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大千世界,姹紫嫣红,红的、黄的、蓝的、紫的、白的,好不热闹;可以说,有了花儿的装扮,使这个世界更加多彩。自从花儿进入了我们的生活,科学家们就一直尝试探索花儿呈色的原因。
植物细胞,就像一个化工产业聚集区,根据需要,非常精密的合成了各类化学物质。我们已经知道,植物叶片的呈色主要是叶绿素、叶黄素、胡萝卜素的共同作用,它们是植物能量的来源。在自然进化中,花色一方面起到保护生殖系统的作用,另一方在吸引昆虫完成授粉方面也功不可没。花瓣的颜色是怎么完成的呢,其实就是各种花色素相互叠加、共同作用呈现的?说道很简单,花色素就是一类黄酮类物质,经过多种修饰而成(见上图)。但是在自然界中,往往越是简单的东东,其本质越显复杂。花色素的合成同样如此,它们是由一系列酶分工合作,协同完成的。花色素合成起始于丙二酰CoA(细胞中很多化学物质的合成前体),通过CHS酶的作用,便形成了花色素的基本结构(苯环)。然后在不同酶的作用下,经过苯环修饰等作用合成了红、黄、蓝(天竺葵色素、矢车菊色素、花翠素)三类基本的花色素。这个过程是在细胞质中(内质网?)进行的,然后还要把他们转移至液泡中(通过转运蛋白完成:TT19。。),形成花色素苷。合成后的花色素决定着花瓣的呈色。在玫瑰、康乃馨中有红色、白色、黄色,可是缺少天然的蓝色,让育种者苦恼不已。因为在这两种植物中缺少合成蓝色花色素的基因F3’5’H,所以通过传统育种方法培育不出蓝色花种质就不足为怪了。
花色素这个基本的合成过程还要受一些转录因子的影响,比如在矮牵牛中已经发现了四类转录因子AN1、AN11、PH3、PH4(WD40,bHLH, MYB) ,他们可以通过相互作用,协同调控这些结构基因的表达。他们就像联合作战司令部,发出最终指令后,这些兵嘎子才能执行花色素的合成任务。
花色素进入液泡后,花色素的属性还要受液泡内金属离子黄酮类物质及液泡pH环境的影响。花色素是一类不稳定的物质,它们通过与金属离子及黄酮类物质敖合,形成多聚体,才能使花瓣稳定呈色。比如在一种郁金香中,整个花瓣呈现两种颜色,上部杯口位置呈现紫色,下部杯座位置呈现蓝色,其蓝色就是由于杯座位置细胞铁离子表达的缘故。
花瓣的呈色还受液泡pH环境的作用。一般情况下液泡都是酸性环境,他们对花色素的稳定起着重要作用,当液泡环境pH环境升高,一般情况下花瓣颜色会有红色向蓝紫色方向转变,其液泡一点pH环境的改变就足以改变花瓣的颜色。比如在矮牵牛中发现,其决定液泡酸性环境的pH1、pH5两个离子通道的突变,可以使一些矮牵牛品种呈现蓝色花瓣(下图)。
在自然界中,花瓣呈色主要是有花色素决定的。但是有些花卉种类比较特殊,比如马齿苋的红色花瓣是由甜菜红色素决定的,万寿菊的黄色花瓣是由类胡萝卜素决定。随着生物技术的发展,相信还会发现有其它类物质影响花瓣的颜色。
随着生物技术的发展,在一些花卉品种中我们现在可以根据自己观赏兴趣人为的改变花色了。在自然界中,玫瑰、康乃馨没有蓝色品种,所以通过杂交是不能获得蓝色花种质的。怎么办呢,科学家门根据花瓣呈色的原理,通过转基因的方法,造出了自然界没有的蓝色花,而且还进行了商业应用。
既然商业应用,是不是有人害怕转基因的玫瑰、康乃馨不安全呢?不用怕,首先它们在生产上都是在温室里进行的,花粉传播是可控的,不会引起基因飘逸;另外,这些花只是观赏用的,进不到我们的胃里;再者,所转的基因都是来源于自然界的基因,都是经过进化法则的。所以是相对安全的,不用怕。。。
Ps:我们更应该怕的其实是多数情况下由于无知造成的人云亦云,完成花色改良这个工作的多是在我们的劲敌-日本。我们要追赶他们还有很长的路要走。我们不能妄自菲薄,更不能妄自尊大。我们叫人家小日本,可是在科技方面人家绝对是大日本,至少现在是。。。
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