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花儿为什么能开出很多种颜色?

中科院发表于2016年04月22日21:29:04 | 植物知识 | 标签(tags):花儿 颜色 五颜六色

时入四月,百花盛开,置身于姹紫嫣红花的海洋,享受春的气息和温暖,但你是否了解花儿为什么能开出那么多种颜色,为何如此五颜六色绚丽多彩呢?

五颜六色的花朵

花儿为什么“需要”开出很多种颜色?

从演化历程来看,多姿多彩的花色主要是植物与传粉者长期共存、植物自身保护的自然选择结果。

一方面,昆虫和鸟类等动物取食花蜜时顺带传播了花粉,植物由单纯依靠风和水传粉扩展到依靠昆虫和鸟类传粉。那么开花植物与动物传粉者之间有什么样的相互影响呢?影响之一可能就是植物花色和动物传粉者体色的协同进化。动物传粉者本?#27492;?#26426;的遇?#20132;頡?#36873;择”植物花朵进行取食,其中一部分传粉者更多地停留在与自身体色相近的花朵中取食、有效地减少了被捕食者攻击,这些传粉者类群相对更容易也更多地生存和保留下来,也就表现为不同传粉者对植物花色具有偏好,例如蜜蜂?#19981;?#40644;色和蓝色、蝴蝶?#19981;?#32418;色和紫色、夜蛾?#19981;?#30333;色、蜂鸟?#19981;?#32418;色。反过来,那些花色受到偏好的植物类群的花粉得到更广泛的传播,相对更容易也更多的生存和保留下来。所以说,植物花色和动物传粉者的体色在漫长的演化过程中不断地相互影响、共同变化。

另一方面,植物为了保护自身花器官,也需要演化出不同的花色。不同颜色的可见光对应不同波长,其中红、?#21462;?#40644;光波长较长,被物体吸收后热效应较强;紫、蓝光波长较短,热效应较弱。如果一朵花反射了红色光而吸收了其余波长可见光,我们就会看到红色的花;其他颜色的花也是同理。由于花瓣比较柔嫩,容易受到高温伤害,所以在阳光充足的地方,红、橙和黄花反射了产热较多的波长部分,可有效避免灼伤?#27426;?#22312;荫凉处和高山上,蓝色和紫色花瓣更有利于吸收热量以维持正常生理活动;如果全?#38752;?#35265;光都被吸收而没有反射,花瓣就会受到很大的伤害,所以自然界中黑色的花非常稀少。此外,黑色的花也很难吸引昆虫帮助其传粉。我们看到的黑色曼陀罗、黑玫瑰、黑牡丹等都不是真正的黑色,而是很深的紫色或者蓝色。

花儿为什么“能够”开出绚丽的五颜六色?

从分子机制来看,细胞内不同色素的种类和含量及其时空组合决定了花的颜色。

植物花色素主要分为类黄酮、类胡萝卜素和生物碱3大类。类黄酮包括黄酮、黄酮醇、黄烷酮和花色苷等,让花瓣表现出粉红、红、蓝、紫和紫红色等;类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素,让花瓣表现出?#21462;?#40644;、红和紫色等;生物碱色素包括甜菜碱、罂粟碱和小檗碱等,让花瓣表现出黄色和橙色。不同植物物种的基因组不同,决定了体内合成出不同种类、含量和比例的色素分子,所以表现出不同的花色。

温?#21462;?#27700;分、矿物质等外部因素变化可以使合成色素分子的种类、含量和比例发生改变,从而表现出花色变化。色素分子在细胞中可能处于吸附、晶化、分子堆积和自聚等不同状态,?#19981;?#34920;现出花色变化。

此外,花瓣表皮细胞的形状?#19981;?#24433;响花色,一般认为圆锥形细胞可以增加光线进入细胞的比例、从而使花色?#30001;睿?#25153;平形细胞让光线更多地发生反射、从而使花色变浅。

近年来,人们已经通过基因工程育种,人为定向地改良花色。花青素苷等花色素的生物合成途径得到解析,人们使用转基因技术向开花植物导入外源基因,外源基因在植物体内表达后加强或者?#31181;?#26893;物花色素的合成和代谢,从而调控花色变化。目前,已实现了对蓝紫色花、黄色花、橙红色花、白色-浅粉色花及花瓣彩斑的分子设计。

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