植物颜色变化的生理学基础

植物颜色变化的生理学基础
颜色赋予了这个世界生机和气息，使我们感受到了色彩的明亮和绚丽，使我们的视觉不再是苍白，我们都知道植物是动物们的衣食父母，是自然的调色板，春的翠绿、夏的浓郁，秋的黄冬的白都是植物给予的。

植物可以合成多种色素，受了这样的启发，科学家们根据提取出来的色素分子鉴定和分析，合成了各种合成色素，给原来缤纷的世界添加更多的情趣，下面我们就来分析一下植物色素合成及分解的生理学基础。

可是世界万物为什么会呈现五彩缤纷的颜色呢，为什么我们的肉眼可以感知这些色彩呢，这是因为人们的肉眼可以感受一部分光谱系光线即可见光，而物体可以吸收这些光，则物体就呈现他们吸收光线的互补色。

太阳光是地球接收到的唯一自然光源，太阳光到达地球表面的时候本来是有很宽的光谱系，但是人肉眼只能感知其中可见光那一部分的光波，可跟据波长的依次减短分散为红橙黄绿青蓝紫，这是构成世界五彩缤纷的基础，不同的两种单色光混合在一起还可以构成更加丰富的色彩。

一件物体若吸收了所有的光线那他则呈现黑色；若他对任何光线都没有吸收能力，则会反射出所有的光波，呈现出白色；若它吸收了其中某部分的光线，则呈现出该部分光线的互补色。

同样的，植物之所以能够在不同的季节呈现出不同的颜色，也是因为植物体内存在一类被称为色素的物质，特具有可以吸收太阳光的能力，因而折射出不同的互补色。

春的青翠，夏的浓绿，秋的枯黄冬的苍凉，皆是因为在不同的季节，随着植物生长的气候、阳光、土壤等状况的改变，使植物体内的色素分子结构发生变化，或某些色素重新合成，某些色素大量降解，而对太阳光有了不同的吸收情况，植物就呈现出不同的颜色来。

色素是有机分子，根据溶解性质不一样可分为水溶性与脂溶性两类，尽管自然界的植物有四十多万种，颜色绚丽多姿，但是万变不离其宗，他们的变化都是由植物体内的“三大法宝”——卟啉类、类萝卜素类、花青素类而引起的。

卟啉类是植物呈现绿色的基础，在植物体内最大的卟啉类色素是叶绿素，叶绿素可分为叶绿素a和叶绿素b两类。

叶绿素分子含有一个大的卟啉环，居于环中央的是一个镁原子，这样的结构是一个庞大的共轭系统，因而可以吸收太阳光，而呈现颜色。

根据分子组成不同，空间结构不同，所以对光波有着不一样的吸收谱系，叶绿素主要吸收区有两个：一个为波长640~660nm的红光区，另一个为波长430~450nm的蓝紫光部分，而对橙光，黄光和绿光只有很弱的吸收带，尤其是绿光，所以叶绿素的溶液呈现绿色。

叶绿素a和b吸收光谱几乎相同只有微小的不同。

类胡萝卜素是调节叶颜色的基础。

类胡萝卜素有胡萝卜素和叶黄素两种，胡萝卜素呈现橙黄色，叶黄素呈现黄色。

胡萝卜素有三种同分异构体，叶黄素是胡萝卜素的衍生物，他们都是不饱和的碳氢化合物，所以共轭双键的存在决定了他们对太阳光吸收的能力，从而呈现他们吸收光谱的互补色。

花青素顾名思意是决定花颜色的基础。

花青素是类黄酮类物质，它与叶绿素和类胡萝卜素分布位置不同，前者可以溶解于细胞液中，储存在液泡中，而后者主要存在叶绿体中。

花青素化学性质较活泼，它B环上的羟基和甲氧基数目、芳香酸对主要骨架的酯化、液泡中的pH、和不同金属离子的螯和都会使花青素的吸收光谱发生移动而呈现不同颜色，甚至日光的强弱也会使花青素发生变构，从而产生不同颜色，所以注定花会成为世界上最美丽的一道风景线。

无论是叶子，还是花果，他们呈现的颜色都不是一种色素作用的结果，而是各种色素的综合表现。

叶子呈现的颜色主要是绿色的叶绿素和黄色的类胡萝卜素的量比例决定。

高等植物所含各种色素的数量与植物的种类、叶片的老嫩，生育期及季节有关。

正常情况下，两色素的分子比例为3：1，但是秋天、条件不正常或叶片衰老时，类胡萝卜素分子结构比叶
绿素的稳定，叶绿素较易被破坏或降解，数量减少，所以这时叶片就会枯黄。

