راز تغییر رنگ برگ ها در پاییز: چرا برگ ها رنگارنگ می شوند؟

شاید برایتان سوال باشد که چرا با فرارسیدن فصل پاییز، برگ درختان رنگ‌های زنده‌تر و متنوع‌تری به خود می‌گیرند. دلیل اصلی این پدیده، تغییرات شیمیایی پیچیده‌ای است که در داخل برگ‌ها رخ می‌دهد.

نقش کلروفیل در رنگ سبز برگ‌ها

در طول فصل بهار و تابستان، برگ‌ها به دلیل وجود فراوان رنگدانه کلروفیل به رنگ سبز دیده می‌شوند. کلروفیل وظیفه جذب نور خورشید برای انجام فتوسنتز و تولید غذا برای درخت را بر عهده دارد. میزان کلروفیل در برگ‌ها به حدی زیاد است که رنگ سبز آن، سایر رنگدانه‌های موجود را پنهان می‌کند.

کاهش نور و زوال کلروفیل

با کوتاه شدن روزها در فصل پاییز، میزان نور خورشید دریافتی توسط برگ‌ها کاهش می‌یابد. این کاهش نور، تولید کلروفیل را نیز کاهش می‌دهد. در حالی که تجزیه کلروفیل با سرعت ثابتی ادامه دارد، در نتیجه رنگ سبز برگ‌ها به تدریج محو می‌شود و رنگ‌های دیگر نمایان می‌گردند.

رنگدانه‌های آنتوسیانین و قرمزی برگ‌ها

همزمان با کاهش کلروفیل، غلظت قند در برگ‌ها افزایش می‌یابد که این امر موجب تولید بیشتر رنگدانه‌های آنتوسیانین می‌شود. برگ‌هایی که حاوی مقدار زیادی آنتوسیانین باشند، به رنگ قرمز دیده می‌شوند. تولید آنتوسیانین در پاسخ به افزایش قند و نور صورت می‌گیرد.

کاروتنوئیدها و طیف رنگی زرد و نارنجی

کاروتنوئیدها، دسته‌ای دیگر از رنگدانه‌ها هستند که در برخی از برگ‌ها یافت می‌شوند. برخلاف کلروفیل، تولید کاروتنوئیدها به نور وابسته نیست، بنابراین با کوتاه شدن روزها سطح آن‌ها کاهش نمی‌یابد. کاروتنوئیدها می‌توانند نارنجی، زرد یا قرمز باشند، اما بیشتر کاروتنوئیدهای موجود در برگ‌ها زرد هستند. برگ‌هایی که مقدار مناسبی از هر دو رنگدانه آنتوسیانین و کاروتنوئید را داشته باشند، به رنگ نارنجی دیده می‌شوند.

رنگ زرد و قهوه‌ای برگ‌ها

برگ‌هایی که کاروتنوئید دارند اما آنتوسیانین کمی دارند یا فاقد آن هستند، به رنگ زرد دیده می‌شوند. در غیاب این رنگدانه‌ها، سایر مواد شیمیایی گیاهی نیز می‌توانند بر رنگ برگ‌ها تأثیر بگذارند. به عنوان مثال، تانن‌ها مسئول رنگ قهوه‌ای برخی از برگ‌های بلوط هستند.

تاثیر دما و نور بر رنگ برگ‌ها

دما بر سرعت واکنش‌های شیمیایی، از جمله واکنش‌های داخل برگ‌ها تأثیر می‌گذارد، بنابراین در رنگ برگ‌ها نقش دارد. با این حال، عمدتاً سطوح نور هستند که مسئول رنگ‌های پاییزی برگ‌ها هستند. برای نمایش رنگ‌های روشن، روزهای آفتابی پاییزی لازم است، زیرا آنتوسیانین‌ها به نور نیاز دارند. روزهای ابری منجر به رنگ‌های زرد و قهوه‌ای بیشتری می‌شوند.

رنگدانه‌های برگ و رنگ‌های آن‌ها

بیایید نگاهی دقیق‌تر به ساختار و عملکرد رنگدانه‌های برگ بیندازیم. همانطور که گفته شد، رنگ یک برگ به ندرت ناشی از یک رنگدانه واحد است، بلکه نتیجه تعامل رنگدانه‌های مختلفی است که توسط گیاه تولید می‌شوند. سه دسته اصلی از رنگدانه‌ها که مسئول رنگ برگ هستند عبارتند از: پورفیرین‌ها، کاروتنوئیدها و فلاونوئیدها. رنگی که ما درک می‌کنیم بستگی به مقدار و نوع رنگدانه‌های موجود دارد. تعاملات شیمیایی درون گیاه، به ویژه در پاسخ به اسیدیته (pH) نیز بر رنگ برگ تاثیر می‌گذارد.

کلاس رنگدانه	نوع ترکیب	رنگ‌ها
پورفیرین	کلروفیل	سبز
کاروتنوئید	کاروتن و لیکوپن گزانتوفیل	زرد، نارنجی، قرمز زرد
فلاونوئید	فلاون فلاونول آنتوسیانین	زرد زرد قرمز، آبی، بنفش، سرخابی

پورفیرین‌ها: اساس رنگ سبز در برگ

پورفیرین‌ها ساختاری حلقوی دارند. رنگدانه اصلی پورفیرینی در برگ‌ها، کلروفیل است که رنگ سبز دارد. اشکال شیمیایی مختلفی از کلروفیل (به عنوان مثال، کلروفیل a و کلروفیل b) وجود دارد که مسئول سنتز کربوهیدرات در گیاه هستند. کلروفیل در پاسخ به نور خورشید تولید می‌شود. با تغییر فصل‌ها و کاهش میزان نور خورشید، کلروفیل کمتری تولید می‌شود و برگ‌ها کمتر سبز به نظر می‌رسند. کلروفیل با سرعت ثابتی به ترکیبات ساده‌تر تجزیه می‌شود، بنابراین با کاهش یا توقف تولید کلروفیل، رنگ سبز برگ به تدریج محو می‌شود.

کاروتنوئیدها: رنگ‌های زرد، نارنجی و قرمز

کاروتنوئیدها، ترپن‌هایی هستند که از واحدهای ایزوپرن ساخته شده‌اند. نمونه‌هایی از کاروتنوئیدهای موجود در برگ‌ها عبارتند از لیکوپن که قرمز است و گزانتوفیل که زرد است. برای تولید کاروتنوئیدها در گیاه به نور نیازی نیست، بنابراین این رنگدانه‌ها همیشه در یک گیاه زنده وجود دارند. همچنین، کاروتنوئیدها در مقایسه با کلروفیل بسیار کندتر تجزیه می‌شوند. به همین دلیل است که حتی با از بین رفتن کلروفیل، رنگ‌های زرد و نارنجی کاروتنوئیدها همچنان قابل مشاهده هستند.

فلاونوئیدها: طیف گسترده رنگ‌ها

فلاونوئیدها حاوی یک زیرواحد دی فنیل پروپن هستند. نمونه‌هایی از فلاونوئیدها عبارتند از فلاون و فلاونول که زرد هستند، و آنتوسیانین‌ها، که بسته به pH ممکن است قرمز، آبی یا بنفش باشند.

آنتوسیانین‌ها: محافظت از گیاه و تنوع رنگی

آنتوسیانین‌ها، مانند سیانیدین، یک ضد آفتاب طبیعی برای گیاهان فراهم می‌کنند. از آنجایی که ساختار مولکولی آنتوسیانین شامل قند است، تولید این دسته از رنگدانه‌ها به در دسترس بودن کربوهیدرات‌ها در گیاه وابسته است. رنگ آنتوسیانین با pH تغییر می‌کند، بنابراین اسیدیته خاک بر رنگ برگ تاثیر می‌گذارد. آنتوسیانین در pH کمتر از 3 قرمز، در مقادیر pH حدود 7-8 بنفش و در pH بیشتر از 11 آبی است. تولید آنتوسیانین همچنین به نور نیاز دارد، بنابراین برای ایجاد رنگ‌های قرمز و بنفش روشن به چند روز آفتابی متوالی نیاز است.