植物の葉はなぜ色が変わるのでしょうか？

秋になると、公園や街路の葉が赤や黄色に変わります。なぜ色が変わるのかと疑問に思う人もいるでしょう。

季節ですか？

二十四節気の立秋が秋の始まりであると多くの人が信じています。実際、気象学的な意味では、毎日の平均気温またはスライディング平均気温が 22°C 未満で 10°C 以上になると秋が正式に始まります。

植物の外部形態について、古代人は「一枚の葉が落ちると秋が来たことがわかる」と言いました。実際、葉の色の正常な変化と落葉は、季節の巡りと秋の到来を示す典型的な兆候です。通常、これらの木は緑の葉を持ち、秋になると紫、黄色、赤、さらには赤、黄色、緑のグラデーションなど、さまざまな美しい色に変わります。植物の色の変化は季節と関係があるのでしょうか？

しかし、注意深い友人たちは、春に芽吹いた植物の葉や、秋に摘んだ後に生える葉も赤や黄色に見えることを発見しました。これはなぜでしょうか?

植物の葉が変色する理由

1. 葉緑体中のいくつかの色素による光の吸収と反射

自然界の主な光源は太陽光であり、地球に到達するとさまざまな波長を持ち、広いスペクトルを形成します。人間が見ることができる光の波長範囲は、一般的に 440 ナノメートルから 700 ナノメートルの間です。この波長範囲は、虹の色、つまり赤、オレンジ、黄、緑、シアン、青、紫です。植物の葉の細胞には葉緑体が存在します。葉緑体に含まれるクロロフィル、カロテノイド、その他の色素は、太陽光の可視光線の一部を吸収して反射し、光合成を行います。このうちクロロフィルは主に青紫色光と赤色光を吸収し、緑色光はほとんど吸収しません。緑色の光は葉に反射され、緑の葉が見えるのです。カロテノイドは主に青紫色の光を吸収し、黄色、オレンジ色、またはオレンジがかった赤色の光を反射します。クロロフィルは春に合成され、秋に分解されます。クロロフィルの含有量が減少すると、他の色素が現れ、植物の色に変化が現れます。

2. 光と温度条件は葉の色に影響する

葉緑体にはクロロフィル、カロテノイド、アントシアニンが含まれており、これらは植物の色に影響を与える要素です。光は葉緑体の発達にとって重要な条件の一つです。植物の発生においては、葉緑体は前色素体から発達します。分裂組織では、前プラスチドのみが細胞の成長と分化を伴います。光条件下では、前色素体の内膜が内側に凹み、徐々に葉緑体を形成します。多くの植物では、若い葉の葉緑体は完全には発達しておらず、クロロフィル含有量は比較的低いです。相対的に言えば、他の色素がより優勢になり、葉は他の色を示します。葉が徐々に成熟するにつれて、クロロフィル含有量が増加し、緑色が徐々に濃くなっていきます。

また、光と温度は葉の中のクロロフィルやカロテノイドなどの合成と分解を調節することで、葉の色に影響を与えます。昼と夜の温度差は、アントシアニンの合成と蓄積、クロロフィルの分解を著しく促進します。アントシアニンの出現により、秋には葉が赤くなります。葉に含まれるさまざまな色素の含有量は、温度、湿度、光などの環境要因の変化によって変化するため、季節や成長段階によって葉の色が異なります。これを知ることで、同じ植物種が異なる場所にある理由、または同じ植物の日陰側と日向側が異なる時期に、異なる程度に色が変わる理由を説明できます。もちろん、こうした症状は植物の個体差からも生じます。

3. pH値は植物の葉の色に影響する

植物の液胞にはさまざまな色素も含まれています (一般的な色素にはアントシアニンが含まれます)。異なる顔料は同じ pH 条件下でも異なる色を示し、同じ顔料でも異なる pH 条件下では異なる色を示します。たとえば、アントシアニンは不安定なフラボノイド化合物で、酸性条件下では赤や紫色に、pH が 7.0 に近い場合はほぼ無色に、アルカリ性溶液では青色に見えます。秋になると、光が弱まり、気温が下がり、葉のほとんどの植物細胞の液胞が酸性またはアルカリ性になります。この時期になると、葉の色が赤や黄色、まだら模様に変わります。葉の色の変化は斑点があり、深みがあり、これは天然色素の含有量、割合、分布の違いに密接に関係しています。

霜降下期以降は、寒気が頻繁に南下し、気温が下がり、日照時間が短くなり、植物に多くの変化が起こります。私たちは、葉の緑色が徐々に消え、クロロフィルに隠れていた他の色が見えるようになり、緑の葉の木のほとんどが息をのむような色に変わっていく様子を注意深く観察しました。実際、葉が色が変わる理由は他にもたくさんあります。温度、光、湿度、酸塩基の変化を認識し、捉えやすくなるだけです。