Margaspalvės paslaptys slypi antocianuose – tik pažvelkite į vilkdalgių ir alyvų vainiklapius, raugerškio ir vyšnių uogas, jaunus bijūno daigus...
Kad būtų aiškiau, atlikime bandymą. Paimkite baltą popieriaus lapą, patrinkite jį žiedų lapeliais arba vaisių sultimis taip, kad liktų dėmė. Užlašinus citrinos sulčių arba kitos rūgšties ant dėmės, ji taps ryškiai rožinė, suvilgius šarmu – mėlynai žalio atspalvio.
Belieka įminti tulpių mįslę. O ji ne tokia ir sudėtinga: vietoj vandens burtininkas į vazą įpylė amoniako, pasižyminčio šarminėmis savybėmis. Jis lengvai pateko į gėlių audinius ir tulpėms suteikė mėlyną spalvą.
Istorija
Augalų spalvų prigimtį mokslininkai tyrinėjo nuo XVII a. Anglų chemikas R. Boilis 1664 m. nustatė, kad augalų žiedų spalvą galima keisti. Jis pastebėjo, kad paveiktų rūgštimis rugiagėlių vainiklapių spalva iš mėlynos pakito į raudoną, o šarminėje terpėje pažaliavo.
Medžiagas, suteikiančias žiedams spalvą, vokiečių chemikas L. Markvartas 1835 m. pavadino antocianais. 1915 m. vokiečių biochemikai R. Vilšteteris ir A. Štolis ištyrė antocianų cheminę sudėtį.
Antocianai (gr. anthos – gėlė, kyanenos – tamsiai mėlynas) – augalų ląstelių pigmentai, sudaryti iš gliukozės ir antocianidinų (tai flavonoidų grupės junginiai). Flavonoidai iš prigimties yra fenoliniai junginiai ir po chlorofitų labiausiai paplitę augalijoje. Įvairiuose augaluose jų rasta apie 100.
Antocianai nudažo augalo žiedus ir vaisius, padeda privilioti žiedų apdulkintojus ir vaisių platintojus, saugo augalus nuo nepalankių sąlygų. Antocianams susidaryti svarbu šviesa, šiluma, dirvos rūgštingumas.
Spalvų kitimas gamtoje
Žiedlapių spalva priklauso nuo ląstelių sulčių reakcijos. Kai keičiasi sulčių reakcija (rūgšti ar šarminė), antocianai keičia spalvą nuo raudonos iki mėlynos, (antocianai rūgščioje aplinkoje raudoni, neutralioje – violetiniai, šarminėje – mėlyni).
Žinome, kad plautės (Pulmonaria) žiedai turi rožinį atspalvį, o seni žiedlapiai pamažu mėlynuoja. Šios savybės daugiau ar mažiau būdingos visai šiai augalų šeimai, tačiau, kad pastebėtume šiuos pokyčius, reikia gerai įsižiūrėti.
Žydėjimo metu taip pat kinta ir raktažolių (Primula) bei kitų gėlių žiedų spalvos. Rusvi neužmirštuolių ir našlaičių pumpurai išsiskleidę pasidaro žydri. Rugiagėlių ir neužmirštuolių žiedai nuo tabako dūmų pažaliuoja, o patalpinti į indą su acto rūgšties garais nusidažo rusvai.
Alyvinių ir tamsiai violetinių šluotelinių flioksų (Phlox paniculata) spalva priklauso nuo paros laiko. Dieną ląstelės sulčių reakcija rūgšti, tad gėlės būna rožinio atspalvio, vakare ląstelės sulčių reakcija šarminė, tad ir augalai įgyja šaltus, mėlynus tonus.
Japonijoje auginama labai įdomi rožė – chameleonas, jos žiedai saulėje raudoni, pavėsyje ir naktį – balti, sutemose – žydri (žiedų spalva tiesiogiai priklauso nuo paros laiko ir ląstelės sulčių reakcijos).
Kai kuriose bijūnų, laukinių rožių (Rosa majalis, R. canina), lelijų (Lilium japonicum, L. rubellum) žieduose antocianai kinta, tad žiedlapiai prieš nužydint pašviesėja.
