Что придает зеленый цвет растениям: Зеленый цвет растению придает пигмент … В клетках растений он находится в …

Почему растения зеленые, а не синие или красные?

Большинство растений на планете Земля зеленого цвета. Это бескрайние поля, луга, огромные леса. Очень часто от малышей можно услышать вопрос: «Мама, а почему растения зеленые?». Попробуем ответить на данный вопрос с точки зрения химии, физики и простого обывателя.

Почему листья растений зеленого цвета? Просто о сложном

Листва и трава на нашей планете бывают желтого цвета, красного, но в основном зеленого. Это происходит потому, что растения окрашивают крошечные пигменты. Они находятся в клетках каждой травинки и листочка. Одни из них придают растению красный цвет, другие – желтый, а третьи – зеленый. Самым распространенным из пигментов является хлорофилл — вещество, придающее растениям зеленый цвет.

Что такое хлорофилл и фотосинтез?

Листву и траву окрашивает пигмент, называемый хлорофилл (это вещество зеленого цвета, которое участвует в процессе фотосинтеза). В результате этого образуются питательные вещества, и вырабатывается кислород.

Благодаря свету солнца совершается сложный биохимический процесс, в результате которого неорганические вещества и вода, полученные растением из почвы, превращаются в органические (жиры, углеводы, белки, крахмал, сахар). Основное значение фотосинтеза в том, что растение поглощает углекислый газ и вырабатывает кислород, важный для жизни всех организмов на Земле.

Физика и химия зеленого света

Попробуем разобраться глубже в том, почему растения зеленые.

Ученые-физики объясняют расцветку всех предметов тем, насколько ими поглощается/отражается свет. Окружающие нас вещи имеют такой цвет, который ими отражается. Например, если предмет белого тона, значит, он отражает все цвета спектра. Если черного, то все оттенки поглощаются этим предметом. Белый солнечный свет состоит из семи цветов, которые получают все живые организмы, растения и неживые объекты. Трава и листва из всех тонов отражает только зеленый (он не нужен для процесса фотосинтеза) и вот почему все растения имеют такой оттенок. А пигмент хлорофилл добывает энергию для роста и питания из красного и синего спектра.

Ученые могут объяснить, почему большинство растений отражает зеленый свет, а не поглощает его. Каждый из цветов спектра имеет определенную энергию и число фотонов (крошечных частиц света). Для фотосинтеза важна именно эта энергия. Самое большое число фотонов содержится в красном цвете, тогда как синий владеет самой полезной энергией. Зеленые фотоны не отличаются ни энергией, ни полезностью, поэтому природа его и не использует.

С точки зрения химии все объясняется по-другому. Ученые считают, что окраска предметов зависит от концентрации некоторых металлов. Например, кровь красная из-за того, что гемоглобин в ней содержит железо. Почти вся растительность зеленого цвета, потому что в хлорофилле имеется магний. Самое интересное, что данная теория не имеет веских доказательств. Ученые пробовали заменить магний цинком, но, несмотря на это, растения оставались такими же зелеными.

Почему осенью листва желтеет?

Почему же осенью трава становится желтого цвета, листва сохнет и опадает? Это происходит из-за недостатка солнечного света. С началом осени дни становятся короче, прохладнее и темнее. Растения чутко реагируют на сокращение светового дня. Хлорофиллу недостает солнечного цвета, и он начинает разрушаться, зеленая окраска теряется, превращаясь в бурую, красную, желтую, багряную.

Почему не все растения зеленые?

Почему в природе, помимо зеленых, встречаются и растения прочих цветов? Потому что кроме хлорофилла, растения могут содержать и множество других пигментов. Например:

• Антоциан – пигмент, который поглощает лучи зеленого света, а все остальные отражает. Листья, содержащие вещество могут иметь окраску любого цвета, за исключением зеленого.
• Каротин – пигмент, отражающий желтую и красную палитру. Листья и травы, в которых количество каротина намного больше, чем хлорофилла, бывают красными или желтыми.
• Ксантозин – вещество, поглощающее всю палитру цветов, кроме желтого. Соответственно листва, содержащая ксантозин – желтого оттенка.

