Lá cây màu xanh lục vì chất diệp lục trong lá hấp thụ mạnh ánh sáng đỏ và xanh lam để quang hợp, nhưng hấp thụ kém ánh sáng lục. Phần ánh lục không dùng tới bị hắt lại hoặc xuyên qua lá, tới mắt ta, nên ta thấy lá xanh. Nói cách khác, màu xanh của lá là màu cây "bỏ đi", không phải màu cây "cần".
Diệp lục: phân tử bắt ánh sáng
Diệp lục (chlorophyll) là sắc tố nằm trong lục lạp của tế bào lá. Nó bắt năng lượng ánh sáng để biến khí cacbonic và nước thành đường, giải phóng ôxy, quá trình gọi là quang hợp. Thực vật trên cạn có hai loại chính là diệp lục a và diệp lục b. Cả hai đều có hai vùng hấp thụ mạnh: một ở vùng lam tím, khoảng 430–460 nm, và một ở vùng đỏ, khoảng 640–670 nm. Ở giữa, vùng lục vàng khoảng 500–600 nm, chúng hấp thụ yếu.
| Vùng ánh sáng | Diệp lục hấp thụ | Số phận ánh sáng |
|---|---|---|
| Lam tím | Mạnh | Dùng cho quang hợp |
| Lục, vàng lục | Yếu | Phần lớn bị hắt lại hoặc xuyên qua: lá trông xanh |
| Đỏ | Mạnh | Dùng cho quang hợp |
| Hồng ngoại gần | Rất yếu | Bị lá phản xạ mạnh, mắt không thấy |
Ngoài diệp lục, lá còn có carotenoid màu vàng cam, giúp bắt thêm ánh lam lục và bảo vệ lá khỏi bị ánh nắng quá mạnh làm hại. Bình thường diệp lục nhiều hơn nên che lấp màu vàng. Tới mùa lá rụng, diệp lục phân huỷ trước và màu vàng cam lộ ra. Bài về lá đổi màu trong danh mục Màu trong thiên nhiên kể kỹ chuyện này.
Nhưng lá vẫn dùng ánh sáng lục
Một ngộ nhận phổ biến là cây "vứt bỏ" hoàn toàn ánh lục. Thực ra một chiếc lá xanh vẫn hấp thụ một phần đáng kể ánh lục, nhất là ở các lớp tế bào bên trong. Ánh lục xuyên sâu hơn vào lá, tới được những lục lạp ở lớp dưới mà ánh đỏ và lam đã bị lớp trên hấp thụ hết. Ở những tán cây rậm, lá phía dưới sống được chủ yếu nhờ ánh sáng lục và đỏ xa lọt qua tầng trên. Vì vậy lá trông xanh không có nghĩa là nó không quang hợp được bằng ánh lục; chỉ là ánh lục được dùng kém hiệu quả hơn và bị hắt lại nhiều hơn.
Vì sao lá không màu đen
Nếu ánh sáng là thức ăn, vì sao cây không tiến hoá để hấp thụ hết mọi màu, trông đen như tấm pin mặt trời? Đây là câu hỏi các nhà khoa học vẫn đang bàn, chưa có câu trả lời dứt khoát. Một số giả thuyết đáng chú ý:
- Quá nhiều năng lượng có hại: lá phơi nắng giữa trưa thường nhận nhiều ánh sáng hơn mức dùng được. Ánh sáng thừa tạo ra các phân tử phản ứng mạnh gây hại cho tế bào. Hấp thụ ít ánh lục có thể giúp lá tránh bị "quá tải".
- Ổn định nguồn năng lượng: một nghiên cứu năm 2020 đăng trên tạp chí Science đề xuất rằng hấp thụ ở hai đỉnh đỏ và lam, bỏ vùng giữa, giúp bộ máy quang hợp nhận năng lượng ổn định hơn khi ánh sáng dao động.
- Di sản tiến hoá: có giả thuyết rằng thời xa xưa, một số vi sinh vật sống dưới nước dùng sắc tố hấp thụ ánh lục; tổ tiên của thực vật "nhặt" phần ánh sáng còn lại. Ý tưởng này thú vị nhưng còn mang tính suy đoán.
Khi viết hay dạy về chủ đề này, nên nói rõ đây là những giả thuyết, tránh khẳng định một lý do duy nhất.
Cây lá đỏ, lá tím có quang hợp được không
Có. Những cây lá đỏ tía như tía tô, rau dền đỏ, các giống phong lá đỏ hay cây trang trí lá tím vẫn có diệp lục. Màu đỏ tím đến từ anthocyanin, một sắc tố khác nằm chồng lên, che lấp màu xanh. Anthocyanin được cho là giúp bảo vệ lá khỏi ánh nắng mạnh, khỏi lạnh và một số loại căng thẳng khác. Các cây này thường quang hợp kém hơn một chút so với cây lá xanh cùng loài, nhưng vẫn sống khoẻ.
Rong biển đỏ dưới đại dương lại là chuyện khác: chúng có thêm những sắc tố phụ hấp thụ được ánh lục lam, thứ ánh sáng còn lại ở độ sâu nơi ánh đỏ đã bị nước hấp thụ hết. Đó là lý do nhiều loài tảo đỏ sống được ở tầng nước sâu hơn tảo lục.
Đèn trồng cây màu tím hồng
Ai từng đi qua các trang trại rau trong nhà hay vườn ươm có thể đã thấy những dãy đèn phát ánh sáng tím hồng kỳ lạ. Đó là đèn LED trồng cây kết hợp chip đỏ và chip xanh lam, đúng hai vùng diệp lục hấp thụ mạnh nhất. Hai màu đó trộn lại cho mắt người cảm giác hồng tím. Nhiều đèn đời mới bổ sung thêm ánh trắng hoặc ánh lục, vì nghiên cứu cho thấy cây phát triển cân đối hơn khi có cả phổ rộng, và người làm việc cũng dễ nhìn tình trạng cây hơn dưới ánh sáng trắng.
Màu lá và sức khoẻ của cây
Người trồng cây quan sát màu lá để đoán tình trạng cây. Lá vàng đều có thể do thiếu đạm, lá vàng giữa gân xanh thường gặp khi thiếu sắt hoặc magiê, lá úa ở gốc có thể do tưới quá nhiều. Đây là dấu hiệu gợi ý chứ không phải chẩn đoán chắc chắn; nhiều nguyên nhân khác nhau cho cùng một kiểu vàng lá. Người làm vườn nên hỏi thêm cán bộ khuyến nông hoặc người có kinh nghiệm tại địa phương trước khi bón phân.
Các nhà khoa học còn dùng ảnh vệ tinh đo lượng ánh đỏ và hồng ngoại gần mà cây cối hắt lại để đánh giá sức khoẻ thảm thực vật trên diện rộng. Lá khoẻ hấp thụ mạnh ánh đỏ và phản xạ mạnh hồng ngoại gần; khi cây yếu hoặc khô hạn, tỉ lệ này thay đổi.
Góc nhìn hôm nay: tách màu lá bằng sắc ký giấy
Một thí nghiệm đơn giản ở nhà cho thấy lá xanh chứa nhiều sắc tố: giã nhỏ vài lá rau cải hoặc lá rau muống với một chút cồn y tế, chấm dịch màu xanh lên một dải giấy lọc cà phê cách mép dưới khoảng 2 cm, rồi nhúng mép giấy vào một lớp cồn mỏng trong cốc (không để cồn chạm vết chấm). Sau khoảng nửa giờ, cồn thấm lên kéo theo sắc tố, tách thành các vệt xanh lục và vàng ở độ cao khác nhau. Cồn dễ cháy, làm thí nghiệm nơi thoáng, xa lửa, có người lớn giám sát.
Chương quang hợp trong sách Sinh học phổ thông giải thích sâu hơn về diệp lục và các sắc tố phụ.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao lá cây có màu xanh?
Vì diệp lục trong lá hấp thụ mạnh ánh sáng đỏ và xanh lam để quang hợp, hấp thụ yếu ánh lục. Phần ánh lục bị hắt lại hoặc xuyên qua lá tới mắt ta, nên lá trông xanh.
Cây có dùng ánh sáng xanh lá để quang hợp không?
Có, nhưng kém hiệu quả hơn. Ánh lục xuyên sâu vào lá và được lục lạp ở lớp trong sử dụng, nhất là với lá ở tầng dưới tán cây.
Cây lá đỏ có quang hợp được không?
Có. Lá đỏ tím vẫn chứa diệp lục, chỉ bị sắc tố anthocyanin che lấp màu xanh. Chúng quang hợp bình thường dù có thể kém hơn chút so với lá xanh.
Vì sao đèn trồng cây có màu tím hồng?
Đèn trồng cây thường kết hợp ánh đỏ và ánh xanh lam, hai vùng diệp lục hấp thụ mạnh nhất. Hai màu trộn lại cho mắt người cảm giác tím hồng.