香山红叶为何这般红?

2019-10-25 19:46 来源:未知

  彩叶树种的叶色表现是受其内部DNA遗传和外界环境因素共同影响形成的结果,树种叶片内部不同色素的种类、含量、分布的不同则表现出数种颜色的不同,一般树木叶片中的色素主要有三大类:第一种是叶绿素类,主要包括两种叶绿素,一种是叶绿素a另一种是叶绿素b,第二种是类胡萝卜素,包括有类胡萝卜素和叶黄素两种,第三种是黄酮类色素,还叫做花色素苷。不同的色素种类也表现出不同的颜色反映机制;叶绿素a表现出蓝绿色,叶绿素b表现黄绿色,而类胡萝卜素表现橙黄色,叶黄素则表现出黄色,花色素苷在不同的酸碱性条件下能够呈现出红色和蓝色,那影响彩叶树种叶色变色的因素有哪些?

北方的秋天向来绚烂,京西一带更是如此,其中最有名的当属香山红叶。“小枫一夜偷天酒”,“霜叶红于二月花”,及至霜秋,满山火红,层林浸染间上演着寂静冬日之前的最后繁华。据香山公园管理处称,今年的香山红叶文化节自开幕以来,前往香山欣赏红叶的游客多达136万人。这生如夏花般的红叶,究竟是为何如此艳丽而令人倾倒的呢?

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西山红叶的主角,黄栌

秋天一些落叶植物,比如槭树科槭属植物和大戟科的乌桕会在落叶前变成红色。香山红叶包括了8个科14个树种,总株数达10万余株,五角枫、三角枫、鸡爪槭、紫叶李、柿树、银杏、栾树、小檗、五叶地锦等彩叶植物都是西山红叶景观中不可缺少的树种,但出演这场美景的主角却当属黄栌。

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【黄栌属于漆树科(Anacardiaceae)黄栌属(Cotinus),为落叶灌木或乔木植物。我国生长的黄栌是红叶变种,与原产匈牙利和捷克斯洛伐克的原变种不同之处在于叶两面及花序披柔毛。图片来自wiki commons/beijing.cn】

 

黄栌除了它那可供观赏的红色叶片,还有其它可供八卦的地方。黄栌花落后(六七月份),不孕花的花梗像落在树梢的紫红色羽毛,成片的黄栌连在一起就宛如万缕罗纱缭绕林间,黄栌的另一个俗称“烟树(smoke tree)”因此而来。黄栌木材为黄色,在古代是作黄色染料。有的学者认为,古代皇袍的颜色就是用黄栌来染,但这一说法还有待考证。

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【黄栌的花和比花更抢眼的黄栌花花序。黄栌的花序是圆锥花序,花落后,披着绒毛的紫红色花梗从远处看很容易被误认为是花瓣如丝的黄栌花。图片来自wiki commons】

 

  常色叶树种叶色的表现形式是受本身内在因素和外界环境共同影响的结果,促使其细胞的生长点基因表达发生变化或者是本身细胞内的遗传嵌合体造成了不同的叶色类型。春秋季节的气候环境因素的变化是导致起春、秋色叶树种叶片变色的主要原因。春天树木刚发出新的嫩叶,其细胞内叶绿素含量的合成还很少,而花色素苷在色素种类中起主导作用,这时候叶片则呈现出红色,到了秋天,由于气候转凉、温度降低,导致细胞内色素含量发生变化,叶绿色的含量明显降低,而花色素苷和类胡萝卜素的含量则比较稳定,变化不多,所以金钱松、五角枫、银杏等细胞内的类胡萝卜素的含量较高树木则呈现金黄色,而黄栌、鸡爪槭等细胞内的花色素苷含量会升高,树木呈现红色,所以总体上外界环境的因素是决定彩叶树种呈色的很重要的部分,主要是由于光照、温度以及土壤条件的变化影响了叶绿素的正常合成,导致树木叶片不同季节呈现不同颜色的反应。

叶子为什么这么红

人尽皆知叶片因含有叶绿素显绿色,但叶片中其实还含有其他色素,黄栌叶片中除了叶绿素外还含有花青素、黄酮醇苷和类胡萝卜素。花青素是花青苷元和花青素苷的总称,花青素在树叶组织中一般以花青素苷的形式存在。花青素苷是一类天然色素,由花青苷元与糖结合而成。它们与不同种类的糖结合,形成了种类繁多的花青素苷。黄栌叶片能呈现出红色就是叶绿素降解后,花青素含量上升的结果。中科院植物研究所的王亮生研究员研究植物成色机理多年,在接受果壳网采访时,王亮生解释说,光照、温度、水分、土壤等条件都会影响到黄栌叶色的变化,其中温度和光照是最主要的因素。

