悦世界 yueworld.com

一叶一菩提

yue, 2/21/2014

十月深秋，湖边秋色烂漫。绿叶变黄，变红，色彩绚丽，让人忍不住得想要细观。叶子有单叶和复叶。叶序有互生，对生还有轮生。每片叶子的叶型、叶脉甚至叶缘也都多种多样。这些普普通通得常被我们视而不见的小叶子，每一片都是独特的。光合作用到底是如何进行的呢？叶子为什么会随季节变色？我忍不住把初中的生物知识翻出来再深究一下。

羽状复叶羽状叶脉

轮生叶序掌状叶

叶子的结构是什么样的？光合作用是如何进行的？叶子为什么会变色？不看不知道，世界真奇妙啊。

	叶片的结构叶片薄壁组织中叶绿体的结构叶绿体光合作用流程

叶子的结构是什么样的？ 从叶片的纵切面看，叶子主要包括三种结构：表皮组织（即上、下表皮），薄壁组织（包括栅栏组织和海绵组织），及维管束组织(叶脉，包括韧皮部和木质部)。

1. 表皮组织上有气孔，可以吸收二氧化碳，排出氧气。气孔是植物调节水分温度的重要结构，植物的蒸散作用是通过表皮组织上的气孔实现的。
2. 薄壁组织是叶的最主要组织。薄壁组织里有叶绿体，叶绿体含叶绿素，是植物进行光合作用的主要场所。根据光合作用类型（C3，C4或CAM）的不同，薄壁组织的排列也不一样。
3. 维管组织内分韧皮部和木质部。木质部将从根部吸收的水分吸取输送到叶片，以便进行光合作用。韧皮部将光合作用产生的葡萄糖输送到不能光合作用或能力弱的器官。叶脉的周围还有机械组织，一方面保护维管组织，另一方面支撑了叶片，使之能伸展接受阳光。
4. 叶的主要功能是进行光合作用和蒸腾作用。被子植物的花蕊和花瓣属于叶的一种特殊结构，它们则负责生殖方面的功能。

什么是光合作用？ 叶片中的亚单元细胞器叶绿体（Chloroplast）含高浓度的叶绿素，呈动态，能够在植物细胞内四处移动，其主要作用是进行光合作用，制造植物生长发育必需的养分。光合作用在叶绿体中的类囊体的表面和基质中进行。光合作用需要三大元素：

1. 被叶片中的叶绿素捕捉的太阳光能
2. 由植物根部吸收输送到叶片的水分
3. 自叶片气孔进入叶子内部的二氧化碳

光合作用的过程也可简单概括为几步：

1. 光能分解水，产生氢离子及氧气。氧气经叶片气孔释放出去。
2. 光能转变成化学能，产生ATP，为固碳作用（暗反应）提供能量。
3. 利用水光解的产物氢离子，合成NADPH及H离子，为固碳作用提供还原剂。
4. 使用ATP和NADPH，经过如卡尔文循环的固碳流程与二氧化碳合成产生葡萄糖(碳水化合物)。
5. 葡萄糖经叶脉的韧皮部输送到不能光合作用或能力弱的器官，供给植物生长发育必需的养分。

高等植物虽然没有消化系统，但它们利用阳光，水和二氧化碳来进行光合作用产生葡萄糖，自力更生，自给自足，相比我们这些需要依赖其他生物为食物的高等动物，植物可以说是模范的自养生物。

叶子为什么会变色？ 植物的叶子含有很多天然色素，叶的颜色是由这些色素的含量和比例的不同而造成的。高等植物中色素主要包括三大类：

1. 叶绿素 (Chlorophyll)：绿色
2. 类胡萝卜素(Carotenoids)：橙色，黄色，褐色
3. 花青素 (Anthocyanins )：红色，紫色，蓝色 (花青素的颜色在酸性环境呈红色到紫色、在硷性环境下的呈蓝色，随环境的酸硷值变化而变化。)

在春夏生长季，叶绿素和叶黄素一直都存在于植物中。叶绿素不断合成分解，含量较大，它吸收红光与蓝光，反射绿光，因此整个叶片呈绿色。而叶黄素的含量远远低于叶绿素，因而它们的颜色被覆盖，所以在生长季叶片显现叶绿素的绿色。由于叶绿素的合成需要较强的光照和较高的温度，到了秋天，光照变弱，气温下降，叶绿素遭到破坏，光合作用减缓到停止，叶中的叶绿素降低直至消失。绿素合成受阻，又因叶绿素见光易分解，所以叶中的叶绿素比例降低直至消失。而类胡萝卜素则相对比较稳定，不易受外界的影响。因而，在秋季叶片就显现出类胡萝卜素的黄、橙及褐色。