Tam tikrų rožių veislių žiedai, priešingai, iš pradžių būna šviesesni, vėliau tampa rožiniais (‘Iceberg‘, ‘Aspirin‘, ‘Rose‘). Spalvų kitimas gali būti paskatintas pigmentų irimo. Pavyzdžiui, rožėse ‘Morden‘, ‘Sunrise‘, ‘Rugelda‘ iš pradžių dominuoja geltoni tonai, galiausiai ant žiedlapių pasirodo rožinis pakraštėlis. Dauguma oranžinės spalvos rūšių žydėjimo pabaigoje praranda geltoną pigmentą ir virsta ryškiai rožinėmis.
Efektingiausias reiškinys – rudeninė kaita, kai lapų spalva keičiasi į raudoną arba purpurinę. Tai susiję su žaliojo pigmento irimu (chlorofilu), kuris dažnai maskuoja antocianų buvimą.
Rudenį (žemėjant temperatūrai) chlorofilas susiskaido, lieka karotinoidai ir antocianai, todėl lapai pagelsta, parausta.
Tulpių spalvos
Žiedų spalvą lemia antocianų mišiniai. Pagrindiniai tulpių žiedų pigmentai yra pelargonidas, cianidinas ir delfinidinas, nuo kurių santykio priklauso žiedų spalva. Pavyzdžiui, tamsiai violetiniuose veislės ‘Queen of Night‘ ir raudonuose su baltais pakraščiais ‘Lustige Witwe‘ žieduose delfinidino, cianidino ir pelargonidino santykis 6:3:1, o raudonžiedėje tulpėje ‘Crimson Cardinal‘ šių pigmentų yra 1:6:3. Oranžinės spalvos ‘Orange Wonder‘ žieduose delfinidino nerasta, cianidino ir pelargonidino pigmentų santykis lygus. Didžioji dalis pigmentų susitelkę žiedlapių ląstelių vakuolėse.
Daugumos tulpių lapai yra įvairių žalių atspalvių. Daugumos Kaufmano ir Greigo bei kai kurių Fosterio grupės veislių lapai dėl susidariusių antocianų iki žydėjimo pabaigos būna violetiškai dryžuoti arba dėmėti, vėliau dėmės pamažu išblunka ir jie tampa visiškai žali.
Antocianai kituose augalų organuose
Antocianai kaupiasi ne tik augalų žiedlapiuose, vaisiuose, bet ir lapuose, stiebuose, suteikdami jiems purpurinę spalvą – pažvelkite į begonijas, vaisginas, dekoratyvinius kopūstus, gaures, šilokus, astilbes. Manoma, kad kuo tamsesni astilbės lapai, tuo intensyvesnė turėtų būti žiedų spalva, tačiau yra tokių veislių, kurių tamsūs lapai puikiai dera su baltais žiedlapiais, pavyzdžiui: ‘Bumalda‘, ‘Avalanch‘, ‘Bronzelaub‘.
Antocianai kaupiasi ir melsvių (Hosta L.) žiedynkočiuose, lapkočių lapuose, žiedlapiuose. Žinomiausios veislės su raudonais lapkočiais – ‘Red October,‘ ‘Cherry Berry‘. Kartais antocianai sintetinami skirtingose vietose – tuomet galime pamatyti nevienodai taškuotą raštą. Kaip pavyzdį galima pateikti aroną (Arum maculatum).
Labai retai antocianai kaupiasi augalų šaknyse. Kai kuriuose kalnų regionuose žmonės iškasa morkas, turinčias ne tik daug karotino, bet ir antocianų. Tokios morkos būna tamsiai violetinės (beveik juodos). Šiaurės ir aukštikalnių augaluose antocianų būna daugiau negu vidutinių platumų ir žemumų augaluose. Jie švelnina žemos temperatūros ir ultravioletinių bei infraraudonųjų spindulių neigiamą poveikį. Kai kuriuose daiguose, pavyzdžiui, kukurūzuose, rugiuose, taip pat yra antocianų.
Saugantis antocianų poveikis
Žinoma, jog rūgščiose dirvose didžialapės hortenzijos (Hydrangea macrophylla Thunb.) rožiniai žiedai gali įgauti mėlyną spalvą.
Atrodo, turėtų būti atvirkščiai. Šiuo atveju išryškėja metalų jonų tirpumas, konkrečiai – aliuminio, kurio yra molingų dalelių sudėtyje. Augalai įsiurbia toksinį aliuminį, kuris lokalizuojasi vakuolėse kartu su antocianais. Jie sudaro sudėtingus junginius su metalų jonais, tad vyksta spalvos kitimas.
Tam, kad gautume mėlynas hortenzijas, ūkiuose jos liejamos aliuminio kalio sulfato tirpalu, tačiau didelės dozės gali sukelti augalų žūtį, tad namuose to daryti nepatariama. Antocianai augalus saugo nuo negatyvaus sunkiųjų metalų poveikio, sudarydami su jais patvarius junginius. Antocianai, patys koncentruodamiesi paviršiniuose audiniuose, trukdo įsiskverbti nuodingoms medžiagoms. Taigi tikėtina, kad neekologiškose vietose žiedlapių spalva gali kisti.
Antocianai reikalingi ne tik dėl vabzdžių apdulkintojų ir gyvūnų pritraukimo. Jie siurbia saulės energiją, saugo nuo ultravioletinių spindulių. Šiltnamiuose, netgi esant tinkamam apšvietimui, augalai visiškai neįsisavina ultravioletinių spindulių, juose būna mažiau antocianų, žiedlapių spalva tampa blyškesnė negu tų, kurie išauginti atvirame grunte.
Šešėlyje augančių paprastųjų raudonlapių putinų lapai žali. Didesnėje kaip 20 oC temperatūroje raudoni snapučių žiedų vainikėliai išblunka, o kai atvėsta, vėl nusispalvina. Pasirodo, kad antocianai junginiuose su kalio jonais būna raudoni, su kito metalo – mėlyni.
Rudenį dauguma augalų įgauna bronzinį arba violetinį atspalvį, mat antocianai geriau sintetinami esant žemesnei temperatūrai. Daugelį augalų kaupti antocianus skatina šviesa, ypač žemesnėje temperatūroje, todėl rudenį jų padaugėja lapuose. Pavyzdžiui, tos pačios veislės rožių žiedlapiai būna beveik balti, o nuo šalčio tampa rožiniais. Dar įstabesnis uolaskėlių spalvų pokytis. Tiarelių veislė ‘Black Velvet‘ taip pavadinta dėl rudai vyšninės, beveik juodos spalvos, atsirandančios tik rudenį pašalus arba ankstyvą pavasarį ant peržiemojusių lapų.
Pirmiausia susijungę su cukrumis antocianai didina augalų atsparumą šalčiui. Šaltomis vasaromis šilumamėgių augalų lapai ir stiebai (serenčių, begonijų, verbenų, jurginų ir kt.) nusidažo lelijine ir kitomis ryškiomis spalvomis.
Likusiu laiku antocianai sintetinami kukliai – dažniausia taškeliais. Kalnuose galime pastebėti, kad mėlyna ir žydra augalų spalvos keičiasi į tamsiai violetinę.
Antocianai dažnai pasirodo pažeidus augalą. Galima teigti, kad jie sintetinami kartu su kitais fenoliniais junginiais, kurie reikalingi užgydyti žaizdas. Dėl nepaaiškinamos priežasties kopūstiniai baltukai stipriau puola vikšrus ant baltų ar šviesiai žalių, o ne ant raudonų kopūstų. Ant rožės ‘Iceberg‘ švarių baltų žiedlapių, užpultų kenkėjų, grybų sporų, atsiranda apvalių rožinių žiedų dėmių. Toks pat efektas ir kai ant žiedlapių patenka rasos lašelių.
Tačiau ant visų tamsių viendienių žiedų antocianai sintetinami blogai tose vietose, kur patenka rasos lašeliai. Tai reikia turėti omenyje, kadangi dekoratyvinis šių gėlių grožis pastebimai dingsta. Raudonos dėmės ant žiedų gali atsirasti dėl smulkių kenkėjų įkandimų, todėl juos reikia gerai apžiūrėti, kad būtų aišku, dėl ko prasidėjo antocianų sintezė.
