葉っぱには、クロロフィルという緑色の色素とカロチノイドという黄色の色素が含まれていますが、クロロフィルの量が多いため黄色は目立たず、葉っぱは緑色に見えています。秋になり、気温が低くなったり、日照時間が短くなったりすると、活動が弱まりクロロフィルが分解され、カロチノイドが目立ってきて、葉っぱが黄色く見えるようになります。黄色く黄葉するものにイチョウ、イタヤカエデ、ブナなどがあります。

一方、この時期、葉を維持する消費エネルギーを減らすために、落葉の準備をはじめます。このとき、葉っぱと茎の間に離層が形成され、水分や栄養分のやり取りができなくなるので、葉っぱで作られた糖分が葉っぱに蓄積されるようになります。この糖分がアントシアニンという赤い色素に代わり、葉っぱが赤く見えるようになります。葉っぱが紅葉するものに、イロハモミジ、オオモミジ、ニシキギ、ツタウルシ等の植物があります。紅葉が始まったころ、葉っぱが赤黒くなるのは、クロロフィルが充分に分解される前にアントシアニンができ始め、緑と赤が混ざって見えるためです。

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