全 文 ：植物学报 Chinese Bulletin of Botany 2012, 47 (5): 437–453, www.chinbullbotany.com
doi: 10.3724/SP.J.1259.2012.00437
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收稿日期: 2012-03-30; 接受日期: 2012-05-17
基金项目: 国家自然科学基金(No.31071824)和国际科技合作项目(No.2011DFA30560)
* 通讯作者。E-mail: wanglsh@ibcas.ac.cn
耐寒睡莲花瓣中花青素苷组成及其与花色的关系
朱满兰1, 2, 王亮生2*, 张会金2, 徐彦军3, 郑绪辰1, 2, 王丽金2, 4
1南京农业大学园艺学院, 南京 210095; 2中国科学院植物研究所北京植物园/资源植物研发重点实验室, 北京 100093
3中国农业大学理学院, 北京 100094; 4中国科学院研究生院, 北京 100049
摘要 睡莲(Nymphaea spp.)为多年生水生观赏花卉。以耐寒睡莲不同花色的119个栽培品种为材料, 利用高效液相色谱
(HPLC-DAD)和液质联用技术(HPLC-ESI-MSn)测定了其花瓣中的花青素苷成分。采用英国皇家园艺学会比色卡(RHSCC)和国
际照明委员会(CIE)制定的CIEL*a*b*表色系统测量了57个品种的花色, 运用多元线性回归方法分析花色与花青素苷组成之间
的关系。结果表明: 耐寒睡莲花瓣中含有14种花青素苷, 其中飞燕草素-3-半乳糖-5-乙酰-半乳糖苷(Dp3Ga5acetylGa)、飞
燕草素-3-鼠李糖-(1→2)-半乳糖苷(Dp3Rh(1→2)Ga)、矢车菊素-3-半乳糖-(1→2)-半乳糖苷(Cy3Ga(1→2)Ga)、矢车菊素-3-
乙酰-半乳糖-(1→2)-半乳糖苷(Cy3acetylGa(1→2)Ga)、矢车菊素-3-没食子酰-半乳糖苷(Cy3galloylGa)、飞燕草素-3-乙酰-
葡萄糖苷(Dp3acetylG)、飞燕草素-3-葡萄糖苷(Dp3G)和矢车菊素-3-半乳糖-半乳糖-半乳糖苷(Cy3GaGaGa)8个组分在耐寒
睡莲中为首次报道。Dp3Ga、Dp3galloylGa、Cy3Ga(1→2)Ga和Cy3galloylGa是决定耐寒睡莲呈色的关键花青素苷。
关键词 花青素苷, 花色, 耐寒睡莲, 高效液相色谱, 液质联用
朱满兰, 王亮生, 张会金, 徐彦军, 郑绪辰, 王丽金 (2012). 耐寒睡莲花瓣中花青素苷组成及其与花色的关系. 植物学报
47, 437–453.
睡莲是睡莲科(Nymphaeaceae)睡莲属(Nymph-
aea)多年生水生草本植物, 分为热带睡莲和耐寒睡莲
2个生态类型(黄国振等, 2009)。睡莲花色艳丽、姿态
优美且芳香宜人, 犹如碧水中冰肌脱俗的少女, 因此
享有“水中女神”之称(李清清等 , 2005; 史屹峰 ,
2009)。与荷花一样, 睡莲不仅是观赏植物, 也是环境
修复植物。它可以吸收水体中一些如银、铅、苯酚等
有毒物质, 在水体净化、城市绿化和景观美化中扮演
着非常重要的角色。睡莲全株宜作绿肥 , 其根茎可
入药 , 作为麻醉剂、强壮剂、收敛剂和利尿剂 , 用
于治疗肾炎(Agnihotri et al., 2008)。
睡莲属是睡莲科分布最广的属, 原产于欧洲北部
和东部、亚洲北部至日本、美洲北部。全球共有50
个种, 有5种原产于我国, 即白睡莲(N. alba L.)、雪白
睡莲 (N. candida C. Presl)、睡莲 (N. tetragona
Georgi)、柔毛齿叶睡莲(N. lotus L. var. pubescens)
和延药睡莲(N. nouchali N. L. Burmann)(中国科学院
中国植物志编辑部, 1979; Fu and Wiersema, 2001)。
在睡莲的2个生态类型中, 耐寒睡莲主要分布在北纬
25°以北的亚热带、温带和寒带地区; 而热带睡莲主要
分布在北纬20°以南到南纬20°的地区。睡莲分布广泛,
在云南、四川、浙江、湖北、湖南、黑龙江都有野生
分布(黄国振等, 2009)。在我国, 对睡莲的关注程度远
不如荷花, 多年来仅停留在对睡莲的引种、收集和扩
繁阶段, 育种工作则相对落后。中国科学院植物研究
所是国内最早引种睡莲的单位。而引进耐寒睡莲品种
最早的是南京中山植物园, 20世纪80年代初他们从美
国华盛顿树木园引入耐寒品种17个。20世纪90年代
末, 中国科学院武汉植物园引种耐寒及热带品种已达
50多个(邹秀文等, 2003)。到了21世纪初, 南京艺莲
苑共引种搜集耐寒及热带品种100多个。在2001–
2006年间, 青岛中华睡莲世界育成耐寒睡莲品种72
个, 热带睡莲品种20多个(谭川江, 2005a, 2005b; 黄
国振等, 2009; 黄国振和李刚, 2010)。上述引种育种
成果极大地丰富了我国睡莲的品种资源。
