Почему у многих кустарников плоды имеют красный цвет

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 19.09.2024

Цвет растений обусловлен присутствием в них определенных химических соединений. Поговорим о том, что означают цвета овощей и фруктов, какая существует связь между свойствами последних и их цветом.

Красный

Красный цвет овощи и фрукты имеют благодаря ферменту ликопину; именно он отвечает за окрас помидора, грейпфрута и арбузной мякоти. Чем краснее растение, тем больше в нем ликопина. Ликопин – антиоксидант, самый сильный из всех, которые присутствуют в организме человека. Антиоксиданты – это вещества, препятствующие старению клеток и накоплению в них ошибок, которые впоследствии могут привести к разным заболеваниям.

Употребление в пищу овощей и фруктов красного цвета помогает замедлить образование атеросклероза, улучшает сердечно-сосудистую деятельность, препятствует развитию катаракты и других заболеваний глаз, помогает бороться с воспалительными явлениями и снижает риск образования опухолей.

Интересно, что ликопин не разрушается при термической обработке, а при приготовлении блюд из плодов красного цвета концентрация фермента повышается за счет упаривания растения. Например, в томатной пасте содержится в 30 раз больше ликопина, чем в свежих помидорах.

Оранжевый и желтый

За желто-оранжевый цвет отвечает бета-каротин – пигмент, относящийся к той же группе каротиноидов, что и красный ликопин, и тоже являющийся антиоксидантом. Бета-каротин выполняет еще одну важную функцию: это предшественник витамина, или провитамин, то есть вещество, из которого в организме синтезируется витамин А (ретинол). Ретинол жизненно необходим для нормального функционирования организма. Бета-каротин также обладает способностью укреплять иммунитет. Бета-каротином богаты морковь, тыква, дыни, абрикосы.

Еще один желтый пигмент – лютеин. Его много в персиках и цитрусовых (цвет яичного желтка обусловлен им же). Лютеин имеет большое значение для профилактики заболеваний глаз.

Зеленый

В зеленый цвет овощи и фрукты окрашены благодаря наличию в них комплекса пигментов – уже упоминавшихся лютеина, ликопина и бета-каротина, – но помимо этих соединений зеленые растения содержат фолиевую кислоту, или витамин В9. Фолиевая кислота важна для нормального вынашивания плода: ее нехватка приводит к неправильному формированию нервной, кровеносной и иммунной систем малыша, а у матери повышает риск прерывания беременности. Недостаточное поступление витамина В9 у мужчин ухудшает качество спермы.

Фолиевая кислота в большом количестве содержится в зеленых яблоках и листовой зелени (шпинат и т. д.).

Синий и фиолетовый

За синий цвет у овощей и фруктов отвечают антоцианы – вещества, относящиеся к гликозидам. Вообще антоцианы многоцветны, и то, каким будет цвет растения, зависит от уровня кислотности среды, в которой они находятся. В кислой среде антоцианы дают красный цвет (некоторые сорта красных яблок), в щелочной – желто-зеленый, а в нейтральной – сине-фиолетовый. Промежуточным вариантом могут быть все оттенки розового (например, кожица у редиса).

Антоцианы имеют противоопухолевую активность, замедляют старение, предупреждают заболевания сердца и сосудов, в том числе инсульт и инфаркт. Их употребление положительно влияет на мозговую активность и иммунитет.

Белый

Белый цвет растений означает, что в них нет или мало красящих пигментов, однако это не говорит о том, что белые овощи и фрукты бесполезны. В них присутствует масса других важных для организма соединений (например, редька, лук и чеснок содержат аллицин, ответственный за жгучий вкус и обладающий противогрибковыми свойствами и антибактериальной активностью).

Проведены исследования, доказавшие, что регулярное употребление именно белых овощей (редиса, картофеля, цветной капусты, лука, чеснока, грибов) вполовину снижает риск развития инсульта.

Наиболее правильно с точки зрения диетологии употреблять в пищу овощи и фрукты разного цвета: таким образом достигается максимальная насыщенность рациона полезными веществами.

Видео с YouTube по теме статьи:

Об авторе

Образование: Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова, специальность "Лечебное дело".

Нашли ошибку в тексте? Выделите ее и нажмите Ctrl + Enter.

