全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2009, 36 (12) : 1775 - 1782
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2009 - 05 - 25; 修回日期 : 2009 - 10 - 29
基金项目 : 国家自然科学基金项目 (30671714) ; 中国科学院知识创新工程重要方向项目 ( KSCX22YW 2N2043)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: wangls@ ibcas1ac1cn; silandai@gmail1com)
花青苷成分对瓜叶菊花色的影响
孙　卫 1, 3 , 李崇晖 2, 4 , 王亮生 23 , 戴思兰 13 , 徐彦军 5
( 1北京林业大学园林学院 , 北京 100083; 2中国科学院植物研究所北京植物园 , 北京 100093; 3乌鲁木齐市植物园 , 乌
鲁木齐 830011; 4中国科学院研究生院 , 北京 100049; 5中国农业大学理学院 , 北京 100193)
摘 　要 : 通过测定不同花色瓜叶菊舌状花花色表型和定性定量分析其花青苷成分组成 , 探讨不同瓜叶
菊花色表型与其所含花青素类色素类型之间的关系。采用分光色差计 (NF333) 测量了不同花色的色相值。
用高效液相色谱 —光电二极管阵列检测技术 (HPLC - PAD) 和高效液相色谱 —电喷雾离子化 —质谱联用技
术 (HPLC - ESI - MS) 分析花瓣中花青苷和黄酮醇的组成及含量。分析表明 : 花色表型中亮度和花青苷总
量之间存在线性负相关。蓝色和红色瓜叶菊花色分别由飞燕草素苷元 (Dp) 和矢车菊素苷元 (Cy) 为核
心的花青苷决定。粉色瓜叶菊含有 Cy和天竺葵素苷元 ( Pg) 为核心的花青苷。紫色瓜叶菊主要含有 Dp和
Cy为核心的花青苷。瓜叶菊花色亮度与花青苷含量负相关 , 瓜叶菊花红色程度和 Cy为核心的花青苷含量
正相关。瓜叶菊主要由花青素决定其呈色。
关键词 : 瓜叶菊 ; 花色 ; 花青苷
中图分类号 : S 68211 + 1　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2009) 1221775208
An thocyan in s Presen t in Flowers of Senec io cruen tus w ith D ifferen t Colors
SUN W ei1, 3 , L I Chong2hui2, 4 , WANG L iang2sheng23 , DA I Si2lan13 , and XU Yan2jun5
(1 College of Landscape A rchitecture, B eijing Forestry U niversity, B eijing 100083, China; 2B eijing B otanical Garden, Institu te of
B otany, The Chinese A cadem y of Sciences, B eijing 100093, China; 3U rum qi B otanica l Garden, U rum qi 830011, Ch ina;
4 Gradua te U niversity of Chinese A cadem y of Sciences, B eijing 100049, China; 5 College of Science, China A gricultural U niversi2
ty, B eijing 100193, Ch ina)
Abstract: The authors analyzed anthocyanins contained in the Senecio cruen tus DC. flower with different
colors. The cluster analysis made based on the content of anthocyanins in the different flower colors of
S. cruen tus. The floral color was measured by a spectrophotometer (NF333 ). A high performance liquid
chromatography with a photodiode array detector (HPLC - PAD ) and HPLC - electrosp ray ionization - mass
spectrometry (HPLC - ESI - MS) methodswere emp loyed for qualitative and quantitative analysis of anthocya2
nins and flavonols. The major anthocyanin and the relationship between the appearance and the content of an2
thocyanins are found through the cluster analysis. There is a linear negative correlation between the flower
lightness and the total anthocyanins contained in flower petals. The blue and red flower colors of the S.
cruen tus decided by delphinidin (Dp) and cyanidin (Cy). The p ink flowers contained the derivatives of cya2
nidin (Cy) and pelargonidin ( Pg). The purp le flower contained the derivatives of delphinidin and cyanidin.
The lighteness of flower has a negative correlation with the quantity of anthocyanins and the level of redness
has a positive correlation with Cy2type anthocyanins contained in flower. The flower color of the S. cruen tus is
decided by the composition and quantity of the anthocyanins.
