Màu sắc của lá cây và quá trình quang hợp

Trình bày bởi:
- Thí nghiệm chứng minh có sự quang hợp:
Năm 1772, Joseph Priestley (người Anh), làm thí nghiệm dùng hai chuông thủy tinh, một bên để vào một chậu cây và bên kia để một con chuột, sau một thời gian cả hai đều chết, nhưng nếu để chúng chung lại với nhau thì chúng đều sống, thí nghiệm của ông cho thấy cây tạo ra oxy, mặc dù lúc đó người ta chưa biết được các quá trình cũng như chưa biết được vai trò chính yếu của ánh sáng trong sự quang hợp. Phát hiện của ông là khởi đầu cho những nghiên cứu về sau.
là quá trình thu nhận năng lượng ánh sáng Mặt trời của thực vật, tảo và một số vi khuẩn để tạo ra hợp chất hữu cơ phục vụ bản thân cũng như làm nguồn thức ăn cho hầu hết các sinh vật trên Trái đất. Trong các chuỗi thức ăn tự nhiên, các sinh vật quang dưỡng (sống nhờ nguồn năng lượng do quang hợp) thường là những mắt xích đầu tiên; nghĩa là các sinh vật còn lại đều sử dụng sản phẩm của quá trình quang hợp phục vụ nhu cầu dinh dưỡng của chúng. Do vậy, quang hợp là chuỗi phản ứng hóa học quan trọng bậc nhất trên Trái đất, vì nó tạo năng lượng cho sự sống trong sinh quyển. Quá trình quang hợp cũng sản sinh ra khí ôxy, tạo nên một bầu khí quyển chứa nhiều ôxy cho Trái đất, một bầu khí quyển vốn dĩ chỉ chứa nitơ và cácbônic trước khi có sinh vật quang dưỡng.
Ở thực vật, quá trình quang hợp chủ yếu được thực hiện nhờ diệp lục (chlorophyll nghĩa là màu xanh lục). Sắc tố này thường chứa trong các bào quan gọi là lục lạp. Mặc dù, hầu hết các phần của nhiều loài thực vật đều có màu xanh, năng lượng của quá trình quang hợp chủ yếu được thu nhận từ lá. Một số loài vi khuẩn quang dưỡng không sử dụng chlorophyll của thực vật (tảo và cyanobacteria) mà dùng một sắc tố tương tự gọi là bacteriochlorophylls và quá trình quang hợp của các vi khuẩn không sản sinh ôxy.
là kết quả của sự tương tác các sắc tố khác nhau được sản sinh ra bởi cây. Các lớp sắc tố chính gây ra màu sắc của lá là: porphyrins, carotenoids và flavonoids. Màu sắc mà ta quan sát được phụ thuộc vào thành phần tỷ lệ và loại sắc tố hiện diện. Trong phạm vi hóa học, còn có sự ảnh hưởng một cách đặc biệt của độ pH tới màu sắc của lá cây.

