長春花不同花色品種呈色的關鍵理化性質分析

高 賽，劉 佳，唐玉情，唐中華，張 捷

（1.東北林業大學 a.園林學院；b.化學化工與資源利用學院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.中國科學院 東北地理與農業生態研究所，黑龍江 哈爾濱 150081）

花色作為觀賞植物的重要品質性狀，其形成受到多方面因素的共同影響。其中，花瓣作為花色素的物質載體其直接接受光源的照射，內部結構及表皮細胞構造等物理特性均會影響花瓣的呈色[1-2]。此外，花瓣細胞內的重要環境因子（如色素細胞介質環境的pH 值、金屬元素含量等）均會影響花色素的呈色，進而影響花色[3-4]。花色素是花瓣呈色的物質基礎，不同的色素種類及其含量差異是花色形成的直接影響因素。植物體內可產生不同類型的化合物200 000 余種，其中包括許多有色化合物，有關研究結果表明，參與花色形成的色素類型主要包括類胡蘿卜素、類黃酮和甜菜堿這三大類。類胡蘿卜素屬萜類化合物的一個子類，是黃色、橙色花形成的重要色素。類黃酮是屬于苯丙烷類的一類次級代謝產物，其化合物眾多，對花色的影響范圍也更廣，顏色可由淺黃到藍色；其中的花青素作為花色形成中最重要的基礎色素化合物，其可為植物花瓣提供多種顏色，從紅色、橙色到紫色、藍色。甜菜素屬含氮類化合物，其僅存在于石竹科等少數植物譜系中，可賦予花瓣以黃色至紅色[5-6]。由于不同植物合成和積累的色素類型不同，花色多樣性差異很大。如草莓Fragaria ananassa和楊梅Myrica rubra通常只能產生并積累一種色素，因此其僅能呈現單種顏色[7-8]；而如玫瑰Rosa rugosa、菊花Chrysanthemum morifolium、月季Rosa chinensis等花色豐富，是因為其花瓣中同時存在多種花青素苷和類胡蘿卜素[9-11]。

長春花Catharanthus roseus為夾竹桃科Apocynaceae 長春花屬Catharanthus多年生草本或亞灌木植物。近年來，針對不同的園林用途及應用地域，國內外特別是美國和歐洲的一些國家的育種專家及園藝公司已選育出不少不同花色、株型的新品種，擴大了長春花的應用范圍，極大地提高了其觀賞價值。近年來，我國從國外引進了不少長春花的新品種用于盆栽和園林中，主栽品種包括太平洋系列（Pacifica）、地中海系列（Mediterranean）、清涼系列（Cooler）、熱浪系列（Heat Wave）、太陽風暴系列（Sun Storm）、大力神系列（Titan）及中國（主要是海南省）主栽的品種等。目前，針對長春花的相關研究內容主要集中于長春花生活史型的形成、逆境脅迫下相關生理代謝特性、不同品種相關農藝性狀及品種資源遺傳關系等方面[12-14]；此外，長春花是研究萜類吲哚生物堿（Terpenoid indole alkaloids,TIA）生物合成與調控的模式物種，因此更多更深的研究內容主要集中于其成分提取及藥用價值方面[15]。長春花作為我國南、北方園林中的重要觀賞花卉，其在園林應用中的相關研究僅見于其引種栽培技術與景觀設計方面，尚未見到有關長春花花色形成及新花色品種培育的相關研究報道。為此，本研究對長春花部分品種的花色表型、花瓣結構、花瓣細胞液pH 值、金屬元素含量和花色素的組分與含量進行了測定及分析，以研究長春花花色形成與細胞內重要理化環境的關系，為深入研究長春花花色形成的機理及新花色品種的培育奠定理論基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料包括4個紅色長春花品種‘Cranberry’‘Red Halo’‘Burgundy’‘Lilac’與1個白花品種‘White with Eye’和1個藍花品種‘Light Blue’，其花色如圖1所示。供試的長春花品種種子購自高美（Goldsmith seeds）育種公司，于2020年7月29日播于試驗用的溫室中，1 周后陸續上盆進行水培。10月中下旬其陸續達到盛花期，于此期隨機采集各品種不同單株生長良好且著色充分的新鮮花瓣，將采集的一部分花瓣樣品立即用于花色表型的測定和解剖結構特征的觀察，將其余花瓣樣品保存于-80 ℃的冰箱中以用于后續花瓣細胞液pH 值、金屬元素含量及花色素組分含量的測定。