Желудок человека неплохо справляется с посторонними предметами и без врачебного вмешательства. Известно, что желудочный сок способен растворять даже монеты.

Когда влюбленные целуются, каждый из них теряет 6,4 ккалорий в минуту, но при этом они обмениваются почти 300 видами различных бактерий.

74-летний житель Австралии Джеймс Харрисон становился донором крови около 1000 раз. У него редкая группа крови, антитела которой помогают выжить новорожденным с тяжелой формой анемии. Таким образом, австралиец спас около двух миллионов детей.

Ученые из Оксфордского университета провели ряд исследований, в ходе которых пришли к выводу, что вегетарианство может быть вредно для человеческого мозга, так как приводит к снижению его массы. Поэтому ученые рекомендуют не исключать полностью из своего рациона рыбу и мясо.

Упав с осла, вы с большей вероятностью свернете себе шею, чем упав с лошади. Только не пытайтесь опровергнуть это утверждение.

Даже если сердце человека не бьется, то он все равно может жить в течение долгого промежутка времени, что и продемонстрировал нам норвежский рыбак Ян Ревсдал. Его "мотор" остановился на 4 часа после того как рыбак заблудился и заснул в снегу.

В течение жизни среднестатистический человек вырабатывает ни много ни мало два больших бассейна слюны.

Большинство женщин способно получать больше удовольствия от созерцания своего красивого тела в зеркале, чем от секса. Так что, женщины, стремитесь к стройности.

Существуют очень любопытные медицинские синдромы, например, навязчивое заглатывание предметов. В желудке одной пациентки, страдающей от этой мании, было обнаружено 2500 инородных предметов.

Для того чтобы сказать даже самые короткие и простые слова, мы задействуем 72 мышцы.

В стремлении вытащить больного, доктора часто перегибают палку. Так, например, некий Чарльз Йенсен в период с 1954 по 1994 гг. пережил более 900 операций по удалению новообразований.

Согласно исследованиям, женщины, выпивающие несколько стаканов пива или вина в неделю, имеют повышенный риск заболеть раком груди.

У 5% пациентов антидепрессант Кломипрамин вызывает оргазм.

Катаракта. Как побороть страхи и наконец подарить себе отличное зрение

Любое оперативное вмешательство пугает, даже самое незначительное. Допустить мысль о том, что какие-то манипуляции будут выполняться с глазами, может и вовсе по.

Развитие управляющих функций мозга ребёнка: полезные советы и упражнения для педагогов

Сертификат и скидка на обучение каждому участнику

Никогда не задумывались над тем, почему плоды, т.е. овощи или фрукты имеют разные цвета? На самом деле цвет каждого плода целиком и полностью зависит от красящих веществ, которые содержатся в нем.

Цвета плодов. Красный цвет.

Самыми аппетитными кажутся цвета плодов, окрашенных в красный цвет. Такие плоды способствуют усиленному выделению желудочного сока. Поэтому не зря природа породила множество таких красных овощей и фруктов, каждый из которых не просто вкусен, но и является самой настоящей природной аптекой, так как, содержит полезные и необходимые для нашего организма вещества:

- Антоцианы – красно-фиолетовые пигменты, защищающие сердце и сосуды, разглаживающие соединительную ткань и стимулирующие работу головного мозга, предотвращающие рак и возрастные явления – слепоту и снижение памяти. Антоцианы являются замечательными антиоксидантами, защищающими клетки организма от разрушения. Большое количество этих веществ находиться в малине, клубнике, вишне, гранатах, красном винограде и яблоках.

- Капсаицин – вещество, придающее острый вкус перцу. Это вещество способствует ускорению обмена веществ и быстрому снижению веса. Капсаицин обладает сильным противовоспалительным эффектом.

- Ликопин - природный пигмент, содержащийся в арбузах, фруктах, сладком перце, помидорах и других овощах. Ликопин понижает уровень холестерина, защищает клетки организма от перерождения, помогает бороться со старением и некоторыми разновидностями рака (особенно при раке предстательной железы).

Цвета плодов. Зеленый цвет

Не менее полезны для здоровья цвета плодов, имеющие зеленый цвет: зеленые овощи и фрукты, ведь данный цвет ассоциируется у нас с развитием и ростом, расцветом и обновлением. Зеленую окраску плодам придает пигмент хлорофилл. Лук, петрушка, укроп, салат, шпинат, брокколи, брюссельская капуста, зеленая фасоль, спаржа, авокадо, огурцы, зеленые яблоки и виноград очень полезны для любого человека. Вещества, содержащиеся в зеленых овощах и фруктах, улучшают пищеварение, способствуют хорошему усвоению пищи, а также активизируют процесс сжигания жира. В зеленых овощах и фруктах находятся следующие полезные вещества:

- Индолам и сульфорафанам , окрашивающие капусту всех видов и сортов, шпинат и другие листовые овощи и способствующие выведению из организма канцерогенных веществ.

- Лютеин - натуральный пигмент огурцов, горошка, шпината, болгарского перца, киви, и других плодов, окрашенных в зеленый цвет. Лютеин способствует сохранению нормального зрения и защищает человека от вредного ультрафиолетового излучения.

Яркие желтые и оранжевые цвета плодов этой группы богаты полезными веществами, такими как бета-каротин и витамин С:

- Бета-каротин , придающий овощам и фруктам желтый и оранжевый цвет является сильнодействующим антиоксидантом. В больших количествах бета-каротин содержится в тыкве, моркови, манго, апельсинах, папайе, мандаринах, дынях и других плодах. Он чрезвычайно полезен для зрения, улучшает мыслительные процессы, защищает кожу от воздействия ультрафиолетовых лучей. Бета-каротин в организме человека трансформируется в витамин А, способствующий улучшению зрения в темноте и делающий наш иммунитет сильным.

- Витамин С , являющийся мощным антиоксидантом, усиливающий защитную систему организма, защищающий от разных сердечно-сосудистых заболеваний, способствующий выработке коллагена в коже в значительных количествах находится в цитрусовых плодах.

Цвета плодов. Фиолетовый и синий цвет.

Овощи и фрукты такого цвета плодов содержат в своем составе полезные элементы, такие как антоцианы (имеющиеся в значительном количестве в чернике, смородине, ежевике, темной капусте, темном винограде) и фенолы (слива, баклажан). Именно значительное количество данных природных пигментов придает темную окраску плодам. Эти мощные антиоксиданты значительно понижают риск заболевания сердечными болезнями, некоторыми видами рака, болезнью Альцгеймера и способствуют замедлению процесса старения. Исследования ученых доказали, что регулярное потребление черники улучшает память и работу нервных клеток.

Цвета плодов. Белый цвет.

Белую окраску цвета плодов придают фитохимические элементы флавоноиды и антоцианиды, являющиеся сильными антиоксидантами. Овощи белого цвета, такие как лук и чеснок, содержат еще аллицин, снижающий уровень холестерина и понижающий давление:

- Аллицин - способствует уменьшению риска заболевания раком, особенно предстательной железы. Фрукты и овощи белого цвета (картофель, чеснок, лук, цветная капуста, пастернак, сельдерей, бананы, грибы) хорошо укрепляют иммунитет.

- Флавоноиды - природные полифенолы, обладающие способностью укреплять стенки кровеносных сосудов. Растительные вещества, содержащиеся в плодах, корнях, листьях растения, придают им определенный цвет. Именно цвета плодов показывают, какие полезные для нашего здоровья растительные соединения содержатся в них. Самая большая концентрация полезных веществ зачастую сосредоточена в съедобной кожице овоща или фрукта, поэтому не спешите ее срезать. Ежедневное потребление овощей и фруктов из всех цветовых групп обеспечит организм самым оптимальным составом полезных растительных веществ.

Жимолость

Этот декоративный кустарник чаще всего именуют волчьими ягодами. Встречается он не только в лесах практически по всей России, его также высаживают как живую изгородь. У жимолости довольно красивые кремовые, белые или розовые цветы, которые нравятся пчелам. Среди многочисленных сортов этого растения есть и съедобные.

Ландыш

Этот нежный ароматный цветок, радующий нас весной, необыкновенно ядовит. Плод ландыша – круглая красная ягода, располагающаяся на стебельке на тоненьких чуть изогнутых плодоножках. Растет ландыш почти повсеместно - в лиственных, хвойных и смешанных лесах, в дубравах, в садах и на клумбах. Особенно нравятся ему опушки и поляны с достаточно влажной почвой.

Ягоды держатся на растении долго. Особую опасность они представляют для животных. Люди отравляются ими редко. Яд, содержащийся во всех частях цветка, называется конваллятоксин. Попав в организм, он способен вызвать остановку сердца. У съевших малое количество ягод наблюдаются все признаки пищевого отравления. Примечательно, что ядовитой становится даже вода, в которой стоят ландыши. Но в строго фиксированных дозах растение используют в официальной медицине для лечения заболеваний сердца. Народная медицина применяет ландыш гораздо шире, например при ревматизме, головных болях, болезнях глаз.

Волчеягодник смертельный

Волчье лыко, плоховец, волчеягодник – все это один и тот же кустарник с красными ягодами. Увидеть его можно в лесах России вплоть до арктической зоны. Он зацветает раньше других деревьев и кустарников, украшая собой опушки уже в марте месяце. Ягоды у него яркие, сочные, очень красивые, величиной примерно, как косточка вишни.

Они содержат ядовитый сок, при попадании которого на кожу и слизистые наблюдаются зуд, покраснение, воспаление. Симптомы при отравлении схожи с теми, которые бывают при гастроэнтерите. Ядовиты все части волчеягодника. В них присутствует большое количество опасных для человека веществ – дитерпеноиды, кумарины, дафнин, мизереин, коккогнин и другие. Высаживают волчеягодник как декоративное растение и в садах. В своих рецептах его использовал еще Авиценна. Народные лекари это растение применяют наружно, в виде отваров и настоек при ревматизме, подагре, ангине, дерматозе, зубной боли и многих других заболеваниях, однако официально использовать его в лечебных целях запрещено.

Болотный белокрыльник

Это очень красивое грациозное растение широко известно как калла. Его с удовольствием выращивают на клумбах, используют в букетах. В природе белокрыльник можно встретить там, где есть достаточная влажность. Растет он и в европейской части России, и в Сибири, и на Дальнем Востоке. Все его части ядовиты. Цветки у каллы мелкие и невзрачные, собранные в початки желтого цвета. Украшает их белое покрывало, принимаемое многими за большой лепесток.

Плод растения – красная ягода, несколько напоминающая крупную шелковицу на ножке. Сок каллы вызывает раздражение и воспаление кожи, а при попадании его в желудок появляются тошнота, рвота, судороги, сбои в сердечном ритме. Часто листьями и плодами каллы травятся домашние животные. У них начинаются обильное слюнотечение, дрожь, вздутие живота, пульс становится очень слабый, но частый. Смерть без принятия неотложных мер наступает в течение часа. В лечебных целях используют в основном корневище каллы, их даже после специальной обработки добавляют в некоторые блюда.

Воронец

Это травянистое растение с красными ягодами можно встретить в хвойных и смешанных лесополосах, на болотных кочках, на глинистых и каменистых склонах. Иногда его используют в садах как декоративное украшение клумбы, главным образом из-за красивых резных листьев. У воронца много других названий, среди которых клоповник (из-за неприятного запаха), вонючка, Христофорова травка, снова-таки волчьи ягоды. Цветет воронец в мае-июне. На месте мелких белых цветков, которые держатся на стебле всего пару дней, появляются ягоды.

В зависимости от вида, они могут быть не только красными, но также белыми и черными. На плодоножке их до двух десятков. Они также мелкие, круглые, блестящие, напоминают маленькую гроздочку винограда и очень привлекательные на вид. У воронца ядовиты все его части. При попадании в желудок у людей появляется тошнота с рвотой, сильные боли в области живота, судороги, помутнение сознания.

Аронник

Внешним видом цветка это растение напоминает каллу, только покрывало у него не белое, а грязно-зелено-лиловое, похожее на разлагающееся мясо. Запах примерно такой же. Это нужно растению для привлечения падальных и навозных мух – его единственных опылителей. А вот плод у аронника вполне симпатичный.

На прямостоячей ножке необыкновенно привлекательно смотрятся его яркие, блестящие красные ягоды. Фото показывает, что они образуют нечто типа початка и похожи на прилепившиеся одна к другой бусинки. Они ядовиты только пока свежие. Высушенные ягоды используются в народной медицине для лечения бронхитов, геморроя и некоторых других заболеваний. Растет аронник почти по всей Европе и Азии. Его можно увидеть на речных берегах, лугах, пастбищах, в зарослях кустарника и на каменистых склонах гор.

Паслен сладко-горький

В семействе пасленовых около 1000 видов. Ядовитый тот, у которого сорт ягод красные. Черные ягоды вполне съедобны, из них даже варят варенья, компоты, пекут пироги. Встречается паслен во многих областях России, Украины, Молдавии, Белоруссии. Растет как сорная трава. Некоторые садоводы высаживают его для украшения заборов и изгородей.

Плоды паслена ярко-красные, чуть вытянутые, напоминают сильно уменьшенные грозди помидоров черри. В их мякоти и косточках найдены алкалоиды, стероиды, каротоноиды, тритерпеноиды. Вкус ягод паслена сперва сладкий, но после в полости рта ощущается горечь. При отравлении нарушается координация движения, учащается сердцебиение, появляются боли в животе.

Бузина красная

Гуляя во второй половине лета по опушке леса или в парке, можно увидеть раскидистый кустарник, украшенный пышными ягодными кистями. Это бузина. Только не надо путать ее с черной съедобной.

Такой вид бузины совсем не значит, что она еще не доспела. Просто это совершенно другой вид одного и того же семейства растений. Красная бузина очень красива, поэтому ее охотно культивируют для украшения аллей, парков и скверов. Ее ягоды немного похожи на кисти рябины, но листья и само растение совсем другие. Птицы ее красные ягоды едят с удовольствием, но для человека они ядовиты из-за наличия в них амигдалина, так как в его желудке превращающегося в синильную кислоту. В малых дозах ягоды красной бузины народная медицина предлагает использовать, как лекарство. Важно: уже доказано, от рака красная бузина не спасает.

Бересклет

Наверное, многих заинтересует, как называется красная ягода очень необычного вида - яркая, сочная, с черными глазками-точками. Это бересклет бородавчатый. Его плоды довольно приятного вкуса, поэтому их охотно клюют лесные птицы.

Люди, увидев это, могут подумать, что ягоды безопасны. Но бересклет ядовит, причем опасны все части этого красивого растения. Симптомы отравления привлекательными ягодками - тошнота, рвота, понос, судороги, общая слабость, нарушение работы сердца. Растет бересклет в широколиственных рощах, лесах, любит дубравы и места с богатыми известью почвами. В населенных пунктах его можно увидеть в виде живой эффектной изгороди.

Что делать при отравлении

Некоторые авторы дают рекомендации, как распознать, ядовиты ягоды или нет. Одним из основных признаков безопасности называют употребление ягод в пищу птицами и животными. Однако, ориентируясь на это, можно поплатиться жизнью. Так, птицы без малейшего для себя вреда едят ягоды бересклета, бузины, паслена, жимолости и других ядовитых растений. Чтобы не случилось беды, нужно руководствоваться другим правилом – если не знаешь, как называется красная ягода и что она собой представляет, лучше ее не трогай. По статистике, отравления ягодами чаще наблюдаются среди детей. Взрослые должны им объяснять, какие ягоды растут в их местности. Если все же отравление произошло, до приезда скорой нужно промыть пострадавшему желудок, дать выпить адсорбенты и обеспечить покой.

Обзор

Это буйство красок вызвано антоцианами — пигментами растений

Автор

Редакторы

Спонсор конкурса — дальновидная компания Thermo Fisher Scientific.

Приведенные примеры растений с необычной для нас окраской различных органов объединяет то, что все они были искусственно созданы человеком с помощью манипуляций с окраской, которая обусловлена растительными пигментами — антоцианами. Однако без всестороннего исследования природы антоциановой окраски и генетической составляющей биосинтеза антоциановых соединений манипуляция с окраской у различных видов растений была бы невозможна.

Что такое антоцианы? Несколько слов о химии

На сегодняшний день достаточно хорошо исследованы такие растительные пигменты, как флавоноиды, каротиноиды и беталаины; они имеют различную химическую структуру и придают растениям различную окраску. И хотя каротиноиды и беталаины тоже очень интересные пигменты, в данной статье мне бы хотелось остановиться на пигментах флавоноидной природы, поскольку именно они обусловливают огромное разнообразие оттенков цветов у растений. К данной группе относятся повсеместно распространенные среди цветковых растений антоцианы, которые не только окрашивают растения в розовые, красные, оранжевые, алые, пурпурные, голубые, темно-синие цвета, но и являются очень полезными для человека биологически активными молекулами [1]. И хотя другие флавоноидные соединения также могут участвовать в образовании цвета у растений (например, ауроны обеспечивают желтую окраску, а бесцветные флавонолы стабилизируют антоциановые пигменты), основное внимание в статье будет уделено именно антоцианам.

Итак, антоцианы — это растительные пигменты, которые могут присутствовать у растений в генеративных (цветках, пыльце) и вегетативных (стеблях, листьях, корнях) органах, а также в плодах и семенах [2]. При этом данные соединения могут либо постоянно присутствовать в клетке, либо появляться на некоторое время на определенной стадии развития растений или при действии стресса. Последнее обстоятельство навело ученых на мысль, что данные соединения нужны не только для окраски цветов и плодов для привлечения насекомых-опылителей и распространителей семян, но и для борьбы с различными типами стрессов [3].

Рисунок 2. Базовая структура антоцианидинов и антоцианов. Представлена нумерация атомов углерода.

Первые опыты по изучению антоциановых соединений и их химической природы были проведены известным английским химиком Робертом Бойлем еще в 1664 г., когда он впервые обнаружил, что под действием кислот синий цвет лепестков василька изменялся на красный, под действием же щелочи лепестки зеленели [4]. В 1913–1915 гг. немецкие биохимики Р. Вильштеттер и А. Штоль опубликовали серию работ, проливших свет на вопрос о сущности природной окраски антоцианов. Из цветков различных растений они выделили индивидуальные пигменты и описали их химическое строение. Оказалось, что антоцианы в клетках находятся преимущественно в виде гликозидов. Их агликоны (базовые молекулы-предшественники), получившие название антоцианидинов, связаны преимущественно с сахарами глюкозой, галактозой, рамнозой [4].

Все антоцианы (которых известно более 500, и число это растет [5]) имеют общий С₁₅-углеродный скелет, образованный двумя бензольными кольцами А и В, соединенными С₃-фрагментом. При этом от других флавоноидных соединений антоцианы отличаются наличием положительного заряда и двойной связи в С-кольце (рис. 2). Несмотря на огромное разнообразие антоциановых соединений, все они представляют собой производные шести основных антоцианидинов: пеларгонидина, цианидина, пеонидина, дельфинидина, петунидина и мальвидина, которые отличаются боковыми радикалами R₁ и R₂ (рис. 2, табл. 1). Поскольку при биосинтезе (о нем речь пойдет чуть ниже) пеонидин образуется из цианидина, а петунидин и мальвидин — из дельфинидина, можно выделить три основных антоцианидина: пеларгонидин, цианидин и дельфинидин, которые, таким образом, являются предшественниками всех антоциановых соединений.

Таблица 1. Антоцианидины, являющиеся предшественниками всех антоциановых соединений. R₁, R₂ — боковые радикалы В-кольца (рис. 2).

Антоцианидин	R₁	R₂	Цвет
цианидин (Cy)	ОН	Н	пурпурный
пеонидин(Pn)	ОСН₃	Н	пурпурно-синий
пеларгонидин (Pg)	Н	Н	красно-оранжевый
мальвидин (Mv)	ОСН₃	ОСН₃	пурпурный
дельфинидин (Dp)	ОН	ОН	синий
петунидин (Pt)	ОСН₃	ОН	пурпурный

Какую именно окраску будет иметь растение, зависит от многих факторов:

структуры и концентрации антоцианов (которая, кстати, зависит и от наличия стресса — засухи, интенсивного освещения, холода);
pH в вакуолях, где они накапливаются (см. выше описание опытов Роберта Бойля);
наличия ко-пигментов, стабилизирующих антоциановую окраску;
ионов металлов (алюминия, железа, магния, молибдена, вольфрама), с которыми антоцианы могут образовывать комплексы, меняя свой цвет на голубой. В этом случае очень показательным является пример образования комплекса антоцианов корня горчицы с ионами молибдена (рис. 4);
локализации этих соединений в тканях растений.

Рисунок 4. Поперечный срез корней горчицы, росших в среде с молибденом (+Мо) и без него (−Мо). Данный вид растения накапливает антоцианы в эпидермисе корня, которые с ионами молибдена образуют комплексы, меняя при этом цвет с пурпурного на синий.

