Hiện tượng lá cây chuyển sắc vào mùa thu xảy ra nhờ sự phối hợp giữa yếu tố quang học và nhiệt độ, tác động lên hàm lượng diệp lục, carotenoid và anthocyanin trong mô thực vật.
Vì sao lá cây đổi màu vào mùa thu?
Theo Adam Moore từ Cơ quan Lâm nghiệp Colorado và Kristina Bezanson thuộc Đại học Massachusetts Amherst, sự thay đổi sắc thái lá cây vào mùa thu bắt nguồn từ việc thực vật cảm nhận chính xác các tín hiệu môi trường như độ dài ngày và nhiệt độ. Khi ban ngày ngắn lại và ánh sáng dịu đi, quá trình quang hợp chậm dần, khiến cây ngừng sản xuất diệp lục để tiết kiệm năng lượng. Màu xanh vốn che lấp các sắc tố khác sẽ biến mất, để lộ ra carotenoid và xanthophyll tạo nên tông vàng cam.
Sự kết hợp giữa ánh sáng mạnh và nồng độ đường cao trong mô lá kích thích sản sinh anthocyanin, mang lại sắc đỏ thẫm hoặc tím. Mỗi loài có phản ứng sinh học khác nhau: cây phong đỏ (Acer rubrum) chuyển sang đỏ tươi, trong khi phong đen (Acer nigrum) lại chuyển vàng.
Cây sồi thường giữ lại màu nâu đỏ rất lâu sau khi các loài khác đã rụng lá. Thời điểm chuyển màu dao động từ cuối hè đến tháng Mười Hai, tùy thuộc vào vĩ độ và tiểu khí hậu.
Yếu tố nào hình thành màu sắc của lá cây?
Màu sắc của lá không phải ngẫu nhiên mà là sản phẩm của hai nhóm yếu tố song hành. Nhóm nội tại bao gồm bộ gen di truyền và hàm lượng sắc tố cố định. Mỗi loài cây được lập trình sẵn để sản sinh carotenoid, anthocyanin hoặc cả hai.
Nhóm ngoại cảnh chất xúc tác quyết định độ rực rỡ. Nhiệt độ mát mẻ vào ban ngày và lạnh giá nhưng chưa đóng băng vào ban đêm là điều kiện lý tưởng. Chênh lệch nhiệt độ lớn giúp cây giữ lại lượng đường dư thừa. Đường tích tụ kích hoạt phản ứng hóa học tạo anthocyanin.
Ngược lại, sương giá nghiêm trọng phá vỡ cấu trúc tế bào, làm màu đỏ phai nhạt nhanh chóng. Ánh sáng mặt trời cũng tác động trực tiếp. Những ngày khô ráo, quang đãng thúc đẩy sản sinh sắc tố đỏ. Trời âm u, nhiều mây khiến lá chuyển màu xỉn.
Dinh dưỡng đất và độ ẩm nước cũng ảnh hưởng. Đất thiếu kali hoặc magie khiến lá nhợt nhạt. Thừa đạm có thể kéo dài thời gian giữ màu xanh. Sự kết hợp cân bằng giữa các nhân tố này quyết định bức tranh mùa thu.
Chất diệp lục bị phân hủy như thế nào?
Sự phân hủy diệp lục khởi phát khi cây tạo ra tầng rời – một lớp mô corky nằm ở gốc cuống lá – như van khóa, cắt đứt nguồn cung cấp nước và dinh dưỡng từ thân lên lá. Hệ quả là quang hợp ngừng hoạt động, enzyme bắt đầu phân cắt nhanh chóng lượng diệp lục vốn đang chiếm ưu thế. Cây tái hấp thu các khoáng chất quý như nitơ và magie, chuyển chúng về dự trữ trong thân và rễ để chuẩn bị cho giai đoạn ngủ đông.
Khi sắc tố xanh suy giảm, các sắc tố phụ còn lại lộ diện, tạo nên chuỗi chuyển màu tuần tự từ vàng, cam đến đỏ tím. Tốc độ của toàn bộ quá trình này tỷ lệ thuận với tốc độ hình thành tầng rời, chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi nhiệt độ; nếu quá lạnh hoặc quá nóng, giai đoạn này sẽ bị làm chậm hoặc đẩy nhanh.
Tại sao lá cây đổi màu rực rỡ ở xứ lạnh?
Các vùng ôn đới như Canada hay Bắc Âu sở hữu khí hậu lý tưởng nhất cho hiện tượng này. Chênh lệch nhiệt độ ngày đêm ở đây rất lớn. Ban ngày nắng ấm giúp quang hợp diễn ra mạnh, tích tụ đường.
Ban đêm lạnh giá khiến mạch dẫn đóng lại, giữ đường trong lá. Nồng độ đường cao kích thích anthocyanin sản sinh ồ ạt. Ánh sáng mạnh chiếu xuyên qua lớp lá mỏng tạo hiệu ứng phản xạ tối đa. Kết quả là màu đỏ tím bùng nổ.
Ngược lại, vùng nhiệt đới ít trải qua chu kỳ ngủ đông. Cây không cần phá vỡ diệp lục hàng loạt. Màu sắc thu ở xứ nóng thường pha trộn, không đồng loạt và thiếu độ bão hòa.
Thời tiết ổn định quanh năm cũng khiến anthocyanin không được kích hoạt mạnh. Rừng thu ở vùng cực hay cận cực luôn nổi tiếng nhờ sự tương phản sắc độ cao. Thiên nhiên ở đây vẽ tranh bằng nguyên tắc sinh tồn.
Sự rụng lá ở cây diễn ra ra sao?
Cuối cùng, tầng rời dày lên đến mức cắt đứt hoàn toàn sự kết nối giữa cuống lá và cành. Lúc này, chiếc lá chỉ còn bám vào thân nhờ lực ma sát và độ dính của mô sẹo.
Chỉ cần một cơn gió mạnh hoặc hạt mưa rơi xuống là lá sẽ rụng hẳn. Việc này giúp cây hạn chế tối đa sự thoát hơi nước, ngăn rễ phải tiêu tốn năng lượng để cung cấp nước cho những lá đã chết.
Thay vào đó, nguồn lực được tập trung để nuôi dưỡng chồi ngủ và bảo vệ mô gỗ. Lá sau khi rụng sẽ phủ kín mặt đất, tạo thành lớp cách nhiệt tự nhiên. Theo thời gian, chúng phân hủy chậm rãi, bổ sung mùn và các vi khuẩn có lợi cho đất, khép lại chu kỳ và giúp cây chuẩn bị cho mùa ngủ đông an toàn, sẵn sàng cho một vòng đời mới vào mùa xuân.
