Mùa thu là sự bùng nổ cho các giác quan, nổi bật là màu sắc sặc sỡ của lá mùa thu. Hóa học xảy ra ngay trước mắt chúng ta khi lá cây thay đổi từ màu xanh lục tươi sáng sang các sắc thái rực rỡ như đỏ, cam và vàng. Vậy chính xác thì điều gì đang gây ra những thay đổi này? Đọc để tìm hiểu. Ẩn mình trong màu xanh lá cây Sự đa dạng của màu sắc được quan sát duy nhất trong mùa thu thực sự được nhúng vào lá quanh năm. Lý do chúng ta không nhìn thấy chúng thường xuyên là vì lục lạp trên cây tạo ra rất nhiều chất diệp lục vào mùa hè khiến màu xanh lá cây lấn át các màu khác. Lục lạp là bào quan trong tế bào lá có nhiệm vụ quang hợp, cung cấp năng lượng cần thiết cho cây để sinh trưởng và sinh sản. Ở thực vật, quá trình quang hợp dựa vào chất diệp lục, được tạo ra rất nhiều trong mùa xuân và mùa hè có nhiều ánh nắng mặt trời. Chất diệp lục hấp thụ ánh sáng đỏ, cam và xanh lam từ mặt trời nhưng hầu như không có bất kỳ màu xanh lục nào được phản chiếu trở lại mắt của chúng ta. Do có nhiều chất diệp lục trong cây vào mùa xuân và mùa hè nên lá có màu xanh lục và các màu bên dưới của lá bị ẩn đi. Đặc điểm chính của chất diệp lục là bốn vòng giống như pyrrole liên kết với nhau thành một vòng lớn hơn tạo thành cấu trúc porphyrin. Porphyrin thường được tìm thấy trong các phân tử sinh học có màu sắc rực rỡ, đáng chú ý nhất là hemoglobin màu đỏ tươi trong máu của bạn. Ai biết máu và lá có nhiều điểm chung như vậy? Sự khác biệt về màu sắc đến từ kim loại, các porphyrin trong chất diệp lục liên kết với magiê, trong khi các porphyrin trong hemoglobin liên kết với sắt. Ngoài ra, hai phân tử có các thành phần hữu cơ khác nhau liên kết với các porphyrin, làm thay đổi hình dạng và khả năng phản ứng của chúng. Cấu trúc diệp lục Sự hấp thụ năng lượng mặt trời của Chlorphyll tạo ra một loạt các phản ứng oxy hóa khử (chuyển điện tử) chuyển carbon dioxide và nước thành glucose và oxy. Cây dự trữ một phần glucose và sử dụng phần còn lại để phát triển, đồng thời nó thải oxy vào khí quyển. Các phản ứng oxy hóa khử cũng phá vỡ chất diệp lục, có nghĩa là thực vật phải liên tục xây dựng lại nó để tồn tại. Khi màu đậm nổi lên Khi các ngày ngắn lại vào mùa thu, những cây cối và bụi rậm có màn trình diễn hình ảnh ngoạn mục chuẩn bị cho mùa đông bằng cách ngừng sản xuất chất diệp lục tiêu tốn nhiều năng lượng của chúng và thay vào đó dựa vào glucose dự trữ để cung cấp năng lượng. (Việc rụng lá cũng cho phép cây bảo tồn nước mà nếu không sẽ bốc hơi khỏi những bề mặt phẳng, rộng đó). Trong lá. Hai loại hợp chất tạo ra màu sắc tươi sáng của mùa thu: Carotenoid và flavonoid. Carotenoid có trong mô hoặc tế bào của động vật hoặc thực vật. Thực vật sử dụng các phân tử này để hỗ trợ chất diệp lục hấp thụ ánh sáng và giúp bảo vệ chất diệp lục khỏi tác hại của bức xạ mặt trời. Carotenoid cũng có thể hoạt động như chất chống oxy hóa, giúp bảo vệ các cấu trúc sản xuất năng lượng trong tế bào thực vật. Carotenoid phổ biến được tìm thấy trong lá bao gồm lutein và beta-carotene. Màu vàng được cho là do một loại carotenoid được gọi là xanthophylls và hai loại flavonoid được gọi là flavonol và flavone. Màu cam có thể đến từ beta-carotene carotenoid, chất này hấp thụ mạnh ánh sáng xanh lục và xanh lam và phản chiếu màu đỏ và vàng. Điều này cho phép mắt chúng ta cảm nhận được màu cam. Violaxanthin là một loại carotenoid khác chịu trách nhiệm tạo ra màu cam của lá. Flavonoid có cấu trúc khác với carotenoid và thường có nhiều