秋冬時節，一些植物的葉子由綠變紅，很多地方都可以欣賞到美麗的紅葉。在北京的香山，元寶槭和黃櫨每到秋天就變得格外迷人；湖南長沙的岳麓山上，楓香樹的紅葉別有一番風味；江蘇蘇州的天平山，不僅有楓香樹，還有烏桕和雞爪槭；四川九寨溝的楓香樹、五角槭和烏桕，湖南張家界的黃櫨各有特色；四川峨眉山的連香樹也吸引了不少游客。
欣賞美景的同時，不少人會好奇葉子變紅的奧秘。
葉子變紅，奧秘就在于植物色素在葉片中的含量與相對比例的變化。植物葉片中主要有葉綠素、類胡蘿卜素和花青素三大類色素，其中，對葉子變紅“貢獻”最大的當數花青素。它是一類廣泛存在于被子植物及少數裸子植物器官中的水溶性色素，在酸性條件下呈紅色，在堿性條件下呈藍色，在中性條件下呈紫色。
春夏季節，葉綠素是植物葉片中含量最多的色素，以呈藍綠色的葉綠素a、黃綠色的葉綠素b為主，主要負責植物進行光合作用時光能的吸收和傳遞。只要有充足的光照、水分和養分，葉綠素的合成速率就會大于降解速率，而葉綠素a、b可以吸收太陽光譜中的紅光和藍紫光，反射綠光。于是，不斷積累的葉綠素令葉子綠意盎然。
秋冬季節，氣溫降低、光照減少，葉綠素的合成被抑制，此時葉綠素的合成速率小于降解速率，葉綠素含量會逐漸減少。與此同時，在一些種類的植物中，葉片細胞中的花青素含量迅速增加，細胞質積累的可溶性糖也逐步增加，呈酸性。花青素在酸性條件下變成紅色，因此葉片逐漸變紅。
紅葉植物種類豐富，就木本植物來說，主要包含雞爪槭、三角槭等無患子科槭屬植物，黃連木、黃櫨、火炬樹等漆樹科植物，以及烏桕、山胡椒、大花衛矛等常見的紅葉樹種。藤本植物中也有葉子會變紅，如爬山虎等。
不過，大自然不只在秋天才會賦予葉子紅色。在正常養護情況下，紅葉李、紫葉矮櫻等植物會積累花青素，在其他季節，葉片也會呈現紅色。此外，有些植物新長出的嫩葉也是紅色的，例如紫薇、接骨木等。這是由于嫩葉中葉綠素含量很少，葉片還不能夠進行充分的光合作用，需要植物自身的營養來維持生長。這時細胞質同樣呈酸性，令嫩葉中的花青素呈現紅色。
影響色素合成代謝與分解代謝的基因數量眾多，任何一個關鍵基因的突變都有可能引起葉色異常。利用這一點，科學家通過遺傳轉化等技術手段，培育出越來越多的紅葉植物種類。例如，“麗紅”元寶楓是人工選育的優良變異株系，其葉片在秋天會呈現出明亮而艷麗的紅色，比其他品種的元寶楓葉片顏色更紅且紅葉期更長，原因就是花青素合成途徑關鍵酶基因數量的增加。近年來，有關彩葉植物葉片中葉綠素代謝、類胡蘿卜素代謝途徑等分子調控機制的研究取得一系列進展，人工調控葉色不再是個遙不可及的夢。
（作者為中國科學院植物研究所工程師，本報記者施芳采訪整理）
《 人民日報 》（ 2023年12月07日 14 版）
