شیمی کمیاب رنگ های هورتانسیا را رهبری می کند.

یکی از پرطرفدارترین گل های زینتی در جهان، یک دسته از شگفتی های بیولوژیکی و بیوشیمیایی را پنهان می کند. شکوفه های "گلوله برفی یا اسنوبال" شکل، از Hydrangea macrophylla (ادریسی با برگ های بزرگ) یک گیاه معمولی از باغ های حیاط خلوت است.

بسیاری از گونه های دیگر هورتانسیا نیز به دلیل شکوفه های شاداب، و دراز مدت شناخته شده اند و باعث می شوند که آنها برای هر دو چشم انداز و بازار گل کاشت شوند. و محبوبیت آنها همچنان رشد می کند: هر ساله، کاتالوگ های باغبانی، ارقام جدید این گیاهان جذاب را اضافه می کنند. ادریسی ها همه جا هستند - اما آنها آنچه به نظر می رسد نیستند.

برای شروع، شکوفه هورتانسیا یک گل واقعی نیست، اما یک گل آذین است: کاسبرگ ها یا برگهای اصلاح شده، بیشتر شکوفه ها را تشکیل می دهند و بخش های گلدار کوچک و تقریبا غیر قابل مشاهده را در مرکز تحت تاثیر قرار می دهند.

چیزی که واقعا هورتانسیا  را برجسته می کند رنگ شکوفه هاست که از صورتی تا آبی، از جمله تمام سایه های اسطوخودوس تا بنفش تا ارغوانی، و همچنین سبز و سفید، متفاوت است. شدت رنگ، از پر جنب و جوش تا پاستلی یا مات را در بر میگیرد. از نظر کالیدوسکوپ هورتانسیا ممکن است زرد و پرتقالی هم باشد.

رنگ های هورتانسیا چیزی نیست که به نظر می رسند؛ آنها نتیجه رنگدانه های مختلف نیستند، همانطور که برای گل هایی مثل گل رز یا لاله ها استفاده می شود. آنها بیشتر شبیه به رنگ هایی هستند که در کاغذ لیتموس دیده می شوند، نوار های شیمیایی تریت شده که به طور کلاسیک برای تعیین محلول های اسیدی یا بازی استفاده می شود. در سطح مولکولی، اسیدها اهدا کننده پروتون (یا یون هیدروژن) هستند و باز ها پذیرنده پروتون در واکنش های شیمیایی هستند.

هنگامی که یک کاغذ لیتموس آبی را به یک محلول اسیدی (pH <7، که در آن pH مقدار غلظت یونهای هیدروژنی است)، کاغذ قرمز رنگ می شود، در حالی که کاغذ قرمز لیتموس به آبی در حضور یک محلول بازی تغییر می کند (pH> 7)

به همین شکل، رنگ بسیاری از شکوفه های هورتانسیا به عنوان شاخص pH طبیعی برای خاکی که در آن رشد می کند، عمل می کند. چنین شکوفه هایی دارای رنگ آبی هستند وقتی بوته در خاک اسیدی رشد می کند، اما وقتی که در خاک خنثی تا خاک بازی رشد می کند، دانه های قرمز یا صورتی ایجاد می شود. رنگ شکوفه های هورتانسیا نشان دهنده pH خاک است، اما با این تفاوت که رنگ های آن، معکوس آن چیزی است که برای کاغذ لیتموس است. هورتانسیا در میان گیاهان از جهت توانایی برای نشان دادن اسیدیته خاک، منحصر به فرد است.

با توجه به این ویژگی، باغبانان می توانند با استفاده از مواد افزودنی خاک، رنگ های شکوفه هورتانسیا را به طور شیمیایی تغییر دهند. در حقیقت، هورتانسیا میتواند رنگهای مختلف شکوفه را در بوته مشابه داشته باشد، اگر ریشه گیاه نمونه خاک با pH متفاوت داشته باشند. دستور العمل هایی برای تغییر شکوفه های صورتی یک هورتانسیا به آبی: ریختن سرکه یا آب لیمو در خاک؛ مالچ کردن گیاه با دانه قهوه، پوست مرکبات میوه، یا سوزن درخت کاج؛ یا دفن ناخن زنگ زده، قوطی حلبی قدیمی، و یا سکه های مس در کنار بوته. تمام این استراتژی ها خاک را به اسید تبدیل می کنند و در نهایت رنگ شکوفه را به آبی تبدیل می کنند.

با این وجود رنگ های هورتانسیا حتی پیچیده تر از این هستند. اسیدیته خاک در حقیقت تحت تاثیر  مکانیسم شیمیایی پشت این تغییر رنگ نیست. این پاسخ حتی عمیق تر به ارتباط بین ترکیب خاک و رنگ کاسبرگ می پردازد - ارتباطی که الهام بخش پژوهش ما در زمینه بیوشیمی این گیاهان گلدار است.

یک کلید فلزی

رنگ هورتانسیا در نهایت به در دسترس بودن یون های آلومینیومی (⁺Al³) در خاک بستگی دارد. نقش آلومینیوم از دهه 1940 شناخته شده است، اما تا دو دهه گذشته به ادبیات باغبانی اصلی دست نیافت و مکانیزم دقیق آن به تازگی تعریف شده است. یونهای آلومینیومی به دلیل دسترسی آماده به یون های دیگر که می توانند واکنش نشان دهند، در خاک اسیدی متحرک قرار می گیرند، که می توانند به شکوفه هورتانسیا جذب شوند جایی که در آن با رنگدانه های معمولی قرمز ارتباط برقرار می کنند. اما در خاک خنثی تا بازی، یون ها با یون های هیدروکسید (^-OH) ترکیب شده و هیدروکسید آلومینیومی Al (OH) ₃ را تشکیل می دهند. در نتیجه، برای آبی کردن گل هورتانسیا، نیاز به هر دو یون های آلومینیومی و خاک اسیدی است. بهترین افزودنی خاک برای آبی کردن یکی از این موارد است، از قبیل آلومینیوم سولفات تجاری در دسترس، Al₂(SO₄)₃. برعکس، اگر فرد تمایل به تغییر رنگ آبی رنگ گل قرمز را داشته باشد، افزودن آهک (هیدروکسید کلسیم، Ca (OH)₂) به خاک بازی به انتقال رنگ مطلوب منجر می شود.

با این وجود، تغییرات رنگی قرمز به آبی یا آبی به قرمز به سرعت اتفاق نمی افتد؛ اغلب یک یا دو فصل رشد طول می کشد تا رنگ مورد نظر را در بوته های درون باغچه های خود بسط دهید. تولید کنندگان گیاهان با شکوفه های آبی باید به طور مرتب آب را با آلومینیوم سولفات به محیط گلدان اضافه کنند، برای حفظ سطوح مورد نیاز برای تحریک رنگ آبی دلخواه (اما اغلب نمی توانند آب زیاد مصرف کنند و یا ⁺Al³ بیش از حد گیاه را خواهد کشت).

شیمی آلومینیوم در خاک خواص مختلف خود را در شرایط اسیدی و بازی ایجاد می کند. در خاک های اسیدی، آلومینیوم آن چیزی است که کمپلکس های هماهنگ نامیده می شود، با یون های ⁺Al³ در مرکز، که توسط رشته های متصل مولکول های دیگر احاطه شده است. این یون های آلومینیومی می توانند از خاک به گیاه سفر کنند. اما در pH خنثی تا بازی، آلومینیم به عنوان هیدروکسید آلومینیوم رسوب می کند و باعث می شود که آن را در بوته قرار ندهد. اسطوخدوس، مگنتا، بنفش و ارغوانی به عنوان رنگ های شکوفه در pH های خاک انتقالی ظاهر می شوند، با یون های آلومینیومی فقط تا حدودی در ریشه های هورتانسیا مشاهده می شود.

در pH های بسیار بالا یا شرایط بسیار بازی، از قبیل سیستم های هیدروپونیک که گیاهان در آب مغذی بدون خاک رشد می کنند، یون های آلومینیومی مانند ^-Al(OH)₄، به نام یون تتراهیدروکسی آلومینات، پایدار می شوند، بنابراین آنها دیگر رسوب نمی کنند و به عنوان یون های آلومینیوم یک بار دیگر به هورتانسیا وارد می شود. در حقیقت، در این pH های بسیار بالا، شکوفه هورتانسیا آبی می شود، کمی قبل از اینکه گیاه از خاصیت بازی شدید تلف شود، که سبب آسیب سلولی می شود. از سوی دیگر، چون فسفات آلومینیوم محلولیت محدودی دارد، از طریق استفاده از کودهای فسفات بالا،  ممکن است در دسترس بودن یون های آلومینیومی حتی در خاک های اسیدی بلوکه شود.

داده های مربوط به محتوای آلومینیوم کاسبرگ (شکل بالا) نشان می دهد که کاسبرگ های قرمز دارای هیچ آلومینیومی نیستند. اما یک آلومینیوم کوچک در راه رسیدن به سمت آّبی شدن شکوفه می رود. در آستانه فقط 40 میکروگرم از آلومینیوم در هر گرم کاسبرگ تازه، کاسبرگ هورتانسیا به رنگ آبی روشن می شود اما حتی با آلومینیوم بیشتر آبی تر نمی شوند. رنگ های متوسط کاسبرگ از اسطوخدوس به رنگ ارغوانی دارای محتوای آلومینیوم پایین تر از این آستانه است.

 بنابراین، همه چیز در دسترس بودن یون های آلومینیومی در خاک برای تولید رنگ آبی کاسبرگ در شکوفه های هورتانسیا است، در حالی که PH فقط یک تسهیل کننده لازم برای تحرک و قابلیت دسترسی آلومینیوم است.

یک رنگدانه تک

در موارد دیگری که گیاه دارای گل است می تواند رنگ های مختلف باشد، معمولا این امر به این دلیل است که رنگدانه های زیر زمینه نیز متفاوت هستند و یا نسبت رنگدانه های آن تغییر می کند. با این حال، هورتانسیا علاوه بر این منحصر به فرد است، زیرا رنگ تنها از یک رنگدانه تنهاست، دلفینیدین 3-گلوکوزید (که در خانواده آنتوسیانین است، همان گروه است که برگ پاییز را به رنگ قرمز در می آورد و توت ها را رنگ می کند). بدین ترتیب سیستم شیمیایی اساسی به نحوی نسبتا ساده است.

رنگ دلفینیدین-3-گلوکوزید، و همچنین آنتوسیانین های دیگر، تابع ساختار مولکولی آن است که تعیین میکند چه طول موج نور را جذب کند. این مولکول ها شامل یک زنجیره کربنی سه حلقه ای مرکزی با یک اکسیژن جایگزین هستند که به عنوان یک کاتیون فلاویلیوم با PH کم، که قندهای مختلف متصل هستند، نامیده می شود. آنتوسیانین یک یا چند یون هیدروژن را به دلیل تغییر pH محیط از دست می دهد که طیف جذب آن را تغییر می دهد.

در سطوح رنگدانه در داخل سلول، در واقع اثبات بیشتری است که pH خاک مستقیما برای سوئیچ رنگ مسئول نیست، بلکه بیشتر نشان دهنده یون های آلومینیومی است. pH سلولی داخلی برای دانه های قرمز و آبی ثابت است. کاتیون فلاویلیوم در pH پایین با رنگ قرمز و پایدار است، در مقابل رنگ کل شکوفه در شرایط اسیدی. اما در شرایط خنثی، به شکل ارغوانی، آنچه که یک باز کوئینویدال نامیده می شود تبدیل می شود، به این معنی که مولکول یک یون هیدروژن را از دست داده و پیوند دوگانه آن را دوباره مرتب کرده است. در pH های بازی، آنیون باز کوئینویدال با یک ساختار آبی با از دست دادن یک یون هیدروژن دیگر و بازسازی مجدد دو پیوند در هسته دلفینیدین ترکیب رنگدانه شکل می گیرد.

از سوی دیگر، مطالعات نشان داده است که یک راه برای پایداری آنیون باز کوئینویدال آبی در یک محیط سلولی اسیدی وجود دارد. یونهای آلومینیوم با رنگدانه به طور معمول قرمز، مانند آنچه در شکل بالا نیز نشان داده شده است، برای دلفیندین 3-گلوکوزید، و در نتیجه نیلی اضافی. یک بار دیگر، حضور ⁺Al³ برای نیلی کردن کاسبرگ هورتانسیا، هر دو در سطح مولکولی و در میدان کلیدی است. حضور آن برای pH بالا در داخل سلول ها جهت ایجاد ساختار آبی لازم است.

برای تعیین دقیق ماهیت کمپلکس آنتوسیانین ⁺Al³، گروه تحقیقاتی من مطالعات مدل سازی شیمیایی را با استفاده از اتانول اسیدی به عنوان حلال انجام داد. (آنتوسیانین ها با آب واکنش می دهند تا ساختارهای زرد تا بی رنگی به نام کلکون ها ایجاد کنند که به طور شیمیایی همانند رنگدانه ها رفتار نمی کنند، بنابراین آب به آسانی نمی تواند به عنوان یک حلال استفاده شود.) ما کلرید آلومینیوم را که تحت شرایط اسیدی به یون های آلومینیومی شکسته می شود، به یک غلظت ثابت از دلفینیدین، یا دلفینیدین 3-گلوکوزید اضافه کردیم. (جایگزین قند در هسته دلفینیدین، رنگ آن را به میزان قابل توجهی تحت تاثیر قرار نمیدهد.  همچنین این آزمایش را با عصاره مستقیم از هورتانسیا با نتایج مشابه مقایسه کردیم.)

شکل بالا نشان دهنده مجموعه ای از نمونه هایی است که در آن مقدار روزافزون ⁺Al³ به دلفینیدین در حلال اضافه می شود. این رنگ به طور سیستماتیک از طریق قرمز به آبی، از طریق سایه های ارغوانی متفاوت با افزایش ⁺Al³ تغییر می کند. پس از آبی، شدت پرده آبی بسیار شبیه به سیستم طبیعی است؛ رنگ حتی با ⁺Al³ بیشتر آبی تر نمی شود. ما از یک نوع طیف سنجی استفاده کردیم که در این حالت مولکولها را با نور قابل مشاهده انرژی بالا تحریک می کنند، بنابراین آنها طول موج مشخصی از ساختارشان را جذب می کنند. این داده ها به ما اجازه می دهد مکانیزمی را که ⁺Al³ را با دلفینیدین ترکیب می کند، حل کنیم. پیک در طول موج حدود 620 نانومتر، مشخصه آنیون باز کوئینویدال آبی است که ساختار آن با آلومینیوم کمپلکس شده است. همانطور که مقدار ⁺Al³ افزایش می یابد، شدت این پیک (یا مقدار کمپلکس) افزایش می یابد، اما در نهایت ثابت می شود.

پیک دوم ما که در طول موجی پایینتر یافت می شود، مشخصه کاتیون فلاویلیوم است. همانطور که مقدار ⁺Al³ افزایش می یابد، شدت آن تمایل به کاهش می یابد، اما موقعیت پیک به طور مداوم به طول موج های بالا تغییر می یابد تا زمانی که به مقدار ثابت هم منتهی شود، یعنی رنگ قرمز اصلی کاتیون فلاویلیوم به رنگ آبی تبدیل می شود. به این ترتیب، ما دو نکته را در نیلی کردن محلول کشف کردیم: تشکیل آنیون باز کوئینویدال آبی کمپلکس شده با ⁺Al³ و انتقال پایدار قرمز به کاتیون فلاویلیوم آبی.

برای ایجاد یک تصویر کامل از کمپلکس ⁺Al³ -دلفینیدین، فهمیدیم که چرا کاتیون فلاویلیوم نیز از انتقال رنگی گذر کرد. ما دیگر شواهد مربوطه را نشان دادیم که تنها حدود نیمی از مولکول های دلفینیدین موجود، کمپلکس ها (و ایجاد ساختارهای آنیون باز کوئینویدال آبی) را با ⁺Al³ تشکیل می دهند، صرفنظر از اینکه چقدر از آن اضافه شده است. بدیهی است، هر مکانیسم تولید نیمی از محصول آبی نهایی را تولید می کند. این رفتار اغلب مشخص کننده انباشته شدن است، زمانی که دو مولکول در بالای دیگری قرار می گیرند مانند دو تکه نان، اما معلوم است چیزی که اتفاق می افتد پیچیده تر از پشته ساده است.

آنیون باز کوئینویدال Al³⁺ -delfinidin یک کمپلکس آبی اولیه تشکیل می دهد. قسمت دوم کمپلکس، منجر به افزایش نیلی شدن، جمع کردن یک کاتیون فلاویلیوم در این کمپلکس اولیه است. کاتیون فلاویلیوم و آنیون باز کوئینویدال نه تنها با جذب الکترواستاتیک که از بارهای مخالف آنها حاصل می شود، بلکه با توجه به ساختارهای چرخه ای آنها مشابه هستند، اربیتال های الکترونی مولکول می توانند خود را برای تثبیت بیشتر مرتب کنند. بنابراین، ما یک مکانیزم شیمیایی و یک مدل برای نیلی کردن ایجاد کرده ایم.

توجه داشته باشید که ⁺Al³ به عنوان یک لنگر برای این مجموعه عمل می کند، احتمالا به یک شبکه فسفات در داخل سلول های کاسبرگ و نه به عنوان یک یون مرکزی برای این مجموعه متصل می شود. در حقیقت، ما دریافتیم که یون های آلومینیومی در تولید رنگ، فقط برای تثبیت آن نیست، به طوری که جایگزینی این فلز با سایر عوامل کمپلکس فلزی نباید رنگ را تغییر دهد. آزمایشات ما نشان داده است که اسکاندیم (⁺Sc³، یک جایگزین معمول برای ⁺Al³)، گالیم (⁺Ga³) در خانواده مشابه به عنوان ⁺Al³، قلع، مولیبدن، اورانیوم و دیگر فلزات رفتار مشابه با دلفینیدین و تشکیل مجتمع های آلی دارد، به طور موثر به عنوان ⁺Al³. بدین معنی که مکانیزم شیمیایی برای نیلی کردن یکسان بود، اما اثربخشی یون های فلز خاص در ایجاد کمپلکسی که ایجاد شده بود، یکسان نبود.

دیگران مشخصه های بیشتری از کمپلکس Al³⁺ -delfinidin مشخص کرده اند و نشان داده اند که کاتیون فلاویلیوم انباشته شده در زاویه ای اریب از باز آنیون کوئینویدال قرار گرفته است. کمپلکس که به طور طبیعی در محیط سلولی کاسبرگ هورتنسیا تشکیل شده، دارای ساختار اضافی و تثبیت با دیگر رنگدانه های همکار در سیستم است. چنین ترکیبهای رنگی، احتمالا یک ترکیب منحصر به فرد که در هر کشت وجود دارد، کمی نامعلوم است، زیرا آنها تنها برای کمک به تثبیت کمپلکس آبی کمک می کنند و به رنگ کمک نمی کنند. اما نتیجه یک کمپلکس است که احتمالا در شکل یک مارپیچ پیچیده است، نه یک پشته ساده.

مسیر آلومینیوم

یک گام کلیدی در راه نیلی کردن کاسبرگ هورتانسیا، استفاده از ⁺Al³ به داخل گیاه و انتقال آن به کاسبرگ است، اما به نظر می رسد موضوعی با هورتانسیا باشد، گمان می رود گام دیگری در روند انتقال آلومینیوم باشد. ⁺Al³ در خاک اسیدی متحرک است و در پاسخ به محرک ریشه هورتانسیا اسید سیتریک (C₆H₈O₇) ترشح می کند. در نتیجه، محلول یون سیترات (^-C₆H₅O₇³) و اسید سیتریک در اطراف ریشه ها در غلظت های نسبی خاصی است که به pH خاک مربوط می شوند. سپس ⁺Al³  یک ترکیب پایدار با یونهای سیترات ایجاد می کند که به ریشه های هورتانسیا جذب می شود.

این گیاه ⁺Al³ را به عنوان این کمپلکس سیترات حمل می کند. دیگر گیاهان Al³⁺ -tolerant، مانند گندم سیاه و چاودار، همچنین اسیدهای ساده ارگانیک را برای سم زدایی از آلومینیم می کشند. در واقع، چنین استراتژی ها در کشت محصولات زراعی که هر دو بومی و مهندسی ژنتیکی برای زنده ماندن در خاک های اسیدی ⁺Al³ هستند، بسیار مهم هستند.

این کمپلکس سیترات برای نه تنها ترکیب ⁺Al³ به ریشه ها بلکه همچنین گردش ثابت ⁺Al³ در سراسر گیاه بسیار مهم است، همانطور که در تصویر سمت چپ نشان داده شده است. کاسبرگ هورتانسیا در واقع ⁺Al³ را غلیظ نمی کند، چرا که تمام برگ ها در هورتانسیا دارای همان غلظت ⁺Al³ کاسبرگ هستند (اما تنها دانه های دارای رنگدانه های صحیح برای واکنش با یون ها هستند). از آنجا که کاسبرگ ها به طور کلی برگ را تغییر می دهند، این رفتار ممکن است انتظار برود.

در حقیقت، ممکن است رنگ هورتانسیا را تغییر دهد بدون هیچ گونه تاثیری بر شیمی خاک. ما توانستیم از طریق ریشه ها نیاز به جذب ⁺Al³ را بوجود آوریم و سپس به وسیله اسپری هایی که ⁺Al³ را به طور مستقیم به کاسبرگ وارد می کنند آن را توسعه دهیم. با حل شدن مقادیر مناسب ⁺Al³ در یک محلول اسید سیترات-سیترات بافر، در یک دوره چند روز، دانه های قرمز را به رنگ آبی تغییر دادیم، همانطور که در شکل بالا سمت راست نشان داده شده است. این نتیجه شواهد بیشتری است که نشان می دهد که نیلی کردن بستگی به حضور ⁺Al³ در دانه ها دارد. اسپری معکوس برای تغییر مخلوط آبی به قرمز ثابت کرده است که یک مشکل شیمیایی چالش برانگیز است. بدین معنا که ^{کمپلکس +}Al³ -دلفینیدین، زمانی که تشکیل شد، شکستن آن در داخل گیاه دشوار است.

تصویر بالا، یک مدل جامع برای ترکیب شیمیایی یون های آلومینیومی در هورتانسیا را فراهم می کند و منجر به آبی کردن دانه ها می شود. سهولت آبی کردن دانه ها در هورتانسیا بستگی به غلظت نسبی دلفینیدین-3-گلوکوزید و ⁺Al³  دارد، زیرا تعداد مولکول ⁺Al³ باید بیش از 3 تا 10 برابر تعداد مولکول های رنگدانه باشد. بنابراین، رنگ آمیزی شدیدتر، غلظت رنگدانه کمتر و ⁺Al³ کمتر برای رسیدن به مقدار مولکولی مورد نیاز است. علاوه بر این، تمام هورتانسیا ها در توانایی خود برای ترشح اسید سیتریک و ترکیب ⁺Al³ به گیاه برابر نیستند.

رنگ های دیگر؟

بیوشیمی هورتانسیا امکان ایجاد رنگ های جدید را می دهد که هر دو آزمایش های جالب علمی و بالقوه زیبایی به باغ می باشند. ژنتیک یک هورتانسیا خاص مقدار دلفینیدین-3-گلوکوزید را در دانه های کاسبرگ کنترل می کند. این مقدار از صفر برای ارقام سفید تا بیش از 700 میکروگرم از دلفینیدین-3-گلوکوزید در گرم کاسبرگ تازه در نژادهای درخشان رنگی متفاوت است، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است. غلظت رنگدانه نشان دهنده شدت رنگ آمیزی است، از رنگ پریده به رنگ واضح، نه از رنگ قرمز به آبی.

ارقام هورتانسیا که در چوب قدیمی یا در رشد سال گذشته شکوفه می کنند، مستعد از دست دادن شکوفه هایشان در یک فصل کامل رشد به دلیل جوانه هایی که از سال قبل منجمد شده اند، در معرض ابتلا به دلیل سرمای زمستان و یا شبنم منجمد قرار دارند. چندین ارقام جدید، از جمله محبوب ترین ارقام "تابستان بی پایان "، گل های خود را بر روی چوب جدید، رشد سال جاری، و گل هر ساله، تحت تاثیر آب و هوای زمستان و یا بهار نیستند. با این حال، به دلایل هنوز نامشخص، ارقام رنگی آرام تر نسبت به سایر ارقام ادریسی دارند. یک مسیر برای پرورش و مهندسی ژنتیک ایجاد شده است که ارقام مشابه با رنگ آمیزی روشن تر و یا شدید تر تولید کنند.

ترکیب رنگدانه های طبیعی جدید می تواند سبب بروز شکوفه های هورتانسیا شود که در شب نیز می درخشند.

متناوبا، تلاش کردیم یک روش شیمیایی برای افزایش روشنایی رنگ با تزریق یونهای منیزیم (⁺Mg²) به گیاه بکار ببریم، زیرا محققان دیگر نشان داده اند که این روش سبب رنگ انگور و همچنین گلهای دیگر بر پایه آنتوسیانین می شود، گرچه مکانیسم ناشناخته باقی می ماند به طرز شگفت آوری، به جای تشدید رنگ آمیزی دانه های هورتانسیا، ما توانستیم به طور همزمان (به شکل زیر) بر روی ارقام خاصی دانه های را با رنگهای قرمز، سفید و آبی تولید کنیم. این هنوز یک سوال تحقیق است که چرا و چگونه این اتفاق می افتد.

اما این نتایج الهام بخش ما بود تا ببینیم آیا ممکن است دستکاری شیمیایی هورتانسیا برای تولید رنگ های کاملا جدید انجام شود. هورنتانسیا رنگدانه لازم برای تولید زرد یا نارنجی را ندارد. استراتژی اولیه ما برای تولید این رنگ جایگزینی ⁺Al³ با بعضی از فلزات دیگر بود، ابتدا با استفاده از محلول ها در آزمایشگاه. با این حال، مکانیزم شیمیایی که برای آبی کردن پیدا کردیم نشان داد که چنین رویکردی ممکن نیست کار کند، زیرا آلومینیوم واقعا به رنگ آبی کمک نمی کند، بلکه تنها به عنوان لنگر برای شکل آبی هسته دلفینیدین عمل می کند. بنابراین، هنگامی که آزمایشات ما با فلزات دیگر که با دلفینیدین کمپلکس شده بود، تنها تفاوت های ظریفی در رنگ های آبی داشتیم، شگفت زده نشدیم.

اما در مورد دیگری از تصادف، در طی تلاش برای ایجاد سایه ای از آبی کمی متفاوت با تزریق یون مولیبدات (^-MoO₄²) از طریق ساقه های شکوفه قرمز، دانه ها مانند محلول آبی نشد، اما زرد شد. زرد شدن با یک مکانیزم متفاوت از آبی شدن رخ می دهد، که نه در سطح بالا، بلکه در سطح پایین تر  مشاهده می شود. بر این اساس، استراتژی را تغییر دادیم و با یک شکوفه سفید هورتانسیا آغاز کردیم تا با موفقیت رنگ زرد تولید کنیم. ما فرض می کنیم که پیوندهای بی رنگ ^-MoO₄² به طور معمول بی رنگ با همان گروه های فسفات است که معمولا ⁺Al³ را لنگر انداخته و یک فسفو- مولیبدن زرد ایجاد می کند که در سطح پایین کاسبرگ را درگیر می کند، به دلایلی که هنوز تلاش می کنیم تعیین کنیم.

به نظر می رسد که برخی از ارقام هورتانسیا بهتر از آبی ها هستند، به نظر می رسد که توانایی زرد شدن کاسبرگ نیز تابع این ارقام است. چنین زردی، همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است، تاکنون تنها از طریق تزریقات و اسپری های ساقه برداشته شده است. معرفی یون مولیبدات به بوته هورتانسیا در خاک به اثبات رسیده است که در گیاه سمی اثبات شده است، اما آزمایشات طولانی مدت در معرض هورتانسیا ها به غلظت های بسیار پایین ^-MoO₄² در خاک برای ایجاد یک گیاه مناسب با کاسبرگ های زنده و قوی است.

یکی دیگر از نتایج تحقیق ما تولید الگوهای منحصر به فرد قرمز آبی بر روی کاسبرگ هورتانسیا با کنترل از طریق انتشار آلومینیوم با بریدن ساقه ها و اسپری مستقیم به شکوفه ها است. در حالی که ترکیب ⁺Al³ از طریق ریشه ها همیشه منجر به توزیع نسبتا همگن رنگ آبی در کاسبرگ ها شد، تزریق سریع آلومینیوم به کاسبرگ قرمز اولیه به سرعت باعث ایجاد الگوهای غیر معمول و جدید قرمز و آبی می شود.

هنوز چیزهای زیادی برای یادگیری در مورد تغییرات طبیعی رنگ در شکوفه های هورتانسیا وجود دارد. نزدیک به پایان فصل رشد، دانه های شکوفه های برخی از گیاهان از آبی به قرمز تغییر رنگ می دهند، حتی اگر آنها محتوای آلومینیوم را حفظ کنند. دلیل این تغییر هنوز ناشناخته است. یک توضیح احتمالی این است که آنتوسیانین عملیاتی ترکیبش را، شاید از دلفینیدین-3-گلوکوزید تا سیانیدین-3-گلوکوزید، تغییر می دهد که نیاز به مقدار بیشتری از آلومینیوم اضافی برای تثبیت مجدد آبی دارد.

یکی از آخرین نمونه هایی از تحقیقات کنونی ما در مورد رنگ آمیزی هورتانسیا، بر روی شکوفه ها و برگ های هورتانسیا برگ بلوطی H. quercifolia تمرکز می کند. برگ های سبز این هورتانسیا در پاییز قرمز می شوند، که بسیار شبیه به دوره گلدهی آن از سفید تا قرمز است و در طول زمان شدتش بیشتر می شود. چنین شکوفه ها و برگ ها در حضور ⁺Al³ مثل درختان H. macrophylla آبی رنگ نمی شوند، احتمالا یک بار دیگر به دلیل تفاوت در انواع و سطح آنتوسیانین. اما ما با تحقیقات بیشتری امیدوار هستیم، ممکن است بتوانیم در ماه های پاییز شدت آبی رنگ برگهای هورتانسیا بلوطی را بیشتر کنیم. ما رویای هورتانسیای آبی رنگ را برای تکمیل طیف پاییزی طلایی قرمز سایر بوته ها و درختان میبینیم.

در آینده، قصد داریم  پیوستگی رنگدانه های کاملا طبیعی جدید را بررسی کنیم، نه تنها با وارد کردن فلزات دیگر، از گل های مختلف به برگهای هورتانسیا. شاید بتوانیم این نتیجه را از طریق یک اسپری برای تغییرات دلخواه به دست بیاوریم، به طوری که تغییرات دائمی برای انتخاب شکوفه ها بدون تأثیر بر گیاهان و شکوفه های همسایه است. ما تصور می کنیم که نه تنها تغییر رنگ، بلکه همچنین خواص دیگری مانند فلورسانس را کنترل کنیم، به طوری که گل های هورتانسیا بتوانند در شب نیز بدرخشند. به عنوان مثال، ما در حال بررسی انتقال رنگدانه بوتاکسانتین فلورسنت از گل های زرد شکوفه های شب چهار ساعته (Mirabilis jalapa) و پورتولاکا به شکوفه های هورتانسیا هستیم. به نظر می رسد یون های فلزی خاص مانند عناصر خاکی کمیاب، به رنگدانه بتاکسانتین به طرز شگفت انگیزی تنظیم رنگ فلورسنت مورد نظر را می دهند.

به نظر می رسد که وقتی به رنگ های هورتانسیا می رسد، همیشه اسرار شیمیایی بیشتری در انتظار راه حل است. و اکتشاف رنگ آمیزی شکوفه های هورتانسیا نشان می دهد که یون های فلزی و همچنین PH نقش مهمی در ایجاد طراحی رنگ برای گل ها دارند. با وجودی که استفاده از این مواد شیمیایی در گذشته، مورد استفاده قرار نگرفته است، این روش ممکن است یک رویکرد باروری برای تولید رنگ های جدید گل برای آینده باشد.

کتابشناسی:

Dirr, Michael A. 2004. Hydrangea for American Gardens. Portland, OR: Timber Press.

Schreiber, H. D., C. M. Lariviere, and R. P. Hodges. 2012. Developing hydrangea with yellow blooms by chemical manipulation. The Cut Flower Quarterly 24(4):18–20.

Schreiber, H. D., A. H. Jones, C. M. Lariviere, K. M. Mayhew, and J. B. Cain. 2011. Role of aluminum in red-to-blue color changes in Hydrangea macrophylla sepals. BioMetals 24:1005–1015.

Schreiber, H. D., A. M. Swink, and T. D. Godsey. 2010. The chemical mechanism for Al³⁺ complexing with delphinidin: A model for the bluing of hydrangea sepals. Journal of Inorganic Biochemistry 104: 732–739.

Schreiber, H. D., S. E. Wade, K. M. Mayhew, and J. A. Cobb. 2011. Characterization of Hydrangea macrophylla cultivars by the anthocyanin content in their sepals. Journal of Environmental Horticulture 29:131–136.