vòng phenyl hơn trong phân tử. Flavonoid cũng có thể chứa nhiều nguyên tử oxy hơn trong cấu trúc của chúng. Mặc dù flavonoid được tìm thấy trong lá nhưng chúng rất cần thiết trong việc tạo màu sắc cho hoa. Ngoài ra, chúng đóng một vai trò trong việc hấp thụ tia cực tím và sản xuất năng lượng. Màu đỏ và tím rực rỡ của một số lá đến từ anthocyanins. Không giống như các hợp chất đầy màu sắc khác, anthocyanins chỉ được sản xuất vào mùa thu. Chúng là sản phẩm của các phản ứng phức tạp giữa glucose, phosphate và các yếu tố khác của thực vật. Vì vậy, cây càng lưu trữ nhiều glucose, thì càng có nhiều anthocyanins mà nó có thể tạo ra, giúp hiển thị sáng hơn. Ngoài ra, màu sắc phụ thuộc vào độ pH, vì vậy độ chua của đất có thể đóng một vai trò trong màu sắc của lá. Có một số lý do tại sao thực vật có thể sử dụng một số glucose quý giá của chúng để tạo ra anthocyanins khi chúng có thể dự trữ cho mùa đông. Thực vật sử dụng anthocyanins để thu hút động vật đến quả, từ đó giúp cây phân phối hạt giống. Cây tiếp xúc với nhiều ánh sáng mặt trời sẽ tạo ra nhiều anthocyanins hơn. Người ta cho rằng anthocyanins cũng có thể hoạt động như chất ức chế hình ảnh, hoặc "kem chống nắng", để bảo vệ các tế bào của cây khỏi bị tổn thương tiềm ẩn do tia cực tím năng lượng cao từ mặt trời vào thời điểm mà chất diệp lục không có mặt để thực hiện công việc. Màu nâu đến từ tannin, chất này cũng luôn có trong thực vật. Chúng giúp bảo vệ cây khỏi những kẻ săn mồi và có thể có vai trò trong quá trình tăng trưởng. Tại sao đôi khi màu xanh lá cây lại dễ dàng hơn Tất nhiên, không phải cây cối nào cũng mất màu xanh vào mùa đông. Các loài cây lá kim và nhiều loài thực vật nhiệt đới thường xanh, giữ được nguồn cung cấp chất diệp lục quanh năm. Trong trường hợp thực vật nhiệt đới, lý do rất đơn giản - chúng phát triển mạnh ở vùng khí hậu ôn đới gần xích đạo hơn. Ở đó, mặt trời và nước không bị đóng băng dồi dào quanh năm, vì vậy cây không cần phải ngừng sản xuất chất diệp lục hoặc rụng lá khỏe mạnh. Các loài cây lá kim, chẳng hạn như thông, linh sam và vân sam, là một câu chuyện khác. Những cây này đã thích nghi với những điều kiện khắc nghiệt hơn, nơi nước và chất dinh dưỡng khan hiếm và nhiệt độ lạnh hơn rất dồi dào. Trong những điều kiện này, rất khó để dự trữ đủ glucose để tồn tại trong mùa đông dài. May mắn thay, các loài cây lá kim có một số đặc điểm giúp chúng có thể làm việc trong nhà máy cung cấp chất diệp lục của chúng cả năm. Lá của chúng có hình dạng như những chiếc kim dài, mỏng, được phủ một lớp cutin - một loại polyester dạng sáp. Hình dạng mỏng và lớp phủ sáp giúp ngăn chặn sự bốc hơi nước, do đó quá trình quang hợp có thể tiếp tục. Ngoài ra, nhiều loại kem chống nắng tạo ra chất chống đông của riêng chúng. Trong khi glucose, giống như bất kỳ chất hòa tan nào, làm giảm điểm đóng băng của nước trong cây, cây lá kim cũng tạo ra các hormone chống đông (như axit jasmonic) và protein. Chất chống đông rất quan trọng đối với sức khỏe của cây; khi nước đóng băng, các phân tử có cấu hình lục giác chiếm nhiều không gian hơn nước ở thể lỏng. Nói cách khác, nước nở ra khi nó đóng băng, điều này sẽ làm vỡ thành tế bào và giết chết cây. (Điều này cũng làm cho các loại rau không được đông lạnh đúng cách trở nên nhão) Vì vậy, chất chống đông giữ nước có sẵn cho quá trình quang hợp và nguyên vẹn thành tế bào của cây. Xanh lá cây, vàng, cam, đỏ, tím và nâu. Quá trình thay lá tạo ra một bữa tiệc màu sắc cho đôi mắt!
