شیمی گل ادریسی و تاثیر pH خاک روی رنگ آن

رنگ گل ادریسی شیمی دوازدهم یکی از موضوعات مطرح شده در کتاب شیمی 3 می باشد که در این پست به بررسی تاثیر خاک روی رنگ گل ادریسی یا لیتموس می پردازیم. برای شروع، شکوفه ادریسی یک گل واقعی نیست، بلکه یک گل آذین است: کاسبرگ ها یا برگ های اصلاح شده بیشتر شکوفه را تشکیل می دهند و قسمت های کوچک و تقریبا غیرقابل توجه گل بارور در مرکز را تحت الشعاع قرار می دهند.

رنگ‌های شکوفه چیزی است که واقعاً ادریسی را متمایز می‌کند: آنها از صورتی تا آبی شامل تمام سایه‌های اسطوخودوس تا بنفش تا بنفش و همچنین سبز و سفید هستند. شدت رنگ طیف را از پر جنب و جوش به پاستلی می رساند. رنگ های زرد و نارنجی به طور قابل توجهی در کالیدوسکوپ وجود ندارند.

رنگ‌های ادریسی نیز آنطور که به نظر می‌رسند نیستند. آنها نتیجه تنوع رنگدانه های مختلف نیستند، همانطور که در مورد گل هایی مانند گل رز یا لاله وجود دارد. آنها بیشتر شبیه رنگ هایی هستند که در کاغذ تورنسل مشاهده می شود، نوارهای شیمیایی که به طور کلاسیک برای تعیین اسیدی یا بازی بودن محلول ها استفاده می شود. در سطح مولکولی، اسیدها اهداکننده پروتون (یا یون هیدروژن) و بازها پذیرنده پروتون در واکنش های شیمیایی هستند. هنگامی که کاغذ تورنسل آبی را در محلول اسیدی فرو می‌بریم (PH < 7، که pH معیاری از غلظت یون‌های هیدروژن است)، کاغذ قرمز می‌شود، در حالی که کاغذ تورنسل قرمز در حضور محلول بازی به آبی تبدیل می‌شود (pH بزرگ تر از 7).

به روشی مشابه، رنگ بسیاری از شکوفه های ادریسی به عنوان یک نشانگر pH طبیعی برای خاکی که گیاه در آن رشد می کند عمل می کند. هنگامی که درختچه در خاک اسیدی رشد می کند، چنین شکوفه هایی کاسبرگ آبی دارند، اما زمانی که در خاک های خنثی تا پایه رشد می کنند، کاسبرگ های قرمز یا صورتی ایجاد می کنند. رنگ شکوفه ادریسی pH خاک را نشان می دهد، اما رنگ های متمایز آن برعکس رنگ های کاغذ تورنسل است. گل ادریسی در بین گیاهان از نظر این توانایی برای نشان دادن اسیدیته خاک منحصر به فرد است.

به دلیل این ویژگی، باغبان می‌توانند رنگ‌های شکوفه ادریسی را با استفاده از افزودنی‌های خاک دستکاری شیمیایی کنند. در واقع، در صورتی که ریشه های گیاه از خاک هایی با pH متفاوت نمونه برداری کنند، ادریسی می تواند رنگ های شکوفه متفاوتی در یک بوته داشته باشد. دستور العمل های خانگی برای تغییر شکوفه های صورتی گل ادریسی به آبی فراوان است: ریختن سرکه یا آب لیمو روی خاک. مالچ پاشی گیاه با تفاله قهوه، پوست مرکبات یا سوزن درخت کاج. یا دفن میخ های زنگ زده، قوطی های حلبی قدیمی یا سکه های مسی در کنار بوته. همه این استراتژی ها تمایل دارند خاک را اسیدی تر کنند و در نهایت رنگ شکوفه را به آبی تبدیل کنند.

با این حال، رنگ‌های ادریس حتی پیچیده‌تر از آن هستند. اسیدیته خاک در واقع مکانیسم شیمیایی اساسی در پس تغییر رنگ نیست. پاسخ حتی عمیق تر به ارتباط بین ترکیب خاک و رنگ کاسبرگ است – ارتباطی که الهام بخش تحقیقات مداوم ما در مورد بیوشیمی این گیاهان گلدار است.

تاثیر یون ها بر رنگ گل ادریسی

رنگ های ادریسی در نهایت به در دسترس بودن یون های آلومینیوم (⁺Al ³) در خاک بستگی دارد. نقش آلومینیوم از دهه 1940 شناخته شده بود، اما تا حدود دو دهه گذشته به جریان اصلی ادبیات باغبانی نرسید و مکانیسم دقیق آن به تازگی تعریف شده است. یون‌های آلومینیوم در خاک اسیدی متحرک هستند، زیرا یون‌های دیگری که می‌توانند با آن‌ها واکنش نشان دهند، در دسترس هستند، که می‌توان آن‌ها را به داخل ادریسی برد تا شکوفه داد، جایی که با رنگدانه قرمز معمولی تعامل دارند. اما در خاک های خنثی تا بازی، یون ها با یون های هیدروکسید (^–OH) ترکیب می شوند و هیدروکسید آلومینیوم غیر متحرک، Al(OH)₃ را تشکیل می دهند. در نتیجه، برای آبی شدن شکوفه های ادریسی، هم به یون های آلومینیوم و هم به خاک اسیدی نیاز است. بهترین افزودنی خاک برای آبی شدن، ماده ای است که به هر دو کمک کند، مانند سولفات آلومینیوم ، Al₂(SO₄)₃. برعکس، اگر کسی بخواهد ادریسی آبی شکوفه را به قرمز شکوفه تغییر دهد، افزودن آهک (هیدروکسید کلسیم، Ca(OH)₂) منجر به خاک پایه و تغییر رنگ مورد نظر می شود.

با این حال، چنین تغییرات رنگی تحمیلی قرمز به آبی یا آبی به قرمز بلافاصله اتفاق نمی افتد. غالباً یک یا دو فصل رشد طول می کشد تا رنگ مورد نظر را روی درختچه های باغ گل القا کند. پرورش دهندگان ادریسی با شکوفه های آبی باید به طور منظم با ضایعات سولفات آلومینیوم روی محیط گلدانی آبیاری کنند تا سطوح مورد نیاز برای ایجاد رنگ آبی مورد نظر حفظ شود (اما آنها نمی توانند به دفعات آبیاری کنند وگرنه (⁺Al ³) اضافی گیاه را می کشد).

شیمی آلومینیوم در خاک خواص مختلف آن را در شرایط اسیدی و بازی ایجاد می کند. در خاک‌های اسیدی، آلومینیوم در کمپلکس‌های هماهنگی با یون‌های (⁺Al ³) در مرکز وجود دارد که توسط رشته‌های پیوندی از مولکول‌های دیگر احاطه شده‌اند. این یون های آلومینیوم می توانند از خاک به داخل گیاه حرکت کنند. اما در pH خنثی تا پایه، آلومینیوم به صورت هیدروکسید آلومینیوم رسوب می‌کند و آن را برای ادغام در درختچه غیرقابل دسترس می‌سازد. اسطوخودوس، سرخابی، بنفشه و بنفش به عنوان رنگ های شکوفه در pH های انتقالی خاک ظاهر می شوند و یون های آلومینیوم فقط تا حدودی در دسترس ریشه های ادریسی هستند.

اثر تغییرات pH بر روی رنگ گل ادریسی

در pH های بسیار بالا یا شرایط بسیار ابتدایی، مانند سیستم های هیدروپونیک که گیاهان در آب مغذی بدون خاک رشد می کنند، یون های آلومینیوم مانند^– Al (OH)₄  که یون تتراهیدروکسی آلومینات نامیده می شود، پایدار می شوند، بنابراین دیگر رسوب نمی کنند. در واقع، در این pH های بسیار بالا، شکوفه ادریسی کمی قبل از مرگ گیاه به دلیل اساسی بودن شدید، که باعث آسیب سلولی می شود، آبی می شود. از سوی دیگر، از آنجایی که فسفات آلومینیوم حلالیت محدودی دارد، می توان از طریق استفاده از کودهای با فسفات بالا، دسترسی به یون آلومینیوم را حتی در خاک های اسیدی نیز مسدود کرد.

داده های مربوط به محتوای آلومینیوم کاسبرگ (به شکل بالا مراجعه کنید) نشان می دهد که کاسبرگ های قرمز اساساً آلومینیوم ندارند. اما کمی آلومینیوم به آبی شدن شکوفه کمک زیادی می کند. در آستانه 40 میکروگرم آلومینیوم در هر گرم کاسبرگ تازه، کاسبرگ‌های ادریسی آبی می‌شوند، اما با آلومینیوم بیشتر آبی‌تر نمی‌شوند. رنگ های کاسبرگ میانی اسطوخودوس تا ارغوانی دارای محتوای آلومینیومی کمتر از این آستانه هستند.

بنابراین، همه چیز در مورد در دسترس بودن یون های آلومینیوم در خاک برای تولید رنگ آبی کاسبرگ در شکوفه های ادریسی است، با pH خاک فقط یک تسهیل کننده ضروری برای تحرک و در دسترس بودن آلومینیوم است.

یک رنگدانه منفرد

در موارد دیگر که گیاه دارای گلی است که می تواند رنگ های متفاوتی داشته باشد، معمولاً به این دلیل است که رنگدانه های زیرین نیز متفاوت هستند یا نسبت رنگدانه های آن تغییر می کند. با این حال، ادریسی علاوه بر این منحصر به فرد است زیرا رنگ آن تنها از یک رنگدانه به نام دلفینیدین-3-گلوکوزید (که در خانواده آنتوسیانین است، همان گروهی است که برگ ها در پاییز قرمز می شوند و به توت ها رنگ می دهند) می آید. بنابراین، سیستم شیمیایی زیربنایی، به یک معنا، نسبتاً ساده است.

رنگ دلفینیدین-3- گلوکوزید و همچنین سایر آنتوسیانین ها تابعی از ساختار مولکولی آن است که تعیین می کند چه طول موجی از نور را جذب می کند. این مولکول ها از یک زنجیره کربنی سه حلقه مرکزی با یک جایگزین اکسیژن به نام کاتیون فلاویلیوم در pH پایین تشکیل شده اند که قندهای مختلفی به آن متصل هستند. آنتوسیانین با تغییر محیط pH یک یا چند یون هیدروژن را از دست می دهد که طیف جذب آن را تغییر می دهد.

آنچه در سطح رنگدانه در داخل سلول می گذرد در واقع دلیل دیگری است بر این که pH خاک مستقیماً مسئول تغییر رنگ نیست، بلکه بیشتر نشانگر در دسترس بودن یون آلومینیوم است. pH سلول داخلی برای هر دو کاسبرگ قرمز و آبی ثابت می ماند. کاتیون فلاویلیوم در pH پایین قرمز و پایدار است، برخلاف رنگ کلی شکوفه در شرایط اسیدی. اما در شرایط خنثی به شکل بنفش چیزی که به آن یک پایه کینوئیدی می گویند تبدیل می شود، به این معنی که مولکول یک یون هیدروژن را از دست داده و پیوندهای دوگانه خود را دوباره مرتب کرده است. در pH های پایه، آنیون پایه کینوئیدی با از دست دادن یون هیدروژن دیگر و بازآرایی بیشتر پیوندهای دوگانه در جزء دلفینیدین هسته رنگدانه با ساختار آبی تشکیل می شود.

از سوی دیگر، مطالعات نشان داده است که راهی برای تثبیت این آنیون پایه کینوئیدی آبی در یک محیط سلولی اسیدی وجود دارد. یون های آلومینیوم با رنگدانه قرمز معمولی، همانطور که در شکل بالا نیز نشان داده شده است، برای دلفیندین-3-گلوکوزید پیچیده می شود و منجر به آبی شدن بیشتر می شود. یک بار دیگر، حضور (⁺Al ³) کلید آبی شدن کاسبرگ‌های ادریسی چه در سطح مولکولی و چه در میدان می‌شود. وجود آن نیاز به pH بالا در داخل سلول ها برای ایجاد ساختار آبی را دور می زند.

برای تعیین ماهیت دقیق کمپلکس (⁺Al ³)-آنتوسیانین، گروه تحقیقاتی مطالعات مدلسازی شیمیایی را با استفاده از اتانول اسیدی به عنوان حلال انجام داد. (آنتوسیانین ها با آب واکنش می دهند و ساختارهای زرد تا بی رنگی به نام کالکون تشکیل می دهند که از نظر شیمیایی مانند رنگدانه ها رفتار نمی کنند، بنابراین آب نمی تواند به راحتی به عنوان حلال استفاده شود.) ما کلرید آلومینیوم اضافه کردیم که در زیر شکسته می شود. شرایط اسیدی به یون های آلومینیوم، به غلظت ثابت دلفینیدین یا دلفینیدین-3-گلوکوزید تبدیل می شود. (جایگزین قند روی دلفینیدین هسته تأثیر قابل توجهی روی رنگ نداشت. همچنین این آزمایش را با عصاره مستقیم از ادریسیا با نتایج مشابه تکرار کردیم.)

شکل بالا مجموعه ای از نمونه ها را نشان می دهد که در آنها مقادیر فزاینده ای از (⁺Al ³) به دلفینیدین در حلال اضافه می شود. رنگ به طور سیستماتیک از قرمز به آبی، از طریق سایه های مختلف بنفش، با افزایش (⁺Al ³)تغییر می کند. هنگامی که آبی است، شدت فلات آبی بسیار شبیه در سیستم طبیعی است. رنگ حتی با (⁺Al ³) بیشتر آبی تر نمی شود. ما از نوعی طیف‌سنجی استفاده کردیم که در این مورد مولکول‌ها را با نور مرئی پرانرژی تحریک می‌کند، بنابراین آنها طول موج مشخصه ساختار خود را جذب می‌کنند. این داده‌ها به ما اجازه می‌دهند مکانیسمی را که توسط آن (⁺Al ³) با دلفینیدین کمپلکس می‌شود، حل کنیم. قله ای در طول موج حدود 620 نانومتر مشخصه آنیون پایه کینوئیدی آبی است، ساختاری که با آلومینیوم کمپلکس شده است. با افزایش مقدار (⁺Al ³)، شدت این پیک (یا مقدار کمپلکس) افزایش می یابد، اما در نهایت فلات می شود.

قله دومی که پیدا کردیم، در طول موج کمتر، مشخصه کاتیون فلاویلیوم است. با افزایش مقدار (⁺Al ³)، شدت آن کاهش می‌یابد، اما موقعیت پیک به طور پیوسته به طول موج‌های بالاتر تغییر می‌کند تا زمانی که به مقدار ثابتی برسد – یعنی رنگ قرمز اصلی کاتیون فلاویلیوم به رنگ آبی تبدیل می‌شود. بنابراین، ما دو سهم را در آبی شدن محلول کشف کردیم: تشکیل آنیون پایه کینوئیدی آبی که با (⁺Al ³) کمپلکس شده بود، و انتقال ثابت رنگ قرمز به کاتیون فلاویلیوم آبی.

برای ایجاد تصویری کامل از مجموعه دلفینیدین Al³⁺-delphinidin، ما به این فکر کردیم که چرا کاتیون فلاویلیوم نیز از طریق یک انتقال رنگ عبور کرد. ما شواهد مرتبط دیگری را جمع‌آوری کردیم که نشان می‌داد تنها حدود نیمی از مولکول‌های دلفینیدین موجود می‌توانند با (⁺Al ³) کمپلکس تشکیل دهند (و ساختارهای آنیونی پایه کینوئیدی آبی را ایجاد کنند)، بدون توجه به اینکه چه مقدار از دومی اضافه شده است. بدیهی است که هر مکانیزم نیمی از محصول آبی نهایی را تولید می کند. این رفتار اغلب مشخصه انباشته شدن است، زمانی که دو مولکول مانند دو تکه نان یکی روی دیگری می نشینند، اما معلوم می شود که آنچه در حال رخ دادن است پیچیده تر از یک پشته ساده است.

آنیون پایه کینوئیدی دلفینیدین Al³⁺-delphinidin کمپلکس آبی اولیه را تشکیل می دهد. بخش دوم کمپلکس، که منجر به آبی شدن بیشتر می شود، انباشته شدن یک کاتیون فلاویلیوم روی این کمپلکس اولیه است. کاتیون فلاویلیوم و آنیون پایه کینوئیدی نه تنها توسط جاذبه الکترواستاتیکی که ناشی از بارهای مخالف آنهاست، در کنار هم نگه داشته می‌شوند، بلکه به دلیل مشابه بودن ساختار حلقوی آنها، اوربیتال‌های الکترونی مولکول‌ها می‌توانند خود را برای تثبیت بیشتر تراز کنند. بنابراین، ما هم یک مکانیسم شیمیایی و هم یک مدل برای بلوینگ تولید کرده‌ایم.

توجه داشته باشید که (⁺Al ³) به عنوان یک لنگر برای این مجموعه عمل می کند، احتمالاً به یک شبکه فسفات در سلول های کاسبرگ متصل است، و نه به عنوان یک یون مرکزی برای مجموعه. در واقع، ما متوجه می شویم که یون آلومینیوم در تولید رنگ ماده ای نیست، فقط برای تثبیت آن است، بنابراین جایگزینی این فلز با سایر عوامل کمپلکس کننده فلزی نباید رنگ را تغییر دهد. آزمایش‌های ما نشان داده‌اند که اسکاندیم ⁺Sc ³، جایگزین رایج برای ⁺Al ³، گالیم ⁺Ga ³، در همان خانواده تناوبی ⁺Al ³، قلع، مولیبدن، اورانیوم و سایر یون‌های فلزی مشابه دلفینیدین رفتار می‌کنند و کمپلکس‌های آبی را تشکیل می‌دهند، البته نه. به اندازه ⁺Al ³ موثر است. یعنی، مکانیسم شیمیایی برای آبی شدن یکسان بود، اما اثربخشی یون‌های فلزی خاص در ایجاد کمپلکس انباشته‌شده حاصل نبود.

برخی دیگر کمپلکس دلفینیدین Al³⁺-delphinidin را مشخص کرده‌اند و نشان داده‌اند که کاتیون فلاویلیوم روی هم در زاویه‌ای نسبت به آنیون پایه کینوئیدی زیرین منحرف شده است. کمپلکسی که به طور طبیعی در محیط سلولی کاسبرگ‌های هیدرانسی شکل می‌گیرد، دارای انباشته شدن و تثبیت اضافی با سایر رنگدانه‌های موجود در سیستم است. چنین رنگدانه‌هایی که احتمالاً ترکیب منحصربه‌فردی از آن‌ها در هر رقم وجود دارد، کمی اشتباه نامیده می‌شوند، زیرا آنها فقط به تثبیت کمپلکس آبی کمک می‌کنند و به رنگ کمک نمی‌کنند. اما نتیجه یک مجموعه است که احتمالاً به شکل یک مارپیچ مارپیچ است، نه یک پشته ساده.

مسیر آلومینیوم

یک مرحله کلیدی در آبی شدن کاسبرگ های ادریسی به ورود ⁺Al ³ به گیاه و انتقال آن به کاسبرگ ها بستگی دارد، اما همانطور که به نظر می رسد موضوعی با ادریسی است، معلوم شد که مرحله دیگری در فرآیند حمل و نقل آلومینیوم وجود دارد. ⁺Al ³ در شرایط خاک اسیدی متحرک است و در پاسخ به محرک آن، از ریشه های ادریسی اسید سیتریک (C₆H₈O₇) ترشح می شود. در نتیجه محلولی از یون‌های سیترات (-C₆H₅O₇³-) و اسید سیتریک در اطراف ریشه‌ها در غلظت‌های نسبی که مخصوص pH خاک است تشکیل می‌شود. سپس ⁺Al ³ یک کمپلکس پایدار با یون‌های سیترات ایجاد می‌کند که در ریشه‌های ادریسی قابل جذب است. این گیاه ⁺Al ³ را به عنوان این کمپلکس سیترات منتقل می کند. سایر گیاهان مقاوم به ⁺Al ³ مانند گندم سیاه و چاودار نیز اسیدهای آلی ساده را برای سم زدایی آلومینیوم ترشح می کنند. در واقع، چنین استراتژی‌هایی در کشت محصولاتی که هم پرورش داده می‌شوند و هم مهندسی ژنتیکی می‌شوند تا در خاک‌های غنی از ⁺Al ³ اسیدی زنده بمانند، بسیار مهم می‌شوند.

این کمپلکس سیترات نه تنها برای ادغام ⁺Al ³ در ریشه بلکه برای گردش ثابت⁺Al ³ در سرتاسر گیاه، همانطور که در شکل سمت راست نشان داده شده است، بسیار مهم است. کاسبرگ‌های ادریسی در واقع ⁺Al ³ را متمرکز نمی‌کنند، زیرا تمام برگ‌های روی ادریسی تقریباً همان غلظت ⁺Al ³ را با کاسبرگ‌ها دارند (اما فقط کاسبرگ‌ها دارای رنگدانه‌های مناسب برای واکنش با یون‌ها هستند). از آنجا که کاسبرگ ها به سادگی برگ های اصلاح شده هستند، چنین رفتاری ممکن است مورد انتظار باشد.

در واقع، تغییر رنگ ادریسی بدون تأثیر بر شیمی خاک امکان پذیر است. ما توانسته‌ایم نیاز به جذب ⁺Al ³ را از طریق ریشه‌ها دور بزنیم و متعاقباً با توسعه اسپری که ⁺Al ³ را مستقیماً به کاسبرگ‌ها وارد می‌کند، به کاسبرگ‌ها منتقل کنیم. همانطور که در شکل بالا سمت راست نشان داده شده است، با حل کردن مقادیر مناسب ⁺Al ³ در محلول سیترات-سیتریک اسید بافر، کاسبرگ قرمز را در مدت چند روز به آبی تغییر دادیم. این نتیجه شواهد دیگری است مبنی بر اینکه آبی شدن به وجود ⁺Al ³ در کاسبرگ بستگی دارد. ثابت شده است که اسپری معکوس برای تغییر کاسبرگ آبی به قرمز، یک مشکل شیمیایی چالش برانگیزتر است. یعنی کمپلکس Al3+-دلفینیدین، پس از تشکیل، به سختی در داخل گیاه تجزیه می شود.

تصویر بالا یک مدل جامع برای ترکیب شیمیایی یون های آلومینیوم در ادریسی ارائه می دهد که منجر به آبی شدن کاسبرگ ها می شود. سهولت آبی شدن در کاسبرگ های ادریسی به غلظت نسبی دلفینیدین-3-گلوکوزید و ⁺Al ³ بستگی دارد، زیرا تعداد مولکول های ⁺Al ³ باید بیش از 3 تا 10 برابر تعداد مولکول های رنگدانه باشد. بنابراین، هرچه شدت رنگ کمتر باشد، غلظت رنگدانه کمتر و⁺Al ³ کمتری برای دستیابی به مازاد مولکولی مورد نیاز است. علاوه بر این، همه ادریسی ها از نظر توانایی در تراوش اسید سیتریک و ترکیب ⁺Al ³ در گیاه برابر نیستند.

رنگ های دیگر

بیوشیمی ادریسی امکان توسعه رنگ‌های جدید را باز می‌کند که هم آزمایش‌های علمی جالبی هستند و هم افزودنی‌های بالقوه زیبایی به باغ. ژنتیک یک رقم خاص ادریسی میزان دلفینیدین-3- گلوکوزید را در کاسبرگ ها کنترل می کند. این مقدار از صفر برای ارقام سفید تا بیش از 700 میکروگرم دلفینیدین-3- گلوکزید در هر گرم کاسبرگ تازه در نژادهای پررنگ، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، متغیر است. غلظت رنگدانه نشان دهنده شدت رنگ، از پاستلی تا زنده است، نه قرمز یا آبی بودن رنگ.

انواع ادریسی که روی چوب قدیمی یا رشد سال قبل شکوفا می شوند، در یک فصل رشد کامل در زمستان سرد یا یخبندان دیررس در معرض از دست دادن شکوفه های خود هستند، زیرا جوانه های سال قبل یخ می زنند. چندین رقم جدید، به ویژه ارقام محبوب “تابستان بی پایان”، شکوفه های خود را بر روی چوب جدید، رشد سال جاری، تنظیم می کنند و هر سال بدون تاثیر آب و هوای زمستان یا بهار، گل می دهند. با این حال، این گونه ارقام معمولاً به دلایلی که هنوز مشخص نیست، رنگ های ضعیف تری نسبت به سایر ارقام ادریسی دارند. یک جهت برای اصلاح نژاد و مهندسی ژنتیک، تولید ارقام مشابه با رنگ‌های روشن‌تر یا شدیدتر بوده است.

روش دیگر، ما یک رویکرد شیمیایی را برای افزایش روشنایی رنگ با تزریق یون منیزیم ⁺Mg ² به گیاه امتحان کردیم، زیرا محققان دیگر نشان داده‌اند که چنین رویکردی رنگ انگور و همچنین سایر شکوفه‌های مبتنی بر آنتوسیانین گل را روشن می‌کند، اگرچه مکانیسم ناشناخته باقی مانده است. با کمال تعجب، به جای تشدید رنگ آمیزی کاسبرگ های ادریسی، توانستیم کاسبرگ هایی با رنگ های قرمز، سفید و آبی را به طور همزمان در برخی از ارقام تولید کنیم (شکل زیر را ببینید). این هنوز یک سوال تحقیقاتی باز است که چرا و چگونه این اتفاق رخ می دهد.

اما این نتایج به ما انگیزه داد تا ببینیم آیا می‌توان شیمی ادریسی را برای تولید رنگ‌های کاملاً جدید دستکاری کرد. ادریسی فاقد رنگدانه لازم برای تولید کاسبرگ زرد یا نارنجی است. استراتژی اولیه ما برای تولید این رنگ‌ها، جایگزینی ⁺Al ³ با فلز دیگری بود، در ابتدا با استفاده از محلول‌های آزمایشگاهی. با این حال، مکانیسم شیمیایی که ما برای آبی شدن یافتیم نشان داد که چنین رویکردی ممکن است کارساز نباشد، زیرا آلومینیوم واقعاً به رنگ آبی کمک نمی کند، بلکه تنها به عنوان لنگر برای شکل آبی هسته دلفینیدین عمل می کند. بنابراین، وقتی آزمایش‌های ما با سایر فلزات که با دلفینیدین کمپلکس شده‌اند، تنها تفاوت‌های ظریفی در رنگ‌های آبی ایجاد کرد، شگفت‌زده نشدیم.

اما در مورد دیگری از سرندیپیتی، طی تلاش برای ایجاد سایه کمی متفاوت از آبی با تزریق یون مولیبدات (^-2 MoO₄) از طریق ساقه های بریده شده شکوفه های قرمز، کاسبرگ ها مانند محلول ها آبی نشدند، بلکه زردی نشان دادند. زرد شدن از طریق مکانیسمی متفاوت از آبی شدن رخ داد که نه در سطح بالایی بلکه در سطح پایین‌تر کاسبرگ‌ها مشاهده شد. بر این اساس، استراتژی را تغییر دادیم و با شکوفه‌ای سفید از هیدرانسی شروع کردیم تا با موفقیت رنگ زرد تولید کنیم. ما فرض می‌کنیم که (^-2 MoO₄) که معمولاً بی‌رنگ است، با همان گروه‌های فسفات که معمولاً ⁺Al ³ را لنگر می‌اندازند، پیوند می‌یابد و یک موجودیت فسفومولیبدات زرد ایجاد می‌کند که در سطح پایینی کاسبرگ‌ها به دلایلی که هنوز در تلاش برای تعیین آن هستیم، گیر می‌کند.

مشابه با برخی از ارقام ادریسی که بهتر از سایر ارقام «آبی‌تر» هستند، به نظر می‌رسد که توانایی زرد شدن کاسبرگ نیز تابعی از رقم است. چنین زردی، همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است، تا کنون تنها از طریق تزریق و سمپاشی ساقه بریده موفقیت آمیز بوده است. ورود یون مولیبدات به بوته هورتانسیا از طریق خاک برای گیاه سمی است، اما آزمایش‌های طولانی‌مدت در حال انجام است که ادرانسیا را در معرض غلظت‌های بسیار کم (^-2 MoO₄) در خاک قرار می‌دهد تا گیاهی زنده با رنگ‌های جذاب و به شدت زرد ایجاد کند. کاسبرگ های رنگی

یکی دیگر از نتایج تحقیقات ما تولید الگوهای منحصر به فرد قرمز-آبی روی کاسبرگ های ادریسی با انتشار کنترل شده آلومینیوم از طریق ساقه های بریده شده و با پاشیدن مستقیم روی شکوفه ها است. در حالی که ادغام ⁺Al ³ از طریق ریشه ها همیشه منجر به توزیع نسبتا همگن رنگ آبی در کاسبرگ ها می شود، فشار سریع آلومینیوم به کاسبرگ های قرمز اولیه به سرعت باعث ایجاد الگوهای غیرعادی و جدید از قرمز و آبی می شود.

هنوز چیزهای زیادی برای یادگیری در مورد تغییرات طبیعی در رنگ در شکوفه های ادریسی وجود دارد. نزدیک به پایان فصل رشد، کاسبرگ شکوفه‌های برخی از گیاهان روی هم می‌چرخند و از آبی به قرمز تغییر رنگ می‌دهند، حتی اگر همان مقدار آلومینیوم را حفظ کنند. دلیل این دگرگونی هنوز مشخص نیست. یک توضیح احتمالی این است که آنتوسیانین عملیاتی ترکیب خود را تغییر می دهد، شاید از دلفینیدین-3-گلوکوزید به سیانیدین-3-گلوکوزید، که برای تثبیت کمپلکس آبی نیاز به مقدار زیادی آلومینیوم اضافی دارد.

آخرین نمونه از تحقیقات فعلی ما در مورد رنگ آمیزی ادریسی بر روی شکوفه ها و برگ های ادریسی برگ بلوط، H. quercifolia تمرکز دارد. برگ‌های سبز این ادریسی در پاییز قرمز می‌شوند، دقیقاً مانند شکوفه‌های آن از سفید به قرمز می‌شوند و با گذشت زمان شدت آن افزایش می‌یابد. چنین شکوفه‌ها و برگ‌هایی در حضور⁺Al ³ مانند کاسبرگ H. macrophylla آبی نمی‌شوند، احتمالاً بار دیگر به دلیل تفاوت در انواع و سطوح آنتوسیانین. اما امیدواریم با تحقیقات بیشتر بتوانیم برگ‌های ادریسی بلوط به رنگ آبی به رنگ «اسمورف» را در طول ماه‌های پاییز تولید کنیم. ما تخت‌هایی از ادریسی با برگ‌های آبی را برای تکمیل طیف رنگ‌های قرمز و طلایی پاییزی سایر درختچه‌ها و درختان تصور می‌کنیم.

در آینده، ما قصد داریم تا ترکیب رنگدانه‌های طبیعی کاملاً جدید را بررسی کنیم، نه فقط وارد کردن فلزات دیگر، از گل‌های مختلف گرفته تا کاسبرگ‌های ادریسی. شاید بتوانیم این نتیجه را از طریق یک اسپری برای بومی سازی تغییرات مورد نظر به دست آوریم – به طوری که تغییرات برای شکوفه های انتخابی بدون تأثیر بر گیاهان و شکوفه های مجاور دائمی باشد. ما نه تنها تغییرات رنگ را تصور می کنیم، بلکه ویژگی های دیگری مانند فلورسانس را نیز کنترل می کنیم، به طوری که می توان به شکوفه های ادریسی دست یافت که در شب نیز می درخشند. به عنوان مثال، ما در حال بررسی انتقال رنگدانه بتازانتین فلورسنت از گل‌های زرد شب گلدهی ساعت چهار (Mirabilis jalapa) و خرفه به شکوفه‌های هیدرانسی هستیم. به نظر می رسد افزودن یون های فلزی خاص، مانند یون های عناصر خاکی کمیاب، به رنگدانه بتازانتین، رنگ فلورسنت مورد نظر را به خوبی تنظیم می کند.

به نظر می رسد وقتی صحبت از رنگ های ادریسی به میان می آید، همیشه اسرار شیمیایی بیشتری در انتظار راه حل وجود دارد. و کاوش در رنگ‌آمیزی شکوفه‌های ادریسی نشان می‌دهد که یون‌های فلزی و همچنین pH نقش کلیدی در ایجاد رنگ‌های طراحی شده برای گل‌ها دارند. اگرچه در گذشته چنین دستکاری شیمیایی این رنگ ها کمتر مورد استفاده قرار گرفته است، این روش ممکن است نشان دهنده یک رویکرد بارور برای تولید رنگ های جدید گل برای آینده باشد.

فهرست منابع

• 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.