木槿开花过程中花色素的变化规律及其影响因素

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2023.04.008

植物研究 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (4): 550-561.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2023.04.008

木槿开花过程中花色素的变化规律及其影响因素

李浙浙¹^,², 张一丹¹^,², 王波³, 王郑昊⁴, 王璐¹^,², 程蓓蓓¹^,²()

^1.河北科技师范学院，秦皇岛 066000
^2.河北省特色园艺种质资源挖掘与创新利用重点实验室，秦皇岛 066000
^3.泰安市时代园林科技开发有限公司，泰安 271000
^4.泰安市徂徕山林场，泰安 271000

收稿日期:2023-03-22 出版日期:2023-07-20 发布日期:2023-07-03
通讯作者: 程蓓蓓 E-mail:beibei87613@126.com
作者简介:李浙浙（1995—），男，硕士研究生，主要从事植物生理生态方面的研究工作。
基金资助:
山东省草本植物种质资源普查(鲁财预指〔2021〕1号);河北省高校园艺作物育种应用技术研发中心项目(YF201404);河北省级专业学位研究生培养实践基地(202018);国家林业和草原局种质资源库(2005DKA210003);大学生创新创业训练项目(S202210798050)

Changes and Influencing Factors of Anthocyanins in Hibiscus syriacus During Flowering

Zhezhe LI¹^,², Yidan ZHANG¹^,², Bo WANG³, Zhenghao WANG⁴, Lu WANG¹^,², Beibei CHENG¹^,²()

^1.Hebei Normal University of Science and Technology，Qinhuangdao 066000
^2.Hebei Key Laboratory of Horticultural Germplasm Excavation and Innovative Utilization，Qinhuangdao 066000
^3.Tai’an Shidai Garden Technology Development Co. ，Ltd. ，Tai’an 271000
^4.Culaishan Forest Farm of Tai’an City，Tai’an 271000

Received:2023-03-22 Online:2023-07-20 Published:2023-07-03
Contact: Beibei CHENG E-mail:beibei87613@126.com
About author:LI Zhezhe（1995—），male，master student，mainly engaged in research on plant physiology and ecology.
Supported by:
General Survey of Herbaceous Plant Germplasm Resources in Shandong Province（lcyz〔2021〕 No.1）;Hebei University Horticultural Crop Breeding Application Technology Research and Development Center Project(YF201404);Hebei Provincial Professional Degree Graduate Training Practice Base（Tangshan botanical garden,202018）;Germplasm Resource Bank of State Forestry and Grassland Administration(2005DKA210003);Innovation and Entrepreneurship Training Program for College Students(S202210798050)

摘要/Abstract

摘要：

为探究木槿（Hibiscus syriacus）在开花过程中的花色变化规律和pH、金属离子、水分含量等理化因素对木槿花色的影响，以‘千丝绊’和‘白色雪纺’木槿不同开放时期的花瓣为研究对象，通过色彩色差仪、离子发射光谱仪、高效液相色谱-质谱法等对木槿花瓣花色素的组成及其理化因子进行探究。结果表明：（1）在花色素的组成方面，两个品种的花瓣中共检测鉴定出槲皮素-3-葡萄糖苷、木犀草素-7-O-葡萄糖苷、圣草酚-7-O-葡萄糖苷等10种类黄酮物质，在‘千丝绊’木槿中检测鉴定出锦葵素-3-O-葡萄糖苷等5种花色苷，‘白色雪纺’中未检出花色苷。（2）在开放过程中花色亮度增加，色彩度降低，颜色分别从紫红色变为淡紫色，淡黄色变为白色。‘千丝绊’木槿在开花过程中，花色素的组成不变，各花色苷含量和总花色苷含量逐渐下降。（3）‘千丝绊’和‘白色雪纺’木槿中的花瓣pH均表现酸性，过氧化物酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）活性在不同时期间均表现显著性差异（P<0.05），其中POD活性在‘千丝绊’木槿中均高于‘白色雪纺’木槿，而PPO活性则相反；钙离子和镁离子是木槿花瓣中含量最高的金属离子，铜、铁、锰、锌等金属离子在木槿花瓣中含量较低。（4）在相关性分析方面，在‘千丝绊’木槿开花过程中，色彩度C*与色相a*呈极显著正相关（P<0.05），与钙离子、铁离子和锰离子都呈显著正相关（P<0.05）；在‘白色雪纺’木槿开花过程中，色彩度C*与色相b*和PPO活性呈极显著正相关（P<0.01），与色相a*呈极显著负相关（P<0.01）。研究表明，花色苷是木槿花瓣花色变化的物质基础，花色变化过程除与花色苷含量相关外还与钙、铁、锰等金属离子含量等因素密切相关，PPO活性是促进白花品种黄酮类物质降解的潜在生化因素。

