互动科普

不可思议的白花

也许有人会说，既然色素决定花的颜色，那么白花是不是含有白色色素呢？其实，白花并不含色素，它实际上是透明的。由于花瓣内部含有小气泡，所以它的颜色看上去就像啤酒的泡沫一样是白色的。

为什么会出现不含色素的花呢？大宫首席研究员介绍说:“白色牵牛花和白色菊花虽然都不含色素，但是其机制不同。”

首先，白色牵牛花不能生成色素，所以才开白花。带颜色的牵牛花花瓣中含有色素（花青素，类黄酮的一种），而生成这种色素需要酶，当酶无法正常发挥作用时，就不能产生色素，从而使花呈现出白色。

与白色牵牛花不同，白色菊花虽然能够生成色素，但是它的色素却被分解了，从而变成了白色。“菊花和牵牛花不同，菊花并没有一个所谓的‘开关’来抑制其花瓣中类胡萝卜素的生成。”大宫首席研究员解释说。类胡萝卜素是在叶子中生成的，是进行光合作用所必需的色素（呈现黄色）。牵牛花则有一个“开关”，它可以抑制花瓣中类胡萝卜素的形成。可是不知何故，菊花中的“开关”失去功效，结果就生成了类胡萝卜素。

那么，白色菊花为什么不变黄呢？其实，在白色菊花的花瓣中，分解类胡萝卜素的酶发挥了非常关键的作用：既然“开关”无法阻止色素的生成，那就把生成的色素依次分解掉好了。于是，白色菊花就保持其白色的容颜不变。

决定花纹的“移动”基因

下面，我们来看看花的花纹。例如牵牛花，在一片花瓣中，既含有有色细胞也含有无色细胞，从而形成了花纹。

图. 带花纹的牵牛花

日本基础生物学研究所的星野助教在花纹的研究方面造诣很深。他介绍说：“形成花纹的方法各式各样，特别是‘移动基因’—转座子与花纹之间的关系得到了深入研究。”

基因是具有特定功能的DNA序列。转座子是基因组中一段可自行移动的DNA序列，可以通过切割、重新整合等步骤从基因组的一个位置“跳跃”到另一个位置。美国科学家巴巴拉·麦克林托克（Barbara McClintock）博士首先发现了转座子，并于1983年获得诺贝尔生理学或医学奖。

转座子究竟与花纹有什么关联呢？如上所述，酶催化生成色素，基因可以说是蛋白质的“设计图”。如果基因异常的话，就无法生成正常的酶。

以带有花纹的牵牛花为例。如果生成花青素所需的酶基因中插入了转座子而出现异常时，就无法生成色素，从而使花呈现白色。但是，转座子分离后，基因恢复正常，就可以生成酶。在酶的作用下合成色素后，细胞就会有颜色，从而出现花纹。

“花纹的图案取决于花瓣生长过程中转座子的转移频率和时机。如果转移频率很高，带颜色的部分就会较多。进一步，如果在花瓣生长初期发生转移的话，带颜色的部分会增大。由于转座子的转移频率和时机并非一成不变，所以每片花瓣的花纹都各不相同。然而，三色紫罗兰的那种固定花纹则是由另一种不同的机制形成的。”星野助教解释说。

实际上，转座子广泛存在于包括人类在内的各种生物体的DNA中，通常可以通过调控不让其发生移动。带有花纹的牵牛花是因为在生成花青素所需的酶中插入了易于移动的转座子。在日本江户时代（1603〜1867年），人们偶然发现了这一品种，并一直种植到今天。

（本文发表于《科学世界》2012年第8期）