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外源硫酸铝调节八仙花花青苷组成和含量变化的分子生物学机制

龚仲幸 何勇 杨静 宋亚 叶真逍 朱祝军

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外源硫酸铝调节八仙花花青苷组成和含量变化的分子生物学机制

    作者简介: 龚仲幸(1974—),女,浙江慈溪人,副教授,主要从事花卉栽培与应用的研究。E-mail: 526435688@qq.com;
    通讯作者: 朱祝军, E-mail:zhuzj@zafu.edu.cn
  • 基金项目: 浙江省自然科学基金重点项目(LZ14C150001)资助。

Mechanism of exogenous Al2(SO4)3 on regulating the anthocyanin concentration in Hydrangea macrophylla petal

    Corresponding author: ZHU Zhu-jun, E-mail:zhuzj@zafu.edu.cn
  • 摘要: 【目的】八仙花是我国重要的观赏植物之一,本研究旨在探讨 Al2(SO4)3 对八仙花花色的影响及其机制。 【方法】以‘蓝色妈妈’品种为对象进行盆栽试验,设置了 0 (pH 为 6 的柠檬酸缓冲液)、2‰ 和 4‰ 3 个 Al2(SO4)3 水平,在植株出现花蕾约 1 cm 时进行处理。在开花盛期进行花色分析,采用高效液相色谱法和质谱分析花青苷成分和含量,采用电感耦合等离子体原子发射光谱法分析金属离子含量,采用荧光定量 PCR 分析 Al3+ 运输相关基因表达水平。 【结果】2‰ 和 4‰ 的 Al2(SO4)3 处理 21 d 后,花瓣颜色从粉色变为紫色和蓝紫色。‘蓝色妈妈’花瓣中检测到了飞燕草素-3-葡萄糖苷等 12 种花青苷;2‰ 和 4‰ 的 Al2(SO4)3 处理显著 (P < 0.05) 增加了飞燕草素苷、矢车菊素苷和芍药花素苷含量,其中增加幅度最大的是飞燕草素苷含量,从对照 (CK) 组的 5159.9 μg/g FW 分别增加到 24681.2 μg/g FW 和 30485.7 μg/g FW;飞燕草素苷含量增加主要是由于飞燕草素-3-葡萄糖苷和飞燕草素-3-戊糖-5-葡萄糖苷含量增加,飞燕草素-3-葡萄糖苷含量从对照的 4679.2 μg/g FW 分别增加到 23610.0 μg/g FW 和 29129.7 μg/g FW,飞燕草素-3-戊糖-5-葡萄糖苷从对照的 142.3 μg/g FW 分别增加到 805.6 μg/g FW 和 1114.9 μg/g FW。2‰ 和 4‰ 的 Al2(SO4)3 处理后,花瓣中 Al3+ 含量从对照的 2.24 μg/g FW 分别增加到 5.12 μg/g FW 和 11.83 μg/g FW;2‰ 和 4‰ 的 Al2(SO4)3 处理后,花瓣中质膜铝转运基因 (plasma membrane Al transporter, PALT) 和液泡膜铝转运基因 (vacuolar Al transporter, VALT) 表达水平显著提高 (P < 0.05),PALT 表达水平分别比对照提高了 88.5% 和 148.2%,VALT 表达水平分别比对照提高了 74.8% 和 135.7%。 【结论】Al2(SO4)3 处理诱导了 Al3+ 运输相关基因的表达,增加了花瓣中 Al3+ 积累,提高了飞燕草素苷含量,进而改变了花的颜色。
  • 图 1  Al2(SO4)3 处理对‘蓝色妈妈’花色的影响

    Figure 1.  Effects of the Al2(SO4)3 application on flower colour in ‘mama blue’

    图 2  ‘蓝色妈妈’花瓣花青苷组分色谱图

    Figure 2.  The anthocyanins components chromatogram of ‘mama blue’ petal

    图 3  Al2(SO4)3 处理对 PALTVALT 表达的影响

    Figure 3.  Effects of the Al2(SO4)3 application on expression of PALT and VALT

    表 1  八仙花花青苷主要成分及含量

    Table 1.  The main composition and contents of anthocyanins of Hydrangea macrophylla

    出峰顺序
    Peak sequence
    保留时间 (min)
    Retaining time
    质谱离子/[H+]
    Molecular
    推测花青苷成分
    Predicted components of anthocyanin
    含量 Content (μg/g, FW)
    CK 2‰ Al2(SO4)3 4‰ Al2(SO4)3
    1 9.414 301、463 芍药-3-葡萄糖苷 C22H23O11 25.9 b 86.6 a 98.6 a
    2 9.767 301、625 芍药-3,5-双葡萄糖苷 C28H33O16 63.7 b 289.3 a 299.7 a
    3 10.138 303、465、597 飞燕草-3-戊糖-5-葡萄糖苷 C26H29O16 142.3 c 805.6 b 1114.9 a
    4 10.531 303、465 飞燕草-3-葡萄糖苷 C21H21O12 4679.2 c 23610.0 b 29129.7 a
    5 11.140 303、435 飞燕草-3-戊糖苷 C20H19O11 158.5 a 68.0 b 8.9 c
    6 12.056 287、449、611 矢车菊-3,5-双葡萄糖苷 C27H31O16 694.3 a 507.8 b 339.4 c
    7 12.274 287、419 矢车菊-3-戊糖苷 C20H19O10 105.5 c 123.2 b 148.2 a
    8 12.558 303、435 飞燕草-3-戊糖苷 C20H19O11 74.4 a 74.4 a 84.0 a
    9 13.316 303、343、419、619 未知 28.4 c 37.6 b 91.5 a
    10 13.741 287、535、993、1241 矢车菊-3-芥子酰-阿魏酰-槐糖苷-5-丙二酰-葡萄糖苷 C57H61O31 13.0 b 14.8 b 187.2 a
    11 14.501 287、535、963、1211 矢车菊-3-p-香豆酰-芥子酰-槐糖苷-5-丙二酰-葡萄糖苷 C56H59O30 27.2 c 91.3 a 44.5 b
    12 19.307 287、535、773、1021 矢车菊-3-咖啡酰-丙二酰-槐糖苷-5-葡萄糖苷 C45H49O27 62.9 c 794.5 b 1015.2 a
    13 20.587 287、449、903、1065 矢车菊-3-p-香豆酰-p-香豆酰-槐糖苷-5-葡萄糖苷 C51H53O25 24.0 b 44.1 a 49.5 a
    注(Note):同行数据后不同字母表示差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters in the same row indicate significant differences at the 0.05 level.
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    表 2  硫酸铝处理对几种金属离子含量的影响 (μg/g,FW)

    Table 2.  Effects of the Al2(SO4)3 application on several metal ions contents

    处理 Treatment Al3+ Fe3+ Mn2+ Mg2+ Zn2+
    CK 2.24 ± 0.09 c 3.45 ± 0.11 a 0.87 ± 0.03 b 51.13 ± 1.68 b 0.88 ± 0.01 a
    2‰ Al2(SO4)3 5.12 ± 0.64 b 3.37 ± 0.36 a 1.27 ± 0.17 a 69.65 ± 6.30 a 0.59 ± 0.06 b
    4‰ Al2(SO4)3 11.83 ± 0.84 a 3.68 ± 0.21 a 1.06 ± 0.10 a 61.70 ± 2.78 a 0.50 ± 0.02 b
    注(Note):同列数据后不同字母表示差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters in the same column indicate significant differences at the 0.05 level.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-11-01
  • 刊出日期:  2017-05-01

