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秋季植物叶片色彩变幻的科学道理

 

    
    秋季来临,瑟瑟秋风过后,很多植物的叶片展现出紫色、红色、橘红色、黄色、褐色等不同的色彩,究竟是什么原因使大自然的叶片呈现出如此绚烂丰富的秋色?不同叶色变化的原理一样吗?科学家能够解释清楚所有这些变化吗?
    秋季植物叶片色彩变化的原因不是一个简单的过程,它是由于植物体在应对外部环境变化所发生的一系列复杂的生物化学和生理变化等综合反应的结果。
    秋季的黄色叶主要是由叶绿体中类胡萝卜素的变化所致。类胡萝卜素和叶绿素同时存在于植物细胞的细胞质中,同为酯溶性物质。自然状态下叶绿素不稳定,但是合成速度快,生长季节成熟叶片中叶绿素和类胡萝卜素的比率是1:8,因此大多数叶片呈现绿色;入秋后随着温度的降低,叶绿素的合成速度逐渐减缓、分解速度加快,而此时类胡萝卜分解速度缓慢,相对含量增加。类胡萝卜素的种类很多,有叶黄素、α-胡萝卜素、β-胡萝卜素等;因此叶片随着类胡萝卜素与叶绿素的种类和含量的相对变化,呈现出从绿色到黄色的不同色泽变化。关于不同物种秋季叶片色彩变化的研究还显示,不同物种叶绿素丧失的比率直接影响叶色变化,如:蔷薇科的平枝栒子Cotoneaster horizontalis,当叶片中叶绿素丧失40%时,叶片开始变黄;茄科的珊瑚豆Solanum capscastrum叶绿素丧失60%时,叶片才开始变黄;杉科的叶片一直到冬季才变为红褐色;很多裸子植物要等到叶绿素完全退去、在叶黄素和桃红色的类胡萝卜素的共同作用下叶片变成红色。
    秋季的红色叶则多是由于花青素与叶绿素的相互消长作用的结果。花青素存在于植物细胞的液泡中,是水溶性物质。但是,整个生长季中能够合成花青素的植物很少,只有在秋季随着温度的降低、叶片的老化,叶绿素逐渐分解,而低温有利于花青素的合成,因此含量增加,叶片才呈现红色。大部分植物叶片变红是由于花青素中的矢车菊素分子中的Cy3G变化(即矢车菊苷的配糖体变化)所致,至于表现出的红色系色彩的不同,同样也是由于不同的花青素种类及其它们的不同配比在色素合成光和蔗糖的诱导下所展现出的不同结果。在不同物种中花青素存在的位置不同,有些植物的花青素在叶的表皮毛中,有些存在于叶片的下表皮或其他部位,但是花青素在叶片中的作用,目前人们还缺乏了解。
    秋季褐叶一般是由于原本无色的儿茶素类色素和无色花青素或绿原酸芳香族化合物在酚类多酚氧化酶作用下,芳香族化合物被氧化,形成褐色或红褐色不溶于水的化合物所表现出的叶片色彩;同时,在褐色形成的初期,由于大量黄色的类胡萝卜素形成,使很多秋季褐叶植物,如麻栎Quercus acutissima、榉树Zelkova serrata、日本栗Castanea crenata等随着秋季的来临逐渐呈现出丰富多彩的叶色。目前关于植物褐叶变化原理的研究进展很缓慢。
    大千世界蕴藏着太多的奥秘,迷人的色彩变幻等待人们去探索和认识。


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