你见过什么黄褐的花,蓝玫瑰在神州绽放

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  说起花,大家很快就能联想到万紫千红、五颜六色和千娇百媚等描述性词汇,有人感叹丰富的花色囊括了自然界所有颜色,果真如此吗,你知道蓝色的花有哪些、黑色的花有哪些吗?

自然界中的黑色花朵极其稀少。科学家对4000种花卉进行统计,发现只有8种花是接近黑色的。因此深暗色的花朵往往特别名贵,墨菊、黑牡丹等因此成为花中珍品。我们通过一个实验来探究为什么黑花稀少。

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取三只方型的塑料盒,塑料盒的内壁用泡沫塑料填充。向塑料盒中加入清水,将盛有水的塑料盒放到冰箱的冷冻箱中。等塑料盒中的水完全结冰后,取出塑料盒,分别在塑料盒底部打一个小孔。取黑、黄、白三张纸,分别覆盖在冰的表面;再取三只玻璃空杯,将塑料盒分别放在玻璃杯的杯口上,用来盛接盒中融化的水。在太阳光下观察塑料盒中冰融化的速度。不久你就会发现,表面盖着黑色纸张的塑料盒内,冰融化的速度最快;其次是盖黄色纸张的塑料盒,融化最慢的是覆盖白纸的冰盒。太阳光由多种色光组成,其波长不同,所含热能也不同欢迎大家的点评观看,更多精彩关注微信公众号:xddd118。

中科院微生物所供图

  蓝色的花有哪些

黑色能吸收太阳光中全部光能,所以在相同条件下,吸收的热能最多。而白色则反射太阳光中的所有光波,吸收的热能最少。黄色能反射太阳光中热能较多的黄色光,所以升温的速度比黑色慢。科学家们经过长期观察和研究发现,由于组成太阳光的7种色光波长长短不同,因此所含热量也不同。花的组织,尤其是花瓣,一般都比较柔嫩,易受高温伤害。比较常见的红、橙、黄色花反射阳光中含热能多的红、橙、黄色光,不至于被灼伤,有自我保护作用。而黑色花能吸收全部的光波,在阳光下升温快,花的组织容易受到伤害。所以,经过长期的自然淘汰,黑色的品种便所剩无几。(配图:英国园艺牵牛花,
黑色天鹅绒朝颜。

蓝玫瑰寓意“清纯的爱和敦厚善良”,一直被追求浪漫的人所钟爱。在英语中,“蓝玫瑰”同时意味着无法实现的希望或不可能完成的任务,因为它不存在于自然中。园艺师用几个世纪尝试繁育蓝玫瑰,但一直未能成功。

  说起蓝色的花,小编首先想到的是后印象派画家梵高的作品《鸢尾花》,画面主色调即为鸢尾花的蓝,这种蓝色和画家另一幅作品《向日葵》里的黄色一样,倔强而有生命力,似乎要发声一样。

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近日,中国科学家突破了植物通过不同花青素控制花卉颜色的固有思路,利用合成生物学证明了利用细菌产生的蓝色色素制造蓝玫瑰的可能性。

  当然,它不是自然中的蓝色花,那自然界中蓝色的花有哪些呢,有人指出矢车菊、鸭拓草、蓝刺头、桔梗、鸢尾花、蓝色妖姬和风信子等,这里列举的几种花卉,看上去确实都是蓝色的,但都不是纯正的原生的蓝色,而是蓝紫色或天蓝色,如矢车菊蓝中带紫,近年来颇受年轻人追捧的蓝色妖姬要么经染色而成,要么是通过转基因培育而成的天蓝色。

英国园艺,来欣赏几朵 相对
黑色的花,非真黑色,是暗紫色。图文对应,依次为:金脉鸢尾、黑杰克三色堇、魔须兰、老虎须、堪察加贝母、。

从细菌到花瓣

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虽然玫瑰的人工栽培已有5000年的历史,且品种繁多,但真正意义上的蓝色玫瑰尚未获得。这一方面是由于蓝色花瓣颜色较深,在自然界中不易被昆虫等媒介识别,因而难以繁衍;另一方面是因为玫瑰中本来就缺少能产生蓝色花青素的基因。

  在解释自然界中极少蓝色植物花卉前,我们先来看看花色是咋来的。花色受到花青素、光照、温度、肥料和水土因素的影响,花青素合成需要光诱导,植物细胞液色素为酸性时呈红色,细胞液色素为碱性时呈蓝色,当细胞液色素为中性时呈紫色;细胞液不含色素则呈白色,这就解释了为何在同一朵花上在同一天出现不同的颜色,当某种花的花期仅一天时,随着花的成熟PH值会升高,颜色也会发生变化,如木芙蓉和牵牛花。

其次许多植物靠昆虫传粉受精,但黑花不醒目,不鲜艳,不大容易吸引昆虫,难以完成传粉受精过程,不利于传宗接代,从进化角度来看,黑花容易被淘汰。再次,除白花细胞液内不含色素外,其余的植物的细胞液内都含有由葡萄糖变成的花青素,但是,细胞液内表现为黑色的化合物较少存在,所以,黑花也许是长期自然淘汰的结果。

1850年,法国就悬赏称给第一个培育出蓝玫瑰的园艺师50万法郎,然而,160多年过去了,繁育蓝玫瑰一直未获成功。2008年,日本三得利公司利用分子遗传学手段将花青素的合成酶基因引入玫瑰基因组,宣称获得了颜色接近蓝色的玫瑰花,但其花瓣颜色更接近淡紫色,并未被广泛接受。而目前国内市场上,销售的“蓝色妖姬”是化学染色而成。

  大部分花喜欢偏酸性环境,细胞液色素为碱性的状况本来就少,所以蓝色的花较少。另外,还与光的颜色有关。太阳光经过三棱镜后形成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫光次序连续分布的光谱,光的颜色不同主要是因为它们的波长不同,越是往后波长越短,能吸收的热量也就越少,红、橙、黄色的花朵能够反射含热量较多的红、橙、黄色光,避免被强光灼伤,蓝色花朵则相反,将含热量较多的红、橙、黄色光吸收过来,极易烫伤花组织,所以蓝色的植物和花比较少。

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近日发表于美国化学会《合成生物学》杂志的一篇文章显示,中国科学院微生物研究所研究员陈义华和天津大学药学院张雁团队合作,将来源于细菌的蓝色色素成功表达在白色玫瑰花瓣中,使其呈现蓝色。

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研究人员将链霉菌的次级代谢产物谷氨酰胺蓝靛素合成酶基因和负责该蛋白翻译后活化的基因构建在植物表达的载体中,并通过农杆菌介导使其转入白色玫瑰花瓣中。培育12小时后,他们惊喜地发现玫瑰花瓣转入点周围呈现出蓝色。进一步研究证实,花瓣中的蓝色化合物就是谷氨酰胺蓝靛素。

  黑色的花有哪些

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“我们用类似注射的方式把细菌携带的质粒打入花瓣根部的细胞,然后花瓣开始用放进去的基因一点点产生蓝色色素并向外扩散。”陈义华在接受《中国科学报》记者采访时介绍说。对照组实验结果表明,不注入这两个基因或缺少其中任何一个基因,都不能使白玫瑰花瓣变蓝。

  说完了蓝色花,再来看看黑色的花有哪些?印象中,黑色的花比蓝色花还要少,小编连画作中也没有找到。据统计,4000余种花卉中,仅有8种花的颜色接近黑色:黑色雪莲花、黑郁金香、黑玫瑰、墨菊、黑百合、黑牡丹、黑鸢尾花和黑莲花等。

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“启动子就像电灯的开关一样,我们选择了花所特有的启动子和终止子,从而让这两个基因只在花朵上产生表达,否则整个植株都会变成蓝色。”张雁补充说。

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突破固有思路

  黑色花少的同蓝色花少的原因有相近之处,吸收大量热量,高热高温同样难以生存。黑色花本身反射的光极少,有的昆虫根本看不见,影响授粉,黑色的花在历史的长河中就慢慢淘汰了。那些现存的黑色花和“紫的发黑”接近黑色的花朵大多在阴暗的地方默默生长,大家也很少能够见到。

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此项研究的一大亮点是,突破了传统的通过花青素控制花卉颜色的固有思路。“未来,实现花朵变蓝的方法可能将不再限于花青素,而是可以通过新方法制造出各种各样的蓝色花卉。”陈义华说。

  除了上面提到的几种花外,你还知道蓝色的花、黑色的花有哪些吗?它们是否真的存在呢。

相比于新路线,传统的花青素合成路线要复杂得多。据介绍,花青素之所以能使花瓣呈现五彩缤纷的颜色,还和植物细胞液泡的酸碱度相关。“用花青素控制玫瑰颜色,困难都在液泡里。”张雁说,“因为玫瑰液泡的pH值较低,而且还有其他色素,会形成共色素的影响,花青素不易呈现出蓝色。现在把合成酶的基因表达到植物细胞质中,就绕过了这些问题。”

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两位作者表示,与植物色素花青素相比,细菌产生的谷氨酰胺蓝靛素颜色更加稳定,而且合成谷氨酰胺蓝靛素的途径简单,合成原料是细胞中普遍存在的常见氨基酸——L-谷氨酰胺。这些特点都决定了细菌来源的谷氨酰胺蓝靛素在蓝色花卉的培育中具有良好的应用前景,可能取代植物色素花青素培育出颜色纯正的蓝色花卉。

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两位作者表示,目前的研究是利用从花房购买的玫瑰花开展的,只是初步从概念上证明了花瓣可以利用细菌的基因合成功能性酶,催化其细胞内部本来就有的L-谷氨酰胺底物变蓝。

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他们向《中国科学报》记者透露,合作团队将进一步与园艺学专家合作,使来自细菌的蓝色素可以稳定遗传,从而获得以谷氨酰胺蓝靛素为花瓣色素的蓝色系列花卉。

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“由于玫瑰为多年生植物,开花至少要两到三年,我们不可能在短期内培育出蓝色玫瑰的植株。”陈义华说,“但我们现在的工作已经证明这条路可行,我们将和园艺专家一起将蓝色玫瑰从奇迹变成现实。”

相关论文信息:DOI: 10.1021/acssynbio.8b00187

(原载于《中国科学报》 2018-11-06 第4版 综合)

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