全 文 ：Vol131 , No14
pp1 456 - 462 　Apr1 , 2005作 　物 　学 　报ACTA AGRONOMICA SINICA第 31 卷 第 4 期2005 年 4 月 　456～462 页
天然彩色棉纤维色素成分的研究
赵向前1 ,2 　王学德1 , 3 Ξ
(1 浙江大学农业与生物技术学院农学系 ,浙江杭州 310029 ;2 浙江省嘉兴市农业科学研究院 ,浙江嘉兴 314016)
摘 　要 : 植物非光合色素主要由类黄酮和类胡萝卜素组成 ,但彩色棉纤维中色素种类及其结构尚不清楚。经测定 ,棕色
棉 (X008) 、绿色棉 (S029)和白色棉 (徐州 142)成熟纤维中总黄酮含量分别为 4. 424 mgΠg、3. 846 mgΠg 和 0. 375 mgΠg ,没有检
测到类胡萝卜素。通过盐酸2镁粉反应、四氢硼钠还原反应、碱反应、醋酸铅反应、氯化铁反应和紫外光谱吸收的分析表
明 ,甲醇室温提取的棕色棉纤维色素可能是黄酮类化合物 ,B 环上带有邻二酚羟基 ;甲醇室温提取的绿色棉纤维色素除
黄酮类化合物外 ,还含有 32位羟基被糖甙化的黄酮醇类化合物 ,A、B 环上都带有邻二酚羟基。绿色棉纤维色素中还可能
含有分子结构类似于芦丁的黄酮醇化合物。
关键词 : 彩色棉 ;纤维色素 ;类黄酮
中图分类号 : S562
Composition Analysis of Pigment in Colored Cotton Fiber
ZHAO Xiang2Qian1 ,2 , WANG Xue2De1 , 3
(1 Department of Agronomy , College of Agriculture and Biotechnology , Zhejiang University , Hangzhou 310029 , Zhejiang ; 2 Jiaxing Academy of Agricultural
Science , Jiaxing 314016 , Zhejiang , China)
Abstract :Flavonoid and carotenoid are the main two kinds of plant pigments , but which kind of pigment is in colored cotton
fiber has not been studied. In this paper , flavonoid and carotenoid content in colored cotton fibers was tested and content of
flavonoid in brown (X008) , green (S029) and white (Xuzhou 142) mature cotton fiber was 4. 424 mg·g - 1 ,31846 mg·
g - 1 and 0. 375 mg·g - 1 , respectively , but carotenoid was not detectable (Table 1) . The pigment in colored cotton fibers
was extracted by methanol at room temperature. The results of color reactions ( HCl2Mg reaction , NaBH4 reaction , NaOH
reaction , FeCl3 reaction and Pb(Ac) 2 reaction) of the pigment extractive showed that the pigment extracted by methanol
was flavone or flavonol with two adjacent hydroxide groups (Table 2 , Fig. 1) . The results of UV spectral analysis further
proved that the pigment extracted by methanol from brown fiber belonged to flavone with two adjacent hydroxide groups in B
ring , and that from the green fiber contained not only flavone but also flavonols with two adjacent hydroxide groups both in
A ring and B ring and indican replaced a hydroxide group at 32site of A ring (Fig. 2 - 4 , Fig. 6 - 7) . Also , the green fiber
pigment might include a compound of flavonol which has the similar molecular structure as rutin (Fig. 5) .