Chất porphyrin chính trong lá cây có màu xanh “lá cây” được gọi là chlorophyll. Có nhiều công thức cấu tạo hóa học khác nhau của chlorophyll (ví dụ: a-chlorophyll và b-chlorophyll). Chlorophyll được sản sinh từ ánh sáng mặt trời. Khi mùa thay đổi và lượng ánh sáng mặt trời giảm đi, lượng chlorophyll sản sinh ra ít đi, nên nên màu xanh của lá giảm đi. Chlorophyll sẽ bị phân hủy thành các thành phần đơn giản hơn nên màu của lá sẽ dần dần mờ đi khi sự sản sinh ra chlorophyll chậm lại hoặc ngừng hẳn.
+ Lá cây có màu xanh vì chúng chứa rất nhiều các hạt màu xanh nhỏ bé-chất diệp lục. Thông thường, chất diệp lục của thực vật cao cấp là 2 chất diệp lục khác nhau: chất diệp lục a (màu xanh lam) và chất diệp lục b (màu xanh vàng) được trộn lẫn với nhau tạo nên.
+ Lá của một số loài cây có lốm đốm màu như cây vạn niên thanh là do ADN của lục lạp bị đột biến , ko tổng hợp đựơc diệp lục làm lá cây xuất hiện 2 loại lạp thê , 1 loại màu lục và 1 loại màu trắng ( bạch lạp) , sự phân bố không đồng đều cũng như sự nhân lên của 2 loại lạp thể này làm cho lá lốm đốm màu.
+ Lá của một vài loài cậy cảnh lá có màu tím đỏ là do sắc tố antoxian nhiều → át đi màu xanh của diệp luc, các lá này vẫn có chứa diệp luc ( tỉ lệ thấp).
- Trong mùa tăng trưởng, lá cây có màu xanh là nhờ chất chlorophyll. Hợp chất này rất cần thiết cho quá trình quang hợp nhằm chuyển ánh sáng mặt rời thành carbon hydrat. Bên cạnh đấy, lá còn chứa carotenoid, chất tạo màu vàng, cam, nâu trong thực vật. Khi hàm lượng chất diệp lục trong lá ít hơn những chất khác như hoa thanh tố, carôtin, lá cây sẽ có màu khác.
Chất diệp lục so với carôtin và hoa thanh tố rất dễ bị phá huỷ. Vào mùa hè, chất diệp lục cho dù bị phá huỷ cũng có thể kịp thời bổ sung được, cho nên lá cây vẫn có màu xanh. Nhưng vào mùa thu, thời tiết lạnh hơn, chất diệp lục bị phá huỷ mạnh, lá cây bị ngừng tạo chất diệp lục;hoa thanh tố, carôtin vốn có trội hơn nên màu của lá cây bị thay đổi.
Do ánh sáng mặt trời chiếu ở mỗi mùa thu không đổi, các yếu tố khác như độ ẩm và thời tiết sẽ đảm bảo sao cho hai mùa thu không hề giống nhau. Những ngày nắng ấm xen lẫn với những đêm mát mẻ, trên độ 0 sẽ khiến cho lá có màu đỏ rực vào độ giữa thu.
- Nhà nghiên cứu thực vật William Hoch thuộc ĐH Wisconsin (Mỹ) đã tiến hành một cuộc nghiên cứu sâu về chức năng chống nắng của sắc tố đỏ. Sử dụng đột biến gien đơn, ông đã tạo ra một loài cây thử nghiệm từ cây bình thường vẫn sản sinh ra anthocyanin. Kết quả: cây không hề tạo ra chút hợp chất anthocyanin nào. Loài cây thử nghiệm này được đem so sánh với những họ hàng của chúng trong tự nhiên có khả năng tạo ra sắc tố đỏ cũng như các loài cây không có lá đỏ. Hoch cho biết: "Chúng tôi nhận thấy rằng, sắc tố được sản sinh ra nhằm bảo vệ lá cây khỏi lượng ánh sáng thừa thải trong suốt mùa thu. Hệ thống quang hợp của cây đột biến gien bị ánh sáng làm tổn hại nhiều, vì thế chúng không thể nào bù đắp được chỗ dưỡng chất đã mất trong lá".


Đối với những cây nói trên, chức năng chống nắng trong mùa thu có thể còn quan trọng hơn cả trong những ngày nắng chói chang của mùa hè. Hoch nhận thấy, mặc dù ánh nắng tháng sáu gay gắt hơn nhưng cây lá rụng vẫn dễ bị tổn thương hơn vào mùa thu, khi hệ thống tự nhiên của lá đã bị phá vỡ. Ông nói: "Lá có thể đối phó với ánh sáng mạnh khi chúng vẫn còn nguyên vẹn. Nhưng nếu bị tổn thương, chúng sẽ trở nên bất ổn định".
Bên cạnh đấy, một cuộc nghiên cứu của Schaberg còn mang lại lời giải thích khác: "Sắc tố đỏ là dấu hiệu cho thấy cây đang căng thẳng trước bất cứ yếu tố nào như mặt trời, lạnh, côn trùng hay nấm tấn công. Nếu nắm vững được điều này, chúng ta sẽ hiểu rõ hơn về sức khỏe thực vật, từ đấy thúc đẩy sự phát triển của ngành lâm nghiệp".
- Lá cây màu đỏ vẫn có thể quang hợp được nhưng với cường độ thấp do có rất ít lục lạp. Lá đỏ vì chứa hoa thanh tố màu đỏ, che lấp chất diệp lục màu xanh, nên ta nghĩ nó không có chất diệp lục. Muốn chứng minh lá đỏ cũng chứa chất diệp lục, có thể làm một thí nghiệm nhỏ: đun lá trong nước sôi. Vì hoa thanh tố dễ phân giải trong nước, còn chất diệp lục thì ngược lại. Điều đó có nghĩa lá đã luộc sẽ từ màu đỏ thành xanh, chứng tỏ trong lá đỏ có chất diệp lục.
CÁC NGUỒN:
Web:
www.sinhhocvietnam.com
vi.wikipedia.org
vn.answers.yahoo.com
www.vietnhim.com
vietbao.vn
Sách:
Mười vạn câu hỏi vì sao?