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秋天树叶颜色的变化

类胡萝卜素和花青素赋予树叶明亮的秋天色彩.
类胡萝卜素和花青素赋予树叶明亮的秋天色彩.

威廉·霍奇,前威斯康星大学麦迪逊分校园艺系教授.
修正:8/13/2012
项目编号:XHT1019

明亮的黄色, 秋叶的橘色和红色是自然界最美丽的景象之一.  虽然这是一个熟悉的年度活动, 菠菜大平台对秋叶颜色的很多理解, 直到最近, 主要是基于随机观察和推测.  最近的研究已经做了很多来解释这一现象的功能.

在夏天,植物的大部分营养都包含在叶子中.  这些营养物质, 尤其是氮和磷, 是蛋白质的组成部分, 光合作用所必需的色素和其它化合物, 植物利用太阳能从水和二氧化碳中制造糖的过程.  这些营养物质是自然界宝贵的资源, 而植物所拥有的营养量直接影响植物的生长和繁殖能力.  因此, 对于植物来说,在秋天树叶被丢弃之前,尽可能多地恢复这些营养物质是很重要的.

秋天的白昼缩短,气温下降,这标志着植物开始了一个过程,树叶的光合作用成分被分解,其中包含的营养物质被转移到茎和根中储存起来,并在第二年重新利用.  秋季叶片成分的分解具有高度组织性和复杂性.  然而, 这一过程大部分发生在叶子出现可见颜色变化之前, 因此,这种活动的激增在很大程度上被忽视了.  只有在这一过程的后期,秋天才出现了绚丽的色彩.

叶绿素是一种色素,使植物呈现绿色,并被植物用来捕捉太阳能.  在秋天, 植物正在积极地分解叶绿素以及许多其他光合作用成分, 随着叶绿素水平的下降, 与秋叶有关的色彩鲜艳的颜料变得可见了.  有两种色素赋予树叶明亮的秋季色彩:类胡萝卜素和花青素.

类胡萝卜素是一种色素,使秋天的叶子呈现出明亮的黄色. 类胡萝卜素存在于整个生长季节的叶子中, 只有在秋季叶绿素含量非常低的时候,它们才会出现.  这些色素保护树叶免受各种有害化合物的侵害,这些化合物是光合作用的正常副产品.  没有类胡萝卜素,叶子的光合作用成分就会自我破坏.

花青素是许多红色物质的来源, 橙子, 粉红色, 紫色和蓝色的花朵和水果, 但也产生了鲜艳的红色和橙色的秋天树叶.

不像黄色类胡萝卜素, 花青素是由植物在秋季的中途分解过程中产生的, 当叶片中仍然存在大量的叶绿素时.  起初, 红色色素和叶绿素的存在导致了勃艮第的深色外观, 但随着叶绿素水平的持续下降,鲜艳的花青素变得越来越明显.  红叶和黄叶含有相似数量的类胡萝卜素, 但是用红叶, 黄色类胡萝卜素被着色强烈的花青素所掩盖.

红色色素在秋天产生,帮助遮蔽叶片光合作用系统免受强光的照射.  在许多植物, 秋季叶片成分的分解导致叶片容易受到强光的伤害, 特别是当温度下降时.  在秋天,避免强光照射是很重要的,因为在这段时间里,光合作用成分受到损害会降低植物从叶子中恢复营养的能力.  秋天不变红的植物通常更能抵抗强光的影响, 因此不需要产生红色素.  红色色素的遮光作用解释了为什么暴露在阳光直射下的叶子是最亮的红色, 而被冠层遮蔽的叶子通常很少或根本没有这些色素的积累.

而影响秋叶颜色质量和持续时间的因素有很多, 影响这一现象的唯一最重要的因素是树叶变色期间的天气.  凉爽、阳光充足的天气会使树叶呈现出最明亮的颜色.  因为植物利用红色色素遮挡强光, 晴朗的秋天会让植物产生更多的这些色素.

而凉爽的秋天最适合生长色彩鲜艳的树叶, 在拆卸过程完成之前,硬冻可能会对叶子造成不可弥补的损害,使其呈现出最明亮的颜色.  相反, 非常温暖的秋天温度加快了叶子内部的过程,从而缩短了五颜六色的叶子留在植物上的时间.  温暖的温度也会减少叶子中产生的红色素的数量.

其他因素也会影响秋季叶片颜色的变化.  在一般情况下, 干旱等压力, 营养缺乏甚至疾病都会增加红色素的产生, 从而可以提高秋叶的颜色显示.  干旱是许多环境中常见的压力, 除非缺水严重到秋天前树叶就死掉(这种情况非常罕见), 干旱条件一般会改善秋叶颜色的质量.

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