Почему крупнолистная гортензия меняет цвет: научное объяснение процесса

Голубые и синие крупнолистные гортензии всегда привлекают внимание. Одни садоводы легко получают желаемый цвет, другие годами подкисляют почву, вносят квасцы, но цветки остаются розовыми или лишь слегка сиреневыми.

Процесс образования цвета в лепестках крупнолистной гортензии — это сложный биохимический процесс. Для него одинаково важны доступность алюминия, двухвалентного железа, других микроэлементов, кислотность почвы и способность самого растения усваивать эти вещества и использовать их для формирования пигментов.

Именно поэтому одинаковый уход не всегда дает одинаковый результат. Даже два куста одного сорта могут цвести разными оттенками, потому что каждое растение по-своему проходит этот процесс.

Какой пигмент отвечает за цвет гортензии

Химический механизм образования синего цвета

В розовых, фиолетовых и синих чашелистиках крупнолистной гортензии содержится один и тот же основной антоциановый пигмент — дельфинидин-3-O-глюкозид, который также называют 3-O-глюкозидом дельфинидина.

Разница между розовой и синей окраской возникает не из-за появления другого пигмента. Она возникает вследствие изменения молекулярного окружения дельфинидин-3-O-глюкозида внутри вакуоли клетки.

В водной среде антоцианы могут существовать в нескольких взаимопревращающихся формах. Их строение и способность поглощать свет зависят от кислотности среды, связывания с металлами и взаимодействия с другими органическими молекулами.

Сам по себе дельфинидин-3-O-глюкозид в кислой среде не образует устойчивой чисто синей окраски. Для появления характерного голубого или синего цвета крупнолистной гортензии необходимо, чтобы в вакуоли одновременно присутствовали три компонента:

1. дельфинидин-3-O-глюкозид — антоциановый пигмент;
2. ион алюминия Al³⁺ — центральный ион металла;
3. 5-O-ацилхинная кислота — органический копигмент.

Основными копигментами, способными участвовать в этой реакции, являются:

• 5-O-кафеоилхинная кислота, также известная как неохлорогеновая кислота;
• 5-O-пара-кумароилхинная кислота.

В чашелистиках также содержится 3-O-кафеоилхинная кислота, известная как хлорогеновая кислота. Однако расположение кафеоильной группы имеет принципиальное значение: именно 5-O-ацилхинные кислоты эффективно участвуют в формировании стабильного синего комплекса.

Как образуется синий комплекс

В вакуоли ион алюминия Al³⁺ координируется с молекулой дельфинидин-3-O-глюкозида и молекулой 5-O-ацилхинной кислоты.

Упрощенно этот процесс можно записать так:

дельфинидин-3-O-глюкозид + Al³⁺ + 5-O-ацилхинная кислота → синий комплекс гортензии

Этот комплекс получил научное название hydrangea blue complex — синий комплекс гортензии.

Исследования его структуры показали, что три основных компонента входят в состав комплекса в молярном соотношении:

1 молекула дельфинидин-3-O-глюкозида : 1 ион Al³⁺ : 1 молекула 5-O-ацилхинной кислоты.

Ион алюминия в этом комплексе выполняет роль координационного центра. Он связывается с кислородсодержащими группами антоциана и копигмента, изменяя электронное строение пигментной системы.

В результате изменяется спектр поглощения света: комплекс начинает сильнее поглощать свет в другой части видимого спектра, а человеческий глаз воспринимает отраженный свет как голубой или синий.

Таким образом, алюминий не окрашивает цветок в синий цвет как отдельный краситель. Он изменяет оптические свойства антоциана, образуя вместе с ним и копигментом новую координационную структуру.

Зачем нужен копигмент

Копигмент не является основным окрашивающим пигментом, однако без него синий комплекс не приобретает необходимой устойчивости.

5-O-ацилхинная кислота одновременно:

• участвует в координации иона Al³⁺;
• взаимодействует с антоциановой молекулой;
• стабилизирует структуру комплекса в водной среде вакуоли;
• поддерживает спектральный сдвиг в сторону синей окраски.

