Мир науки. От чего зависит окраска листьев растений
Окраска цветков
Все разнообразие окраски цветков обеспечивается достаточно небольшим набором пигментов. Красное, желтое и оранжевую окраску обусловлено каротиноидами. Но главные пигменты цветов - флавоноиды - соединения, в которых два
ароматических кольца, связаны между собой трьохвуглецевим фрагментом. Флавоноиды присутствуют во всех покрытосеменных растений, и лишь изредка встречаются у водорослей и животных. В листьях они задерживают ультрафиолетовую радиацию, разрушающее действуют на нуклеиновые кислоты и белки и избирательно поглощают сине-зеленые и красные лучи, которые очень важны для фотосинтеза.
Один из крупнейших классов флавоноидов - антоцианы - играют ведущую роль в определении окраски цветков. К ним относится большинство красных и синих растительных пигментов. Они растворимы в воде и находятся в вакуолях. Каротиноиды, наоборот, жирорастворимые и содержатся в пластидах.
Цвет антоцианового пигмента зависит от кислотности клеточного сока в вакуолях. Например, цианидин - красный в кислой среде, фиолетовый в нейтральном, а синий в щелочной. У некоторых растений окраска цветков меняется после опыления, в основном за счет антоцианов, которые делают их менее заметными для насекомых.
Флавоноиды - вторая группа флавоноидов, также очень часто содержится в листьях и цветках. Большинство из них почти бесцветные, но могут давать цветам оттенок слоновой кости или белья.
Во всех покрытосеменных растений характерно пигментация цветков зависит от смешения в разных пропорциях флавоноидов и каротиноидов. Яркая осенняя окраска листьев связано с превращением большого количества бесцветных флавонолов в антоцианы при разрушении хлорофилла.
Некоторые цветы имеют периферии лепестки, которые окрашены каротиноидами, поэтому они отражают ультрафиолетовые лучи. Цетрального часть этих цветков окрашена флавоноидами. Таким образом, способность цветков отражать ультрафиолет связана с присутствием каротиноидов, то есть ультрафиолетовый узор больше присутствует в желтых цветах.
У некоторых растений красный пигмент вовсе не антоциановых и даже не флавоноидной природы. Он относится к более сложным ароматических соединений - бетацианинив. Именно ими окрашенные, например, столовую свеклу.
worldofscience.ru
Изучение изменения окраски частей организма у растений
Ярославская область Ростовский район
Управление образования Ростовского муниципального района
Муниципальное образовательное учреждение Судинская ООШ
МОУ ДОД Станция юных натуралистов детское объединение «Экологи»
Учебно-исследовательская работаИзучение изменения окраски частей организма у растенийАвторы:
Буркова Евгения
Челмакина Анна–
Учащиеся 6 класса Руководитель: учитель
биологии высшей кв.
категории; педагог допол-
нительного образования
Таланова Ирина Борисовна
г. Ростов, 2012
ОглавлениеСтр.
- Введение_____________________________________________________________ 3
- Обзор литературы____________________________________________ _______ 4-11
- Методика исследования _____________________________________________12-14
- Результаты исследований ____________________________________________15-17
- Выводы_____________________________________________________________ 18
- Заключение_____ _____________________________________________________19
- Литература___________________________________________________________19
- Приложения__________________________________________________________20
1.Введение
На экскурсии «Сезонные изменения в жизни растений», мы наблюдали явление листопада, и нам стало интересно узнать, почему листья, а также цветы и плоды растений могут изменять свою окраску?
Цель исследования: выяснить причины изменения окраски листьев, плодов, цветов у растений.
Задачи исследования:
- Изучить литературу по данной теме.
- Исследовать вещества, входящие в состав растительного организма.
- Провести опыты, позволяющие выяснить причины изменения окраски пигментов.
- Узнать, какую роль играют в жизни растений и человека растительные пигменты.
Объект исследования: различные части растительного организма
Предмет исследования: растительные пигменты
Гипотеза исследования:мы считаем, что изменение окраски частей растений происходит под влиянием факторов окружающей среды.
Методы исследования:описательный, сравнительный, экспериментальный, биохимический, моделирования.
Методика для проведения опытов взята из книги Батурицкая Н. В., Фенчук Т. Д. Удивительные опыты с растениями.
2.Обзор литературы
Осенние краски
Непременный признак осени — изменение цвета листвы, которое совпадает с началом формирования отделительного слоя. У каждого вида растений своя, характерная окраска листвы. У ольхи, робинии осенняя окраска выражена слабо. Листья липы — желто-зеленого цвета, тополей и берез — желтого. Прекрасны окрашенные в красные тона листья дуба красного, ирги канадской, груши обыкновенной, бересклета европейского.
Это многообразие оттенков обусловлено различным сочетанием в осенних листьях трех групп пигментов: желто-оранжевых каротиноидов, зеленых хлорофиллов и красных антоцианов[3].