关键词: 木槿, 花色, 花色素, 黄酮类物质, 影响因素

Abstract:

In order to explore the law of flower color change of Hibiscussyriacus during the flowering process and the influence of physical and chemical factors such as pH， metal ions and water content on its flower color， the composition and physicochemical factors of anthocyanins in the petals of H. syriacus ‘Qiansiban’ and ‘White Chiffon’ at different blossoming periods were studied respectively by the color chromato-meter， ion emission spectrometer and high performance liquid chromatography-mass spectrometry. The results showed that：（1）In terms of the composition of anthocyanins， 10 kinds of flavonoids such as Quercetin-3-glucoside， Luteolin-7-O-glucoside， and Santolol-7-O-glucoside were detected and identified in the petals of the two varieties， and 5 kinds of anthocyanins such as Mallorin-3-O-glucoside were detected and identified in the H. syriacus ‘Qiansiban’， and no anthocyanins were detected in the H. syriacus ‘White Chiffon’. （2）In the process of blossoming， the brightness of the flower color increased， the color degree decreased， and the color changed from purplish red to lavender， and light yellow to white respectively. During the blossoming， the composition of anthocyanins remained unchanged， and the content of anthocyanins and total anthocyanins gradually decreased in H. syriacus ‘Qiansiban’. （3）The pH of petals in H. syriacus ‘Qiansiban’ and ‘White Chiffon’ were both acidic， and the activities of Peroxidase（POD） and Polyphenol oxidase（PPO） showed significant difference in different periods. Among them， POD activity in H. syriacus ‘Qiansiban’ was higher than that in H. syriacus ‘White Chiffon’， while PPO activity was the opposite； calcium and magnesium ions were the highest content of metal ions in H. syriacus petals， while copper， iron， manganese， zinc and other metal ions had low content in H. syriacus petals. （4）In terms of correlation analysis， during the blossoming of H. syriacus ‘Qiansiban’， the color degree C* was significantly positively correlated with hue a*， and significantly positively correlated with calcium ion， iron ion and manganese ion respectively； during the blossoming of H. syriacus ‘White Chiffon’， the color degree C* was significantly positively correlated with hue b* and PPO activity， and negatively correlated with hue a* respectively. The research showed that the anthocyanins were the material basis of flower color change of H. syriacus flower petals. Besides anthocyanin content， the flower color change process was also closely related to the content of calcium， iron， manganese and other metal ions. PPO activity was a potential biochemical factor to promote the degradation of flavonoids in white flower varieties.

Key words: Hibiscus syriacus, flower color, anthocyanins, flavonoids, influence factor

中图分类号:

S685.99

李浙浙, 张一丹, 王波, 王郑昊, 王璐, 程蓓蓓. 木槿开花过程中花色素的变化规律及其影响因素[J]. 植物研究, 2023, 43(4): 550-561.