Key words :Colored cotton ; Fiber pigment ; Flavonoid
　　彩色棉是一种棉纤维具有天然色彩的特殊类型
棉花 ,其颜色是棉花色素在纤维细胞中沉积的结果。
彩色棉常被称为“生态棉”,因纤维具有自然色彩 ,可
省略化学染色 ,既节省生产成本 ,降低环境污染 ,又
可避免纺织品中的化学染料对人体健康可能存在的
某些不良影响。彩色棉目前正在扩大种植 ,受到广
泛重视 ,但也存在一些需要研究的问题。在理论上 ,
有关彩色棉纤维中的色素组成、种类和形成机理等
尚不清楚 ;在实践中 ,彩色棉常出现产量低、纤维短、
衣分低、有些色素不稳定等问题。加强这些问题的
研究 ,对于促进彩色棉研究与利用均有重要意义。
植物非光合色素主要由类黄酮和类胡萝卜素两
大类化合物组成。类黄酮是广泛存在于自然界的一
大类化合物 ,数量之多被列为天然酚类化合物之首 ,Ξ基金项目 : 国家“863”计划 (2001AA212081 ,2004AA212104) 、国家自然科学基金 (30170058)和国家教育部科研基金 (重大 0114)资助项目。
作者简介 : 赵向前 (1975 - ) ,男 ,浙江东阳人 ,作物遗传育种专业博士研究生。 3 通讯作者 :王学德。Tel : 0571286971683 , E2mail : xdwang @
zju. edu. cn
Received(收稿日期) :2004203204 , Accepted(接受日期) :2004208214.

其中大部分具有颜色。类黄酮在植物体内大部分与
糖结合形成糖甙 ,另一部分以甙元形式存在[1 ] 。类
黄酮色素在历史上就是科学家们所喜爱的研究对象
之一。例如 ,孟德尔遗传定律和 McClintock 转座子
的发现 ,就是部分建立在对色素合成突变体的研究
结果之上。目前 ,对类黄酮生物合成途径已基本搞
清楚 ,很多重要合成酶的结构基因和调控基因已被
克隆 ,并被用于植物遗传工程来改变花的颜色。棉
花叶、茎、花瓣、花蕊、花药等组织或器官也有部分非
光合色素积累 ,前人已按照这些非光合色素的沉积
及分布特点对棉花进行分类和进化等方面的研
究[2 ] 。王学德等也对彩色棉纤维色素的提取和测定
方法进行了研究[3 ] 。但是 ,彩色棉纤维中的色素组
成、种类和形成机理等仍然是一个尚未深入研究的
空白点。只有了解棉纤维色素的种类和性质 ,才有
可能追索其生物合成途径中的相关基因 ,用基因工
程手段来改变棉花纤维细胞的颜色 ,如抑制色素形
成的相关基因的活性可导致中间产物的积累和颜色
的改变 ,或引入新基因来补充某些品种缺乏合成某
些颜色的能力。为此 ,本论文对彩色棉纤维色素化
学结构进行了初步分析。
1 　材料与方法
1. 1 　材料
　　以棕色棉 X008 和绿色棉 S029 为材料 ,以白色
棉徐州 142 为对照 ,2002 年在浙江大学华家池试验
农场种植 ,种植密度 45 000 株Πhm2 ,常规田间管理。
在棉花开花时期 ,对每一朵花自交和挂牌 ,并记录其
开花日期 ,计算开花后所结棉铃的日龄 ( days post
anthesis ,DPA) 。根据实验目的所需 ,分别取不同日
龄的棉铃中的纤维进行分析和测定。
1. 2 　棉纤维总黄酮含量的测定
准确称取 0. 5 g 不同发育时期的棉花纤维样
品 ,于索氏提取器中 ,用甲醇在 75 ℃水浴中提取黄
酮化合物 8 h ,提取液减压浓缩后转入 50 mL 容量瓶
中 ,用甲醇定容 ,作为样品提取液备用。
黄酮含量测定方法参照庄向平等 (1992) [4 ] 。将
1 mL 样品提取液置 10 mL 容量瓶中 ,用 30 %乙醇补
充至 5 mL ;加 0. 3 mL NaNO2 (1∶20) ,摇匀 ,放置 5
