何 娜，楊祎凡，江 皓，彭 琴，魏子秋，張往祥,3*

（1.南京林業(yè)大學林學院，江蘇 南京210037；2.揚州小蘋果園藝有限公司，江蘇 揚州225200；3.江蘇省常州環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇常州213000）

0 引言

【研究意義】花色是觀賞植物重要的觀賞性狀之一，影響著花卉作物的商業(yè)價值[1]，通過研究花色與其相關因素的關系，可以進一步探索觀賞植物花色變化的原理和方法，以提高生產(chǎn)中植物的觀賞性能，增加其社會及商業(yè)價值?！厩叭搜芯窟M展】花色表型性狀受花瓣色素種類及含量、細胞液pH、金屬元素以及花瓣內(nèi)外物理結構等多種因素的影響，其中花瓣色素種類及含量是最為重要的因素?；ㄉ剀罩饕獌Υ嬖谝号?、細胞壁等部位，因此細胞內(nèi)pH值的變化對花色的表現(xiàn)有重要影響[2]。pH值在不同的植物間差異很大，即使在同一植物中，由于組織特性或發(fā)育時期不同，也會有很大差異[3?4]。一般情況下，花色素苷在pH值處于低值的強酸環(huán)境中性質穩(wěn)定，呈紅色；在pH值處于高值的堿性環(huán)境中性質不穩(wěn)定，顏色偏藍[5?7]。另外花瓣表皮細胞形狀直接關系著花瓣吸收和反射光的方式，使得花瓣產(chǎn)生較深的色澤或產(chǎn)生明亮的外觀，從而影響植物花色。一般認為，圓錐型突起的表皮細胞利于吸收較多的光線，而使花瓣色澤變深，飽和度增加。相反，扁平狀細胞則會使花瓣呈現(xiàn)較淺的顏色[8]?！颈狙芯壳腥朦c】觀賞海棠（Malusspp.）為薔薇科蘋果屬中具觀賞專用價值的種群。近200年來通過雜交與選種，花色的深淺變化得到了極大豐富[9]。目前已有學者對海棠花瓣色素組分構成及內(nèi)源基因對花色苷生物合成的調控進行了深入研究[10?11]，但對于花瓣細胞pH值及表皮細胞特征與花色的關系尚不清楚?！緮M解決的關鍵問題】本研究以不同色系及不同發(fā)育時期的海棠品種為研究對象，通過花色表型差異分析、花瓣pH值的測定分析及表皮細胞形狀的觀察，探討上述因素與花瓣色彩之間的關系，以期從不同角度豐富和完善海棠花色形成及淡化機理，為海棠花色定向育種提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況和試驗材料

試驗地位于江蘇省江都仙女鎮(zhèn)國家海棠種質資源圃，屬北亞熱帶季風氣候，四季分明，年平均氣溫14.9℃，年 平 均 降 雨 量1000 mm，無 霜 期 約320 d。試驗地土壤為沙壤土，土層深厚肥沃，地勢平坦，灌排條件良好。

于2016年4月進行采樣，共采集觀賞海棠品種14個，不同色系研究品種11個（表1），均在盛花期進行采集。選取3個花瓣褪色現(xiàn)象明顯的品種（表2）作為不同開花進程研究對象，按照大蕾期（S1，蕾膨大、雌雄蕊即將顯露）、盛花期（S2，花朵完全開放且柱頭和花藥新鮮，色彩明艷）和末花期（S3，柱頭和花藥干萎，色彩隱晦）3個階段分別采集。

1.2 色彩測定

取生長良好發(fā)育正常的花朵置于白紙上，在散射光源下將花瓣與英國皇家園藝學會比色卡（RHSCC）進行觀察比對并記錄對應的編號。同時采用美國產(chǎn)X-Rite色差計測色，選用內(nèi)置D65標準光源，窗口直徑8 mm，觀測角度10°。測定部位為花瓣的外表面，重復數(shù)為15。亮度值（L*）、紅綠色相值（a*）和黃藍色相值（b*）直接由色差計測得，飽和度值C*=（a*2+b*2）1/2[12]。

1.3 花瓣pH值測定

取新鮮花樣液氮研磨后快速稱取0.5 g置于離心管中，加去離子水至10 m L，在4℃、12000 r·m in?1條件下離 心15 r·m in?1，用pH計測定 上 清 液pH值[12?15]。