Это можно представить как конструктор. Если не хватает хотя бы одной детали, синий цвет не получится полностью.

Именно поэтому наличие в чашелистиках алюминия и дельфинидин-3-O-глюкозида еще не гарантирует образования насыщенного синего цвета. Растение должно синтезировать достаточное количество соответствующих 5-O-ацилхинных кислот.

Значение кислотности внутри клетки

Для воспроизведения стабильного синего цвета в лабораторных условиях исследователи смешивали дельфинидин-3-O-глюкозид, Al³⁺ и 5-O-ацилхинную кислоту в буферном растворе приблизительно при pH 4.

Полученный раствор имел спектральные характеристики, аналогичные синим клеткам чашелистиков гортензии.

Это означает, что для образования окраски важна не только кислотность почвы, но и кислотность внутренней среды вакуоли.

Почвенный pH определяет прежде всего доступность алюминия для корней. Вакуолярный pH уже влияет на химическое состояние антоциана и условия формирования синего комплекса непосредственно внутри окрашенной клетки.

Это два разных уровня одного процесса:

• кислотность почвы влияет на растворимость и поступление алюминия;
• кислотность вакуоли влияет на молекулярную форму антоциана и образование цветового комплекса.

Чем отличаются розовые и синие клетки

Розовые и синие клетки могут содержать один и тот же антоциан и те же группы копигментов. Основное различие заключается в количестве алюминия, соотношении отдельных ацилхинных кислот и условиях внутри вакуоли.

При анализе отдельных клеток в синих чашелистиках было обнаружено приблизительно:

• 1,2 молярного эквивалента Al³⁺ относительно антоциана;
• около 13 эквивалентов 5-O-ацилхинных кислот.

В красных клетках обнаруживали лишь:

• около 0,03 молярного эквивалента Al³⁺;
• приблизительно 3,6 эквивалента 5-O-ацилхинных кислот относительно антоциана.

Таким образом, различие окраски определяется не простым принципом «алюминий есть или его нет». Значение имеют его концентрация в вакуоли, количество необходимых копигментов и соотношение всех компонентов в конкретной клетке.

Почему избыток алюминия не усиливает окраску бесконечно

Количество синего комплекса увеличивается лишь до тех пор, пока в клетке имеются свободные молекулы антоциана и копигмента, способные присоединить Al³⁺.

Когда доступный дельфинидин-3-O-глюкозид уже связан в синие комплексы, дальнейшее увеличение концентрации алюминия не делает окраску пропорционально более синей.

Исследования показали, что после достижения достаточного избытка Al³⁺ концентрация синего алюминий-антоцианового комплекса выходит на максимальный уровень. Дополнительный алюминий может накапливаться в чашелистиках, но уже не изменяет интенсивность и оттенок синей окраски.

Следовательно, ограничивающим фактором может стать не алюминий, а:

• количество дельфинидин-3-O-глюкозида;
• доля этого пигмента среди других антоцианов;
• количество 5-O-ацилхинных кислот;
• способность клетки транспортировать Al³⁺ в вакуоль;
• кислотность внутренней среды вакуоли.

Именно поэтому увеличение дозы алюмокалиевых квасцов сверх необходимого уровня не приводит к пропорциональному усилению синей окраски.

Именно поэтому внесение большого количества алюминия без других необходимых условий не может автоматически сделать розовую гортензию синей.

Почему кислая почва так важна

Распространено мнение, что гортензия становится синей из-за кислой почвы. На самом деле это лишь часть процесса.

Алюминий содержится практически в любой почве. Проблема заключается не в его количестве, а в том, может ли растение его усвоить.

При нейтральной или щелочной реакции почвы алюминий переходит в нерастворимые соединения и становится практически недоступным для корневой системы.

Когда кислотность снижается примерно до pH 4,5–5,5, часть алюминия переходит в растворимую форму Al³⁺. Именно ее могут поглощать корни.

То есть кислотность сама по себе не изменяет цвет лепестков. Она лишь открывает растению доступ к алюминию.

Именно поэтому подкисление почвы является необходимым условием, но не гарантией синего цветения.

Купить субстрат для гортензий можно в этом каталоге

Как алюминий попадает в цветок

После того как алюминий стал доступным в почвенном растворе, процесс только начинается.

Корневая система должна его поглотить.

Затем алюминий транспортируется по сосудистой системе растения к молодым чашелистикам, где еще формируется будущий цвет.

Но даже после этого синяя окраска еще не возникает.

В клетках чашелистиков алюминий должен накопиться в вакуолях — специальных внутриклеточных структурах, где хранятся пигменты.

Именно там он встречается с дельфинидином-3-глюкозидом и органическими копигментами.

Только после образования этого комплекса клетка приобретает синий цвет.

Таким образом, путь алюминия состоит из нескольких отдельных этапов:

• переход в доступную форму в кислой почве;
• поглощение корнями;
• транспортировка по растению;
• накопление в вакуолях клеток;
• образование синего пигментного комплекса.

Если хотя бы один из этих этапов проходит недостаточно эффективно, интенсивность синего цвета уменьшается.

Почему две одинаковые гортензии могут иметь разный цвет

Именно здесь начинается самое интересное.

Большинство садоводов предполагает, что два одинаковых сорта, посаженных рядом, должны цвести совершенно одинаково.

На практике этого часто не происходит.

Причина заключается в том, что растение — не пассивный потребитель питательных веществ.

Оно само управляет процессами усвоения, транспортировки и накопления алюминия.

За эти процессы отвечают десятки ферментов, транспортных белков и других биохимических механизмов.

Именно они определяют, сколько алюминия дойдет до чашелистиков, сколько останется в вакуолях и сколько пигментного комплекса будет образовано.

Поэтому два абсолютно одинаковых куста могут иметь разную интенсивность синего цвета даже при одинаковых условиях выращивания.

Мы много лет наблюдаем это в TAVIASAD.

Одинаковый сорт, одна партия саженцев, один субстрат, одна система питания, одна вода, одна технология ухода — а оттенок цветков все равно немного отличается.

Это еще раз подтверждает, что окончательный цвет определяется не только почвой, но и внутренней биохимией конкретного растения.

Почему для синего цвета недостаточно одного алюминия

Даже если алюминий беспрепятственно попал в клетки, этого все равно недостаточно.

Растение должно синтезировать достаточное количество самого пигмента — дельфинидина-3-глюкозида.

Кроме этого, оно должно выработать достаточное количество копигментов — органических соединений, которые стабилизируют синий комплекс.

Именно поэтому способность сорта к посинению во многом определяется его генетикой.

Есть сорта, которые даже при идеальных условиях остаются розовыми.

Есть сорта, которые легко переходят в насыщенно-голубой цвет.

А большинство современных сортов занимает промежуточное положение и в зависимости от условий может цвести розовыми, сиреневыми, лиловыми, синими или сочетать несколько оттенков одновременно.

Почему гортензия становится фиолетовой

Многие садоводы считают, что фиолетовый цвет — это отдельный этап между розовым и синим. Частично это действительно так, но причина значительно интереснее.

Исследования показали, что фиолетовое соцветие не всегда состоит из одинаково окрашенных клеток.

Часть клеток уже накопила достаточное количество алюминия и сформировала синий пигментный комплекс, а другая часть еще остается розовой.

Человеческий глаз воспринимает сочетание синих и розовых клеток как сиреневый или фиолетовый цвет.

Именно поэтому изменение цвета часто происходит постепенно. Соцветие проходит через лиловые, сиреневые и фиолетовые оттенки, пока большинство клеток не сформирует синий комплекс.

Почему гортензия остается розовой

Если алюминий не поступает в клетки в достаточном количестве, синий комплекс не образуется.

В этом случае антоциановый пигмент остается в своей природной форме, а цветки имеют розовый, малиновый или красный оттенок, характерный для конкретного сорта.