Изменение окраски листьев всегда начинается с прекращения синтеза хлорофилла. Имеющийся в хлоропластах хлорофилл начинает постепенно разрушаться: у одних видов —полностью (листья дуба), у других—частично (слива).
В хлоропластах зеленых листьев всегда присутствуют 2 группы пигментов: зеленые
хлорофиллы и желто-оранжевые каротиноиды. Каротиноиды маскируются хлорофиллом, поэтому в зеленых листьях не заметны. В отличие от хлорофиллов, каротиноиды более устойчивы, осенью распад их идет гораздо медленнее, а у некоторых видов количество их даже возрастает. В конечном итоге цвет листа будет зависеть от того, способен ли данный вид к синтезу в листьях антоцианов.
У деревьев и кустарников, не образующих в листьях антоцианы, в результате осеннего распада хлорофилла становятся заметными каротиноиды, листья приобретают различные оттенки желтого, желто-зеленого цвета.
Игра цветов
Кто не восхищался красками цветущего луга, лесной опушки, осенней листвы, даров сада и поля? Но далеко не всем известно, откуда у природы такая богатая палитра цветов. Всей этой красотой обязаны мы специальным красящим веществам — пигментам, которых в растительном мире известно около 2 тысяч [2].
Цвет вещества, в том числе и пигмента, определяется его способностью к поглощению света. Если свет, падающий на вещество или какой-либо орган растения, равномерно отражается, они выглядят белыми. Если же все лучи поглощаются, объект воспринимается как черный. Человеческий глаз способен различать до 300 оттенков ахроматического, т. Е. нецветного, серого цвета. Если вещество поглощает только отдельные участки видимой части солнечного спектра, оно приобретает определенную окраску.
Электромагнитные волны с длиной волны 400—700 нм составляют видимую часть солнечного излучения. В этой части спектра выделяются отдельные участки: с длиной волны 400—424 нм — фиолетовый цвет, 424—491 нм — синий, 491—550 нм — зеленый, 550—585 нм — желтый, 585—647 нм — оранжевый, 647—740 нм — красный. Излучение с длиной волны меньше 400 нм — ультрафиолетовая,а с длиной волны более 740 нм — инфракрасная область спектра.
Зрительный аппарат человека способен различать до 10 млн различных хроматических, т. Е. окрашенных, цветов и оттенков. Максимальное цветоразложение солнечного света приходится на 13—15 часов. Именно в это время луг, поле кажутся нам, наиболее ярко и пестро расцвеченными.
Антоцианы – красящие вещества в клетках растений
Широко распространенными в растительном мире красящими веществами являются и антоцианы. В отличие от хлорофилла они не связаны внутри клетки с пластидными образованиями, а чаще всего растворены в клеточном соке, иногда встречаются в виде мелких кристаллов. Антоцианы легко извлечь из любых синих или красных частей растения. Если, к примеру, прокипятить нарезанный корнеплод столовой свеклы или листья краснокочанной капусты в небольшом количестве воды, то скоро она окрасится от антоциана в лиловый или грязно-красный цвет. Но достаточно к этому раствору прибавить несколько капель уксусной, лимонной, щавелевой или любой другой кислоты, как он сразу же примет интенсивную красную окраску. Присутствие антоцианов в клеточном соке растений придает цветкам колокольчиков синий цвет, фиалок – фиолетовый, незабудок – небесно-голубой, тюльпанов, пионов, роз, георгинов – красный, а цветкам гвоздик, флоксов, гладиолусов – розовый. Почему же этот краситель является таким многоликим? Дело в том, что антоциан в зависимости от того, в какой среде он находится (в кислой, нейтральной или щелочной), способен быстро изменять свой оттенок.Соединения антоциана с кислотами имеют красный или розовый цвет, в нейтральной среде – фиолетовый, а в щелочной – синий.
Поэтому в соцветиях медуницы лекарственной можно одновременно найти полураспустившиеся цветки с розоватым венчиком, расцветшие – пурпуровой окраски и уже отцветающие – синего цвета. Это обусловлено тем, что в бутонах клеточный сок имеет кислую реакцию, которая по мере распускания цветков переходит в нейтральную, а потом и в щелочную. Подобные изменения окраски лепестков наблюдаются и у цветков жасмина комнатного, незабудки болотной, синюхи голубой, льна обыкновенного, цикория обыкновенного и сочевичника весеннего. Возможно, такие «возрастные» явления в цветке частично связаны и с процессом его оплодотворения. Имеются сведения, что насекомые-опылители у медуницы посещают только расцветшие розовые и пурпурные цветки. Но только ли окраска венчика при этом служит для них ориентиром?
Естественные красители содержатся не только в цветках, но и в других частях растений, играя многостороннюю роль. Взять хотя бы не бросающуюся в глаза окраску клубней картофеля. У клубней картофеля различная окраска кожуры, глазков, проростков и мякоти также зависит от содержания в них фенольных соединений, иначе называемых биофлавоноидами. Они имеют разнообразную гамму красок: белую, желтую, розовую, красную, синюю, темно-фиолетовую и даже черную. Картофель с черной окраской кожуры клубней растет на его родине на острове Чилоэ. Различная окраска картофельной кожуры и мякоти зависит от содержащихся в них следующих биофлавоноидов: белая – от бесцветных лейкоантоцианов или катехинов, желтая – от флавонов и флавоноидов, красная и фиолетовая – от антоцианов. Группа антоцианов наиболее многочисленна, насчитывает около 10 видов. В нее входят и дающие пурпурный и розовый цвета пионидин, пеларгонидин и мальвидин, и окрашивающие в синий цвет цианидин и дельфинидин, и бесцветный пигмент петунидин. Установлено, что окрашенные клубни картофеля, как правило, богаче необходимыми для нашего организма веществами. Так, например, клубни с желтой мякотью имеют повышенное содержание жира.
За счет способности антоцианов менять свою окраску можно наблюдать изменение цвета клубней картофеля в зависимости от состояния погоды, интенсивности освещения, реакции почвенной среды, применения минеральных удобрений и ядохимикатов. При выращивании картофеля на торфяных почвах, например, клубни часто имеют синеватый оттенок, при внесении фосфорного удобрения они бывают белыми, сульфат калия может придать им розовый цвет. Окраска клубней нередко меняется и под влиянием ядохимикатов, содержащих медь, железо, серу, фосфор и другие элементы.
Наблюдения свидетельствуют также о том, что фиолетовая окраска семян, листьев и стеблей у растений является индикатором на содержание в них углеводов – сахарозы, фруктозы и глюкозы, в значительной степени обусловливающих холодостойкость растений. По этому характерному показателю (тесту) в перспективе можно будет оперативно вести предварительный отбор на морозоустойчивость и повышенное содержание сахаров, что особенно необходимо при выведении новых сортов многолетних кормовых трав.
В листьях липы мелколистной, березы повислой, вяза шершавого вместо антоцианов в основном содержатся каротиноиды (каротины и ксантофиллы). В этом случае перед листопадом после разрушения хлорофилла листья приобретают золотисто-желтую окраску.
Следовательно, багряные оттенки, в которые окрашиваются многие наши деревья перед листопадом, не играют какой-либо особой физиологической роли, а являются лишь показателем затухания процесса фотосинтеза, предвестником наступления периода зимнего покоя растений.
Откуда же осенью появляются антоциан и ксантофилл? Оказывается, что в зеленых листьях деревьев с самого начала их жизни одновременно содержатся и хлорофилл, и антоциан (или ксантофилл). Однако антоциан и ксантофилл имеют менее интенсивную плотность окраски, поэтому они становятся заметными только после того, как под воздействием определенных условий окружающей среды произойдет разрушение зерен хлорофилла. В ноябре – декабре, когда образование хлорофилла сдерживается недостатком солнечного света и его неполным спектром, у комнатных роз молодые побеги и распускающиеся листья имеют ярко-красный цвет. При ярком солненом освещении они сразу стали бы зелеными.
У некоторых растений изменение зеленой окраски листьев на красную носит обратимый характер. Наглядным примером этого является поведение многих видов алоэ, культивируемых в комнатных условиях. Зимой и ранней весной, пока солнечный свет еще сравнительно слаб, они окрашены в зеленый цвет. Но если эти растения в июне или июле выставить на яркое солнечное освещение, их листья станут красно-бурыми. Перенесение же растений в затененное место снова обеспечит быстрое возвращение листьям зеленой окраски.
Желтая окраска цветков происходит от содержащихся в них флавонов (каротина, ксантофилла и антохлора), которые в соединении со щелочами дают довольно широкий спектр оттенков от ярко-оранжевого до бледно-желтого.
Среди многообразия красок в растительном мире довольно значительное место занимает белый цвет. Но для того чтобы его создать, обычно не нужно никакого красящего вещества. Он обусловлен наличием воздуха в межклеточных пространствах растительных тканей, который полностью отражает свет, благодаря чему лепестки цветка кажутся белыми. Это можно наблюдать на примере цветущих растений нивяника обыкновенного, кувшинки белой, ландыша майского и др. За счет плотного опушения белую окраску имеют и растения эдельвейса альпийского, сушеницы топяной, жабника полевого, мать-и-мачехи. Содержащийся в омертвевших волосках воздух также в результате отражения света делает их опушенную поверхность белой. А белая окраска березовой коры, придающая в любое время года стволам березы нарядный вид, обусловливается наполняющими клетки перидермы снежно-белыми нитевидными кристаллами бетулина («березовой камфоры»).
Влияние элементов природной среды на окраску растений
Под влиянием избытка некоторых элементов в природной среде изменяется окраска листьев, цветков, плодов и других органов растений.
Наиболее часто при избытке того или иного элемента возникает явление хлороза – утрата зеленой окраски, сопровождаемая пожелтением, а иногда даже побелением листьев. Пожелтение может быть сплошным или мозаичным. В основе его лежит более интенсивное разрушение хлорофилла, вызванное активизацией ферментных систем деградации зеленого пигмента, высвобождением хлорофилла из связанного состояния. Вместе с тем в ряде случаев пожелтение вызывается торможением синтеза хлорофилла. Когда же листья белеют, то разрушается не только хлорофилл, но и желтые пигменты – каротиноиды.
К возникновению на листьях белых пятен ведет, например, избыток в почве алюминия. В Фергане у полыней, произрастающих на почвах, содержащих много железа, листья первоначально становятся интенсивно-зелеными, а затем резко изменяют свою окраску на ярко-желтую. Значительная концентрация в почве лития делает листья цитрусовых пятнистыми. Зеленая окраска листьев ананаса и калифорнийского мака на почвах с повышенным содержанием марганца блекнет. Хлороз листьев может развиться вследствие обилия в почве меди.
Избыток подвижного циркония приводит к омертвлению тканей листьев. При этом между отмершими участками могут сохраняться зеленые зоны. Хлороз, вызванный перенасыщением цинка, распространяется от верхушки листа к основанию.
В некоторых случаях листья приобретают не желтую, а иную окраску. Так, например, почернение хвои сосны в ряде случаев может указывать на повышенное содержание в почвах и подстилающих породах платины. Характерные изменения наблюдаются у смолевки, поглотившей много свинца. Ее листья и стебли становятся темно-красными. При избытке меди стебли иногда приобретают багровый оттенок.
Иногда изменяется и окраска плодов. Так, например, у голубики обилие в почве урана приводит к формированию не темно-синих, а белых или зеленоватых плодов. Можно предположить, что это вызвано нарушением синтеза пигментов антоциановой природы в плодах.
Однажды в Восточной Сибири геологи обратили внимание на необычную окраску древесины берез и осин – она была неестественно зеленого цвета. Когда сделали химический анализ ее золы, то в ней оказалось много бария и стронция.
У лиственницы при избытке кобальта разные поколения шишек, а их, как отмечалось, бывает 2-3 за летний сезон, окрашены по-разному. В апреле возникают шишки белого цвета, которые после засыхания сменяются шишками розового цвета. В июне розовые шишки засыхают и опадают, а вместо них появляются желтые. Наконец, в июле вырастают зеленые шишки, но постепенно они становятся зелено-бурыми или даже бурыми. Ученые проследили за изменением содержания кобальта в шишках разного возраста и установили, что в белых, розовых и желтых шишках содержится в 2 раза больше кобальта, чем в зеленых. В буреющих шишках этот элемент снова начинает накапливаться.
Изменение окраски листьев, цветков, плодов и других органов растений – довольно существенный признак, облегчающий геологам поиск полезных ископаемых. Пользуются им издавна. В средние века советовал присматриваться к окраске листвы, ветвей и древесины немецкий специалист в области горного дела и металлургии Георг Агрикола (1494-1555)[1]. Этим признаком руководствуются геологи и в настоящее время, только теперь улавливать цветовые изменения у растений предпочитают не на глазок, а с помощью приборов.
Антоцианы и их полезные свойства
Всякий раз, когда вы лакомитесь вкусными ягодами, задаетесь ли вы вопросом о том, почему матушка-природа наградила их тем или иным насыщенным, радующим глаз цветом. Почему черника такая иссиня-черная, а малина такая сочно-красная? Ответ прост: цвет ягод, а также фруктов и овощей зависит исключительно от таких пигментов-красителей красного, фиолетового, синего и бордового цветов которыми являются антоцианы, содержащиеся в цветках, фруктах, листьях, корнях и стеблях.
Природной функцией антоцианов является окраска кожицы фруктов с целью привлечения представителей фауны и дальнейшего естественного распространения семян, придание ярко-красных и фиолетовых оттенков цветкам для привлечения опыляющих насекомых, а также выполнение роли мощных антиоксидантов для защиты растений от воздействия радикалов, которые образуются в результате процесса метаболизма и под воздействием ультрафиолетового света. Их антиоксидантная функция и есть одной из наиглавнейших причин, почему фрукты и овощи с синей, фиолетовой или красной кожицей или мякотью являются крайне полезным источником пищи для человека.
