مردم در قدیم گمان می کردند که قرمز و زرد شدن برگ های درختان در پاییز به علت شکار ستاره دب اکبر توسط شکارچیان آسمانی می باشد. بصورتی که خون شکار روی درختان جنگل چکیده و بسیاری از برگ ها را به رنگ قرمز در آورده است و برگ های درختان دیگر نیز بر اثر چربی که به هنگام پخت گوشت آن توسط شکارچیان، روی درختان پاشیده شده است، به رنگ زرد در آمده است.
خیلی از مردم نیز بر این باور بودند که یخبندان باعث تغییر رنگ برگ ها می شود در صورتی که این تصور هم درست نیست زیرا رنگ برگ بعضی از درختان، قبل از فصل انجماد شروع به تغییر می کند.
درختان طی روز آفتابی و گرم تابستان سبز و شاداب هستند. سبز بودن برگ ها به علت رنگدانه کلروفیل و عمل فتوسنتز می باشد. برای تبدیل انرژی خورشید به کربوهیدرات، وجود آب و دی اکسید کربن در حضور نور در کلروفیل ضروری است.
در درختان خزان کننده با شروع فصل خزان، عمل فتوسنتز و ماده سازی به پایان می رسد و چنین درختانی برای بقا در زمستان، مجبور به ذخیره مواد غذایی در ریشه و تنه خود می باشند. به همین دلیل مواد غذایی موجود در برگ ها پس از تجزیه جذب ریشه و تنه درختان می گردد. یکی از این ترکیباتی که بر این اساس تجزیه می گردد کلروفیل است.
علاوه بر کلروفیل رنگدانه های دیگری نیز در داخل برگ درختان وجود دارد ولی معمولا مقدار کلروفیل (سبزینه ) آنقدر زیاد است مانع از آن می شود که سایر رنگدانه ها یا رنگ های مختلف را ببینیم. اما برخی ازگیاهان شامل گل ها یا گیاهان درختچه ای برگ هایی به رنگ های مختلف دارند که نشان دهنده آن است که علاوه بر رنگدانه کلروفیل ، میزان رنگدانه های دیگر نیز در این گیاهان بالا می باشد.
رنگدانه ها در داخل سلول های گیاهان و در اندامک کلروپلاست سلول قرار دارند.
رنگدانه های مهم گیاهان شامل کلروفیل ها، کارتنوئیدها و آنتوسیانین می با شند.
کلروفیل ها: رنگدانه اصلی گیاهان می باشد و در انواع a,b,c,d,e می باشد. کلروفیل a کلرفیل اصلی می باشد چون فقط این رنگدانه می باشد که هم نور را جذب می کند و هم انرژی نورانی را به انرژی شیمیایی تبدیل می کند، سایر کلروفیل ها تنها نور را جذب می کنند و سپس آن را به کلرفیل a منتقل می کنند. تمامی گیاهان دارای کلرفیل a می باشند. در کلروفیل برگ ها، نور قرمز به میزان بالا و نور آبی به میزان کمتر جذب می شود و نور سبز به طور کامل منعکس می شود به همین دلیل در برگ ها زمانی که میزان رنگدانه کلروفیل بالا باشد، برگ ها به رنگ سبز دیده می شوند.
کارتنوئید ها: شامل دو گروه رنگدانه می باشد. رنگدانه کاروتن (نارنجی رنگ) و رنگدانه گزانتوفیل (زرد رنگ) می باشد. کارتنوئید ها ترکیب پایدارتری نسبت به کلروفیل دارند و دیرتر از کلروفیل تجزیه می شوند. به همین علت با از بین رفتن کلروفیل در برگ، کاروتن ها و گزانتوفیل های باقیمانده در برگ سبب می شود که برگ به رنگ نارنجی یا زرد به نظر برسد.
آنتوسیانین: رنگدانه آنتوسانین به رنگ قرمز یا ارغوانی می باشد. رنگ زرشک، انار، کلم قرمز، چغندر، تمشک، پرتقال خونی، گیلاس، توت فرنگی و ذغال اخته ناشی از رنگدانه آنتوسیانین می باشد. برخلاف کلروفیل و کارتنوئیدها، آنتوسیانین به غشای سلولی نمی چسبد بلکه در شیره سلول محلول می باشد. رنگ تولید شده توسط این رنگدانه به ph شیره سلولی بستگی دارد. در شیره سلولی کاملا اسیدی، قرمز رنگ و در شیره سولی با اسیدیته کمتر ارغوانی رنگ می باشد. اگر کلم قرمز را که آنتوسیانین دارد در سرکه (محیط اسیدی تر) بجوشانیم رنگ آن قرمز یاقوتی یا قرمزخون می شود. آنتوسیانین از واکنش بین کربوهیدرات و پروتئین خاصی در شیره سلول تولید می شود. انجام این واکنش به نور احتیاج دارد.
سرما و طول روز
در پاییز با سرد شدن هوا و کاهش طول روز و بالطبع کاهش میزان شدت و مدت نور خورشید فرایند های حیاتی گیاه کاهش می یابد و فعالیت برگ هم به پایان می رسد. به بیان دیگر کارخانه تولید غذا متوقف می شود و کلروفیل موجود در برگ ها به موادی که از آن ها ساخته می شود تجزیه می شود.
مواد غذایی قابل دسترس به منظور ذخیره سازی برای طی زمستان و استفاده در بهار به تنه درخت منتقل می شود. و آنچه در حفره های سلولی برگ ها باقی می ماند نوعی ماده آبکی است که در آن مقداری قطرات چربی و تعداد محدودی رنگدانه های زرد رنگ (کارتنوئید ها) است که به شدت نور را منعکس می کنند و عامل زرد شدن برگها در پائیز می باشند.
میزان قند ها در اغلب موارد بیش از آن است که بتواند به سرعت به درون تنه درخت منتقل شود. در این حالت ترکیب شیمیایی ان با سایر مواد (پروتئین خاص در سیره سلول) در حضور نور واکنش می دهد و رنگدانه آنتوسانین را بوجود می اورد . که رنگ آن بین قرمز روشن و قرمز مایل به قهوه ای در نوسان است. این رنگدانه در شیره سلول محلول می باشد و رنگ تولید شده توسط این رنگدانه به ph شیره سلولی بستگی دارد ( دلیل آنکه برخی از سیب ها در یک طرف قرمز و طرف دیگر سبز هستند این است که طرف قرمز در مقابل نور خورشید است و رنگدانه آنتوسیانین که با حضور نور فعال می شود بوجود می آید ولی در طرفی که سمت سایه است این اتفاق نمی افتد).
عوامل موثر برتشکیل رنگدانه آنتوسیانین شامل : دما، نور درخشان خورشید و رطوبت هوا می باشد. در دمای پائین کلروفیل زودتر از بین می رود و تشکیل آنتوسیانین قوت می گیرد. در شرایطی که کلروفیل تجزیه شده است نور درخشان خورشید موجب تشکیل بیشتر آنتوسیانین می شود. در هوای خشک به علت افزایش غلظت کربوهیدرات در شیره سلول، مقدار آنتوسیانین بیشتر می باشد.
بنابراین روشن ترین برگ های پائیز وقتی ظاهر می شود که روز های آفتابی و هوای خشک و شب های سرد و همراه با هوای خشک را به دنبال آن داشته باشیم.
در مجموع و با توجه به توضیحات فوق:
در بهار و تابستان میزان کلروفیل بسیار بالاست، برگها به رنگ سبز دیده می شوند.
زمانی که در برگ ها میزان رنگدانه کارتنوئید بیشتر و رنگدانه آنتوسیانین کمتر باشد، برگ ها به رنگ زرد دیده می شوند.
زمانی که در برگ ها مقادیر کافی از آنتوسیانین و کارتنوئید باشد، برگ ها به رنگ نارنجی دیده می شوند.
زمانی که در برگ ها میزان رنگدانه آنتوسیانین بالا باشد، برگ ها به رنگ قرمز دیده می شوند.
در غیاب انواع این رنگدانه ها، عوامل شیمیایی دیگر تاثیر می گذارند. رنگ قهوه ای بعضی از برگ های بلوط به علت وجود ماده شیمیایی تانن می باشد.
ریزش برگ ها
نور بصورت غیر مستقیم در ریزش برگ ها نقش دارد. با افزایش سرما و کاهش طول روز از فعالیت کلروفیل کم کم کاسته می گردد، سپس کلروفیل تجزیه می گردد و رنگدانه های جایگزین آن موجب تغییر رنگ برگ ها می شوند.
سپس هرمون های برگ ریزی درختان پیام ریزش برگ را به دیواره سلولی دمبرگ گیاهان صادر می کنند(ناحیه ریزش). در گیاهان نیز مانند بدن انسان هرمون هایی تولید می شوند که فرمان های خاصی را به اندام های مختلف می دهند. علاوه بر هرمون اتیلن که عامل اصلی ریزش برگ است، هرمون های اکسین و اسید آبسیزیک نیز در ریزش برگ ها موثر می باشند و نقش دارند. (اکسین قبل از شروع پیری با جلوگیری از فعالیت اتیلن از طریق به تاخیر انداختن فرایند پیری، ریزش برگ ها را کاهش می دهد. اما با شروع پیری، اکسین موجب تحریک تولید اتیلن می شود و ریزش را تسریع می نماید).
سلول های پارانشیمی ناحیه ریزش اغلب از سلول های اطراف کوچکترند. حتی عناصر آوندی آن کوتاه می باشند. در دسته های آوندی در ناحیه ریزش فیبر وجود ندارد. این ویژگی ها ناحیه ریزش را به ناحیه ضعیفی مبدل می سازد.
با دریافت پیام در ناحیه ریزش، دیواره سلولی ناحیه ریزش که پکتوسلولزی است، متلاشی و از هم جدا می شود. پیوستگی بین سلول ها از بین می رود بدین صورت ارتباط دمبرگ با ساقه کم کم قطع می شود بطوریکه تنها توسط آوند ها با هم در ارتباطند یعنی تنها شاهرگ حیاتی و نقطه اتصال. سرانجام سنگینی برگ و یا وزش باد اتصال آوندی را گسسته و برگ از درخت می افتد همزمان با افتادن برگ، درخت به صورت طبیعی یاژنتیکی جای برگ را ترمیم می کند . بدین صورت که وقتی برگ فرو می افتد یک لایه چوب پنبه ای روی بقایای دمبرگ تشکیل می شود و گیاه را از حمله میکروبی محافظت می کند و اتلاف آب را محدود می نماید. آوند های چوبی نیز در اثر نفوذ سلول های پارانشیمی مجاور مسدود می شوند و محلی روی ساقه که برگ از آن ریزش کرده است توسط یک زخم مشخص می شود.