“停车坐爱枫林晚,霜叶红于二月花”,时下正是秋意正浓的日子,无论是城市街道旁的大树,还是乡间山峦里的丛林,秋的颜色正渐渐浸染着我们的视野,那曾经的一片片郁郁葱葱,已露出了恣意的斑斓与张扬的绚丽。
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作为“学化学的”,欣赏美景的时候,对其背后的化学原理是不是也有点好奇?大家都知道树叶和草的绿色来自于其中的叶绿素,在光合作用过程中,叶绿体利用叶绿素吸收的太阳光能量把二氧化碳和水转化为葡萄糖,为植物以及依赖于植物生活的动物提供了最初的有机原料。正是大量存在于植物中的叶绿素,为我们的眼睛呈现了恬静深邃的绿色森林和草原。
不过在树叶里除了叶绿素还有其它一些有颜色的化合物。在许多植物的叶子中存在的另一个色素是胡萝卜素。胡萝卜素吸收蓝绿色和蓝色光,而其反射的光看起来是黄色。胡萝卜素也是许多植物的叶绿体中包含的一种较大的分子。当胡萝卜素和叶绿素同时存在于树叶中时,它们一起吸收阳光中的红色、蓝绿色、蓝色光,此时叶片反射的光看起来还是绿色。在这里胡萝卜素是作为辅助的光吸收剂,由胡萝卜素吸收的光能量被转移到叶绿素,并被用于光合作用。与叶绿素相比,胡萝卜素是一种更加稳定的化合物。当叶绿素从叶子中消失后,剩余的胡萝卜素就会使树叶呈现出黄色。
树叶中的第三类色素是花青素。花青素吸收蓝色、蓝绿色、绿色光,反射的光看起来是红色。与叶绿素和胡萝卜素不同,花青素并不是附着在细胞膜上,而是溶解在细胞液里。这些色素产生的颜色对细胞液的pH值敏感,如果细胞液具有较强酸性,则这些色素显出鲜红的颜色;如果细胞液的酸性较弱,该色素的颜色偏紫。这也是为什么成熟的苹果发红而成熟的葡萄发紫的原因。花青素由细胞液中的糖和某些蛋白质之间的反应形成,该反应只有在细胞液中的糖浓度很高时才会发生,而且这个反应也需要光。这也是为什么苹果经常会出现一面红色而另一面绿色的原因——有阳光照射的一面是红的,而背阴的一面就是绿色的。
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树叶中还有一种有色化合物叫黄酮醇,是类黄酮家族的一部分。它一直存在于树叶中,显示出蛋黄的那种黄色。不过,它的颜色在很多时候被叶绿素掩盖。
叶绿素不是一个非常稳定的化合物,明亮的阳光会使其持续分解。为了保持叶绿素在叶子中的含量,植物必须连续不断地合成它。植物中的叶绿素的合成需要阳光和温暖的气候。因此,在夏季叶绿素可以被充足的供应到树叶,这时我们就会看到绿油油的树林。
然而到了秋天,不断缩短的白天和日益凉爽的夜晚,让树木里的生化环境起了变化。其中有一个变化就是在树木枝干与叶茎之间长出了木栓质膜。此膜会干扰阻止营养物质流入叶片。因为养分流动中断,树叶里的叶绿素含量下降,而使其绿色变淡。只有在这个时候,树叶中的其它色素分子才有机会展示它们的本色。
如果树叶中含有胡萝卜素,比如桦木和山核桃的树叶,当叶绿素逐渐消失时,它的颜色会从绿色变为亮黄色。在另一些树叶中,当糖分浓度增加到一定水平后,就会形成花青素,让泛黄的叶子变成红色或紫色。红枫树、红橡树、漆树等植物能够产生丰富的花青素,因此它们的叶子会变成亮红色和紫色,为秋天的景色增添了浓墨重彩。
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秋天颜色的强度和范围受天气影响很大。低气温会破坏叶绿素,而如果温度保持在零度以上,则会促进花青素的形成。明媚的阳光也会破坏叶绿素并提高花青素的产量。在干燥的天气里,细胞液中的糖浓度会增加(想想新疆的葡萄和大枣吧),这也增加了花青素的含量。所以,最亮丽的秋色往往产生于干燥而阳光充足的地方。
朋友们,在与亲友一起出游欣赏醉人秋色的同时,顺便向她(他)们讲讲“色”的化学,岂不快哉!
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