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图/表 9

图1

表1

图2

表2

图3

表3

表4

‘千丝绊’和‘白色雪纺’木槿花瓣中黄酮类物质的质量分数

品种 Varieties	成分 Component	黄酮类物质质量分数 Contents of flavonoids/（μg·g^-1）
品种 Varieties	成分 Component	S1	S2	S3	S4	S5
千丝绊 H.syriacus ‘Qiansiban’	槲皮素-3-葡萄糖苷 Quercetin-3-glucoside	67.01±6.42a	66.86±9.21a	53.99±4.39b	28.39±2.59c	51.74±8.18b
	木犀草素-7-O-葡萄糖苷 Luteolin-7-O-glucoside	63.98±3.65a	68.76±3.82a	38.42±14.81b	24.08±2.48c	64.04±2.07a
	圣草酚-7-O-葡萄糖苷 Luteolin-7-O-glucoside	344.43±6.56a	300.39±15.44b	225.26±21.63c	149.18±2.05d	166.89±4.96d
	山奈酚-O-六碳糖-C-六碳糖苷 Kaempferol-O-hexose-C-hexoside	207.23±3.52b	304.26±13.82a	90.41±14.09e	158.89±7.26d	178.09±2.14c
	芹菜素-C-二葡萄糖苷 Apigenin-C-diglucoside	1 886.13±13.06a	1 799.08±107.59a	1 563.88±38.44b	674.05±26.14d	1 432.57±70.55c
	木犀草素-3，7-二葡萄糖苷 Luteolin-3，7-diglucoside	268.83±4.48a	285.47±8.45a	139.70±11.48c	101.01±5.07d	222.22±24.85b
	芹菜素-7-O-芸香糖苷 Apigenin-7-O-rutoside	179.94±13.02b	209.29±22.08a	127.37±6.12c	102.17±12.23d	125.15±1.49cd
	牡荆苷Vitexin	—	—	—	—	—
	山奈酚-3-葡萄糖苷 Kaempferol-3-glucoside	—	—	—	—	—
	山奈酚-C-六碳糖苷 Kaempferol-C-hexacarboglycoside	—	—	—	—	—
白色雪纺 H. syriacus ‘White Chiffon’	槲皮素-3-葡萄糖苷 Quercetin-3-glucoside	—	—	—	—	—
	木犀草素-7-O-葡萄糖苷 Luteolin-7-O-glucoside	—	—	—	—	—
	圣草酚-7-O-葡萄糖苷 Luteolin-7-O-glucoside	—	—	—	—	—
	山奈酚-O-六碳糖-C-六碳糖苷 Kaempferol-O-hexose-C-hexoside	—	—	—	—	—
	芹菜素-C-二葡萄糖苷 Apigenin-C-diglucoside	80 777.55±841.00a	26 939.58±569.48b	18 371.65±165.14cd	19 392.76±867.51b	17 316.14±199.53d
	木犀草素-3，7-二葡萄糖苷 Luteolin-3，7-diglucoside	—	—	—	—	—
	芹菜素-7-O-芸香糖苷 Apigenin-7-O-rutoside	4 897.52±271.57a	1 340.45±116.11bc	1 469.38±126.01b	1654.68±149.29b	1 106.15±187.90c
	牡荆苷Vitexin	12 924.87±655.37a	4 564.56±16.50b	3463.82±83.80c	3 638.05±104.47c	2 546.00±287.30d
	山奈酚-3-葡萄糖苷 Kaempferol-3-glucoside	778.58±115.04a	240.49±28.50c	439.77±27.55b	471.58±27.08b	293.13±6.93c
	山奈酚-C-六碳糖苷 Kaempferol-C-hexacarboglycoside	89.62±12.04bc	119.11±1.01a	91.59±19.77bc	104.95±11.73ab	78.28±12.86c