Key words: Senecio cruen tus DC. ; flower color; anthocyanin
园 　　艺 　　学 　　报 36卷
影响植物花色的色素主要有 3类 : 类黄酮、类胡萝卜素和甜菜色素 (傅荣昭 等 , 1995)。花青苷
属于类黄酮化合物 , 花青苷种类和含量对花色表型的影响是研究花色基因调控和开展花色分子育种的
重要基础性工作。瓜叶菊品种繁多 , 花色鲜艳丰富 , 特别是具有不常见的蓝色系 , 不同花色之间差别
明显 , 是研究花色素类型与花色表型相关性的极好材料。
前人的研究认为 , 瓜叶菊呈色的主要物质基础是花青苷类物质 , 已经从一种瓜叶菊园艺品种中分
离得到了蓝紫色色素 ( Yoshitama, 1974)。通过研究进一步提出蓝色瓜叶菊中飞燕草素苷的分子结构
式 , 其质谱分析中分子离子峰 (M + ) 的质荷比 m / z为 1 523 ( Goto, 1984)。从瓜叶菊的红色花瓣里
得到的紫红色色素是矢车菊素苷元 ( cyanidin, Cy) 与 3个葡萄糖基和 1个咖啡酰基结合的花青苷
( Yoshitama, 1976)。从粉色瓜叶菊中分离确定了 3种花青苷 , 其分子量分别为 1 167、843和 519
( Toki, 1995)。至今为止的报道主要是针对瓜叶菊中单一花青苷分子组成和结构的研究工作。作者通
过对瓜叶菊所含有的主要花青苷的种类、含量进行全面检测 , 分析花色表型各指标和花青苷组成之间
关系 , 希望找出主要花青苷种类和含量对花色表型影响的规律。
1　材料与方法
111　材料及其花色测定
2008年 1月至 3月在瓜叶菊开花期间 , 从北京市朝阳区金盏林业站取得材料。以温室盆栽的大
花型多花色的瓜叶菊品种 ‘春潮 ’ (Senecio cruen tus‘Chunchao’) 为材料 , 分为粉、浅红、红、紫、
蓝、白色共 6个色系。选择长势整齐 , 花蕾均匀 , 花色一致的植株 , 每色系取 3盆 , 分 3批次重复取
样 , 每次 6种色系各取 1盆 , 每盆取 5朵舌状花 , 先分别测色然后混合 , 取其中约 1 g新鲜花瓣为样
本。为了排除花发育不同阶段对花色表型值和单位花瓣中花青素含量的影响 , 各样本均采集处于开花
第 6阶段 (舌状花长 16～20 mm , 舒展开放至下垂 ) 的舌状花 (孟丽 , 2006)。
取新鲜花瓣中间部分 , 用分光色差计 (NF333型 , 日本电色工业株式会社生产 ) 在 C /2°光源下
测定明度 L3 值、色相 a3 值、b3 值 , 重复 5次 , 以平均值代表花色测定值。
112　花色素提取及含量测定
摘取花瓣后立即用液氮研磨 , 置于低温处用提取液 (甲醇 ∶水 ∶甲酸 ∶三氟醋酸 = 70∶27∶2∶1) 浸
提 24 h。用中性滤纸过滤提取液 , 然后用 012μm过滤器过滤。
采用 D IONEX高效液相色谱仪 (戴安公司 ) 测定花青素成分 (李崇晖 等 , 2008) , 泵为 P680
型 , 自动进样器为 U ltiMate 3000, 二极管阵列检测器为 DAD2100; 柱温箱为 TCC2100; 色谱柱为
TOSOH公司的 TSK2GEL型 ODS280Ts QA (416 mm i1d1 ×150 mm ) 反相硅胶柱。
流动相为 A , B液的混合液。A液为水 ∶甲酸 ∶三氟醋酸 = 9719∶2∶011; B液为水 ∶乙腈 ∶甲酸 ∶三氟
醋酸 = 6219∶35∶2∶011。流动相在进样前经过超声脱气和 012μm超微过滤。进样体积为 10μL, 柱温
25 ℃, 流速为 018 mL·m in - 1。流动相的洗脱梯度为 B相 : 0～20 m in, 30% - 53% ; 20～40 m in,
53% ; 40～45 m in, 53% - 30% ; 45～50 m in, 30% ; 分别以检测波长 530 nm和 350 nm同时检测花
瓣中花青苷和花黄素 (黄酮醇和黄酮 ) 含量 , 采用标准品半定量法计算 , 以 μg·g- 1新鲜花瓣计
(W ang et al. , 2001a)。
标准品锦葵素 3, 5 - O - 二葡萄糖苷 (malvidin23, 52di2O2glucoside, Mv3G5G) 购于法国 Extra2
