枫树叶变红是一个复杂的生理生化过程，涉及多种色素代谢和环境因子的协同作用，其化学变化核心包括以下几方面：
1. 叶绿素降解与光合作用停止
秋季日照缩短、气温下降时，叶绿素合成受阻，原有叶绿素被分解酶（如叶绿素酶）逐步降解，镁离子从卟啉环中脱离，形成无色的叶绿素衍生物。这一过程揭示叶片光合能力衰退，为类胡萝卜素和花青素显色提供条件。
2. 花青素的合成与积累
枫树等植物在低温强光下激活花青素合成通路：
苯丙烷代谢途径启动，苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性升高，促进肉桂酸衍生物生成。
糖代谢产物（如蔗糖）通过调节转录因子（如MYB、bHLH家族）上调花青素合成酶（如CHS、DFR、ANS）的表达。
花青苷（如矢车菊素-3-葡萄苷）在液泡中积累，其在酸性条件下呈现红色，pH值受液泡膜质子泵调控。
3. 环境因子的调控机制
光照：紫外线（UV-B）增强会诱导活性氧（ROS）产生，触发花青素合成作为光保护机制。
温度：昼夜温差大促进糖分积累，低温抑制磷酸蔗糖合成酶活性，增加蔗糖向花青素转化的底物供应。
水分胁迫：干旱信号（如ABA激素）可协同增强花青素合成相关基因表达。
4. 类胡萝卜素的辅助显色
伴随叶绿素降解，原本被掩盖的类胡萝卜素（如β-胡萝卜素、叶黄素）显现黄色至橙色，与花青素的红色叠加形成枫叶的深红或紫红色调。
5. 抗氧化防御的生物学意义
花青素作为抗氧化剂可清除自由基，保护叶片在衰老过程中免受氧化损伤，同时延长营养回收时间供树干储存。
该现象实质是植物适应环境压力的生存策略，涉及基因表达调控、酶活修饰及次生代谢物动态平衡。不同树种变红程度差异与其花青素合成能力及环境响应阈值有关，如糖枫（Acer saccharum）的红色比挪威枫（Acer platanoides）更鲜艳即因其ANS酶活性更高。
