为什么没有真·蓝月季

作者: antares

来源: 物种日历

发布日期: 2020-05-22

本文探讨了自然界中蓝色的稀缺性,特别是蓝色月季的缺失原因,并介绍了科学家通过转基因技术尝试培育蓝色月季的进展。文章还提到了其他蓝色花朵的研究,如康乃馨和菊花,并给出了游戏中的种植建议。

当光的波长在450~495nm范围内,我们能看到的颜色被称作蓝色。我们从未远离过它,这是天空与海洋的颜色,是视野中最为辽阔的区域;可我们又很难接近它,自然界中的蓝色难以获得,故而我们又对蓝色无比渴求。蓝色是自然界中很少见的一种颜色,即使放宽标准,地球上的约30万种开花植物中,也只有不到10%的花能被命名为蓝色——而这其中大量所谓的蓝色,更接近于紫色。

换到动物界也是同样,蓝孔雀或者大蓝闪蝶那些令人倾倒的蓝并非源自色素,而是结构色。自然界的蓝色花,左:绿绒蒿;右:刺芹丨Hedwig Storch / Wikimedia、Pixabay。鲜花中广受欢迎的月季中,尽管有号称蓝色的品种,如转蓝、蓝色风暴、蓝色绒球、青金石等,但如果你看过实物,就会发现它们的颜色其实更偏向粉紫色。通过天然杂交,月季从未出现过我们通常所说的蓝色调。

在游戏动森中,可以通过杂交培育出稀有颜色的花朵,其中有两种颜色的玫瑰培育起来格外困难:一种是金玫瑰,必须用金水壶浇水才能培育出来;另外一种就是蓝玫瑰。不过,切花市场上那些包装精美、蓝得纯正的“玫瑰”似乎并不鲜见,还有一个听起来浪漫土味的名字,蓝色妖姬。很多人(一定不包括关注物种日历的人)误以为这些蓝玫瑰是天然的,但实际上它们是白玫瑰经过染料染色的产品。

染色蓝“玫瑰”丨kgroovy / flickr。为什么没有真·蓝月季?在形成花朵色彩的几大类物质中,红色到紫色到蓝色这一系列色彩变化,主要由花青素(anthocyanidin,也叫花色素)控制。花青素并非一种物质,而是一类物质的统称。

在植物中,花青素通常会在细胞质中同糖类结合,形成糖苷衍生物花色素苷(anthocyanin),这是一种水溶性植物色素,它会在花瓣细胞液泡中积累,如此,花朵便能呈现出各种色彩。花青素对植物颜色的影响是个复杂的课题。1913年,诺贝尔奖得主、德国科学家里夏德·维尔施泰特(Richard Martin Willstätter)首先在矢车菊中成功提取了花青素的一种——矢车菊素(cyanidin)。

矢车菊以其明亮的蓝紫色调被人们所喜爱,安徒生的《海的女儿》中开场便用它的颜色形容海水之蓝:“在海的远处,水是那么蓝,像最美丽的矢车菊花瓣,同时又是那么清,像最明亮的玻璃。”丨Thayne Tuason / Wikimedia。在我们今天的主角——月季中,主导其颜色的同样是矢车菊素,但同样的色素却会让月季显示出红色。影响花青素显色的一个主要因素是pH值。

在经典的小学自然课实验中,将牵牛花分别放入白醋与肥皂液中,花瓣就会在其中花青素的影响下,遇酸变红、遇碱变蓝。酸红碱蓝几乎是所有花青素的共性(当然,也有例外,比如绣球花中的桃金娘素就正好相反)。月季液泡的pH值在3~5之间,因此矢车菊素在月季花中会显示出红色。此外,金属离子的螯合、黄酮等其他辅助色素对于显色也有影响。2005年,科学家们对矢车菊中的矢车菊素进行了X射线衍射。

他们发现在矢车菊中,六个花色素苷同一个三价铁离子、一个镁离子以及两个钙离子螯合,形成了稳定的分子结构,呈现出鲜艳的蓝色。他们由此推测,或许这种“超级矢车菊素”才是矢车菊呈现蓝色的根本原因。转基因蓝月季的尝试。既然矢车菊素这条路走不通,科学家就把眼光转向了另一种叫飞燕草素(delphinidin)的花青素。飞燕草素对pH值的要求相对较低,在pH值相同的情况下,它会比其他花青素更蓝一些。

虽然花青素的合成机制并未完全阐明,但科学家们已经找到了几种关键酶,其中一种叫类黄酮3',5'-羟化酶(F3'5'H)的酶,在月季中没有。因此,科学家用转基因技术将它引入月季。目前最成功的转基因蓝月季,是2009年三得利公司推出的品种‘喝彩’。他们一方面将堇菜的F3'5'H基因引入月季,同时又抑制了月季中DFR基因的表达,并转入鸢尾的DFR基因。

最后这种蓝色月季中,飞燕草素含量超过80%,最高可以到98%。三得利公司出品的蓝月季丨Blue Rose Man / Wikimedia。当然,即使是这种月季,其颜色也更像是紫色而不是蓝色。因此他们接下来需要通过调整月季的花瓣液泡pH值和辅助色素等方式来进一步改进其颜色。(目前还未见进展)。近期又出现了一种另辟蹊径的思路。

天津大学药学院张雁教授带领的团队,尝试将蓝色的细菌色素靛玉苷(indigoidine)引入月季。这种思路可以消除液泡pH值对颜色造成的复杂影响。在实验中,他们将细菌质粒通过农杆菌注射进月季花里,质粒中包含有两个合成蓝色素相关的基因。质粒产生的酶可以在月季中合成出蓝色素,并成功地在花瓣上产生了一抹蓝色。

实验中白色的月季花瓣上呈现出了蓝色丨Ankanahalli N Nanjaraj Urs et. al. / ACS Synthetic Biology (2018)。目前研究还很初步,接下来研究人员还需要将控制色素合成的细菌基因转入月季中,然后培育这种转基因月季,观察它能不能产生蓝色素,并表达出稳定的蓝色。后续还要进行遗传学实验,观察这种性状是否可以稳定遗传,满足商用切花月季的需求。

除蓝色月季之外,切花市场对其他蓝色系花朵的热情也很高。其中最成功的要数康乃馨。同三得利蓝月季的操作一样,人们将F3'5'H基因和DFR基因引入白色康乃馨,从而获得了一系列稳定表现出蓝紫色的康乃馨。怎么看都只是粉紫色。现在,它们已经可以稳定供应市场。Moon系列康乃馨丨florigene.com。蓝色菊花的研究也在2017年取得了突破。

和其他转基因蓝色花不一样,蓝色菊花的蓝不再偏紫,是更为纯正的蓝色。研究中获得的一系列不同蓝色调的菊花,最左边为野生型丨Naonobu Noda et. al. / Science Advances (2017)。无论如何,人们在追求蓝色花朵的这一漫长道路上仍然会继续走下去,祝大家能早日在游戏中种出自己的蓝玫瑰。附:很多攻略上不会告诉你的重要种植原则!

1. 所有杂交花朵(“基因型“不一样)请保持两株两株种植(如图),每两株的待杂交花朵周围请完全留空。这是为了避免杂交花朵产生自我复制等情况影响基因型判断,非常重要。2. 自交花朵(确定基因型一样)可以保持聚集式种植(多株排列在一起)。3. 无论是杂交花朵还是自交花朵,培育过程中都请每天挖掉繁衍出的所有其他花朵,种到别处去,避免判断混乱造成干扰。

千万不要因为看起来花朵颜色一样就留在杂交田里,会影响你的杂交花基因。4. 如果可能,请每天找5个好友来帮你浇花!具体步骤,请点击查看大图:祝大家早日培育出蓝玫瑰!

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