Ряд исследований продемонстрировал несомненную пользу потребления таких растительных пищевых продуктов, в особенности для уменьшения риска возникновения онкозаболеваний, которые, к сожалению, стали в последнее время весьма распространены. Отдельное исследование антоцианов в лабораторных условиях показало их несомненное положительное воздействие на человеческий организм, его укрепление и оздоровление {6}. Растительные продукты, содержащие антоцианы, помогают бороться со следующими недугами и состояниями:
процессы старения и неврологические болезни
бактериальные инфекции
рак
диабет
воспалительные процессы
К продуктам, содержащим рекордное количество антоцианов, относят:
ежевику
чернику
вишню
клюкву
баклажаны (кожица)
краснокочанную капусту
малину
Таким образом, не лишайте себя удовольствия всласть и от души поесть ягоды, овощи и фрукты в сезон, а также побеспокойтесь об их своевременных заготовках на осенний, зимний и весенний период. Укрепляйте свой организм и радуйте свои вкусовые рецепторы в любое время года!
3. Методика исследования
Опыт 1. Какие пигменты содержатся в зеленом листе
Для опыта нужны свежие листья злаков или комнатных растений, 95-процентный этиловый спирт, бензин, ступка фарфоровая, пробирка, воронка, ножницы, фильтровальная бумага.
Прежде всего получите вытяжку пигментов. Лучше, если вытяжка будет концентрированной, темно-зеленой. Можно использовать листья любых травянистых, но удобнее всего комнатных теневыносливых растений. Они мягче, легче растираются, содержат, как все теневыносливые растения, больше хлорофилла. Хорошим объектом являются листья каллы (белокрыльника), аспидистры, пеларгонии. Менее пригодны для получения хлорофилльных вытяжек листья бегонии, содержащие в вакуолях много органических кислот, которые при растирании листьев могут частично разрушить хлорофилл.
К измельченным листьям (для опыта достаточно 1—2 листа пеларгонии) добавьте 5—10 мл этилового спирта, на кончике ножа СаСО3 (мел) для нейтрализации кислот санточного сока и разотрите в фарфоровой ступке до однородной зеленой массы. Прилейте еще этилового спирта и осторожно продолжайте растирание, пока спирт не окрасится в интенсивно-зеленый цвет. Полученную спиртовую вытяжку отфильтруйте в чистую сухую пробирку или колбу.Разделение пигментов по методу Крауса
Убедиться в том, что в спиртовой вытяжке наряду с хлорофиллом присутствуют желтые пигменты, можно, используя их различную растворимость в спирте и бензине.
Для опыта нужны спиртовая вытяжка пигментов, бензин, пробирки, пипетка, цветные карандаши.
В пробирку налейте 2—3 мл вытяжки, столько же бензина и 1—2 капли воды. Закройте большим пальцем пробирку, энергично взболтайте в течение 2—3 мин и дайте отстояться.
Жидкость в пробирке разделится на 2 слоя; бензин, как более легкий, будет наверху, спирт — внизу. Оба слоя приобретут различную окраску: бензиновый — зеленую, спиртовой — желтую
Желтый цвет спиртовому раствору придает пигмент ксантофилл.
В бензиновом слое находятся 2 пигмента: хлорофилл и каротин, который не заметен из-за интенсивно-зеленого цвета хлорофилла.
Опыт 2. Выделение антоцианов. Изменение цвета под действием кислот и щелочей
1. Мелко нарезанные листья краснокочанной капусты (синевато-красная их окраска обусловлена антоцианом) поместите в чистую пробирку или колбу и залейте холодной дистиллированной (можно кипяченой) водой. Установите, выделяется ли в воду красящее вещество из клеток капусты.
2. Прокипятите содержимое пробирки на спиртовке. Выясните, как изменилась окраска воды.
3. Часть воды, окрашенной антоцианом, отлейте в чистую пробирку и добавьте несколько капель раствора щелочи. Установите, как изменяется окраска антоциана.
4. В эту же пробирку прилейте небольшое количество соляной и уксусной кислоты. Пронаблюдайте, как изменится окраска жидкости в пробирке.
Опыт 3. Влияние условий освещения на пожелтение листьев
Для опыта нужны листья нижних ярусов настурции большой, которые уже закончили рост, но еще не имеют внешних признаков старения, стакан, лист черной бумаги.
Половину листовой пластинки закройте с двух сторон черной бумагой. Лист поместите в стакан с водой и поставьте в хорошо освещенное место. Спустя 4—5 дней снимите бумагу, сравните цвет половинок листа. Опыт 4. Необходимость кислорода для разрушения хлорофилла
Стареющий, но еще сохранивший зеленый цвет лист любого светолюбивого растения опустите в стакан с водой так, чтобы только половина его находилась под водой.
Для этого закресант лист в прорези укрывающей стакан плотной бумаги или пропитанной парасанто марли. Стасан поставьте в темное место.
Через 3—5 дней отметьте результаты опыта.Опыт 5.Обесцвечивание антоцианов сернистым газом
Сернистый газ оказывает на антоцианы удивительное действие — они обесцвечиваются: красные, синие цветки превращаются в белые.
Для опыта нужны цветки с красными и синими лепестками, стеклянный колпак, пригодный для обработки в нем цветков сернистым газом, кусочек серы или лабораторная установка для получения сернистого газа, ложка для сжигания веществ. Опыт проводится в вытяжном шкафу или вне помещения, так как сернистый газ раздражающе действует на органы дыхания человека.
Поместите 1—2 цветка (без воды) под стеклянный колпак и заполните пространство внутри колпака сернистым газом. Для этого в ложке зажгите кусочек серы и внесите в камеру, где находятся цветки. Лучше использовать лабораторную установку. Заполните сосуд сернистым газом с помощью газоотводной трубки.
Плотно закройте камеру. Наблюдайте постепенное, в течение 15—30 мин, обесцвечивание лепестков венчика.Опыт 6. Влияние ионов металлов на окраску цветков узумбарской фиалки
Для опыта нужны 2 растения узумбарской фиалки: одно — образующее соцветия розового цвета, второе — голубого, розовый раствор перманганата калия и раствор железоаммиачных или алюмокалиевых квасцов, либо сульфата железа (II) или сульфата алюминия (II) (4—5 г/л).
Голубую фиалку 1—2 раза в неделю поливайте розовым раствором перманганата калия, розовую — раствором соединений железа или алюминия. Из почвы окрашенные растворы поступают в растения и накапливаются в клетках, что вызывает в первом случае изменение окраски лепестков венчика с синей на розовую, а во втором — с розовой на голубую.
Именно на способности растений изменять свой внешний вид в зависимости от химического состава почвы и воздуха основан биогеохимический метод поиска месторождений полезных ископаемых.
4. Результатыисследований
Опыт 1.Вытяжка зеленого и желтых пигментов.
Крепкая спиртовая вытяжка из зеленых листьев при рассматривании ее в проходящем свете выглядит изумрудно-зеленой, в отраженном же свете флюоресцирует (отсвечивает) вишнево-красным оттенком. Вместе с сантофилла в спирт переходят и желтые пигменты. Чтобы отделить их, в вытяжку следует налить немного бензина. Взболтав смесь, через некоторое время можно заметить, что бензин, как более легкий, всплывет наверх, тогда как слой спирта останется внизу(приложение 2). При этом бензин будет иметь изумрудную окраску, спирт же примет золотисто-желтый цвет от оставшихся в нем желтых пигментов листа — сантофилла и каротина. Отделение хлорофилла от желтых пигментов основано на том, что он обладает большей растворимостью в бензине, чем в спирте.
Вывод: в результате опыта мы убедились в том, что в горячем спирте клетки погибают, и фермент хлорофилл выходит в спиртовой раствор. Лист герани обесцвечивается. Таким образом мы доказали наличие в листьях растения зеленогои желтого пигментов.Опыт 2. Выделение антоцианов. Изменение цвета под действием кислот и щелочей
Выводы: из живых клеток цветков узумбарской фиалки антоциан не выделяется, поэтому вода в пробирке остается бесцветной; при кипячении клетки гибнут, поэтому антоциан проникает через их стенки в воду. При добавлении раствора щелочи красноватая окраска антоциана изменяется – синеет, а при добавлении кислоты вновь становится красной (приложение 3).
Наличием антоциана объясняется не только яркая окраска многих осенних листьев деревьев и кустарников, но и красноватая, синяя, голубая, фиолетовая окраска венчиков многих цветков, красноватых чешуй некоторых сортов репчатого лука, многих плодов растений.
Опыт 3. Влияние условий освещения на пожелтение листьев
Через 5 дней мы сняли бумагу и сравнили половинки листа. Хорошо были заметны различия в окраске: освещенная часть зеленая, а затемненная — желтая (приложение 4). Мы также сравнили устойчивость хлорофилла в листьях различных видов растений (таблица 1)
Таблица №1
| Начало листопада | Конец листопада | |
| Береза | 1.09 | 1.11 |
| Тополь | 3.09 | 4.11 |
| дуб | 1.09 | 15.10 |
| ива | 12.10 | 10.10 |
| яблоня | 24.08 | 3.10 |
Выводы:
1. результаты опыта свидетельствуют, что снижение интенсивности и продолжительности освещения листьев ускоряет распад молекул хлорофилла в хлоропластах.
2. у разных видов растенийскорость распада хлорофилла различна. Это проявляется в неодновременности развития осенней окраски. Например, у березы это может проявляться в течение двух месяцев.Опыт 4. Необходимость кислорода для разрушения хлорофилла
Через 3—5 дней стали заметны различия в окраске листа: находившаяся в воде часть сохранила зеленый цвет, другая—пожелтела (приложение 5).
Вывод: уменьшение скорости распада хлорофилла в той части листа, которая находилась в воде, свидетельствует, что в разрушении хлорофилла важную роль играет процесс дыхания. Содержание кислорода в воде намного ниже, чем в воздухе.Опыт5. Обесцвечивание антоцианов сернистым газом
Для проведения опыта мы взяли лепестки трех цветов комнатной герани – белого, розового и красного . В результате воздействия сернистого газа они постепенно начали обесцвечиваться. В течение 15—30 мин, началось постепенное обесцвечивание лепестков венчика. Полное обесцвечивание мы заметили только на следующий день. После чего мы достали цветки изпод колпака и поставили в стаканы с водой. Сернистый газ постепенно улетучился, и лепестки приняли частично исходный цвет.Восстановление цвета происходило значительно медленнее, чем обесцвечивание (приложение 7).
Выводы: сернистый газ вызывает переход антоцианов в бесцветную форму. Бесцветные формы антоцианов достаточно широко распространены, например, в листьях, кожице и мякоти плодов некоторых растений (винограда, яблони). При определенных условиях они способны переходить в окрашенные формы.Опыт 6. Влияние ионов металлов на окраску цветков узумбарской фиалки
К сожалению, этот опыт мы провести не успели, но нашли в литературе описание воздействия ионов алюминия на окраску распространенного растения – гортензии. Оказывается, что голубой цвет цветков гортензии связан с присутствием в клеточном соке красного пигмента — антоциана, который может изменять свой цвет. Причиной служат ионы алюминия. В кислой почве ионы алюминия находятся в растворенном состоянии, в то время как при щелочной реакции они связываются известью. По этой причине некоторые сорта гортензий в сильно кислой среде цветут голубым цветом, в менее кислой среде — красным или розовым. Белые гортензии своей окраски не меняют.
Вывод: из почвы растворы поступали в растение и накопились в клетках, что вызывало изменение окраски лепестков венчика.
На способности растений изменять свой внешний вид, в зависимости от химического состава почвы и воздуха, основан биогеохимический метод поиска месторождений полезных ископаемых.
5. Выводы
- В растительных клетках чаще всего встречаются зеленые пигменты хлорофиллы, желто-оранжевые каротиноиды, красные и синие антоцианы.
- Различные факторы внешней среды (освещенность растений, температура воздуха, водоснабжение) оказывают влияние на окраску листьев.
- В осенних листьях происходит повреждение в сосудистой системе, нарушается поток питательных веществ, происходит их застой, что способствует образованию антоциана. Таким образом, багряные оттенки, в которые окрашиваются деревья во время листопада, не являются каким-либо особым приспособлением. Они свидетельствуют лишь о происходящем затухании жизнедеятельности в листьях в связи с подготовкой растений к зимнему периоду покоя.
- Цвет антоцианов определяется не только кислотностью клеточного сока, но и способностью образовывать сложные соединения с металлами.
- Пигменты придают тканям яркую окраску, привлекая опылителей, ранней весной превращают световую энергию в тепловую и защищают растения от холода.Оказывают положительное воздействие на человеческий организм, его укрепление и оздоровление.
6.ЗаключениеПрисутствие пигментов в растениях имеет большое значение, как для самих растений, так и для человека.
Изменение окраски цветка является сигналом для опылителей, сообщающим о том, какие цветки раскрылись недавно, т.е. с большей вероятностью содержат пищу.
В молодых побегах и листьях некоторых растений антоцианы ранней весной превращают световую энергию в тепловую и защищают их от холода.
Именно на способности растений изменять свой внешний вид, в зависимости от химического состава почвы и воздуха, основан биогеохимический метод поиска месторождений полезных ископаемых.
Для быстрого определения потребности сельскохозяйственных культур в микро- и макроэлементах питания дополнительные возможности представляет визуальная диагностика. Основа этого метода состоит в том, что при недостатке или избытке элементов питания происходит нарушение нормального обмена веществ в растениях, что приводит к изменению формы и окраски стеблей и листьев, к появлению на этих органах участков отмерших тканей.7. Литература
- Артамонов В.И. 'Зеленые оракулы' - Москва: Мысль, 1989 - с.190
- Батурицкая Н. В., Фенчук Т. Д. Удивительные опыты с растениями: Кн. для учащихся.—Мн.: Нар. асвета, 1991.—208 с.: ил.
- Петров В.В. Весна в жизни леса. М.: Наука, 1981.
- Рейвн П., Эверт Р. Современная ботаника. М.: Мир, 1990.
- http://nmkd.ru/2012/05/28/antociany-i-ih-poleznye-svoystva.html
- http://www.valleyflora.ru/7-1.html
Приложение 1Рассказ «Говорящие цветы»
«Как только мы спустились с горы в долину, мой провожатый сразу забыл про меня Он бросился собирать цветы. Это была долина цветов.
