Một trong những đặc điểm nổi bật của mùa thu chính là cây bắt đầu thay lá. Những chiếc lá màu xanh dần ngả sang màu vàng và bắt đầu rụng đi, khoác lên một diện mạo mới cho thảm thực vật ở khắp nơi trên thế giới. Vậy tạo sao cứ đến mùa thu là lá cây lại đổi màu? Bài viết này sẽ trả lời cho câu hỏi trên.
Các loại sắc tố ảnh hưởng đến màu sắc lá cây
Về cơ bản, bên trong cấu trúc lục lạp của tế bào thực vật có chứa một loại sắc tố được gọi là diệp lục. Đây chính là sắc tố đã tạo nên màu xanh cho lá cây. Các phân tử diệp lục tố có khả năng hấp thụ các bước sóng của ánh sáng đỏ và ánh sáng xanh dương trong ánh sáng trắng của Mặt Trời. Còn lại bước sóng ánh sáng xanh lá sẽ được phản xạ đến mắt người. Do đó, khi quan sát lá cây chúng ta sẽ thấy nó có màu xanh.
Diệp lục tố (C55H70MgN4O6) còn là thành phần thiết yếu trong quá trình quang hợp - quá trình chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng Mặt Trời thành năng lượng hóa học. Trong quá trình này, diệp lục sẽ dùng ánh sáng Mặt Trời để cung cấp năng lượng cho việc chuyển đổi CO2 và nước thành khí Oxy và hợp chất hữu cơ. Các hợp chất hữu cơ này được ví như nguồn "thức ăn" cung cấp cho sự sinh trưởng của thực vật. Tuy nhiên, chất diệp lục tồn tại tương đối không ổn định và liên tục bị phân hủy trong tế bào thực vật. Do đó, thực vật cần phải có nhiệt độ và ánh sáng từ Mặt Trời để luôn duy trì đủ lượng diệp lục cần thiết trong lá cây. Vào mùa hè, chất diệp lục liên tục được sản xuất và tái tạo một cách dồi dào bên trong lá cây.
Tuy nhiên, diệp lục không phải là loại sắc tố duy nhất trong lá cây. Một loại sắc tố khác được tìm thấy trong lục lạp của nhiều loài thực vật là Carotene (C40H36). Carontene có khả năng hấp thụ ánh sáng xanh dương và xanh ngọc. Vì vậy, ánh sáng phản xạ từ lá trở lại mắt người sẽ có màu vàng và cam. Khi diệp lục tố và carotene cùng xuất hiện trong lá cây, cả 2 sắc tố sẽ cùng nhau hấp thụ ánh sáng đỏ, xanh ngọc và xanh dương từ ánh sáng Mặt Trời chiếu vào lá cây. Cuối cùng còn lại ánh sáng xanh lá cây mới được phản xạ lại vào mắt người. Năng lượng do các phân tử carontene lấy từ ánh sáng Mặt Trời cũng được chuyển cho diệp lục tố để phục vụ quá trình quang hợp. Tuy nhiên, carotene là một chất bền vững hơn so với diệp lục và sẽ tồn tại trong lá ngay cả khi diệp lục bị mất đi.
Một loại sắc tố thứ 3, cũng chứa bên trong lá cây là anthocyanins. Anthocyanins hấp thụ ánh sáng màu xanh dương, màu xanh ngọc và màu xanh lá. Do đó, ánh sáng phản chiếu từ những chiếc lá có chứa Anthocyanins trở lại mắt người là màu đỏ. Tuy nhiên khác với diệp lục và carotene, Anthocyanins không gắn vào màn tế bào mà được hòa tan vào trong tế bào chất. Đồng thời, màu sắc của loại sắc tố này phụ thuộc vào độ pH của tế bào chất. Nếu tế bào chất có tính acid, sắc tố này sẽ có màu đỏ tươi. Ngược lại nếu tế bào chất có tính bazo thì sắc tố sẽ có màu tím. Đây chính là loại sắc tố quy định màu đỏ của táo và màu tím của nho khi chín.
Anthocyanins là sản phẩm từ phản ứng giữa đường và các protein trong tế bào chất. Do đó, phản ứng này chỉ xảy ra khi nồng độ đường trong thực vật đạt đến mức độ thích hợp. Đồng thời, phản ứng cũng yêu cầu có ánh sáng để xảy ra. Do đó, nếu bạn quan sát những quả táo, bạn sẽ thấy đôi khi màu của nó không được đồng đều, mặt được ánh sáng chiếu rọi sẽ có màu đỏ, còn mặt không được chiếu sáng sẽ ngả màu xanh nhiều hơn.