类黄酮(flavonoid)化合物是一类在植物界广泛分
布的次生代谢产物, 也是大多数花色形成的决定性色
素群。而花青素苷(anthocyanin)是最重要的类黄酮类
·研究论文·
438 植物学报 47(5) 2012
色素, 是呈现红、粉、紫、蓝等颜色的主体色素。除
此之外, 花青素苷还具有很重要的生物功能, 如抗氧
化、防癌和抗炎等(Bomser et al., 1996; Kalt et al.,
2000; Juranić and Žižak, 2005; Zafra-Stone et al.,
2007)。
目前, 有关睡莲花瓣的色素组成尚未见系统研
究, 仅有少数几篇报道。在这些报道中, 共有9种花青
素苷分别从Nymphaba × marliacea var. escarbou-
cle的红色花和叶、白睡莲(N. alba)略带红色的叶以及
N. caerulea的蓝色花中分离出来(Fossen and And-
ersenet, 1997, 1999, 2001; Fossen et al., 1998)。由
于品种数量和分析技术的限制, 睡莲花瓣中花青素苷
的类型和数量目前仍不清楚。因此有必要收集尽可能
多的品种, 运用更先进的技术来鉴定花青素苷的结
构, 进而弄清花色形成的化学机制。同时, 为选择优
良亲本培育出理想花色奠定基础。
本研究利用高效液相色谱-光电二极管阵列检测
(HPLC-DAD)和高效液相色谱-电喷雾离子化-质谱联
用(HPLC-ESI-MSn)技术鉴定出耐寒睡莲花瓣中的未
知花青素苷成分; 结合花色表型分析, 阐明花色与花
青素苷组成之间的关系, 揭示耐寒睡莲花色的形成机
制, 以期为蓝色、紫色和蓝紫色等新花色的育种提供
科学依据。
1 材料与方法
1.1 植物材料和试剂
耐寒睡莲于2010年采自中国科学院植物研究所北京
植物园荷花睡莲种质资源圃(39°48N, 116°28E, 海
拔76 m), 共119个栽培品种。采集第1天盛开的花瓣。
这些品种均从全国各地引种, 栽在相同尺寸的缸中
(直径40 cm; 高度30 cm), 放入同一规格的小池(长×
宽×深=140 cm×140 cm×70 cm)中, 且栽培条件(包括
施肥、灌溉及病虫害防治措施)相同。各品种在资源圃
中均已种植3年以上。每个品种重复采集3次。
花青素苷标准品锦葵素-3, 5-二葡萄糖苷(mal-
vidin-3,5-O-diglucoside, Mv3G5G; 纯度93.8%)购于
法国Extrasynthese(Genay, France)。黄酮醇标准品
芦丁(纯度91.7%)购自中国药品生物制品检定所。有
机溶剂包括分析纯甲醇、甲酸、盐酸、三氟醋酸(TFA)
购自北京化工厂。色谱纯甲醇和乙腈购于北京先明乐
施科技发展有限公司。HPLC级水由Milli-Q超纯水系
统(Millipore, Billerica, MA, USA)制备。
1.2 花色表型测定
新鲜花瓣采集后立即进行花色测定。一种方法是用英
国皇家园艺学会比色卡(Royal Horticultural Society
Colour Chart, RHSCC)与花瓣花色进行比对。另一种
方法是用国际照明委员会(International Commission
on Illumination, CIE)制定的CIEL*a*b*表色系统实现
花色的数字化测定, 即利用分光色差计(NF333, spe-
ctrophotometer, Nippon Denshoku Industries Co.
Ltd., Japan)在C/2°光源下测定花瓣的明度L*值、色相
a*值和b*值。实验设5次重复, 测定位置均为花瓣上表
皮的中央部位。根据色相 a*值、 b*值计算彩度
C*=(a*2+b*2)1/2和色相角h=arctan b*/a*。在CIE L*a*b*
系统中, L*值从0–100, 代表着明度由暗到明的变化;
色相a*值由负到正, 表示绿色的减退、红色的增强;
色相b*值由负到正, 表示蓝色的减退、黄色的增强(He
et al., 2011)。彩度C*是描述色彩的鲜艳程度, C*值越
大, 颜色越深。色相角h是对红、橙、黄、绿、青、
蓝、紫7种颜色色调的描述, 0°附近是红色区域, 逆时
针旋转经过橙色到达90°, 其附近为黄色, 180°附近
是绿色区域, 270°附近是蓝色区域, 经过紫色区域,
到达360°, 又回到了红色区域(Gonnet, 1998, 1999)。
1.3 色素定性分析
1.3.1 花青素苷化合物的提取
准确称取花瓣1.0 g左右, 加液氮研磨成粉末。然后加
入甲醇:盐酸:水=70:0.1:29.9 (v/v/v)的提取液, 振荡
后置于超声清洗器中20°C超声20分钟, 继而用离心
机12 235 × g 离心10分钟, 收集上清液。共提取3次,
提取总体积为10 mL。将收集到的抽提液混合并用
0.22 μm孔径的尼龙微孔滤器过滤后, 保存于–40°C
冰箱中。样品用于花青素苷的HPLC-DAD及HPLC-
ESI- MSn定性定量分析。

1.3.2 HPLC-DAD分析
抽提液样品使用戴安(Dionex HPLC-DAD)系统分离
分析, 包括二元梯度泵(P680A LPG-4)、自动进样器
(UltiMate 3000)、色谱柱控温箱(TCC-100)、光电二
极管阵列检测器 (PDA-100)和变色龙色谱工作站
朱满兰等: 耐寒睡莲花瓣中花青素苷组成及其与花色的关系 439
(Chameleon 6.60)。色谱柱为日本Tosoh株式会社生
产的TSK gel ODS-80Ts QA反相硅胶柱(4.6 mm ×
250 mm, 5 μm)。分析条件: 流速0.8 mL·min–1, 柱温
35°C, 进样体积10 μL, 200–800 nm范围内全波长扫
描吸收光谱, 花青素苷的检测波长为525 nm。流动相
A相为10%甲酸水(含有0.1%TFA)(v/v); B相为0.1%
甲酸乙腈。线性洗脱程序 : 0分钟 , 8%B; 15分钟 ,
18%B; 25分钟 , 23%B; 45分钟 , 40%B; 50分钟 ,
8%B。

1.3.3 HPLC-ESI-MSn分析
采用安捷伦(Agilent 1100 LC/MSD Trap VL)液质联
用系统进行HPLC-ESI-MSn分析。液相色谱分析条件、
流动相组成与洗脱程序与1.3.2节所述相同。质谱分析
条件: 电喷雾离子化(ESI), 离子阱分析器, 正离子模
式, 全离子扫描, 扫描范围(m/z): 100–1 000 u。毛细
管电压4 000 V, 喷雾器压力35 psi, 干燥气(N2)流速
8 L·min–1, 干燥温度 350°C, 毛细管出口电压为
120.4 V, 毛细管偏移电压为77.2 V。用LC/MSD Trap
软件(5.2版)分析质谱结果。
1.4 色素定量分析
在上述液相色谱条件下, 利用HPLC-DAD方法分别
在525 nm与350 nm同时检测花瓣中总花青素苷含量
(total anthocyanins content, TA)和其它类黄酮的总
含量(total other flavonoids content, TF)。采用标准品
半定量法分别计算每克新鲜花瓣中含有的相对于标
准品的TA值和TF值(单位均为mg·g –1)。并计算每个品
种的各个花青素苷组分的含量, 以比较栽培品种之间
色素组成的差异。
1.5 数据分析
应用SigmaPlot 10.0和Origin 8.0软件作图。用SPSS
17.0软件进行多元逐步回归(stepwise)分析。
2 结果与讨论
2.1 花色分布
耐寒睡莲的花色大体上可以分为白、黄、红和粉色4
种色系(图1), 但是同一色系不同品种的花色表现稍
有差异。图2显示了57个耐寒睡莲栽培品种的花色分
布, 包括由色相a*值和b*值构成的二维空间分布图(图
2A)和由L*、a*和b*值组成的三维空间分布图(图2B)。
具体数值见表1。由图2B可以看出, 耐寒睡莲的花色
比较单一, 大致分布在一条曲线上; 而从图2A中可以
发现, 耐寒睡莲的花色很有规律地落在一条跨越一、
二、四象限的曲线上。黄色、淡黄色和白色品种落在
第二象限内, 粉色品种基本都在第一象限, 而红色品
种在一、四象限内都有分布。色相a*、b*值之间呈负
相关, 关系式为b*=–0.454 1a*+9.217 7(R²=0.689 7),
即a*值变大, 则b*值变小。
2.2 花青素苷定性分析
利用HPLC-ESI-MSn在119个耐寒睡莲品种的花瓣中
共检测出14种花青素苷成分(图3)。花青素苷的紫外-
可见光谱及质谱数据如表2所示。
在HPLC-MSn正离子模式下, 分子离子[M+H]+可
以进一步被打碎, 得到二级甚至三级碎片粒子, 这些
粒子对花青素苷结构的鉴定有很大的作用。表2列出
了耐寒睡莲花瓣中花青素苷的特征数据, 包括保留时
间、最大吸收波长、440 nm处的吸光值与最大可见
波长处吸光值的比值(E440/Evis-max)以及特征粒子的质
荷比(Harborne, 1958)。据此, 在耐寒睡莲119个品种
的花瓣中共推定出14种花青素苷成分, 其中包括6种
矢车菊素衍生物和8种飞燕草素衍生物。花青素苷的
化学结构式见图4。对照文献(Fossen and Ander-
senet, 1997, 1999, 2001; Fossen et al., 1998)和我
们近期对热带睡莲的研究结果(Zhu et al., 2012), 发现
a2、a4、a8、a10、a11和a13这6个组分为已知化合物,
依次为飞燕草素-3-半乳糖苷(delphinidin-3-O-β-
galactopyranoside, Dp3Ga)、飞燕草素-3-(2-没食子
酰-半乳糖苷)(delphinidin-3-O-(2"-O-galloyl-β-gala-
ctopyranoside), Dp3galloylGa)、飞燕草素-3-(6-乙酰
-半乳糖苷)(delphinidin-3-O-(6"-O-acetyl-β-galact-
opyranoside), Dp3acetylGa)、飞燕草素-3-(2-没食子
酰-6"-乙酰-半乳糖苷)(delphinidin-3-O-(2"-O-galloyl-6"-
O-acetyl-β-galactopyranoside), Dp3galloyl-acetyl-Ga)、
矢车菊素-3-(6-乙酰-半乳糖苷)(cyanidin-3-O-(6"-O-
acetyl-β-galactopyranoside), Cy3acetylGa)和矢车
菊素-3-(2-没食子酰-6"-乙酰-半乳糖苷)(cyanidin-
3-O-(2"-O-galloyl-6"-O-acetyl-β-galactopyranoside),
Cy3galloyl-acetylGa)。经对照文献(Harborne, 1958)
440 植物学报 47(5) 2012



图1 耐寒睡莲的典型花色
品种名: (A) 喜庆; (B) 露易丝; (C) 红蜘蛛; (D) 红雷克; (E) 白
仙子; (F) 墨西哥黄睡莲; (G) 霞光万丈; (H) 大主教; (I) 粉睡莲