Рисунок 5. Изменение окраски раствора антоцианов, выделенных из краснокочанной капусты, при изменении рН раствора от 1 до 10 (слева направо).

Итак, чем обусловлены оттенки антоциановой пигментации, почему они разные у разных видов растений, или даже у одних и тех же растений в разных условиях произрастания, становится ясно. Вооружившись уже изложенными данными, каждый читатель может сам поэкспериментировать со своими домашними растениями, понаблюдав за изменением их окраски. Однако, если в ходе этих экспериментов вы добьетесь желаемого оттенка цвета и ваше растение выживет, то уже точно оно не передаст данный оттенок своим потомкам. Чтобы эффект был стойким, необходимо разобраться еще в одном аспекте формирования цвета, а именно в генетической составляющей биосинтеза антоцианов в клетках растений.

Молекулярно-генетические основы биосинтеза антоцианов

Данный вопрос исследован на сегодняшний день достаточно полно, чему немало поспособствовали мутанты различных видов растений с нарушенным биосинтезом антоцианов. Было установлено, что на биосинтез антоцианов (а, следовательно, и на формируемый оттенок у растения) влияют мутации в трех типах генов [8]:

Кодирующих ферменты, участвующие в цепи биохимических превращений (структурные гены).
Определяющих транскрипцию структурных генов в нужное время в нужном месте (регуляторные гены).
Кодирующих транспортеры антоцианов в вакуоли (известно, что антоцианы, находящиеся в цитоплазме, окисляются и формируют агрегаты бронзового цвета, которые являются очень токсичными для клеток растений [9]).

Благодаря методам биохимии и молекулярной генетики все стадии биосинтеза антоцианов и осуществляющие их ферменты на сегодняшний день известны и достаточно полно исследованы (рис. 6), в том числе из многих видов растений выделены структурные и регуляторные гены биосинтеза антоцианов [8]. Знание особенностей биосинтеза антоциановых пигментов у конкретного вида растения позволяет проводить манипуляции с его окраской на генетическом уровне, создавая растения с необычной пигментацией, которые будут передавать новые признаки окраски из поколения в поколение.

Рисунок 6. Биосинтез антоцианидинов: цианидина, пеларгонидина, дельфинидина. Антоцианидины далее подвергаются реакциям модификации (гликозилированию, ацилированию, метилированию), которые осуществляются гликозилтрансферазами (GT), ацилтрансферазами (AT) и метилтрансферазами (MT). Типичная окраска, которую имеют антоцианы, образующиеся из приведенных антоцианидинов, представлена на рисунке, но она зависит от многих факторов: pH, ко-пигментации с бесцветными флавоноидами, комплексами с ионами тяжелых металлов. Заметьте, что метилированию В-кольца (синие прерывистые стрелки) подвергаются антоцианы, а не антоцианидины. Аббревиатуры: халконсинтаза (CHS); халконфлаванонизомераза (CHI); дигидрофлавонол 4-редуктаза (DFR); флаванон-3-гидроксилаза (F3H); флавоноид-3′-гидроксилаза (F3′H); флавоноид-3′,5′-гидроксилаза (F3′5′H); антоцианидинсинтаза (ANS); флавон синтаза (FNS); флавонол синтаза (FLS).

[7], рисунок с модификациями

Рисунок 7. Пурпурное (слева), голубое (справа) и неокрашенное (в центре) зерно пшеницы.

В дикой природе пшеница с пурпурным зерном впервые была обнаружена в Эфиопии (где, по всей видимости, и появился данный признак), а потом гены, которые обусловливают этот признак, были введены методами селекции в возделываемые сорта мягкой пшеницы [10]. Пшеница с голубым зерном в природе не встречается, но зато голубое зерно имеет родственник пшеницы — пырей. Скрещивая пырей и пшеницу и ведя отбор по данному признаку, селекционеры получили пшеницу с голубым зерном, как у пырея [10]. В вышеназванных примерах в геном пшеницы были введены регуляторные гены. То есть, пшеница и так имеет функциональный аппарат биосинтеза антоцианов (все ферменты необходимые для биосинтеза в порядке), а, вводя методами селекции регуляторные гены от родственных видов, у пшеницы запускают машину биосинтеза антоцианов именно в зерне.

Рисунок 8. Томаты с повышенным содержанием антоцианов в плодах, полученные методом генетической инженерии

Пример использование генетической инженерии, для манипуляций с окраской за счет структурных генов биосинтеза антоцианов — пионерская работа, проведенная на петунии [12]. В этой работе впервые в истории были применены методы генетической инженерии с целью изменения окраски растений. В норме растения петунии вовсе не содержат пигментов, производных от пеларгонидина (рис. 6). Это связано с тем, что для фермента DFR (дигидрофлавонол 4-редуктазы) петунии самым предпочтительным субстратом является дигидромирицетин, менее предпочтительным — дигидрокверцетин, а дигидрокемпферол вовсе не используется в качестве субстрата (рис. 6).

Совершенно другая картина субстратной специфичности фермента DFR наблюдается у кукурузы, DFR которой предпочтительнее использует дигидрокемпферол в качестве субстрата [13]. Вооружившись этими знаниями, Мейер с коллегами использовали мутантную линию петунии, у которой отсутствовали функциональные ферменты F3′Н и F3′5′H. Глядя на рисунок 6, нетрудно заметить, что данная мутантная линия накапливала дигидрокемпферол, который не является субстратом для DFR петунии, но зато является субстратом для DFR кукурузы. Введя в мутантную линию генетическую конструкцию, содержащую ген Dfr кукурузы, Мейер получил петунию с несвойственной для неё кирпично-красной окраской цветков (рис. 9).

Рисунок 9. Петунии. а — Мутантная линия петунии с бледно-розовой окраской венчика из-за присутствия следовых количеств антоцианов — производных цианидина и дельфинидина. б — Генетически модифицированная петуния, накапливающая антоцианы — производные пеларгонидина.

Рисунок 10. Схема создания синей розы.

У роз, созданных усилиями селекционеров, окраска лепестков варьирует от ярко-красных и нежно-розовых до жёлтых и белоснежных. Интенсивное изучение биосинтеза антоцианов у роз позволило установить, что они не имеют F3′5′H-активности, а фермент DFR розы использует в качестве субстратов дигидрокверцетин и дигидрокемпферол, но не дигидромирицетин (рис. 6). Поэтому при создании синей розы учёные выбрали следующую стратегию.

При этом, чтобы F3′5′H анютиных глазок и F3′H розы не конкурировали друг с другом за субстрат (оба фермента используют в качестве субстрата дигидрокемпферол, рис. 6), для создания синей розы был выбран доступный генотип с отсутствием F3′H активности.

Еще одни яркий пример использования накопленных данных о биосинтезе флавоноидных пигментов с целью создания растений с несвойственной для них окраской — это получение методами генетической инженерии растений торении с жёлтой окраской цветков (рис. 11).

Рисунок 11. Схема биосинтеза антоцианов и ауронов. Снизу приведены цветки обычной, накаливающие антоцианы (слева), и трансгенной торении, накапливающие ауроны (справа). THC — тетрагидроксихалкон, PHC — пентагидроксихалкон.

[14], рисунок с модификациями

Известно, что жёлтую окраску имеют два типа пигментов: ауроны (класс пигментов флавоноидной природы, которые обусловливают яркую жёлтую окраску цветков львиного зева и георгин), и каротиноиды (пигменты цветков томатов и тюльпанов). В ходе анализа биосинтеза ауронов у львиного зева было установлено, что данные пигменты синтезируются из халконов посредством двух ферментов — 4′CGT (4′-халконгликозилтрансферазы) и AS (ауреузидинсинтазы) (рис. 11). Введение генетических конструкций с генами 4′Cgt и As львиного зева в растения торении, в норме имеющие синюю окраску цветков, совместно с ингибированием биосинтеза антоциановых пигментов привело к накоплению ауровнов и, следовательно, к яркой жёлтой окраске цветков (рис. 11). (Читатель самостоятельно может предположить, на уровне работы каких ферментов может быть заблокирован биосинтез антоцианов в этом случае.) Разработанная специалистами стратегия может быть использована для получения желтой окраски цветков не только у торении, но и у герани и фиалки [14].

Приведенные примеры — это лишь малая доля того, какие манипуляции ученые проводят с тем, что им очень хорошо известно — с биосинтезом антоцианов.

Заключение

Читайте также: