全 文 ：第 18 卷 第 4 期 天 津 农 学 院 学 报 Vol. 18，No. 4
2011 年 12 月 Journal of Tianjin Agricultural University December，2011

收稿日期：2011－06－24
基金项目：天津市科技支撑计划重点项目“非洲紫罗兰新品种的引进和育种”（09ZCKFNC01600）；天津市应用基础及前沿技术研究计划资助项
目“兰花子房启动发育相关基因的克隆与表达”（10JCYBJC09000）
作者简介：裴仁济（1982－），男，江苏泰州人，硕士，主要从事植物细胞工程育种方面的研究。E-mail：peirenji@sina.com。
通信作者：张磊（1952－），男，辽宁锦州人，教授，学士，主要从事遗传学及植物细胞工程方面的研究。E-mail：zl1952@yahoo.com.cn。
文章编号：1008-5394（2011）04-0001-04

不同花色非洲紫罗兰叶片与花瓣中金属元素的测定

裴仁济 1a，陈小强 1a，孙宁 1a，张乃楠 1a，刘海学 1b， 杨黎芳 1b，刘阳 1a，许燕萍 2，张磊 1a，通信作者
（1. 天津农学院 a. 农学系， b. 农业分析实验室，天津 300384； 2. 天津滨海中新生态农业发展有限公司，天津 300450）

摘 要：利用火焰原子吸收光谱法，测定了非洲紫罗兰红色、白色和蓝色叶片与花瓣中 Na、Mg、
K、Ca、Fe 和 Cu 六种金属元素的含量，实验回收率为 98.36﹪～103.13﹪，相关系数为 0.992 9 至
0.999 7。实验结果表明：在 3 种花色品种中，Ca 与 Fe 在叶片中的含量多于花瓣；而 Cu 则相反，
在叶片中的含量低于花瓣；Na 在白色和红色品种叶片中的含量多于花瓣，在蓝色品种叶片中的含
量低于花瓣；K 在白色和红色品种叶片中的含量低于花瓣，在蓝色品种中叶片的含量高于花瓣；
Mg 则在白色和蓝色品种叶片中的含量低于花瓣，在红色品种叶片中的含量高于花瓣。
关键词：非洲紫罗兰；花色；金属元素；火焰原子吸收光谱法；含量
中图分类号：S681.2 文献标识码：A

Determination of Metal Elements in Leaves and Petals of Different Color
Saintpantia ionantha

PEI Ren-ji1a, CHEN Xiao-qiang1a, SUN Ning1a, ZHANG Nai-nan1a, LIU Hai-xue1b,
YANG Li-fang1b, LIU Yang1a, XU Yan-ping2, ZHANG Lei1a，Corresponding Author
（1. Tianjin Agricultural University, a. Department of Agronomy, b. Agriculture Analysis Lab, Tianjin 300384, China；2. Tianjin
Coast Zhongxin Ecological Agriculture Development Limited Company, Tianjin 300450, China）

Abstract: The flame automatic absorption spectro photometry was used in the experiment to determine the contents of six metal
elements of Na、Mg、K、Ca、Fe and Cu in leaves and petals from the three different color cultivars of Saintpantia ionantha. The
test recovery rates are between 98.36﹪ and 103.13﹪. The correlation coefficients are between 0.992 9 and 0.999 7. The results
are as follow. In the three flower color cultivars, the content of Ca and Fe is higher in leaves than that in petals. On the contrary,
the content of Cu is lower in leaves than that in petals, the content of Na is higher in leaves than that in petals in white and red
cultivars and contrarily in blue cultivars, the content of K is lower in leaves than that in petals in white and red cultivars and
contrarily in blue cultivars, and the content of Mg is lower in leaves than that in petals in white and blue cultivars and contrarily
in red cultivars.
Key words: Saintpantia ionantha; flower color; metal element; flame automatic absorption spectro photometry; content

