Исследовательская работа «Разноцветная история»

Автор: Ольга Александровна Зубкова

Организация: ГБОУ СОШ №3 «ОЦ»

Населенный пункт: Самарская область, с. Кинель-Черкассы

Введение

«Лес, точно терем расписной, лиловый, золотой, багряный»

Я выбрала тему про пигменты растений, потому что мне стало интересно узнать, отчего природа раскрашена в различные краски, которые окружают нас везде. Меня заинтересовало, почему один цветок красный, а другой белый, один фрукт желтый, а другой зеленый, поэтому я решила изучить теорию цветности и провести ряд опытов, которые помогут мне в этом разобраться.

Мы редко задумываемся, почему окружающие растения окрашены именно так, а не иначе, как возникает такое богатство цветов и оттенков.

Конечно же, раз растения окрашены, значит, в них есть красители. Пигменты – красящие вещества – могут быть минерального или органического происхождения.

На протяжении двух последних веков фитохимики выделили тысячи растительных пигментов, что позволило им говорить о невероятной изобретательности и фантазии природы. (Приложение №1,2,3,4)

Цель работы: выяснить, как возникает разнообразие окраски цветков у растений.

Задачи:

- изучить виды пигментов и их значение;

- выяснить значение окраски растений в природе;

- провести эксперимент по обнаружению пигментов и изучению их свойств.

В качестве методов исследования были выбраны:

наблюдение, сравнение, эксперимент, анализ литературных источников.

Объект исследования – органы покрытосеменных растений.

Предмет исследования - разнообразие окраски растений.

Актуальность

Природа наградила нас необычайным даром – цветовым зрением, а вместе с ним дала возможность восхищаться красотой окружающего растительного мира. Почему растения окрашены именно так, а не иначе. Как возникает богатство цветов и оттенков?

Основная часть

С древности люди уделяли большое внимание наблюдениям за природой. И в наше время ученые многих стран все больше и больше стали обращаться к природным индикаторам.

Зеленую окраску листьям придает хлорофилл. Хлорофилл – это зеленый пигмент, который содержится в специальном органоиде клетке, небольшом маленьком тельце – хлоропласте. Его название происходит от греческого слова «хлорос», что значит зеленый. Хлоропласты являются, как бы маленькими солнечными батарейками. В них происходит процесс фотосинтеза.

Пигменты многих растений способны изменять цвет в зависимости от кислотности клеточного сока. Поэтому растительные пигменты являются индикаторами, которые можно применять для исследования кислотности других растворов. Общее название природных пигментов флавониды. В эту группу входят каротиноиды, ксантофиллы, антоцианы, соответственно определяющие желтую, оранжевую, красную, синюю, фиолетовую окраску растений.

Строение антоцианов установлено в 1913 году немецким биохимиком Р. Вильштеттером. Первый химический синтез осуществлен в 1928 году английским химиком Р.Робинсоном.

Антоцианы. Антоциан (от греч, «антос» - цветок, «цианос» - голубой), впервые был выделен из цветка василька синего. Их открытие было связано с одной из самых интересных и красивых историй в науке — историей изучения цвета у растений. Группа антоцианов довольно многочисленна. 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, Поэтому, антоцианы легко извлечь из любых синих или красных частей растения.

Образование антоцианов зависит также от интенсивности света. Если осенью внимательно приглядеться к яркой окраске деревьев и кустарников, то можно заметить, что багряный цвет имеют в основном те листья, которые лучше всего освещены. Раздвиньте пылающий огненными красками куст бересклета, и вы увидите внутри желтые, бледно-желтые и даже зеленые листья. Во время дождливой и облачной осени листва дольше сохраняется на деревьях, однако она не так ярка из-за недостатка солнца. Преобладают желтые тона, обусловленные присутствием каротиноидов, а не антоцианов.

