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花青素隨pH值變化讓花呈現不同顏色

2020-04-14 10:26:12 來源: 科技日報

春暖花開走進“花花”世界

花色繽紛 不只是為了美這么簡單

春暖花開,又到了一年一度的櫻花季。近日,綠櫻花在北京玉淵潭公園盛開,花是淺綠色的,非常稀有,被稱作是“櫻花界的大熊貓”。櫻花為什么會有綠色的?花的各種顏色究竟是什么決定的?帶著這些問題,記者采訪了北京林業大學園林學院副教授羅樂。

花青素隨pH值變化讓花呈現不同顏色

赤橙黃綠青藍紫,鮮花以其豐富的色彩,令人感受到生命的無限魅力。那么大自然究竟是如何讓這些花朵有了繽紛的色彩呢?

羅樂說:“花色是植物長期進化的結果,是由基因決定的。鮮花花瓣細胞中含有花青素、類胡蘿卜素、葉黃素等主要色素,在不同細胞液pH值下,這些色素會讓花朵顯示出不同的顏色。例如,如果花瓣細胞中的色素以花青素為主,那么花朵的顏色一般在紅、紫、藍3色之間變化;以葉黃素為主的一般呈現淡黃或黃色;以類胡蘿卜素為主的則在黃、橘紅色之間變化。”

科學家發現,在植物花朵含有的色素中,類胡蘿卜素比較穩定,并不會對酸堿做出什么指示性反應,因此含類胡蘿卜素多的花能夠穩定顯示出黃色與橙色。但花青素就很不穩定,自然界鮮花顏色豐富多彩與它的這一特性密切相關。

“花青素是形成鮮花色澤最主要的色素,它猶如一條變色龍,對酸堿度很敏感,只要酸堿度稍微變化,它的顏色即會隨之改變。”羅樂說,“例如,在不同的細胞液pH值下,花青素的顯色結果不同。在pH值呈酸性時,它會變成紅色,酸性愈強,顏色愈紅;在pH值為中性時,它呈現紫色;在pH值呈堿性時,它會變成藍色,堿性較強時,則變成藍黑色。”

“此外,有些植物的花青素在不同光照、溫度、土壤等環境下也會呈現出不同程度的反應和變化。這就導致了有些花的顏色會一日三變,如牽牛花的花瓣在清晨是粉紅色,之后會變成紫紅色,最后變成藍色。”羅樂說。

自然界中的花以白色居多,其次是黃、紅、藍、紫、橙,少見的是綠色,幾乎沒有黑色,這是為什么呢?羅樂說:“如果花朵不含有任何色素,花瓣會呈自然白色,這是由于花瓣中的微小氣泡會把光線全部反射形成的。而黑色能吸收光波,黑色的花易受光波照射的傷害,因而被自然界逐漸淘汰。這是大自然在生物進化過程中選擇的結果。”

昆蟲看到的花比人類看到的更“美”

記得有一首歌中問道:花兒為什么這樣紅?其實我們也想問問除了扮靚世界,花朵繽紛的色彩還有其他的意義嗎?

“通俗地說,為了活下去,繁衍后代。”羅樂一言蔽之,接著他解釋道,“花是植物繁衍后代的一個特殊器官,花的顏色是引導昆蟲、鳥類甚至一些動物的標志之一。從科學意義上來說,植物花的顏色是其與授粉動物之間極為重要的信息媒介之一。”

由于植物扎根大地無法移動,因此它們“想”了很多辦法借助蜜蜂、蝴蝶等昆蟲來幫自己授粉。

羅樂介紹說,一朵花生成某種顏色,往往與能感覺到這種顏色信號的昆蟲有關。例如,蜜蜂、黃蜂偏愛粉紅色、紫色和藍色;蠅類和甲蟲喜歡暗黃色;夜間活動的蛾類對白色敏感;蝴蝶識別紅色的本領最高,在熱帶、亞熱帶,開大紅花的植物種類較多。

有趣的是,由于視覺光譜不同,昆蟲眼中的花朵與人類眼中的花朵完全不同。據《每日郵報》報道,包括蜜蜂在內的許多昆蟲能接收的光譜范圍都比人類要廣,紫外光是它們能辨別的光線之一,在紫外光下,花粉、花蜜所在的部位往往格外耀眼或者顏色更深,能吸引昆蟲找到正確的位置,進行采蜜傳粉。

比如,生長在河畔沙地上的月見草在人看來完全是黃色,而在昆蟲眼中它的中心部位卻格外艷麗;同樣,蜜蜂看到的蒲公英,其中心與周邊也有明顯的色彩差異;俗稱“白頭翁”的銀蓮花在昆蟲眼中是一片藍色,而中心的黃色花蕊則會呈現暗黑色;原本藍紫花瓣、黃色花蕊的藏紅花在紫外光下會分出鮮明的3個色區,中間的花蕊部分呈現出很深的紅褐色。

羅樂指出,同類昆蟲對不同顏色的感知也存在區別,它們通過各自的感知辦法,認識自己喜歡的花朵,在采蜜的同時幫助花朵傳粉,完成大自然中的物種協同進化過程。而通過對不同花色的感知和偏愛,不同種類的昆蟲也會避免對同一種植物花蜜的競爭,這也被稱為不同物種“生態位的分離”,從而使得各種生物都能夠較好地生存下來。

人工培育的花色無法通過種子穩定遺傳

在花的觀賞價值之中,花色最引人注目。但是單一或有限的幾種顏色遠遠不能滿足觀賞的需要,人們期望通過各種方法獲得新穎獨特的花色。

“一般來講,大多數植物的花色相對穩定,因為其‘爹媽’傳給它們的基因很穩定。但我們觀賞的很多花卉品種都是人工選育而非大自然選擇的結果。”羅樂說,前文提到的另類綠色櫻花就在此列。“綠櫻花名叫‘郁金’,屬晚櫻品種。由于綠色的花很難吸引昆蟲授粉,因此這種綠櫻是經過長時間人工選育而來的。”

實際上,人工選擇尤其是雜交育種大大豐富了鮮花的顏色,并且能夠在較短時間內取得顯著成果。如牡丹,其最早花色只有粉紅一種,經過人為的選種、雜交,再通過嫁接技術穩定栽培,在北宋中葉,幾十年功夫就創造出深紅、肉紅、紫色、墨紫、黃色、白色等各種顏色;又如虞美人,經過人工選育,目前花色已有紅色、黃色、橙色、白色、藍色等。

但是,羅樂同時指出,“溫室的花朵”本身就可能不結實或敗育,花色不能依靠種子穩定遺傳,因此其流傳就需要通過嫁接、扦插等無性繁殖方式進行。

此外,想要通過改變栽培環境如光照等來改變植物的花色基本難以實現,只有很少數的植物如八仙花,改變栽培環境的酸堿度就可能改變其花色,多數植物都有其特定的生長適應性,過多環境改變只能導致其生長不良甚至死亡。(記者 華凌)

關鍵詞: 花朵

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