全 文 ：中国农学通报 2011,27(22):125-129
Chinese Agricultural Science Bulletin
0 引言
多叶羽扇豆（Lupinus polyphyllus）俗称鲁冰花，是
豆科羽扇豆属的多年生草本花卉。它株型圆整、叶片
葱绿、花型美观，花色有红、黄、白、粉、蓝紫和复色等，
旗瓣和翼瓣的颜色也不尽相同，在庭院、花坛种植极具
装饰效果，是一种观赏价值极高的花卉。
植物花色是多种因子协同作用的结果，但在根本
上受花瓣细胞中某些特定色素的存在状态影响[1]。这
些特定的色素被称为花色素，其种类和含量对花色起
着决定性的作用。土壤的酸碱度在植物花色素苷的积
累方面起着相当重要的作用，当 pH在 4.0~5.0时对蓝
莓花色素苷的积累较为有利，而土壤pH<4.0或pH>6.0
对花色素苷的积累有抑制作用[2]。土壤的 pH对羽扇
豆幼苗生长、叶片保护酶活性影响较大，低pH的土壤
基金项目：陕西省科技厅“西安暨世园会耐热花卉选育及供花技术研究”（2009ZDKG-13）。
第一作者简介：刘安成，男，1973年出生，陕西山阳人，副研究员，本科，主要从事园林花卉研究。通信地址：710061陕西省西安市翠华南路17号西安
植物园，E-mail：anchengliu@ yahoo.com.cn。
通讯作者：庞长民，男，1954年出生，陕西蓝田人，研究员，硕士，主要从事观赏植物的引种和选育工作。通信地址：710061陕西省西安市翠华南路17
号西安植物园，Tel：029-85251750，E-mail：xsccmp@163.com。
收稿日期：2011-03-04，修回日期：2011-05-10。
不同土壤pH对多叶羽扇豆花色影响研究
刘安成 1，王亮生 2，王 庆 1，庞长民 1
（1陕西省西安植物园，西安 710061；2中国科学院植物研究所/北京植物园，北京 100093）
摘 要：以 5种不同土壤 pH的蓝色多叶羽扇豆（Lupinus polyphyllus‘Nanus Russell Gallery Blue’）为材
料，对其花色、花色素组成及含量的变化进行了研究。花色测定采用英国皇家园艺学会比色卡
（RHSCC）和分光色差计，色素定性及定量分析采用高效液相色谱-二极管阵列检测技术（HPLC-PAD）和
分光光度计进行测定。结果发现：随着土壤pH的降低，花朵翼瓣亮度L*值、色相 a*值、彩度C*值逐渐降
低，色相b*值逐渐升高，总花青苷、叶绿素含量升高；旗瓣中总花青苷也逐渐升高，其他各检测结果无明
显相关性。推断土壤酸碱性影响蓝色多叶羽扇豆花瓣中花青苷的含量，从而影响花色的深浅。
关键词：土壤pH；多叶羽扇豆；花色素；花色
中图分类号：S681.9 文献标志码：A 论文编号：2011-0537
Study on the Effect of Flower Color of Lupinus polyphyllus in Different Soil pH
Liu Ancheng1, Wang Liangsheng2, Wang Qing1, Pang Changmin1
(1Xi’an Botanical Garden of Shaanxi Province, Xian 710061;
2Beijing Botanical Garden/ Institute of Botany, the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093)
Abstract: The changes of flower color, pigments composition of Lupinus polyphyllus‘Nanus Russell Gallery
Blue’in five soil pH were studied. The flower color was measured according to the Royal Horticultural Society
Colour Chart (RHSCC) and by a NF333 spectrophotometer, respectively. A high performance liquid
chromatography (HPLC) with a photodiode array detector (HPLC-PAD) and spectrophotometer were employed
for qualitative and quantitative analysis of anthocyanins, flavonols, chlorophyll and carotenoids. The results
indicated that the wing L*、a*、C* reduce and b* rise with soil pH reducing，total anthocyanins(TA) and
Chlorophyll content increased. TA also increased in the banner, but others content no obvious relativity from
different soil pH. That tentatively identified soil pH did effect accumulation of anthocyanins in flower, and
effect flower color of L. polyphyllus‘Nanus Russell Gallery Blue’.
Key words: soil pH; Lupinus polyphyllus; flower pigment; flower color
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可提高羽扇豆的抗病性[3-4]。在栽培中还发现土壤的酸
碱度不同对花色有影响，因而本研究采用比色卡和分
光色差仪测定花色，高效液相（HPLC）和可见紫外分
光光度计测定花中花色素成分，来探讨土壤pH对多叶
羽扇豆花色的影响。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验材料为 5种不同土壤 pH的蓝色多叶羽扇豆
（L. polyphyllus‘Nanus Russell Gallery Blue’）花朵。
2009年10月16营养钵播种育苗，2010年2月20定植露
地，栽培地位于西安植物园花卉区，整理成1.5 m×6 m
地块，分别撒施2.7 kg、5.4 kg、8.1 kg、10.8 kg、13.5 kg硫
磺粉，深挖 20 cm并充分混匀，栽植密度为 30 cm×
30 cm，管理条件相同。5月2日始花，每处理采集5点
土样混匀干燥，采用意大利哈纳公司生产的防水型
PH/EC/TDS测试笔测量土壤pH。5月10日剪下花序，
自封袋分装，冰盒保存带回实验室处理。
1.2 花色的测量
本研究采用两种方法对花色进行测定和记录[5-6]，
一是用英国皇家园艺学会比色卡（Royal Horticultural
Society Colour Chart，RHSCC）与新鲜花瓣的花色进行
对比，另一方法是用国际照明委员会（International
Commission on Illumination，CIE）表色系进行花色的
数 字 化 测 定 ，即 用 分 光 色 差 仪（NF333
spectrophotometer，Nippon Denshoku Industries Co.，
Ltd.）在C/2°光源下测定花色的明度L*值、色相a*值、色相
b*值。旗瓣和翼瓣分别测量，旗瓣测定中上部主色斑部
分，每个处理测定5个花朵，取平均值。根据L*a*b*值进
一步计算彩度和色相角，彩度为C* =(a*2+b*2)1/2，色相角
为h = arctan(b*/a*)。
1.3 色素提取及总花青苷、总黄酮醇含量的测定
1.3.1 花青苷和黄酮醇的提取 将真空冷冻干燥的花瓣
粉末精确称取0.02 g，用3 mL含0.1%盐酸的甲醇水溶
液（盐酸:甲醇:水 =0.1:70:29.9，v/v/v）在 4℃下浸提
24 h，每隔8 h振荡30 s，转移提取液，色素未提取完全
的继续加入适量提取液重复浸提，然后合并溶液。提
取液用 0.22 μm孔径的尼龙微孔过滤器过滤后，用于
高效液相色谱（HPLC）分析。
1.3.2 总花青苷含量和总黄酮醇含量的HPLC分析 色
素浸提液样品用Dionex HPLC-PAD系统分析。分析条
件：色谱柱 TSK gel ODS 280Ts QA，4.6 mm（内径）×
150 mm（长）（日本Tosoh株式会社），流速0.8 mL/min，
柱温 35℃，进样体积 10 μL。检测波长 525 nm（花青
苷）和 350 nm（黄酮醇），200~800 nm范围内全波长扫
描吸收光谱。流动相A为10%甲酸水（v/v），B为乙腈:
甲醇=85:15（v/v）。线性梯度洗脱程序：0 min，5%B；
40 min，30% B；55 min，5% B。分别以 525 nm 和
350 nm 同时检测花青苷（anthocyanins）和黄酮醇
（flavonols）。采用标准品半定量法分别计算干品含
量，相对于标准品锦葵素 3,5-二葡萄糖苷（Mv3G5G，
法国Extrasynthese公司）的总花青苷（TA）和芦丁（槲
皮素-3-芸香糖苷，中国药品生物制品检定所）的总黄
酮醇（TF），并据公式CI=TF/TA计算辅助色素效应指
数（CI）[7]。每个处理重复3次。
1.4 叶绿素和类胡萝卜素含量的测定
1.4.1 提取方法 精确称取0.01 g冷冻干燥后保存的花
瓣粉末，加入5 mL 80%丙酮，置于4℃冰箱中避光浸提
24 h[8]，每隔8 h振荡30 s，取上清液供分析用。
1.4.2 定量分析 利用 UV-vis 双光束分光光度计
（UV-4802，UNICO公司）进行叶绿素和类胡萝卜素的
定量分析。将提取液倒入光径 1 cm的比色杯内。以
80%丙酮为对照，分别在波长 663、646和 470 nm测定
吸光值。
将测定得到的吸光值按照Lichtenthaler方法[9]，根
据式（1）~（3）计算得到叶绿素 a、叶绿素 b和类胡萝卜
素的浓度（Ca、Cb、Cx·c，mg/L）。
Ca=12.21D663–2.81D646 ………………………（1）
Cb=20.13D646–5.03D663 ………………………（2）
Cx·c=(1000D470-3.27Ca-104Cb)/229…………（3）
Ca、Cb之和为总叶绿素的浓度，最后根据式（4）分
别求出花瓣中叶绿素和类胡萝卜素的含量，每个处理
重复3次。
色素的含量 = 色素的浓度 ×提取液体积样品干重 …（4）
2 结果与分析
2.1 不同土壤pH对花色的影响
CIEL*a*b*系统中，L*值从 0到 100，表示明度由暗
到明的变化；色相a*值由负值到正值，意味着绿色的减
退、红色的增强，色相b*值的增加代表了蓝色的逐渐减
退，同时伴随黄色的增强 [10]。色相角是对红、橙、黄、
绿、青、蓝、紫 7种颜色色调的描述。彩度变化表现在
色相方向上距离L*轴的远近，数值越大，越向周边，颜
色越鲜明；数值越小，越靠近纵轴，颜色越暗淡。
表1是不同土壤pH下，蓝色多叶羽扇豆翼瓣和旗
瓣的RHSCC、明度L*值、色相 a*值、色相b*值和色相角
h。多叶羽扇豆花朵观赏面主要以翼瓣为主，从图1可
以看出，随着土壤pH的降低，翼瓣L*、a*、C*逐渐降低，
b*值逐渐升高，而h变化不明显。说明红色减退，而绿
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刘安成等：不同土壤pH对多叶羽扇豆花色影响研究
色增强；蓝色和亮度减退，颜色加深。
从图2看出，旗瓣中CIEL*a*b*色相变化与土壤pH
无相关性，彩度C*和色相 a*值变化呈W型，明度L*值
变化与色相a*值变化趋势正好相反。分析原因为旗瓣
上部颜色和基部的颜色不一致，基部多为白色或绿白
色，色斑的大小和颜色渐变对测定结果有影响。
2.2 不同土壤 pH对多叶羽扇豆花色素成分和含量的
影响
从图 3和图 4中看出，pH降低，翼瓣中的叶绿素 b
和总叶绿素（TC）含量逐渐升高，叶绿素b含量明显高
于叶绿素 a；旗瓣的叶绿素 b含量随土壤 pH降低逐渐
升高，而总叶绿素在 pH 7.39时含量下降，主要是叶绿
素 a的含量在这个处理中含量最低。类胡萝卜素随土
壤 pH由 7.78到 6.75在翼瓣中含量呈W型变化，旗瓣
中含量由高到低再升高。
从图5和图6看出翼瓣和旗瓣中的总花青苷（TA）
随着土壤pH降低而逐渐增加，说明颜色的变化主要是
花青苷的作用。旗瓣和翼瓣在 pH为 6.75时总黄酮醇
（TF）含量最高。翼瓣中总黄酮醇含量随着土壤pH降
低呈增加趋势，但辅助色素效应指数（CI）呈下降趋势；
旗瓣中的辅助色素效应指数高于翼瓣，其中pH为7.78
的旗瓣中CI为7.64。
2.3 多叶羽扇豆花色素成分与花色的关系
多叶羽扇豆花的翼瓣和旗瓣颜色相同或者差异很
大，同品种同一朵花不同部位的花色不同，这种颜色上
的差异主要由于不同部位控制生成花青苷含量高低的
调控基因不同所致[11]。从图7和图8看出翼瓣中L*、a*
与TA分别呈现负相关，与瓜叶菊花色的测定结果相
一致[12]。旗瓣中的L*、a*与TA的相关性不明显，主要
是旗瓣花色分布不均匀，存在色斑，基部的白色或浅色
编号
1Y
2Y
3Y
4Y
5Y
1Q
2Q
3Q
4Q
5Q
部位
翼瓣
旗瓣
土壤pH
7.78
7.63
7.39
7.06
6.75
7.78
7.63
7.39
7.06
6.75
颜色
蓝紫
淡紫
紫
黑紫
黑紫
蓝紫
淡紫
外紫，内淡紫
黑紫
黑紫
RHSCC
94B
94A
77A
83A
83A
94B
94D
77A
83A
83A
明度L*
33.87a
23.84bc
25.87b
22.23c
21.69c
36.29a
44.65a
36.31a
37.87a
24.12b
色相a*
20.75a
16.65b
18.48ab
12.27c
10.31c
14.04a
8.77a
13.76a
8.34a
12.85a
色相b*
-18.86a
-17.75a
-10.91b
-8.26c
-8.01c
-11.35a
-8.29a
-11.27a
-1.25b
-9.14a
彩度C*
28.06a
24.34b
21.49b
14.80c
13.09c
18.11a
12.09ab
17.82a
9.62b
15.85a
色相角h
-0.74b
-0.82a
-0.53c
-0.59c
-0.67b
-0.68a
-0.77a
-0.68a
0.01b
-0.62a
表1 不同土壤pH翼瓣和旗瓣的花色参数
注：RHSCC为英国皇家园艺学会比色卡（Royal Horticultural Society Colour Chart）测定花色记录。旗瓣的颜色为花瓣中上部花斑的颜色。a、b、
c、d代表多重比较SNK检验在P=0.05水平下的不同显著性差异。n=5。
-30.00
-20.00
-10.00
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
7.78 7.63 7.39 7.06 6.75
土壤pH
参
数
值
L* a* b*C* h
图1 不同土壤pH蓝色多叶羽扇豆翼瓣
CIEL*a*b*表色系统参数变化
图2 不同土壤pH蓝色多叶羽扇豆旗瓣
CIEL*a*b*表色系统参数变化
-20.00
-10.00
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
7.78 7.63 7.39 7.06 6.75
土壤pH
参
数
值
L* a* b*C* h
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05
1015
2025
3035
4045
50
0 10 20 30
L*
翼瓣
旗瓣
线性 (翼瓣)
不同土壤pH
05
1015
2025
3035
4045
50
7.78 7.63 7.39 7.06 6.75 0
24
68
1012
1416
1820
辅
助
色
素
效
应
指
数
CI
TA TF CI
0.0
0.1
0.2
0.3
7.78 7.63 7.39 7.06 6.75
不同土壤pH
叶绿素a 叶绿素b
总叶绿素 类胡萝卜素
部分比较厚，并且所占比例存在变化，因而对花青苷含
量的测定有影响，但试验结果表明花青苷的含量对花
色的明度L*和色相 a*值起着决定作用。旗瓣和翼瓣的
不同色值增加了多叶羽扇豆的观赏效果，色彩更丰富。
结合表 1、图 3和图 4可以看出，翼瓣中的叶绿素
a、叶绿素 b、总叶绿素含量与色相 b*变化趋势一致，与
明度L*、色相 a*负相关；旗瓣中的叶绿素和花色表性相
关性不明显。从翼瓣的花色变化中可以看出，叶绿素
图3 不同土壤pH蓝色多叶羽扇豆翼瓣叶绿素和
类胡萝卜素含量
图4 不同土壤pH蓝色多叶羽扇豆旗瓣叶绿素和
类胡萝卜素含量
含
量
/[
m
g/
(g
·D
W
)]
含
量
/[
m
g/
(g
·D
W
)]
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
7.78 7.63 7.39 7.06 6.75
不同土壤pH
叶绿素a 叶绿素b
总叶绿素 类胡萝卜素
图5 不同土壤pH蓝色多叶羽扇豆翼瓣总花青苷（TA）、
总黄酮醇（TF）含量和辅助效应指数（CI）
图6 不同土壤pH蓝色多叶羽扇豆旗瓣总花青苷（TA）、
总黄酮醇（TF）含量和辅助效应指数（CI）
TA
;T
F/
[m
g/
(g
·D
W
)]
不同土壤pH
0
10
20
30
40
50
60
7.78 7.63 7.39 7.06 6.75 0
5
10
15
20
辅
助
色
素
效
应
指
数
CI
TA TF CI
TA
;T
F/
[m
g/
(g
·D
W
)]
图7 不同土壤pH蓝色多叶羽扇豆翼瓣、旗瓣TA和L*的关系 图8 不同土壤pH蓝色多叶羽扇豆翼瓣、旗瓣TA和a*的关系
TA/[mg/(g·DW)]
0
5
10
15
20
25
0 10 20 30
a*
翼瓣 旗瓣 线性 (翼瓣)
TA/[mg/(g·DW)]
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刘安成等：不同土壤pH对多叶羽扇豆花色影响研究
的含量对花色改变具有一定作用。花瓣中的类胡萝卜
素含量很低，对花色贡献较小。
3 结论
本研究用RHSCC比色法和色差仪CIEL*a*b*表色
系统L*值（明度）、a*和b*值（色相）2种方法对不同土壤
酸碱度下蓝色多叶羽扇豆花色进行描述。RHSCC能
够“定性”地判断花朵的颜色，但存在不同测试者判断
上的误差，而CIEL*a*b*系统能够准确的表述花朵颜色
的变化，因而更精确。随着土壤pH的降低，蓝色多叶
羽扇豆花朵翼瓣亮度L*值、色相a*值、彩度C*值逐渐降
低，色相b*值逐渐升高，颜色由偏蓝紫色逐渐变化为黑
紫色。
HPLC-PAD可以广泛应用于植物花色素的测定。
通过筛选流动相体系，调节洗脱比例等参数，确定的流
动相和线性梯度洗脱程序能够在 55 min内同时分析
多叶羽扇豆花中花青苷和黄酮醇。从试验结果看出，
随着土壤pH降低，花瓣中总花青苷含量增加，说明土
壤酸碱性影响蓝色多叶羽扇豆花瓣中花青苷的积累，
从而影响花色的深浅。
从旗瓣和翼瓣中叶绿素含量的变化规律可以看
出，叶绿素成分的增加引起色相 a*值变小，绿色调增
强，花的颜色加深、亮度降低。类胡萝卜素因含量很
低，本次测定中变化规律不明显。黄酮醇的种类和含
量在多叶羽扇豆花色中起辅助作用，含量变化对花色
的影响不明显。说明植物花色是不同花色素成分共同
作用的结果。
4 讨论
花瓣表皮细胞液泡pH发生变化，也会引起花色的
改变。Stewart等[13]通过微量比色法测定了250多种植
物花瓣细胞液的pH，发现其范围在2.5~7.5之间，而且
红色花的表皮细胞液较蓝色花酸，同时红色花瓣衰老
时常伴有颜色转蓝和液泡pH升高的现象，所以他们认
为pH的改变是影响花色的因素之一。通常随着pH上
升，颜色逐渐由红变蓝，这是花青素在不同pH条件下
发生变化造成的。不同植物对土壤的最适酸碱性要求
不同，在酸性条件下，可促进花色素苷的形成[14]，本试
验测定结果与此结论一致。
Heursel研究[15]发现映山红杂交后代中，出现了独
特的带蓝色调的花色，是黄酮醇的存在产生了花色偏
蓝的效果，黄酮醇含量高的植株的花色取决于花青苷
的含量。花青苷含量低，花色偏蓝。多叶羽扇豆的辅
助色素效应指数CI除1Q（pH为7.78的旗瓣）外都小于
5，域值小于5时可以认为黄酮和黄酮醇的辅助色素作
用影响小[15-16]，表明黄酮醇对蓝色多叶羽扇豆的花色变
化并非决定因素，但是可以看出土壤pH降低，辅助色
素效应减弱。
本次试验土壤 pH范围在 7.78~6.75，发现对花色
有明显改变，初步推定这种改变是由于土壤酸碱性的
影响，更低的土壤pH对花色和植株生长的影响笔者将
继续进行研究。在这几种处理中，每个处理的花青苷
种类均没有改变，仅色素含量发生了明显变化。本品
种多叶羽扇豆检测到含有 6种花青苷，下一步将进行
液质联用（HPLC-MS）分析进一步鉴定花青苷的种类，
并探讨多叶羽扇豆花色的形成机理。
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