Teigiama, kad antocianų veiksmai priklauso ir nuo augalų augimo hormono, kuris išryškėja stresinėse sąlygose, pavyzdžiui, kai dirva šąla arba džiūva.
Vertingi antocianai vaisiuose
Mėlynės ir šilauogės, kurių cheminėje sudėtyje yra antocianų ir kitų vertingų medžiagų, teigiamai veikia tinklainę, gerina regos nervų kraujotaką, neleidžia išsivystyti glaukomai, kataraktai.
Juosvai violetinę spalvą juodųjų serbentų uogoms suteikia antocianas kartu su chlorofilu. Kai kurių pupelių sėklos būna juosvos dėl to, kad jose susikoncentruoja daug antocianų. Tamsiai raudonų lapų spalva, pavyzdžiui, raudonlapio vinvyčio, dėl to, kad antocianas susikaupia paviršinėse, o chlorofilas – gilesnėse ląstelėse.
Antocianams susidaryti reikalingas cukrus. Padidėjus cukraus kiekiui parausta vynuogių šakos.
Antocianai ir selekcija
Japonijoje išvesta pirmoji pasaulyje tikra mėlynoji rožė. Korporacija „Santory“, žinoma kaip alkoholinių ir gaiviųjų gėrimų gamintoja, šį projektą pradėjo realizuoti 1990 m. kartu su Australijos kompanija „Florigin“.
Naudojant naujausias biogenetikos technologijas, mokslininkams pavyko įskiepyti rožei geną, atsakingą už mėlynojo pigmento – delfinidino – sintezę. Tačiau tai tik pradžia ir mėlynų rožių dar tikrai nenusipirksime. Dabar pardavinėjamos melsvo atspalvio rožės iš tikrųjų neturi tokio pigmento. Jų spalva – selekcinio darbo rezultatas, kuris tik nuslopina įgimtą raudoną rožės spalvą. „Santory“ ketina tęsti tyrimus, kad galėtų žengti į gėlių rinką. Korporacijos duomenimis, mėlynųjų rožių paklausa pasaulyje sudaro 30 mlrd. jenų (apie 280 mln. dolerių).
Tiesa, kartais mėlyną rožių spalvą galime išvysti fantazijos dėka, pavyzdžių, išgirdus šių veislių pavadinimus: ‘Blue Parfum‘ (Tantau, 1978 m.), ‘Shocking Blue‘ (Kordes, 1985 m.). Klasikinė veislė ‘Mainzer Fastnacht‘, dar žinoma tokiu pavadinimu kaip ‘Blue Moon‘ (Tantau), yra šviesiai violetinės spalvos ir labai kvapi. Dar mėlynesni atrodo rožių ‘Rhapsody in Blue‘ (Kaulišo, 1999 m.), ‘Blue for You‘ (Džeims, 2006 m.) žiedai.
Antocianų biosintezė ištirta gerai. Genų inžinerijos metodai leidžia persodinti genus, o atsakingi už sintezę delfinidinai – į kitus augalus. Vadinasi, yra vilčių kada nors pamatyti dangaus mėlio rožę.
Natūralūs dažai
Jau senovėje iš atogrąžų augalo indigažolės lapų išgaudavo mėlynus dažus. Nors jau seniai gaminami sintetiniai mėlyni dažai, kai kurios firmos iki šiol džinsinį audinį dažo natūraliais indigo dažais.
Konditerijos gaminiams dažyti dažnai naudojami likučiai, susidarantys spaudžiant sultis iš raudonų vynuogių, juodavaisių aronijų, spanguolių, šilauogių ir burokėlių. Visi augaliniai dažai neturi nuodingų junginių ir žmogui nekenksmingi. Daugelis jų netgi turi vitaminų ir įvairių biologiškai aktyvių medžiagų. Augale jie užtikrina natūralią gynybą prieš ligas, suteikia skonį, kvapą ir spalvą. Mėlynų dažų gausu pentinių ir rugiagėlių žieduose, debesylų šaknyse.