秋季叶片显现出类胡萝卜素的黄褐色。

但是，每年树叶变红的程度却变化很大。这是因为大多数的花青素只产生于秋季，而且只在特定条件下才能产生。

如果秋季白天阳光充足，夜间寒而不冻，雨水又不太多，如果能有这样连续的一段日子，那么叶子就可能变得更红更艳。这是因为白天阳光充足，光合作用能够产生足够的葡萄糖；晚间寒冷，叶脉的输送作用减弱，葡萄糖无法运出叶子，葡萄糖滞留在叶子里，浓度越来越高；而葡萄糖的增多和低温有利于花青素的形成。花青素在酸性的叶肉细胞中变成红色，所以树叶就呈现出鲜红色。花青素的产生也是植物对自身的一种保护，可以在树叶凋落之前最大限度得吸收养分，以保证下一季的生长。

到秋季 The Burning Bush 就会退尽绿色，变成通体纯粉红色。

Black Maple 黑枫的叶子会变成通体纯黄色。

Sugar Maple 糖枫叶子会变金黄亮红。
糖枫叶子的红色似乎是从叶尖开始的。是不是因为叶尖在最外端，接收的日照量最大，光合作用合成的葡萄糖多，
叶脉向茎部运输途径长而更难，所以葡萄糖浓度最高，所以产生花青素的量最大？

树叶为什么会凋落呢？ 大部分树叶都有一定的寿命。一年生的植物，叶子会随着植物体的死亡而死亡。多年生的常绿树种，叶子寿命可长达几年。多年生的落叶树种，叶子的寿命通常为一个生长季。

对于落叶树种，秋天气温下降，光照时间缩短，影响了根系吸收水份和矿物质的能力和叶片的光合作用，因而不能合成足够的养分满足树木的生长发育。同时，气温下降，空气乾燥，经树叶气孔水份蒸发也很快。水份、养料供应不足，为了树的生存，叶柄基部分裂出数层扁小的薄壁细胞，称为离区。在离区范围内，一部分薄壁细胞的胞间层粘液化而分解，形成离层。叶子从隔离层处脱落。在离层的下方，细胞木栓化，木栓细胞可覆盖叶子脱落后形成的断痕，而本身又与茎的木栓层相连，继续保护植物体，等待新一季的复苏。

对于常绿树种如松树等，树叶表面有厚质蜡层保护，内部有抗冻剂防止运输冻结，所以叶子可以延续数年。门前的两棵杜鹃灌木也是常绿的，气温降低时就见它的叶子缩圈合并起来，这也是它御寒的一个方式吧？

小小的叶子里有大世界。它顺应着自然的变化，每一步都有其精妙因果。说起来我们人类真正理清这些变化原理也不过只有五十多年。人为什么会好奇？人为什么会求知？大概就是在明白了些道理之后，看事看物就会更多了些情趣与通达吧。办公室桌边摆放着一盆秋海棠，上面向光处是绿色的，下面背光处则是红色的。刚发出的新叶也是偏红，迎光而生，就会变得亮绿。以前只是喜欢它表面的别致与旺盛的生命力，如今会想想它内里叶绿素与花青素的变化制衡，就觉得更有意思了。

叶子有四季轮回，人也有青春衰老，一切不过都是自然规律，环环相扣，每一节都有其意义与精妙。所谓伤春悲秋只不过是人强加的妄想臆念而已，正所谓：一花一世界，一叶一菩提。这个世界设计得如此美妙，何必忧愁烦恼，还是回归本真，尽量体会这大自然的美好乐章吧。

附：光合作用发现的历史 (来自WIKI)

古希腊哲学家亚里士多德认为，植物生长所需的营养全来自土中。
1642年比利时人范〕海尔蒙特做了「柳树实验」，推论植物的重量主要不是来自土壤而是来自水。但他没有发现空气中的物质也参与了有机物的形成。
1684年，比利时的海尔蒙特膂b为，植物会从水中吸收养份，但其实这是不正确的观念。
1771年，英国的普里斯特利发现植物能够更新由于□烛燃烧或动物呼吸而变得污浊了的空气；但他并没有发现光的重要性。普里斯特利还发现置于密封玻璃罩内的老鼠极易窒息，但是如果加入一片新鲜薄荷叶，老鼠就可以苏醒。
1773年，荷兰的英格豪斯证明只有植物的绿色部份在光下才能起使空气变好的作用。
1774年，英国的普里斯特利发现绿色的植物会制造、释放出氧气。
1782年，瑞士的瑟讷比埃发现，即使植物没有受到阳光照射，照样会释放出二氧化碳。
1804年，瑞士的索绪尔通过定量研究进一步证实二氧化碳和水是植物生长的原料。
1845年，德国的迈尔发现植物把太阳能转化成了化学能。
1864年，德国的萨克斯发现光合作用会产生淀粉。
1880年，美国的恩格尔曼发现叶绿体是进行光合作用的场所。
1883年，德国的英吉曼运用三菱镜将太阳光折射出各色光，照射丝状海绵。一段时间后放入好氧细菌，发现植物在红光与蓝光区释放较多氧气。
1897年，美国的巴恩斯首次在教科书中称它为光合作用。
1930年，范尼尔藉由对紫硫菌的研究推论植物光合作用产生的氧来自水而非二氧化碳，革新了当时的观念。
1945-1957年，卡尔文利用碳14当追踪标的，找出植物将二氧化碳转化成碳水化合物的途径。
1961年，米契尔发表化学渗透理论解释光反应中ATP的生成。