Figure 1 Representative petal colors from hardy water lily
Cultivar name: (A) Celebration; (B) Louise; (C) Red Spider; (D)
Laydekeri Fulgens; (E) Gonnere; (F) Mexicana; (G) Xia
Guang Wan Zhang; (H) Mrs. C. W. Thomas; (I) Pink Water Lily
发现E440/Evis-max(%)的值相差6左右时, 它们的连接
位置都在3-位。据此, 除a1外的其它化合物均只在3-
位发生了糖苷化和酰基化。
其中a1、a3、a5、a6、a7、a9、a12和a14这8
个组分是首次在耐寒睡莲花瓣中报道。
a1: 质谱数据给出分子离子峰m/z 669[M+H]+,
其裂解产生碎片离子 m/z 627[M+H-42]+、 m/z
507[M+H-162]+和m/z 465[M+H-(162+42)]+, 得到苷
元离子m/z 303[Y0]+, 可以发现其丢失了2个m/z
162u(与己糖分子量一致)和一个m/z 42u(与乙酰基分
子量一致)。因此判断出a1中参加糖苷化的是2个单糖,
而在睡莲花瓣中参与糖苷化的糖主要是半乳糖。由于
碎片m/z 465相对丰度大于m/z 507, 加之在花青素
苷中5-位的羟基更容易发生糖苷化(Cuyckens and
Claeys, 2004), 因此可以将a1推定为飞燕草素-3-半
乳糖-5-乙酰-半乳糖苷(delphinidin-3-O-galactoside-
5-O-acetyl-galactoside, Dp3Ga5acetylGa)。
a3: 其质谱信息和热带睡莲里鉴定的飞燕草素
-3-鼠李糖-(1→2)-半乳糖苷相同, 即分子离子峰m/z
611[M+H]+、碎片离子m/z 449[M+H-162]+和苷元离
子m/z 303[Y0]+, 并且在保留时间、吸收波长和
E440/Evis-max比值上都几乎相同。因此可以判断出a3是




图2 耐寒睡莲花色的二维(a*和b*)(A)和三维(a*、b*和L*)(B)分布图

Figure 2 Flower color distribution of hardy water lily cultivars in coordinate systems of bivariate (a* and b*) (A) and trivariate (a*,
b*, and L*) (B)

朱满兰等: 耐寒睡莲花瓣中花青素苷组成及其与花色的关系 441
表1 耐寒睡莲57个栽培品种的花色数据
Table 1 Petal colors and color parameters of 57 cultivars of hardy water lily
CIE L*a*b* Cultivar name

Colour RHSCC
L* a* b* C* h
Albida Marliac White N155B 79.29 –0.30 5.70 5.70 –1.52
5 White NN155C 75.91 –2.09 3.42 4.01 –1.02
15 White White NN155B 80.12 –3.06 5.60 6.38 –1.07
Gonnere White NN155B 80.27 –2.86 5.56 6.25 –1.10
Attraction White NN155C 75.78 –1.77 3.46 3.89 –1.10
White Queen White NN155C 78.41 –2.88 5.49 6.20 –1.09
Fei Bian White 155C 80.11 –4.37 8.18 9.28 –1.08
Ri Sheng White N155D 77.10 –1.50 4.78 5.01 –1.27
1 Red Red 64B 55.94 26.45 –2.83 26.60 –0.11
Mansanillo Red 75B 63.73 9.86 2.66 10.21 0.26
Conguerr Red 78B 58.76 23.43 –0.28 23.43 –0.01
Sultan Red 78D 63.49 13.65 1.05 13.69 0.08
Rembrandt Red 70C 60.44 21.55 –1.46 21.60 –0.07
Newton Red 78C 66.59 12.08 1.75 12.21 0.14
Celebration Red 64C 51.75 35.06 –2.50 35.15 –0.07
Magnificent Red 62B 56.52 19.77 –1.47 19.82 –0.07
Almost Black Red 64A 37.20 28.01 –2.20 28.10 –0.08
Mrs Marliac Red 65A 49.49 19.72 –1.14 19.75 –0.06
Joanne Pring Red 78C 63.74 11.06 –1.61 11.17 –0.14
Marliacea Rubra Punctata Red 78B 61.01 22.22 –1.27 22.25 –0.06
W.B.Sahw Red N57D 53.40 31.92 –1.91 31.97 –0.06
63 Red 64C/78A 41.89 36.90 –2.19 36.96 –0.06
Red Spider Red 185D 55.94 23.09 4.18 23.47 0.18
Pink Peony Red 73C 62.16 25.11 –1.28 25.14 –0.05
Colorado Red 62B 59.40 22.30 –1.26 22.34 –0.06
Mary Red 75C 68.93 8.88 2.69 9.28 0.29
Laydekeri Fulgens Red 64A 46.47 33.01 –3.99 33.25 –0.12
Conqueror Red 64A 36.83 30.82 –1.45 30.86 –0.05
Louise Red 70B 55.28 26.01 –3.50 26.24 –0.13
Firecrest Red 68B 48.35 22.68 –1.90 22.76 –0.08
Rose Arey Red 68B 57.29 30.04 –2.85 30.17 –0.09
102 Red Red 64B 42.50 39.85 –3.87 40.03 –0.10
Lei Mu Pu Lan Te Red 64B 52.40 28.23 –4.14 28.53 –0.15
Martha Red 64A 44.70 34.73 –3.37 34.89 –0.10
114 Red 64B 49.11 25.47 –2.98 25.64 –0.12
115 Red Red N57D 54.58 33.23 –3.57 33.42 –0.11
Mei Wei Li Red N66D 56.21 17.95 –0.69 17.96 –0.04
111 Pink Red 62C 65.50 17.89 1.36 17.94 0.08
Msrliacea crarhea Pink 62D 68.93 12.84 1.47 12.93 0.11
Darwin Pink 56C 75.51 2.47 4.25 4.92 1.05
Arc-en-ciel Pink N155B 74.91 1.81 3.76 4.18 1.12
Ray Davies Pink 65C 69.30 9.17 2.96 9.63 0.31
90 Pink 65D 69.98 4.78 5.06 6.96 0.81
104 Pink Pink 75D 69.51 9.45 1.07 9.51 0.11
106 Pink 69D 77.59 6.41 5.26 8.30 0.69