Теперь и взрослому и ребенку станет понятно, почему растения зеленые. Каждый поймет важность процесса фотосинтеза, как растения получают питательные вещества и растут, и почему по осени они желтеют и увядают. Познавайте мир, это очень интересно!

Хлорофилл

Хлорофилл — это химическое вещество, содержащееся в хлоропластах растений. Он позволяет растениям поглощать и использовать свет. Энергия света используется в процессе фотосинтеза для получения глюкозы. В ней содержится много запасенной энергии, которую растению необходимо высвободить. Оно делает это с помощью дыхания. Эта энергия затем используется при росте растения или для восстановления повреждений. Хлорофилл также придает стеблю и листьям растения зеленый цвет.

Хлорофилл — это зеленый пигмент, содержащийся почти во всех растениях, водорослях и цианобактериях. Он сильнее всего поглощает свет в синей части электромагнитного спектра, затем в красной. Однако он плохо поглощает зеленую и близкую к ней части спектра. Хлорофилл был впервые выделен в 1817 году.

Хлорофилл придает листьям зеленый цвет и поглощает свет, который используется в процессе фотосинтеза.

Хлорофилл содержится в высоких концентрациях в хлоропластах растительных клеток.

Максимумы поглощения хлорофиллов на фоне спектра белого света.[ источник?]

Средний хлорофилл морской поверхности, рассчитанный по данным SeaWiFS, за период с 1998 по 2006 гг.

Хлорофилл и фотосинтез

Хлорофилл необходим для фотосинтеза, который позволяет растениям получать энергию из света.

Молекулы хлорофилла расположены в мембранах хлоропластов и вокруг них. Они выполняют две основные функции. Функция большинства хлорофиллов (до нескольких сотен молекул на фотосистему) заключается в поглощении света и передаче световой энергии реакционным центрам. Эти пигменты названы по длине волны (в нанометрах) их красного максимума поглощения. Эти хлорофилловые пигменты можно разделить в ходе простого эксперимента по бумажной хроматографии.

Функция реакционного центра хлорофилла заключается в использовании энергии, переданной ему от других хлорофилловых пигментов, для осуществления специфической окислительно-восстановительной реакции. В этой реакции хлорофилл отдает электрон электронно-транспортной цепи. Именно благодаря этой реакции фотосинтезирующие организмы, такие как растения, производят газ O₂ , который является источником практически всего O₂ в атмосфере Земли. Фотосистема I обычно работает последовательно с фотосистемой II.

Поток электронов, создаваемый хлорофилловыми пигментами реакционного центра, используется для перемещения ионов H⁺ через мембрану, создавая хемиосмотический потенциал, используемый в основном для производства химической энергии АТФ; и эти электроны в конечном итоге восстанавливают NADP⁺ до NADPH, универсального редуктанта, используемого для восстановления CO₂ в сахара, а также для других биосинтетических восстановлений.

Было обнаружено, что зеленый морской слизень Elysia chlorotica использует съеденный им хлорофилл для собственного фотосинтеза. Этот процесс известен как клептопластика, и ни у одного другого животного не было обнаружено такой способности.

Почему зеленый, а не черный?

До сих пор неясно, почему растения в основном эволюционировали к зеленому цвету. Зеленые растения отражают в основном зеленый и околозеленый свет, а не поглощают его. Другие части системы фотосинтеза все же позволяют зеленым растениям использовать зеленый спектр света (например, через светоулавливающую структуру листьев, каротиноиды и т.д.). Зеленые растения не используют большую часть видимого спектра настолько эффективно, насколько это возможно. Черное растение может поглощать больше излучения, и это может быть очень полезно, не считая проблем с утилизацией этого дополнительного тепла (например, некоторые растения должны закрывать свои отверстия, называемые стомами, в жаркие дни, чтобы не потерять слишком много воды). Точнее, возникает вопрос, почему единственная поглощающая свет молекула, используемая для питания растений, имеет зеленый цвет, а не просто черный.

