臺中區農業改良場研究彙報78:23-34 (2003)

臺 中 區 農 業 改 良 場 研 究 彙 報 78:23-34 (2003) 23 彩 色 海 芋 花 色 素 組 成 分 之 分 析 1 黃 勝 忠 陳 裕 星 秦 立 德 2 摘 要 彩 色 海 芋 的 花 色 常 是 切 花 品 質 與 價 格 的 重 要 指 標, 目 前 商 業 品 種 多 為 雜 交 品 種, 花 顏 色 艷 麗 豐 富, 從 暗 紅 紅 淡 紅 紫 橙 黃 淡 黃 至 白 色 等 由 於 目 前 彩 色 海 芋 缺 乏 花 色 素 組 成 分 之 資 料, 因 此 我 們 採 取 彩 色 海 芋 的 花 顏 色 具 有 代 表 性 的 幾 個 品 種, 分 析 研 究 其 花 色 素 組 成 分, 結 果 得 知, 花 青 素 (anthocyanin) 是 紅 色 系 花 色 素 的 主 要 組 成 分, 胡 蘿 蔔 素 (carotenoid) 是 黃 色 系 花 色 素 的 主 要 組 成 分, 而 橙 黃 色 系 品 種 則 由 花 青 素 與 胡 蘿 蔔 素 共 同 組 成, 不 同 花 色 素 分 布 在 花 火 焰 苞 細 胞 不 同 表 皮 層 中, 如 花 青 素 一 般 分 佈 在 火 焰 苞 的 表 皮 層 與 次 表 皮 層, 其 四 周 均 勻 覆 蓋 胡 蘿 蔔 素, 胡 蘿 蔔 素 一 般 均 勻 分 佈 在 表 皮 層 與 火 焰 苞 肉 細 胞 內 分 析 花 青 素 主 要 為 青 色 素 3- 配 糖 體 (cyanidin 3-glucoside), 而 胡 蘿 蔔 素 主 要 為 黃 體 素 (lutein) 與 β- 胡 蘿 蔔 素 (β-carotene), 另 外 分 析 類 黃 酮 素 (flavonoids) 主 要 為 7 甲 基 化 C- 配 糖 體 木 犀 黃 色 精 (7-methylated luteolin C-glycosides) 彩 色 海 芋 花 顏 色 的 變 異 由 色 素 群 中 不 同 色 素 成 分 的 組 合, 再 因 色 素 濃 度 不 同 而 產 生 風 情 萬 種 五 彩 繽 紛 的 色 彩, 而 不 是 只 由 某 一 單 一 不 同 之 色 素 構 成 顏 色 變 化 關 鍵 字 : 彩 色 海 芋 花 顏 色 色 素 類 黃 酮 素 花 青 素 胡 蘿 蔔 素 前 言 彩 色 海 芋 花 不 但 色 彩 鮮 艷, 更 具 有 頗 長 的 瓶 插 壽 命, 深 受 消 費 者 喜 愛 目 前 許 多 商 業 品 種 中, 花 的 顏 色 由 紅 色 系 的 暗 紅 色 桃 紅 粉 紅 紫 色 到 黃 色 系 的 金 黃 色 橙 色 淡 黃 色 以 至 白 色 (7) 花 色 是 彩 色 海 芋 最 重 要 的 園 藝 性 狀, 而 顏 色 亦 是 產 品 價 格 的 決 定 因 素 之 一 (13) 根 據 彩 色 海 芋 花 的 顏 色 作 分 級 包 裝, 常 產 生 分 級 之 困 擾, 尤 其 是 粉 紅 (pink) 色 與 紫 色 (purple) 之 間, 至 於 海 芋 花 顏 色 有 那 些 組 成 分, 目 前 並 無 相 關 的 研 究 資 料, 因 此 藉 由 分 析 彩 色 海 芋 花 色 素 之 主 要 成 分 及 含 量, 如 類 黃 酮 素 (flavonoid) 花 青 素 (anthocyanin) 與 胡 蘿 蔔 素 (carotenoid) 及 其 他 組 成 分, 可 作 為 海 芋 顏 色 分 級 之 依 據, 亦 可 供 育 種 者 育 成 新 品 種 之 參 考 自 然 界 植 物 與 其 花 果 的 顏 色 千 變 萬 化, 它 的 色 彩 主 要 來 自 細 胞 內 的 色 素, 包 括 : 胡 蘿 蔔 素 花 青 素 葉 綠 素 等, 這 些 色 素 經 過 光 線 的 照 射 或 折 射, 就 會 產 生 不 同 的 色 彩 如 綠 色 1 臺 中 區 農 業 改 良 場 研 究 報 告 第 0557 號 2 臺 中 區 農 業 改 良 場 研 究 員 助 理 研 究 員 助 理 研 究 員

24 臺 中 區 農 業 改 良 場 研 究 彙 報 第 七 十 八 期 的 葉 片 與 花 萼 是 由 葉 綠 素 所 構 成 ; 紅 色 紫 色 藍 色 主 要 是 由 花 青 素 造 成, 花 青 素 又 會 隨 著 溫 度 及 酸 鹼 度 的 變 化 而 改 變 顏 色, 更 增 加 了 許 多 色 彩 ; 橙 色 黃 色 及 部 分 紅 色 是 由 胡 蘿 蔔 素 造 成 ; 白 色 是 花 瓣 間 氣 泡 的 光 線 反 射, 並 非 色 素 所 造 成 (5) 黑 色 的 花 並 不 是 純 黑, 如 黑 色 鬱 金 香 黑 玫 瑰 黑 心 菊 黑 眼 花 等, 它 們 的 黑, 其 實 只 是 深 濃 的 紅 紫 藍 色 而 已 進 行 花 色 育 種, 首 先 要 了 解 花 色 素 是 如 何 形 成 的 花 的 顏 色 主 要 由 類 黃 酮 素 胡 蘿 蔔 素 葉 綠 素 (chlorophylls) 等 化 學 組 成 物 來 決 定, 其 中 又 以 類 黃 酮 素 族 群 中 之 花 青 素 最 為 重 要, 因 為 它 及 其 相 關 產 物 提 供 了 黃 色 紅 色 橙 色 藍 色 及 紫 色 等 色 素 成 分 (5,8) ; 胡 蘿 蔔 素 的 顏 色 範 圍 很 窄, 僅 提 供 黃 色 至 橙 色 系 列 的 色 素 (2) 植 物 花 就 像 一 個 調 色 盤, 這 些 主 要 色 素 的 種 類 含 量 多 寡 或 與 其 它 元 素 結 合, 稱 為 共 色 作 用 (co-pigmentation), 決 定 一 朵 花 的 最 終 顏 色 表 現 花 色 素 主 要 累 積 在 植 物 表 皮 層 (epidermis) 與 肉 細 胞 之 液 泡 (vacuole) 中, 可 表 現 於 花 瓣 種 子 和 果 實 中, 用 以 吸 引 昆 蟲 及 動 物, 達 到 授 粉 與 種 子 散 播 的 目 的 (17) 事 實 上, 花 色 素 是 指 一 系 列 相 似 構 造 的 化 學 物 質, 包 含 多 種 不 同 顏 色 的 植 物 色 素, 如 花 青 素 與 胡 蘿 蔔 素 只 是 植 物 生 物 合 成 的 許 多 花 色 素 中 的 兩 種 而 已 (6) 花 青 素 是 植 物 所 特 有 的 多 酚 類 化 合 物, 也 是 經 由 類 黃 酮 代 謝 途 徑 所 衍 生 的 化 合 物, 其 中 生 物 合 成 主 要 花 色 素 的 代 謝 路 徑, 稱 為 花 色 素 生 物 合 成 路 徑 (11) 花 色 素 的 結 構 是 影 響 花 色 的 主 要 因 子, 會 因 所 攜 帶 羥 基 (hydroxyl) 的 多 少 甲 基 化 的 程 度 糖 基 化 數 目 種 類 及 連 接 位 置 的 不 同 而 反 應 出 不 同 顏 色, 使 花 色 素 產 生 廣 泛 的 顏 色 變 異 (4,5) 在 自 然 界 中, 分 布 廣 泛 的 花 色 素 以 天 竺 葵 素 (pelargonidin), 矢 車 菊 素 (cyanidin), 飛 燕 草 素 (delphinidin) 為 主, 由 此 再 因 不 同 的 甲 基 化 (methylation) 程 度, 而 衍 生 出 許 多 他 種 花 色 素 (9) 花 顏 色 的 表 現 是 因 為 表 皮 細 胞 中 的 花 色 素 具 有 吸 光 特 性, 吸 收 不 同 波 長 的 光 譜, 將 未 吸 收 的 反 射 而 呈 色 (5) 雖 然 花 色 主 要 是 由 花 瓣 中 的 花 色 素 種 類 與 濃 度 來 決 定, 然 而 決 定 最 終 花 色 的 因 子, 除 了 花 色 素 累 積 的 濃 度 外, 還 包 含 共 色 作 用 液 泡 的 酸 鹼 值 及 細 胞 的 形 狀 等 多 種 因 子 之 影 響 (21) 花 色 素 的 呈 色 亦 會 受 到 金 屬 離 子 ( 如 Fe Mg Al 等 ) 及 共 色 物 如 黃 酮 醇 與 黃 烷 酮 的 影 響, 由 於 共 色 作 用 即 形 成 複 合 物, 導 致 在 花 色 素 的 吸 收 光 譜 中 產 生 顏 色 的 改 變 相 同 的 色 素 化 合 物 在 不 同 酸 鹼 值 的 細 胞 內 也 會 呈 現 顏 色 差 異, 在 較 高 的 細 胞 酸 鹼 值 狀 態 下 較 為 可 能 產 生 藍 色 的 花 (12) 花 瓣 表 皮 細 胞 之 結 構 與 形 狀, 也 會 影 響 光 波 的 吸 收 與 反 射, 而 影 響 花 的 呈 色 因 此, 花 色 的 表 現 是 受 遺 傳 因 子 的 控 制 外, 亦 受 到 許 多 因 子 共 同 作 用 的 結 果 顏 色 對 觀 賞 作 物 而 言 是 非 常 重 要 的 價 值 指 標, 常 影 響 其 品 質 與 價 格, 尤 其 是 切 花 作 物, 其 市 場 價 格 常 因 顏 色 而 差 異 很 大, 雖 然 顏 色 表 現 主 要 受 基 因 之 控 制, 但 亦 會 受 許 多 環 境 因 素 的 影 響, 但 顏 色 之 表 現 最 重 要 的 是 由 於 那 一 種 主 要 色 素 的 存 在, 構 成 其 基 本 顏 色 如 果 要 進 行 彩 色 海 芋 品 種 改 良 與 花 色 基 因 轉 殖, 研 發 新 花 色 品 種 之 前, 當 需 瞭 解 彩 色 海 芋 主 要 花 色 素 組 成 份 為 何, 以 及 瞭 解 不 同 色 素 產 物 的 生 物 合 成 路 徑 與 背 景, 才 容 易 進 行 育 種 與 基 因 改 造 工 作 本 研 究 採 取 五 種 顏 色 系 ( 紅 紫 橙 黃 白 ) 的 彩 色 海 芋 商 業 代 表 品 種, 分 析 花 的 主 要 色 素 成 份, 以 做 為 爾 後 彩 色 海 芋 花 色 系 歸 類 及 研 究 花 青 素 與 胡 蘿 蔔 素 基 因 調 控 生 物 合 成 酵 素 與 產 物 等 的 基 礎 資 料

彩 色 海 芋 花 色 素 組 成 分 之 分 析 25 材 料 與 方 法 採 用 彩 色 海 芋 商 業 栽 培 品 種 代 表 金 黃 色 系 之 Florex Gold 淡 黃 色 系 Black Magic 桃 紅 色 系 品 種 Majestic Red 橙 橘 色 系 品 種 Treasure 與 Mango 紫 紅 色 品 種 Chianti 粉 紅 色 品 種 Pacific Pink 與 Pink Persuation 白 色 系 品 種 Albomaculata, 共 計 九 個 品 種 於 彩 色 海 芋 花 火 焰 苞 (spathe tissue) 完 全 轉 色 盛 開 時 ( 花 粉 開 始 飄 落 ) 取 樣 花 器 部 分, 每 品 種 取 樣 火 焰 苞 中 間 部 位 15 克 鮮 重, 重 復 取 樣 三 次, 快 速 以 液 態 氮 低 溫 研 磨 成 粉, 經 低 溫 乾 燥 後 送 低 溫 (-20 ) 貯 藏 海 芋 花 顏 色 檢 測 是 取 採 樣 新 鮮 花 朵 15 朵, 在 研 磨 前 利 用 Minolta CR200 色 差 儀 (Color meter), 測 量 火 焰 苞 內 外 兩 側 的 顏 色 介 量 (color parameters) (14), 即 分 別 為 L: 亮 度 (lightness) C: 色 度 (chroma) H o : 色 彩 角 度 (hue angle), 並 作 火 焰 苞 徒 手 切 片 利 用 顯 微 鏡 (Olympus BH2) 觀 察 