1.4 花瓣表皮細胞觀察

新鮮花樣用戊二醛磷酸緩沖液（pH 7.2，0.2 mol·L?1）固定20 h后，取出切成小方塊，加入磷酸緩沖液（pH 7.2，0.1 mol·L?1）漂洗3遍，每次20 m in。然后進行酒精梯度（30%、50%、70%、90%）脫水，每個濃度處理1次，時間為15 m in，最后用100%的酒精再反復處理3次，每次15 m in。之后進行CO2臨界點干燥，噴鍍儀噴金后用于掃描電鏡觀察[16?17]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)基于Excel及SPSS軟件進行處理與分析。

2 結果與分析

2.1 觀賞海棠花瓣色彩測定

2.1.1 不同色系海棠品種花瓣色彩評價不同色系海棠板圖如圖1所示，相同色系不同品種盛花期海棠花瓣顏色具有差異。測色結果及相關花色參數(shù)方差分析如表1所示，可以看出，相同色系內(nèi)花瓣色彩參數(shù)差異不明顯，而4個色系間花瓣色彩參數(shù)差異極顯著（P＜0.01），亮度L*值依次為白色系（90.78～92.34）＞粉色系（70.69～72.22）＞紫紅色系（47.17～48.12）＞暗紫紅色系（31.39～31.82），而紅綠色度a*值及飽和度C*值依次為紫紅色系（a*值：43.21～43.63，C*值：43.15～44.64）＞暗紫紅色系（a*值：29.43～30.31，C*值：30.82～30.83）＞粉色系（a*值17.62～19.01，C*值：21.38～23.74）＞白色系（a*值：?2.05～?1.9，C*值：2.96～3.28）。

圖1 14種海棠品種盛花期的花瓣Fig.1 Petals of 14 crabapp le varietiesat full-bloom stage

表1不同色系海棠品種花瓣色彩評價及相應參數(shù)Table 1 M easurements and descriptions of flower color of different crabapp le varieties

2.1.2 不同時期花瓣色彩淡化節(jié)律3個品種各自的開花進程中，亮度L*值均不斷上升，而色度a*值以及色彩飽和度C*值均不斷下降。不同時期花色各參數(shù)差異極顯著（P＜0.01），花色淡化趨勢明顯。

2.2 海棠花瓣pH值測定及分析

2.2.1 不同色系海棠品種花瓣pH值圖2可看出11個海棠品種的花瓣組織液整體偏弱酸性（pH=4.98～6.37），在4個色系中，白色、粉色系品種pH值5.24～6.37，而暗紫紅、紫紅色系pH值4.98～5.53。從白色系到紫紅色系，花瓣pH值整體呈現(xiàn)下降趨勢。對不同品種海棠花瓣紅綠色度a*值、飽和度C*值、pH值進行相關性分析（表3），結果顯示，海棠花瓣pH值與2個色彩參數(shù)分別存在一定的負相關關系。即花瓣色彩紅度、飽和度越高，pH值就越低。

圖2 11個品種海棠盛花期花瓣pH值Fig.2 pH of petals of 11 crabapp le cultivarsat bloom ing stage

2.2.2 不同時期花瓣pH值變化分別以3個品種不同時期花瓣色度a*值、飽和度C*值為橫坐標，以pH值為縱坐標繪制圖3?？芍_花進程中，3個品種均表現(xiàn)出相似的變化趨勢，即隨著花瓣紅度（a*值）及飽和度（C*值）的降低，細胞pH值均不斷增大，酸度逐漸減弱。

圖3 3個海棠品種開花進程花瓣pH值及花色參數(shù)值a＊、C＊的變化Fig. 3 pH and colorim eter a＊and C＊of flower petals in florescenceof 3 crabapp le varieties

2.3 海棠花瓣表皮細胞特征的電鏡觀察

2.3.1 不同色系海棠品種花瓣表皮細胞特征11個海棠品種盛花期花瓣表皮細胞形態(tài)特征（圖4），大致可分為長條形凸起、球形凸起及圓錐形凸起、不規(guī)則尖凸等3種類型。

圖4 11個海棠品種盛花期花瓣表皮細胞形狀Fig.4 Shapes of petal epidermal cells of 11 crabapp le cultivars at bloom ing stage

白色系品種中，‘艾琳’（A1）花瓣表皮細胞呈球狀，‘甜蜜時光’（A3）表皮細胞形狀不規(guī)則且可以看出頂部稍尖，屬不規(guī)則尖凸型。而‘金色仙蹤’（A2）的表皮細胞呈長條狀，頂部平緩。