而至于其他颜色的叶片，则是花青素做出了贡献，因为秋天降温，体内积累了较多的糖分以适应寒冷，这个时候由于原料充沛就会形成较多的花青素就会呈现红色。

花的颜色变化比较复杂，有的同类植物却开出不同颜色的花朵，也有同一株植物早晚开出的花朵颜色不尽相同。

但无论什么情况，花的颜色都是由植物中的花青素决定的。

花青素性质活泼，可以和植物体内的金属离子结合，或者受植物细胞液的酸碱度影响，而产生各种美丽的颜色。

我们可以先做一个实验，如果把红色的牵牛花泡在碱性的肥皂水中，红色的牵牛花就会很快变成蓝色；如再把它泡到酸性的醋中，它又会马上变成红色。

同一种类植物开出不同颜色花的原因，就是这个道理，因为不同花中，它们细胞液中的酸碱度不同，就使花青素产生了不同颜色。

植物果实的颜色也是千变万化，如苹果为例，初结时，呈绿色；长大后，光照的一面常呈红色；成熟时出现黄色；而最后腐烂时，则呈褐色。

这又是什么原因呢？
原来，这又是叶绿素和类胡萝卜素在作怪。

果实初结时，需要大量糖类化合物，因为叶绿素有合成糖类化合物的本领，所以果实中叶绿素占主要优势，这就是果实初结时大都呈绿色的道理。

逐渐生长时，植物自身会放出催熟激素——乙烯，来促进植物成熟。

乙烯除催熟外，还能促使果实合成更多的类胡萝卜素，较强的太阳光也能帮助类胡萝卜素合成，因此，太阳光照的一面果实往往会变红。

最后，叶绿素停止合成，呈黄色的类胡萝卜素占了主要成分，果实就马上变黄色了。

至于水果最后都会变成褐色、黑色，是因为果实中含有一种叫多元酚的物质，它在氧化酶催化下被空气中的氧气氧化成褐色和黑色的醌类化合物。

这就是果实由黄变褐的原因。

随着季节，温度，盐度，酸碱度的改变植物体内的色素无论是种类还是数量都会发生明显的变化，这是植物随季节，外部生长环境变化叶片、花朵、果实颜色发生变化的生理学基础，那么这些因素是如何影响三种色素的合成及分解呢？
光：光是影响叶绿素合成及降解的主要因素。

原脱植基叶叶绿素必须经过光照后才能合成叶绿素，若没有光照，就只能停留在原脱植基叶叶绿素这个阶段，这个时候类胡萝卜素就会更占优势而使叶片显现黄色，甚至光线过弱也会影响叶绿素的合成。

而温度之所以影响色素的形成，是因为一切生命物质的形成过程都需要酶催化，而酶活性严格地受到温度的影响，所有的没都需要合宜的温度范围，所以当冬天来临时几乎原来色彩缤纷的世界因为色素的不能正常合成而变得荒凉起来。

矿质元素对色素的合成也有一定的影响，色素分子都会有辅助集团，而这些辅助小分子一般都是金属离子，所以当植物体内缺乏必需元素时，植物一样会发生枯黄等不健康现象。

有些酶的辅酶也是金属离子，所以矿质元素不仅是色素的直接原料，还是催化他们合成的酶系统必须的辅助集团。

PH一般对色素合成过程的影响没有其他因素明显，但是酸碱度的变化会影响不稳定色素分子的空间结构，空间结构的变化（如左旋变成右旋）会影响色素分子对太阳光的吸收谱系的变化或吸收能力的变化，这些都会影响色素数量的比例变化，从而改变他们的综合作用，是植物的颜色发生变化。

这些外界条件之所以可以改变色素的形成过程，归根结底是因为他们改变了色素形成所需酶系统的组成或活性。

植物体内也是靠信号转导系统来调节基因表达的情况。

外界环境变化的信号依从从膜—质—核的路线来影响基因的闭合或重新表达，从而改变了酶系统的构成，致使一些色素的大量表达，或其他色素的抑制表达甚至分解。

一切的外界环境变化都需要通过基因表达才可以真正影响植物的新陈代谢，从而影响植物的颜色变化。

通过了解植物颜色变化的生理学基础，我们可以通过基因工程，或者人为改变植物的生长环境来改变植物体内色素分子的组成，是植物呈现我们喜欢的色彩，或者使植物的果实
色香味俱全，让这个世界更加的五光十色，美丽绚烂。