植物的新陈代谢对花色素的影响.doc

植物的新陈代谢对花色素的影响 摘要：通过蓝色花植物花色素的结构和化学组成,综述了它们的着色机理,并分为两种类型.即第一类是酰化花色素苷,它们遵守分子内辅助着色反应机理;另一类是酰化花色素苷与辅助色素以分子间辅助着色方式而形成的复合花色素,这类花色素经常包含金属离子参与的螯合反应.并从生物化学代谢途径探讨了蓝色花植物的进化. ? 关键词：蓝色花；花色苷,酰化；辅助着色；金属；进化 ? 蓝色花植物总是出现在草本类群中.根据Gottlieb[1]的统计,全世界蓝色花植物的种数为25 000至30 000种,约是地球上热带和温带地区所有被子植物种数的10%,如果忽略零星出现在个别科属的种,它们相对集中地分布在53科的372属中,约占被子植物总科数的1/6[2--4].蓝色花植物花色素具有独特的化学结构,化学家对它们进行了深入研究,从而诞生了花色学领域中有关蓝色花植物花色素着色机理的研究热潮,这种热潮在解决花色学理论问题的同时也引导并推动了蓝色花植物分子生物学育种[5,6]和蓝色花植物进化等学科的发展. ? 1　蓝色花的着色机理常见蓝色花植物花色素结构与组成详见表1.由表1可知,常见蓝色花花色素的结构和色素组成分为两种类型:一类是花色素苷与有机酸通过酰化形成的,故这类色素通称为酰化花色素苷,另一类是酰化后的花色素苷与辅助色素(有时也与金属元素)相互作用形成结构更复杂的复合花色素.以下分别介绍它们的着色机理.1·1　花色苷与有机酸形成酰化花色素1·1·1　花色素母体与糖结合成苷表1所列出的30种蓝色花植物花色素的色素母体有24种是花翠素,因此,花瓣表皮液胞中花翠素的存在与否往往是判别蓝色花植物出现的一个条件[36].以花青素(例如存在于绿绒蒿属植物的蓝色花中)、甲基花青素(或称芍药素--存在于裂叶牵牛和天堂蓝牵牛蓝色花中)、3′甲花翠素(或称矮牵牛素)、锦葵色素(存在于鸢尾属植物蓝色花中)为色素母体的蓝色花植物也广泛存在,但数量远远不及以花翠素为色素母体的蓝色花植物.花色素的结构以3,5,7--三羟基--2--苯基苯(骈)吡喃为骨架(见图1),根据B环取代基(即羟基或甲氧基)的数量和位置,常见蓝色花植物花色素B环的结构见图2.花翠素等色素母体在3、5、7等位置与糖结合后形成糖苷,结合糖的种类有葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、芸香二糖、龙胆二糖、槐二糖等,因此,花色素苷相应地被分为单糖苷、二糖苷或三糖苷.本文不把花色苷的类型做为讨论重点,不多加以论述.1·1·2　花色苷与有机酸形成酰化花色苷,参与分子内辅助着色或分子间辅助着色反应有机酸如p--香豆酸、咖啡酸和琥珀酸等通常与花色苷的3、5、7或3′位上的糖结合,形成单酰、二酰或多酰花色素苷.表1中30种蓝色花植物花色素有27种是酰化花色素.可见,酰化是蓝色花着色机理的重要步骤,因此,酰化过程在蓝色花的着色机理中极为重要.笔者对以下几种植物的色素分析其酰化类型.　裂叶牵牛(Pharbitis nil)图3表示出裂叶牵牛蓝花色素在芍药苷3位糖上与1分子的反式咖啡酸发生酰化的结果.　马氏龙胆(Gentiana makino)图4所示的马氏龙胆蓝花色素含有2分子咖啡酸,分别与花翠素5和3′位上的葡萄糖进行酰化,是典型的二酰花色素苷,它在中性或弱酸性介质中非常稳定,但处在同样条件下的非酰化花色素却很快会失色.　桔梗(Platycodon grandiflorum)　土丁桂(Evolvulus pilosuscv. Blue Daze)土丁桂的蓝花色素结构从非酰化的3,5--二葡萄糖花翠苷逐步开始酰化,经过3,5--二酰葡萄糖基花翠苷, 3--p--香豆酰葡萄糖基--5--琥珀酰葡萄糖基花翠苷和3--葡萄糖基咖啡酰糖基--5--葡萄糖基花翠苷,最后形式为3--葡萄糖基咖啡酰葡萄糖基咖啡酰葡萄糖--5--琥珀酰葡萄糖苷(见图6).　瓜叶菊(Senecio cruentus)瓜叶菊的蓝色花色素(图7)是由3分子咖啡酸和1分子琥珀酸参与酰化成为最复杂的酰化花色素.　天堂蓝牵牛(Pharbitis purpurea)天堂蓝牵牛花的色素是芍药苷与3分子咖啡酸酰化形成的,是迄今报道的分子量最大的酰化花色素苷.　蝶豆(Clitoria ternatea)蝶豆的蓝色花色素(ternatins)结构虽然目前不完全清楚,但已探知肉桂酸和琥珀酸在花翠素的3、3′和5′位糖进行酰化.　鸭跖草(Commelina mu-ni)和大花鸭跖草(C.communisvar.hortensis)复合花色素鸭跖草苷(Delphinidin glycosides, 3--(p--coumarylglucoside)--5--malonylglucoside)也是通过花翠苷与p--香豆酸与琥珀