表4

表5

影响木槿开花过程的理化因子

品种 Varieties	因子 Factor	黄酮类物质质量分数 Contents of flavonoids/（μg·g^-1）
品种 Varieties	因子 Factor	S1	S2	S3	S4	S5
白色雪纺 H. syriacus ‘White Chiffon’	Ca²⁺/（mg·kg^-1）	1 791.50±691.01ab	1 135.73±384.03b	1 230.81±605.91ab	1 162.02±530.39b	2 222.61±473.99a
	Cu²⁺/（mg·kg^-1）	12.38±0.66a	4.94±0.40c	9.31±0.40b	2.37±0.48d	5.08±0.36c
	Fe³⁺/（mg·kg^-1）	19.80±10.03c	13.47±2.13c	49.77±5.23b	20.49±7.24c	311.18±11.47a
	Mg²⁺/（mg·kg^-1）	934.67±121.97a	736.67±92.92b	663.09±103.91b	668.77±107.41b	1126.01±105.79a
	Mn²⁺/（mg·kg^-1）	17.66±10.59b	10.62±5.67b	15.22±8.83b	12.59±8.29b	58.94±7.99a
	Zn²⁺/（mg·kg^-1）	9.74±2.23b	7.16±0.62bc	5.39±1.28c	7.32±1.03bc	17.46±1.71a
	pH	5.61±0.04a	5.61±0.05a	5.67±0.02a	5.55±0.03b	5.52±0.04b
	PPO/（U·g^-1·min^-1）	16.70±9.46a	13.03±7.13ab	5.47±1.34bc	3.17±0.58c	5.13±1.33bc
	POD/（U·g^-1·min^-1）	0.25±0.02c	0.22±0.01c	0.29±0.01bc	0.44±0.18b	0.61±0.06a
	含水量Water content/%	90.07±0.01a	90.77±0.03a	92.43±0.0.01a	90.95±0.01a	90.75±0.01a
	总花色苷含量 Anthocyanin content	0	0	0	0	0
千丝绊 H. syriacus ‘Qiansiban’	Ca²⁺/（mg·kg^-1）	2 457.49±524.94b	2 017.72±295.50bc	4 186.26±516.54a	1 426.97±427.05c	1 600.80±418.16c
	Cu²⁺/（mg·kg^-1）	8.16±0.75a	2.83±0.18c	5.75±1.89b	3.22±0.37c	4.39±1.44bc
	Fe³⁺/（mg·kg^-1）	234.06±18.20b	89.20±6.53c	538.51±24.00a	75.35±4.30c	39.67±4.17d
	Mg²⁺/（mg·kg^-1）	896.17±118.92ab	720.32±44.57b	1263.74±460.38a	625.00±88.20b	901.02±94.59ab
	Mn²⁺/（mg·kg^-1）	31.32±7.56b	19.81±4.78b	87.70±37.58a	17.51±6.87b	13.31±5.97b
	Zn²⁺/（mg·kg^-1）	20.22±1.78b	12.66±0.44c	32.29±8.51a	13.04±0.86bc	14.12±1.84bc
	pH	5.76±0.09a	5.70±0.03ab	5.64±0.01b	5.68±0.07ab	5.62±0.04b
	PPO/（U·g^-1·min^-1）	3.97±2.59a	2.23±0.42a	3.63±4.83a	1.07±0.25a	1.22±0.17a
	POD/（U·g^-1·min^-1）	0.34±0.06b	0.47±0.07b	0.39±0.06b	0.40±0.03b	1.26±0.64a
	含水量Water content/%	82.55±0.03b	88.62±0.02a	85.57±0.02ab	88.53±0.03a	87.83±0.01a
	总花色苷含量 Anthocyanin content	1.29±0.14a	1.15±0.12a	0.83±0.16b	0.77±0.19b	0.68±0.06b

表5

表6

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品种 Varieties	时期 Stage	RHSCC	L*	a*	b*	C*
‘白色雪纺’ H. syriacus ‘White Chiffon’	S1	150D	45.30±1.31c	45.00±1.00ab	-5.83±0.48a	58.28±6.28a
	S2	150D	45.62±3.57c	56.00±6.56a	-9.69±0.75b	47.84±0.80ab
	S3	155C	46.56±2.19c	40.67±5.51b	-9.75±0.30b	40.75±5.44bc
	S4	155C	53.05±2.83b	31.33±12.70bc	-9.95±0.67b	33.08±11.78c
	S5	155C	61.67±8.14a	23.33±7.64c	-11.78±1.57c	25.90±7.14d
‘千丝绊’ H. syriacus‘Qiansiban’	S1	59B	75.41±0.85c	-5.29±0.38d	34.27±2.66a	34.68±2.68a
	S2	61D	80.01±4.50b	-3.54±0.17c	21.27±1.71b	21.56±1.70b
	S3	62B	86.00±0.67a	-2.62±0.18b	12.52±2.16c	12.80±2.15c
	S4	68C	80.90±0.67a	-1.95±0.06a	7.06±0.64d	7.32±0.63d
	S5	69B	88.26±0.28a	-2.07±0.07a	8.03±0.52d	8.29±0.53d

峰编号 No.	保留时间/min retention time	分子离子 Molecular ion	碎片离子 Fragment ion	推定结果 Presumption result
R	11.40	465.10	303.05	飞燕草素-3-O-葡萄糖苷 Delphinidin-3-O-glucoside
S	13.20	449.10	287.05	矢车菊素-3-O-葡萄糖苷 Cyanidin-3-O-glucoside
T	13.95	479.11	317.06	牵牛花素-3-O-葡萄糖苷 Petunidin-3-O-glucoside
X	14.84	433.11	271.06	天竺葵素-3-O-葡萄糖苷 Pelargonidin-3-O-glucoside
Y	16.30	493.13	331.08	锦葵素-3-O-葡萄糖苷 Malvacin-3-O-glucoside