外源硫酸铝调节八仙花花青苷组成和含量变化的分子生物学机制

    作者简介:龚仲幸(1974—),女,浙江慈溪人,副教授,主要从事花卉栽培与应用的研究。E-mail: 526435688@qq.com
    通讯作者: 朱祝军, zhuzj@zafu.edu.cn
  • 1. 杭州职业技术学院,浙江杭州 310018
  • 2. 浙江农林大学农业与食品科学学院/浙江省农产品品质改良重点实验室,浙江临安 311300
  • 基金项目: 浙江省自然科学基金重点项目(LZ14C150001)资助。
  • 摘要: 【目的】八仙花是我国重要的观赏植物之一,本研究旨在探讨 Al2(SO4)3 对八仙花花色的影响及其机制。 【方法】以‘蓝色妈妈’品种为对象进行盆栽试验,设置了 0 (pH 为 6 的柠檬酸缓冲液)、2‰ 和 4‰ 3 个 Al2(SO4)3 水平,在植株出现花蕾约 1 cm 时进行处理。在开花盛期进行花色分析,采用高效液相色谱法和质谱分析花青苷成分和含量,采用电感耦合等离子体原子发射光谱法分析金属离子含量,采用荧光定量 PCR 分析 Al3+ 运输相关基因表达水平。 【结果】2‰ 和 4‰ 的 Al2(SO4)3 处理 21 d 后,花瓣颜色从粉色变为紫色和蓝紫色。‘蓝色妈妈’花瓣中检测到了飞燕草素-3-葡萄糖苷等 12 种花青苷;2‰ 和 4‰ 的 Al2(SO4)3 处理显著 (P < 0.05) 增加了飞燕草素苷、矢车菊素苷和芍药花素苷含量,其中增加幅度最大的是飞燕草素苷含量,从对照 (CK) 组的 5159.9 μg/g FW 分别增加到 24681.2 μg/g FW 和 30485.7 μg/g FW;飞燕草素苷含量增加主要是由于飞燕草素-3-葡萄糖苷和飞燕草素-3-戊糖-5-葡萄糖苷含量增加,飞燕草素-3-葡萄糖苷含量从对照的 4679.2 μg/g FW 分别增加到 23610.0 μg/g FW 和 29129.7 μg/g FW,飞燕草素-3-戊糖-5-葡萄糖苷从对照的 142.3 μg/g FW 分别增加到 805.6 μg/g FW 和 1114.9 μg/g FW。2‰ 和 4‰ 的 Al2(SO4)3 处理后,花瓣中 Al3+ 含量从对照的 2.24 μg/g FW 分别增加到 5.12 μg/g FW 和 11.83 μg/g FW;2‰ 和 4‰ 的 Al2(SO4)3 处理后,花瓣中质膜铝转运基因 (plasma membrane Al transporter, PALT) 和液泡膜铝转运基因 (vacuolar Al transporter, VALT) 表达水平显著提高 (P < 0.05),PALT 表达水平分别比对照提高了 88.5% 和 148.2%,VALT 表达水平分别比对照提高了 74.8% 和 135.7%。 【结论】Al2(SO4)3 处理诱导了 Al3+ 运输相关基因的表达,增加了花瓣中 Al3+ 积累,提高了飞燕草素苷含量,进而改变了花的颜色。

    English Abstract

    • 八仙花 (Hydrangea macrophylla) 又名大花绣球、阴性绣球等,属虎耳草科八仙花属,原产于中国和日本,在我国广泛用作观赏灌木和盆栽花卉。八仙花品种繁多,主要的花色有红色、粉色、白色、蓝色等[1]。研究发现,八仙花颜色会由于栽培方式、周围环境变化而变化,如八仙花花色与土壤 pH 值有关,在中性或碱性土壤中呈现粉红色,在酸性土中呈蓝色[23]。Ito 等[4]发现蓝色品种八仙花花瓣内 Al3+ 含量比红色品种高 39 倍。Schreiber 等[5]分析了多个红色、紫色和蓝色八仙花品种色素及 Al3+ 含量,发现红色品种花瓣 Al3+ 含量范围为 0~10 μg/g FW,紫色品种含量范围为 10~40 μg/g FW,蓝色品种 Al3+ 含量大于 40 μg/g FW,并提出八仙花呈现不同颜色是因为不同浓度的 Al3+ 与飞燕草素-3-葡萄糖苷形成的复合物呈色反应不同造成的。在酸性条件下,苹果酸等会激活 Al3+ 运输通道,从而促进根系 Al3+ 的吸收[6]。在八仙花花瓣内,Al3+ 的积累主要是通过两个铝离子转运蛋白来实现,分别位于质膜和液泡膜上 [其编码基因分别为质膜铝转运基因 plasma membrane Al transporter (PALT) 和液泡膜铝转运基因 vacuolar Al transporter (VALT)],均属于水通道蛋白家族。质膜铝离子转运蛋白将 Al3+ 从细胞外运输到细胞质中,继而由液泡膜铝转运蛋白运输到液泡并储存起来[7],与液泡中的飞燕草素-3-葡萄糖苷形成复合物。