min ,加 0. 3 mL Al (NO3 ) 3 (1∶10) ;6 min 后 ,再加 2 mL
1 molΠL NaOH 溶液 ,摇匀 ,用 30 %乙醇定容至 10
mL ;10 min 后 ,在波长 510 nm 处进行比色测定 ,以不
含样品提取液的试剂为空白对照。同时以 10、20、
30、40、50、60、70、80 μg 的芦丁为标样 ,制定标准
曲线。
1. 3 　棉纤维类胡萝卜素含量的测定
准确称取彩色棉和白色棉开花后 5 d 纤维和成
熟纤维 ,以及胡萝卜块根 (阳性对照) 各 0. 1 g ,分别
加 10 mL 含 10 %氢氧化钾的甲醇溶液 ,在水浴锅中
加热避光回流 30 min ,提取液冷却后离心 ,残渣用约
10 倍于残渣量的甲醇悬浮后再离心 ,合并上清液 ,
再分别加 10 倍体积的水和乙醚 ,振摇萃取胡萝卜
素。静止分层后分出乙醚 ,下层再用等体积的乙醚
萃取多次 ,直至乙醚层无色为止。合并乙醚 ,加入等
体积的水震荡 ,以洗去乙醚层中的残碱 ,重复数次 ,
直到水层不呈碱性为止。乙醚层萃取液定容至
1 000 mL ,取其 10 mL 于新试管 ,加 10 mL 己烷溶解
后在 450 nm 比色 ,以 OD450值 0. 24 作为 1μgΠmL 类
胡萝卜素。
1. 4 　棉纤维色素的提取和纯化
取绿色棉、白色棉和棕色棉开花后 35 d 纤维 ,
自然风干。各取干样 200 g ,用 1 000 mL 甲醇在室温
下避光浸提 7 d。将提取液过滤 ,甲醇自然蒸干 ,浓
缩成糖浆状溶液。糖浆状溶液分别用氯仿和石油醚
抽提 2 次 ,干燥后溶解于 50 mL 甲醇溶液中作为色
素提取液 ,备用。
1. 5 　棉纤维色素的显色反应
1. 5. 1 　盐酸2镁粉反应 　　盐酸2镁粉反应是检查
植物组织或细胞中是否含有类黄酮化合物的最常用
方法之一。在纤维色素甲醇溶液中加少许镁粉并振
荡 ,再滴加几滴浓盐酸 ,1～2 min 后观察颜色变化。
黄酮、黄酮醇类、二氢黄酮类、二氢黄酮醇类化合物
显红色至紫红色 ,分子中特别是在 B 环上有2OH 或2OCH3取代时颜色随之加深。类黄酮化合物若在 32
位没有羟基或虽有但被糖甙化 ,则显色反应不明显。
异黄酮、查耳酮等为负反应[1 ] 。
1. 5. 2 　醋酸铅和氯化铁颜色反应 　　在纤维色素
甲醇溶液中 ,分别加饱和醋酸铅和氯化铁溶液 ,观察
沉淀的颜色。凡具有邻二酚羟基或羧基的黄酮类化
合物与醋酸铅反应生成肉色沉淀 ;具有邻二酚羟基
黄酮类化合物与氯化铁反应生成暗绿色或黑色沉
淀[1 ] 。
1. 5. 3 　四氢硼钠还原反应 　　在纤维色素的甲醇
溶液中 ,加NaBH4 (四氢硼钠) 10mg ,再滴加1 %的盐
754　第 4 期 赵向前等 :天然彩色棉纤维色素成分的研究 　　　

酸 ,观察颜色变化。二氢黄酮类和二氢黄酮醇类化
合物可被四氢硼钠还原生成红色或紫红色的物质 ,
其他类黄酮化合物均为负反应[1 ] 。
1. 5. 4 　与碱反应 　　在纤维色素甲醇溶液中 ,加几
滴浓氢氧化钠溶液 ,观察颜色变化。黄酮类化合物
在碱溶液中能产生黄色至橙色 ;黄酮醇类在碱溶液
中也显黄色 ,但通入空气后 ,因 32位羟基易氧化 ,溶
液转变为棕色[1 ] 。
1. 6 　棉纤维色素提取液的紫外光谱分析
取彩色棉色素提取液 50μL ,稀释至 3 mL 用
Beckman DU640 紫外分光光度仪在 200～800 nm 进
行扫描和比色 ,获取最大吸收峰 ,比较不同颜色纤维
提取液的吸收曲线间的差异。同时 ,在纤维色素的
甲醇溶液中加入甲醇钠、或乙酸钠、或乙酸钠2硼酸
等诊断试剂 ,分别能使类黄酮的酚羟基离解 ,或形成
