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核心概念
植物
季節變化
顏色
引言
你有沒有想過為什麼葉子會在秋天從綠色變成令人驚歎的黃色、橙色和紅色？葉子絢麗的色彩來自各種大小、創造顏色的分子組成的色素。
在溫暖、陽光充足的月份裡，植物利用葉子將陽光轉化為食物能量，這個過程叫做光合作用。這主要使用一種反射綠光的色素，使葉子呈現其特有的顏色。
在秋天，當寒冷、短暫的日子來臨時，許多樹木不再用它們的葉子製造食物能量，因此也不再需要綠色色素。葉子的其他色素，其中一些在夏季就已經存在，開始變得可見。透過一種叫做紙色譜法的過程分離植物色素，揭開秋天隱藏的顏色。你會看到什麼顏色？
背景
植物葉子中有很多種色素。葉綠素使它們呈現綠色，並幫助在溫暖、陽光充足的月份進行光合作用。當秋天來臨，綠色的、製造食物的顏色褪去時，其他色素，如黃色、橙色和紅色色素變得更加可見。
葉黃素是黃色色素，類胡蘿蔔素使葉子呈現橙色。光合作用在夏季也使用這些色素，但葉綠素是一種更強的色素，會壓倒它們。這些色素比葉綠素分解需要更多的時間，所以你在秋葉中看到它們變得可見。它們也存在於胡蘿蔔、水仙花、香蕉和其他具有這些鮮豔顏色的植物中。還有花青素，強烈的紅色色素，它們不是在夏季產生的，而是隻在秋季顏色的最後一組中出現。這些分子也使蘋果、蔓越莓、草莓等呈現紅色。
儘管一片葉子是這些色素的混合物，你可以使用一種叫做紙色譜法的方法分離這些顏色。這個過程溶解色素，並使它們被一張紙條吸收。較大的分子在編織的紙張中移動比較困難，並且首先被困在紙張中，而較小的分子則沿著紙張移動得更遠。這個過程按分子大小——以及顏色——分離色素的混合物。
材料
• 處於不同變色階段的葉子（越多越好——每種顏色大約10片最好）
• 剪刀
• 結實的、堅固的飲水杯（三到四個）
• 酒精（異丙醇）
• 木勺或其他鈍端的木製器具，用於壓碎葉子
• 叉子
• 非常小的碗或茶燈燭臺（三到四個）
• 結實、白色、厚重、超吸水紙巾
• 尺子
• 鉛筆
• 牙籤
• 盤子（或其他表面，以保護工作區域免受汙漬）
• 高玻璃罐，如梅森罐（三到四個）
• 晾衣夾或大的回形針（九到十二個）
準備工作
• 收集一些在秋季處於不同顏色變化階段的葉子，最好來自同一棵樹。
• 將你的葉子分成按顏色排列的不同組，每組大約10片大葉子。將它們分成綠色、黃色和紅色堆可能最容易。
• 準備紙巾條，為每組葉子製作三到四個條。將結實、厚的紙巾切成長的、一英寸寬的條狀。它們應該足夠長，能夠接觸到高玻璃罐或梅森罐的底部，並且仍然延伸到頂部。用鉛筆，輕輕地在每條紙巾條的底部一英寸處畫一條線。
步驟
• 用剪刀將葉子剪成小塊。將每組葉子放入飲水杯的底部。
• 向每個杯子中加入一湯匙酒精。
• 用木勺的鈍端將葉子壓入酒精中約五分鐘，直到溶液變深。酒精的顏色發生了什麼變化？
• 將溶液在室內黑暗的地方靜置30分鐘。
• 用叉子將溶液中的任何葉子碎片去除並丟棄，同時將液體留在杯中。
• 將每種溶液倒入一個非常小的碗中，並將其放在室內黑暗的地方，以便讓更多的酒精蒸發。當你用牙籤攪拌你的溶液並且它們看起來變稠時，你就可以進行下一步了。
• 用牙籤徹底攪拌每種顏色的溶液，每種溶液使用不同的牙籤，以免混合顏色。
• 使用每種顏色的牙籤，在你在紙巾條上畫的鉛筆線上，平滑均勻地“塗抹”一些每種溶液。因為某些植物色素會染色，你應該在盤子上進行此操作，這樣顏色就不會弄髒你的工作臺面。對於每種顏色，使用總共三到四個條進行此操作。
• 讓紙巾條幹燥。
• 在紙巾條幹燥時，向每個玻璃罐中倒入足夠的酒精，剛好覆蓋底部。為每種顏色溶液準備一個罐子。
• 將乾燥的紙巾條，小心地將著色端放入罐中，直到紙巾條剛好接觸到酒精。將紙巾條的頂部搭在罐子的開口處，並用晾衣夾固定。確保每條紙巾條都沒有接觸到罐子的側面，而是隻在固定處接觸罐子。將來自相同溶液的紙巾條放入相同的罐子中，但要避免它們相互接觸。
• 讓玻璃罐靜置30分鐘，並觀察紙巾條。紙巾條的顏色正在發生什麼變化？
• 當其中一種顏色到達紙巾條的頂部時，取出所有紙巾條並讓它們乾燥。
• 檢視不同的乾燥紙巾條。紙巾條中的顏色有什麼不同？來自不同顏色溶液的紙巾條是否有獨特的顏色，共享的顏色或兩者都有？
• 檢視顏色在不同紙巾條上出現的順序。相同的顏色在不同的紙巾條上是否在相同的位置，還是在不同的位置？顏色在每條紙巾條上以相同的分離順序出現，還是以不同的順序出現？
• 提示：如果你的色譜結果顏色很淡，嘗試使用更多的葉子，將它們切成更小的碎片，和/或在紙巾條上的鉛筆線上“塗抹”更多的溶液。
• 額外：你可以使用相同的步驟來比較許多不同植物來源中的顏色分子。例如，你可以嘗試紅甘藍、藍莓、胡蘿蔔、甜菜、菠菜、花朵或其他顏色鮮豔的植物。它們的顏色分子混合物如何比較？
• 額外：如果你發現一棵具有多種顏色的樹，你可以使用更多中間變化階段的葉子重複此步驟。白楊樹是葉子顏色多種多樣的特別好的來源。
觀察和結果
你是否能夠在測試條上看到多條顏色帶？你是否看到，對於使用的不同顏色溶液，存在一些不同的顏色帶？
即使一片植物葉子看起來主要是一種顏色，它實際上是由色素分子混合物組成的。在此步驟中，紙色譜法按分子的大小分離色素。因此，當你沿著一條紙巾條移動時，你應該在不同的位置看到不同的顏色，並且顏色出現的順序在你測試的不同顏色溶液中應該大致相同。
測試條上不同的顏色帶是什麼？這些是葉子中不同的色素。你可能在紙巾條上看到的有：綠色葉綠素、黃色葉黃素、橙色類胡蘿蔔素和紅色花青素。具有較大分子的色素通常停留在紙巾條的底部附近，溶液最初“塗抹”到鉛筆線上的位置，因為它們很難透過紙巾的編織纖維向上移動。較小的色素可以更容易地穿過紙巾，因此它們通常會沿著紙巾條向上移動更遠。
因為葉子的顏色取決於其中的色素混合物，所以不同顏色的葉子會在其紙巾條上顯示不同的顏色。例如，非常綠色的葉子可能在其紙巾條上沒有任何紅色（花青素）。
清理
因為某些植物色素會染色，所以在丟棄時要小心不要濺出你的有色溶液。
更多探索
來自大眾科學的“是什麼導致樹葉在秋天改變顏色？”
來自S.U.N.Y.環境科學與林業學院電子中心的“為什麼葉子會改變顏色”
來自哈佛大學藝術與科學學院哈佛森林費舍爾博物館和佛羅里達國際大學生物科學系的“秋葉顏色”
“紙色譜法資源”，來自 Science Buddies
“紙色譜法：基礎版”，來自 Science Buddies
此活動由Science Buddies合作推出