Sự thay đổi của sắc tố khi bước vào mùa thu
Trong suốt mùa hè, lá cây là một nhà máy sản xuất đường từ CO2 và nước nhờ hoạt động của ánh sáng Mặt Trời và diệp lục. Nhờ lượng diệp lục luôn được bổ sung dồi dào dưới tác dụng của ánh sáng Mặt Trời mà lá cây sẽ có màu xanh (tùy vào nồng độ của diệp lục và carotene mà lá cây sẽ có màu tươi hoặc sẫm khác nhau). Khi đó, nước và chất dinh dưỡng sẽ đi từ rễ cây, chảy qua thân, nhánh và đến lá cây. Đường được sinh ra từ quá trình quang hợp sẽ từ lá đi khắp các bộ phận của cây để lưu trữ hoặc giúp cây sinh trưởng.
Cảnh mùa thu ở Virginia, Mỹ. Ảnh: Minh Văn
Vào cuối mùa hè và bước sang mùa thu, ngày nắng nóng sẽ dần ngắn lại và đêm mát mẻ cũng trở nên dài hơn các mùa khác trong năm. Điều nay gây nên những biến đổi rõ rệt trong hoạt động sống của cây. Một trong những sự khác biệt chính là giữa nhánh cây và gốc lá sẽ xuất hiện màng corky ngăn chặn dòng chảy chất dinh dưỡng và nước đi vào lá. Do dòng chảy này đã bị gián đoạn, quá trình sản xuất chất diệp lục cũng bị ngừng lại. Chính vào lúc này, màu xanh của lá cũng bắt đầu mất dần. Nếu lá có chứa carotene (như lá phong,...), nó sẽ biến thành màu vàng tươi do chất diệp lục đã biến mất.
Trên một số loại cây khác, nồng độ đường trong lá tăng lên, diệp lục đã giảm xuống trong khi Anthocyanins vẫn còn hiện diện, lá sẽ có màu đỏ tươi hoặc màu tím tùy vào độ pH của mỗi loại cây. Ngoài ra, cường độ và dải màu lá cây cũng chịu sự tác động mạnh mẽ của thời tiết. Nhiệt độ thấp sẽ tiêu diệt chất diệp lục nhưng lại thúc đẩy sự hình thành Anthocyanins. Anh sáng Mặt Trời cũng sẽ phân hủy chất diệp lục và tăng cường sản xuất Anthocyanins. Đồng thời, khí hậu hanh khô làm tăng nồng độ đường trong tế bào chất cuối cùng làm tăng nồng độ Anthocyanins. Tóm lại, mùa thu với khí hậu lạnh, khô, ngày nắng ngắn, đêm lạnh dài sẽ khiến lá đổi màu.
Tham khảo Wiki, Esf, Pbs, CPC, Scifun, BBC, Science, MiniSci
Các loại sắc tố ảnh hưởng đến màu sắc lá cây
Về cơ bản, bên trong cấu trúc lục lạp của tế bào thực vật có chứa một loại sắc tố được gọi là diệp lục. Đây chính là sắc tố đã tạo nên màu xanh cho lá cây. Các phân tử diệp lục tố có khả năng hấp thụ các bước sóng của ánh sáng đỏ và ánh sáng xanh dương trong ánh sáng trắng của Mặt Trời. Còn lại bước sóng ánh sáng xanh lá sẽ được phản xạ đến mắt người. Do đó, khi quan sát lá cây chúng ta sẽ thấy nó có màu xanh.
Diệp lục tố (C55H70MgN4O6) còn là thành phần thiết yếu trong quá trình quang hợp - quá trình chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng Mặt Trời thành năng lượng hóa học. Trong quá trình này, diệp lục sẽ dùng ánh sáng Mặt Trời để cung cấp năng lượng cho việc chuyển đổi CO2 và nước thành khí Oxy và hợp chất hữu cơ. Các hợp chất hữu cơ này được ví như nguồn "thức ăn" cung cấp cho sự sinh trưởng của thực vật. Tuy nhiên, chất diệp lục tồn tại tương đối không ổn định và liên tục bị phân hủy trong tế bào thực vật. Do đó, thực vật cần phải có nhiệt độ và ánh sáng từ Mặt Trời để luôn duy trì đủ lượng diệp lục cần thiết trong lá cây. Vào mùa hè, chất diệp lục liên tục được sản xuất và tái tạo một cách dồi dào bên trong lá cây.
Tuy nhiên, diệp lục không phải là loại sắc tố duy nhất trong lá cây. Một loại sắc tố khác được tìm thấy trong lục lạp của nhiều loài thực vật là Carotene (C40H36). Carontene có khả năng hấp thụ ánh sáng xanh dương và xanh ngọc. Vì vậy, ánh sáng phản xạ từ lá trở lại mắt người sẽ có màu vàng và cam. Khi diệp lục tố và carotene cùng xuất hiện trong lá cây, cả 2 sắc tố sẽ cùng nhau hấp thụ ánh sáng đỏ, xanh ngọc và xanh dương từ ánh sáng Mặt Trời chiếu vào lá cây. Cuối cùng còn lại ánh sáng xanh lá cây mới được phản xạ lại vào mắt người. Năng lượng do các phân tử carontene lấy từ ánh sáng Mặt Trời cũng được chuyển cho diệp lục tố để phục vụ quá trình quang hợp. Tuy nhiên, carotene là một chất bền vững hơn so với diệp lục và sẽ tồn tại trong lá ngay cả khi diệp lục bị mất đi.