Геолог торопливо срывал их, внимательно рассматривал, что-то записывал. Губы его беззвучно шевелились.
Казалось, что он разговаривает с цветами. Будто он их о чем-то спрашивает, а они ему отвечают.
«Уж геолог ли он?— подумал я — Может, он ботаник или поэт?»
— Что вы там шепчете? — спросил я громко.
— Я нашел клад! — ответил геолог — В этой долине глубоко под землей спрятаны несметные сокровища!
— Это кто же вам сказал? — удивился я
— Они сказали,— крикнул геолог — Цветы. «Неплохо,— подумал я — То цветы — поджигатели, то подземные, то говорящие».
— Наши цветы такие!— выкрикивал геолог — Им известны все клады, спрятанные в земле Нужно только
понимать их язык — они все расскажут».
Из книги Н. Сладкова «Планета чудес, или невероятные приключения путешественника Парамона»
Приложение 2
Вытяжка пигментов
Вытяжка желтого пигмента
Вытяжка зеленого пигмента- хлорофилла
Приложение 3
Выделение антоцианов. Изменение цвета под действием кислот и щелочей
Приложение 4Необходимость кислорода для разрушения хлорофиллаПриложение 5Влияние условий освещения на пожелтение листьев
Приложение 6Обесцвечивание антоцианов сернистым газом
vcvetu.ru
Какой пигмент окрашивает листья - Моя любимая дача
Обратил внимание, что осенью листья на разных деревьях окрашиваются по-разному. Даже на одном растении можно найти и красные, и желтые, и еще зеленые. От чего это зависит?
То, что летом в листьях вырабатывается зеленый пигмент хлорофилл, известно каждому школьнику. Осенью синтез прекращается, и листья изменяют цвет на желтый или красный. В наших садах одними из первых и более разнообразно окрашиваются грушевые деревья. Только сирень, ольха и еще некоторые виды растений сбрасывают листья зелеными.
Интенсивность окраски зависит от содержания желто-оранжевых пигментов каротиноидов. Они присутствуют в листьях всегда, но проявляются лишь в период листопада. А вот пигмент антоциан, который придает листьям красный цвет, обычно синтезируется осенью.
К чему все эти превращения, если листья все равно скоро опадут? Ученые считают, что красный пигмент помогает дереву накопить и сохранить на зиму азот — вещество, безусловно, необходимое растениям. Желтый — менее дефицитные элементы: углерод, водород и кислород. Ведь прежде чем растение расстанется с листьями, оно стремится извлечь из них и запасти на зиму в стволе и корнях питательные вещества.
Предполагают, пигмент защищает листья от воздействия солнечного света и позволяет им продержаться как можно дольше. Вы, должно быть, и сами замечали, что ярче окрашиваются деревья, растущие на возвышенностях, где почвы бедны азотом, в то время как в плодородных низинах преобладают желтые тона? Что в теплую и солнечную затяжную осень красных листьев бывает значительно больше, а в мокрую и холодную они могут осыпаться, лишь чуть-чуть пожелтев?
Американский ученый Вильям Хоч вырастил деревья-мутанты, которые не способны производить антоцианины. При понижении температуры они сбрасывали листья еще зелеными. Такие растения гораздо хуже накапливали азот. Кстати, в период золотой осени на участках некоторых наших садоводов выделяются деревья, упрямо не желающие менять зеленую окраску травянистых неодревесневших побегов. Скорее всего, это растения-южане, рискующие сильно подмерзнуть, а то и погибнуть в первую же зиму.
По окраске листвы плодовых деревьев можно судить о состоянии их здоровья. Раньше и ярче окрашиваются ветви с какими-либо повреждениями (перетяжка коры, заболевание цитоспорозом, механическая травма, последствия зимних ожогов). Случается, до самых холодов привлекает внимание садоводов яркая зелень дикой поросли, появившаяся ниже места прививки. Как правило, таким образом, дерево сигнализирует о каком-то неблагополучии (физиологической несовместимости подвоя с привоем, сильной обрезке, обморожении). Поросль не только отнимает у дерева питание, но становится прибежищем вредителей и инфекций.
Преждевременным окрашиванием и опадением листьев сообщают о своем бедственном состоянии и деревья, корни которых повреждены какими-либо заболеваниями. Пожелтевшие и раньше времени оголившиеся верхушки взрослых деревьев, возможно, говорят о том, что корни достигли грунтовых вод и загнили. Некоторые специалисты считают, что красные листья чаще бывают у деревьев, пораженных вредителями. Будто бы яркой окраской растения стараются отогнать врагов. Верится в это с трудом, ведь ко времени листопада большинство вредителей уже приготовилось к зимовке где-нибудь в укромном месте и (в отличие от садоводов) вряд ли обращает внимание на все это великолепное многоцветье.
www.sadnaleto.ru