非洲紫罗兰（Saintpantia ionantha），又名非
洲堇、非洲紫苣苔或圣包罗花，属苦苣苔科非洲
紫罗兰属多年生常绿草本植物，原产于非洲坦桑
尼亚海拔 700～1 000 m 的坦葛尼喀地区的乌桑巴
拉山上[1]。非洲紫罗兰品种繁多，花色艳丽，包
括蓝色、粉红色、红色、紫色、砖红色、绿色及
白色等不同色系，具有 2 000 多个品种和较高的观
赏价值[2]。非洲紫罗兰形态、花期以及分子特征
等可以作为花色模式植物研究的良好材料[3]。影
响花色的主要因素有花色素种类、共色作用、花
瓣细胞 pH 值和金属离子螯合等[4]，从这些影响因子
可以看出，金属离子在花瓣成色中发挥着重要作用。
本实验采用湿消解法，以硝酸与高氯酸的混
合酸（体积比为 4∶1）对实验样品进行了处理，
用原子火焰吸收光谱法测定了非洲紫罗兰红色、
白色和蓝色叶片与花瓣中 Na、Mg、K、Ca、Fe
和 Cu 六种金属元素的含量，以探寻其间的差异，
为花色显色机理研究提供依据，并为今后在分子
生物学方面对花色的研究和改良奠定基础。
1 材料与方法
1.1 实验材料
实验材料取自天津农学院植物细胞工程实
验室温室培养的红色、白色和蓝色非洲紫罗兰叶
天 津 农 学 院 学 报 第 18 卷 ·2·
片和花瓣。由于植物细胞含有大量水分（干鲜比
一般小于 10﹪），故取样时每个品种的非洲紫罗兰
分别以 5 盆植株为采摘对象，摘采足够量不同花
色的叶片和花瓣。采摘后，用自来水洗净，再用
去离子水漂洗数次，控干，然后装入普通信封中，
在烘干箱中于 95 ℃条件下杀青 10 min，80 ℃条
件下烘干至恒重。用玛瑙研钵研碎，过 60 目尼绒
筛，贮存于干燥器密闭塑料袋中备用[5-7]。
1.2 实验仪器与试剂
TAS-990 型火焰原子吸收分光光度计（北京
普析通用仪器有限责任公司）；XCA-8000I 型电热
鼓风干燥箱（天津市华北实验仪器有限公司）；
SX2-5-12 型箱式电阻炉（天津市华北实验仪器有
限公司）；UPW-50S 型超纯水器（北京历元电子
仪器公司）；FA1004 型电子天平（上海天平仪器厂）。
硝酸（分析纯）：天津市化学试剂五厂；硝酸
（优级纯）：天津市化学试剂三厂；高氯酸（优级
纯）：天津市科密欧化学试剂有限公司；Na、Mg、
K、Ca、Fe、Cu 标准溶液（国家标准样品：
GSB04-1738-2004，浓度为 1 000 mg/L）：国家有
色金属及电子材料分析测试中心。
1.3 实验样品处理
准确称取 3 种颜色的非洲紫罗兰叶片与花瓣
粉末各 1.0 g，分别置于消解管中，加入 30.0 mL
HNO3 和 7.5 mL HClO4，同时做空白对照，封口后
室温过夜。次日，将消解管置于电炉上加热硝化，
调节温度恒定为 120 ℃，直至消化液不再冒出白
烟，溶液澄清透明为止[8－11]。待消解液冷却后，
转移到 50 mL 容量瓶中，用去离子水定容至刻度
备用，其中，测定 Ca 含量时定容液稀释 100 倍，
Na、Mg 和 K 含量测定时定容液稀释 500 倍。
1.4 标准溶液制备
分别用 Na、Mg、K、Ca、Fe 和 Cu 六种金属
元素的标准贮备液（浓度为 1 000 mg/L），经去离子
水稀释后，配制成具有浓度梯度的标准溶液（见表1）。

表 1 标准溶液稀释梯度
浓度梯度
mg·L－1
标准 0 标准 1 标准 2 标准 3 标准 4 标准 5
Na 0.000 0.200 0.400 0.800 1.000 2.000
Mg 0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500
K 0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000
Ca 0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000
Fe 0.000 1.000 2.000 4.000 6.000 8.000
Cu 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000


2 结果与分析
2.1 线性回归方程及相关系数
按照原子吸收光谱各金属设定的工作条件对标
准液进行测定，得出其相应吸光度值，以横坐标为
标准液浓度梯度值，纵坐标为吸光度值，得到相关
线性回归方程以及相关系数，范围为：0.992 9～
0.999 7（见表 2），说明实验测得数据有良好的线性
关系。