synthese公司 ; 芦丁 ( quercetin232O2rutinoside, rutin) 购于中国药品生物制品检定所。
采用高效液相色谱 —电喷雾离子化 —质谱联用仪 (HPLC - ESI - MS) 对典型样本进行花青苷和
黄酮醇的结构分析 , 使用 Agilent 1100 LC /MSD Trap VL系统。分析条件 : 色谱柱同上 ; 柱温 25 ℃,
流速 018 mL·m in - 1 , 进样体积 10μL。分析程序同上。采用 Agilent 1100 LC /MSD Trap VL 液质联用
仪进行 HPLC - ESI - MS分析。液相色谱分析条件 : 色谱柱、流速、进样体积和检测波长同上。质谱
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分析条件 : 电喷雾离子化 ( ESI) , 离子阱分析器 , 正离子检测模式 , 全离子扫描范围 (m / z) : 100～
1 600; 毛细管电压 3 500 V, 喷雾器压力 35 p si, 毛细管出口电压 11719 V, 干燥温度 350 ℃, 干燥气
(N2 ) 流速 610 L·m in - 1。用 LC /MSD Trap软件 (512版本 ) 分析质谱结果。
应用 M icrosoft Office Excel 2003进行数据整理及作图 , 用 SPSS 1115对数据进行统计分析。应用
逐步回归的方法进行分析 , 设定大于 0110水平剔除变量 , 小于 0105水平则引入回归方程。
2　结果与分析
211　不同色系植株的花色在三维花色表型空间的分布
用色差计测定瓜叶菊不同花色舌状花 C IE L3 、 a3 、 b3 值 (表 1)。其中随着花色由紫变蓝、变
红、变粉、变白 , L3 值从 14136变到 86196, 表示明度由黑逐渐变亮 ; a3 值由负值变化到正值 , 表示
绿色减退红色增强 , a3 值较大说明花色红的程度较高 ; b3 值由小变大 , 表示由蓝色到黄色的变化 ,
b3 值的负值越小则蓝色越深。
表 1　瓜叶菊 ‘春潮’各色系舌状花的 C IE L 3 、a3 、b3 值
Table 1　The va lues of the C IE L 3 , a3 , b3 of var ious color2ser ies in c inerar ia w ith d ifferen t color
色系 Color2series L 3 a3 b3
白 W hite 86196 - 6151 4188
粉 Pink 63174 24161 - 10151
浅红 L ight red 32125 61133 - 34146
红 Red 21167 52115 - 15128
紫 Purp le 16118 44115 - 42158
蓝 B lue 14136 38182 - 49162
212　不同色系舌状花花青苷组成的特征
依据花青素 HPLC测定步骤得到不同花色瓜叶菊 HPLC图谱 , 根据瓜叶菊花青苷吸收特征峰
(An, 1989) 确定花青苷 , 根据出峰的保留时间不同确定花青苷的种类。测定结果表明 , 瓜叶菊白色
系不含花青苷 , 而浅红色系与红色系主要峰相同 ; 测得粉、浅红、红、紫、蓝色系中花青苷共 18种 ,
其中主要的 5种分别是 H7、H11、H12、H13和 H17 (图 1)。
图 1　瓜叶菊主要花色 HPLC图
F ig. 1　The HPLC f igure of the ma in flower color c inerar ia
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主要花青苷的光谱吸收峰 (图 2) 表明 : H7、H11、H12、H13、H17均在 280～350 nm之间有
两个吸收峰 , 在 480～550 nm之间有一个吸收峰。
图 2　瓜叶菊中主要花青苷 H7、H11、H12、H13、H17吸收光谱
F ig. 2　The light absorption peak of ma in an thocyan in s H7, H11, H12, H13, H17 in c inerar ia
通常酰基化花青苷在紫外光区有一个吸收峰 , 可见光区 485～550 nm之间有一个吸收峰 (An,
