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红叶为什么这样红?

2023-12-07 人民日报 施芳
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叶子变红的奥秘在于植物色素在叶片中的含量与相对比例的变化。秋冬时节,叶绿素含量减少,叶片细胞中的花青素含量迅速增加,细胞质呈酸性。花青素在酸性条件下变成红色,因此叶片逐渐变红

秋冬时节,一些植物的叶子由绿变红,很多地方都可以欣赏到美丽的红叶。在北京的香山,元宝槭和黄栌每到秋天就变得格外迷人;湖南长沙的岳麓山上,枫香树的红叶别有一番风味;江苏苏州的天平山,不仅有枫香树,还有乌桕和鸡爪槭;四川九寨沟的枫香树、五角槭和乌桕,湖南张家界的黄栌各有特色;四川峨眉山的连香树也吸引了不少游客。

欣赏美景的同时,不少人会好奇叶子变红的奥秘。

叶子变红,奥秘就在于植物色素在叶片中的含量与相对比例的变化。植物叶片中主要有叶绿素、类胡萝卜素和花青素三大类色素,其中,对叶子变红“贡献”最大的当数花青素。它是一类广泛存在于被子植物及少数裸子植物器官中的水溶性色素,在酸性条件下呈红色,在碱性条件下呈蓝色,在中性条件下呈紫色。

春夏季节,叶绿素是植物叶片中含量最多的色素,以呈蓝绿色的叶绿素a、黄绿色的叶绿素b为主,主要负责植物进行光合作用时光能的吸收和传递。只要有充足的光照、水分和养分,叶绿素的合成速率就会大于降解速率,而叶绿素a、b可以吸收太阳光谱中的红光和蓝紫光,反射绿光。于是,不断积累的叶绿素令叶子绿意盎然。

秋冬季节,气温降低、光照减少,叶绿素的合成被抑制,此时叶绿素的合成速率小于降解速率,叶绿素含量会逐渐减少。与此同时,在一些种类的植物中,叶片细胞中的花青素含量迅速增加,细胞质积累的可溶性糖也逐步增加,呈酸性。花青素在酸性条件下变成红色,因此叶片逐渐变红。

红叶植物种类丰富,就木本植物来说,主要包含鸡爪槭、三角槭等无患子科槭属植物,黄连木、黄栌、火炬树等漆树科植物,以及乌桕、山胡椒、大花卫矛等常见的红叶树种。藤本植物中也有叶子会变红,如爬山虎等。

不过,大自然不只在秋天才会赋予叶子红色。在正常养护情况下,红叶李、紫叶矮樱等植物会积累花青素,在其他季节,叶片也会呈现红色。此外,有些植物新长出的嫩叶也是红色的,例如紫薇、接骨木等。这是由于嫩叶中叶绿素含量很少,叶片还不能够进行充分的光合作用,需要植物自身的营养来维持生长。这时细胞质同样呈酸性,令嫩叶中的花青素呈现红色。

影响色素合成代谢与分解代谢的基因数量众多,任何一个关键基因的突变都有可能引起叶色异常。利用这一点,科学家通过遗传转化等技术手段,培育出越来越多的红叶植物种类。例如,“丽红”元宝枫是人工选育的优良变异株系,其叶片在秋天会呈现出明亮而艳丽的红色,比其他品种的元宝枫叶片颜色更红且红叶期更长,原因就是花青素合成途径关键酶基因数量的增加。近年来,有关彩叶植物叶片中叶绿素代谢、类胡萝卜素代谢途径等分子调控机制的研究取得一系列进展,人工调控叶色不再是个遥不可及的梦。

(作者:李青为,中国科学院植物研究所工程师)

打印 责任编辑:侯茜

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