表 2 线性回归方程及相关系数
金属元素种类 线性回归方程 相关系数
Na y = 0.163 8x－0.164 8 0.992 9
Mg y = 0.144 8x－0.117 7 0.997 4
K y = 0.176 6x－0.134 0 0.996 2
Ca y = 0.025 2x－0.024 1 0.999 7
Fe y = 0.166 8x－0.198 4 0.997 0
Cu y = 0.034 1x－0.033 7 0.999 3

2.2 Na、Mg、K、Ca、Fe 和 Cu 含量分析
2.2.1 Na 含量分析
钠的研究主要集中在植物耐盐方面，主要包
括钠离子吸收、运输和累积等，以及控制这些代
谢机制的转运蛋白和基因[12]。其中，植物通过对
钠离子的代谢，可以调节细胞质中的 pH 值[13]。
从图 1 可以看出，在不同花色非洲紫罗兰叶片和
花瓣中，钠在叶片和花瓣以及不同花色中的含量
均存在差异。在白色和红色非洲紫罗兰品种中，
叶片中的 Na 含量多于花瓣；在蓝色品种中，叶片
的含量低于花瓣；且在不同花色品种中，Na 在白
色品种叶片与花瓣中的含量均高于蓝色和红色品
种中，在蓝色品种中含量最少。


图 1 Na 在不同花色品种非洲紫罗兰中的含量

2.2.2 Mg 含量分析
镁是植物生长的必需元素，目前的研究主要
包括镁元素的吸收与转运、光合作用、碳水化合
物合成、蛋白质合成、酶活性以及缺 Mg 胁迫对
细胞膜伤害机理等方面[14]。从图 2 可以看出，在
白色和蓝色品种中，花瓣中的 Mg 含量多于叶片
中，而在红色品种中，叶片中含有的 Mg 则多于
花瓣中。在这两个品种的非洲紫罗兰中，蓝色花
瓣中的 Mg 含量高于其它品种的叶片和花瓣以及
第 3 期 裴仁济，等：不同花色非洲紫罗兰叶片与花瓣中金属元素的测定 ·3·
蓝色叶片中的含量，表明镁元素在蓝色显色机制
中可能具有控制与调节生理代谢方面的作用。

图 2 Mg 在不同花色品种非洲紫罗兰中的含量

2.2.3 K 含量分析
钾是植物体中重要的营养元素之一，目前学
者对钾的研究主要集中在关于其结构、功能、相
关基因及转运机制等方面[15]。从图 3 中可以发现，
白色和红色非洲紫罗兰品种中，其花瓣中的 K 含
量高于叶片，而蓝色品种则相反，说明在蓝色非
洲紫罗兰品种中存在花色调节与钾离子调节功能
相关基因，它们对其同时起作用。

图 3 K 在不同花色品种非洲紫罗兰中的含量

2.2.4 Ca 含量分析
钙是一种重要的植物营养元素，在植物细胞
结构和生理功能中起着重要作用，主要是维持细
胞壁、细胞膜及膜结合蛋白的稳定性，同时，作
为细胞内重要的信号分子之一，参与胞内稳态和
植物生长发育的调节过程[16]。在图 4 中，不同品
种非洲紫罗兰的 Ca 含量在叶片中均大于花瓣中，
呈现同一规律，但是在蓝色品种中，其叶片与花
瓣间的 Ca 含量差大于白色和红色品种，说明在蓝
色品种中的 Ca 还起到了蓝色显色机制的调节作用。

图 4 Ca 在不同花色品种非洲紫罗兰中的含量

2.2.5 Fe 含量分析
铁是植物必需的微量元素之一，在植物体光
合作用、呼吸作用、固氮作用和蛋白质与核酸合
成等诸多生理代谢过程的电子传递链或酶促反应
中发挥着极其重要的作用[17]。从图 5 中可以看出，
Fe 含量在 3 种不同花色品种非洲紫罗兰的花色中
表现为相同趋势，即在叶片中的含量高于花瓣中，
且其相差值均在 1.0 mg/L 左右。 Fe 在叶片中的
含量高于花瓣中，主要可能是因为叶片是光合作
用的场所，而花瓣缺少此功能，故存在差异。