Причины могут быть разными:

• недостаточно кислая почва;
• низкое количество доступного алюминия;
• слабое усвоение алюминия корневой системой;
• особенности сорта;
• недостаточное образование самого пигмента или копигментов.

Именно поэтому даже после внесения алюмокалиевых квасцов часть сортов практически не изменяет свой цвет.

Какова роль железа

Железо часто упоминают рядом с алюминием, хотя их роль различна.

Железо не входит в состав синего пигментного комплекса.

Его главная задача — обеспечивать нормальную работу ферментов, синтез хлорофилла, фотосинтез и общий обмен веществ.

Именно от этого зависит, насколько активно растение синтезирует антоцианы, копигменты и транспортные белки, необходимые для всего процесса изменения цвета.

Кроме того, кислая почва повышает доступность не только алюминия, но и железа.

Поэтому хорошо обеспеченное железом растение обычно имеет более активный обмен веществ и лучше реализует свой генетический потенциал.

Именно поэтому дефицит железа может косвенно влиять и на интенсивность окраски соцветий.

Самый большой миф о синих гортензиях

Самый распространенный миф заключается в том, что любую розовую крупнолистную гортензию можно гарантированно сделать синей.

Это не соответствует современным научным знаниям.

Мы можем создать оптимальные условия для образования синего цвета, но не можем изменить генетику сорта.

Если сорт не способен накапливать достаточное количество пигмента или образовывать синий комплекс, даже идеальный уход не сделает его ярко-голубым.

Именно поэтому выбор правильного сорта всегда важнее любых препаратов.

Как максимально повысить вероятность синего или голубого цвета

Гарантировать определенный оттенок невозможно, но можно создать условия, при которых крупнолистная гортензия максимально проявит свою природную способность к синей окраске.

1. Выберите сорт, который генетически способен становиться синим

Не все крупнолистные гортензии могут образовывать насыщенно-голубые соцветия.

Именно поэтому первым шагом должен быть выбор сорта, который на генетическом уровне способен накапливать достаточное количество дельфинидина-3-глюкозида и формировать синий пигментный комплекс.

2. Посадите растение в слабокислую почву

Именно кислый субстрат делает алюминий доступным для корневой системы.

3. Обеспечьте растение полноценным питанием

Для синтеза пигментов, копигментов, ферментов и транспортных белков гортензии необходимо постоянное сбалансированное питание.

Наилучший результат дает сочетание удобрений пролонгированного действия Osmocote и регулярных подкормок водорастворимыми удобрениями Peters Professional, которые содержат полный комплекс макро- и микроэлементов.

4. Используйте алюмокалиевые квасцы

Именно алюминий участвует в образовании синего пигментного комплекса.

Алюмокалиевые квасцы обеспечивают растение доступным источником алюминия, но работают только при условии кислой почвы и здоровой корневой системы.

Купить алюмокалиевые квасцы для изменения цвета гортензии можно в нашем каталоге 

5. Постоянно поддерживайте достаточную влажность почвы

Корневая система усваивает алюминий и другие питательные элементы только из почвенного раствора.

Если субстрат регулярно пересыхает, скорость усвоения резко снижается.

Именно поэтому в течение всего периода роста и формирования соцветий почва должна оставаться равномерно влажной, но без застоя воды.

Вывод

Цвет крупнолистной гортензии создает не почва.

Его создает само растение.

Почва лишь обеспечивает условия, при которых гортензия может получить алюминий, железо и другие необходимые элементы.

А уже внутри клеток происходит сложный биохимический процесс, в котором участвуют пигменты, копигменты, ферменты, транспортные белки и ионы алюминия.

Именно поэтому невозможно гарантировать абсолютно одинаковый результат даже при одинаковом уходе.

Но если правильно выбрать сорт, создать кислую почву, обеспечить растение полноценным питанием, поддерживать оптимальную влажность и своевременно вносить алюмокалиевые квасцы, крупнолистная гортензия максимально проявит свою природную способность к образованию красивых голубых и синих соцветий.

Приглашаем ознакомиться с нашими сортами гортензий для вашего сада мечты здесь