442 植物学报 47(5) 2012
表1 (续) Table 1 (continued)
CIE L*a*b* Cultivar name

Colour RHSCC
L* a* b* C* h
115 Pink Pink 56C 71.31 4.86 2.77 5.59 0.52
Hong Bao Pink 75D 74.99 2.04 5.01 5.41 1.18
Ren Ze Pink 56D 75.61 9.32 4.10 10.19 0.41
Texas Dawn Yellow 1D 76.81 –7.54 21.34 22.63 –1.23
Charlene Strawn Yellow 1D 75.59 –9.05 19.08 21.12 –1.13
Li Ming Yellow 3D 76.83 –8.51 23.30 24.81 –1.22
Odorata Sulphurea Yellow 1D 76.35 –10.55 23.92 26.14 –1.16
Mexicana Yellow 2C 79.80 –12.82 31.83 34.31 –1.19
Sunrise Yellow 1D 76.11 –8.00 17.74 19.46 –1.15
Barbara Dobbins Yellow 2D 73.85 –1.03 15.66 15.69 –1.51
104 Yellow Yellow 1D 74.77 –7.92 17.46 19.17 –1.14
Sioux Yellow 1D 70.61 –8.02 19.81 21.37 –1.19
RHSCC: 英国皇家园艺学会比色卡; L*: 明度; a*, b*: 色相; C*: 彩度, C*=(a*2+b*2)1/2; h: 色相角, h=arctan(b*/a*)
RHSCC: Royal Horticultural Society Colour Chart; L*: Lightness; a*, b*: Chromatic components; C*: Chroma, C*=(a*2+b*2)1/2; h:
Hue angle, h=arctan (b*/a*)


飞燕草素 -3-鼠李糖 -(1→2)-半乳糖苷 (delphinidin-
3-O-rhamnosyl-(1→2)-galactoside, Dp3Rh(1→2) Ga)。
a6: 分子离子峰为m/z 653[M+H]+丢失1个m/z
(162+42)u得到碎片离子峰 m/z 449[M+H-(162+
42)]+, 再丢失 1个m/z 162u得到苷元离子峰m/z
287[Y0]+。由于在质谱数据中没有发现碎片离子峰m/z
491[M+H-162]+, 因此可以判断a6是一种被酰基化且
被双糖苷化的花青素苷。根据碎片m/z 449的相对丰
度小于m/z 287, 判定双糖之间的糖苷键是1→2连接
方式。最终将a6推定为矢车菊素 -3-乙酰 -半乳糖
-(1→2)-半乳糖苷 (cyanidin-3-O-acetyl-galactosyl-
(1→2)-galactoside, Cy3acetylGa(1→2)Ga)。
a5: 其质谱信息有加钠峰m/z 633[M+Na]+、分子
离子峰m/z 611[M+H]+、碎片离子峰m/z 449[M+
H-162]+和苷元离子m/z 287[Y0]+。由于a5和a6的最大
吸收波长及E440/Evis-max比值都很接近, 所以推定a5
也是被双糖苷化的花青素苷, 加之碎片离子m/z 449
的相对丰度小于苷元离子m/z 287, 判定双糖之间的
糖苷键也是1→2连接方式。故可将a5推定为矢车菊素
-3-半乳糖-(1→2)-半乳糖苷(cyanidin-3-O-galactosyl-
(1→2)-galactoside, Cy3Ga(1→2) Ga)。
a7: 其分子离子连续丢失m/z 152u(与没食子酰
基一致)和m/z 162u产生m/z 287。推定a7为矢车菊素
-3-没食子酰-半乳糖苷(cyanidin-3-O-galloyl-galacto-
side, Cy3galloylGa)。
a9: 与已知化合物a8的质谱信息 (加钠峰m/z
529[M+Na]+、分子离子峰m/z 507[M+H]+和苷元离子
峰m/z 303[Y0]+)完全相同 , 紫外吸收波长及E440/
Evis-max值也相近。由于葡萄糖的出峰时间晚于半乳糖,
因此可以将其推定为飞燕草素 -3-乙酰 -葡萄糖苷
(delphinidin-3-O-acetyl-glucoside, Dp3acetylG)。
a12: 质谱信息(加钠峰m/z 487[M+Na]+、分子离
子峰m/z 465[M+H]+和苷元离子峰m/z 303[Y0]+)与已
知组分a2完全相同。由于半乳糖的出峰时间早于葡萄
糖, 因此将a12推定为飞燕草素-3-葡萄糖苷(delph-
inidin-3-O-glucoside, Dp3G)。
a14: 质谱信息有加钠峰m/z 795[M+Na]+、碎片
离子m/z 449[M+H-(162+162)]+和苷元离子m/z 287
[Y0]+。由于没有发现碎片离子m/z 611[M+H-162]+,
只能推测参与该化合物糖苷化的是一个三糖, 进而推
定 a14为矢车菊素 -3-半乳糖 -半乳糖 -半乳糖苷
(cyanidin-3-O-galactosyl-galactosyl-galactoside, Cy3-
GaGaGa)。
2.3 花青素苷定量分析
在耐寒睡莲花瓣中检测出14种花青素苷, 其中8种是
首次在耐寒睡莲中被发现 , 其它6种与以往报道一
致。表3列出了119个耐寒睡莲品种的花青素苷组成。
朱满兰等: 耐寒睡莲花瓣中花青素苷组成及其与花色的关系 443



图3 耐寒睡莲花瓣中花青素苷组成的HPLC图谱(检测波长为525 nm)
(A) 紫睡莲(C图)在8–18分钟的色谱图放大; (B) 红雷克; (C) 紫睡莲; (D) 霞光

Figure 3 The anthocyanin HPLC profiles of hardy water lily petals (detected at 525 nm)
(A) The enlargement of graph C (Atropurpurea) in 8–18 min; (B) Laydekeri Fulgens; (C) Atropurpurea; (D) Pink Sunrise