      我国八仙花品种繁多,当前研究主要关注八仙花组织培养、耐铝毒害机制等[89]。本研究以浙江省主要的八仙花品种之一‘蓝色妈妈’为材料,分析了不同浓度 Al2(SO4)3 处理对其花色、花青苷含量、Al3+ 含量及 Al3+ 跨膜运输相关基因表达的影响,探讨通过控制根域 Al3+ 浓度调控八仙花花色,满足市场需求。

      • 采用八仙花品种为‘蓝色妈妈’,种苗购自浙江虹越花卉有限公司。2015 年 4 月,在扦插苗中选取整齐一致的幼苗移入标准 1 加仑营养盆中进行处理,栽培基质为混合基质 (珍珠岩∶蛭石∶草炭之比为 1∶1∶1,pH 6)。试验设置 3 个处理:1) CK,根系添加 pH 为 6 的柠檬酸缓冲液;2) 根系添加 2‰ Al2(SO4)3,用柠檬酸缓冲液将 pH 调节至 6;3) 根系添加 4‰ Al2(SO4)3,用柠檬酸缓冲液将 pH 调节至 6。在植株出现花蕾约 1 cm 时开始进行处理,以后每周处理 1 次,直至现蕾,每处理 4 次重复。开花盛期时拍照进行花色分析,取花瓣鲜样进行色素含量分析,取样品液氮冷冻放入 –80℃ 冰箱供基因表达水平分析。

      • 提取方法参照考 Park 等[10]的方法并略作修改。取 5 g 鲜样,加入 10 mL 5% 甲酸溶液,研磨至匀浆,超声 30 min,4000 rpm/min 离心,上清液过 0.45 μm 滤膜,得到提取液。将提取液进高效液相色谱 (LC-20AT,日本岛津公司) 进行分析。色谱柱为 InertSustain C18 (4.6 mm × 250 mm,5 μm),流动相 A 相为 5% 甲酸水溶液,B 相为 5% 甲酸乙腈,进样量 20 μL,流速 1.0 mL/min。线性洗脱梯度:0 min,5% B;8~13 min,13%B;13~20 min,17% B;20~23 min,17% B;23~30 min,20%B;30~40 min,20% B;40~40.1 min,5% B;40.1~50 min,5%B。检测波长 520 nm。样品定量采用外标法,标准品为矢车菊-3,5-双葡萄糖苷[11],标准曲线为 y = 15188.01x – 16778.39 (R2 = 0.999)。质谱分析采用高效液相色谱离子质谱联用仪 (6460 Triple Quad LC/MS,美国安捷伦科技有限公司)。质谱条件参照宋亚等[12]的方法,采用综合色谱相对保留时间、质谱分子离子峰和碎片离子峰等确定其分子结构。

      • 称取花瓣样品 10 g,将其放入到烘箱中烘干至恒重,样品经磨碎、过 0.425 mm 筛,用 V(H2SO4)∶V(H2O2) = 3∶1 消煮样品,利用 ICP-AES (inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy) 测定离子含量。

      • RNA 提取采用基于 Trizol 法的 RNA 试剂盒 (Simgen) 进行,按说明书操作提取 RNA。反转录生成 cDNA,在荧光定量 PCR 反应体系混合液中加入 2 μL 稀释后的 cDNA 模板,充分混匀。然后放置于 ABI PRISM®7000 荧光 PCR 仪中进行荧光定量 PCR。PCR 程序为 95℃ 变性 1 min;聚合反应阶段 95℃ 5 s,60℃ 33 s,40 次循环;95℃ 15 s,60℃ 20 s,95℃ 15 s。各基因和内参基因 PCR 引物采用 Negishi 等[7]设计的引物,18S rRNA 为内参基因,各基因引物如下:VALT,5′-GGCCCTAGCAGAGTTCTTCTCT-3′,5′-AATGTAATGTTCCCACCAAGGA-3′;PALT1,5′-ACCTGTAACTCCAGGGACTCCT-3′,5′-TATGAACTCAGCTCCCACCTTT-3′;18S rRNA,5′-GGAAGTTTGAGGCAATAACAGG-3′,5′-ATTGCAATGATCTATCCCCATC-3′。

