Роль окраски цветов в опылении растений
Обновлено: 15.09.2024
Цель моей работы – выяснить, от чего зависит цвет растения.
Задачи, которые я перед собой поставила:
Изучить литературу с целью выяснить, какие вещества придают органам растения различную окраску.
Провести несколько практических опытов с целью выявления особенностей этих веществ.
Изучив специальную литературу, я выяснила, что окраску различным органам растений придают особые вещества – пигменты. Это органические соединения, присутствующие в клетках и тканях растений и окрашивающие их.Многие из них важны для фотосинтеза. Расположены пигменты в пластидах клетки – хлоропластах и хромопластах, некоторые находятся в клеточном соке растений.
Существует несколько основных групп растительных пигментов:
Близки к флавонам по строению другие красители желтого цвета – халконы и ауроны. Встречаются они значительно реже. Среди известных нам растений эти пигменты можно обнаружить в листьях и цветах кислицы, кореопсиса и львиного зева. Как и некоторые люди, эти красители совершенно не переносят курильщиков и краснеют, если их окуривать сигаретным дымом. Отдельного упоминания заслуживают халконы еще и потому, что во многих случаях именно из них в процессе биосинтеза в растениях образуются флавоны, флавонолы и ауроны. Подражая природе, химики применяют халконы для получения разнообразных растительных и искусственных пигментов в лабораторных условиях.
Еще одна группа пигментов, родственная флавонам и флавонолам, носит название антоцианов. Антоцианы, которые ответственны за красные цвета в листьях, не присутствуют в листьях до тех пор, пока в листьях не начнёт снижаться уровень хлорофиллов. Раньше предполагали, что антоцианы просто результат разрушения зелёного хлорофилла, но эта теория уже не считается общепризнанной. Антоциановые пигменты, вызывающие розовую, красную и пурпурную осеннюю окраску листьев, связаны с веществом - углевод (или сахара, крахмала). Так накопление углеводов способствует образованию клеточного сока с пигментами антацина. Антоцианы растворимы в воде и обычно встречаются в клеточном соке.
Какие пигменты составляют окраску листа?
Первый опыт проведем с целью выяснить, какие пигменты обеспечивают листьям растения зеленую окраску.Оборудование, необходимое для проведения опыта: свежие листья комнатных растений, 95% -ый этиловый спирт, бензин, ступка фарфоровая, пробирка, воронка, ножницы, фильтровальная бумага.
Ход опыта. Прежде всего, получим вытяжку пигментов. Лучше, если вытяжка будет концентрированной, темно-зеленой. Можно использовать листья любых травянистых растений, а лучше всего теневыносливых комнатных растений - они мяче, легче растираются, содержат больше хлорофилла. К измельченным листьям добавим 5-10 мл этилового спирта, на кончике ножа мел для нейтрализации кислот клеточного сока и разотрем их в фарфоровой ступке до однородной зеленой массы. Подольем еще этилового спирта и осторожно продолжаем растирание, пока спирт не окрасится в интенсивный зеленый цвет. Полученную спиртовую вытяжку отфильтруем в чистую сухую пробирку или колбу.
Убедимся в том, что спиртовая вытяжка пигментов помимо зеленых содержит еще и желтые пигменты. Для этого на фильтровальную бумагу нанесем стеклянной палочкой каплю спиртовой вытяжки пигментов листа. Через 3-5 мин на бумаге образуются цветные концентрические круги: в центре зеленый (хлорофилл), снаружи - желтый (каротиноиды) (Приложение 1).
Вывод. Разделение пигментов обусловлено их различной адсорбцией (поглощением в поверхностном слое) на фильтровальной бумаге и неодинаковой растворимостью в растворителе, в данном случае - этиловом спирте. Каротиноиды хуже, по сравнению с хлорофиллом, адсорбируются на бумаге, больше растворимы в спирте, поэтому передвигаются по фильтровальной бумаге дольше хлорофилла.
Таким образом, в создании цвета листа участвуют две группы пигментов - зеленые и желтые. Содержание хлорофилла в сформировавшихся листьях примерно в 3 раза выше, чем каротиноидов, поэтому желтый цвет каротиноидов маскируется зеленым цветом хлорофилла. Количественное соотношение хлорофилла и каротиноидов не постоянно, оно зависит от возраста листа, физиологического состояния растения. Если содержание хлорофилла уменьшается, листья приобретают желто-зеленый или желтый цвет.
При каком освещении желтеют листья?
Различные факторы внешней среды (освещенность растений, температура воздуха, водоснабжение) оказывают влияние на окраску листьев. Например, в зависимости от погодных условий цвет листьев клена меняется от желтого до пурпурно-красного.
Цель этого опыта –установить устойчивость хлорофилла в листьях растений без освещения.
Оборудование: для опыта нужны листья любого растения, которые уже закончили рост, но еще не имеют внешних признаков старения, стакан, черный лист бумаги.
Ход опыта. Половину листовой пластинки закрываем с двух сторон черной бумагой. Лист помещаем в стакан с водой и ставим в хорошо освещенное место. Спустя 4-5 дней снимем бумагу, сравним цвет половинок листа. Хорошо заметны различия в окраске: освещенная часть зеленая, а затемненная - желтая.
Вывод: Результаты опыта свидетельствуют, что снижение интенсивности и продолжительности освещения листьев ускоряет распад молекул хлорофилла в хлоропластах. Мы сравнили устойчивость хлорофилла в листьях бадана и традесканции. Самый неустойчивый пигмент в листьях традесканции, он разрушается за 20 дней, а самый устойчивый у фикуса, разрушается через 40 - 50 дней.(Приложение 1)
Необходимость кислорода для разрушения хлорофилла.
Для разрушения хлорофилла необходимо еще одно условие – кислород. Проводимый опыт ставит своей целью доказать, что без кислорода хлорофилл не разрушается или разрушается медленнее.
Оборудование: стакан c водой, лист плотной бумаги, зеленые листья растения.
Ход опыта: Стареющий, но еще сохранивший зеленый цвет лист любого светолюбивого растения опустим в стакан с водой так, чтобы только половина листа его находилась под водой. Для этого закрепим лист в прорези укрывающей стакан плотной бумаги. Стакан поставим в темное место.
Вывод: Через 3 - 5 дней станут заметны различия в окраске листа: находившаяся в воде часть сохранит зеленый цвет, другая - пожелтеет. 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.(Приложение 2)
Влияние на хлорофилл химических веществ.
Как органическое вещество, пигмент хлорофилл должен разрушаться от воздействия различных химических веществ. Цель этого опыта – проверить, как воздействует на хлорофилл соляная кислота.
Оборудование: Для опыта нужны "чернила" - 10%-ая соляная кислота, листья растений, палочка.
Ход опыта: Заостренный конец палочки смочим в соляной кислоте и нанесем на лист рисунок (в нашем случае это смайлик и звездочка). На зеленом фоне листа бегонии постепенно появляется рисунок звездочки бурого цвета. На листе монстеры был нарисован смайлик, но картинка не появилась, бурое пятно было маленьким, размером с копеечную монету. Значит, скорость изменения цвета в месте нанесения кислоты зависит от плотности покровов листа. Появление бурой окраски обусловлено проникновением кислоты внутрь клеток и образованием в них особого вещества - феофитина.
Вывод: Хлорофилл разрушается при воздействии на него соляной кислоты, а значит, и других кислот. Следовательно, газообразные выделения промышленных предприятий, которые часто содержат в себе химические вещества (например, сернистый ангидрит), которые, проникая через устьица в листья, растворяются в цитоплазме клеток и образуют кислоту. Накопление ее в больших количествах в цитоплазме вызывает разнообразные нарушения обмена веществ в клетках, в том числе и разрушение хлорофилла. Внешне такие повреждения могут выражаться в появлении на листьях бурых пятен.(Приложение 3)
Воздействие на пигмент хлорофилл высокой температуры.
Образование феофитина в листьях многих растений может происходить также и при нагревании листа выше 70 - 80 С. Цель данного опыта –показать, что разрушение хлорофилла и образование феофитина в листьях растений возможно и при воздействии на клетки листьев высокой температуры.
Оборудование: Для опыта нужны зеленые листья различных растений, спиртовка, стеклянная палочка.
Ход опыта: Прикоснемся к листу концом сильно нагретой стеклянной палочки или проколем его раскаленной препаровальной иглой. Во всех случаях возникают своеобразные изменения окраски листа: зеленые круги с неровными бурыми кольцами.
Вывод: Появление бурых колец обусловлено поступлением кислот клеточного сока из вакуолей в цитоплазму, а затем в хлоропласты. Под действием температуры раскаленной стеклянной палочки происходит разрушение молекул хлорофилла, образование феофитина и появление бурого окрашивания. Поскольку химический состав листьев различных растений имеет свои особенности, можно получить различные картины колец отмирания. Желтые, коричневые пятна отмирания появляются на листьях и в природных условиях под влиянием сильного перегрева, засухи.(Приложение 5)
Исследовав вопрос о растительных пигментах, я узнала, что пигменты играют очень значительную роль в природе и имеют огромное значение для жизни на Земле. Многие природные пигменты принимают участие в важных метаболических или физиологических процессах. Особенно детально изучено значение хлорофилла и других пигментов в фотосинтезе. Во многих случаях, однако, единственной известной функцией пигмента является то, что он придает окраску организму или той его части, которая содержит данный пигмент. В растительном царстве ярко окрашенные цветки и плоды, контрастно выделяющиеся на общем фоне зеленой окраски листвы, привлекают внимание насекомых и других животных. Благодаря этому растения извлекают для себя пользу при опылении и распространении семян. По итогам работы были установлены следующие выводы:
В создании цвета листа участвуют различные группы пигментов.
Снижение интенсивности и продолжительности освещения листьев ускоряет распад молекул хлорофилла в хлоропластах.
Уменьшение скорости распада хлорофилла в той части листа, которая находилась в воде, свидетельствует, что в разрушении хлорофилла важную роль играет процесс дыхания.
Хлорофилл разрушается при воздействии на него кислоты
Под действием температуры происходит разрушение молекул хлорофилла и появление бурого окрашивания.
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа № 22
Почему у цветов различная окраска?
Выполнили : учащиеся 5 Г класса
Ким Юлия
Тен Алина
Белокрылова Светлана
Руководитель: Разволяева Н.В.
Консультант: Петяйкина Н.Н.
учитель химии
Консультант: Федосова Н.В.
Основная часть :
1.1 Пластиды и вакуоли – органеллы растительных клеток…………. 5
1.2 Что такое красящие пигменты
1.3 Характеристики пигментов
1.4 Почему меняется окраска лепестков венчика
2.1 Что такое кислотность
2.2 Влияние кислотности клеточного сока на окраску лепестков
Практическая работа:
3.1 Опыт №1. Изменения окраски цветков фиалки трехцветной при создании кислой среды
4.1 Выводы исследовательской работы
Актуальность темы - Как красив пестрый луг! Чего- чего только здесь не цветет! Тут и фиолетовый мышиный горошек, и желтая чина, и розовый клевер, и белые с желтой серединкой ромашки! Как удается природе разукрасить …. Почему у цветов различная окраска.
Вспомним слова Данте:
Я шел вперед, но всюду замедлялись
Мои шаги при взгляде на цветы…
Если лепестки венчика могут иметь разную окраску, то в них вероятно есть художественные гуашевые краски (!), т.е. созданные природой красящие вещества .
Объект исследования: красящие вещества цветков.
Предмет исследования: изменение окраски лепестков венчика .
Цель исследования: доказать присутствие пигментов в клетках лепестков венчика.
1. Выяснить в каких органоидах клетки находятся красящие вещества.
2.Составить классификацию пигментов, от которых зависит окраска цветков.
3.Выявить причину изменения окраски лепестков
венчика во время цветения у некоторых растений.
4.Разработать модель изменения окраски цветков
Методы исследования:
- изучение и использование материалов учебной и научно – популярной литературы по теме исследования
- наблюдение процесса изменения окраски
лепестков во время моделирования состава клеточного сока вакуоли клетки
- обобщение полученных данных по теме исследования
Основная часть
1.1 Пластиды и вакуоли - органеллы растительных клеток.
Органеллы растительных клеток
(раствор неорганических и органических веществ)
Пластидами называются особые органоиды в клетке. К ним относят бесцветные лейкопласты, зеленые хлоропласты и оранжевые хромопласты. Все виды пластид могут возникать из особых мелких бесцветных пропластид. Окраска пластид обусловлена особыми пигментами(красящими веществами): в хлоропластах –зеленым хлорофиллом, а в хромопластах –оранжевым каротином.
Хромопласты имеют окраску от желтого до красного цвета благодаря содержанию в них каротиноидам.
Хромопласты встречаются в лепестках, плодах и некоторых корнях (морковь). Могут возникать из пропластид и из хлоропластов. Плоды многих растений бывают сначала зелеными - содержат хлоропласты, затем они краснеют, так как у них разрушается хлорофилл и остается оранжевый пигмент каротин. В хлоропластах также имеется каротин, но маскируется зеленым пигментом хлорофиллом. Хромопласты часто имеют игольчатую или неправильную форму, так как каротиноиды в них кристаллизуются.
Хромопласты имеют биологическое значение, так как привлекают птиц и других животных. Поедая плоды, животные теряют часть семян, способствуя этим их распространению в природе.
Образование вакуолей . Молодые клетки сплошь заполнены цитоплазмой. Затем по мере роста клеток в их цитоплазме появляются полости-вакуоли. При дальнейшем увеличении размеров клетки вакуоли также увеличиваются и нередко сливаются вместе, образуя несколько вакуолей или одну большую вакуоль. Вакуоли заполнены клеточным соком. Клеточный сок представляет собой водный раствор различных неорганических и органических веществ. В нем содержатся сахара, соли и другие вещества.
1.2 Что такое красящие пигменты
В клеточном соке многих растений содержатся в растворенном виде различные красящие вещества – пигменты. Самым распространенным из них является особое органическое вещество антоциан . Окраска антоциана различна и зависит от реакции клеточного сока: в кислой среде она красная, в щелочной – синяя. Окраска листьев красной капусты, корня красной свеклы, лепестков многих растений (например, медуницы, незабудки и др.) обусловлена наличием антоциана.
Цветки ряда растений, например той же медуницы, за время цветения изменяют свою окраску от розовой до синей, так как реакция клеточного сока меняется от кислой до слабощелочной.
Так что же вызывает окраску цветов? Нам ведь известны цветы самой различной окраски, и даже такие, которые во время цветения меняют окраску (например, незабудка, вначале розовая, становится голубой).
Наиболее известные красители цветов – это ксантофилл и каротин: желтый и оранжевый красители, а также антоциан – красно-сине-фиолетовый.
Мы знаем много белых цветов, однако нет белого красителя, вырабатываемого растениями. Цвет этот достигается путем особого размещения пузырьков воздуха в оболочке лепестков.
Три антоциана – основные пигменты, от которых зависит окраска цветков многих покрытосеменных: пеларгоидин (красный), цианидин (фиолетовый) и дельфинидин (синий). Родственные им соединения флавонолы – желтые или кремовые, а каротиноиды – красные, желтые или оранжевые. Бетацианины (беталаины) – красные пигменты, которые встречаются в одной из групп двудольных.
1.3 Характеристики пигментов
Красные, желтые, оранжевые (пластиды-хромопласты)
1.4 Почему меняется окраска лепестков венчика
Известные ранневесенние растения наших лесов – Медуница и Сочевичник весенний - отличаются как раз той особенностью, что молодые неопыленные цветки их имеют розовую или красноватую окраску. Эти растения являются одними из ранних медоносов. В стадии бутонов и сразу после раскрытия клеточный сок в вакуолях лепестков имеет слабокислую реакцию, что обуславливает ярко-розовую окраску цветов, по мере старения и после опыления реакция клеточного сока становится более щелочной, что влечет изменение окраски цветков с розовой на синюю. Для насекомых привлекательными оказываются лишь неопыленные – розовые и красноватые цветки, в которых есть нектар.
Флавонолы - другая группа флавоноидов, также очень часто содержатся в листьях и цветках. Многие из них вообще бесцветны, но могут придавать цветкам оттенок слоновой кости или белизны. У всех покрытосеменных растений характерная пигментация цветка зависит от смешения в разных пропорциях флавоноидов и каротиноидов, клеточного рН, а также структурных, то есть отражательных, способностей тканей.
Смешение этих разных пигментов при разных рН в клетках образует всю гамму окрасок цветка покрытосеменных. Изменение окраски является сигналом для опылителей, сообщающим о том, какие цветки раскрылись недавно, т. е. с большей вероятностью содержат пищу. Все разнообразие окрасок цветков обеспечивается очень малым набором пигментов. Однако главными пигментами цветков являются флавоноиды. В листьях они задерживают ультрафиолетовую радиацию, разрушительно действующую на нуклеиновые кислоты и белки, и обычно избирательно поглощают сине-зеленые и красные лучи, которые важны для фотосинтеза. Один из крупнейших классов флавоноидов – антоцианы – играет ведущую роль в определении окраски цветков. К ним относится большинство красных и синих растительных пигментов. Они растворимы в воде и содержатся в вакуолях. Каротиноиды, напротив, растворимы в жирах, и содержатся в пластидах.
2 Цвето́к ( лат. flos -oris, греч. νθος -ου) сложный орган семенного размножения цветковых (покрытосеменных) растений. Цветок, будучи уникальным образованием по своей природе и функциям, поразительно разнообразен по деталям строения, окраске и размерам. Самые мелкие цветки растений семейства Рясковые имеют в диаметре всего около 1 мм, в то же время как самый крупный цветок у раффлезии Арнольда,обитающей в тропических лесах на острове Суматра (Индонезия), достигает в диаметре 91 см и имеет массу около 11 кг.
5 Что обуславливает окраску цветков? Три антоциана основные пигменты, от которых зависит окраска цветков многих покрытосеменных: - пеларгоидин (красный) -цианидин (фиолетовый) -дельфинидин (синий) Родственные им соединения: -флавонолы желтые или кремовые -каротиноиды красные, желтые или оранжевые
6 Один из крупнейших классов флавоноидов антоцианы играет ведущую роль в определении окраски цветков. К ним относится большинство красных и синих растительных пигментов. Они растворимы в воде и содержатся в вакуолях. Каротиноиды, напротив, растворимы в жирах, и содержатся в пластидах. Цвет антоцианового пигмента зависит от кислотности клеточного сока в вакуолях; например, цианидин красный в кислой среде, фиолетовый в нейтральной и синий в щелочной. У некоторых растений окраска цветка меняется после опыления, обычно за счет антоцианов, делающих их менее заметными для насекомых.
7 Изменение окраски цветка является сигналом для опылителей, сообщающим о том, какие цветки раскрылись недавно, т.е. с большей вероятностью содержат пищу.
8 Флавонолы, другая группа флавоноидов, также очень часто содержатся в листьях и цветках. Многие из них вообще почти бесцветны, но могут придавать цветкам оттенок слоновой кости или белизны.
9 У всех покрытосеменных растений характерная пигментация цветка зависит от смешения в разных пропорциях флавоноидов и каротиноидов, клеточного рН, а также структурных, то есть отражательных, способностей тканей.
10 Окраска цветков с точки зрения физики
12 Автор оспаривает давно утвердившееся убеждение, что окраска цветков выработана растениями для привлечения насекомых. Ссылаясь на исследования автор считает безусловной тесную коррелятивную связь эволюцию цветков энтомофильных растений с эволюцией насекомых опылителей. Однако, эта связь в большей степени затрагивает форму и расположение органов цветка, а не его окраску.
13 В своей статье Н.И.Малютин пишет, что окраска цветков не обеспечивает правильной информации о запасах нектара. А принимая во внимание полиморфозм многих видов окраска цветков не может считаться прочно закрепленным признаком. Наибольшим постоянством в этом отношении отличается запах.
15 Основываясь на анализе физических и химических свойств пигментов, Н.И.Малютин высказывает предположение, что окраска цветков является приспособлением к особенностям климата и солнечной радиации. Околоцветник в этом случае представляет собой солнечную батарею, в которой пигменты перерабатывают солнечный свет в необходимую для цветков тепловую энергию.
Три антоциана — основные пигменты, от которых зависит окраска цветков многих покрытосеменных: пеларгоидин (красный), цианидин (фиолетовый) и дельфинидин (синий). Родственные им соединения флавонолы — желтые или кремовые, а каротиноиды — красные, желтые или оранжевые. Бетацианины (беталаины) — красные пигменты, которые встречаются в одной из групп двудольных Смешение этих разных пигментов при разных рН в клетках образует всю гамму окрасок цветка покрытосеменных. Изменение окраски цветка является сигналом для опылителей, сообщающим о том, какие цветки раскрылись недавно, т.е. с большей вероятностью содержат пищу.
Все разнообразие окрасок цветков обеспечивается очень малым набором пигментов. Красная, желтая и оранжевая обусловлена каротиноидами, похожими на те, что присутствуют в листьях. Однако, главными пигментами цветков являются флавоноиды. В листьях они задерживают ультрафиолетовую радиацию, разрушительно действующую на нуклеиновые кислоты и белки, и обычно избирательно поглощают сине-зеленые и красные лучи, которые важны для фотосинтеза.
Один из крупнейших классов флавоноидов — антоцианы — играет ведущую роль в определении окраски цветков. К ним относится большинство красных и синих растительных пигментов. Они растворимы в воде и содержатся в вакуолях. Каротиноиды, напротив, растворимы в жирах, и содержатся в пластидах. Цвет антоцианового пигмента зависит от кислотности клеточного сока в вакуолях; например, цианидин — красный в кислой среде, фиолетовый — в нейтральной и синий — в щелочной. У некоторых растений окраска цветка меняется после опыления, обычно за счет антоцианов, делающих их менее заметными для насекомых.
Известные ранневесенние растения наших лесов — Медуница и Сочевичник весенний — отличаются как раз той особенностью, что молодые неопыленные цветки их имеют розовую или красноватую окраску, а после опыления — фиолетовую и синюю.
Эти растения являются одними из ранних медоносов. В стадии бутонов и сразу после раскрытия клеточный сок в вакуолях лепестков имеем слабокислую реакцию, что обуславливает ярко-розовую окраску цветков, по мере старения и после опыления реакция клеточного сока становится более щелочной, что влечет изменение окраски цветков с розовой на синюю. Для насекомых привлекательными оказываются лишь неопыленные — розовые и красноватые цветки, в которых есть нектар.
Флавонолы, — другая группа флавоноидов, также очень часто содержатся в листьях и цветках. Многие из них вообще почти бесцветны, но могут придавать цветкам оттенок слоновой кости или белизны.
У всех покрытосеменных растений характерная пигментация цветка зависит от смешения в разных пропорциях флавоноидов и каротиноидов, клеточного рН, а также структурных, то есть отражательных, способностей тканей.
Яркая осенняя окраска листьев связана с превращением больших количеств бесцветных флавонолов в антоцианы при разрушении хлорофилла.
У маревых, портулаковых и других представителей порядка Chenopodiales, Маревые (Centrospermae, Центросеменные) красноватый пигмент не антоциановой и даже не флавоноидной природы. Он относится к более сложным ароматическим соединениям, бетацианинам (беталаинам). Именно ими окрашены красные цветки Бугенвиллеи и органы свеклы. В растениях перечисленных семейств антоцианов нет, и их биохимические особенности позволяют систематикам сближать их в близкородственные систематические группы.
Источник:
П.Рейвн, Р.Эверт, С.Айкхорн. Современная ботаника. М.: Мир, 1990.
В.В.Петров. Весна в жизни леса. М.: Наука, 1981.
Читайте также: