Hóa học về màu sắc của hoa thược dược

Hoa thược dược: viên ngọc của khu vườn cuối hè. Các màu đỏ, vàng, cam, hồng, với các cánh hoa của chúng tạo thành các cấu trúc hình học phức tạp. Nhưng giống như hoa hồng và nhiều loài hoa khác, phổ thược dược thiếu một màu: xanh lam. Vậy tại sao những bông hoa màu xanh lại rất hiếm trong tự nhiên? Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu rõ hơn về vấn đề này nhé!

Đôi nét

Theo wikipedia thì hoa hược dược (danh pháp khoa học: Dahlia, đồng nghĩa: Georgina) là tên gọi của một chi cây lâu năm thân củ rậm rạp, nở hoa về mùa hè và mùa thu, có nguồn gốc ở México và tại đây chúng là quốc hoa.

Hoa thược dược đỏ. Ảnh: Internet

Năm 1872 một hộp cây thược dược non đã được gửi từ México tới Hà Lan. Chỉ có một cây sống sót sau chuyến đi, nhưng nó đã tạo ra các bông hoa đỏ ngoạn mục với các cánh hoa nhọn. Các vườn ươm đã nhân giống loài cây này, khi đó được đặt tên khoa học là Dahlia juarezii với các loài thược dược được phát hiện sớm hơn và những giống này là tổ tiên của tất cả các loại thược dược lai ngày nay.

Kể từ đó, các nhà nhân giống thực vật đã tích cực trong việc nhân giống thược dược để tạo ra hàng trăm giống mới, thông thường được chọn vì các bông hoa có màu sắc lộng lẫy của chúng.

Hóa học đằng sau

Hãy bắt đầu với những gì gây ra màu sắc của hoa thược dược mà chúng ta thấy. Đó là do sự tác động lẫn nhau phức tạp của các sắc tố liên quan đến hóa học: chalcones, aurones và anthocyanins. Đây là tất cả các thành viên liên kết với nhau của một loạt các hợp chất được tạo ra trong thực vật. Phản ứng của chalcones có thể dẫn đến cả aurones và anthocyanins.

Cấu trúc của chalcone và aurone. Ảnh: Wikipedia

Các hợp chất được tạo ra từ chalcones và aurones đóng một vai trò quan trọng trong hoa thược dược màu vàng và cam. Các dẫn xuất của aurone cho màu vàng đậm hơn so với người anh em họ chalcone của chúng. Trong những bông hoa màu cam, một họ sắc tố khác cũng có thể góp mặt: anthocyanins. Các phân tử đường khác nhau có thể gắn vào anthocyanins pelargonidin và cyanidin, với các hợp chất tạo thành góp phần tạo nên màu cam, đỏ và hồng.

Ba loại anthocyanidin khác nhau chịu trách nhiệm về sắc thái chính của màu hoa: pelargonidin (cam đến đỏ gạch), cyanidin (đỏ đến hồng) và delphinidin (tím đến xanh).

Tanaka và cộng sự, 1998
Cấu trúc của anthocyanidin: pelargonidin (màu cam), cyanidin (màu cánh sen), peonidin (màu cánh sen), delphinidin (màu tím-xanh), malvidin (màu tím) và petunidin (màu tím). Ảnh: Ana Selene Márquez-Rodrigue

Các hợp chất không màu khác cũng có thể đóng một vai trò nào đó: flavon. Mặc dù bản thân chúng không có màu, nhưng chúng có thể tương tác và ổn định các sắc tố anthocyanin. Nếu không, các chất màu này sẽ không ổn định đối với quá trình oxy hóa hoặc các phản ứng hóa học khác trong thực vật.

Không có màu xanh

Với những sắc tố khác nhau treo trên những cánh hoa của chúng, bạn sẽ nghĩ rằng những bông hoa màu xanh sẽ không phải là một thách thức quá lớn. Nhưng một rào cản di truyền khổng lồ đang cản đường chúng. 

Hóa thược dược thiếu gen cho một loại enzyme gọi là flavonoid 3′, 5′-hydroxylase (viết tắt là F3′5′H). F3’5’H thực hiện một bước quan trọng dọc theo lộ trình đến một anthocyanin được gọi là delphinidin – sắc tố quan trọng cho hoa màu xanh lam. Nếu không có nó, hoa thược dược không thể đạt được những màu xanh này.

F3’5’H gen mã hóa flavonoid 3′, 5′-hydroxylase có thể tạo ra delphinidin trong các loài hoa khác nhau như hoa hồng và hoa cẩm chướng, làm cho hoa chuyển sang màu tím hoặc tím.

Naonobu Noda, 2018

Không chỉ những loài hoa thược dược không có khả năng tạo ra những bông hoa màu xanh. Hoa hồng, hoa cúc và nhiều loại cây cảnh khác cũng thiếu enzym để tạo ra delphinidin. Vì vậy, bạn có cam chịu không bao giờ nhìn thấy một bông hồng xanh hoặc thược dược xanh, hãy tiết kiệm thông qua phép thuật của Photoshop?

Đương nhiên là có, nhưng các nhà nghiên cứu đã tìm ra cách can thiệp vào quá trình sản xuất sắc tố ở những bông hoa này với nỗ lực khiến chúng có màu xanh lam. Tôi nói rằng hãy cố gắng bởi vì nó không thực sự đơn giản chỉ là làm cho cây cối sản sinh ra delphinidin. Nói một cách tương đối thì phần đó khá dễ dàng vì gen F3’5’H có thể được đưa vào thông qua kỹ thuật di truyền.

Anthocyanins và các đồng sắc tố chịu trách nhiệm cho sự phát triển màu xanh ở hoa cúc. A, Màu hồng của cây thực vật chủ do tương tác giữa cyanidin 3-malonylglucoside và flavone 7-malonylglucosides (đồng sắc tố); B, Màu tím hoặc tím của cây chuyển gen do tương tác giữa delphinidin 3-malonylglucoside và các đồng sắc tố; C, Màu xanh của cây chuyển gen do tương tác giữa ternatin C5 và các đồng sắc tố. FNS, flavone tổng hợp; F3′H, flavonoid 3′-hydroxylase; F3′5′H, flavonoid 3 ′, 5′-hydroxylase; A3′5′GT, UDP-glucose: anthocyanin 3 ′, 5′-O-glucosyltransferase. Ảnh: Naonobu Noda

Một công ty Nhật Bản đã thành công trong việc làm như vậy với hoa hồng vào năm 2007, tạo ra một giống ‘màu xanh lam’ tích lũy delphinidin trong cánh hoa hồng. Khả năng sản xuất và tích lũy delphinidin cũng có thể được truyền lại cho những bông hồng được lai tạo từ những bông hồng này – cho đến nay, rất tốt. 

Hóa ra, bí mật của những bông hoa màu xanh không chỉ là khiến chúng sản sinh ra delphinidin. Các yếu tố khác có thể ảnh hưởng đến màu sắc của delphinidin ngay cả khi nó có mặt: các hợp chất flavon mà chúng ta đã đề cập trước đó, tính axit của tế bào cánh hoa mà delphinidin hình thành, và thậm chí các ion kim loại có trong cánh hoa đều có thể có ảnh hưởng. 

Vì vậy, trong khi những bông hoa hồng màu hoa cà này là một kỳ công ấn tượng của kỹ thuật di truyền, thì hoa hồng xanh thực sự (và hoa thược dược) vẫn khó nắm bắt.

Bài viết đến đây là hết rồi. Hi vọng sẽ giúp ích cho các bạn phần nào trong tương lai. Lần sau nếu có ai hỏi về chủ đề này thì hãy nhớ về hóa học đằng sau chúng nhé!

Tham khảo Wikipedia, W. J. C. Lawrence, Naonobu NodaCompound Interest.

Đăng ký Bản tin
BÀI ĐĂNG MỚI

Đăng ký danh sách gửi thư của chúng tôi và nhận những nội dung thú vị và cập nhật vào hộp thư đến email của bạn.

Cảm ơn bạn đã đăng ký.

Đã xảy ra lỗi.

Share: