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Différentes fleurs ont la même couleur

Différentes fleurs ont la même couleur


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Je remarque que certaines fleurs (sauvages) ont la même couleur, bien qu'elles ne soient pas étroitement liées. Par exemple, les jaunes du pissenlit (Taraxacum) et de la renoncule (Ranunculus) sont, du moins à mes yeux, identiques (mes observations sont aux Pays-Bas).

Je sais que la couleur est destinée à attirer les insectes ; est-ce une évolution parallèle ou existe-t-il certains produits biochimiques qui donnent de la couleur et sont faciles à synthétiser pour la plante ? Ou autre chose?

Éditer: J'ai utilisé la renoncule et le pissenlit parce que c'était la première paire que j'ai trouvée physiquement assez proche pour une photo ; le coucou, la chélidoine et la moutarde charlock sont tous (à mes yeux) du même jaune. J'ai également vu des bleus, des rouges et des violets similaires, et j'essaierai de rassembler des exemples la prochaine fois que je ferai du vélo sur la digue.

Quand je regarde des tables de couleurs comme https://en.wikipedia.org/wiki/Web_colors#Extended_colors, je vois de nombreuses couleurs que je ne me souviens pas avoir jamais vues dans les fleurs sauvages.

Edit2 : Je retire mes propos sur les bleus, les rouges et les violets ; c'est difficile de juger les couleurs en passant et quand je cueille les fleurs et compare directement il y a une nette différence, par exemple :

Cependant je trouve toujours les jaunes très similaires; ici le charlock (à gauche) est plus léger mais la renoncule, la chélidoine et le pissenlit semblent identiques à mes yeux.

Les commentaires semblent suggérer une cause biochimique; quelqu'un peut-il le confirmer (ou l'infirmer) ?


Je pense que l'évolution parallèle est probablement due au coût de production des pigments dans les plantes.

Les xanthophylles et les carotènes sont composés uniquement de carbone, d'oxygène et d'hydrogène. Cela fournit la plupart des couleurs jaunes sans utiliser de nutriments.

Les anthocyanes et les bétalaïnes ont également besoin d'azote, qui peut être un nutriment limitant pour les plantes.

Wikipédia a une section sur les pigments végétaux à l'adresse :

http://en.wikipedia.org/wiki/Biological_pigment


Les surprises de l'évolution des couleurs

La nature est pleine de couleurs. Pour les fleurs, l'affichage de la couleur est avant tout un moyen d'attirer les pollinisateurs. Les insectes utilisent leur vision des couleurs non seulement pour localiser les bonnes fleurs sur lesquelles se nourrir, mais aussi pour trouver des partenaires. L'interaction évolutive entre les insectes et les plantes a créé des dépendances complexes qui peuvent avoir des résultats surprenants. Casper van der Kooi, biologiste à l'Université de Groningue, utilise une approche interdisciplinaire pour analyser l'interaction entre les pollinisateurs et les fleurs. En janvier, il a été le premier auteur de deux articles de synthèse sur ce sujet.

Les abeilles et autres insectes visitent les fleurs pour se nourrir de nectar et de pollen. En échange de ces goodies, ils aident à la reproduction de ces plantes en pollinisant leurs fleurs. C'est la vision simple et légèrement romantique de la pollinisation. La réalité, cependant, est pleine de tromperie, de guerre chimique et de supercherie biomécanique. «La combinaison de la chimie et de la physique avec la biologie évolutive a élargi notre vision de la pollinisation», déclare Van der Kooi.

Il est le premier auteur d'un article de synthèse sur l'évolution de la vision des couleurs chez les insectes, qui a été publié dans le volume de janvier 2021 de la Revue annuelle d'entomologie, et d'une seconde revue sur la « course aux armements » entre plantes et pollinisateurs, parue le 25 janvier à Biologie actuelle.

«Pour de nombreuses familles d'insectes, nous savons très peu de choses sur leur perception des couleurs», explique Van der Kooi. Les abeilles ont été étudiées en détail, mais on en sait beaucoup moins sur la vision des couleurs chez les mouches, même si nombre de leurs familles, comme les syrphes, sont des pollinisateurs très importants. «Ils sont difficiles à étudier et à garder en laboratoire et l'anatomie de leurs yeux est plus compliquée», explique Van der Kooi. "En outre, certaines idées de longue date sur la vision des mouches ont récemment été renversées."

Van der Kooi et ses co-auteurs ont calculé quelles longueurs d'onde peuvent être vues par différentes espèces d'insectes. «Fondamentalement, la vision des couleurs des insectes se produit à des longueurs d'onde comprises entre 300 et 700 nanomètres. La plupart des photorécepteurs dans les yeux des insectes détectent la lumière ultraviolette, bleue et verte, mais il existe une grande diversité.' Les insectes ont évolué dans la vision des couleurs avant l'apparition des premières fleurs. « Les pigments des fleurs semblent être affinés pour être visibles par les pollinisateurs. Mais bien sûr, les insectes ont par la suite co-évolué.

Outre la couleur, les plantes utilisent le parfum pour attirer les insectes vers la nourriture qu'elles fournissent. Comme la production de nectar et de pollen est coûteuse, les plantes doivent se protéger des voleurs, qui mangent la nourriture mais ne pollinisent pas les fleurs. C'est le sujet du deuxième article de synthèse. "Cet article montre une grande diversité dans la relation entre les plantes et les pollinisateurs, du réel mutualisme à l'abus pur et simple." Certaines plantes ne fournissent aucune nourriture du tout. « D'autres ont du pollen ou du nectar qui est toxique pour la plupart des espèces d'abeilles. Seules des espèces spécifiques peuvent réellement digérer cette nourriture.

Biomécanique

Les pollinisateurs ont aussi leur propre agenda. « Une plante en particulier est pollinisée par les mites au début du printemps. Le papillon pond également des œufs sur la plante et plus tard dans l'année, les chenilles en mangent des parties. À cette époque, les principaux pollinisateurs de cette plante sont les mouches.' C'est un exemple de la relation complexe entre les plantes et les pollinisateurs. "Il peut y avoir des différences saisonnières, mais la relation peut également être différente selon les endroits - il existe des variations dans le temps et dans l'espace et à travers différentes interactions biologiques", explique Van der Kooi.

L'examen se concentre sur différents aspects de la relation complexe en utilisant des points de vue de la biologie chimique (par exemple, la teneur en nutriments du nectar ou du pollen), de la biomécanique (par exemple, les barrières que les fleurs utilisent pour éloigner les insectes indésirables ou pour s'assurer que le pollen est dispersé par elles) et la biologie sensorielle (par exemple les façons dont les insectes détectent et reconnaissent les fleurs).

Certaines plantes, par exemple, de nombreuses espèces de la famille des pommes de terre, ont développé la méthode de « pollinisation par bourdonnement », où le pollen est stocké dans des tubes et les insectes doivent vibrer sur les fleurs pour les libérer. « Les abeilles, les mouches et les papillons ne peuvent pas les atteindre, mais d'autres abeilles telles que les bourdons peuvent libérer le pollen grâce à leurs puissants muscles de vol. » La rigidité des tubes, le caractère collant du pollen et la fréquence de vibration des abeilles bourdonnantes jouent tous un rôle dans ce processus. « Vous avez vraiment besoin d'outils de la physique pour comprendre leur relation. » L'étude interdisciplinaire des interactions insectes-plantes est ce que Van der Kooi aime. Il a commencé sa carrière en utilisant les techniques de l'optique. « C'est en partie parce que j'aime beaucoup la physique. Mais chaque nouvelle approche nous montrera de nouveaux aspects de cette relation complexe.

Un développement récent dans le domaine est la prise de conscience que les plantes sont différentes selon les emplacements géographiques. « Un bleuet aux Pays-Bas n'est pas nécessairement le même qu'un bleuet en Italie. Par exemple, la composition chimique du pollen ou du nectar peut être différente, ce qui affecte l'interaction avec les insectes.'

Les refuges d'insectes

Cela a de sérieuses ramifications pour les tentatives visant à augmenter le nombre d'insectes en créant des refuges pour insectes, explique Van der Kooi : « Parfois, les mélanges de graines pour les bandes fleuries ne proviennent pas de la région mais d'autres pays. Dans ce cas, il peut y avoir un décalage avec les insectes locaux, ce qui peut même nuire au nombre d'insectes.' Il est donc préférable de créer des refuges pour insectes en utilisant des graines locales.

Les deux articles de revue soulignent à quel point la relation entre les plantes et les pollinisateurs peut être compliquée. Alors pourquoi les plantes dérangent-elles ? Pourquoi n'utilisent-ils pas tous la dispersion par le vent de leur pollen ? "Ce sont de bonnes questions", déclare Van der Kooi. « L'efficacité de la pollinisation éolienne est faible, mais cela est également vrai pour la pollinisation animale. Pourtant, environ 90 pour cent des espèces végétales utilisent cette dernière méthode, c'est donc un énorme succès. Mais même cela est compliqué : « Les graminées utilisent la pollinisation éolienne et, à certains égards, ce sont aussi des groupes qui réussissent. Comme presque tout en biologie, la réponse est si souvent « ça dépend. »


Que sont les sépales

Les sépales sont de couleur verte, des structures ressemblant à des feuilles, enfermant le bouton floral. Ils sont chargés de protéger le bouton floral des blessures et des intempéries pendant sa croissance. De plus, ils soutiennent les pétales lors de la floraison. Par conséquent, les sépales forment le verticille le plus externe d'une fleur et il est connu sous le nom de calice. La forme et le développement des sépales varient selon les plantes. Certains sépales sont libres (polysépales) ou fusionnés (gamosépales).

Figure 1 : Périanthe d'une fleur mature

De plus, certains sépales fusionnent pour former un tube de calice. Certaines fleurs ont des sépales et des pétales de la même couleur et sont indiscernables. Ceux-ci sont connus sous le nom de tépales. Cependant, après la floraison, les sépales sont inutiles et ils se fanent ou deviennent des vestiges. Mais, certains sépales restent en vie pour protéger le fruit.


Scientifique américain

Les teintes variées des fleurs remontent à la fois au pH du sol et aux bons additifs. Différentes combinaisons pourraient-elles produire de nouvelles teintes jamais vues dans la nature ?

Biologie Chimie Botanique

Cet article du numéro

Novembre-décembre 2014

Tome 102, numéro 6
Page 444

L'une des fleurs ornementales les plus appréciées au monde recèle un bouquet de surprises biologiques et biochimiques. Les fleurs emblématiques en forme de « boule de neige » de hortensia macrophylla (hortensia à grandes feuilles) sont un aliment de base commun des jardins d'arrière-cour.

De nombreuses autres espèces d'hortensias étroitement apparentées sont également connues pour leurs fleurs abondantes, voyantes et durables, ce qui les rend populaires à la fois pour l'aménagement paysager et le marché des fleurs coupées. Et leur popularité ne cesse de croître : chaque année, les catalogues de jardinage ajoutent de nouveaux cultivars de ces plantes attrayantes. Les hortensias sont omniprésents, mais ils ne sont pas ce qu'ils semblent être.

Les fleurs d'hortensia sont répandues et populaires, mais les voies chimiques derrière leur couleur rose à bleu changent (en bas à gauche) sont nombreux et byzantins. L'espèce emblématique est hortensia macrophylla (Haut), mais d'autres espèces telles que H. quercifolia (en bas au milieu) et H. paniculata (en bas à droite) ont également de grandes fleurs voyantes.

Wikimedia Commons

Pour commencer, la floraison de l'hortensia n'est pas une vraie fleur, mais une inflorescence: Sépales, ou des feuilles modifiées, composent la majeure partie de la floraison et éclipsent les petites portions florales fertiles presque imperceptibles au centre.

Les couleurs de floraison sont ce qui fait vraiment ressortir l'hortensia : elles vont du rose au bleu, y compris toutes les nuances de lavande au violet au violet, ainsi que le vert et le blanc. Les intensités de couleurs couvrent toute la gamme des couleurs vives au pastel. Les jaunes et les oranges sont sensiblement absents du kaléidoscope des couleurs possibles d'hortensia.

Les couleurs des hortensias ne sont pas ce qu'elles semblent être, elles ne sont pas non plus le résultat d'une variété de pigments différents, comme c'est le cas pour les fleurs comme les roses ou les tulipes. Ils s'apparentent davantage aux couleurs du papier tournesol, les bandes traitées chimiquement utilisées classiquement pour déterminer si les solutions sont acides ou basiques. Au niveau moléculaire, les acides sont des donneurs de protons (ou d'ions hydrogène) et les bases sont des accepteurs de protons dans les réactions chimiques. Lorsqu'on plonge du papier de tournesol bleu dans une solution acide (pH < 7, où le pH est une mesure de la concentration en ions hydrogène), le papier devient rouge, tandis que le papier de tournesol rouge vire au bleu en présence d'une solution basique (pH > 7).

De la même manière, la couleur de nombreuses fleurs d'hortensia agit comme un indicateur de pH naturel pour le sol dans lequel pousse la plante. Ces fleurs ont des sépales bleus lorsque l'arbuste pousse dans un sol acide, mais développent des sépales rouges ou roses lorsqu'ils sont cultivés dans des sols neutres à basiques. La couleur de la floraison de l'hortensia révèle le pH du sol, mais ses couleurs distinctives sont l'inverse de celles du papier tournesol. L'hortensia est unique parmi les plantes dans cette capacité à indiquer l'acidité du sol.