图 5 Fe 在不同花色品种非洲紫罗兰中的含量

2.2.6 Cu 含量分析
铜是植物必需微量元素之一，主要参与细胞
质中蛋白质和糖的代谢，且与呼吸作用关系比较
密切[18]。从图 6 中可以看到，Cu 含量在 3 种不同
花色品种中均表现为在花瓣中的含量多于在叶片
中的含量，其相差值在 1.5 mg/L 左右，各品种间
表现为相同的趋势。这种含量差异说明，Cu 在花
瓣中的含量与花色素的差异有关，起调控机制与
酶活作用。

图 6 Cu 在不同花色品种非洲紫罗兰中的含量

2.3 回收实验
用非洲紫罗兰红色叶片制备液进行回收实
验，从而验证实验的准确性。6 种元素的回收率在
99.72﹪～100.63﹪之间，见表 3。

表 3 回收实验
金属元
素种类
加标前
mg•L－1
加入量
mg•L－1
加标后
mg•L－1
回收率
﹪
Na 0.319 0.400 0.731 98.36
Mg 0.121 0.200 0.319 100.63
K 0.934 1.000 1.937 99.85
Ca 3.846 4.000 7.851 99.94
Fe 8.473 8.000 16.512 99.76
Cu 0.294 0.200 0.479 103.13
3 讨论
花色是花卉重要的特征之一，也是花卉研究
的焦点，其形成机理和相关代谢途径已经基本研
究清楚[19]。学者们已经掌握了色素代谢途径以及
与花色相关的影响因素，并进行了基因克隆，成
天 津 农 学 院 学 报 第 18 卷 ·4·
功培育出了新品种花卉。日本 Sundory 公司与澳
大利亚 CalgeePacific 公司合作，从蓝三叶草中提
取出蓝色色素基因，并将该基因导入玫瑰花细胞
中，成功地培植出了蓝玫瑰[20]。影响花色成色的
因素主要包括：花色素苷种类、共色作用、金属
离子螯合作用、pH 值以及花瓣细胞的形状[21]，其
中与色素产生螯合作用的主要包括 Al、Fe、Mg
和 Mo 等重金属离子，而 Na 和 K 元素在植物中
的转运不仅调节生理代谢，同时也会相应改变其
细胞的 pH 值。Yoshid 等在研究喜马拉雅蓝罂粟
中发现，其花色素苷和类黄酮醇与 Mg2+和 Fe2+
结合后形成了蓝色复合物 [22]。裂叶牵牛编码的液
泡 Na+/H+逆向转运蛋白基因 INNHX1 在开花前约
12 h 时大量表达，并快速提高液泡 pH，使花瓣显
蓝色，同时将 Na+转运到液泡中使液泡碱化[23]。
Kato 等研究发现，在绣球花生长期间，蓝色花瓣
中的 Al3+含量随花期成熟而增加，而红色花瓣中
的 Al3+含量却保持不变[24]。
从本实验可以看出，Na、Mg、K、Ca、Fe
和 Cu 六种金属元素在非洲紫罗兰白色、红色和蓝
色品种的叶片和花瓣中，在同一花色和不同花色
品种间具有差异性，所以可以确定，金属元素在
花色显色中具有不同的影响作用。在今后的研究
中，还应研究除以上几种外其它的金属元素，弄
清在不同花卉间的差异，为以后的花色研究打下
良好的生理基础。在花卉花色研究方面，虽然在
花色杂交育种和分子水平上已取得了一定成就，
但要彻底弄清花色显色机制，不仅需要从生理方
面研究花卉细胞 pH、金属离子、光照、水分、温
度和色素等差异，还应研究其相应的调控机制、
控制基因和表观遗传机制，分析花色基因、调控
基因与环境和花色间的相互作用，从立体上建立
花色显色机制，使今后花色改良和分子育种成为
可能。

