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被子植物:我就是要开最多彩的花,传最高效的粉!

2020-12-07 | 来源:科普开放部| 【  

  出品:科普中国 

  制作:金晓芳 叶忠铭(中国科学院核心植物园  中国科学院武汉植物园) 

  监制:中国科学院计算机网络信息中心     

  自然界被子植物的花多彩多样,红橙黄绿青蓝紫及各种渐变状态的颜色,几乎覆盖了人类视觉的全部色系。 


1 被子植物多姿多彩的花色     

  据不完全推测,自然界花色最多的前4种可能为白色、黄色、蓝色和红色,黑色花最少。关于自然界被子植物的花色占比还没有完全定论的原因,大概有以下几个方面:有些花颜色渐变难以鉴定,有些植物的花拥有多种颜色,同一种花有不同颜色搭配,有些花会变色等。 


2 同一种植物可能有不同的花色(莲 Nelumbo nucifera 


3 同一朵花有不同的颜色搭配(左,爆米花慈姑 Sagittaria montevidensis 花基部具有紫色斑块;中,粉魅力洋水仙 Narcissus pseudo-narcissus 'Pink Charm' 副花冠橘红色;右,郁金香属 Tulipa sp. 雄蕊黑色)。 

  对,你没有看错,有些植物的花是会发生颜色变化的。比如红花(Carthamus tinctorius)开花早期为黄色,末期就变成了红色。 

  今天,就让我们一起来了解一下自然界关于花色变化的那些事 


4 红花(Carthamus tinctorius 的花在不同花期发生花色变化,随着花期往后,花色逐渐加深。     

  变色的那些花儿们,都先从何变起? 

  据研究表明,被子植物中花色随花期变化的现象存在于33目,约78个科,多于400种。一般来说,花颜色变化可由浅渐深(如忍冬科的一些植物),也可由深渐浅,不过自然界中前者的情况比较普遍。 


5 金银忍冬(Lonicera maackii),初期花白色,随后逐渐变成黄色。白色箭头新花,红色箭头老花(下同)。

 

6 锦带花 Weigela florida)随着花期往后,花色逐渐变深

 

7鸳鸯茉莉 Brunfelsia brasiliensis)的花由蓝紫色渐变成白色。第1天初开为蓝紫色,2-4天逐渐变化为雪青色,第4-5天变为白色。     

  花色变化既可以出现在整朵花,也可以出现在某些局部位置,主要出现在4个部位:花萼、花冠、雄蕊、雌蕊,而视觉效果最明显的部位则是花萼及花冠。 


8 马缨丹(Lantana camara),初开为黄色,第2天开始变为红色并逐渐加深颜色。 


9 结香(Edgeworthia chrysantha),初开为黄色,后逐渐变为白色。     

  是谁在幕后操控花儿变色? 

  花色变化的生理机制有很多种,主要的生理基础为花色素的变化,包括色素种类和含量变化。主要涉及的色素有类胡萝卜素、黄酮类化合物(如花青素)、甜菜红碱、叶绿素和生物碱等。 


10 类胡萝卜素结构,可使花朵形成黄色、橙红色或红色。 


11 叶绿素结构,是绿色的主要色素,也是生成花青素的前体。 


12 小檗碱及木兰花碱结构,可使花朵显示为黄色。 

    

  pH或者环境因素(如光照、温度和水分等)变化会通过刺激花内色素发生变化,进而改变花的颜色。比如,pH变化导致紫罗兰、牵牛花、月季、紫甘蓝等花内花青素变化而形成颜色变化,酸性环境偏红,中性环境偏紫,碱性环境偏蓝。 


13 花青素在不同pH环境下的物质转变形式。     

  花儿为什么要变色? 

  一般认为,植物展现多姿多彩的颜色主要目的是在视觉上吸引传粉动物靠近,从而为其完成传粉过程。而在花朵变色过程中,末期花的颜色可能完全不同于早期花或者正盛开的花,那这种变色可以给植物带来哪些好处呢? 

  科学家们经过长期研究提出了很多解释,大致可概括为如下两个方面: 

  1)增大整个花序或者居群的花展示面积以提升远距离吸引能力,比如尖果马先蒿(Pedicularis oxycarpa)的变色老花可以增加居群的总体来访熊蜂数量; 


14 尖果马先蒿 Pedicularis oxycarpa),基部紫色花为老花,顶部白色花为新花。 

  2)近距离指示作用,当传粉者被远距离吸引过来之后,变色花则给传粉者传达本花已为过期老花、报酬有限的信息,使其更多去访问新花。一方面可以提高传粉者的觅食效率,同时也就增加植物本身的被传粉效率,另一方面老花上的柱头也可以减少被干扰的概率,以便于已授粉的花粉管生长。当然,关于花变色的更多奥秘有待于更多研究来发现。 

  自然界中变化万千的花色吸引了各种奇妙的昆虫、动物为之驻足,们或欣赏、或采食,创造了大自然鬼斧神工的奇观和曼妙的生命协奏曲,共同铸就生态的繁荣。     

  参考文献: 

  1.邓惠,向甘驹,郭友好,杨春锋.秦岭忍冬属4种植物的繁育系统及花色变化的研究.植物科学学报,2017,35(01):1-12. 

  2.兰泉,郑媛,查正根,汪红蕾,李婉,刘晓虹,朱平平.色彩斑斓的自然,五颜六色的化学.大学化学,2018,33(07):103-109. 

  3.Sun S.G., K. Liao, J. Xia & Y.H. Guo Floral colour change in Pedicularis monbeigiana (Orobanchaceae). Plant Systematics and Evolution, 2005, 255: 77–85. 

  4.Weiss M.R. Floral color change: a widespread functional convergence. America Journal of Botany, 1995, 92:167-185. 

 
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