秋天一到,树叶就像约好了一样,开始从绿色变成黄色、橙色、红色,最后又渐渐褪去颜色,飘落到地面上。
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同样是秋天,叶子会呈现出不同的颜色
图片来源:Nature
但仔细观察就会发现,同样是秋天,有的树满树金黄,有的红得像火,还有一些树叶只变成了暗红色或褐色。明明经历的是相似的天气,为什么不同的树会交出截然不同的“秋色答卷”?
绿色退场后,黄色显现;
红色却可能是新造出来的
要弄清秋叶为什么有红有黄,得先认识叶片里的三类色素:叶绿素、类胡萝卜素和花青素。
春夏季节,大多数植物的叶片呈现绿色,主要是因为叶绿素占据了“主导地位”。叶绿素能够吸收太阳光中的部分波长,为光合作用提供能量。它对红光和蓝紫光吸收较强,而反射的绿光进入我们的眼睛,于是叶片看起来就是绿色的。
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显微镜下观察时,
叶绿素集中在植物体内被称为叶绿体的结构中。
图片来源:维基百科
不过,绿色并不意味着叶片里只有叶绿素。类胡萝卜素也一直存在于许多绿色叶片中,其中包括叶黄素、胡萝卜素等。
它们能够参与光能利用,并帮助植物应对过量光照。只不过在生长旺盛的季节,叶绿素含量通常较高,其他色素的颜色被遮盖了。
到了秋天,情况开始发生变化。
随着日照时间缩短、气温逐渐下降,许多落叶树进入季节性衰老过程。叶绿素的合成受到抑制,已有的叶绿素也逐渐降解,叶片中的绿色随之减弱。这时,原本就存在的类胡萝卜素便更加显眼,叶片开始呈现黄色或橙色。
因此,很多黄叶并不是秋天突然制造出了黄色,而是绿色逐渐褪去之后,原本藏在叶片里的颜色显露了出来。银杏等树种的金黄色秋叶,就是这种变化的典型例子。
红叶则是另一回事。
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红叶
图片来源:百度百科
不少红叶树种的叶片在秋季会合成或积累更多花青素。花青素是一类水溶性色素,它的颜色会受到细胞内部酸碱环境等因素影响,可以呈现红色、紫色等不同色调。当叶绿素逐渐减少,花青素的颜色就可能越来越明显。
这意味着,红叶和黄叶并不是同一种变色过程的不同结果:黄色往往与原有色素显现有关,而红色通常还涉及花青素的形成或积累。
当然,真实的叶色并不总是非红即黄。一片叶子中可能同时存在多种色素,它们的含量和比例不断变化,最终形成黄色、橙色、鲜红色、紫红色乃至褐色等不同表现。
秋天越冷,叶子就越红吗?
既然温度变化会影响叶片衰老和色素代谢,是不是天气越冷,秋叶就一定越红?
答案是否定的。对一些红叶树种来说,低温与充足光照共同作用,往往更有利于花青素的积累,但两者并不是让所有树叶变红的统一开关。
先来看低温的作用。进入秋季后,气温逐渐下降,叶片中的叶绿素开始降解,绿色慢慢褪去。与此同时,低温也会影响植物体内的代谢过程。在一些树种中,适宜的低温能够促进花青素的合成与积累,让叶片逐渐呈现红色。不过,低温的影响与树种、温度变化幅度及持续时间等因素有关,并非气温越低,花青素就一定越多。
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树叶在从树上脱落前,
会随着色素的降解与合成而变色。
图片来源:Smithsonian magazine
光照则是另一个重要因素。秋季虽然气温下降,但在晴朗的天气里,叶片依然会接收到较强的阳光。当叶片的光合作用和其他代谢过程受到低温影响时,吸收的光能可能超过其利用能力,增加细胞遭受光氧化损伤的风险。
此时,一些树种会积累更多花青素。花青素能够吸收部分光线,并可能帮助叶片减轻强光带来的氧化压力,保护衰老过程中的叶片组织。
因此,对某些红叶树种来说,白天光照充足、夜间温度较低的天气,往往有利于形成鲜艳的红色。但这并不意味着昼夜温差越大,红叶就一定越红,实际效果还受到树种特性和水分条件等因素的影响。
水分同样重要。如果秋季出现严重干旱,树木可能提前衰老、落叶,叶片来不及充分呈现鲜艳的颜色;如果环境条件适宜,叶片则可能有更充足的时间完成色素变化。持续阴雨、光照不足等情况,也可能影响部分树种的秋色表现。
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凉爽的天气有助于部分树种积累花青素,
但秋叶能否红得鲜艳,还取决于光照、
水分与树木自身的特性。
图片来源:央视新闻
还有一个常见说法:霜降之后,霜一打,树叶才会变红。
这种说法把时间上的关联当成了必然的因果关系。霜降是二十四节气之一,反映的是季节变化,并不意味着各地在这一天都会出现霜冻。秋叶变色可以发生在霜冻出现之前,霜冻并不是叶片变红的必要条件。
事实上,轻微的低温与严重霜冻也不是一回事。适宜的低温可能影响某些树种的花青素积累,但过早出现的严重霜冻会损伤叶片组织,使叶片失去正常代谢能力,反而可能缩短秋色持续的时间。
为什么有些树红得像火,
有些树却只剩一片金黄?
了解了色素和环境的作用,再观察身边的树,就会发现秋叶的颜色并不是随机出现的。
不同树种的秋色之所以各不相同,关键在于叶片中色素的种类、含量及其变化方式有所区别。
例如,银杏的秋叶通常呈现明亮的金黄色。生长季节里,银杏叶片中的叶绿素与类胡萝卜素同时存在,绿色的叶绿素占据主导;进入秋季后,叶绿素逐渐降解,原本就存在的黄色类胡萝卜素显露出来,叶片便由绿转黄。
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鸡爪槭
图片来源:人民日报
鸡爪槭等槭树则常常能呈现鲜艳的红色。除了叶绿素逐渐减少,一些槭树还会在秋季积累花青素。花青素吸收部分光线,使叶片呈现红色或红橙色;在适宜的光照和温度条件下,这种颜色会更加鲜明。不过,同属槭树的不同种类、甚至同一种树在不同年份,也可能呈现不同的秋色。
黄栌的叶片也常在秋季变红或呈现紫红色,这同样与花青素的积累有关。由此可见,秋叶的颜色并不是由气温直接“染”出来的,而是树种自身的色素特征与季节环境共同作用的结果:有的树主要显露原有的黄色色素,有的树则会在叶片衰老过程中形成更多红色色素。
同一片树林里,向阳处和背阴处的叶片,接收到的光照不同,颜色和变色时间可能有所差异;山地中海拔不同的位置,温度和生长条件也存在差别。因此,即使属于同一种树,叶片变色的时间也可能前后错开。
城市行道树与山区森林的秋色,也可以从这个角度理解。
城市道路两旁往往集中种植少数适应当地环境的树种。如果这些树种的秋色特征相近,整条街道就可能呈现比较统一的黄色或红色。而山区森林的树种组成往往更加复杂,不同树种的色素特征、变色时间和生长环境相互叠加,便可能形成丰富的色彩层次。
当然,城市与山区并不存在绝对的颜色差异。具体呈现什么样的秋色,还要看当地种植或生长了哪些树、当年的天气如何,以及树木所处的微环境。
更有意思的是,树叶在落下之前,也并不是简单地走向衰败。
在叶片衰老过程中,树木会尽可能回收其中的氮等营养物质,将它们转运到枝干、根系等部位,为之后的生长储备资源。叶片逐渐改变颜色,正是这个复杂过程中的一部分。
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弗雷德里克·埃德温·丘奇,《秋林》,约1870年
图片来源:Smithsonian Design Museum
至于花青素为什么会在一些树种的秋叶中积累,目前仍有不同的科学解释。研究者提出,它可能帮助叶片应对衰老期间的强光和氧化压力,也有假说认为红色可能影响某些昆虫的取食或产卵行为。但这些解释并不能简单套用到所有树种身上。
一片秋叶的颜色,既记录着植物对季节变化的响应,也反映着树种自身的生理特征。
1.https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?business_type=100&ar_id=741978
2.https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?ar_id=270037&business_type=100&classify=0#1
3.https://paper.people.com.cn/rmrb/html/2023-12/07/nw.D110000renmrb_20231207_5-14.htm
4.https://www.smithsonianmag.com/science-nature/watch-leaves-change-color-matter-of-seconds-180972903/
作者:蝌蚪君
审核:刘颖 李培元 张超 杨柳
审核专家:史军 中国科学院植物学博士 正高级研究馆员
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