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光、色素與植物的顏色

媒體:中國林業(yè)網  作者:佚名
專業(yè)號:張掖林草 2024/12/27 10:24:22

春天的腳步不知什么時候悄悄地來臨了,當冰雪尚未完全消融,萬物已經開始復蘇,小草的嫩尖探頭探惱地拱出了地面,城市的草地漸漸的由黃變綠,河堤岸邊絲絲的柳枝掛起簇簇的新綠,良田沃野中的小麥經過嚴冬的洗禮,在徐徐的春風和融融的陽光關懷下,褪去了冬裝,漸漸地整個大地一片蔥蘢,到處充滿著勃勃生機的綠色。

植物為什么是綠色?

植物之所以呈現綠色,是因為有光的存在,任何物體表現出的顏色,歸根結底都是可見光顏色的體現。我們知道只有有光存在的前提下,物體才能呈現出顏色,如果沒有光,所有的物體全是黑色的。到了晚上,任何鮮艷的色彩都失去了魅力,我們只能看到漆黑一團。

地球上唯一的自然光源是太陽,太陽光到達地球表面時有一個很廣泛的光譜,其寬度在290納米到1100納米之間,我們人類的肉眼只能看到其中的一部分,我們把它稱為可見光,其波長范圍在440納米到700納米之間,按照從長到短的順序依次為赤、橙、黃、綠、青、藍、紫。波長長于紅光的叫紅外光,短于紫光的叫紫外光。紅外光和紫外光是我們人類的肉眼感知不到的。

物體為什么會呈現出不同的顏色,我們周圍的世界為什么會是如此的五顏六色,絢麗多彩呢?這是由于物體吸收哪部分可見光所決定的。如果一個物體吸收所有的可見光,我們看到的這個物體是黑色,如果這個物體反射出所有的光線,我們看到的就是白色,如果這個物體只吸收一部分光線,而反射另外一部分光線,我們看到這個物體的顏色就是它反射出來的那部分光線的顏色。

植物是綠色的,能夠進行光合作用的生物,這依賴于它們細胞內含有能捕獲能量的色素,叫做葉綠素,在化學結構上,它由4個連在一起的卟啉環(huán)組成,中央絡合一個鎂原子,這構成了它的頭部,它的尾部是幾乎完全飽和的炭氫葉綠醇,兩部分構成完整的葉綠素分子。葉綠素是這類光合色素的總稱,依據它們化學結構上的細微區(qū)別,葉綠素分為三種,分別是葉綠素a、葉綠素b和葉綠素c。其中葉綠素a是主要的光合色素,存在于所有的光合放氧植物中,其它兩種是輔助色素,分別存在于不同的植物門類中。

除了葉綠素外,還有其它類型的光合色素,如胡蘿卜素、藻膽素等,它們也是植物光合作用的輔助色素,植物的顏色取決于幾種色素的組合。

在所有的光合放氧生物中,都有葉綠素a的存在,葉綠素a對太陽光有兩個吸收高峰,分別是440納米附近的藍區(qū)和680納米附近的紅區(qū),一個位于藍光區(qū)域,一個位于紫光區(qū)域,而對于處在500-600納米之間的綠光吸收的甚少,所以我們看到的植物基本上都是綠色。

植物界中,占主導地位的是綠色植物,包括所有的被子植物、裸子植物、蕨類植物、苔蘚植物和藻類植物中的綠藻。它們葉綠體中除含有葉綠素a外,還含有葉綠素b。

葉綠素b的吸收高峰也是在藍區(qū)和紅區(qū),分別為470納米和650納米,而對于處在500-600納米的綠光同樣很少吸收,絕大部分被反射回來,所以我們在自然界中到處都能看到的這些綠色植物。

當然,綠色植物的顏色也不是一成不變地毫無變化,先不說五顏六色的花和果實,它們的著色是因為含量豐富的胡蘿卜素、花青素和類黃酮等色素以不同的比例組合,以及與復雜的環(huán)境條件相互影響的結果,即使綠色植物葉片本身也會表現出不同的顏色,在市場上,我們能經常能看到紫色的甘藍,這是它們細胞中紫色色素占優(yōu)勢,掩蓋住了葉綠素的顏色。在晚秋初冬,很多種植物的葉片變黃或變紅,這是因為葉綠素的合成受阻,并且開始分解,而原來在葉片中的葉黃素和葉紅素顯現出來的緣故。

植物界中,確有些植物看起來不是純粹的綠色,拿我們最熟悉的兩種海藻―紫菜和海帶來說,它們分別代表紅藻門和褐藻門,前者是紫色的,后者是褐色的,這是它們含有不同的光合色素造成的。

褐藻門、硅藻門、甲藻門等都含有葉綠素c, 它的吸收高峰是460納米和640納米,以及特有的巖藻黃質和甲藻素,它們的吸收高峰是490納米,這樣就使得很大一部分綠光被吸收,所以植物體的顏色就不是純粹的綠色,而是呈現出褐色和黃色。

紅藻中含有一種特殊的輔助色素,這就是藻膽素,它是一種水溶性的輔助色素,可以與藻紅蛋白和藻青蛋白結合,分別叫做藻紅素和藻藍素,藻紅素分別在500納米、540納米和566納米處有3個吸收高峰,結果幾乎所有的綠光都被吸收,所以很多紅藻毫無綠色可言。紅藻能夠吸收綠光,對環(huán)境的適應有重要的意義,當陽光中的藍光和紅光大部分被海水濾掉后,生活在海洋深處的紅藻依舊可以利用綠光進行光合作用,美國科學家曾經在水深260多米的海洋中采集到生長良好的紅藻,那里光的強度只相當于海面光強度的萬分之五。在淺海地方,藻藍素的含量要高得多,紅藻光合作用吸收的綠光也就少得多,這里生長的紅藻有時仍呈現出淡淡的綠色。

光合放氧生物中還有一類是藍藻,同紅藻相同,藍藻中也含有藻膽素,但是以藻藍素為主,藻藍素的光譜吸收高峰主要在620納米附近的黃光,因此藍藻的顏色表現出來的是藍綠色。當然,藍藻中也有含藻紅素為主的個別種類,這時,藍藻的顏色就是紅色的,紅海中就生長著大量的紅色藍藻,而使得海水呈現紅色,紅海也因此而得名。

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