峰编号 No.	保留时间 retention time/min	分子离子 Molecular ion	碎片离子 Fragment ion	推定结果 Presumption result
A	11.28	465.10	303.05	槲皮素-3-葡萄糖苷 Quercetin-3-glucoside
B	13.07	449.10	287.05	木犀草素-7-O-葡萄糖苷 Luteolin-7-O-glucoside
C	14.14	451.12	289.07、199.01	圣草酚-7-O-葡萄糖苷 Sage phenol-7-O-glucoside
N	14.61	611.15	449.10、283.99	山奈酚-C-六碳糖苷 Kaempferol-C-hexacarboglycoside
D	16.28	611.15	499.10	山奈酚-O-六碳糖-C-六碳糖苷 Kaempferol-O-hexose-C-hexoside
E	16.66	595.16	433.11、313.07	芹菜素-C-二葡萄糖苷 Apigenin-C-diglucoside
F	17.13	611.15	499.10	木犀草素-3，7-二葡萄糖苷 Luteolin-3，7-diglucoside
G	19.90	579.16	433.11	芹菜素-7-O-芸香糖苷 Apigenin-7-O-rutoside
H	20.59	433.11	415.10、313.07	牡荆苷 Vitexin
M	23.83	449.10	287.05、198.86	山奈酚-3-葡萄糖苷 Kaempferol-3-glucoside

品种 Varieties	因子	L*	a*	b*	C*	Ca²⁺	Cu²⁺	Fe³⁺	Mg²⁺	Mn²⁺	Zn²⁺	PPO活性	POD活性	pH	含水量 Water content
千丝绊 H. syriacus ‘Qiansiban’	L*	1
	a*	-0.479	1
	b*	-0.266	0.511	1
	C*	-0.442	0.923^**	0.147	1
	Ca²⁺含量	-0.273	0.441	0.018	0.516*	1
	Cu²⁺含量	-0.139	0.025	0.521^*	-0.164	0.481	1
	Fe³⁺含量	-0.242	0.582^*	0.177	0.610^*	0.850^**	0.460	1
	Mg²⁺含量	-0.150	0.117	-0.111	0.205	0.931^**	0.582^*	0.699^**	1
	Mn²⁺含量	-0.210	0.494	0.046	0.563^*	0.991^**	0.455	0.890^**	0.898^**	1
	Zn²⁺含量	-0.198	0.436	0.110	0.479	0.963^**	0.590^*	0.915^**	0.906^**	0.972^**	1
	PPO活性	0.247	-0.126	0.141	-0.246	-0.250	-0.034	-0.186	-0.176	-0.231	-0.194	1
	POD活性	0.260	-0.438	-0.388	-0.316	-0.287	-0.258	-0.283	-0.147	-0.276	-0.254	-0.198	1
	pH	0.385	-0.136	-0.030	-0.172	-0.127	-0.059	-0.128	-0.172	-0.110	-0.179	0.037	-0.467	1
	含水量 Water content	0.229	-0.004	-0.162	0.115	-0.108	-0.124	-0.054	-0.117	-0.07	-0.042	-0.449	0.249	-0.012	1
白色雪纺 H. syriacus ‘White Chiffon’	L*	1
	a*	0.798	1
	b*	-0.801	-0.999^**	1
	C*	-0.801	-0.999^**	1.000^**	1
	Ca²⁺	0.267	-0.095	0.072	0.073	1
	Cu²⁺	-0.357	-0.777	0.756	0.756	0.245	1
	Fe³⁺	0.734	0.447	-0.457	-0.457	0.817	-0.206	1
	Mg²⁺	0.211	-0.134	0.120	0.121	0.979^**	0.170	0.806	1
	Mn²⁺	0.642	0.344	-0.358	-0.357	0.886^*	-0.130	0.991^**	0.874	1
	Zn²⁺	0.402	0.161	-0.173	-0.172	0.931^*	-0.114	0.916^*	0.952^*	0.956^*	1
	PPO活性	-0.761	-0.962^**	0.973^**	0.973^**	0.082	0.635	-0.389	0.172	-0.299	-0.101	1
	POD活性	0.665	0.690	-0.708	-0.707	0.612	-0.508	0.852	0.571	0.837	0.779	-0.684	1
	pH	-0.217	-0.431	0.436	0.435	-0.520	0.627	-0.620	-0.565	-0.642	-0.743	0.360	-0.825	1
	含水量 Water content	-0.035	0.206	-0.159	-0.161	-0.480	-0.655	-0.175	-0.304	-0.241	-0.189	0.037	-0.057	-0.117	1

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木槿开花过程中花色素的变化规律及其影响因素

Changes and Influencing Factors of Anthocyanins in Hibiscus syriacus During Flowering

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