En raison de cette caractéristique, les jardiniers peuvent manipuler chimiquement les couleurs de la floraison des hortensias à l'aide d'additifs pour le sol. En fait, un hortensia peut avoir différentes couleurs de floraison sur le même buisson si les racines de la plante échantillonnent des sols de pH différent. Les recettes maison abondent pour changer les fleurs roses d'un hortensia en bleu: verser du vinaigre ou du jus de citron sur le sol paillir la plante avec du marc de café, des écorces d'agrumes ou des aiguilles de pin ou enterrer des clous rouillés, de vieilles boîtes de conserve ou des centimes de cuivre à côté à la brousse. Toutes ces stratégies ont tendance à rendre le sol plus acide et éventuellement à transformer la couleur de la floraison en bleu.

Les couleurs d'hortensia s'avèrent cependant encore plus compliquées que cela. L'acidité du sol n'est en fait pas le mécanisme chimique sous-jacent au changement de couleur. La réponse va encore plus loin dans le lien entre la composition du sol et la couleur des sépales, un lien qui a inspiré nos recherches en cours sur la biochimie de ces plantes à fleurs.

Une clé en métal

Les couleurs des hortensias dépendent finalement de la disponibilité des ions aluminium (Al 3+ ) dans le sol. Le rôle de l'aluminium est connu depuis les années 1940, mais il n'a atteint la littérature horticole traditionnelle qu'au cours des deux dernières décennies, et le mécanisme exact n'a été défini que récemment. Les ions aluminium sont mobiles dans les sols acides en raison de la disponibilité immédiate d'autres ions avec lesquels ils peuvent réagir, qui peuvent être absorbés dans l'hortensia jusqu'à la floraison où ils interagissent avec le pigment normalement rouge. Mais dans un sol neutre à basique, les ions se combinent avec les ions hydroxyde (OH - ) pour former de l'hydroxyde d'aluminium immobile, Al(OH)3. Par conséquent, pour le bleuissement des fleurs d'hortensia, il faut à la fois des ions aluminium et un sol acide. Le meilleur additif de sol pour le bleuissement est celui qui contribue à la fois, comme le sulfate d'aluminium disponible dans le commerce, Al2(DONC4)3. A l'inverse, si l'on souhaite changer l'hortensia à floraison bleue en hortensia à floraison rouge, en ajoutant de la chaux (hydroxyde de calcium, Ca(OH)2) donne un sol basique et la transition de couleur souhaitée.

Cependant, de tels changements de couleur imposés du rouge au bleu ou du bleu au rouge ne se produisent pas instantanément, il faut souvent une ou deux saisons de croissance pour instiller la couleur souhaitée sur les arbustes de ses jardins de fleurs. Les producteurs d'hortensias à fleurs bleues doivent régulièrement arroser avec du sulfate d'aluminium sur le substrat en pot pour maintenir les niveaux nécessaires pour forcer la coloration bleue souhaitée (mais ils ne peuvent pas arroser trop souvent ou l'excès d'Al 3+ tuera la plante).

La chimie de l'aluminium dans le sol établit ses différentes propriétés dans des conditions acides et basiques. Dans les sols acides, l'aluminium se trouve dans ce qu'on appelle complexes de coordination, avec des ions Al 3+ au centre, entourés de chaînes liées d'autres molécules. Ces ions aluminium peuvent voyager du sol à la plante. Mais à un pH neutre à basique, l'aluminium précipite sous forme d'hydroxyde d'aluminium, le rendant indisponible pour l'incorporation dans l'arbuste. Les lavandes, les magentas, les violets et les violets apparaissent sous forme de couleurs de floraison dans les pH de transition du sol, les ions aluminium n'étant que partiellement disponibles pour les racines d'hortensia.

La couleur du cultivar appelé « Endless Summer » de H. macrophylla dépend du pH du sol. Les blooms rouges ou roses résultent d'un sol neutre ou basique (pH 7 et plus), tandis que les blooms bleus indiquent des conditions acides (pH inférieur à 7). Cependant, le mécanisme sous-jacent du changement de couleur s'avère être les ions aluminium (Al 3+ ), qui ne sont mobiles et disponibles que dans des conditions acides.

Photographie reproduite avec l'aimable autorisation de l'auteur.

À des pH extrêmement élevés ou dans des conditions très basiques, comme dans les systèmes hydroponiques où les plantes sont cultivées dans de l'eau nutritive sans sol, les ions aluminium tels que Al(OH)4 - , appelé ion tétrahydroxyaluminate, deviennent stables, de sorte qu'ils ne précipitent plus et sont à nouveau disponibles sous forme d'ions aluminium pour l'hortensia. En effet, à ces pH extrêmement élevés, la floraison de l'hortensia devient bleue, peu de temps avant que la plante ne meure de l'extrême basicité, qui provoque des dommages cellulaires. D'autre part, comme le phosphate d'aluminium a une solubilité limitée, il est également possible de bloquer la disponibilité des ions aluminium, même dans les sols acides, grâce à l'utilisation d'engrais riches en phosphate.

La quantité de pigment dans une fleur, quelle que soit sa couleur, est la même. Ici, le cultivar « Blue Danube » possède toujours 140 à 180 microgrammes de pigment par gramme de sépale frais. Le seul changement entre les fleurs de différentes couleurs est leur teneur en aluminium. Comme le montre le graphique (les formes des points de données indiquent différents cultivars), les sépales semblent avoir besoin d'un seuil de 40 microgrammes d'aluminium par gramme de sépale frais pour bleuir.

Illustration de Tom Dunne. Photographie reproduite avec l'aimable autorisation de l'auteur.

Données sur la teneur en aluminium du sépale (voir figure ci-dessus) montrent que les sépales rouges ne contiennent pratiquement pas d'aluminium. Mais un peu d'aluminium contribue grandement à bleuir la floraison. À un seuil de seulement environ 40 microgrammes d'aluminium par gramme de sépale frais, les sépales d'hortensia deviennent bleus, mais ils ne deviennent pas plus bleus avec encore plus d'aluminium. Les couleurs des sépales intermédiaires des lavandes aux violets ont des teneurs en aluminium inférieures à ce seuil.

Ainsi, il s'agit de la disponibilité des ions aluminium dans le sol pour la génération de la couleur bleue des sépales dans les fleurs d'hortensia, le pH du sol n'étant qu'un facilitateur nécessaire de cette mobilité et disponibilité de l'aluminium.

Un seul pigment

Dans d'autres cas où une plante a une fleur qui peut être de couleurs différentes, c'est généralement parce que les pigments sous-jacents sont également différents, ou que la proportion de ses pigments change. Cependant, l'hortensia est en outre unique car sa couleur provient uniquement d'un seul pigment, le delphinidine-3-glucoside (qui appartient à la famille des anthocyanes, le même groupe qui rougit les feuilles en automne et donne leur couleur aux baies). Le système chimique sous-jacent est donc, dans un sens, relativement simple.

La couleur du delphinidine-3-glucoside, ainsi que d'autres anthocyanes, est fonction de sa structure moléculaire, qui détermine les longueurs d'onde de la lumière qu'il absorbe. Ces molécules sont constituées d'une chaîne carbonée centrale à trois cycles avec une substitution d'oxygène, appelée un cation flavylium à faible pH, auquel divers sucres sont liés. L'anthocyanine perd un ou plusieurs ions hydrogène lorsque le pH de l'environnement change, ce qui modifie ses spectres d'absorbance.

Ce qui se passe au niveau des pigments à l'intérieur de la cellule est en fait une preuve supplémentaire que le pH du sol n'est pas directement responsable du changement de couleur, mais plutôt un indicateur de la disponibilité des ions aluminium. Le pH interne des cellules reste constant pour les sépales rouges et bleus. Le cation flavylium est rouge et stable à faible pH, à l'opposé de la couleur globale de la floraison dans des conditions acides. Mais dans des conditions neutres, il se transforme en la forme violette de ce qu'on appelle un base quinoïdale, ce qui signifie que la molécule a perdu un ion hydrogène et a réarrangé ses doubles liaisons. À des pH basiques, l'anion de base quinoïde se forme avec une structure bleue lors de la perte d'un autre ion hydrogène et d'un réarrangement ultérieur des doubles liaisons dans le composant de base delphinidine du pigment.

Il existe deux méthodes pour transformer le pigment d'hortensia en bleu. Le noyau du pigment, appelé ion flavylium et est rouge à l'état acide (en haut à gauche), sous une augmentation du pH, perd deux ions hydrogène et réarrange certaines de ses doubles liaisons pour former un anion à base quinoïde c'est bleu (en haut à droite). Lorsque le même ion flavylium, dans une molécule qui forme le pigment de l'hortensia, appelé delphinidine-3-glucoside, est exposé aux ions aluminium lorsque les conditions internes de la cellule sont acides, il forme un complexe avec l'aluminium qui conduit également à l'anion de couleur bleue.

Illustration de Tom Dunne.

D'autre part, des études ont montré qu'il existe un moyen de stabiliser cet anion de base quinoïde bleu dans un milieu cellulaire acide. Les ions aluminium vont se complexer avec le pigment normalement rouge, comme le montre également la figure ci-dessus, pour le delphindin-3-glucoside, et entraîner un bleuissement supplémentaire. Une fois de plus, la présence d'Al 3+ devient la clé du bleuissement des sépales d'hortensia, à la fois au niveau moléculaire et sur le terrain. Sa présence évite la nécessité d'un pH élevé à l'intérieur des cellules pour créer la structure bleue.

Pour déterminer la nature exacte du complexe Al 3+ -anthocyanine, mon groupe de recherche a entrepris des études de modélisation chimique en utilisant de l'éthanol acide comme solvant. (Les anthocyanes réagissent avec l'eau pour former des structures jaunâtres à incolores appelées chalcones, qui ne se comportent pas chimiquement de la même manière que les pigments, de sorte que l'eau ne peut pas être utilisée facilement comme solvant.) Nous avons ajouté du chlorure d'aluminium, qui se décomposera dans des conditions acides en ions aluminium, à une concentration constante de delphinidine, ou delphinidine-3-glucoside. (Le substituant sucre sur le noyau delphinidine n'a pas affecté la couleur de manière appréciable. Nous avons également répété cette expérience avec un extrait direct d'hortensias, avec des résultats analogues.)

Des solutions de pigments de delphinidine à des concentrations similaires (sauf dans le flacon final, qui est plus bas) montrent le changement de couleur qui se produit lorsque l'aluminium est ajouté, à partir des niveaux zéro à gauche. Les couleurs sont intenses, même si le niveau d'aluminium ajouté est relativement faible. En bas, un spectre d'absorbance global pour un échantillon (ligne noire) peut être décomposé en un grand pic pour le cation flavylium central du pigment (ligne rouge) et l'anion de base quinoïde bleu qu'il se transforme en présence d'aluminium (Ligne bleue).

Photographie reproduite avec l'aimable autorisation de l'auteur. Illustration de Tom Dunne.

La figure ci-dessus illustre une série d'échantillons dans lesquels des quantités toujours croissantes d'Al 3+ sont ajoutées à la delphinidine dans le solvant. La couleur passe systématiquement du rouge au bleu, en passant par des nuances variables de violet, avec l'augmentation de l'Al 3+ . Une fois bleu, l'intensité des plateaux bleus tout comme dans le système naturel la couleur ne devient pas plus bleue avec encore plus d'Al 3+ . Nous avons utilisé un type de spectroscopie, qui dans ce cas excite les molécules avec une lumière visible de haute énergie, de sorte qu'elles absorbent une longueur d'onde caractéristique de leur structure. Ces données permettent de résoudre le mécanisme par lequel l'Al 3+ s'est complexé avec la delphinidine. Un pic à une longueur d'onde d'environ 620 nanomètres est caractéristique de l'anion à base quinoïdale bleue, la structure complexée avec l'aluminium. Au fur et à mesure que la quantité d'Al 3+ augmente, l'intensité de ce pic (ou la quantité du complexe) augmente, mais finit par plafonner.

Le deuxième pic que nous avons trouvé, à une longueur d'onde inférieure, est caractéristique du cation flavylium. À mesure que la quantité d'Al 3+ augmente, son intensité a tendance à diminuer, mais la position du pic se déplace régulièrement vers des longueurs d'onde plus élevées jusqu'à ce qu'il atteigne également une valeur constante, c'est-à-dire que la couleur rouge d'origine du cation flavylium passe à une couleur bleue. . Ainsi, nous avons découvert deux contributions au bleuissement de la solution : la formation précédemment reconnue de l'anion de base quinoïde bleu complexé avec le Al 3+ , et la transition régulière du cation flavylium rouge au bleu.

Pour développer une image complète du complexe Al 3+ -delphinidine, nous nous sommes demandé pourquoi le cation flavylium a également subi une transition de couleur. Nous avons collecté d'autres preuves pertinentes montrant que seulement environ la moitié des molécules de delphinidine disponibles formeraient des complexes (et créeraient les structures anioniques à base quinoïdale bleue) avec l'Al 3+ , quelle que soit la quantité de ce dernier ajoutée. Évidemment, chaque mécanisme produit la moitié du produit bleu final. Ce comportement est souvent caractéristique de empiler, quand deux molécules se superposent comme deux tranches de pain, mais il s'avère que ce qui se passe est plus complexe qu'une simple pile.

L'anion de base quinoïde de l'Al 3+ -delphinidine constitue le complexe bleu primaire. Une deuxième partie du complexe, conduisant à un bleuissement accru, est l'empilement d'un cation flavylium sur ce complexe primaire. Le cation flavylium et l'anion de base quinoïde sont maintenus ensemble non seulement par l'attraction électrostatique qui résulte de leurs charges opposées, mais aussi, parce que leurs structures cycliques sont similaires, les orbitales électroniques des molécules peuvent s'aligner pour une stabilisation supplémentaire. Ainsi, nous avons généré à la fois un mécanisme chimique et un modèle pour le bleuissement.

A noter que l'Al 3+ sert d'ancre pour ce complexe, probablement attaché à un réseau de phosphate au sein des cellules des sépales, et non d'ion central pour le complexe. En effet, nous constatons que l'ion aluminium n'est pas matériel dans la génération de couleur, seulement pour sa stabilisation, de sorte que le remplacement de ce métal par d'autres agents complexants métalliques ne devrait pas changer la couleur. Nos tests ont montré que le scandium (Sc 3+ , un substitut commun pour Al 3+ ), le gallium (Ga 3+ , dans la même famille périodique que Al 3+ ), l'étain, le molybdène, l'uranium et d'autres ions métalliques se comportaient de manière analogue à delphinidine et des complexes bleus formés, mais pas aussi efficacement que Al 3+ . C'est-à-dire que le mécanisme chimique de bleuissement était le même, mais l'efficacité des ions métalliques spécifiques dans la création du complexe empilé résultant ne l'était pas.

D'autres ont caractérisé en outre le complexe Al 3+ -delphinidine et ont montré que le cation flavylium empilé est asymétrique à un angle par rapport à l'anion de base quinoïde sous-jacent. Le complexe naturellement formé à l'intérieur de l'environnement cellulaire des sépales d'hortensia a un empilement et une stabilisation supplémentaires avec d'autres co-pigments dans le système. De tels co-pigments, dont un mélange unique existe probablement dans chaque cultivar, sont un peu mal nommés car ils ne servent qu'à aider à stabiliser le complexe bleu et ne contribuent pas à la couleur. Mais le résultat est un complexe probablement en forme de spirale hélicoïdale, plutôt qu'un simple empilement.

Le chemin de l'aluminium

Une étape clé dans le bleuissement des sépales d'hortensia consiste à faire entrer Al 3+ dans la plante et à le transporter vers les sépales, mais comme cela semble être un thème avec les hortensias, il s'avère qu'il y a une autre étape dans le processus de transport de l'aluminium. Al 3+ est mobile dans des conditions de sol acides et, en réponse à son stimulus, les racines de l'hortensia exsudent de l'acide citrique (C6H8O7). Par conséquent, une solution d'ions citrate (C6H5O7 3- ) et l'acide citrique se forme autour des racines à des concentrations relatives spécifiques au pH du sol. Al 3+ établit alors un complexe stable avec les ions citrate, qui est absorbable dans les racines de l'hortensia. La plante transporte Al 3+ partout sous la forme de ce complexe de citrate. D'autres plantes tolérantes à l'Al 3+, comme le sarrasin et le seigle, exsudent également des acides organiques simples pour détoxifier l'aluminium. En fait, de telles stratégies deviennent très importantes dans la culture de plantes qui sont à la fois sélectionnées et génétiquement modifiées pour survivre dans des sols acides riches en Al 3+.

Ce complexe de citrate est crucial non seulement pour l'incorporation d'Al 3+ dans les racines mais aussi pour la circulation constante d'Al 3+ dans toute la plante, comme le montre la figure de droite. En fait, les sépales de l'hortensia ne concentrent pas l'Al 3+ , car toutes les feuilles de l'hortensia possèdent à peu près la même concentration d'Al 3+ que les sépales (mais seuls les sépales ont les bons pigments pour réagir avec les ions). Parce que les sépales sont simplement des feuilles modifiées, un tel comportement peut être attendu.

Le rôle central du citrate dans le transport de l'aluminium est démontré dans la rangée supérieure de fleurs. Une floraison de contrôle (en haut à gauche) diffère peu de celui infusé avec des ions aluminium seuls (en haut à droite). Une solution aqueuse d'ions aluminium dans un tampon citrate-acide citrique a transformé le bloom moyen en bleu. Essais sur le terrain avec ce spray sur les fleurs roses (en bas à gauche) a montré des résultats après deux (en bas au milieu) et quatre jours (en bas à droite).

Photographies avec l'aimable autorisation de l'auteur.

En fait, il est possible de changer la couleur d'un hortensia sans affecter du tout la chimie du sol. Nous avons pu contourner le besoin d'assimilation d'Al 3+ par les racines et par la suite de transport vers les sépales en développant un spray qui introduit Al 3+ directement dans les sépales. En dissolvant des quantités appropriées d'Al 3+ dans une solution tamponnée de citrate et d'acide citrique, nous avons changé les sépales rouges en bleus en plusieurs jours, comme le montre la figure ci-dessus à droite. Ce résultat est une preuve supplémentaire que le bleuissement dépend de la présence d'Al 3+ dans les sépales. Le spray inversé pour changer les sépales bleus en rouge s'est avéré être un problème chimique plus difficile. C'est-à-dire que le complexe Al 3+ -delphinidine, une fois formé, est difficile à briser à l'intérieur de la plante.

Le processus de couleur
De nouvelles recherches ont permis le développement d'un modèle complet pour l'incorporation chimique des ions aluminium (Al 3+ ) dans l'hortensia, entraînant le bleuissement des sépales. Premièrement, la plante a besoin d'un sol acide pour que l'Al 3+ soit à la fois disponible et mobile. En réponse à la présence d'Al 3+ , les racines exsudent de l'acide citrique, ce qui entraîne un équilibre acide citrique–citrate dans le sol (une). La génération subséquente d'un complexe Al 3+ -citrate permet l'incorporation d'Al 3+ détoxifié dans les racines et le transport dans tout l'arbuste, y compris les sépales (b). Là, le complexe Al 3+ –citrate fait la navette dans les vacuoles des cellules où réside le pigment delphinidine-3-glucoside. La couleur apparaît près de la surface supérieure des sépales. Dans un sens, le rouge est la coloration par défaut du pigment en raison du cation flavylium du delphinidine-3-glucoside. Dans l'environnement cellulaire du sépale, Al 3+ non seulement échange l'ion citrate contre le delphinidine-3-glucoside dans son complexe mais catalyse également la formation de l'anion de base quinoïde bleu du delphinidine-3-glucoside (c). Le cation flavylium d'un autre delphinidine-3-glucoside s'empile sur ce complexe et améliore la coloration bleue, tandis que l'Al 3+ ancre ce complexe bleu sur les groupes phosphate dans les vacuoles. Les nuances de lavande, de magenta et de violet dans les sépales ont des proportions différentes de ces deux extrémités rouges et bleues.

Illustration de Tom Dunne.

L'illustration ci-dessus fournit un modèle complet pour l'incorporation chimique des ions aluminium dans l'hortensia, entraînant le bleuissement des sépales. La facilité de bleuissement des sépales d'hortensia dépend des concentrations relatives de delphinidine-3-glucoside et d'Al 3+ , car le nombre de molécules d'Al 3+ doit être supérieur à environ 3 à 10 fois le nombre de molécules de pigment. Ainsi, moins la coloration est intense, moins la concentration en pigment est importante et moins il faut d'Al 3+ pour atteindre l'excès moléculaire. De plus, tous les hortensias ne sont pas égaux dans leur capacité à exsuder de l'acide citrique et à incorporer Al 3+ dans la plante.

Regardez la chimie derrière les couleurs d'hortensia en action :

D'autres couleurs ?

La biochimie des hortensias ouvre la possibilité de développer de nouvelles couleurs qui sont à la fois des expériences scientifiques intéressantes et des ajouts potentiellement magnifiques au jardin. La génétique d'un cultivar d'hortensia particulier contrôle la quantité de delphinidine-3-glucoside dans les sépales. Cette teneur varie de zéro pour les cultivars blancs à plus de 700 microgrammes de delphinidine-3-glucoside par gramme de sépale frais dans les races les plus colorées, comme le montre la figure ci-dessous. La concentration de pigment indique l'intensité de la coloration, du pastel au vif, pas si la couleur est rouge ou bleue.

Tous les cultivars d'hortensias ne sont pas égaux, du moins en ce qui concerne la couleur. L'intensité de la couleur rouge (ou bleue) dépend de la concentration du pigment anthocyanique, qui varie selon le cultivar.

Photographie reproduite avec l'aimable autorisation de l'auteur. Illustration de Tom Dunne.

Hydrangea cultivars that bloom on old wood, or the previous year’s growth, are susceptible to the loss of their blooms for an entire growing season upon a cold winter or a late frost, as the buds from the previous year freeze. Several new cultivars, most notably the popular “Endless Summer” cultivars, set their blooms on new wood, the current year’s growth, and will flower each year, unaffected by the weather of the winter or spring. However, such cultivars usually have more subdued colors than other hydrangea cultivars, for reasons yet unclear. One direction for breeding and genetic engineering has been to generate similar cultivars with brighter or more intense coloration.

Alternatively, we tried a chemical approach to enhance the color brightness by infusing magnesium ions (Mg 2+ ) into the plant, because other researchers have shown that such an approach brightened the color of grapes as well as other floral anthocyanin-based blooms, although the mechanism remains unknown. Surprisingly, instead of intensifying the coloration of the hydrangea sepals, we were able to produce sepals with red, white, and blue colors simultaneously (see figure below) on certain cultivars. It’s still an open research question as to why and how this happens.

Knowledge of hydrangea chemistry allows the creation of novel colors. A white, red, and blue sepal was generated by infusing magnesium ions into blue hydrangea blooms (Haut). A compound of molybdenum created yellow blossoms from white ones (milieu). Intentional mixed colors of red and blue on a single bloom have been created in cut red hydrangea flowers by the controlled infusion of aluminum (bas).

Photographs courtesy of the author.

But these results inspired us to see if it is possible to manipulate hydrangea chemistry to produce totally new colors. Hydrangeas lack the necessary pigment to generate yellow or orange sepals. Our initial strategy to produce these colors was to replace Al 3+ with some other metal, at first using solutions in the laboratory. However, the chemical mechanism we found for bluing indicated that such an approach might not work, because aluminum did not really contribute to the blue color, but only acted as an anchor for the blue form of the delphinidin core. Therefore, we were not surprised when our experiments with other metals that complexed with the delphinidin generated only subtle differences in blue hues.

But in another case of serendipity, during attempts to create a slightly different shade of blue with the infusion of the molybdate ion (MoO4 2- ) through the cut stems of red blooms, the sepals did not turn blue like the solutions, but showed yellowing. The yellowing occurred via a different mechanism than the bluing, observed not on the top surface but on the lighter bottom surface of the sepals. Accordingly, we changed strategy and started over with a white bloom of the hydrangea to generate, with success, the yellow color. We hypothesize that the normally colorless MoO4 2- bonds with the same phosphate groups that usually anchor Al 3+ , creating a yellow phospho- molybdate entity that gets stuck on the bottom surface of the sepals, for reasons we are still trying to determine.

Similar to some hydrangea cultivars being better “bluers” than others, it appears that a sepal’s yellowing ability is also a function of the cultivar. Such yellowing, as shown in the figure above, has only been successful thus far through cut stem infusions and sprayings. Introduction of the molybdate ion into the hydrangea shrub through the soil has proven toxic to the plant, but long-term experiments are in progress exposing hydrangeas to very low concentrations of MoO4 2- in the soil to create a viable plant with attractive, strongly yellow-colored sepals.

Another result of our research is the production of unique red-blue patterns on hydrangea sepals by controlled aluminum diffusion through cut stems and by direct sprayings onto blooms. Whereas the incorporation of Al 3+ through the roots always resulted in the relatively homogeneous distribution of blue color in the sepals, the rapid forcing of aluminum into the initially red sepals quickly generates unusual and novel patterns of red and blue.

There is still much to learn about natural changes in the color in hydrangea blooms. Near the end of the growing season, the sepals of the blooms of some plants flip over and change colors from blue to red, even though they retain the same aluminum content. The reason for this transformation is still unknown. A possible explanation is that the operational anthocyanin changes its composition, perhaps from the delphinidin- 3-glucoside to cyanidin-3-glucoside, which requires much more of an aluminum excess to stabilize the blue complex.

One last example of our current research on hydrangea coloration focuses on the blooms and leaves of the oak-leaf hydrangea, H. quercifolia. The green leaves of this hydrangea turn red in the autumn, much like its blooms age from white to red, with increasing intensity over time. Such blooms and leaves do not turn blue in the presence of Al 3+ as for H. macrophylla sepals, probably once again due to differences in anthocyanin types and levels. But we hope with more research, we may be able to generate intensely blue, “Smurf”-colored oak-leaf hydrangea leaves during the fall months. We envision beds of blue-leafed hydrangeas to complement the autumn spectrum of reds and golds of other shrubs and trees.

In the future, we plan to investigate the incorporation of entirely new natural pigments, not just the insertion of other metals, from various flowers to the hydrangea sepals. Perhaps we can attain this result via a spray to localize the desired changes—such that the changes are permanent for selective blooms without affecting neighboring plants and blooms. We imagine not only color changes but also controlling other properties, such as fluorescence, so that one can achieve hydrangea blooms that glow at night as well. For example, we are investigating the transfer of the fluorescent betaxanthin pigment from yellow flowers of the night-blooming four o’clocks (Mirabilis jalapa) and of portulacas to hydrangea blooms. Adding specific metal ions, such as those of rare earth elements, to the betaxanthin pigment seems to fine-tune the desired fluorescent hue.

It seems that when it comes to hydrangea colors, there are always more chemical mysteries awaiting a solution. And exploration of the coloring of hydrangea blooms illustrates that metal ions as well as pH play a key role in being able to create designer colors for flowers. Although such chemical manipulation of these colors has been underused in the past, this method may represent a fertile approach to generate novel floral colors for the future.


Do you think your child would find this interesting?

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Chromatography Plant Pigments

Chlorophylle often hides the other pigments present in leaves. In Autumn, chlorophyll breaks down, allowing xanthophyll et carotene, and newly made anthocyanin, to show their colors.
The mix of pigments in a leaf may be separated into bands of color by the technique of paper chromatography. Chromatography involves the separation of mixtures into individual components. Chromatographie means “color writing.” With this technique the components of a mixture in a liquid medium are separated. The separation takes place by absorption and capillarity. The paper holds the substances by absorption capillarity pulls the substances up the paper at different rates. Pigments are separated on the paper and show up as colored streaks. The pattern of separated components on the paper is called a chromatogram.

Gather leaves from several different plants. AVERTIR: Avoid poisonous plants. Autumn leaves from deciduous trees are especially interesting. Sort the leaves by kind (maple, etc.) and color. Review a diagram of a plant cell . Trouvez le grand-mère et le chloroplastes of the cell.

Safety goggles
Chromatography solvent (92 parts Petroleum ether to 8 parts acetone)
Chromatography paper (or filter paper) about 1 cm x 15 cm
Ethyl alcohol
Fresh spinach
Test tube
Test tube rack
Scissors and Ruler
Fresh leaves of plants
Glass stirring rod
Paper clip
Cork (to fit test tube)
Mortar and pestle
Sand (optional)
10-ml Graduated cylinder

Leaves should be grouped by kind (maple, etc.) and color. Work with a spinach leaf and with one or more other types. AVERTIR: Chromatography solvents are flammable and toxic. Have no open flames maintain good ventilation avoid inhaling fumes.

1. Cut a strip of filter paper or chromatography paper so that it just fits inside a 15-cm (or larger) test tube. Cut a point at one end. Draw a faint pencil line as shown in figure 1. Bend a paper clip and attach it to a cork stopper. Attach the paper strip so that it hangs inside the tube, as shown. The sides of the strip should not touch the glass.

2. Tear a spinach leaf into pieces about the size of a postage stamp. Put them into a mortar along with a pinch or two of sand to help with grinding. Add about 5 ml ethyl alcohol to the leaf pieces. Crush leaves with the pestle, using a circular motion, until the mixture is finely ground. The liquid in which the leaf pigments are now for paper chromatography dissolved is called the pigment extract.

3. Use a glass rod to touch a drop of the pigment extract to the center of the pencil line on the paper strip. Laissez-le sécher. Repeat as many as 20 times, to build up the pigment spot. REMARQUE: You must let the dot dry after each drop is added. The drying keeps the pigment dot from spreading out too much.

4. Pour 5 ml chromatography solvent into the test tube. Fit the paper and cork assembly inside. Adjust it so that the paper point just touches the solvent (but not the sides of the tube). The pigment dot must be above the level of the solvent. Watch the solvent rise up the paper, carrying and separating the pigments as it goes. At the instant the solvent reaches the top, remove the paper and let it dry. Observe the bands of pigment. The order, from the top, should be carotenes (orange), xanthophylls (yellow), chlorophyll a (yellow-green), chlorophyll b (blue-green), and anthocyanin (rouge). Identify and label the pigment bands on the dry strip. Write the species of leaf on the strip as well.
Record the species, external color, and chromatogram pigments in the DATA TABLE of your report sheet.

5. Each pigment has an Rf value, the speed at which it moves over the paper compared with the speed of the solvent.

Rf = Distance moved by the pigment / Distance moved by the solvent

Measure the distance in cm from the starting point (pencil line) to the center of each pigment band. Then measure the entire distance traveled by the solvent. Remember, the starting point for the solvent is also the pencil line and the ending point for the solvent is the top edge of the paper. Do the required divisions and record your Rf values in the DATA TABLE of your report sheet.

6. Wash the mortar and pestle thoroughly, using a little alcohol to remove any remaining pigment.


Bluebell flowers are perennials that come in colors ranging from deep purple to pinks as well as white and blues. They are also known as Wood Hyacinths.

  • Partial sun to partial shade (they grow better out of direct sunlight)
  • Humus-rich, moist and well-drained soil
  • They grow best when planted in shady areas like around trees or underneath shrubs

Devil is in the detail: Evolution of color in plants and animals

Researchers have looked at a species of fish to help unravel one of the biggest mysteries in evolutionary biology.

In many species of plants and animals, individuals from the same population often come in different color variants. But the mystery has remained as to why one color doesn't eventually replace the other through natural selection.

Research published in the Journal de biologie évolutive has looked at a species of Central American freshwater fish to look at how different colors are maintained in the species.

Lead researcher, Will Sowersby, a PhD student at Monash University, said the reasons why different color morphs (color variants) existed in a population -- when in theory they should be equally subjected to natural selection -- was still a major question for evolutionary biologists and remained unknown for many species.

"The importance of this work lies in the fundamental question: how and why do variants of the same animal exist in nature," he said.

"Color variants of the same species are a striking example of biological variation, yet the adaptive significance and what evolutionary processes maintain them, remains unknown."

Sowersby said the team looked at a species of fish called the red devil cichlid, which comes in two colors -- one is dark (grey through black with dark patterns) and the other is gold, (yellow through red).

The gold colored fish is genetically dominate but the darker colored fish is much more common.

"With this species, the darker individuals appear to be able to alter the shade of their body color and patterns to better match their environment," he said.

"We wanted to assess whether this had a part to play in how different color morphs (color variants) can exist in a population, and why the gold color fish is rarer."

The researchers filmed the red devil cichlids over both dark and light surfaces. Screenshots were then analysed to measure the amount of change to the shade of the fish's body color. After analysis they found that the darker fish could alter its brightness to match the surface it was on, while the gold colored fish could not.

"These results suggest that differences in the ability to match backgrounds could play a potentially important role in maintaining color frequencies in the wild," Sowersby said.

The research team, including Associate Professor Bob Wong, School of Biological Sciences, and Dr Topi Lehtonen, University of Turku, hope to do more work in this area.

"Given the complexities of color variants in species, more work is needed to understand how differences in coloration might influence the susceptibility of dark and gold individuals to different predators and under different environmental conditions," Sowersby said.


Chromoplasts are found in fruits, flowers, roots, and stressed and aging leaves, and are responsible for their distinctive colors. This is always associated with a massive increase in the accumulation of carotenoid pigments. The conversion of chloroplasts to chromoplasts in ripening is a classic example.

They are generally found in mature tissues and are derived from preexisting mature plastids. Fruits and flowers are the most common structures for the biosynthesis of carotenoids, although other reactions occur there as well including the synthesis of sugars, starches, lipids, aromatic compounds, vitamins, and hormones. [3] The DNA in chloroplasts and chromoplasts is identical. [2] One subtle difference in DNA was found after a liquid chromatography analysis of tomato chromoplasts was conducted, revealing increased cytosine methylation. [3]

Chromoplasts synthesize and store pigments such as orange carotene, yellow xanthophylls, and various other red pigments. As such, their color varies depending on what pigment they contain. The main evolutionary purpose of chromoplasts is probably to attract pollinators or eaters of colored fruits, which help disperse seeds. However, they are also found in roots such as carrots and sweet potatoes. They allow the accumulation of large quantities of water-insoluble compounds in otherwise watery parts of plants.

When leaves change color in the autumn, it is due to the loss of green chlorophyll, which unmasks preexisting carotenoids. In this case, relatively little new carotenoid is produced—the change in plastid pigments associated with leaf senescence is somewhat different from the active conversion to chromoplasts observed in fruit and flowers.

There are some species of flowering plants that contain little to no carotenoids. In such cases, there are plastids present within the petals that closely resemble chromoplasts and are sometimes visually indistinguishable. Anthocyanins and flavonoids located in the cell vacuoles are responsible for other colors of pigment. [1]

The term "chromoplast" is occasionally used to include tout plastid that has pigment, mostly to emphasize the difference between them and the various types of leucoplasts, plastids that have no pigments. In this sense, chloroplasts are a specific type of chromoplast. Still, "chromoplast" is more often used to denote plastids with pigments other than chlorophyll.

Using a light microscope chromoplasts can be differentiated and are classified into four main types. The first type is composed of proteic stroma with granules. The second is composed of protein crystals and amorphous pigment granules. The third type is composed of protein and pigment crystals. The fourth type is a chromoplast which only contains crystals. An electron microscope reveals even more, allowing for the identification of substructures such as globules, crystals, membranes, fibrils and tubules. The substructures found in chromoplasts are not found in the mature plastid that it divided from. [2]

The presence, frequency and identification of substructures using an electron microscope has led to further classification, dividing chromoplasts into five main categories: Globular chromoplasts, crystalline chromoplasts, fibrillar chromoplasts, tubular chromoplasts and membranous chromoplasts. [2] It has also been found that different types of chromoplasts can coexist in the same organ. [3] Some examples of plants in the various categories include mangoes, which have globular chromoplasts, and carrots which have crystalline chromoplasts. [4]

Although some chromoplasts are easily categorized, others have characteristics from multiple categories that make them hard to place. Tomatoes accumulate carotenoids, mainly lycopene crystalloids in membrane-shaped structures, which could place them in either the crystalline or membranous category. [3]

Plastids lining which pollinators visit a flower, as specific colors attract specific pollinators. White flowers tend to attract beetles, bees are most often attracted to violet and blue flowers, and butterflies are often attracted to warmer colors like yellows and oranges. [5]

Chromoplasts are not widely studied and are rarely the main focus of scientific research. They often play a role in research on the tomato plant (Solanum lycopersicum). Lycopene is responsible for the red color of a ripe fruit in the cultivated tomato, while the yellow color of the flowers is due to xanthophylls violaxanthin and neoxanthin. [6]

Carotenoid biosynthesis occurs in both chromoplasts and chloroplasts. In the chromoplasts of tomato flowers, carotenoid synthesis is regulated by the genes Psyl, Pds, Lcy-b, and Cyc-b. These genes, in addition to others, are responsible for the formation of carotenoids in organs and structures. For example, the Lcy-e gene is highly expressed in leaves, which results in the production of the carotenoid lutein. [6]

White flowers are caused by a recessive allele in tomato plants. They are less desirable in cultivated crops because they have a lower pollination rate. In one study, it was found that chromoplasts are still present in white flowers. The lack of yellow pigment in their petals and anthers is due to a mutation in the CrtR-b2 gene which disrupts the carotenoid biosynthesis pathway. [6]

The entire process of chromoplast formation is not yet completely understood on the molecular level. However, electron microscopy has revealed part of the transformation from chloroplast to chromoplast. The transformation starts with remodeling of the internal membrane system with the lysis of the intergranal thylakoids and the grana. New membrane systems form in organized membrane complexes called thylakoid plexus. The new membranes are the site of the formation of carotenoid crystals. These newly synthesized membranes do not come from the thylakoids, but rather from vesicles generated from the inner membrane of the plastid. The most obvious biochemical change would be the downregulation of photosynthetic gene expression which results in the loss of chlorophyll and stops photosynthetic activity. [3]

In oranges, the synthesis of carotenoids and the disappearance of chlorophyll causes the color of the fruit to change from green to yellow. The orange color is often added artificially—light yellow-orange is the natural color created by the actual chromoplasts. [7]

Valencia oranges Citris sinensis L are a cultivated orange grown extensively in the state of Florida. In the winter, Valencia oranges reach their optimum orange-rind color while reverting to a green color in the spring and summer. While it was originally thought that chromoplasts were the final stage of plastid development, in 1966 it was proved that chromoplasts can revert to chloroplasts, which causes the oranges to turn back to green. [7]


Genetic Variation Examples

David G Richardson / Getty Images

Favorable genetic traits in a population are determined by the environment. Organisms that are better able to adapt to their environment survive to pass on their genes and favorable traits. Sexual selection is commonly seen in nature as animals tend to select mates that have traits that are favorable. As females mate more often with males considered to have more favorable traits, these genes occur more often in a population over time.

A person's skin color, hair color, dimples, freckles, and blood type are all examples of genetic variations that can occur in a human population. Examples of genetic variation in plants include the modified leaves of carnivorous plants and the development of flowers that resemble insects to lure plant pollinators. Gene variation in plants often occurs as the result of gene flow. Pollen is dispersed from one area to another by the wind or by pollinators over great distances.

Examples of genetic variation in animals include albinism, cheetahs with stripes, snakes that fly, animals that play dead, and animals that mimic leaves. These variations enable the animals to better adapt to conditions in their environments.


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