全 文 ：中国农学通报 2010,26(20):52-56
Chinese Agricultural Science Bulletin
0 引言
花色由类黄酮、类胡萝卜素、甜菜色素和其他一些
色素决定，花青素是有色的类黄酮一族[1]。花青素中
的飞燕草素含 3个羟基，是控制形成蓝紫色花的主要
花青素。另外，液泡中pH值越高；辅助色素（黄酮和黄
酮醇）含量越高[2]；金属离子复合物的形成均会导致形
成蓝色花[3]。目前已有报道，通过测定169个玫瑰品种
中的类黄酮成分及液泡pH值，选择适宜转蓝色基因的
玫瑰品种，再将蓝色基因导入选定品种中，最终获得
“蓝色玫瑰”[4]。通过测定16个长春花品种中的类黄酮
组成及液泡pH值，并对其进行分析，以期导入蓝色基
因后获得蓝色长春花[5]。亦有报道称在白色铁炮百合
中 导 入 类 黄 酮 3’5’羟 化 酶（flavonoid 3’,5’
hydoxylase，F3’5’H）基因，对转化株进行 PCR 及
基金项目：国家自然科学基金项目“百合花色形成关键基因（CHS）特异启动子功能与应用研究”（30871734）。
第一作者简介：张萍，女，1986年出生，硕士，主要从事园林植物生物技术与遗传育种研究。通信地址：712100西北农林科技大学西林校区科研楼第
一工作室，E-mail：zhangping2137@163.com。
通讯作者：刘雅莉，女，1960年出生，汉族，副教授，硕士，研究方向：观赏植物生物技术育种及采后生理教学与研究。通信地址：712100西北农林科技
大学西林校区科研楼第一工作室，Tel：029-87082391，E-mail：lyl6151@126.com。
收稿日期：2010-07-14，修回日期：2010-09-06。
利用灰色关联分析法选择适宜转蓝色基因的百合品种
张 萍 1，刘雅莉 1，祁银燕 2，化占勇 2
（1西北农林科技大学林学院，陕西杨凌 712100；2西北农林科技大学园艺学院，陕西杨凌 712100）
摘 要：通过测定不同百合品种的花青素和黄酮醇的成分组成及含量，测量其液泡pH值，确定适宜转蓝
色基因的百合品种。首先外部观察选择花色为粉色至紫红色的 10个百合品种，用高效液相色谱
（HPLC）分析花瓣中花色素和黄酮醇的组成和含量，pH计测量液泡pH值，利用灰色关联分析法对供试
品种的测量指标进行综合评价。结果表明：供试品种中的花青素为矢车菊素，黄酮醇为山奈酚和槲皮
素；最终选择花瓣中矢车菊色素含量少，黄酮醇含量高，液泡pH值高的OT杂种百合‘罗宾娜’和东方百
合‘贝尼尼’为适宜转蓝色基因品种。
关键词：百合；灰色关联分析；花青素；黄酮醇；蓝色基因
中图分类号：S682.2+9 文献标志码：A 论文编号：2010-2150
The Selection of Lily Cultivars Suitable for Being Transformed Blue Genes
by Using the Grey Correlation Analysis
Zhang Ping1, Liu Yali 1, Qi Yinyan2, Hua Zhanyong2
(1College of Forestry, Northwest A &F University, Yangling Shaanxi 712100;
2College of Horticulture, Northwest A &F University, Yangling Shaanxi 712100)
Abstract: Anthocyanidins, flavonols and vacuole pH contained in different lily cultivars were analyzed to
determine the suitable ones into which blue genes will be transformed. Ten pink to mauve lily cultivars were
screened initially by visual observation. High performance liquid chromatography was employed for qualitative
and quantitative analysis of anthocyaindins and flavonols, and the vacuole pH was measured. The grey
correlation analysis was used for lily cultivars’comprehensive evaluation. Only cyanidin was detected as
anthocyanidins, and kaempferol and quercetin as flavonols. The delphinidin, pelargonidin and myricetin were
absent. Lilium tenuifolium oriental x tumpet‘Robina’and Lilium tenuifolium oriental‘Bernini’were selected
for their higher vacuolar pH, higher flavonol content and lower cyanidin content.
Key words: lily; grey correlation analysis; anthocyanidin; flavonol; blue genes
张 萍等：利用灰色关联分析法选择适宜转蓝色基因的百合品种
Southern杂交检测获得转基因植株。然而因为白色百
合花中不可能合成花青苷，导入蓝色基因后不能有效
积累飞燕草色素；而且即使植物中含有高含量的飞燕
草素，也并不意味着花瓣就能呈现理想的蓝色，这是因
为蓝色花的形成还受其他因素的影响。故可推断上述
实验[6]最终不能获得花瓣呈蓝色的百合花。
本实验主要选择可能通过导入蓝色基因造成飞燕
草色素积累从而使花色变蓝的适宜百合品种。先外部
观察选择花色为粉色到紫红色的百合品种：因为深色
和红色品种中的黄酮醇含量较低，pH值也较低，故不
选择；黄色与白色品种不可能在花瓣中积累花青苷，故
也不选择[4]。对初步选定百合的花瓣进行花色素和黄
酮醇的成分鉴定及含量测定，液泡pH值测量，用灰色
关联分析法对测量指标进行综合分析，选出适宜转蓝
色基因的百合品种。
1 材料与方法
1.1 材料
本实验于 2009年 7—9月在农业部西北园艺种质
利用重点开放实验室，陕西省农业分子生物学实验室
进行。
10个花色为粉色到紫红色的百合品种：东方百合
‘眼镜蛇’（Lilium tenuifolium oriental‘Cobra’）、‘元帅’
（Lilium tenuifolium oriental‘Acapulco’）、‘星球大战’
（Lilium tenuifolium oriental‘Starfighter’）、‘贝尼尼’
（Lilium tenuifolium oriental‘Bernini’）、‘ 多 顿 ’
（Lilium tenuifolium oriental‘Dordogne’）、‘马可波罗’
（Lilium tenuifolium oriental‘Marco Polo’）、‘梯伯’
（Lilium tenuifolium oriental‘Tiber’）、‘ 马 杜 莎 ’
（Lilium tenuifolium oriental‘Medusa’）、‘新马可’
（Lilium tenuifolium oriental‘New Marco’），OT杂种百
合‘罗宾娜’（Lilium tenuifolium oriental x tumpet
‘Robina’），均购于云南斗南花卉市场。
标准品天竺葵色素（pelargonidin）、飞燕草色素
（delphinidin）和矢车菊色素（cyanidin）购于Chromadex
公司（美国），槲皮素（quercetin）和山奈酚（kaempferol）
购于西安沃尔森生物技术有限公司（中国）。
1.2 方法
1.2.1 花色素（anthocyanidins）的提取及含量测定[7] 将
完全显色并经液氮冻存的1 g百合花瓣放入40 mL 1%
盐酸甲醇中，4℃、黑暗处理 24 h。用旋转蒸发仪浓缩
提取液，将浓缩液用1%盐酸甲醇定容至1 mL，200 μL
浓缩液与 200 μL 盐酸（2 moL/L）混合，90℃ 水浴
60 min后冰上冷却5 min，加入80 μL异戊醇、80 μL蒸
馏水，漩涡混匀，14000 rpm/min离心2 min，1%盐酸甲
醇稀释上清液，0.45 μ m 过滤器过滤后用岛津
LC-2010AHT高效液相色谱仪（HPLC）进行分析。每
个品种取样 3个，每个样品重复测量 2次，取平均值。
分别以不同体积标准样品的锋面积为纵坐标，花色素
含量（µg/g）为横坐标制定标准曲线，用标准曲线得到
的回归参数计算供试样品中的花色素含量。HPLC检
测花色素的条件：波长 530 nm，流速 1 mL/min，柱温
30℃，进样体积 5 µL。流动相：甲醇:10%甲酸水溶液
为20:80（v/v），流动相真空抽滤，脱气。
1.2.2 黄酮醇（flavonols）的提取及含量测定[7] 将完全
显色并经液氮冻存的1 g百合花瓣放入40 mL甲醇中，
4℃、黑暗处理 24 h。用旋转蒸发仪浓缩提取液，将浓
缩液用甲醇定容至1 mL，200 µL浓缩液与200 µL盐酸
（2 moL/L）混合，90℃水浴 15 min后冰上冷却 5 min，
加入 100 µL乙酸乙酯，漩涡混匀，14000 rpm/min离心
2 min，甲醇稀释上清液，0.45 μm过滤器过滤后用岛津
LC-2010AHT高效液相色谱仪（HPLC）进行分析。每
个品种取样 3个，每个样品重复测量 2次，取平均值。
分别以不同体积标准样品的锋面积为纵坐标，黄酮醇
含量（µg/g）为横坐标制定标准曲线，用标准曲线得到
的回归参数计算供试样品中的黄酮醇含量。HPLC检
测黄酮醇的条件：波长 360 nm，流速 1 mL/min，柱温
30℃，进样体积 5 µL。流动相：甲醇:0.2%磷酸水溶液
为45:55（v/v），流动相真空抽滤，脱气。
1.2.3 液泡 pH值的测量 用 pH计 3310，雷磁 E-201-C
型pH复合电极，测量完全显色的新鲜百合花瓣的液泡
pH值[5]。每个品种取样 3个，每个样品重复测量 3次，
取平均值。
1.3 用灰色关联度理论对各供试品种进行综合评价
根据供试品种的各评价因素的最佳值构造“参考
品种”，利用灰色系统中的关联度分析 [8]，应用
Microsoft Office Excel 2003计算各供试品种与参考品
种之间的关联度，按照获得的关联序确定适宜品种。
2 结果与分析
2.1 供试百合中测得的花青素和黄酮醇种类
以标准品的吸收特征峰的出峰时间（飞燕草素为
16 min；矢车菊素为 29 min；天竺葵素为 50 min）为根
据，确定 10个百合品种中花青素和黄酮醇的种类。
花青素测定结果发现‘马可波罗’和‘多顿’的花青素
提取液中未检测到任何色素（图 1a），其他 8个百合品
种的花青素提取液中均发现有矢车菊色素（简称
Cy），而未有天竺葵色素和飞燕草色素（图 1b）。这表
明百合中有类黄酮3’羟化酶（F3’H）活性，没有F3’5’
H活性。
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黄酮醇测定结果发现，10个百合品种的黄酮醇提
取液中均发现有山奈酚（简称 Ka）和槲皮素（简称
Qu），而未有杨梅素（图2）。这表明百合中黄酮醇合成
酶（FLS）有表达，F3’5’H没有。
2.2 花青素与黄酮醇含量
花青素含量的计算结果表明，不同品种间矢车菊
色素含量不同，其中‘眼睛蛇’的花色最红，矢车菊色素
含量最高（1517.04 μg/g），F3’H活性最强，随着花色逐
渐变浅，矢车菊色素含量逐渐降低，‘马可波罗’和‘多
顿’的矢车菊色素含量为 0（表 1，图 3）。F3’H促进合
成矢车菊色素苷形成红色花，当花青素生物合成大量
的飞燕草色素和少量的矢车菊色素，会产生蓝色花。
故F3’H活性低即矢车菊色素含量低是笔者的选择目
标之一。
黄酮醇含量的计算结果表明，‘眼镜蛇’中黄酮醇
含量最高（表1，图3）。无色的黄酮醇能与花青素苷发
生堆叠作用而产生增色效应，且增加花青素苷的稳定
性，同时可使花青素苷在吸收光谱中（紫外-可见光区）
产生红移现象，从而表现出从紫到蓝的色系。故黄酮
醇含量高是选择目标之一。
液泡 pH值的测量结果表明，10个百合品种的液
泡 pH值为 4.5~5（表 1，图 4）。在 pH值为 4~6时，花青
苷以四种不同的结构形式共存：红色的花色烊阳离子、
蓝色的无水醌式碱、无色的甲醇假碱和浅黄色的查耳
7.5
5.0
2.5
0.0
-2.5
-5.0
-7.5
0 10 20 30 40 50 min
色
谱
吸
收
/m
A
u
0 10 20 30 40 50 min
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
-1.0
色
谱
吸
收
/m
A
u
a‘马可波罗’ b‘罗宾娜’
图1 百合花瓣花青素水解提取物的HPLC图
百合品种
1眼镜蛇Cobra
2元帅Acapulco
3星球大战Starfighter
4贝尼尼Bernini
5多顿Dordogne
6马克波罗Marco Polo
7梯伯Tiber
8马杜莎Medusa
9新马可
10罗宾娜Robina
花色
深紫红色
深粉色
紫红色，花瓣周缘呈白色，内部密生紫黑色斑点
粉红色
花瓣粉白色，中心黄色
白色，内部散生紫黑色斑点
浅红色，花瓣中脉红色，尖端处白色，基部密生紫
黑色斑点
深粉色，花瓣中脉红色，基部密生紫黑色斑点
端部粉白色，基部白色且散生紫黑色斑点
淡紫红色，基部略呈白色
矢车菊色素/(µg/g)
1517.04
255.30
131.31
101.97
—
—
306.72
423.40
119.70
107.75
黄酮醇/(µg/g)
槲皮素
196.73
77.29
85.40
33.55
46.31
2.8
39.91
83.67
12.47
33.17
山奈酚
364.38
124.58
65.46
112.16
83.44
11.98
44.60
241.59
72.43
167.94
液泡pH值
4.63
4.72
4.60
4.57
4.67
4.74
4.58
4.68
4.70
4.95
表1 10个百合品种的花瓣提取液中花青素和黄酮醇含量
图2‘罗宾娜’百合花瓣黄酮醇水解提取物的HPLC图
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 min
Cy
Qu
Ka
色
谱
吸
收
/m
A
u
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张 萍等：利用灰色关联分析法选择适宜转蓝色基因的百合品种
酮；pH值增加时，合成蓝色醌式碱的数目增加[9]。故花
瓣液泡pH值高是选择目标之一。
2.3 利用灰色关联度分析确定适宜转蓝色基因品种
由于‘马可波罗’与‘多顿’中的色素含量为 0，故
首先剔除这2个品种，然后对其他8个百合品种进行灰
色关联度分析。由于矢车菊色素含量为负相关序列，
可通过倒数化转化为正相关序列，从而对 3个正相关
序列进行分析。关联度计算结果表明，‘罗宾娜’与参
考品种的关联度最大，为 0.7726，‘贝尼尼’次之，为
0.7484（表2）。
故最终选定OT杂种百合‘罗宾娜’和东方百合
‘贝尼尼’为转蓝色基因适宜品种。
3 结论与讨论
蓝色花基因工程在国内外已有一定的研究成果。
澳大利亚Florigene公司和日本Suntory公司联合，先后
成功培育出蓝色康乃馨[10]和蓝色玫瑰[6]。百合是世界
上五大切花之一，其花色主要有白，黄，金黄，橙，橘红，
洋红，淡绿，粉色和淡紫。和玫瑰、康乃馨一样，由于百
合花瓣中缺少F3’5’H（形成飞燕草色素途径中的关键
酶）基因，不能积累飞燕草素，从而自然界中缺少蓝色
百合花系。人们一般认为以白色品种作为蓝色基因的
转化受体时，转化株形成蓝色效果更加明显，故会直接
以白色百合作为转化受体[6]。然而，随着今年来人们
对蓝色花育种的普遍关注，国内外专家对影响合成蓝
色花的因素进行了深入探究，指出飞燕草色素，高含量
黄酮醇，高液泡pH值及金属离子复合物等因素均会导
致合成蓝色花，并指出白色品种不可能在花瓣中积累
花青苷，不宜作为蓝色基因的转化受体[4]。同时，蓝色
玫瑰和蓝色康乃馨的成功上市为成功培育蓝色百合及
其他蓝色花带来希望，并提供坚实的理论和实验依据。
为了获得蓝色百合，理想的是选择花瓣中主要积
累天竺葵色素苷，黄酮醇含量高和液泡pH值高[6]的百
合品种作为转蓝色基因受体。本实验在此理论基础上
进行相关指标的测定，测量结果表明，这些供试百合品
种中不含天竺葵色素。由于在花青素苷合成途径中，
F3’H（形成矢车菊色素途径中的关键酶）与F3’5’H共
同竞争作用底物，故当矢车菊色素含量低，即F3’H活
性弱时，导入外源蓝色基因易于合成大量飞燕草色
素。同时蓝色花的形成还受花瓣中黄酮醇含量及液泡
pH值的影响[10]。故本实验首先通过外部花色观察，相
关指标测定及分析后选择矢车菊色素含量低，黄酮醇
含量高和液泡pH值高的百合品种：OT杂种百合‘罗宾
娜’和东方百合‘贝尼尼’，这为后期转化蓝色基因成功
获得蓝色百合奠定基础。
参考文献
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图3 10个百合品种中的花青素、黄酮醇的比较 图4 10个百合品种中液泡pH值的比较
0200
400600
8001000
12001400
1600
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
百合品种
花
青
素
及
黄
酮
醇
含
量
/(μ g
/g) 花青素
黄酮醇
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
百合品种
液
泡
pH
值
百合品种
眼镜蛇Cobra
元帅Acapulco
星球大战Starfighter
贝尼尼Bernini
梯伯Tiber
马杜莎Medusa
新马可
罗宾娜Robina
关联度
0.7372
0.5893
0.6446
0.7484
0.5425
0.6006
0.6720
0.7726
关联序
3
7
5
2
8
6
4
1
表2 供试百合品种与参考品种的关联度及关联序
·· 55
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