Уж коли мы заговорили о пигментах растений, следует рассказать и о причинах разнообразия окраски цветков. Зачем цветкам их яркая, сочная окраска? В конечном счете, для того, чтобы привлечь к себе насекомых-опылителей. Многие растения опыляются лишь определенными видами насекомых, поэтому окраска цветков часто зависит от того, для каких именно насекомых предназначены цветовые сигналы. Дело в том, что в отношении цвета насекомые бывают довольно капризны. Скажем, пчелы, шмели, осы предпочитают розовые, фиолетовые и синие цветки, а около желтых обычно толкутся мухи. Красный же цвет многие насекомые, наделенные не слишком совершенным зрением, путают с темно-серым. Поэтому в наших широтах чисто-красные цветки довольно редки. Исключение – мак, но его лепестки имеют примесь желтого цвета; обычно именно этот оттенок и замечают пчелы. Лучше других насекомых красный цвет различают бабочки – они-то, как правило, и опыляют красные цветки наших широт, например гвоздики. А вот среди тропических растений красный цвет более распространен, и отчасти это связано с тем, что опыляют их цветки не насекомые, а птицы: колибри или нектарницы, у которых зрение более развито.

Многим читателям, возможно, знаком роман Александра Дюма «Черный тюльпан», в котором в остросюжетной форме рассказывается о выведении сорта тюльпана необычного черного цвета. Вот так описывает его автор романа:

«Тюльпан был прекрасен, чудесен, великолепен; стебель его восемнадцати дюймов вышины. Он стройно вытягивался кверху между четырьмя зелеными гладкими, ровными, как стрела, листьями. Цветок его был сплошь черным и блестел, как янтарь».

Почти пять веков преследовали неудачи садоводов, пытавшихся вывести черные тюльпан. И вот, Фризский институт цветоводства в Гааге сделал официальное заявление о том, что в Голландии черный тюльпан получен в результате последовательного скрещивания двух сортов – «Царица ночи» и «Венский вальс». В работе принимали участие шесть голландских исследовательских центров. Полученный цветок идеален по своим классическим размерам. (Приложение №)

Черная или почти черная окраска цветов обусловлена присутствием в околоцветнике антоцианов. Кроме каротиноидов и антоцианов, лепесткам могут придавать окраску и другие вещества, в том числе флавоны и флавонолы. А какой пигмент окрашивает в молочный цвет вишневые сады, превращает в снежно-белые сугробы кусты черемухи? Оказывается, никаких белых пигментов в их лепестках нет. Белый цвет придает им ... воздух. Если рассмотреть под микроскопом лепесток черемухи или любого другого белого цветка, то можно увидеть множество прозрачных и бесцветных клеток, разделенных обширными пустыми промежутками. Именно благодаря этим заполненным воздухом межклетникам лепестки сильно отражают свет и потому кажутся белыми. А если раздавить такой лепесток между пальцами, то на месте сдавливания появиться прозрачное пятно: здесь воздух будет вытеснен из межклеточников.

 

Исследовательская часть (смотри приложение)

Опыт №1: Выделить хлорофилл из листа несложно. Для этого я измельчила листья герани ножницами, поместила в ступку, прилила немного спирта, растерла и отфильтровала в чистую сухую пробирку. Спирт окрасился в изумрудно-зеленый цвет из-за присутствия хлорофилла.

Опыт №2: А теперь познакомимся с некоторыми свойствами этого пигмента. Я приложила пробирку с раствором хлорофилла к щели спектроскопа, заглянула в окуляр и увидела мощную темную полосу поглощения в красной части спектра и менее выраженную в синей. Итак, хлорофилл поглощает красные и синие лучи спектра. А вот зеленые, беспрепятственно проходя через его раствор, сообщают ему свою окраску.

Опыт №3: Отчего зависит зеленая окраска пигмента? Я добавила в пробирку с вытяжкой хлорофилла несколько капель слабой соляной кислоты. Тотчас же окраска изменилась на оливково-бурую. Что же произошло с хлорофиллом? Уже давно установлено, что его молекула содержит атом магния. При взаимодействии с соляной кислотой он вытесняется из нее атомами водорода соляно кислоты. Можно предположить, что наличие атома магния и определяет зеленую окраску пигмента.

Опыт №4: Теперь в ту же пробирку я добавила небольшое количество ацетата меди или ацетата цинка и подогрела содержимое пробирки на спиртовке. Едва жидкость закипела, окраска раствора резко изменилась – вместо оливково-бурой она вновь стала изумрудно-зеленой. Что же при этом произошло? В молекуле хлорофилла на место атома магния при взаимодействии с соляной кислотой встал водород.

Опыт №5: В листьях растений наряду с зеленым хлорофиллом содержаться другие пигменты. Для того чтобы убедиться в этом, прежде всего я приготовила вытяжку хлорофилла. Вместе с хлорофиллом в спирте находятся также желтые пигменты. Чтобы разделить их, небольшое количество спиртовой вытяжки (около двух миллилитров) я налила в пробирку, добавила две капли воды и около 4 миллилитров бензина. Вода вводиться для того, чтобы легче происходило расслоение двух жидкостей.

Закрыв пробирку пальцем, встряхнула ее. Вскоре можно заметить, что нижний слой (спиртовой) окрасился в золотисто-желтый цвет, а верхний (бензиновый) – в изумрудно-зеленый. Зеленая окраска бензина объясняется тем, что хлорофилл лучше растворяется в бензине, нежели в спирте, поэтому при встряхивании он обычно полностью переходит в бензиновый слой.

Опыт №6: Чтобы увидеть каротин (желтый пигмент), нужно преобразовать зеленый пигмент в соединение, нерастворимое в бензине. Этого можно достигнуть с помощью щелочи. В пробирку, где произошло отделение ксантофилла, я добавила кусочек щелочи. Пробирку закрыла пробкой и тщательно взболтала ее содержимое. После расслоения жидкостей можно увидеть, что картина распределения пигментов изменилась: нижний спиртовой слой окрасился в зеленый цвет, а верхний – бензиновый – в желто-оранжевый, характерный для каротина.

Осенний лес окрашен, однако, не только в желтые тона. С чем связана лиловая и багряная окраска листьев? Наряду с хлорофиллом и каротиноидами в листьях растений имеются пигменты, которые носят название антоцианов. Они хорошо растворимы в воде и содержатся не в цитоплазме, а в клеточном соке вакуолей. Эти пигменты очень разнообразны по окраске, которая зависит в основном от кислотности клеточного сока. В этом легко убедиться на опыте.

Опыт №7: Окрашенные осенью в красные или фиолетовые тона листья, я измельчила ножницами, поместила в колбочку, прилила воды и нагрела на спиртовке. Вскоре раствор стал красновато-синим от присутствия антоцианов. Полученную вытяжку пигментов я налила в две пробирки. В одну добавила уксусной кислоты, а в другую – раствор аммиака. Под действием кислоты раствор станет розовым, тогда как в присутствии щелочи – в зависимости от количества и концентрации этой щелочи – зеленым, синим и желтым.

Антоцианы, как и каротиноиды, более устойчивы к низким температурам, чем хлорофилл. Поэтому они обнаруживаются в листьях осенью. Исследователи установили, что образованию антоцианов способствуют высокое содержание сахаров в растительных тканях, сравнительно низкая температура и интенсивное освещение.

 

Заключение

Во второй половине XIX столетия было установлено, что энергия солнечного света усваивается и трансформируется при помощи зеленого пигмента хлорофилла.

На основе проведенных опытов можно сказать что, зеленая окраска хлорофилла определяется наличием в нем атома металла вне зависимости от того, будет ли это магний, медь или цинк.

Проведя опыты я доказала, что окрас цветка зависит от наличия красящих веществ – пигментов, что цвет листка можно изменить при помощи кислот, щелочи или нагревания.

 

Лес, точно терем расписной,
Лиловый, золотой, багряный,
Веселой, пестрою стеной
Стоит над светлою поляной.
Березы желтою резьбой
Блестят в лазури голубой,
Как вышки, елочки темнеют,
А между кленами синеют
То там, то здесь в листве сквозной
Просветы в небо, что оконца.
Лес пахнет дубом и сосной,
За лето высох он от солнца,
И Осень тихою вдовой

Вступает в пестрый терем свой.

И.Бунин

 

 

Полный текст статьи см. приложение


Приложения:
  1. file0_f09dcec8-523b-4221-b.. 30,2 МБ
Опубликовано: 02.04.2022