      • 图 1 可知,在对照 (CK) 植株中,‘蓝色妈妈’颜色为粉红色略带白色,是该品种的典型颜色,2‰ Al2(SO4)3 处理后,花瓣颜色呈现淡紫色,4‰ Al2(SO4)3 处理 21 d 后,花瓣颜色转为蓝紫色。试验表明,Al2(SO4)3 处理后能明显改变‘蓝色妈妈’花瓣颜色。

        图  1  Al2(SO4)3 处理对‘蓝色妈妈’花色的影响

        Figure 1.  Effects of the Al2(SO4)3 application on flower colour in ‘mama blue’

      • 经质谱分析,‘蓝色妈妈’花瓣中检测到了 12 种花青苷 (图 2),其中 11 种为芍药花素-3-葡萄糖苷、芍药花素-3,5-双葡萄糖苷、飞燕草素-3-戊糖-5葡萄糖苷、飞燕草素-3-葡萄糖苷、飞燕草素-3-戊糖苷、矢车菊素-3,5-双葡萄糖苷、矢车菊素-3-戊糖苷、矢车菊素-3-芥子酰-阿魏酰-槐糖苷-5-丙二酰-葡萄糖苷、矢车菊素-3-p-香豆酰-芥子酰-槐糖苷-5-丙二酰-葡萄糖苷、矢车菊素-3-咖啡酰-丙二酰-槐糖苷-5-葡萄糖苷和矢车菊素-3-p-香豆酰-p-香豆酰-槐糖苷-5-葡萄糖苷,另一种成分未知 (表 1)。

        表 1  八仙花花青苷主要成分及含量

        Table 1.  The main composition and contents of anthocyanins of Hydrangea macrophylla

        出峰顺序
        Peak sequence
        保留时间 (min)
        Retaining time
        质谱离子/[H+]
        Molecular
        推测花青苷成分
        Predicted components of anthocyanin
        含量 Content (μg/g, FW)
        CK 2‰ Al2(SO4)3 4‰ Al2(SO4)3
        1 9.414 301、463 芍药-3-葡萄糖苷 C22H23O11 25.9 b 86.6 a 98.6 a
        2 9.767 301、625 芍药-3,5-双葡萄糖苷 C28H33O16 63.7 b 289.3 a 299.7 a
        3 10.138 303、465、597 飞燕草-3-戊糖-5-葡萄糖苷 C26H29O16 142.3 c 805.6 b 1114.9 a
        4 10.531 303、465 飞燕草-3-葡萄糖苷 C21H21O12 4679.2 c 23610.0 b 29129.7 a
        5 11.140 303、435 飞燕草-3-戊糖苷 C20H19O11 158.5 a 68.0 b 8.9 c
        6 12.056 287、449、611 矢车菊-3,5-双葡萄糖苷 C27H31O16 694.3 a 507.8 b 339.4 c
        7 12.274 287、419 矢车菊-3-戊糖苷 C20H19O10 105.5 c 123.2 b 148.2 a
        8 12.558 303、435 飞燕草-3-戊糖苷 C20H19O11 74.4 a 74.4 a 84.0 a
        9 13.316 303、343、419、619 未知 28.4 c 37.6 b 91.5 a
        10 13.741 287、535、993、1241 矢车菊-3-芥子酰-阿魏酰-槐糖苷-5-丙二酰-葡萄糖苷 C57H61O31 13.0 b 14.8 b 187.2 a
        11 14.501 287、535、963、1211 矢车菊-3-p-香豆酰-芥子酰-槐糖苷-5-丙二酰-葡萄糖苷 C56H59O30 27.2 c 91.3 a 44.5 b
        12 19.307 287、535、773、1021 矢车菊-3-咖啡酰-丙二酰-槐糖苷-5-葡萄糖苷 C45H49O27 62.9 c 794.5 b 1015.2 a
        13 20.587 287、449、903、1065 矢车菊-3-p-香豆酰-p-香豆酰-槐糖苷-5-葡萄糖苷 C51H53O25 24.0 b 44.1 a 49.5 a
        注(Note):同行数据后不同字母表示差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters in the same row indicate significant differences at the 0.05 level.

        图  2  ‘蓝色妈妈’花瓣花青苷组分色谱图

        Figure 2.  The anthocyanins components chromatogram of ‘mama blue’ petal

        从生色团 (chromophores) 类别上来说,飞燕草素苷中,随着 Al2(SO4)3 处理浓度的增加,飞燕草素-3-戊糖-5葡萄糖苷、飞燕草素-3-葡萄糖苷含量显著 (P < 0.05) 提高;其中,飞燕草素-3-戊糖-5葡萄糖苷含量从 142.3 μg/g FW 增加到 805.6 μg/g FW 和 1114.9 μg/g FW,而飞燕草素-3-葡萄糖苷含量从对照的 4679.2 μg/g FW 增加到 23610.0 μg/g FW 和 29129.7 μg/g FW。此外,保留时间为 11.14 min 的飞燕草素-3-戊糖苷含量相比对照显著 (P < 0.05) 降低,而保留时间为 12.558 min 的飞燕草素-3-戊糖苷则不受 Al2(SO4)3 处理的影响。对于矢车菊素苷,矢车菊素-3-戊糖苷和矢车菊素-3-咖啡酰-丙二酰-槐糖苷-5-葡萄糖苷的含量相比对照显著提高,尤其是矢车菊素-3-咖啡酰-丙二酰-槐糖苷-5-葡萄糖苷,含量从 62.9 μg/g FW 增加到 794.5 μg/g FW 和 1015.2 μg/g FW;矢车菊素-3-p-香豆酰-芥子酰-槐糖苷-5-丙二酰-葡萄糖苷含量在 2‰ Al2(SO4)3 处理后显著增加,而在 4‰ Al2(SO4)3 处理中相比前者略微降低,但仍显著高于对照;同时,矢车菊素-3,5-双葡萄糖苷含量在 Al2(SO4)3 处理后降低,且下降幅度和 Al2(SO4)3 浓度呈正相关。芍药花素苷中,芍药花素-3-葡萄糖苷、芍药花素-3,5-双葡萄糖苷含量均在 2‰ Al2(SO4)3 处理后大幅增加,然而提高 Al2(SO4)3 处理浓度对于增幅影响不明显。从花青苷总体含量而言,矢车菊素苷、飞燕草素苷和芍药花素苷含量均随着 Al2(SO4)3 处理浓度增加而显著增加。2‰ Al2(SO4)3 和 4‰ Al2(SO4)3 处理处理后,矢车菊素苷含量从 CK 的 926.8 μg/g FW 增加到 1575.7 μg/g FW 和 1784.0 μg/g FW;飞燕草素苷含量从 CK 的 5159.9 μg/g FW 增加到 24681.2 μg/g FW 和 30485.7 μg/g FW;芍药花素苷含量从对照的 99.7 μg/g FW 增加到 375.9 μg/g FW 和 399.2 μg/g FW。

      • 表 2 可知,2‰ Al2(SO4)3 处理显著 (P < 0.05) 提高了花瓣 Al3+ 含量,4‰ Al2(SO4)3 处理后 Al3+ 含量进一步提高,且显著 (P < 0.05) 高于 2‰ Al2(SO4)3 处理,分别从对照的 2.24 μg/g FW 增加到 5.12 μg/g FW 和 11.83 μg/g FW。与对照相比,2‰ 和 4‰ 的 Al2(SO4)3 处理均显著 (P < 0.05) 提高了 Mn2+ 和 Mg2+ 含量,但两浓度处理之间无显著差异。Al2(SO4)3 处理对 Fe3+ 含量无显著影响。

        表 2  硫酸铝处理对几种金属离子含量的影响 (μg/g,FW)

        Table 2.  Effects of the Al2(SO4)3 application on several metal ions contents

        处理 Treatment Al3+ Fe3+ Mn2+ Mg2+ Zn2+
        CK 2.24 ± 0.09 c 3.45 ± 0.11 a 0.87 ± 0.03 b 51.13 ± 1.68 b 0.88 ± 0.01 a
        2‰ Al2(SO4)3 5.12 ± 0.64 b 3.37 ± 0.36 a 1.27 ± 0.17 a 69.65 ± 6.30 a 0.59 ± 0.06 b
        4‰ Al2(SO4)3 11.83 ± 0.84 a 3.68 ± 0.21 a 1.06 ± 0.10 a 61.70 ± 2.78 a 0.50 ± 0.02 b
        注(Note):同列数据后不同字母表示差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters in the same column indicate significant differences at the 0.05 level.
      • 图 3 表明,2‰ Al2(SO4)3 处理显著 (P < 0.05) 提高了花瓣 PALT 基因和 VALT 基因的表达水平,4‰ Al2(SO4)3 处理进一步提高了两基因的表达水平,且均显著 (P < 0.05) 高于 2‰ Al2(SO4)3

        图  3  Al2(SO4)3 处理对 PALTVALT 表达的影响

        Figure 3.  Effects of the Al2(SO4)3 application on expression of PALT and VALT

      • 八仙花品种多样,颜色丰富,观赏性强,其颜色受外界环境条件等因素影响。本研究发现,通过在根系施用不同浓度的 Al2(SO4)3,‘蓝色妈妈’八仙花花色能从粉红色转变为淡紫色和蓝紫色。这与 Neumann 等[13]的研究结果相一致,Neumann 还发现施用 Al2(SO4)3 改变八仙花颜色存在品种特异性,部分品种花色不会受到 Al2(SO4)3 影响。

        花青苷是主要的呈色物质之一。八仙花主要的呈色物质均由飞燕草素-3-葡萄糖苷衍生物单体衍生而来,不同颜色花瓣中,所含有的花青素生色团不同,蓝色花瓣中以飞燕草素-3-葡萄糖苷衍生物为主,在粉色花瓣中包含了天竺葵素生色团或矢车菊素生色团[14]。本研究分析了八仙花所含花青苷种类和含量,‘蓝色妈妈’花瓣中含有 12 种花青苷 (表 1)。在粉色花瓣中含有一定量的矢车菊素苷,含量最高的是飞燕草素-3-葡萄糖苷,这与贾洪菊[15]的研究结果相类似。施用 Al2(SO4)3 后,伴随着颜色从粉色转为紫色和蓝紫色,飞燕草素苷 (尤其是飞燕草素-3-戊糖-5葡萄糖苷和飞燕草素-3-葡萄糖苷花青苷) 的含量大幅度提高。Al2(SO4)3 处理后,矢车菊素苷含量出现明显上升,说明其也受 Al3+ 诱导。这说明花青苷组成和含量变化是外源 Al2(SO4)3 改变八仙花颜色的原因之一。

        在八仙花中,Al3+ 能与飞燕草素-3-葡萄糖苷形成复合物,介导花色变蓝[16]。在不同颜色的花瓣中,Al3+ 含量与花瓣颜色密切相关。本研究发现,伴随着施用 Al2(SO4)3 浓度的提高,花瓣中 Al3+ 含量显著提高,施用 4‰ Al2(SO4)3 的后,花瓣中 Al3+ 含量达到 11.83 μg/g FW。与 Schreiber 等[5]提出的蓝色花瓣 Al3+ 含量范围相比,本研究中含量数值略低,一方面可能是由于花的颜色并未呈现典型的蓝色,而是介于蓝色和紫色之间,另一方面也可能是由于根域 pH 值高于 Al3+ 吸收的最适 pH 范围 (4.2~4.7)[13],影响了 Al3+ 的吸收。

        在八仙花花瓣中,Al3+ 的积累主要依赖于水通道蛋白转运基因 PALTVALT。其中 PALT 编码的水通道蛋白将 Al3+ 从质膜外运输到细胞质中,接着由 VALT 编码的水通道蛋白将 Al3+ 输送至液泡中贮存起来[7, 17]。本研究发现,Al2(SO4)3 处理后,PALTVALT 基因的表达均显著上调,说明转运 Al3+ 进入花瓣液泡的能力显著增强,有利于 Al3+ 的积累。这与本研究观测到的 Al2(SO4)3 处理后花瓣中 Al3+ 含量显著增加的结果相符合。

        综合上述分析,一定浓度的 Al2(SO4)3 处理,诱导了八仙花 PALTVALT 的表达,提高了花瓣 Al3+ 的积累,增加了花瓣中飞燕草素-3-葡萄糖苷类含量,从而有利于形成飞燕草素-3-葡萄糖苷和 Al3+ 复合体,促进了八仙花从粉红色转变为蓝色。本研究为进一步揭示观赏植物的花色分子调控机制提供了理论基础,为培育满足市场需求的新型花卉奠定了基础。

    参考文献 (17)

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