络合物 ,导致光谱吸收曲线变化 ,根据变化可以判断
纤维色素的化学结构。
1. 7 　棉纤维色素硝酸Π乙醇提取液的紫外光谱分析
棉纤维色素的硝酸Π乙醇提取方法参照 Dutt 的
方法[5 ] 。称取各材料棉纤维 0. 10 g 放入索氏蒸馏烧
瓶中 ,加 15 mL HNO3Π乙醇 (即将 1 倍的 HNO3 沿玻
璃棒慢慢加到 4 倍的无水乙醇溶液中 ,边加边搅拌 ,
待溶液冷却即可)在沸水浴中蒸馏 2～3 h 至白色绒
絮状 ,回收所有蒸馏液体 ,定性滤纸过滤 1～2 次 ,以
HNO3Π乙醇定容至 25 mL。取 10μg 芦丁用相同方法
蒸馏和定容 ,作为阳性对照。以 HNO3Π乙醇蒸馏液
作阴性对照 ,在 Beckman DU640 紫外分光光度仪上
对各提取液进行 200～600 nm 扫描和比色 ,分析纤
维色素的光谱吸收特征与特性。
2 　结果与分析
2. 1 　彩色棉纤维中的色素类型
　　植物非光合色素主要有两大类 ,即类黄酮和类
胡萝卜素。为明确彩色棉纤维细胞中的色素种类 ,
对棕色纤维品系 (X008) 、绿色纤维品系 (S029) 、白色
纤维品种 (徐州 142) 的纤维总黄酮含量和总胡萝卜
素含量进行了测定 (表 1) 。从表中可看出 4 点 ,其
一 ,虽然在开花后 5 d (5 DPA) 的未成熟棉纤维中有
微量类胡萝卜素 ,但在成熟棉纤维细胞中只含类黄
酮 ,不含类胡萝卜素 ;其二 ,白色棉纤维也含类黄酮 ,
但与棕色和绿色纤维中的含量比 ,低 2. 31～7. 03
倍 ;其三 ,5 DPA 纤维中类黄酮含量明显高于成熟纤
维细胞 ,约高 50 % ;其四 ,棕色棉 (X008) 纤维的类黄
酮含量比绿色棉 (S029)纤维略高。
表 1 不同彩色棉纤维类黄酮和类胡萝卜素含量
Table 1 Content of total flavonoid and carotinoid in colored cotton fiber
含量
Content
5 DPA 纤维 5 DPA fiber
X008 S029 徐州 142Xuzhou 142
成熟纤维 Matured cotton fiber
X008 S029 徐州 142Xuzhou 142
胡萝卜块根
Carrot tuber
(CK)
总黄酮含量
Total flavonoid content (mgΠg) 8. 258 7. 004 3. 296 4. 424 3. 846 0. 375 0. 016
总胡萝卜素含量
Total carotinoid content (μgΠg) 0. 212 0. 012 0. 141 0. 000 0. 000 0. 000 23. 890
　　植物类黄酮约有 3 000 种 ,但都有一基本结构 ,
即由 2 个芳香环 (C6)与 1 个 C3 单位联结成的 15 碳
化合物。根据 C3 单位氧化程度的不同 ,B 环 (苯基)
连接的位置 (2 或 3 位)以及三碳链是否与 A 环构成
环状结构等特点 ,可将天然类黄酮化合物分为黄酮、
二氢黄酮、黄酮醇、二氢黄酮醇、异黄酮、二氢异黄
酮、查耳酮、二氢查耳酮、花色素、黄烷232醇、黄烷23 ,
42二醇、双苯吡酮和噢　等 13 类[1 ] 。彩色棉纤维中
的类黄酮属于哪类 ? 进行了如下的分析。
2. 2 　彩色棉纤维色素提取液的显色反应
彩色棉纤维色素的甲醇提取液在盐酸2镁粉反
应、四氢硼钠还原反应、碱反应、醋酸铅反应和氯化
铁反应中的显色情况列于表 2。其中 ,白色棉纤维
提取液均无明显的颜色反应 ,表明不含有类黄酮化
合物。棕色棉纤维色素提取液和绿色棉纤维色素提
取液的盐酸2镁粉反应 ,表明色素可能为 32位没有羟
基或虽有羟基但被糖甙化的类黄酮化合物。四氢硼
钠还原反应的结果证明该物质不属于二氢黄酮或二
氢黄酮醇化合物。棕、绿色 2 种纤维色素提取液的
碱反应均为黄色 ,表明其中含有黄酮类化合物 ,但 32
位羟基被甲基化或甙化的黄酮醇在碱液中也呈现黄
色 ,因此 ,彩色棉纤维色素也可能是 32位甙化的黄酮
醇类化合物。2 种提取液在氯化铁和醋酸铅反应中
都分别生成黑色和肉色沉淀 ,表明其具有邻二酚羟
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基 (见图 1) 。综上所述 ,彩色棉纤维色素可能为黄
酮类化合物 ,或 32位虽有羟基但被糖甙化的黄酮醇 类化合物 ,且带有邻二酚羟基 (进一步分析见 2. 3节) 。
表 2 彩色棉纤维色素提取液与一些试剂的显色反应
Table 2 Color reactions of pigment solution of coloured cotton fibers with some reagents
显色反应
Color reaction
盐酸2镁粉反应
HCl2Mg reaction 四氢硼钠还原反应NaBH4 reaction 碱反应NaOH reaction 氯化铁反应FeCl3 reaction 醋酸铅反应Pb(Ac) 2 reaction
棕色棉纤维
Brown fiber
不明显
Non2significant 负反应Negative reaction 黄色Yellow 黑色沉淀Black deposit 肉色沉淀Freshcolor deposit
绿色棉纤维
Green fiber
不明显
Non2significant 负反应Negative reaction 黄色Yellow 黑色沉淀Black deposit 肉色沉淀Freshcolor deposit
白色棉纤维
White fiber
无反应
Non2reaction 无反应Non2reaction 无反应Non2reaction 无反应Non2reaction 无反应Non2reaction
　　注 :不明显表示可以观察到反应发生 ,但颜色变化不明显 ;无反应表示观察不到反应的发生 ;负反应表示反应后颜色变浅。
Notes : Non2significant , non2reaction and negative reaction indicates reaction could be observed but its change was undetectable , reaction was not observed ,
the color was fade after reaction , respectively.
图 1 彩色棉纤维色素提取液与一些试剂的显色反应
Fig11 Color reactions of pigment solution of colored cotton fiber with some reagents
左图为棕色棉纤维色素提取液 ,右为绿色棉纤维色素提取液。1 :提取原液(无色) ;2 :碱反应 (黄色) ;3 :氯化铁反应(黑色) ;4 :醋酸铅反应(肉色) 。
Left picture :from brown cotton fiber ;Right picture :from green cotton fiber ;1 :Origonal color of distillated solution ;
2 : Yellow color of solution containing NaOH;3 :Black color of solution containing FeCl3 ;4 :Freshcolor of solution containing Pb(Ac) 2 .
2. 3 　彩色棉纤维色素提取液的吸收光谱
棕色棉、绿色棉和白色棉纤维色素提取液经
Beckman DU640 紫外分光光度仪在 200～800 nm 波
段扫描 ,结果如图 2。棕色棉和绿色棉纤维色素甲
醇提取液的吸收峰主要有 2 个 ,吸收峰 Ⅰ在 320～
335 nm 之间 ,吸收峰 Ⅱ位于 285～300 nm ,这与黄酮
化合物的光谱吸收性质极相似。但也不排除是黄酮
醇 ,因为 32OH 甲基化或甙化的黄酮醇峰 Ⅰ向紫位
移 ,与黄酮化合物的峰 Ⅰ波长范围重叠 ,且光谱
曲线的形状相似 ,因此 ,纤维色素也可能为32OH
图 2 棕色棉、绿色棉、白色棉、棉花花瓣和芦丁甲醇提取液紫外光谱
Fig12 The UV spectrum of different pigment solutions from cotton fiber and petal extracted by methanol
1 :棕色棉纤维 ;2 :绿色棉纤维 ;3 :白色棉纤维 ;4 :棉花花瓣 ;5 :芦丁。
1 : Brown fiber ; 2 : Green fiber ; 3 :White fiber ; 4 :Petal ; 5 :Rutin methanol solution.
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甲基化或甙化的黄酮醇类化合物。彩色棉纤维色素
甲醇溶液的吸收峰 Ⅱ与棉花花瓣色素甲醇溶液的吸
收峰 Ⅱ相似 ,但两者在吸收峰 Ⅰ处相差 30 nm 左右 ,
说明彩色棉纤维色素的成分与棉花花瓣的色素不相
同。白色棉纤维甲醇提取液在 245～400 nm 间没有
明显的吸收峰 ,说明白色棉纤维提取液中不含有类
黄酮 ,或含量很低 ;230 nm 处的吸收峰不是类黄酮
化合物的特征峰 ,其成分待进一步研究。棕色棉、绿
色棉纤维色素提取液的扫描曲线与芦丁溶液的标准
曲线也不同 ,说明采用常温提取的纤维色素溶液中
不含有芦丁。
在棕色棉纤维色素提取液中加入诊断试剂后 ,
可使酚羟基发生变化 ,从而引起紫外光谱相应变化
(图 3) 。甲醇钠是碱性较强的化合物 ,可使黄酮类
化合物母核上所有的酚羟基解离 ,导致相应的吸收
峰红移。加入甲醇钠后的棕色棉色素溶液的紫外光
谱与不加甲醇钠的棕色棉色素甲醇溶液相比 ,吸收
峰 Ⅰ由原来的 326 nm 红移至 372 nm ,红移了 46 nm ,
吸收值增加 ,表明该化合物具有 42OH。黄酮或类黄
酮化合物的 A 环或 B 环上如果具有邻羟基时 ,在醋
酸钠的碱性条件下 ,可与硼酸络合 ,使相应的吸收带
红移。棕色棉纤维色素提取液在醋酸钠Π硼酸存在
下 ,吸收峰 Ⅰ红移了 15 nm ,吸收峰 Ⅱ变化不明显 ,
说明 B 环上带有邻二酚羟基。
图 3 诊断试剂对棕色棉纤维色素紫外光谱的影响
Fig13 Effect of diagnostic reagent on UV spectrum of the pigment solution extracted from brown cotton fiber by methanol
1 :甲醇溶液 ;2 :甲醇钠溶液 ;3 :甲醇2醋酸钠溶液 ;4 :甲醇2醋酸钠Π硼酸溶液。
1 : Methanol solution ; 2 : Methanol + NaOH; 3 : Methanol + NaAc ; 4 : Methanol + NaAcΠH3BO3 .
　　绿色棉纤维色素提取液加入上述诊断试剂后 ,
紫外吸收光谱的变化规律与棕色棉基本一致 (图
4) 。加甲醇钠后 ,绿色棉纤维色素溶液的吸收峰 Ⅰ
由原来的 327 nm 红移至 370 nm ,红移了 43 nm ,吸收
值增加 ,表明该化合物具有 42OH ;绿色棉纤维色素
提取液在醋酸钠Π硼酸存在时 ,吸收峰 Ⅰ红移了 19
nm , 说明B 环上带有邻二酚羟基。吸收峰 Ⅱ也由原
297 nm 红移至 303 nm ,表明绿色棉纤维色素的 A 环
上也可能带有邻二酚羟基。位于 243 nm 处的吸收
峰在甲醇钠和醋酸钠Π硼酸条件下 ,峰值也分别红移
了 20 nm和 9 nm ,说明产生该峰的物质可能也为类
黄酮化合物。
彩色棉纤维色素溶液的紫外光谱分析结果进一
步证实了色素溶液显色反应的结果 ,棕色棉纤维色
素为黄酮类化合物 ,B 环上带有邻二酚羟基 ,绿色棉
在 A 环上也带有邻二酚羟基。但因 32OH 甲基化或
甙化的黄酮醇与黄酮化合物的光谱曲线的形状相
似 ,因此 ,纤维色素也可能为 32OH 甲基化或甙化的
黄酮醇类化合物。
2. 4 　彩色棉纤维硝酸Π乙醇提取液的紫外吸收光谱
芦丁、棕色棉纤维和绿色棉纤维的硝酸Π乙醇蒸
馏提取液 ,经冷却后立即进行扫描 ,其吸收光谱如图
5。绿色棉纤维提取液在 403 nm 有一个与芦丁样品
蒸馏液极其相似的吸收峰 ,表明绿色棉纤维色素含
有化学结构类似于芦丁的黄酮醇类化合物。另外 ,
绿色棉纤维提取液还有一个与棕色棉纤维色素提取
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液相似的吸收峰 ,位于 420 nm ,可能是黄酮类化合 物反应后产生的。
图 4 诊断试剂对绿色棉纤维色素紫外光谱的影响
Fig14 Effect of diagnostic reagent on UV spectrum of the pigment solution extracted from green cotton fiberd by methanol
1 :甲醇溶液 ;2 :甲醇钠溶液 ;3 :甲醇2醋酸钠溶液 ;4 :甲醇2醋酸钠Π硼酸溶液。
1 : Methanol solution ; 2 : Methanol + NaOH; 3 : Methanol + NaAc ; 4 : Methanol + NaAcΠH3BO3 .
图 5 芦丁、棕色棉和绿色棉纤维硝酸Π乙醇提取液紫外光谱
Fig15 The UV spectrum of different pigment solutions extracted from cotton fiber by HNO3ΠCH3 CH2OH
1 :芦丁 ;2 :绿色棉 ;3 :棕色棉
1 :Rutin ;2 : Green fiber ;3 :Brown fiber
2. 5 　彩色棉纤维色素的结构式
根据上述分析 ,可以得出如下结论 : (1)以棕、绿
色 2 种棉纤维细胞中类黄酮和类胡萝卜素的含量判
断 ,纤维中的色素为类黄酮化合物 ; (2) 基于纤维色
素提取液显色反应 ,推测能被甲醇抽提的彩色棉纤
维色素中含有黄酮类化合物或 32位有羟基但被糖甙
化的黄酮醇类化合物 ,且都带有邻二酚羟基 ; (3) 彩
色棉纤维色素甲醇提取液紫外光谱分析进一步证
实 ,该色素为黄酮类化合物或 32位羟基被糖甙化的
黄酮醇类化合物 ,而且棕色棉色素的 B 环上具有邻
二酚羟基 ,绿色棉色素 A、B 环上都带有邻二酚羟