Một loại sắc tố thứ 3, cũng chứa bên trong lá cây là anthocyanins. Anthocyanins hấp thụ ánh sáng màu xanh dương, màu xanh ngọc và màu xanh lá. Do đó, ánh sáng phản chiếu từ những chiếc lá có chứa Anthocyanins trở lại mắt người là màu đỏ. Tuy nhiên khác với diệp lục và carotene, Anthocyanins không gắn vào màn tế bào mà được hòa tan vào trong tế bào chất. Đồng thời, màu sắc của loại sắc tố này phụ thuộc vào độ pH của tế bào chất. Nếu tế bào chất có tính acid, sắc tố này sẽ có màu đỏ tươi. Ngược lại nếu tế bào chất có tính bazo thì sắc tố sẽ có màu tím. Đây chính là loại sắc tố quy định màu đỏ của táo và màu tím của nho khi chín.
Anthocyanins là sản phẩm từ phản ứng giữa đường và các protein trong tế bào chất. Do đó, phản ứng này chỉ xảy ra khi nồng độ đường trong thực vật đạt đến mức độ thích hợp. Đồng thời, phản ứng cũng yêu cầu có ánh sáng để xảy ra. Do đó, nếu bạn quan sát những quả táo, bạn sẽ thấy đôi khi màu của nó không được đồng đều, mặt được ánh sáng chiếu rọi sẽ có màu đỏ, còn mặt không được chiếu sáng sẽ ngả màu xanh nhiều hơn.
Sự thay đổi của sắc tố khi bước vào mùa thu
Trong suốt mùa hè, lá cây là một nhà máy sản xuất đường từ CO2 và nước nhờ hoạt động của ánh sáng Mặt Trời và diệp lục. Nhờ lượng diệp lục luôn được bổ sung dồi dào dưới tác dụng của ánh sáng Mặt Trời mà lá cây sẽ có màu xanh (tùy vào nồng độ của diệp lục và carotene mà lá cây sẽ có màu tươi hoặc sẫm khác nhau). Khi đó, nước và chất dinh dưỡng sẽ đi từ rễ cây, chảy qua thân, nhánh và đến lá cây. Đường được sinh ra từ quá trình quang hợp sẽ từ lá đi khắp các bộ phận của cây để lưu trữ hoặc giúp cây sinh trưởng.
Cảnh mùa thu ở Virginia, Mỹ. Ảnh: Minh Văn
Vào cuối mùa hè và bước sang mùa thu, ngày nắng nóng sẽ dần ngắn lại và đêm mát mẻ cũng trở nên dài hơn các mùa khác trong năm. Điều nay gây nên những biến đổi rõ rệt trong hoạt động sống của cây. Một trong những sự khác biệt chính là giữa nhánh cây và gốc lá sẽ xuất hiện màng corky ngăn chặn dòng chảy chất dinh dưỡng và nước đi vào lá. Do dòng chảy này đã bị gián đoạn, quá trình sản xuất chất diệp lục cũng bị ngừng lại. Chính vào lúc này, màu xanh của lá cũng bắt đầu mất dần. Nếu lá có chứa carotene (như lá phong,...), nó sẽ biến thành màu vàng tươi do chất diệp lục đã biến mất.
Trên một số loại cây khác, nồng độ đường trong lá tăng lên, diệp lục đã giảm xuống trong khi Anthocyanins vẫn còn hiện diện, lá sẽ có màu đỏ tươi hoặc màu tím tùy vào độ pH của mỗi loại cây. Ngoài ra, cường độ và dải màu lá cây cũng chịu sự tác động mạnh mẽ của thời tiết. Nhiệt độ thấp sẽ tiêu diệt chất diệp lục nhưng lại thúc đẩy sự hình thành Anthocyanins. Anh sáng Mặt Trời cũng sẽ phân hủy chất diệp lục và tăng cường sản xuất Anthocyanins. Đồng thời, khí hậu hanh khô làm tăng nồng độ đường trong tế bào chất cuối cùng làm tăng nồng độ Anthocyanins. Tóm lại, mùa thu với khí hậu lạnh, khô, ngày nắng ngắn, đêm lạnh dài sẽ khiến lá đổi màu.
Tham khảo Wiki, Esf, Pbs, CPC, Scifun, BBC, Science, MiniSci