Биолог Джон Берман сказал, что эволюция — это не инженерный процесс, поэтому у нее часто есть ограничения, которых нет у инженера или другого дизайнера. Даже если бы черные листья были лучше, ограничения эволюции могут помешать видам стать максимально эффективными. Берман пишет, что получить пигменты, которые работают лучше, чем хлорофилл, может быть очень сложно. На самом деле, считается, что все высшие растения (эмбриофиты) произошли от общего предка, который является разновидностью зеленых водорослей — таким образом, хлорофилл эволюционировал только один раз (общий предок).

Шил ДасСарма, микробный генетик из Университета Мэриленда, отметил, что виды архей используют другую поглощающую свет молекулу, ретиналь, для получения энергии из зеленого спектра. Некоторые ученые считают, что археи, поглощающие зеленый свет, когда-то были самыми распространенными в земной среде. Это могло оставить «нишу» для зеленых организмов, которые поглощали бы другие длины волн солнечного света. Это лишь вероятность, и Берман пишет, что ученые все еще не убеждены в каком-то одном объяснении.

Черные растения могут поглощать больше радиации, и все же большинство растений зеленые

Химическая структура

Хлорофилл — это хлориновый пигмент, который структурно сходен с другими порфириновыми пигментами, такими как гем, и образуется в результате того же метаболического пути. В центре хлоринового кольца находится ион магния. В структурах, изображенных в этой статье, некоторые лиганды, присоединенные к центру Mg²⁺ , опущены для наглядности. Хлориновое кольцо может иметь несколько различных боковых цепей, обычно включающих длинную фитоловую цепь. В природе существует несколько различных форм, но наиболее широко распространенной формой в наземных растениях является хлорофилл а. Общая структура хлорофилла а была разработана Гансом Фишером в 1940 году. К 1960 году, когда была известна большая часть стереохимии хлорофилла а, Роберт Бернс Вудворд опубликовал полный синтез молекулы. В 1967 году Ян Флеминг завершил последнее оставшееся стереохимическое выяснение, а в 1990 году Вудворд с соавторами опубликовал обновленный синтез. В 2010 году в цианобактериях и других оксигенных микроорганизмах, образующих строматолиты, был обнаружен фотосинтетический пигмент ближнего инфракрасного света под названием хлорофилл f.

Ниже приводится краткое описание различных структур хлорофилла:

Заполняющая пространство модель молекулы хлорофилла а

Измерение хлорофилла

Измерители содержания хлорофилла измеряют оптическое поглощение листа для оценки содержания в нем хлорофилла. Молекулы хлорофилла поглощают в синей и красной полосах, но не в зеленой и инфракрасной. Измерители содержания хлорофилла измеряют величину поглощения в красном диапазоне, чтобы оценить количество хлорофилла, присутствующего в листе. Чтобы компенсировать различную толщину листьев, измерители хлорофилла также измеряют поглощение в инфракрасном диапазоне, на который хлорофилл не оказывает существенного влияния.

Содержание хлорофилла в листьях можно неразрушающе измерить с помощью ручных измерительных приборов, работающих от батареек. Измерения, выполняемые этими приборами, просты, быстры и относительно недороги. В настоящее время они имеют большую емкость для хранения данных, возможность усреднения и графические дисплеи.

Спектрофотометрия

Измерение поглощения света осложняется растворителем, используемым для его извлечения из растительного материала, что влияет на полученные значения,

• В диэтиловом эфире хлорофилл a имеет приблизительные максимумы поглощения при 428 нм и 660 нм, а хлорофилл b — при 453 нм и 642 нм.
• Пик поглощения хлорофилла a находится при 666 нм.

Спектр поглощения хлорофилла, показывающий полосу пропускания, измеренный хлорофиллометром CCM200 для расчета относительного содержания хлорофилла

Спектры поглощения свободного хлорофилла a (зеленый ) и b (красный ) в растворителе. Спектры молекул хлорофилла несколько изменяются in vivo в зависимости от специфических пигмент-белковых взаимодействий.

Биосинтез

У ангиоспермов последний этап синтеза хлорофилла зависит от света. Такие растения бледнеют (этиолируются), если их выращивать в темноте. У бессосудистых растений и зеленых водорослей есть дополнительный фермент, не зависящий от света, и они становятся зелеными в темноте.

Хлороз — это состояние, при котором листья не вырабатывают достаточно хлорофилла, поэтому они становятся желтыми. Хлороз может быть вызван недостатком железа — так называемый железный хлороз — или недостатком магния или азота. Иногда на эти виды хлороза влияет рН почвы. Многие растения приспособлены к произрастанию в почвах с определенным уровнем pH, и от этого может зависеть их способность поглощать питательные вещества из почвы. Хлороз также может быть вызван патогенами, включая вирусы, бактерии и грибковые инфекции, или сокососущими насекомыми.

Похожие страницы

• Ксантофилл

Автор

Alegsaonline.com — Хлорофилл — Leandro Alegsa — 20/04/2022 — url: https://ru.alegsaonline.com/art/19898

Библиографические ссылки

— www.ucmp.berkeley.edu — «Photosynthetic pigments»- www.ucmp.berkeley.edu — UCMP Glossary (online)- pubs.acs.org — «Joseph Pelletier and Joseph Caventou»- doi.org — 10.1021/ed028p454- www.worldcat.org — 0021-9584- doi.org — 10.1111/j.1365-2427.1972.tb00377.x- doi.org — 10.2307/1539668- www.jstor.org — 1539668- www.lifesciences.napier.ac.uk — «Methods for analysis of benthic photosynthetic pigment»- www.askabiologist.org.uk — «Why did plants evolve green, not black? (Page 1) — Plants & Fungi — Ask a Biologist Q&A»- www. livescience.com — «Early Earth Was Purple, Study Suggests»- pubs.acs.org — «The total synthesis of chlorophyll»- doi.org — 10.1021/ja01499a093- www.nature.com — «Absolute configuration and the structure of chlorophyll»- doi.org — 10.1038/216151a0

Почему растения зеленые? | Центр Джона Иннеса

Мы спросили троих наших студентов Международной летней школы бакалавриата; Поппи Смит, Ливи Холл и Том Хаммонд, почему растения зеленые?

«Короткий ответ заключается в том, что растения кажутся нам зелеными, потому что длина волны красного света для них наиболее полезна.

Более длинный ответ заключается в деталях фотосинтеза, электромагнитном спектре, энергии и «особых парах» молекул хлорофилла в каждой растительной клетке.

Растения можно условно разделить на четыре основных компонента: корни, стебли, цветы и листья. Листья производят энергию растения или пищу в процессе, который, как известно каждому студенту выпускных экзаменов в школе, называется фотосинтезом.

Растения (а также водоросли и некоторые бактерии) поглощают свет для производства сахаров, обеспечивая растения энергией и некоторыми другими полезными биохимическими продуктами, которые необходимы растениям для успешного роста.

Свет, видимый человеческим глазом (видимый световой спектр), состоит из цветов радуги, простирающихся от фиолетового до красного. Объекты воспринимаются людьми как цветные, когда объект отражает свет обратно к нашим глазам. Все остальные видимые длины волн света поглощаются, и мы видим только отраженные длины волн.

Цвета видимого света образуют цветовой круг. Внутри этого круга цвет, которым кажется объект, является цветом, дополнительным к тому, который он сильнее всего поглощает.

Таким образом, растения выглядят зелеными, потому что они наиболее эффективно поглощают красный свет, а зеленый свет отражается.

Свет и электромагнитный спектр

Видимый свет является частью электромагнитного спектра, совокупности всего света.

Свет распространяется волнами, поэтому его длина волны соответствует расстоянию между вершинами волн.

Видимый свет имеет длину волны от 380 нанометров для фиолетового до 730 нанометров для красного. Чтобы представить это в перспективе, человеческий волос имеет толщину 100 000 нанометров.

Более короткие волны имеют более высокую энергию, частота «волны» выше, поэтому фиолетовый свет имеет больше энергии, чем красный свет.

Как растения используют свет

Фотосинтез – это, по существу, процесс преобразования растениями атмосферного газа в двуокись углерода (CO ₂ ) и воду (H ₂ O) в простые сахара с образованием кислорода (O ₂ ) в качестве побочного продукта. Для этого ему нужна энергия, и он получает эту энергию от света, который поглощает.

Поглощая свет, объект также поглощает часть энергии, переносимой светом. В случае растений это пигмент хлорофилл, который поглощает свет, и он разборчив в том, какие длины волн он поглощает — в основном выбирая красный свет и немного синего света.

Поглощенная энергия вызывает возбуждение электронов в объекте.

Когда электроны возбуждаются, они переходят с уровня низкой энергии на уровень более высокой энергии. Энергия света возбуждает электроны и отнимает энергию у света — это пример первого закона термодинамики — энергия не создается и не уничтожается, она может только передаваться или изменяться из одной формы в другую.

Этот процесс происходит в определенных компартментах внутри клеток, называемых хлоропластами, и делится на две стадии;

1. На первом этапе наблюдается последовательность реакций, которые «зависят от света». Хлоропласты содержат множество дисков, называемых тилакоидами, которые заполнены хлорофиллом. Структуры внутри тилакоидов, известные как фотосистемы, образуют основной механизм фотосинтеза, а в центре каждой фотосистемы находится «особая пара» молекул хлорофилла. Электроны в этих молекулах хлорофилла возбуждаются при поглощении солнечного света. Работа остальных молекул хлорофилла в хлоропластах состоит в том, чтобы просто передавать энергию специальной паре 9. 0049
2. Вторая группа реакций не зависит от света. Они используют энергию, захваченную во время светозависимой стадии, для производства сахара. Эти реакции происходят в жидкости, омывающей тилакоиды (строма)

Во время этих реакций CO ₂ растворяется в строме и используется в светонезависимых реакциях. Этот газ используется в ряде реакций, в результате которых образуются сахара. Молекулы сахара затем используются растением в качестве пищи так же, как и люди, при этом избыток сахара откладывается в виде крахмала, готового к использованию позже, подобно запасам жира у млекопитающих.

Таким образом, красный конец светового спектра возбуждает электроны в листьях растений, а отраженный (или неиспользованный) свет состоит из большего количества длин волн дополнительного (или противоположного) цвета, зеленого.

Итак, растения и их листья выглядят зелеными, потому что «особая пара» молекул хлорофилла использует красную часть спектра видимого света для обеспечения реакций внутри каждой клетки. Неиспользованный зеленый свет отражается от листа, и мы видим этот свет. Химические реакции фотосинтеза превращают углекислый газ из воздуха в сахара для питания растений, а в качестве побочного продукта растение производит кислород.

Именно это предпочтение света в красной части спектра лежит в основе разработки доктором Бранде Вульфом и его командой технологии быстрого размножения. Техника, впервые использованная НАСА для выращивания сельскохозяйственных культур в космосе, использует удлиненный световой день, улучшенное светодиодное освещение и контролируемую температуру для обеспечения быстрого роста сельскохозяйственных культур.

Ускоряет цикл селекции растений: например, в год можно выращивать шесть поколений пшеницы по сравнению с двумя поколениями при использовании традиционных методов селекции.

Сокращая циклы селекции, метод позволяет ученым и селекционерам быстро отслеживать генетические улучшения, такие как прибавка урожая, устойчивость к болезням и устойчивость к изменению климата в ряде культур, таких как пшеница, ячмень, масличный рапс и горох».

Любопытные дети: Почему листья зеленые?

Листья большинства растений зеленые, потому что листья полны зеленых химических веществ.
Марселла Ченг/Разговор, CC BY-ND

Опубликовано: 14 января 2018 г., 20:03 CET

Грегори Мур, Мельбурнский университет,

Автор

1. Грегори Мур

   Доктор ботаники, Мельбурнский университет

Заявление о раскрытии информации

Грегори Мур не работает, не консультирует, не владеет акциями и не получает финансирование от какой-либо компании или организации, которые могли бы извлечь выгоду из этой статьи, и не раскрыл никаких соответствующих связей, помимо своей академической должности.

Партнеры

Мельбурнский университет предоставляет финансирование в качестве партнера-основателя The Conversation AU.

Посмотреть всех партнеров

Это статья из серии книг для детей «Любопытные дети». Разговор просит детей присылать вопросы, на которые они хотели бы получить ответ от эксперта. Приветствуются любые вопросы – серьезные, странные или дурацкие!

Почему листья зеленые? – Индиго, 6 лет, Элвуд.

Листья большинства растений зеленые, потому что листья полны химических веществ, которые имеют зеленый цвет.

Самый важный из этих химических веществ называется «хлорофилл», и он позволяет растениям производить пищу, чтобы они могли расти, используя воду, воздух и солнечный свет.

Способ, которым растение производит себе пищу, называется «фотосинтезом» и является одним из важнейших процессов, происходящих на всей планете.

Одно из самых важных химических веществ на Земле называется хлорофиллом. Он зеленый и позволяет растениям производить пищу, чтобы они могли расти.
Марселла Ченг/Разговор, CC BY-ND

Без фотосинтеза на Земле не было бы ни растений, ни людей. Динозавры не могли бы дышать, а воздух и океаны сильно отличались бы от тех, что мы имеем сегодня. Так что зеленый химический хлорофилл действительно важен.

Все листья содержат хлорофилл, но иногда не все листья содержат хлорофилл. На некоторых листьях есть зелено-белые или зелено-желтые полосы или пятна. Только зеленые кусочки имеют хлорофилл, и только эти кусочки могут производить пищу путем фотосинтеза.

Все листья содержат хлорофилл, но иногда не все листья содержат хлорофилл.
Марселла Ченг/Разговор, CC BY-ND

Если вы действительно хорошо замечаете вещи, вы, возможно, видели растения и деревья с красными или пурпурными листьями, а листья такого цвета круглый год, а не только осенью.

Эти листья все еще полны нашего важного зеленого химического вещества, хлорофилла, как и любой другой обычный зеленый лист. Тем не менее, у них также есть много других химических веществ красного или пурпурного цвета — их так много, что они уже не выглядят зелеными. Но глубоко внутри листьев хлорофилл все еще там, и они все еще зеленые.

Даже листья, которые не выглядят зелеными, содержат хлорофилл. Однако у них также есть много других химических веществ красного или фиолетового цвета.
Марселла Ченг/Разговор, CC BY-ND

Здравствуйте, любознательные малыши! У вас есть вопрос, на который вы хотели бы получить ответ от эксперта? Попросите взрослого отправить нам свой вопрос. Вы можете:

* Расскажите нам в Твиттере, отметив @ConversationEDU хэштегом #curiouskids, или

* Расскажите нам на Facebook

CC BY-ND

Пожалуйста, сообщите нам ваше имя, возраст и город, в котором вы живете. При желании вы также можете отправить аудиозапись вашего вопроса. Присылайте столько вопросов, сколько хотите! Мы не сможем ответить на все вопросы, но постараемся.