基 ; (4)通过彩色棉纤维硝酸Π乙醇提取液的紫外光 谱分析 ,发现绿色棉纤维提取液的一个吸收峰和芦丁标准样品反应后的吸收曲线一致 ,表明绿色棉纤维色素含有结构类似于芦丁的黄酮醇类化合物。综合上述 4 点 ,甲醇室温提取的棕色棉纤维色素含有黄酮类化合物 ,其甙元结构式如图 6 ,甲醇室温提取的绿色棉纤维色素还含有黄酮醇类化合物 ,其甙元结构式如图 7 ,式中 R 为糖基或甲基。A 环　　　B 环　 O OHOHO图 6 棕色棉纤维黄酮类色素甙元结构式
Fig16 The flavone molecular structure of pigment in brown cotton fiber
164　第 4 期 赵向前等 :天然彩色棉纤维色素成分的研究 　　　

A 环　　　B 环
　
HO
HO
O
O R
OH
OH
O
图 7 绿色棉纤维黄酮醇类色素甙元结构式
Fig. 7 The flavonol molecular structure of pigment in green cotton fiber
3 　讨论
棉花与其他植物一样 ,色素可分为光合色素 (如
叶绿素) 和非光合色素 (如类黄酮和类胡萝卜素) 。
棉花纤维细胞中的色素属于非光合色素[2 ] 。成熟棉
花纤维的测定表明 ,不论是棕色、绿色或白色棉纤
维 ,都含有类黄酮 ,但在白色棉纤维中 ,类黄酮含量
很低 ,可能还处于色素合成的前体 ,或是参与细胞壁
木质素等合成的物质 ;因在成熟纤维中没有检测到
类胡萝卜素的存在 ,可排除类胡萝卜素在彩色棉纤
维中积累的可能性。
本实验观察到 ,彩色棉纤维经甲醇抽提后 ,棕色
棉纤维颜色变化不明显 ,绿色棉纤维绿色褪去 ,呈米
黄或浅棕色 ,表明尚有色素残留 ,提取液中只含有从
其结合物 (纤维素或细胞壁等)上剥离下来的部分色
素。已有报道[6～8 ,10 ] ,棕色棉纤维色素主要集中在
纤维中腔内 ,其细胞壁有厚的蜡质层 ;绿色棉色素除
纤维中腔内 ,主要沉积在细胞壁中。显然 ,这些细胞
结构的特点影响了棉花纤维色素的分离。因此 ,可
以根据甲醇抽提纤维色素的难易程度 ,将彩色棉纤
维色素分为束缚态和游离态两类。本论文只对能被
甲醇溶解的彩色棉纤维色素进行了研究。甲醇抽提
的游离态色素 ,可用于色素定性分析 ,又因它在纤维
细胞中的量是一个相对值 ,也可用于不同颜色纤维
和不同发育时期纤维色素的相对比较。对于纤维色
素含量的绝对值 (包括束缚态和游离态两类色素) ,
笔者认为可用硝酸Π乙醇提取法来测定。已有研究
表明 ,银杏叶片中花青苷含量与黄酮含量呈正相
关[1 ] ,彩色棉成熟纤维色素含量与其硝酸Π乙醇提取
液的吸收峰值存在显著或极显著相关[3 ] ,因此可以
把棉花纤维硝酸Π乙醇提取液吸收峰值作为衡量纤
维色素含量高低的一个指标。
通过对甲醇室温提取的彩色棉纤维色素的显色
反应和紫外吸收光谱分析 ,证明了该色素为黄酮类
化合物 ,或 32位虽有羟基但被糖甙化的黄酮醇类化
合物 ,并带有邻二酚羟基。棕色棉纤维色素的硝酸Π
乙醇提取液紫外光谱只有一个吸收峰 ,表明色素成
分单一 ,为黄酮化合物 ;绿色棉纤维色素的硝酸Π乙
醇提取液紫外光谱除了与棕色棉纤维色素提取液相
同的吸收峰外 ,还有一个与芦丁硝酸Π乙醇蒸馏液紫
外光谱相似的吸收峰 ,说明该物质可能是甙元结构
式与芦丁相似的黄酮醇类化合物。另外 ,也有报道 ,
将天然彩色棉湿处理后 ,其纤维色素有变深变艳的
趋势 ,棕色棉的色调沿蒙塞尔色相环逆时针变化 ,绿
色棉的色调沿蒙塞尔色相环顺时针变化 ,表明天然
彩色棉的色彩是由多色素控制的[7 ] 。可以推测 ,彩
色棉纤维色素并不是单一物质 ,而是 2 种或更多种
化合物组成的。这些值得进一步研究。
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