2010年10月18日

《流行時尚區》花兒魅力變裝秀—為花朵增添新色彩

作者/張淑華(任職行政院農委會林試所)

面對市面上琳瑯滿目的繽紛花朵,這些花色的功能與由來為何?育種家是用何種方法為花兒換裝?這些方法有哪些優點與困難?又成功創造哪些新的獨特花色?待文章揭曉。

花在現代人的生活中,扮演著不可或缺的重要角色。「花色」是花卉最吸引人的特色之一,同時也可代表人的心情與心境,如一般紅色花代表喜慶,而白色花代表悲傷;相同的花不同顏色也可表達不同的花語,如紅玫瑰代表熱戀、黃玫瑰表道歉、白玫瑰表尊敬。「花色」是消費者選擇商品的重要考量,自然界雖然有各式各樣花色的花卉,創造了五彩繽紛的世界,然而人類對新花色需求的慾望是永無止境的,因此花色創造也成為花卉產業成長的動力。

花色的功用

在自然界裡,植物的花色主要在吸引傳播花粉的昆蟲及動物到訪,以達授粉繁殖下一代的目的。花色的配置對昆蟲可產生有效的「紫外導向」,例如毛金花菊的花,在日光下人類看它是表現均一的黃色,但在昆蟲眼裡,花的外緣會反射紫外線而呈現明亮的黃色來吸引昆蟲光臨,而花的內緣會吸收紫外線而趨於黑色以引導昆蟲接近花蕊。不僅如此,動物對顏色也有偏好,如蜜蜂最喜歡黃色和藍色花;鳥類喜歡紅色花;蝶類喜歡紅色或紫色花;而白色或淡色的花在夜間會較明顯或帶有螢光,可吸引夜行性動物。

另外,花色還可幫助花朵適應在不同陽光強度的環境下生長。例如紅、橙和黃色花多分布於陽光強烈處,可反射強光,避免花朵受到灼傷;紫和藍色花多分布於遮蔭處或高山上,可吸收熱量以維持花朵正常的生理活動;白色花一般為生長在潮溼、背陰的地方、光線較弱的陰生植物所有或於夜間開放;而黑色花因為容易吸收所有的可見光引起花組織灼傷,所以世上極少有黑色花。

花色的進化

植物的花色起源於傳粉者億萬年的選擇,處於不斷的進化中。而花色進化符合可見光的光譜特徵:即花色以綠色為起點,向光譜中波長長的一端進化為黃色到橙色,最後出現紅色;或向光譜中波長短的一端進化出藍色到紫色。如菊花的花色最初為黃色和白色,最後才出現紫色和紅色。通常較原始的植物花色僅有紅色到紫紅色,只有高度進化的被子植物才具藍色花。

影響花色的因子

花色為決定花卉商品價值之重要因素,而花色的成因很複雜,想要創造、控制花色,必須先了解植物花色是如何形成的。

花色素與生合成途徑

植物花色的變化來自不同色素的組成,花色的表現源於花瓣中含有至少兩類不同比例的色素,一為脂溶性的葉綠素及類胡蘿蔔素,另一為水溶性的類黃酮。類胡蘿蔔素又可分為胡蘿蔔素及葉黃素兩大類,提供黃色至橙色系列的色素,以結晶或沉澱的形式存在於內層細胞之葉綠體與質體中。

類黃酮包括黃酮、黃酮醇及花青素,其中以花青素最為重要,花青素存在於花瓣表皮細胞的液泡中。因此若大量的深色花青素存在於花瓣表皮細胞時,經常會看不到存於內層細胞質體之類胡蘿蔔素的顏色。花青素廣泛分布在自然界植物細胞中,主要有橘紅色的天竺葵素(pelargonidin)、紫紅色的矢車菊素(cyaniding)、藍紫色的飛燕草素(delphinidin),加上細胞內酵素作用使色素結構產生變化,進而衍生出許多其他顏色,包括黃、橙、紅、藍、紫等顏色,所以大部分植物引人注目的鮮豔色彩都來自花青素。

關於色素生合成途徑在幾種重要花卉,如矮牽牛、金魚草等已有深入研究,各類色素皆有其特有的生化反應路徑與產物,彼此的生合成機制並不會互相干擾。而參與花色素生合成的基因種類很多,經由這些複雜的基因作用結果,決定最終之花色。

花色就是由不同花色素的種類與含量,經由不同組合而呈現出各種顏色,如紅色花色可能為具有紅色類黃酮而缺少類胡蘿蔔素及葉綠素所致;而火鶴花之佛焰苞的花色有紅、橘、粉紅、桃紅及白色,其遺傳由複對偶基因所控制,顏色深淺是受到修飾基因的影響。除了花色素的種類與合成外,共色作用、液泡的pH值、表皮細胞的結構也會影響花色。

共色作用

花朵液泡內的花青素本身並不穩定,必須與黃酮醇、黃酮或金屬離子結合形成嵌合物,以維持其穩定性,此結果會產生增色效應;即吸收光譜後發生顏色往藍色光譜移動的現象,使花色加深而變成紫色到藍色,這過程稱為「共色作用」。

例如鉛離子(Pb2+)、銅離子(Cu2+)以及鐵離子(Fe2+)對紫甘薯的花色,均有不同程度的增色作用;而矢車菊的藍色花是由於花青素與鐵離子結合,並以黃銅醇為共色素形成的;八仙花的花色從紅色變為藍色,是因為鋁離子與花青素結合而產生的。【更詳細的內容,請參閱第490期科學月刊】

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