从表3可以看出, Dp3Ga、Dp3G和Cy3Ga是耐寒睡莲
花瓣中的主要花青素苷, 三者的总含量占花青素苷总
含量(TA)的90%以上。在红色系中, 红雷克(Laydek-
eri Fulgens)的TA最高, 达5.22 mg·g–1, 征服者(Con-
queror)次之, 并且它们的Dp含量都远高于Cy含量,
是典型的D p型 , 类似的品种还有墨玉 ( A l m o s t
Black)、阿托普里亚(Atropurpurea)、红蜘蛛(Red
Spider)、红公主(Red Princess)等; 只有霞光(Pink
Sunrise)、粉鲜(Fen Xian)、红仙子(Rose Arey)和115
红(115 Red)这4个品种中Cy含量稍高于Dp含量, 色
素类型是Cy型。在粉色系中, TA最高的是月香(Yue
Xiang), 121粉(121 Pink)次之, 且它们的Dp含量也都
高于Cy含量, 色素类型是典型的Dp型; 除科罗拉多
(Colorado)、戴维斯(Ray Davies)、90、冷漠(Colo-
ssea)和115粉(115 Pink)5个品种的色素类型是Cy型
外, 其余的粉色系品种都是Dp型。在黄色系和白色系
中, 部分品种含有花青素苷, 但含量相对于红色系和
粉色系品种而言较低。在黄色系中含有花青素苷的品
种大部分是变色品种, 它们的花色表现在黄色的基础
上还掺杂着其它色彩(图1G)。类似的品种还有金光
(Aurora)、科曼契人(Comanche)、芭芭拉(Barbara
Dobbins)等, 但是它们的TF值比其它颜色的品种要

444 植物学报 47(5) 2012
表2 耐寒睡莲花瓣中花青素苷HPLC-DAD和HPLC-ESI-MS分析及结构鉴定和推定结果
Table 2 HPLC-DAD and HPLC-ESI-MS analysis of anthocyanins in hardy water lily petals as well as the characterization and
tentative identification
No. Identification /
Tentative identification
tR
(min)
λmax
(nm)
E440/Evis-max
(%)
EST-(+)-MS(m/z)
a1 delphinidin-3-O-galactoside-5-O-
acetyl-galactosidea
8.54 278, 523 23.9 691[M+Na]+(1), 669[M+H]+(66),
627[M+H-42]+(11), 507[M+H-162]+(25),
465[M+H-(162+42)]+(82), 303[Y0]+(100)
a2 delphinidin-3-O-β-galactopyrano-
side
9.00 279, 524 28.2 487[M+Na]+(4), 465[M+H]+(43), 303[Y0]+(100)
a3 delphinidin-3-O-rhamnosyl-(1→2)
-galactosidea
9.90 –, 524 28.1 633[M+Na]+(4), 611[M+H]+(100),
449[M+H-162]+(18), 303[Y0]+(43)
a4 delphinidin-3-O-(2"-O-galloyl-β-
galactopyranoside)
10.48 278, 528 24.2 639[M+Na]+(7), 617[M+H]+(24), 303[Y0]+(100)
a5 cyanidin-3-O-galactosyl-(1→2)-
galactosidea
11.51 282, 517 31.1 633[M+Na]+(4), 611[M+H]+(17),
449[M+H-162]+(77), 287[Y0]+(100)
a6 cyanidin-3-O-acetyl-galactosyl-(1
→2)-galactosidea
12.57 283, 517 31.3 653[M+H]+(11), 449[M+H-(162+42)]+(14),
287[Y0]+(100)
a7 cyanidin-3-O-galloyl-galactosidea 13.23 278, 517 27.8 623[M+Na]+(6), 601[M+H]+(14), 49[M+H-152]+(2),
439[M+H-162]+(3), 287[Y0]+(100)
a8 delphinidin-3-O-(6"-O-acetyl-β-
galactopyranoside)
15.88 284, 525 28.8 529[M+Na]+(5), 507[M+H]+(31),
465[M+H-42]+(6), 303[Y0]+(100)
a9 delphinidin-3-O-acetyl-glucosidea 16.20 278, 526 27.2 529[M+Na]+(5), 507[M+H]+(68), 303[Y0]+(100)
a10 delphinidin-3-O-(2"-O-galloyl-6"-O-
acetyl-β-galactopyranoside)
18.27 278, 529 23.7 681[M+Na]+(2), 659[M+H]+(28),
465[M+H-(152+42)]+(1), 303[Y0]+(100)
a11 cyanidin-3-O-(6"-O-acetyl-β-ga-
lactopyranoside)
19.12 282, 518 30.1 513[M+Na]+(5), 491[M+H]+(67), 287[Y0]+(100)
a12 delphinidin-3-O-glucosidea 19.25 –, 530 22.6 487[M+Na]+(42), 465[M+H]+(7), 303[Y0]+(100)
a13 cyanidin-3-O-(2"-O-galloyl-6"-O-
acetyl-β-galactopyranoside)
21.65 281, 521 27.9 665[M+Na]+(5), 643[M+H]+(33), 287[Y0]+(100)
a14 cyanidin-3-O-galactosyl-galacto-
syl-galactosidea
23.39 –, 520 27.6 795[M+Na]+(100), 449[M+H-(162+162)]+(2),
287[Y0]+(89)
a 首次报道; tR: 保留时间; [M+H]+: 糖苷分子加氢; [M+Na]+: 糖苷分子加钠; [Y0+]: 苷元离子
a Reported for the first time; tR: Retention time; [M+H]+: Glycoside molecular ion add hydrogen; [M+Na]+: Glycoside molecular ion
add sodium; [Y0+]: Aglycone molecular ion



图4 耐寒睡莲花瓣中花青素苷的化学结构式

Figure 4 The chemical structure scheme of anthocyanins detected in petals of hardy water lily

