较高。叶绿素和类胡萝卜素在长春花花瓣中仅为痕量存在,而花色苷和黄酮类是长春花花瓣着色的主要色素类型。(2)相关性分析发现,花色值L*与a*之间呈极显著负相关(p<0.01),花瓣厚度、上表皮细胞高宽比、花瓣细胞液p H值以及钙、锰元素含量均与L*和a*值呈现出极显著的相关性。此外,各项理化指标之间也存在明显的交互影响。冗余分析结果表明,总花色苷和总黄酮含量对于不同品种间花色值差异的解释率最高,是不同长春花品种花色差异的主要影响因子。(3)通过非靶向代谢组学GC-MS技术平台检测,筛选出42种差异代谢化合物。通过代谢富集,筛选出乙醛酸及二羧酸代谢等7条相关性最高的潜在差异代谢途径。综合分析结果,发现相较于白花品种,红、紫色系长春花品种中糖酵解、三羧酸循环以及乙醛酸循环等碳代谢途径更强,推测其花期可能需要更高的能量供应和呼吸水平以保证黄酮类等次级代谢产物的合成。(4)通过靶向代谢组学UPLC-MS技术平台在不同花瓣样品中鉴定检测出30种酚类化合物,不同化合物的积累模式存在明显差异。花色较深的红色系和红紫色系品种中酚类总量相较于白色系品种积累更多。相关性分析结果,橙皮素等7种黄酮类物质含量与红度值a*呈极显著正相关(p<0.01),而木犀草素等7种酚类物质含量的积累有利于黄度值的增加。此外,不同酚类化合物之间也存在广泛的交互影响。在黄酮醇合成途径和酚酸类物质合成途径中,其上下游产物间相互促进。此外,由于芥子酸合成途径分别与黄酮醇合成途径以及丁香酸合成途径存在共同的上游底物的竞争,其相关产物含量间呈显著负相关(p<0.05)。(5)通过HPLC-MS检测平台对不同品种中的花色苷组分及其含量进行测定,6个长春花品种中共检测到芍药素-3-O-葡萄糖苷等6种花色苷。芍药素-3-O-葡萄糖苷和飞燕草素-3-O-葡萄糖苷与花瓣明度值L*呈现出极显著负相关性,而与红度值a*和黄度值b*呈极显著正相关,二者含量对花色值的贡献率最大,是长春花红色系和红紫色系的主要呈色物质。此外,推测芍药素-3-O-葡萄糖苷高浓度的积累可以促进长春花花瓣红色的加深,而飞燕草素-3-O-葡萄糖苷与芍药素-3-O-葡萄糖苷二者比例的增加促进花色由红色向蓝紫色的转变。综上所述,不同长春花品种间的花色差异是多项理化指标共同作用、相互影响的结果。类黄酮作为花瓣呈色的色素基础,其组分与含量的差异是决定长春花不同花色形成的主要因素。其中,花色苷(芍药素-3-O-葡萄糖苷和飞燕草素-3-O-葡萄糖苷)是长春花红色系和红紫色系品种花瓣中的主要呈色物质,酚类化合物尤其是橙皮素、芦丁、甘草素等黄酮类物质可作为辅色素辅助呈色。此外,花瓣厚度、表皮细胞形态、细胞液p H值以及钙、锰元素含量等指标,可能通过影响光线的吸收反射或花色苷的结构组分从而间接参与了花瓣的呈色。该研究结果可为长春花呈色机制的研究和创新花色育种提供一定的理论依据。
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