粉色系品種‘高原玫瑰’（B1）和‘碩蕾’（B3）表皮細胞均呈稍扁的球狀，另一個品種‘克萊姆’（B2）表皮細胞頂部明顯尖凸，屬錐形凸起。

表3海棠花瓣色度a＊、C＊、pH值間的相關系數(shù)Table 3 Correlation coefficient between color parameters a＊,C＊and pH valueof crabapple petals

紫紅色系品種‘黛玉’（C1）、‘盛花’（C2）表皮細胞為典型的球形凸起，形狀圓潤；另一品種‘魯?shù)婪颉–3）表皮細胞頂部偏尖并呈不規(guī)則鑲嵌，為不規(guī)則尖凸型。

暗 紫 色 系2個 品 種‘紫 寶 石’（D1）、‘皇 家’（D2）花瓣表皮細胞形狀細長，均為長條型。

可以看出，不同色系間存在相同的表皮細胞類型，而除暗紫色系2個品種均表現(xiàn)出相似特征外，其他3個色系內(nèi)部相同顏色不同品種的海棠花瓣表皮細胞形狀均存在不同的表皮細胞類型。

2.3.2 不同時期花瓣表皮細胞特征變化3個品種不同時期花瓣表皮細胞的掃描電鏡圖如圖5所示（放大倍數(shù)為800倍，標尺為50μm）?！爬偌t’大蕾期（E-S1）表皮細胞呈不規(guī)則尖凸狀，至盛花期（ES2）細胞明顯拉長，呈長條狀，進入末花期（E-S3）后，仍為長條狀，頂部更加平緩；‘紅衣主教’大蕾期（F-S1）表皮細胞雖尖凸不明顯，但能觀察到其形狀較為飽滿。至盛花期（F-S2）時，部分細胞開始伸長，并且出現(xiàn)皺縮坍塌的現(xiàn)象。末花期（F-S3）表皮細胞邊界模糊，表面趨于平滑；‘馬凱米克’大蕾期（G-S1）花瓣表皮細胞呈圓球狀，形狀十分飽滿。盛花期（G-S2）表皮細胞同樣拉伸至長條形，末花期（G-S3）細胞進一步伸長，扁平化程度隨之進一步提高。

圖5 3個海棠品種不同時期花瓣表皮細胞形狀Fig.5 Shapesof petal epiderm al cells of 3 crabapp le cu ltivarsat different florescence stages

在開花進程中，3個品種花瓣表皮細胞均不斷拉伸，表現(xiàn)出逐漸平緩的變化趨勢。

3 討論與結論

3.1 pH值對海棠花色的影響分析

在許多花色深淺不一的植物中，存在隨花色加深pH值降低的變化趨勢[18]，本研究也得到了相似的結論，即從白色系到紫紅色系，色度a*值及飽和度C*值逐漸增高，海棠花瓣pH值整體呈現(xiàn)下降趨勢，并且在不同的開花進程中也表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律[19]?；ㄉ厥腔ㄉ纬勺罨镜奈镔|基礎，海棠花瓣中花青素含量最高，對花色的影響程度最大[20]。而pH值的變化能夠影響花青素苷的合成和共色作用[21?23]，進而改變花青素含量及組分，影響花色的最終呈現(xiàn)。

3.2 花瓣表皮細胞特征對海棠花色的影響分析

有關花瓣表皮細胞對花色影響的研究結果表明，不同品種的植物的表現(xiàn)存在差別。岳娟[24]發(fā)現(xiàn)，單子葉植物藍色花中，表皮細胞凸起尤其是尖錐形凸起的花瓣比平緩的花在更明亮或顏色更深。而在蝴蝶蘭的相關研究中，除2個白色品種的表皮細胞為乳突狀外，其他品種的表皮細胞均為穹頂狀[25]。本研究中除暗紫色系2個品種外，其他3個色系內(nèi)部相同顏色不同品種的海棠花瓣表皮細胞形狀均存在明顯差異，也就是說表皮細胞特征未與花色表型差異構成明顯的聯(lián)系。海棠在開花過程中花色的不斷淡化主要源于其所含花青素種類減少、含量下降[20]。研究又通過比較3個品種海棠花瓣表皮細胞發(fā)現(xiàn)開花進程中表皮細胞的形狀存在逐漸扁平的變化趨勢，這與前人對于月季、茉莉等花瓣表面的觀察研究結果類似[26?27]。入射光碰到有角度的圓錐形細胞會發(fā)射進入表皮細胞，若碰到?jīng)]有角度的扁平細胞則完全反射回去而使花色變淺[28]。由此推論，海棠在開花進程中的花瓣褪色現(xiàn)象與花瓣表皮細胞逐漸扁平存在一定關系。