圖1 6個長春花品種的花色表型Fig.1 Petal phenotypes of six vinca cultivars

1.2 試驗方法

1.2.1 花色表型的觀測

取新鮮花瓣，于室內靠近北面的自然散射日光光源下，將不同品種長春花花瓣的中間部分與英國皇家園藝學會比色卡（Royal Horticultural Society Color Chart,RHSCC）進行比對，以判斷花色的類型[16]。同時，為了將不同品種長春花花瓣的顏色數量化，以便進行量化分析，根據國際照明委員會（Commission Internationale De L’Eclairage,CIE）的CIELab 色空間系統，使用CR-400 便攜式色差儀測定各品種的花色參數明度（L*）、紅度（a*）、黃度（b*）值[17-18]。觀測時應注意將色差儀的集光孔對準長春花花瓣的中間部分進行測量，每個品種各取5個不同單株的盛花期花瓣，每個樣品的觀測各設3個技術重復，取其平均值。

1.2.2 花瓣解剖結構的觀察

采用徒手切片法，分別制作長春花花瓣上、下表皮細胞及橫截面的臨時水裝片。制片后立即進行光學顯微觀察，利用尼康制冷DS 顯微鏡相機及顯微圖像分析軟件NIS-Elements 進行拍照，觀察色素細胞在花瓣結構中的排列分布狀況及花色素在細胞中的呈色類型。同時，用目鏡測微器測量6 種花瓣橫截面的厚度及其單層上、下表皮細胞的高寬比，每個品種各選取3 張照片觀測，每張照片至少測定5個細胞，取其平均值。

1.2.3 花瓣細胞液pH 值的測定

取2 g 新鮮花瓣，在液氮中迅速研磨成粉末，充分均質化后盛入10 mL 的離心管中，于4 ℃的溫度條件下以12 000 r·min-1的轉速離心10 min，將上層細胞液轉移至另一離心管中，采用pH 計在25 ℃的溫度條件下測定各個品種的細胞液pH 值，每個品種的測定各設3個生物學重復，每個樣品重復測定4 次，取其平均值。

1.2.4 花瓣金屬元素含量的測定

參照Qi 等[19]的操作方法測定花瓣中各種金屬元素的含量。每個品種各取適量花瓣，用去離子水洗凈，置于105 ℃的烘箱中殺青15 min，再置于70 ℃的溫度條件下干燥12 h。精確稱取干燥花瓣1 g，充分研磨后，分別加入5 mL 的HNO3和1 mL 的HClO4，使用高效微波消解儀進行消解，經過消解及脫酸后，采用去離子水溶解稀釋樣品。然后，采用電感耦合等離子體發射光譜儀（ICPOES）分別測定各個樣品中鉀（K）、鈣（Ca）、鈉（Na）、鎂（Mg）、鐵（Fe）、銅（Cu）、鋅（Zn）、錳（Mn）、硼（B）、鉬（Mo）這10 種金屬元素的含量。測定前將所需的玻璃及塑料制品均放在5%的HNO3水溶液中浸泡3 d，并用超純水沖洗3 遍以上。每個品種各設3個生物學重復，每個樣品各重復測定3 次，取其平均值。

1.2.5 長春花不同花色素含量的測定

花色苷含量的測定：取長春花新鮮花瓣，剪碎后混勻，準確稱取0.2 g 置于15 mL 的離心管中，向離心管中加入1%的鹽酸-甲醇（1∶99，V∶V）溶液10 mL，擰緊管塞后用錫箔紙包嚴，于室溫下浸提24 h，期間振蕩幾次，直至樣品組織變白[20-22]。取過濾后的長春花花色苷提取液，稀釋后置于光徑為1 cm 的比色杯中，以1%的鹽酸-甲醇溶液為空白對照，使用紫外-可見分光光度計測定530 nm 處的吸光值。根據如下公式計算花青素苷含量：

AMF=A530×V×N/(98.2×m)。

式中，AMF表示花瓣中花青素苷的質量分數，其計量單位為mg·g-1；A530表示530 nm 處的吸光值；V表示定容體積，其計量單位為mL；N表示稀釋倍數；98.2 為平均消光系數；m為花瓣質量，其計量單位為g。每個品種的測定各設3個生物學重復，取其平均值。

葉綠素、類胡蘿卜素含量的測定：準確稱取不同花色長春花品種的新鮮花瓣粉末0.2 g，置于15 mL 的離心管中，向離心管中加入10 mL 的無水乙醇-丙酮（1∶2，V∶V）浸提液，擰緊管塞后用錫箔紙包嚴，置于常溫下避光環境中浸提24 h，期間振蕩幾次，直至樣品組織變白。取過濾后的提取液，稀釋后置于光徑為1 cm 的比色杯中，以無水乙醇-丙酮（1∶2，V∶V）的混合液為空白對照，使用紫外-可見分光光度計測定波長分別為635、649 及470 nm 處的吸光值。每個品種的測定各設3個生物學重復，取其平均值。根據以下公式分別計算葉綠素和類胡蘿卜素的含量：

Ca=13.95A665-6.88A649；

Cb=24.96A649-7.32A665；

C(a+b)=(1000A470-2.05Ca-114.8Cb)/245。

式中：Ca表示葉綠素a 的濃度，Cb表示葉綠素b的濃度，Ca與Cb相加即為總葉綠素的濃度；C(a+b)表示類胡蘿卜素的濃度（mg·L-1）。

色素含量(mg·g-1)=C×V×N/(1 000×W)。式中：C表示色素濃度，其計量單位為mg·L-1；V表示提取液體積，其計量單位為mL；N表示稀釋倍數；W表示樣品質量，其計量單位為g。

總黃酮含量的測定：稱取不同花色長春花花瓣粉末0.10 g 放入15 mL 的離心管中，加入10 mL的甲醇浸提48 h，將浸提液定容至10 mL[23]。采用氯化鋁顯色法，黃酮化合物與AlCl3發生反應后會生成黃色的黃酮鋁絡合物。將標準樣品蘆丁（Rutin，蕓香苷為C27H30O16·3H2O，純度≥95%，Sigma 試劑公司）于105 ℃的烘箱中烘干1 h[24]，準確稱取蘆丁樣品20.30 mg，用1%的鹽酸甲醇（1∶99，V∶V）溶液定容至25 mL，配成0.812 mg·mL-1的標準樣品溶液。分別取0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL 的標準液加入1%的鹽酸甲醇溶液至4 mL，再分別加入1%的AlCl3·6H2O 甲醇溶液6 mL，平衡10 min。使用紫外-可見分光光度計在220 ～700 nm 的波長范圍內掃描，結果發現，在波長分別為330 和270 nm 處各有一個吸收峰，以330 nm 為檢測波長測定標準樣品溶液的吸光值（A330），根據A330的吸光值和標準樣品蘆丁溶液的濃度繪制標準曲線，得到的線性回歸方程為：C=0.076A330+0.001，R2=0.997。式中，C為蘆丁濃度（mg·mL-1），A330為330 nm 處的吸光值。分別取不同品種的提取液2 mL，加入1%的AlCl3·6H2O 甲醇溶液3 mL，平衡10 min，上機測定A330，將其代入回歸方程中，計算各個長春花樣品溶液的濃度，并計算樣品中總黃酮的含量（mg·g-1）。每個品種的測定各設3個生物學重復，取其平均值。

1.3 數據處理

采用 Excel 2013、SPSS 22.0 及Canoco 5.0 軟件進行數據處理與分析，所有統計數據均為（平均值±標準差）。

2 結果與分析

2.1 花色表征

不同品種長春花花色的分類結果見表1。以RHSCC 植物標準比色卡比對后判斷，6個品種的花色可以分為4個色系：‘White with Eye’為白色系；‘Red Halo’‘Burgundy’‘Lilac’均為紅紫色系；‘Cranberry’為紅色系；‘Light Blue’為紫羅蘭色系。由表1 可知，6個長春花品種之間花色值的差異顯著。其中，明度L*值表示花色的明暗程度，其度量值為0 ～100，顏色表現為從黑色到白色的變化狀態，L*值越小則花色越暗，反之則花色越亮。白色系品種‘White with Eye’花瓣的明度L*值最高，而紅色系品種‘Cranberry’花瓣的明度L*值最低；除‘White with Eye’外，其他5個品種花瓣正面的L*值均小于其背面的L*值，且其花色均由白色變至正紅色，隨著花色的加深，其L*值均呈逐漸下降趨勢。色相a*值反映花瓣的紅綠程度，其度量值為-128 ～127，正值表示顏色偏紅，負值表示顏色偏綠。6個品種花瓣正面的a*值均大于其反面的，除白花品種‘White with Eye’的a*值為負值外，其他品種的a*值均為正值，且紅、紫色系品種花瓣的a*值比藍白色系品種的明顯偏高，因此，依據a*值可以有效區分長春花紅、紫色系與其他色系，隨著a*值的逐漸增大，長春花的花色逐漸變為正紅色。色相b*值的正、負值分別代表黃度和藍度，其度量值亦為-128 ～127。長春花品種中缺少黃色系花，因此各品種的黃度值普遍較低，其中‘Light Blue’‘Lilac’‘Burgundy’這3個品種花瓣的b*值均為負值，說明其花色相對更偏藍色。

表1 不同長春花品種的花色類別及花色值?Table 1 Classification and value of floral color of different vinca cultivars

2.2 長春花花瓣呈色的相關理化指標分析

2.2.1 花瓣解剖結構分析

長春花花瓣橫截面及上、下表皮細胞解剖結構如圖2所示。由圖2 可知，長春花花瓣橫截面結構包括上表皮、中層組織及下表皮，中層組織部分未觀察到柵欄組織和海綿組織的明顯分化。在‘White with Eye’花瓣的各個組織中，沒有觀察到明顯的有色物質的積累，白色花表型可能是由入射光線在花瓣內部連續折射而形成的一種光學現象。其他5個長春花品種的有色細胞均集中分布于花瓣的上表皮，而中層組織及下表皮細胞中基本觀察不到色素物質的存在，這種色素分布方式可能有助于長春花花色的呈現。

圖2 長春花花瓣橫截面及上、下表皮細胞解剖結構Fig.2 Anatomical structure of petal cross section and upper and lower epidermal cells of vinca

續圖2Continuation of Fig.2

不同花色品種長春花花瓣厚度的觀測結果如圖3所示。圖3 表明，6個品種長春花的花瓣厚度為193.10 ～200.47 μm，不同品種間其花瓣厚度存在顯著差異。紅色系‘Cranberry’的花瓣最厚，紅紫色系‘Red Halo’和‘Burgundy’的花瓣均較厚，而白色系‘White with Eye’的花瓣最薄。不同花色品種長春花花瓣表皮細胞高寬比的測量結果如圖4所示。圖4 表明，6個品種長春花上表皮細胞的高寬比均高于其下表皮的。結合圖2 的花瓣解剖結構分析可知，長春花花瓣上表皮細胞呈圓錐狀，向上凸起，且相鄰細胞間略有間隙，其上無角質層覆蓋；中層組織細胞為不規則長橢圓形，大小不一，且排列較為疏松；下表皮細胞為不規則多邊形，扁平狀無凸起，排列較為緊密。

圖3 不同花色品種長春花花瓣厚度的觀測結果Fig.3 Petal thickness values of vinca varieties with different floral colors

圖4 不同花色品種長春花花瓣表皮細胞高寬比的觀測結果Fig.4 The ratio of height to width of petal epidermal cells in different floral colors of vinca varieties

2.2.2 細胞液的pH 值

不同花色品種長春花花瓣細胞液pH 值的測定結果如圖5所示。圖5 表明，6個品種長春花的花瓣細胞液pH 值為4.58 ～5.68，其平均值為5.12，說明其細胞液均呈偏酸性，且不同花色品種間其差異顯著。其中，紫羅蘭色系‘Light Blue’的花瓣細胞液pH 值最高，白色系‘White with Eye’的次之，紅、紫色系的花瓣細胞液pH 值普遍低于藍、白色系的。

圖5 不同花色品種長春花花瓣細胞液pH 值的測定結果Fig.5 The pH of petal cell fluid of different floral varietals of vinca

2.2.3 金屬元素的含量分析

不同花色品種長春花花瓣中10 種金屬元素含量的測定結果如圖6所示。6個品種長春花花瓣內的大量元素中，鉀（K）元素含量均最高，為2.25 ～3.45 mg·g-1，平均為2.72 mg·g-1，是其他9 種元素含量總和的3.7 倍；紅紫色系‘Red Halo’花瓣中的K 含量最高，紅紫色系色系‘Burgundy’花瓣中的K 含量最低。其次為鈣（Ca）元素，其含量為0.16 ～0.40 mg·g-1，平均為0.26 mg·g-1；白色系‘White with Eye’花瓣中的Ca 含量最高，紅色系‘Cranberry’花瓣中的Ca 含量最低。含量排在第三位的是鎂（Mg）元素，其含量為0.09 ～0.13 mg·g-1，平均為0.11 mg·g-1；紅紫色系‘Red Halo’花瓣中的Mg含量最高，紅紫色系色系‘Lilac’花瓣中的Mg 含量最低。6個品種長春花花瓣中的鈉（Na）元素含量為0.07 ～0.12 mg·g-1，平均為0.10 mg·g-1；紅色系‘Cranberry’花瓣中的Na 含量最高，紅紫色系‘Red Halo’花瓣中的Na 含量最低。6個品種長春花花瓣內的微量元素中，鐵（Fe）元素含量明顯高于其他元素的含量，為99.00 ～247.23 mg·g-1，平均為167.13 mg·g-1；紅紫色系色系‘Burgundy’花瓣中的Fe 含量最高，紅紫色系色系‘Red Halo’花瓣中的Fe 含量最低。6個品種長春花花瓣中其他5 種金屬元素的含量由高到低依次為錳（Mn）、鋅（Zn）、硼（B）、銅（Cu）、鉬（Mo）。6個品種長春花花瓣中的Mn 含量為21.17 ～52.03 mg·g-1，其平均值為35.52 mg·g-1；其Zn 含量為16.07 ～31.77 mg·g-1，其平均值為23.62 mg·g-1；其B 含量為13.27 ～26.47 mg·g-1，其平均值為19.84 mg·g-1；其Cu 含量為2.87 ～7.00 mg·g-1，其平均值為4.51 mg·g-1；其Mo 含量為0.73 ～1.70 mg·g-1，其平均值為1.13 mg·g-1。各品種間所測10 種金屬元素的含量差異均顯著。

圖6 不同花色長春花品種花瓣中不同金屬元素的含量Fig.6 Different contents of metal elements in petals of vinca varieties with different colors

2.2.4 花色素含量的測定結果

不同花色品種長春花結果盛花期的花瓣中均含有四大類色素，且各種類型的色素在不同品種中的含量均存在明顯差異，測定結果見表2。表2表明，‘Red Halo’與‘Cranberry’這2個品種花瓣中的葉綠素與類胡蘿卜素的含量均顯著高于其他品種的；6個品種長春花的花瓣中，葉綠素的平均含量僅為0.025 mg·g-1，類胡蘿卜素的平均含量僅為0.006 5 mg·g-1，此二者在長春花花瓣中都表現為痕量存在。花色苷是花瓣著色的主要色素類型。6個品種長春花花瓣中的花色苷含量，白色系‘White with Eye’的含量最低，為0.203 mg·g-1；紅色系‘Cranberry’的含量最高（22.577 mg·g-1），是‘White with Eye’含量的111 倍。4個色系的花色苷含量由高至低依次為紅色系＞紅紫色系＞紫羅蘭色系＞白色系。黃酮類化合物也是影響花瓣著色的重要物質。6個品種長春花花瓣中黃酮類化合物的平均含量為38.275 mg·g-1；其中，‘Cranberry’的含量最高，‘Red Halo’的含量次之，‘White with Eye’的含量最低。

表2 不同花色品種長春花花瓣中不同色素含量?Table 2 Different pigment content in petals of different color vinca varieties mg·g-1

2.3 影響長春花花瓣呈色的各項理化指標間的相關性分析

長春花花色值、花瓣結構與各項理化指標間的相關系數見表3，花瓣中不同金屬元素含量及各種花色素間的相關系數見表4。由表3 可知，不同花色品種長春花花瓣的L*值與a*值之間均呈極顯著負相關（P＜0.01），而與b*值之間均無顯著相關性。長春花花瓣的明度L*值與花瓣厚度、上表皮細胞高寬比、總花色苷及總黃酮含量之間均存在極顯著負相關性（P＜0.01），而與花瓣細胞液pH 值、Ca 元素和Mn 元素含量之間均存在極顯著正相關，同時與葉綠素和類胡蘿卜素含量之間均存在顯著負相關性（P＜0.05）；反之，紅度a*值與花瓣厚度、上表皮細胞高寬比、總花色苷及總黃酮含量之間均存在極顯著正相關，而與花瓣細胞液pH 值、Ca 元素和Mn 元素含量之間均呈極顯著負相關，與葉綠素和類胡蘿卜素含量之間均存在顯著正相關。由此可知，花瓣厚度、上表皮細胞的高寬比、總花色苷及總黃酮含量的增加可明顯提高長春花花瓣的紅度，在花瓣紅度增加的同時，花瓣表面的光澤度卻隨之降低，花色加深變暗；而細胞液pH 值、Ca 元素和Mn 元素含量的增加會降低花瓣的紅度值，而有效提高花瓣的亮度。葉綠素和類胡蘿卜素的含量都很少，但對于花瓣的花色值也都有一定程度的影響。6個品種的b*值與花瓣細胞液pH 值之間均呈極顯著負相關，而與花瓣厚度及色素含量間均呈顯著正相關。此外，長春花花瓣的各項理化指標之間也存在著明顯的相關性。其中，葉綠素、類胡蘿卜素、花色苷和總黃酮四大類色素含量彼此之間存在極顯著的正相關性（表4），且四者與花瓣細胞液pH 值和Ca、Mn 元素含量之間均呈極顯著負相關。此外，花瓣厚度、表皮細胞高寬比與細胞液pH 值三者彼此之間也具有顯著的相關性。

表3 長春花花色值、花瓣結構與各項理化指標值之間的相關系數?Table 3 Correlation coefficient between flower color value,petal structure and physicochemical indexes of vinca

以上分析結果表明，長春花花瓣中葉綠素、類胡蘿卜素、花色苷及黃酮類化合物之間彼此相互促進，而花瓣細胞液pH 值和Ca、Mn 元素含量與四大類花色素含量間卻相互抑制。細胞液pH 值與Ca、Mn 元素含量間相互促進，而與表皮細胞高寬比之間卻相互抑制。由此可知，影響長春花花瓣呈色的各項理化指標之間既相互聯系又彼此影響，共同決定了長春花花瓣顏色的呈現。其中，色素作為花瓣呈色的物質基礎，葉綠素、類胡蘿卜素、花色苷及總黃酮含量直接影響著長春花的花色，而花瓣厚度、表皮細胞高寬比與細胞液pH值和Ca、Mn 元素含量可能通過影響光線的吸收折射及花色素的組分含量從而間接影響了長春花花色的改變。

2.4 冗余分析

冗余分析（RDA 排序）能夠針對多項理化指標有效地進行統計與檢驗，并可確定對于長春花花瓣呈色多樣性變化具有最大解釋率的最少變量的組成，能夠有效地簡化變量個數，從而進一步地作簡化分析。對長春花的花色值（L*、a*、b*值）與花瓣內各項相關理化指標之間的相關性進行冗余分析，結果如圖7所示。圖7 中的實心箭頭表示花色值指標，空心箭頭表示理化指標；箭頭連線的長短表示花色值與理化指標間關聯度的大小，長度越長表示相關性越大，反之則相關性越小；兩個箭頭間的夾角表示花色值與理化指標間相關性的大小，角度越小則相關性越大[25-26]。由圖7可知，花色值與各項理化指標之間均顯著相關。其中，第Ⅰ軸（即RDA1，約束排序模型中的第1個約束軸）解釋了不同品種花色值的81.94%的變異信息，第Ⅱ軸（即RDA2，約束排序模型中的第2個約束軸）解釋了其16.57%的變異信息，前兩軸累計解釋量達到98.51%；第Ⅲ軸與第Ⅳ軸的解釋量之和僅為1.48%。因此，前兩軸可以很好地說明長春花花色值指數與各項理化指標之間的關系，且其主要取決于第Ⅰ軸。為將理化因子變量對花色值的貢獻率進行量化分析，同時進行了蒙特卡羅檢驗，結果見表5。由表5 可知，長春花花色值與花瓣中的花色苷含量、總黃酮含量、上表皮細胞高寬比、Mn 元素含量、Ca 元素含量、花瓣厚度、細胞液pH 值與下表皮細胞高寬比之間均呈現出極顯著的相關性。其中，Mn 元素含量、Ca 元素含量、細胞液pH 值與RDA1 軸之間均呈極顯著正相關，而總花色苷含量、總黃酮含量、上表皮細胞高寬比、花瓣厚度及下表皮細胞高寬比與RDA1 軸之間均呈極顯著負相關。由表4 還可知，花色苷含量與總黃酮含量對于長春花花色值的解釋率最高，分別為71.9%（F=40.9，P＜0.01）和70%（F=37.3，P＜0.01）。因此，花色苷與總黃酮含量的差異是長春花不同花色形成的主要影響因子，而花瓣厚度、表皮細胞形態、細胞液pH 值及Mn、Ca 之值等作為輔助因子也都會影響其呈色。

表5 各項理化指標的蒙德卡羅檢驗結果Table 5 Monde Carlo test for physical and chemical factors

圖7 長春花花色值與各項理化指標之間關系的冗余分析結果Fig.7 Redundancy analysis of the relationship between folwer color value and physicochemical index of vinca

表4 長春花花瓣中不同金屬元素含量與各種花色素含量間的相關系數Table 4 Correlation coefficients of different metal elements and anthocyanidins in vinca petals

3 討論與結論

花色的系統分類及量化對于種質資源的標準化評價和新花色品種的培育都十分重要。采用RHSCC 標準比色及CIELab 顏色系統可以對花瓣顏色進行專業性描述及數量化表征處理，不同花色品種長春花的花色值L*與a*值之間均呈現極顯著的負相關性，這與Akbari 等[27]和吳靜等[28]的研究結果均一致。紅色系和紅紫色系是長春花品種資源的主要色系，因此，在對其花色進行定量分析時，紅度a*值相較于黃度b*值的參考價值更大。

研究結果表明，長春花白花品種的花瓣組織中無明顯色素細胞的分布，而在其他5個品種花瓣的上表皮細胞中均可明顯地觀察到花色素的大量積累，色素在細胞中的呈色類型與花瓣表型幾近一致。這種色素分布方式與岳娟[29]對藍色鳶尾與紫色鳶尾的相關研究結果一致，而與葡萄風信子、非洲菊等[1]花卉不同的是，長春花花色素的分布更加集中，這種色素分布方式可能更有助于長春花的呈色。研究中發現，花瓣厚度、上表皮細胞形態與長春花花色值L*、a*值之間均有顯著的相關性，這與殷涵泰等[2]對秋石斛的研究結果相同。花瓣呈色過程中，光線由外部環境首先照射至花瓣表面，其在穿透色素層時一部分會被吸收，而另一部分則在海綿組織層中被反射折回，而后再次通過色素層最終進入觀察者的眼睛中。在此過程中，花瓣厚度與表皮細胞的形態對光線均會造成影響，進而影響花色的呈現。

研究中發現，6個長春花品種的花瓣細胞液均呈偏酸性，且其細胞液pH 值與花色值a*值之間均存在顯著負相關性。細胞液酸堿性的強弱是花瓣呈色穩定與否的重要影響因素。有關研究者[30-31]在對矮牽牛的研究中發現，當花瓣細胞液呈偏酸性時，花色則趨向紅色；當花瓣細胞液呈近中性或呈弱堿性時，花色則呈現藍色。細胞液pH 值是通過影響花色苷的穩定性而影響花色呈現的。在強酸性環境中，花色苷的化學性質較為穩定，一般呈紅色；而在高pH 值的介質環境中，其性質趨于不穩定，花色苷最大吸收波長發生紅移，花色偏藍；隨著環境堿性的繼續增強，花色苷結構遭到嚴重破壞，顏色發生褐變[32-33]。因此，長春花花瓣細胞液的酸性環境有利于花色素苷的保存與積累，這使得長春花花色的呈現更為穩定。

長春花花瓣中Ca、Mn 元素含量與花色值L*、a*值之間均顯著相關，隨著Ca、Mn 元素含量的升高，花瓣的亮度逐漸升高，而紅度值隨之逐漸降低，花色變淺。白新祥[34]在對菊花的研究中發現，Fe3+、Mg2+、Al3+和Ca2+對紅色品種‘龍卷狂飆’的花青素均可起到增色作用，而對白色品種‘圣光白雪姬’的黃酮類化合物卻沒有明顯的影響。Razieh 等[35]在對非洲菊的研究中發現，Fe2+和Ca2+對黃色花非洲菊花色的影響均顯著，而Mg2+的影響并不顯著。花瓣中金屬元素含量及其存在狀態對于不同物種、不同花色植物的影響復雜且各有差異。Goto 等[36]提出，金屬元素可以不同離子態形式與花色苷的發色團或是黃酮醇核進行分子堆疊，這種螯合機制抑制了花色素發色團的水合作用，促進其增色。Kazuaki 等[37]在對郁金香‘Murasakizuisho’的研究中發現，其花被底部顯示出與花被不同的顏色的原因是其Fe3+含量有差異。本研究對各種金屬元素僅進行了定量分析，在長春花花色苷呈色過程中，是否有Ca2+、Mn2+的參與及其是否存在特殊的絡合機制，仍需進一步研究。

花色苷作為紅色和藍、紫色花形成的決定性色素，也是決定花瓣紅度值的重要物質基礎。長春花花色苷含量與明度L*值和紅度a*值之間均存在顯著的量效關系。Wan 等[38]在對現代月季的研究中發現，黃酮類物質不僅其自身可呈色，而且可與花色苷產生共色效應，從而加強花色苷的顯色。黃酮類物質是長春花花色形成的重要輔助色素，6個品種的總黃酮含量均較高。此外，黃酮類物質作為花青素苷的直接前體物質，研究中還發現，長春花花瓣中總花色苷和總黃酮的含量之間呈現出極顯著的正相關關系。此前已有研究者[39]報道，花瓣中含有葉綠素。在6個花色品種長春花的花瓣中也檢測到了葉綠素及類胡蘿卜素，但二者僅表現為痕量存在，冗余分析結果表明，其對花瓣呈色的影響均較小。分析當前相關研究的現狀，后續研究可以利用液質聯用技術（HPLC-MS）對花色苷及黃酮類單體進行鑒定及定量分析，從次生代謝水平上對長春花花瓣中的差異化合物進行表征，以揭示其色素代謝機理。

綜上所述，不同品種長春花的花色差異不是單一指標作用的結果，而是多項理化指標共同作用、相互影響的結果。類黃酮化合物作為長春花花瓣呈色的化學基礎，其組分與含量的差異是決定長春花不同花色形成的主要因素。其中，花色苷是影響長春花花瓣著色的主要色素，黃酮類作為輔助色素協同花色苷共同呈色。此外，花瓣厚度、表皮細胞形態、細胞液pH 值及Mn 或Ca 元素含量等指標作為輔助因子協助參與了花瓣的呈色。該研究結果可為長春花花色形成機制的研究及新花色品種的培育提供一定的理論依據。