朱满兰等: 耐寒睡莲花瓣中花青素苷组成及其与花色的关系 445

446 植物学报 47(5) 2012

朱满兰等: 耐寒睡莲花瓣中花青素苷组成及其与花色的关系 447

448 植物学报 47(5) 2012

朱满兰等: 耐寒睡莲花瓣中花青素苷组成及其与花色的关系 449

450 植物学报 47(5) 2012
高得多, 最高达13.92 mg·g–1。
2.4 花色与花青素苷组成的关系
花色与花瓣中色素的组成、理化性质、液泡内pH值以
及花瓣表皮细胞形状与组织结构等多种因素有关, 但
其中最重要的影响因素是色素组成。因此, 为了探讨
耐寒睡莲色素组成与花色的关系, 以表征花色的明度
L*值、色相a*值和b*值作为因变量, 色素组成数据(14
种花青素苷成分的含量, 单位为μg·g–1FW)作为自变
量, 通过逐步回归(stepwise)的方法建立花色与色素
种类和含量之间的回归方程, 推导出二者之间的数量
关系。统计分析结果如下:
L*=73.876–0.088Dp3Ga–0.111Dp3galloylGa,
R=0.828, P=0.000;
a*=0.870+0.075Dp3Ga+0.126Dp3galloylGa+
0.092(Cy3Ga(1→2)Ga), R=0.834, P=0.000;
b*=4.782–0.048Dp3Ga+0.002Dp3acetylG+0.001
(Dp3galloyl-acetylGa)+0.002Cy3acetylGa–0.024Dp-
3galloylGa+0.001Dp3G+0.003(Cy3galloyl-acetylGa)
+0.003Dp3acetylGa+0.001Cy3acetylGaGa–0.046
Cy3galloylGa, R=0.922, P=0.000
由方程的回归系数R和显著程度P可以看出, 耐
寒睡莲的花色与色素组分之间存在极显著的相关性
(P<0.01), 且根据回归方程系数的绝对值大小可直接
判断色素组成对花色贡献的大小(张洁等, 2011)。明
度L*值表示花色的明亮程度。回归方程显示, Dp3Ga
和Dp3galloylGa的含量与L*值呈负相关, 并且这2种
化合物都是飞燕草素-3-位半乳糖苷类型的化合物,
因此, Dp3Ga和Dp3galloylGa含量的积累可降低花瓣
的明度。色相a*值正的方向反映花瓣的红色程度, 即
a*值越大花色越红。回归方程表明, Dp3Ga、Dp3-
galloylGa和Cy3Ga(1→2)Ga的含量与a*值呈正相关。
这3种色素的积累有利于花瓣颜色变得更红。色相b*
值正的方向表示花瓣的黄色程度。回归方程表明影响
b*值的因素很多, Dp3acetylG、Dp3galloyl-acetylGa、
Cy3acetylGa、Dp3G、Cy3galloyl-acetylGa、Dp3ace-
tylGa和Cy3acetylGaGa的含量与b*值呈正相关; 而
Dp3Ga、Dp3galloylGa和Cy3galloylGa的含量与b*值
呈负相关, 且负相关的各个组分相关系数的绝对值都
大于正相关的各个组分。
因此, Dp3Ga、Dp3galloylGa、Cy3Ga(1→2)Ga
和Cy3galloylGa是决定耐寒睡莲花色的主要成分。值
得注意的是, Dp3Ga和Dp3galloylGa这2种花青素苷
与L*值和b*值都呈负相关, 与a*值呈正相关, 二者含
量的积累能降低花瓣的明度和黄色程度, 同时有利于
耐寒睡莲花色的红色化。
3 讨论
3.1 耐寒睡莲与热带睡莲花青素苷组成的差异
从花色上看, 耐寒睡莲有红、粉、黄、白4色, 热带睡
莲比耐寒睡莲要丰富得多, 除具有红、黄、白色外, 还
具有耐寒睡莲缺乏的蓝色和蓝紫色, 因此二者花色表
型的差异很明显。从花青素苷组成上看, 我们的研究
结果显示(Zhu et al., 2012), 耐寒睡莲花瓣中含有的
花青素苷元与热带睡莲是一致的, 都只含有Dp和Cy
型色素, 并且参与糖苷化糖的类型和参与酰基化有机
酸的类型无明显差异。在热带睡莲花瓣中共检出11
种花青素苷, 包括7种Dp衍生物、3种Cy衍生物和1种
未知的组分; 而在耐寒睡莲花瓣中共检出14种花青
素苷, 包括8种Dp衍生物和6种Cy衍生物, 其中5种花
青素苷是这 2个生态类型的睡莲都含有的 , 即
Dp3Rh(1→2)Ga、 Dp3galloylGa、 Dp3acetylG、
Dp3galloyl-acetylGa和Cy3galloyl-acetylGa。从总花
青素苷含量来看 , 耐寒睡莲花瓣中TA最高为5.22
mg·g–1, 其余品种TA在0.88 mg·g–1左右; 而热带睡
莲中颜色很深的红色花品种的花瓣中TA最高, 也仅
为1.43 mg·g–1, 其余品种TA仅为0.39 mg·g–1左右;
热带睡莲花瓣中TA值明显比耐寒睡莲要低得多。热带
睡莲之所以花色比耐寒睡莲丰富, 关键因素就是花青
素苷的组成及含量不同。
3.2 耐寒睡莲蓝色花的育种前景
蓝色系是自然界较少的花卉色系, 世界上许多园艺育
种专家都将蓝色花卉的新品种培育作为育种目标和
研究重点。同样, 在耐寒睡莲中也缺乏深受人们喜爱
的蓝色花, 而热带睡莲却拥有这项殊荣。它们有相同
的花青素苷元, 但花色表现却差异很大, 主要是因为
其Dp型与Cy型色素含量的比例不同、糖苷化位置也
不同。在热带睡莲蓝色花中, 花青素苷全部是3位发
朱满兰等: 耐寒睡莲花瓣中花青素苷组成及其与花色的关系 451



图5 耐寒睡莲花瓣中推定的花青素苷代谢途径
红色箭头和化合物是耐寒睡莲花瓣花青素苷主要的代谢途径和产物。Cy: 矢车菊素; Dp: 飞燕草素; Ga: 半乳糖; G: 葡萄糖; Rh: 鼠
李糖; CHI: 查耳酮异构酶; F3H: 黄烷酮3-羟化酶; F3H: 类黄酮3′-羟化酶; F3′5′H: 类黄酮3′, 5′-羟化酶; DFR: 二氢黄酮醇还原酶;
FLS: 黄酮醇合酶; ANS: 花青素苷元合成酶; GT: 类黄酮糖基转移酶; AT: 酰基转移酶。

Figure 5 Putative anthocyanin biosynthesis pathway related to flower color of hardy water lily
The red arrows indicate the biosynthesis pathway of anthocyanins. Cy: Cyanidin; Dp: Delphinidin; Ga: Glactoside; G: Glucoside;
Rh: Rhamnoside; CHI: Chalcone isomerase; F3H: Flavanone 3-hydroxylase; F3H: Flavonoid 3-hydroxylase; F35H: Flavonoid
3,5-hydroxylase; DFR: Dihydroflavonol reductase; FLS: Flavonol synthase; ANS: Anthocyanidin synthase; GT: Flavonoid gly-
cosyltransferase; AT: Acyltransferase.