其 花 色 素 分 佈 情 形 類 黃 酮 素 萃 取 方 法 為 取 不 同 彩 色 海 芋 品 種 火 焰 苞 低 溫 乾 燥 之 粉 末 樣 品 200 mg 加 入 10 cc 醋 酸 與 甲 醇 液 (MeOH:HAC:H 2 O(70:3:27v:v)) 萃 取, 隔 夜 取 上 層 懸 浮 液, 剩 下 之 沉 澱 樣 品 再 加 入 10 cc 醋 酸 與 甲 醇 液 (MeOH:HAC:H 2 O(90:1:9v:v)) 繼 續 萃 取, 所 有 萃 取 液 混 合 後 真 空 乾 燥 得 萃 取 物, 最 後 將 萃 取 物 溶 入 固 定 體 積 之 醋 酸 甲 醇 液 (MeOH:HAC:H 2 O(80:2:18)) 中 存 放 冰 箱 (4 ) (16) 類 黃 酮 素 是 利 用 高 感 度 液 相 層 析 儀 (HPLC), 根 據 Bloor et al. 的 方 法 分 析 (1) C- 配 糖 體 (C-glycosides) 則 利 用 連 續 兩 向 色 層 分 析 紙 與 合 成 樹 脂 (LH20) 分 離 後 利 用 光 譜 吸 光 儀 定 量 類 黃 酮 素 總 量 以 光 譜 儀 波 長 350 nm 測 定, 花 青 素 總 量 以 光 譜 儀 波 長 530nm 測 定 之 至 於 胡 蘿 蔔 素 之 萃 取 與 分 析, 亦 同 樣 取 不 同 彩 色 海 芋 品 種 火 焰 苞 低 溫 乾 燥 之 粉 末 樣 品 (3, 200 mg 加 入 10 cc 甲 醇 與 丙 酮 液 (Me 2 CO:MeOH(7:3)) 中 萃 取 20), 萃 取 液 再 經 乙 醚 (diethyl ether) 層 析 出, 萃 取 過 程 中 與 萃 取 產 物, 需 於 黑 暗 中 進 行 ( 本 實 驗 試 管 包 裹 錫 箔 紙 ), 避 免 胡 蘿 蔔 素 蛻 變 分 解 最 後 將 萃 取 物 溶 解 入 固 定 體 積 之 乙 酸 乙 酯 (ethyl acetate) 中 存 放 冰 箱 (4 ) 胡 蘿 蔔 素 用 光 譜 儀 ( 波 長 450nm) 定 量, 由 胡 蘿 蔔 素 含 量 定 β- 胡 蘿 蔔 素 當 量 結 果 彩 色 海 芋 花 色 素 分 析 系 採 用 代 表 海 芋 紅 色 淡 紅 橙 色 黃 色 及 白 色 等 主 要 色 系 之 八 個 商 業 品 種 :Majestic Red Chianti Treasure Pink Persuation Mango Florex Gold Black Magic Albomaculata, 作 為 彩 色 海 芋 花 顏 色 組 成 分 分 析 之 材 料 品 種 間 花 顏 色 外 觀 之 差 異 可 由 色 差 儀 檢 測, 測 量 火 焰 苞 內 外 兩 側 的 顏 色 介 量 (color parameters) L C H o 值, 即 L 為 亮 度 (lightness) 表 示 入 射 光 之 反 射 值,C 為 色 度 (chroma) 表 示 顏 色 的 明 暗 度 相 對 值,H o 為 色 彩 角 度 (hue angle) 表 示 顏 色 在 色 彩 圓 盤 象 限 上 的 相 對 位 置, 如 紅 紫 色 是 0 o (360 o ) 黃 色 是 90 o 藍 綠 色 是 180 o 藍 色 為 270 o 本 研 究 海 芋 花 顏 色 外 觀 經 由 色 差 儀 檢 測 結 果 如 表 一, 其 中 Majestic Red Chianti Pink Persuasion 三 品 種 均 屬 紅 紫 色 系 列, 其 色 彩 角 度 H o 位 於 紅 紫 色 象 限, 但 Chianti 與 Pink Persuasion 稍 微 偏 向 藍 色 兩 個 橙 橘 色 系 品 種 Mango 與 Treasure 之 H o 值 有 明 顯 差 異, 其 中 Mango 品 種 偏 向 紅 色 象 限,Treasure 偏 向 黃 色 象 限 Florex Gold 的 H o 值 恰 落 在 黃 色 象 限 上 Black Magic 品 種 屬 淡 黃 色 系 而 其 H o 值 有 稍 微 偏 綠 至 於 白 色 花 品 種 Albomaculata 之 H o 值 為

26 臺 中 區 農 業 改 良 場 研 究 彙 報 第 七 十 八 期 108 o 位 於 黃 綠 象 限, 但 是 由 於 高 亮 度 與 低 色 度 之 消 色 差 造 成 白 色 Majestic Red Chianti 與 Pink Persuasion 三 個 品 種 火 燄 苞 的 顏 色 都 很 深, 色 差 儀 檢 測 具 有 低 亮 度 ( 約 為 30% 左 右 ) 與 低 色 度 Florex Gold 代 表 金 黃 色 除 具 高 亮 度 外 是 所 有 參 試 品 種 中 最 高 色 度 (77%) 者 而 Black Magic 為 參 試 品 種 中 相 對 的 具 最 高 亮 度, 但 色 度 較 Florex Gold 低, 且 其 色 彩 角 度 H o 微 偏 向 黃 綠 象 限, 因 此 Black Magic 品 種 花 色 原 分 屬 黃 色 系, 事 實 應 屬 淡 黃 色 系 的 奶 油 色 (cream) 或 檸 檬 色 (lemon) 表 一 彩 色 海 芋 花 顏 色 之 性 狀 Table 1. Spathe colour characteristics (lightness, chroma and hue angle: L, C, H o ) for eight Zantedeschia cultivars measured with a chroma meter. Values are pooled for inner and outer-facing surfaces of the spathe (n=15) Cultivar Colour category L (% refl.) C (saturation) H (intensity) Majestic Red Red 28.4g 1 31.0de 359.5a Chianti Pink 42.2e 32.3d 338.2c Pink Persuasion Pink 32.1f 30.2e 348.3b Mango Orange 45.0d 39.5c 35.1h Treasure Orange 55.0c 50.5b 60.6g Florex Gold Yellow 80.0b 76.8a 90.9f Black Magic Yellow 89.5a 50.4b 101.3e Albomaculata White 88.9a 17.1f 108.5d 1 Within columns, numbers followed by the same letter are not significantly different, using Duncan s Multiple Range Test at the 5% significant level 本 研 究 分 析 彩 色 海 芋 不 同 品 種 的 全 花 青 素 類 黃 酮 素 胡 蘿 蔔 素 濃 度, 五 個 彩 色 海 芋 品 種 包 括 紅 淡 紅 與 橙 色 系 的 火 燄 苞 花 器, 可 萃 取 分 析 到 花 青 素, 花 青 素 含 量 以 暗 紅 品 種 Majestic Red 最 高, 幾 乎 是 其 它 品 種 之 兩 倍 以 上, 然 後 依 序 是 Mango Chianti Pink Persuasion Treasure, 但 在 黃 色 或 白 色 品 種 分 析 不 到 花 青 素 如 圖 一 A 至 於 類 黃 酮 素 化 合 物 (flavonoid compound) 主 要 為 黃 酮 C- 配 糖 體 (flavone C-glycosides), 類 黃 酮 素 全 量 濃 度 ( 不 包 括 花 青 素 ) 依 品 種 而 異 ( 圖 一 B), 其 濃 度 變 異 範 圍 由 200~500 µmol g -1 DM, 有 較 高 濃 度 類 黃 酮 素 並 不 代 表 具 有 高 花 青 素 濃 度, 如 Majestic Red 與 Black Magic 兩 品 種 皆 具 有 高 類 黃 酮 素 濃 度, 而 其 中 Majestic Red 具 有 高 花 青 素 濃 度, 但 是 Black Magic 分 析 不 到 花 青 素 Albomaculata 品 種 是 低 類 黃 酮 素 濃 度, 同 時 分 析 不 到 花 青 素 本 研 究 分 析 花 青 素 之 組 成, 有 兩 種 即 青 色 素 3- 配 糖 體 (cyanidin 3-glucoside) 與 cyanidin 3-rutinoside, 而 以 青 色 素 3- 配 糖 體 為 主 要 組 成 分, 以 cyanidin 3-rutinoside 為 次 要 組 成 分, 可 知 彩 色 海 芋 花 顏 色 之 花 青 素 構 造 較 簡 單, 且 是 已 知 花 青 素 化 合 物 系 列 中 成 員 之 一 cyanidin 3-rutinosid 只 出 現 在 Majestic Red 與 Mango 兩 個 品 種 ( 表 二 ) 由 全 類 黃 酮 素 中 所 含 有 之 花 青 素 比 率, 品 種 間 亦 有 所 差 異, 但 花 青 素 比 率 高 通 常 其 花 色 較 深 暗, 如 Majestic Red Chianti 與 Mango ( 表 二 )

彩 色 海 芋 花 色 素 組 成 分 之 分 析 27 表 二 彩 色 海 芋 花 顏 色 與 色 素 組 成 分 Table 2. Main individual pigments and anthocyanin/flavonoid ratio in spathe tissue of eight Zantedeschia cultivars Cultivar Color category Main anthocyanin Anthocyanin/Flav. ratio (%) Main carotenoid Majestic Red Red C 3-G / C 3-R 4.065 N/A Chianti Pink C 3G 3.623 N/A Pink Persuasion Pink C 3G 1.408 N/A Mango Orange C 3-G / C 3-R 3.401 Lutein / β-car Treasure Orange C 3G 1.062 Lutein / β-car Florex Gold Yellow N/A N/A Lutein / β-car Black Magic Yellow N/A N/A Lutein / β-car Albomaculata White N/A N/A N/A C 3-G = cyanidin 3-glucoside. C 3-R = cyanidin 3-rutinoside. β-car = β-carotene. N/A = not applicable. 另 外 分 析 火 燄 苞 花 器 胡 蘿 蔔 素 含 量, 得 知 只 兩 個 黃 色 與 兩 個 橙 色 品 種 才 有 胡 蘿 蔔 素, 且 品 種 間 差 異 頗 大, 以 Florex Gold 含 量 最 高 (1.5 µmol g -1 DM), 其 次 為 Treasure 與 Mango, 以 Black Magic 最 低 (0.1 µmol g -1 DM) ( 圖 一 C) 胡 蘿 蔔 素 之 主 要 組 成 分 是 黃 體 素 (lutein) 與 β-carotene, 其 中 黃 體 素 含 量 維 持 在 類 黃 酮 素 全 量 的 50~70%,β-carotene 含 量 大 約 佔 20~30% 本 研 究 並 未 分 析 所 有 類 黃 酮 素 化 合 物 (flavonoid compound), 僅 分 析 主 要 黃 酮 C- 配 糖 體 (flavone C-glycosides), 根 據 不 同 海 芋 品 種 所 分 析 到 之 三 至 六 種 主 要 化 合 物, 我 們 將 參 試 品 種 分 成 三 群 說 明, 如 第 一 群 Majestic Red ( 圖 二 A) Chianti Pink Persuasion 三 品 種 中 主 要 黃 酮 C- 配 糖 體, 為 6-C-arabinosylluteolin 7-methyl ether 與 6-C-xylososylluteolin, 而 第 二 群 Mango ( 圖 二 B) Treasure Florex Gold 三 品 種 除 具 有 以 上 兩 種 黃 酮 素 外, 亦 分 析 到 8-C-arabinosylluteolin 7-meyhyl ether, 第 三 群 Black Magic ( 圖 二 C) 與 Albomaculata 二 品 種 分 析 到 三 種 黃 酮 素, 即 為 6-C-hexosylluteolin 7-methyl ether 6-C-pentosylluteolin 與 luteolin di C-glycoside 由 彩 色 海 芋 火 燄 苞 花 器 橫 切 與 縱 切 片 顯 微 觀 察 結 果, 發 現 花 青 素 分 佈 局 限 於 表 皮 層 (epidermis) 下 方 一 二 層 細 胞 液 泡 (vacuole) 中 ( 圖 三 1), 而 胡 蘿 蔔 素 是 比 較 均 勻 分 佈 於 表 皮 層 下 之 色 素 母 細 胞 中, 或 為 黃 色 小 球 體 存 在 細 胞 中 ( 圖 三 3) 如 橙 橘 色 品 種 Mango 品 種 的 花 青 素 不 均 勻 的 與 胡 蘿 蔔 素 堆 疊 一 起 存 在 不 同 細 胞 層 中 ( 圖 三 2), 而 白 色 品 種 如 Albomaculata 之 切 片 無 法 觀 察 到 胡 蘿 蔔 素 與 花 青 素

28 臺 中 區 農 業 改 良 場 研 究 彙 報 第 七 十 八 期 A Anthocyanin conc. (µmol.g -1 DW) 25 20 15 10 5 0 Majestic red Chianti Pink persuasion Mango Treasure Cultivars Florex gold Black magic Albomaculata B 600 Flavonoid conc. (µmol.g -1 DW) 500 400 300 200 100 0 Majestic red Chianti Pink persuasion Mango Cultivars Treasure Florex gold Black magic Albomaculata C Carotenoid conc. (µmol.g -1 DW) 2.5 2 1.5 1 0.5 0 Majestic red Chianti Pink persuasion Mango 圖 一 彩 色 海 芋 花 器 之 花 青 素 (A) 類 黃 酮 素 (B) 及 類 胡 蘿 蔔 素 (C) 含 量 Fig. 1. Total anthocyanin (A), flavonoid (B) and carotenoid (C) concentration (mmol g-1dw) in spathe (flower) tissue from eight Zantedeschia cultivars. (Mean ± SEM, n=3). Anthocyanins were quantified as cyanidin 3-glucoside equivalents, flavonoids as quercetin 3-rhamnoglucoside equivalents and carotenoids as b-carotene equivalents. Treasure Cultivars Florex gold Black magic Albomaculata

彩 色 海 芋 花 色 素 組 成 分 之 分 析 29 圖 二 利 用 HPLC 測 定 三 個 彩 色 海 芋 品 種 花 之 類 黃 酮 素 種 類 Fig. 2. HPLC chromatograms of the flavonoids detected in spathe (flower) extracts from the cultivars Majestic Red (A), Mango (B) and Black Magic (C). Detection at 352nm. (1. Luteolin di-c-glycoside * 2. 6-C-glycosylluteolin 7-methyl ether * 3. 6-C-glycosylluteolin 7-methyl ether * 4. 6-C-xylosylluteolin 7 methyl ether. 5. 6-C-arabinosylluteolin-7-methyl ether. 6. 8-C-arabinosylluteolin 7-methyl ether. * identification incomplete).

30 臺 中 區 農 業 改 良 場 研 究 彙 報 第 七 十 八 期 1 2 3 圖 三 彩 色 海 芋 花 火 焰 苞 及 其 橫 縱 切 面 圖 Fig. 3. Flowers plus epidermal peels and cross sections from flower (spathe) tissue of three calla cultivars. 1 Majestic Red. 2 Mango. 3 Florex Gold. 討 論 類 黃 酮 素 與 胡 蘿 蔔 素 是 目 前 彩 色 海 芋 花 火 燄 苞 主 要 構 成 色 素, 類 黃 酮 素 組 成 有 許 多 種 型 態, 包 含 花 青 素 (anthocyanins) 青 色 素 (anthocyanidins) flavonols 黃 酮 素 (flavones) aurones 等, 通 常 花 青 素 是 紅 花 色 系 與 紫 色 花 之 主 要 色 素 組 成 分, 胡 蘿 蔔 素 是 黃 色 花 系 的 色 素 組 成 分, 橙 橘 色 花 品 種 如 Treasure 與 Mango 同 時 含 有 花 青 素 與 胡 蘿 蔔 素 組 成 分, 至 於 白 色 品 種 Albomaculata 類 黃 酮 素 並 無 花 青 素 與 胡 蘿 蔔 素 因 為 單 一 種 色 素 並 非 很 廣, 因 此 彩 色 海 芋 花 顏 色 之 不 同, 主 要 是 由 於 兩 種 色 素 主 要 組 成 分 花 青 素 與 胡 蘿 蔔 素 因 混 合 比 率 及 含 量 濃 度 之 不 同, 而 產 生 顏 色 外 觀 有 紅 黃 橙 橘 紫 白 等 顏 色 上 之 差 異

彩 色 海 芋 花 色 素 組 成 分 之 分 析 31 分 析 色 素 結 果 得 知, 花 青 素 含 量 濃 度 最 高 是 紅 色 花 系 的 Majestic Red 品 種, 其 濃 度 為 同 色 系 其 它 品 種 的 三 至 四 倍 ( 圖 一 A), 因 此 顯 現 暗 紅 色 的 顏 色 雖 然 Pink Persuasion 的 花 青 素 濃 度 明 顯 的 比 Majestic Red 低, 但 是 利 用 色 差 儀 檢 測 海 芋 花 外 觀 則 屬 同 一 類 型, 其 原 因 可 能 色 素 濃 度 係 分 析 海 芋 花 器 官 組 織 之 平 均 色 素 濃 度 值, 而 色 差 儀 是 測 海 芋 花 外 觀 的 光 反 射 值,Pink Persuasion 品 種 之 花 器 官 因 有 許 多 色 素 斑 點, 以 致 色 差 儀 檢 測 結 果 頗 類 似, 但 是 肉 眼 觀 察 Pink Persuasion 是 淡 紅 色 Chianti 桃 紅 偏 紫 色 亦 比 Majestic Red 顏 色 淡, 花 青 素 濃 度 亦 明 顯 較 低, 但 有 趣 的 是 Chianti 的 色 彩 角 度 H o 值, 位 於 紅 紫 色 象 限 稍 微 偏 向 藍 色 分 析 比 較 Majestic Red Pink Persuasion Chianti 三 品 種 的 類 黃 酮 素 或 花 青 素, 除 Majestic Red 可 分 析 到 cyanidin 3-rutinoside 外, 並 無 證 據 證 明 色 素 種 類 有 明 顯 不 同 所 以 海 芋 花 顏 色 之 多 變 化 應 與 全 類 黃 酮 素 全 花 青 素 之 濃 度 以 及 花 青 素 與 類 黃 酮 素 組 合 比 率 之 變 異 有 關 又 由 分 析 胡 蘿 蔔 素 結 果 得 知 Florex Gold 的 濃 度 最 高 ( 圖 一 C), 而 其 花 外 觀 為 金 黃 色 而 Black Magic 的 胡 蘿 蔔 素 濃 度 很 低, 但 類 黃 酮 素 濃 度 很 高, 花 外 觀 是 半 透 明 的 檸 檬 色, 可 能 是 由 於 胡 蘿 蔔 素 與 高 類 黃 酮 素 濃 度 間 相 互 作 用 的 結 果 兩 個 橙 色 品 種 Mango 與 Treasure 有 雷 同 的 胡 蘿 蔔 素 濃 度, 但 Mango 的 花 青 素 濃 度 為 Treasure 的 三 倍 ( 圖 一 A), 此 等 差 異 可 由 肉 眼 看 出 與 利 用 色 差 儀 檢 測 的 色 彩 角 度 H o 值 明 顯 不 同 ( 表 一 ) 因 為 花 青 素 與 胡 蘿 蔔 素 在 海 芋 花 火 燄 苞 組 織 內 分 佈 位 置 不 同, 所 以 橙 色 品 種 如 Treasure Mango 花 色 素 並 不 是 由 某 單 一 色 素 成 分 構 成, 亦 非 由 兩 種 色 素 混 合 而 呈 橙 色, 而 是 同 時 具 有 花 青 素 與 胡 蘿 蔔 素 分 佈 於 火 燄 苞 組 織 內, 且 因 兩 者 濃 度 不 同 而 構 成 橙 色 深 淺 之 差 異, 此 色 素 顆 粒 在 玫 瑰 花 瓣 分 佈 亦 頗 為 類 似 (18) 分 析 彩 色 海 芋 不 同 品 種 的 花 青 素 與 胡 蘿 蔔 素 種 類, 發 現 品 種 間 花 色 素 種 類 差 異 不 大, 只 分 析 出 兩 種 花 青 素 (cyanidin 3-glucoside cyanidin 3-rutinoside) 與 兩 種 胡 蘿 蔔 素 (lutein β -carotene), 而 在 海 芋 綠 葉 中 亦 可 分 析 到 lutein 與 β-carotene 這 兩 種 主 要 胡 蘿 蔔 素 (2), 因 為 海 芋 花 火 燄 苞 (spathe) 是 由 葉 鞘 變 型 而 來, 因 此 海 芋 花 中 之 胡 蘿 蔔 素 亦 僅 分 析 到 此 兩 種 而 已 此 種 有 限 簡 單 的 類 黃 酮 素 組 成 分 在 虎 頭 蘭 (22) (10) 火 鶴 花 星 科 植 物 的 類 黃 酮 素 組 成 分 也 較 簡 單 (23) (19) 與 百 合 亦 發 現 有 同 樣 情 形 一 般 天 南 類 黃 酮 素 有 別 於 花 青 素, 類 黃 酮 素 常 有 共 色 作 用 而 影 響 花 青 素 的 色 素 表 現 (5) 類 黃 酮 素 含 量 曾 被 採 用 於 分 類 海 芋 不 同 品 種 的 可 能 性, 如 本 研 究 以 分 析 到 的 flavone C-glycosides 而 言, 彩 色 海 芋 可 分 為 三 群 : 第 一 群 Black Magic 與 Albomaculata 為 淡 黃 色 及 白 色, 第 二 群 :Majestic Red Chianti 與 Pink Persuasion 為 紅 色 及 淡 紅 色 系, 第 三 群 Mango Treasure 與 Florex Gold 為 橙 色 及 金 黃 色 系 以 上 之 分 群 與 海 芋 育 種 雜 交 後 代 選 育 上 已 知 之 訊 息 相 一 致, 即 第 一 群 的 Black Magic 是 由 Z. elliottiana 與 Z. pentlandii (Watson) Wittm. 之 雜 交 種,Albomaculata 是 選 育 自 Z. Albomaculata (Hook.) Billon (15) 第 二 群 的 Majestic Red Chianti 與 Pink Persuasion 是 由 Z. rehmanii Engl. 雜 交 後 代 選 育 而 來, 因 此 三 品 種 色 素 表 現 頗 為 相 關 第 三 群 的 Florex Gold Mango 與 Treasure 都 由 同 一 親 本 Z. elliottiana (Watson) Engl. 的 雜 交 後 代 選 拔 而 來 本 研 究 採 用 之 品 種 除 Z. jucunda Letty 外, 已 包 含 已 知 彩 色 海 芋 四 個 原 生 種

32 臺 中 區 農 業 改 良 場 研 究 彙 報 第 七 十 八 期 彩 色 海 芋 花 有 紅 色 淡 紅 色 橙 色 黃 色 白 色 等 顏 色, 其 主 要 色 素 成 份 為 花 青 素 與 胡 蘿 蔔 素, 至 於 花 顏 色 的 變 化 並 非 因 為 某 單 一 不 同 色 素 構 成, 是 由 於 花 青 素 與 胡 蘿 蔔 素 兩 種 色 素 因 濃 度 不 同, 如 紅 色 系 花 因 花 青 素 濃 度 之 差 異, 以 致 Majestic Red 呈 暗 紅 色,Chianti 呈 桃 紅 色 與 Pink Persuation 呈 淡 紅 色 黃 色 花 系 品 種 如 Florex Gold 與 Black Magic 之 顏 色 主 要 組 成 分 之 一 是 胡 蘿 蔔 素 (carotenoid), 其 濃 度 不 同 亦 構 成 顏 色 深 淺 之 差 異 而 橙 橘 色 品 種 如 Mango 與 Treasure 同 時 具 有 花 青 素 與 胡 蘿 蔔 素, 兩 種 色 素 濃 度 之 不 同, 才 構 成 橙 橘 色 深 淺 之 差 異 所 有 品 種 都 含 有 無 色 的 類 黃 酮 素, 類 黃 酮 素 是 花 青 素 的 前 驅 物 質, 類 黃 酮 素 多 寡 與 花 青 素 含 量 並 無 明 顯 的 關 係, 但 類 黃 酮 素 扮 演 輔 色 素 的 作 用, 它 會 影 響 花 色 表 現 參 考 文 獻 1. Bloor, S. J., J. M. Bradley, D. H. Lewis and K. M. Davies. 1998. Identification of flavonol and anthocyanin metabolites in leaves of Petunia "Mitchell" and its Lc transgenic. Phytochemistry 49: 1427-1430. 2. Britton, G. 1982. Carotenoid biosynthesis in higher plants. Physiol. Veg. 20: 735-755. 3. Britton, G. 1995. Worked Examples of Isolation and Analysis. Example 1: Higher Plants. p. 201-214. In: G. Britton, S. Liaaen-Jensen and H. Pfander (eds.), Carotenoids Vol. 1A: Isolation and Analysis. Birkhauser Verlag, Basel. 4. Davies, K. M., J. M. Bradley, K. E. Schwinn, K. R. Markham and E. Podivinsky. 1993. Flavonoid biosynthesis in flower petals of five lines of lisianthus (Eustoma gradiflorum Grise.). Plant Science 95: 67-77. 5. Davies, K. M. and K. E. Schwinn. 1997. Flower Color. p.259-294. In: Biotechnology of Ornamental Plants R. L. Geneve, J. E. Preece and S. A. Merkle (eds.), Biotechnology of Ornamental Plants. CAB International, Oxon. 6. Forkmann, G. 1991. Flavonoids as flower pigments: The formation of the natural spectrum and its extraction by genetic engineering. Plant Breeding 106: 1-26. 7. Funnell, K. A. 1993. Zantedeschia. p. 683-704. In: A. De Hertogh and M. Le Nard (eds.), The Physiology of Flower Bulbs. Elsevier, Amsterdam. 8. Harborne, J. B. and C. A. Williams. 2000. Advances in flavonoid research since 1992. Phytochemistry 55: 481-504. 9. Honda, K., K. Tsutsui and K. Hosokawa. 1999. Analysis of the flower pigments of some Delphinium species and their interspecific hybrids produced via ovule culture. Scientia Horticulturae 82: 125-134. 10. Iwata, R. Y., Tang, C. S. and H. Kamemoto. 1985. Concentration of anthocyanins affecting spathe color in Anthuriums. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 110: 383-385.

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34 臺 中 區 農 業 改 良 場 研 究 彙 報 第 七 十 八 期 Analysis of Flower Color and Pigment on Calla Lily (Zantedeschia Hybrids) 1 Sheng-Chung Huang 2, Yuhsin Chen 3 and Li-Te Chin 3 ABSTRACT Flower color is a key element of ornamental plants available in the market-place. The color quality of calla lily (Zantedeshia (Spreng.)) is absolutely crucial to the calla industry. Calla species and hybrids feature a range of cultivars with spathe (flower) color from maroon/dark red through pink, to orange, yellow, cream and white. In the absence of information on the pigments that make up these colours in Zantedeschia, we analysed the flavonoid and carotenoid profiles in several commercial winter flowering cultivars that were representative of the colour range. Anthocyanins were the main pigment associated with red and pink cultivars, while carotenoids were the main pigment in the yellow cultivars. The orange cultivars were a mix of anthocyanins and carotenoids, although in different cell layers. The anthocyanin pigments were present in the epidermis and the sub-epidermis, overlaying the carotenoids. The latter were distributed more evenly throughout the sub-epidermis and mesophyll. The main pigments observed were the anthocyanin cyanidin 3-glucoside and the carotenoids lutein and β-carotene. Other flavonoids, predominantly 7-methylated luteolin C-glycosides, were also detected in the spathe tissue. Variation in spathe color appears primarily due to changes in the pigment group produced and pigment concentration rather than the production of different individual pigments. Key words: calla lily, flower color, pigments, flavonoid, anthocyanin, carotenoid. 1 Contribution No. 0557 of Taichung DAIS, COA. This research was supported by funding from the Council of Agriculture, Executive Tuan, R.O.C. 2 Research Fellow, 3 Assistant Horticulturists, Taichung DAIS, COA.