温度可以通过影响色素合成途径中关键酶的活性以及调节光合与呼吸速率的强弱,影响碳水化合物的积累,进而调节叶片中花青素的合成。而且许多彩叶植物要在较低的温度下或一定的高、低温循环才能表现出最佳色彩。对于黄栌来说,在昼/夜温度为17/9℃循环的条件下,叶片可以积累高浓度的花青素,从而迅速变红。

光强同样会影响叶片的呈色效果。王亮生说,光照一般能促进花青素或胡萝卜素的生成,光照越强,促进作用越大。黄栌叶片的红色受光照的影响就十分明显。山顶光照充足的黄栌叶片鲜艳美丽,而位于山底光照不足的植株,其叶片上会掺杂不同程度的绿色,看上去就不那么可人了。不过好在低温能够弥补光照的不足,只要等天气再冷些就能美丽“冻”人。

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【香山黄栌主要分布在海拔150~500米之间,不同海拔的植株因为感受到的光照和温度不同,变色时间也存在差异。图片来自beijing.cn】

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香山公园的葛雨萱助理工程师告诉果壳网,在空间尺度上,高海拔处(564米)的黄栌变色较早,但红得快,落得也快,因此比较合适的观赏期在10月下旬20日至10月28日;而中海拔处的变色时期与高海拔处的相差不多,但红叶期持续时间更久,观赏期也可持续到11月初。山下低海拔处的黄栌最晚变色,也是最晚落叶的,比较适合后期观赏(11月初以后)。

  变色因素:

不仅红,还要艳

要独占红叶美景鳌头,香山黄栌光红还不行,还要艳!这就要依靠叶片中的另一类色素——黄酮醇苷了。这种色素在叶片中含量的上升可以增加叶片的黄色调和明度。根据王亮生研究员的研究,在香山黄栌叶片的颜色由绿转红的过程中,黄酮醇苷一直呈现上升趋势,因此黄栌的红就会像艳丽的晚霞。通过其他学者对银杏叶片的研究发现,同花青素的合成一样,光照和温度对黄酮醇苷的合成影响最大。黄酮醇苷有助于植物抵抗紫外线,因此紫外线强度较大的光照更能增加叶片中黄酮醇苷的含量。同时适当的低温和较大的温差也可促进黄酮醇苷的合成,提高叶片的艳丽程度。

  一、光照

更红更绚烂

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【树叶犹如鸡爪的鸡爪槭(Acer palmatum)和李属的紫叶李(Prunus cerasifera),颜色分别呈现出纯净的红色和紫色。图片来自wiki commons】

 

不同植物叶片中的色素组成有所差别,也就造成了秋天缤纷多彩的叶片颜色。红色或紫色是由于新合成的花青素在叶片内积累,如黄栌、鸡爪槭;而变黄的树叶,如银杏、杨树的树叶中一般没有花青素的积累或者含量很低,于是叶绿素降解后类胡萝卜素和类黄酮(黄酮、黄酮醇类色素)的颜色占了主导地位。

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【印在海蓝色天空下亮黄色的银杏树叶,秋天的银杏叶和红叶,你觉得谁更好看?图片来自wiki commons】

 

其实,就算是黄栌本身,不同植株的秋叶色彩也是不尽相同的。王亮生研究员告诉果壳网,经过多年的观察,香山公园黄栌秋叶的呈色主要有“黄”、“橙红”、“紫红”和“红”4种叶色类型。在变色期,这4种类型的黄栌叶片中,花青素的含量差异较大,颜色越红,越深的,花青素含量越高。虽说颜色的差别会增加层次感,景色也更加丰富,但如果黄色过多还是会对红叶的观赏效果打点折扣。王亮生研究员及其研究小组发现,外施乙烯利可以有效的改善黄栌秋叶的颜色,加深红色,并且不会使叶片提前脱落,缩短观赏期。目前,他们也正在研究其它人工改善微环境、调节小气候来改善叶色的方法。

最后,友情提示各位,香山的红叶观赏时间还可持续一周左右,想去赏秋景的,可得抓住今秋最后的机会哦。

 

感谢网友糖包包指出文章在花青素叙述上存在的问题。

(此项目由北京市科委科普专项基金资助)

  光照是影响彩叶树种叶色发生变化的最重要的环境因素,它能够影响树木细胞内色素的合成、影响细胞内色素相关的酶的活性,从而对彩色叶树种的呈色和生长有很大影响。光照强度直接影响到叶片细胞内色素的分布和合成,由于细胞内色素结构发生的变化导致叶片颜色发生了很大的变化,不同的植物种类对于光照的反应机制不同,如金叶女贞和红继木等必须接受光照,在这种天剑侠植物叶片才能表现出最佳的观赏效果。同一叶片的上下表面由于接受光照的不同所表现的颜色也不同。光照中不同波长的光照和时间对于植物叶片的颜色也有很大的影响,比如红继木、紫叶李、美人梅、紫叶矮樱对于光照中蓝色光的吸收较好,可以使其他颜色的光照像其他方向转换,这样可以促使彩色叶植物更好的表现出不同的色彩感觉。

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