生酰基化的Dp型糖苷, 即Dp3galloyl-acetylGa (主要
花青素苷)和(或)Dp3′galloylGa; 蓝紫色花中, 除了以
3′位酰基化的Dp型糖苷为主要花青素苷外, 还含有
少量相同酰基和糖基的3位Dp型糖苷, 即Dp3galloyl-
acetylGa和(或)Dp3galloylGa, 而Cy型色素很少甚至
没有。在耐寒睡莲花瓣中, 没有检测到Dp3位的糖苷,
却检测到了在热带睡莲蓝紫色花中存在的Dp3-
galloyl-acetylGa和Dp3galloylGa, 并且Dp3galloyl-
acetylGa在红雷克和霞光品种中含量都很高(图3B,
D)。我们根据色素分析结果推定了耐寒睡莲花瓣中花
青素苷的代谢途径(图5)。从图5中可以看出, Dp和Cy
型的色素组成都很多 , 其中红色标示的Dp3Ga、
Dp3G和Cy3Ga是耐寒睡莲花瓣中3种主要类型的花
青素苷, 它们经过进一步的糖基化和酰基化可以生成
更多更复杂的化合物。众所周知, Dp是花卉呈现蓝色
的关键花青素苷元。因此要想在耐寒睡莲中培育出蓝
色花, 可以从以下3个方面入手: 一是要提高Dp型、
降低Cy型色素的相对含量甚至不含有Cy型色素; 二
是通过调控代谢途径使糖苷化的位置从3位转移到3′
位; 三是减少最终生成的花青素苷的种类, 最好是以
3′位的酰基化半乳糖苷为主要色素。如图5中所示, 类
黄酮-3′-羟化酶基因(F3′H)是合成Cy的关键基因, 要
想获得开蓝色花的耐寒睡莲, 就必须使其表达减弱甚
至不表达, 关闭Cy的合成路径。而类黄酮-3′, 5′-羟基
化酶基因(F3′5′H)是合成Dp的关键基因, 可以利用基
因工程手段导入细胞色素b5基因 (CYTb5), 促进
452 植物学报 47(5) 2012
F3′5′H的大量表达, 有利于花色趋向蓝色(Holton et
al., 1993; Fukui et al., 2003)。
3.3 耐寒睡莲中花青素类化合物的功能及应用
花青素类化合物一直受到人们的关注, 除了着色功能
外, 更主要的原因在于它们是一类具有非常重要生物
活性的功能化合物。在花青素苷中, Dp和Cy对小鼠
JB6细胞和脂多糖诱导的小鼠巨噬细胞RAW264具抑
制作用, 而天竺葵素(Pg)、芍药花素(Pn)和锦葵素
(Mv)不具有这种抑制作用。其原因是Dp和Cy的B环具
有邻二羟基苯结构, 并且Dp的抑制作用比Cy更为明
显(Hou et al., 2005)。Dp还能保护人类HaCaT角质细
胞和老鼠皮肤以抵御紫外线B介导的氧化应激和细胞
凋亡(Afaq et al., 2007)。在耐寒睡莲中, Dp和Cy是使
耐寒睡莲花瓣呈现生物活性的主要花青素苷, 在开发
睡莲功能性食品、天然色素、保健品和药物等方面具
有较好的应用前景。
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Relationship Between the Composition of Anthocyanins and Flower
Color Variation in Hardy Water Lily (Nymphaea spp.) Cultivars
Manlan Zhu1, 2, Liangsheng Wang2*, Huijin Zhang2, Yanjun Xu3, Xuchen Zheng1, 2, Lijin Wang2, 4
1College of Horticulture, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China; 2 Beijing Botanical Garden/Key Laboratory of
Plant Resources, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093, China; 3Department of Applied
Chemistry, China Agricultural University, Beijing 100094, China; 4Graduate University of the Chinese
Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract Water lily (Nymphaea spp.) is a perennial aquatic flower plant. We investigated color of 57 hardy water lily
cultivars by the Royal Horticultural Society Colour Chart (RHSCC) and International Commission on Illumination CIEL*a*b*
scale. High-performance liquid chromatography (HPLC) with photodiode array detection (DAD) and HPLC electrospray
ionization mass spectrometry (HPLC-ESI-MSn) identified 14 anthocyanins. Eight compounds were identified in the petals
of 119 hardy water lily cultivars for the first time. Multiple linear regression revealed that Dp3Ga, Dp3galloylGa,
Cy3Ga(1→2)Ga and Cy3galloylGa compounds were key pigments in petal color. We discuss differences in anthocyanin
components between hardy and tropical water lily and blue color breeding of hardy water lily.
Key words anthocyanin, flower color, hardy water lily, HPLC-DAD, HPLC-ESI-MSn
Zhu ML, Wang LS, Zhang HJ, Xu YJ, Zheng XC, Wang LJ (2012). Relationship between the composition of antho-
cyanins and flower color variation in hardy water lily (Nymphaea spp.) cultivars. Chin Bull Bot 47, 437–453.
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* Author for correspondence. E-mail: wanglsh@ibcas.ac.cn
(责任编辑: 白羽红)