1989)。而瓜叶菊的花青苷在 280～350 nm之间的峰有两个 , 在 530 nm左右有一个吸收峰 ( Yoshita2
ma, 1974, 1976)。图 2中吸收峰与文献描述的瓜叶菊花青苷吸收峰特征吻合 , 显示 H7、H11、H12、
H13和 H17均为瓜叶菊花青苷吸收峰。
对 5种花青苷进行质谱解析分析如图 3。位于右侧柱型峰是分子离子 , 其左侧是分子离子裂解 ,
失去不同数量基团得到的碎片离子。
从 5个质谱图 (图 3) 分析 , 各质谱图中均可以看到花青苷特征碎片 , 根据出现的特征离子可以
判定花青苷的类型。其质荷比 (m / z) 分别为天竺葵苷元特征碎片离子 m / z 271 ( [ Y0 ] + ) ; 矢车菊苷
元特征碎片离子 m / z 287 ( [ Y0 ] + ) , 飞燕草苷元特征碎片离子 m / z 303 ( [ Y0 ] + ) , 通过特征碎片离
子可以判定花青苷的类型 , H11和 H17分别属于天竺葵素苷 , H13属于矢车菊素苷 , H7和 H12属于
飞燕草素苷。
在同一种植物花青苷的代谢途径上不同位点上带有的糖基和酰基是相对固定的 , 咖啡酰基和丙二
酰基均通过糖基和花青素苷元结合。瓜叶菊花青苷不同基团的质荷比 (m / z) , 如糖基 ( 162)、咖啡
酰基 (162) 和丙二酰基 (86) 已有报道 ( Yoshitama, 1974, 1976, 1980)。根据不同花色瓜叶菊的
分子离子质荷比和其他碎片离子的质荷比可以推定花青苷元组成。
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以花青苷 H7为例 , 质谱得到分子离子 m / z 1 19912 ( [M ] + ) , 释放出飞燕草素苷特征碎片离子
m / z 303 ( [ Y0 ] + ) , 释放出其他碎片离子 m / z 1 037, 875, 795, 627, 465, 303, 163。碎片离子m / z
163 ( [ Glu + H ] + ) 为葡糖基。由于咖啡酰基和丙二酰基均通过糖基和花青素苷元结合 , 因此糖基个
数等于咖啡酰基与丙二酰基之和 , 而碎片的丢失是从外侧的咖啡酰基和丙二酰基开始。碎片离子 m / z
1 037 ( [M - 162 ] + ) 为分子离子丢失 1个咖啡酰基 ; 碎片离子 m / z 875 ( [M - 162 - 162 ] + ) 为分
子离子丢失 1个咖啡酰基和 1个糖基 ; 碎片离子 m / z 627 ( [M - 162 ×3 - 86 ] + ) 为分子离子丢失 1
个咖啡酰基 , 1个丙二酰基和 2个糖基 ; 碎片离子 m / z 465 ( [M - 162 ×4 - 86 ] + ) 为分子离子丢失 2
图 3　瓜叶菊中主要花青苷质谱图
F ig. 3　The ma ss spectrum of ma in an thocyan in s in c inerar ia w ith d ifferen t flower color
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个咖啡酰基 , 1个丙二酰基和 2个糖基 ; 碎片离子 m / z 30311 ( [M - 162 ×5 - 86 ] + ) 为分子离子丢失
2个咖啡酰基 , 1个丙二酰基和 3个糖基的结果。由此可推知 , H7是以飞燕草苷元为核心 , 带有 3个
糖基 , 2个咖啡酰基 , 1个丙二酰基。
在质谱图中 , 箭头所指方向是花青苷分子脱基团的过程 , 花青苷分子在质谱中丢失不同数量基团
的碎片离子。同理可以推定其他花青苷的组成如表 2。
表 2　瓜叶菊主要花青苷组成
Table 2　The com posite of the an thocyan in s in c inerar ia
碎片类型
Type of the fragment ion
H7特征碎片 / (m / z)
H7 fragment ion
H11特征碎片 / (m / z)
H11 fragment ion
H12特征碎片 / (m / z)
H12 fragment ion
H13特征碎片 / (m / z)
H13 fragment ion
H17特征碎片 / (m / z)