参考文献：
[1] 王连英，秦奎杰，吴涤新，等. 花卉学[M]. 北京：中
国林业出版社，1988：498-500.
[2] 陈帅，董永辉，陈佳. 非洲紫罗兰形态特征及繁殖技
术[J]. 现代农村科技，2009，6（43）：39-40.
[3] 裴仁济，陈小强，孙宁，等. 非洲紫罗兰——花色模
式植物[J]. 北方园艺，2010（11）：219-222.
[4] 陈建，陈晨甜，吕长平. 观赏植物花色形成影响因子
研究进展[J]. 现代园艺，2009（9）：4-7.
[5] 袁晓玲，杨跃华，南建忠，等. 原子吸收光谱法测定
马齿苋中微量元素[J]. 安徽农业科学，2008，36（16）：
6858-6859.
[6] 肖忠峰，韩岩君，党艳秋，等. 火焰原子吸收光谱法
测定播娘蒿中微量元素含量[J]. 安徽农业科学，2007，
35（33）：10575-10577.
[7] 郑春霞，罗艳丽，盛建东，等. 光谱法分析研究新疆
瓜果微量元素含量[J]. 光谱学与光谱分析，2008，28
（6）：1416-1419.
[8] 沈晓芳，王艳琴，张勇，等. 火焰原子吸收光谱法测
定菘蓝不同部位的金属元素[J]. 光谱实验室，2005，
22（1）：80-82.
[9] 燕冰，杨军，周靖. 火焰原子吸收光谱法测定冬葵叶
中几种营养元素含量[J]. 哈尔滨师范大学学报：自然
科学版，2003，19（4）：77-79.
[10] 张修景. 火焰原子吸收光谱法测定牡丹花中 6 种金属元
素[J]. 理化检验——化学分册，2008，44（3）：243-244.
[11] 覃志英，陈广林，盛家荣. 微波消解—火焰原子吸收
光谱法测定植物样品中的铁[J]. 检测技术，2003，9
（3）：108-110.
[12] 王林权，邵明安. 高等植物对钠离子的吸收、运输和累
积[J]. 干旱地区农业研究，2005，23（5）：244-248.
[13] 邱念伟，杨洪兵，王宝山. Na+/H+逆向转运蛋白及
其与植物耐盐性的关系[J]. 植物生理学通讯，2001，
37（3）：260-264.
[14] 汪洪，褚天铎. 植物镁素营养的研究进展[J]. 植物学
通报，1999，16（3）：245-250.
[15] 化党领，介晓磊，韩锦锋，等. 植物钾吸收的分子水平研
究[J]. 植物营养与肥料学报，2002，8（3）：377-383.
[16] 刘志，杨永华. 植物细胞中的钙离子及其信号转导机
制[R]. 2005 年全国植物生长物质研讨会论文摘要汇
编，2005：62-63.
[17] 李利敏，吴良欢，马国瑞. 植物吸收铁机理及其相关基
因研究进展[J]. 土壤通报，2010，41（4）：994-998.
[18] 李涛，蒲韵婷，王全华，等. Mn、Cu和 Zn在植物生
长发育中的生理作用[J]. 河北农业科学，2008，12
（6）：12-15.
[19] 赵昶灵，郭维明，陈俊愉. 植物花色形成及其调控机
理[J]. 植物学通报，2005，22（1）：70-81.
[20] Fukui Y，Nomoto K，Iwashita T，et al. Two novel blue
pigments with ellagitanninmoiety，rosa cyanins A1 and
A2 ， isolated from the petals of Rosahybrida[J].
Tetrahedron，2006，62：9661-9670.
[21] 李义龙，肇涛澜，陈立超，等. 花色素苷生物合成及
花色的调控[J]. 生命科学，2008，20（1）：147-152.
[22] Yoshida K，Kitahara S，Ito D，et al. Ferric ions involved
in the flower color development of the Himalayan blue
poppy，meconopsisgrandis[J]. Phytochemistry，2006，
67：992-998.
[23] Yamaguchi T，Fukada-Tanaka S，Inagaki Y，et al. Genes
encoding the vacuolar Na+/H+ exchanger and flower
coloration[J]. Plant and Cell Physiology，2001，42（5）：
451-461.
[24] Kato YT，Yoshida K，Fujimor E，et al. Analysis of metal
elements of hydrangea sepals at various growing stages
by ICP-AES[J]. Biochemistry，2003，14：237-241.