玫瑰(Rosa rugosa Thunb.)原产中国,栽培历史悠久,是集香料、药用、食用、水土保持、园林绿化应用于一体的观赏植物和经济植物。拥有芳香、抗寒、抗旱、抗病虫害、耐盐碱等优良性状。玫瑰大部分品种的花色为紫色,只有少数品种为粉色和白色,缺乏黄色、橙色和红色花;与同属植物月季丰富多彩的花色相比,玫瑰的花色非常单一,严重制约了其在园林绿化中的应用,国内外学者致力于蓝色月季的研究,对玫瑰的花色研究关注较少,对玫瑰花瓣的显色机理未见相关报道,因此明确玫瑰花瓣的显色物质,揭示玫瑰花瓣的显色机理,探讨玫瑰花色单调的原因,对玫瑰的花色改良和新品种培育,推进园林应用和玫瑰观赏产业的发展有重要的理论价值和实践意义。本研究以玫瑰紫色品种‘紫枝’及其芽变品种‘粉紫枝’玫瑰和‘白紫枝’玫瑰的花瓣为试材,从分子、生理、形态不同层次揭示玫瑰花瓣显色机理,明确控制玫瑰不同花色的显色物质、推定玫瑰花瓣中花青苷和部分黄酮化合物的化学结构,探明‘紫枝’玫瑰花瓣中花青苷的代谢途径、初步明确玫瑰花青苷代谢途径的关键基因片段,初步揭示玫瑰花瓣的显色机理、探明玫瑰花色单调的原因以期为玫瑰的花色育种提供参考。本研究的主要结果如下:1.三个品种玫瑰花瓣中均含类黄酮化合物,均不含查尔酮和噢哢,‘粉紫枝’和‘紫枝’玫瑰花瓣中含花青素,‘白紫枝’玫瑰只含黄酮不含花青素;HPLC法检测结果表明,三个品种五个开花时期均检测到微量β-胡萝卜素(β-Carotene),均没有检测到叶黄素。2.类胡萝卜素含量在玫瑰初开期不同品种之间相差不大;花瓣中总叶绿素含量‘白紫枝’玫瑰>‘粉紫枝’玫瑰>‘紫枝’玫瑰;三个品种之间的类胡萝卜素含量、总叶绿素含量及其变化趋势差异不明显,均从花蕾期开始急剧下降,最大下降幅度超过80%;总黄酮含量‘粉紫枝’玫瑰>‘白紫枝’玫瑰>‘紫枝’玫瑰,三个品种总黄酮含量在整个开花期都比较稳定。3.明确了三个玫瑰品种类黄酮化合物的结构‘白紫枝’玫瑰花瓣中推定出结构的有13种:槲皮素-3-龙胆双糖苷、槲皮素-3-槐糖苷、山萘酚-3-龙胆双糖苷、芦丁、萘酚-3-槐糖苷、槲皮素、槲皮素-3-半乳糖苷、槲皮素-3-葡萄糖苷、山萘酚-3-葡萄糖苷、山萘酚-3-顺式-香豆酰基鼠李糖苷-7-乙酰-鼠李糖苷、山萘酚-3-阿魏酰鼠李糖苷-7-葡萄糖苷、山萘酚-3-阿魏酰葡萄糖苷、山萘酚-3-顺-香豆酰鼠李糖苷-7-葡萄糖苷;‘粉紫枝’玫瑰花瓣中推定出结构的有10种:槲皮素-3-龙胆双糖苷、槲皮素-3-槐糖苷、山萘酚-3-龙胆双糖、山萘酚-3-槐糖苷、芦丁、槲皮素-3-半乳糖-葡萄糖苷、山萘酚-3-葡萄糖苷、山萘酚-3-顺式-香豆酰基鼠李糖苷-7-乙酰-鼠李糖苷、山萘酚-3-顺-香豆酰鼠李糖苷-7-葡萄糖苷、山萘酚-3-顺-香豆酰-葡萄糖苷和山萘酚;‘紫枝’玫瑰花瓣中推定出结构的有18种:槲皮素-3-龙胆双糖苷、芦丁、槲皮素-3-槐糖苷、山萘酚-3-龙胆双糖苷、山萘酚-3-槐糖苷、槲皮素-3-葡萄糖苷、槲皮素3-树胶醛葡萄糖苷、槲皮素、异鼠李素-3-槐糖苷、山萘酚、槲皮素-3-半乳糖苷、山萘酚-3-葡糖糖苷、异鼠李素-3-葡萄糖苷、山萘酚-3-顺式-香豆酰-鼠李糖苷-7-乙酰-鼠李糖苷、山萘酚-3-阿魏酸-葡萄糖苷-7-葡萄糖苷、山萘酚-3-香豆酰-葡萄糖苷-7-葡萄糖苷、山萘酚-3-阿魏酸葡萄糖苷、山萘酚-3-香豆酰葡萄糖苷。4.推定了三个玫瑰品种花瓣中花青苷的结构‘粉紫枝’玫瑰花瓣中推定出结构的有矢车菊-3,5-二葡萄糖苷和芍药素-3,5-二葡萄糖苷;‘紫枝’玫瑰花瓣中推定出结构的有8种糖苷,分别是:矢车菊-3,5-二葡萄糖苷、芍药素-3-半乳糖-5-葡萄糖苷、芍药素-3,5-二葡萄糖苷、天竺葵素-3,5-二葡萄糖苷、飞燕草素-3,5-二葡萄苷、飞燕草素-3-双葡萄糖苷、芍药素-3-顺式-香豆酰葡萄糖苷-5-葡萄苷、飞燕草-3-反式-香豆酰葡萄糖苷-5-葡萄糖苷;‘白紫枝’玫瑰花瓣不含花青苷。5.‘紫枝’玫瑰花瓣中8种花青苷相对含量在花蕾期和半开期最高,其中矢车菊苷、芍药苷和天竺葵苷的相对含量随花朵开放逐渐降低,而飞燕草素的两种糖苷相对含量在开花过程中变化不大。6.‘紫枝’玫瑰花瓣中16种黄酮类化合物以槲皮素衍生物、山奈酚衍生物和槲皮素和山奈酚酰基衍生物为主要成分;其中槲皮素和山奈酚相关组分在整个开花时期的含量稳定;山奈酚的酰基化物质随着花朵的开放而逐渐降低,在盛花末期含量最低,与芍药苷变化趋势一致;黄酮类化合物中还含有微量的槲皮素的甲基化衍生物和异鼠李素衍生物,其含量随花朵开放降低。7.‘紫枝’玫瑰花瓣中主要是芍药苷,占总花青苷的80%以上,其次是飞燕草苷,占10%左右;矢车菊苷,占5%左右;天竺葵苷含量极少,占总含量的0.3%左右。飞燕草苷和天竺葵苷在整个开花时期含量变化不大;芍药苷在开花前四时期变化不大,但在盛花末期降解明显,相对花蕾期降低幅度接近50%;在五个开花时期,芍药苷和飞燕草苷的比例有明显变化,到盛花末期相比花蕾期降低超过50%。‘紫枝’玫瑰花瓣中芍药苷含量最高,其含量变化与花色变化呈正相关,是花瓣显紫色的主要物质。8.对‘紫枝’玫瑰黄酮类化合物绝对定量分析显示,‘紫枝’玫瑰花瓣中黄酮类化合物是以槲皮素、山奈酚的糖苷化、酰基化和甲基化衍生物为主要存在形式,基础物质槲皮素和山萘酚的含量很低,所占比例也非常小;按照修饰结构来分析,绝大部分是山萘酚和槲皮素的糖苷类和酰基化衍生物,甲基化修饰的黄酮化合物含量很低。9.测定结果表明,‘紫枝’玫瑰中可能存在两条不同的甲基化反应通路,催化不同的底物的甲基化酶可能也不止一种,在前人的研究中未发现相关详细的报道。10.三个品种玫瑰花瓣转录组结果汇总:共得到71,415条unigenes,注释到NR数据库的共有43,564条,注释到NT数据库的共有46,918条,注释到swiss-prot数据库的共有27,336条,注释到KEGG数据库的共有24,765条,注释到COG数据库的共有15,570条,注释到GO数据库的共有30,275条。11.花青苷合成途径中关键基因的荧光定量分析采用荧光定量PCR的方法对16个花青素合成途径关键基因在三种花色玫瑰品种中的表达模式进行分析,14个定量结果与转录组的数据一致。部分结构基因片段FLS、F3H、F3’H、UA3,5GT等在‘紫枝’玫瑰中的表达量显著高于在‘粉紫枝’和‘白紫枝’中的表达量,推测这些结构基因在‘紫枝’玫瑰花色形成中发挥重要的作用。四个MYB类的基因片段在‘紫枝’中的表达量明显高于其在‘白紫枝’和‘粉紫枝’中的表达量。推测在‘紫枝’中MYB类的基因在玫瑰花青苷合成过程中起到了重要的调节作用。本研究未从转录组数据中搜索到甲基化酶的同源基因。