H17 fragment ion
分子离子 Molecular ion 1 199 843 1 523 1 507 1 167
花青素苷元 Anthocyanidin 303 271 303 287 271
糖基 Glycosylation 486 = 162 ×3 324 = 162 ×2 648 = 162 ×4 648 = 162 ×4 486 = 162 ×3
咖啡酰基 Caffeyl 324 = 162 ×2 162 486 = 162 ×3 486 = 162 ×3 324 = 162 ×2
丙二酰基 Malonyated 86 86 86 86 86
按保留时间的先后分别命名瓜叶菊所含花青苷为 H1至 H18。以外标法计算各种花青苷的含量
(表 3)。结果表明 , 不同色系的舌状花中花青苷种类和含量不同。不同色系中花青苷种类依次为白色
2种、粉色 5种、浅红色和蓝色 11种、紫色 12种、红色最多为 13种 ; H13是所有色系舌状花中共有
的成分。白色品种中花青苷种类和含量极低 ; 红色品种中花青苷含量最高 , 其次是紫色和蓝色 ; 粉色
品种中总黄酮含量最高 , 其次是红色和浅红色 ; 蓝色品种中呈现较高的花青苷含量和较低的总黄酮含
量。红色和紫色品种中 H13含量最高 (2 311153和 1 535105μg·g- 1 ) ; 蓝色品种中 H12含量最高
(1 033147μg·g- 1 )。
表 3　瓜叶菊不同色系花青素苷含量
Table 3　The con ten t of the an thocyan in in c inerar ia w ith d ifferen t color / (μg·g - 1 )
编号
Number
样本花色
Samp le color H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10
1 白 W hite - - - - - - - - - -
2 粉 Pink - 10117 - - - - - - - -
3 浅红 L ight red 9113 6140 - - - - - 7127 0197 0187
4 红 Red 36157 - 2180 - - 1197 - 98157 12100 31183
5 紫 Purp le 20155 - - 3140 1185 - 61195 27165 3120 -
6 蓝 B lue - 2163 - 27167 30113 - 373110 7117 - -
编号
Number
样本花色
Samp le color H11 H12 H13 H14 H15 H16 H17 H18
TA TF
1 白 W hite - - 1100 - - - 1107 - 2107 285153
2 粉 Pink 42150 6150 49183 - - - 83193 - 192193 1 746170
3 浅红 L ight red 7113 - 782197 1167 5130 - 25190 18187 866147 1 114157
4 红 Red 2197 0160 2 311153 - 16193 3133 0167 49120 2 568197 1 261150
5 紫 Purp le 1130 488185 1 535105 - 16120 19115 - 39165 2 218180 780110
6 蓝 B lue 2173 1 033147 151170 - - 26163 1113 2100 1 658137 779140
213　不同色系花青苷组成与花色表型的关系
在瓜叶菊舌状花中花青苷种类和含量是呈色的内在化学基础 , 花色 C IE L3 , a3 , b3 值是呈色的
外部表现。两者之间关系是花青苷对花色影响规律的反映。以各种不同花青苷含量、总花青苷含量和
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总花黄素含量为自变量 , 以花色色差值 L3 , a3 , b3 值为因变量 , 分析花青苷和花色 L3 值之间的关
系。
应用逐步回归方法 , 引入对于 L3 , a3 , b3 影响显著的自变量 , 删除影响不显著的自变量 , 直到
没有新自变量引入为止 , 得到以下关系式。
L3 = 691765 - 01024TA , r = 01878 (1)
以各种不同花青苷含量为自变量 , 以 a3 为因变量 , 考察各种花青苷影响花色变红的程度。
a
3
= 718972Ln (H13) - 41618, r = 01947 (2)
以上两式均显示自变量和因变量之间存在显著相关。 (1) 式表明 , 代表花色亮度的 L3 与花青苷
总含量存在显著负相关关系 (显著性水平 0105)。说明随着花青苷积累增加 , 花的亮度下降。
(2) 式表明花青苷 H13的对数值与 a3 存在线性正相关关系 (显著性水平 0105) , 随 H13含量增
加 a3 值增加 , 表现为瓜叶菊花瓣红度增加。
以上两式表明瓜叶菊亮度主要受总花青苷含量影响 , 瓜叶菊花色红度主要受花青苷 H13影响。
3　讨论
瓜叶菊花青苷的研究早有报道 , 此前的瓜叶菊花青苷的研究 , 主要是针对一种花色的一种花青苷
进行研究 ( Yoshitama, 1974, 1976, 1980) , 少数研究对粉色瓜叶菊中 3种花青苷进行了报道 ( Toki,
1995)。
本试验建立了瓜叶菊花青素 HPLC的分析方法 , 从光谱吸收数据 , 可以对瓜叶菊中 18种花青苷
进行鉴定。在瓜叶菊中含量较高的主要花青苷有 5个 , 分属飞燕草素苷、矢车菊素苷、天竺葵素苷等
3类。在红色瓜叶菊样品中新发现存在分子量 1 507的矢车菊素苷 (C69 H71 O38 ) , 其含有一个矢车菊
苷元、4个葡糖基、3个咖啡酰基和 1个丙二酰基。在蓝色瓜叶菊花瓣中除了含有分子量为 1 523的
飞燕草苷外 , 新发现含有分子量为 1 199的飞燕草素苷 (C54 H55 O31 ) , 含有一个矢车菊素苷元 , 3个
葡糖基 , 2个咖啡酰基和 1个丙二酰基。
瓜叶菊花色表型与花青苷含量之间关系表明 , 总花青苷含量是影响花色明暗变化的重要因素。瓜
叶菊花色表型 L3 值与总花青苷含量之间存在负相关关系 , 总花青苷含量决定了瓜叶菊舌状花花色亮
度值 L3 , 这和芍药 (J ia, 2008) 等花卉有相似之处。
花青苷种类影响花色 , 含有天竺葵素苷的花瓣可以形成红色到砖红色 , 含有矢车菊素苷可以形成
红色、深红色的花色 , 而含有飞燕草素苷可以形成蓝色 ( Tanaka et al. , 2008)。除白花不含或含少
量花青素外 , 在瓜叶菊蓝色花中主要的花青苷成分是 H7和 H12 (图 1) , 均为飞燕草素苷元的衍生
物 , 决定了花色的蓝色化。在浅红、红色和紫色瓜叶菊中 , 主要的花青苷成份是矢车菊素苷 H13 (图
1) , 决定了这些花呈现红色。花色表型与矢车菊素苷含量之间的关系 , 随着矢车菊素苷含量增加 ,
花色的 a3 值呈增加 , 说明矢车菊素苷的增加使瓜叶菊红度增加。浅红和红色花与紫色花不同的是除
了含有矢车菊素苷 H13外 , 还含有飞燕草素苷 H12 (图 1) , 紫色花中花青苷以呈红色的矢车菊素苷
为主 , 同时含有呈蓝色的飞燕草素苷 , 综合显示为紫色。在瓜叶菊 6个色系中 , 天竺葵素苷 H17只
出现于粉色花中 , 属于瓜叶菊中粉色花特有花青苷。
黄酮的辅助色素效应表现为花青苷在黄酮和黄酮醇等作用下 , 花色向蓝色转变的效应 (An,
1989)。辅助色素效应指数 ( co2p igmentation index, C I) 是黄酮、黄酮醇对花青素的辅助色素作用与
否和作用强度的指标。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 (A sen et al. ,
1971)。计算发现 , 瓜叶菊各色系中除粉色瓜叶菊 C I值大于 5以外 , 其它色系 C I值均小于 3, 说明辅
助色素效应在瓜叶菊花色呈色上影响较小。
瓜叶菊的花色主要受花青苷的影响 , 表现在花色 L3 值和总花青苷含量负相关 , a3 值和花青苷
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H13含量正相关 , 紫色花呈色上出现花青苷种类和数量的加法效应。
瓜叶菊的花色和花青苷种类与含量紧密相关 , 因此 , 瓜叶菊是深入研究花青苷与花色之间相互关
系较为理想的材料之一。
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