Какое вещество окрашивает листву в зеленый, желтый, оранжевый, красный цвет: растительные пигменты. Почему листья меняют цвет осенью? Листья какой группы деревьев осенью краснеют? Какое значение имеет листопад в жизни растений? Что дает растению это явлен

Осенью лиственные леса и сады меняют цвет листьев. На место монотонной летней окраски выступает большое разнообразие ярких тонов.

Листья грабов, кленов и берез становятся светло-желтыми, дубов–буровато-желтыми, вишни, рябины и барбариса–пун­цово-красными, черемухи – пурпуровыми, бирючины и берескле­та – фиолетовыми, осины – оранжевыми, ольхи – мутного бу­ро-зеленого оттенка.

Осенняя перемена окраски листьев не ограничивается, однако, только деревьями и кустарниками, но простирается и на низко­рослые травы. Листва небольших трав и полукустарников и в особенности карликовых кустарников, образующих мохнатые ковры, приобретает красные, фиолетовые и желтые тона со всеми переходными оттенками, не уступающие в яркости живым цветам.

Изменение окраски объясняется глубокими изменениями жизнедеятельности листо­вых тканей с приближением неблагоприятного зимнего времени. Весной и летом хлоропласты более или менее равномерно распре­деляются в постенном слое протоплазмы. Это обусловливает ярко-зеленую окраску листьев. С наступлением же осенних холодов хлоропласты скучиваются в компактные глыбки, причем, по мне­нию некоторых ученых, происходит обособление протоплазмы от клеточных стенок. Это приводит к изменению ярко-зеленой окраски листьев в темную и тусклую. Такие сезонные изменения окраски хвои отчетливо наблюдаются у наших вечнозеленых хвойных по­род: ели, сосны, можжевельника и др.

У подавляющего большинства деревьев и кустарников холодной и умеренной зоны приспособление к зиме с ее морозами пошло в на­правлении образования листопадных форм, сбрасывающих листву на зиму. Осенняя расцветка листопадных пород есть следствие связанного с этим сезоном отмирания листвы. В листьях, наряду с зеленым пигментом – хлорофил­лом, всегда присутствуют еще желтые пигменты – ксантофилл, каротин и другие, которые за хлорофиллом, как обладающим боль­шею яркостью, бывают невидимы. Осенью у листопадных пород в процессе подготовки листвы к опадению хлорофилл разрушается, а желтые, замаскированные ранее хлорофиллом, пигменты становятся видны. При этом желтые пигменты химически не изменяются.

Иначе обстоит дело с красным, синим и другими осенними цве­тами листвы. Здесь разрушение хлорофилла идет обычным путем, но сюда присоединяется еще образование нового красящего пиг­мента антоциана.

За изменением окраски листьев следует их опадение – осенний листопад. Листопад представляет собой одно из важнейших приспособлений против неблагоприятных для растения зимних условий.

Опадение листьев свойственно всем деревьям и кустарникам и вы­текает из особенностей роста этой группы растений. Старые листья по мере разрастания кроны все сильнее затеняются. Возможность их ассимиляции все более и более падает. Старые листья постепенно отмирают и опадают. Во влажном тропическом климате эта смена листьев происходит постепенно, не будучи приурочена к определен­ному времени года. Каждый лист нередко способен жить и ассими­лировать несколько лет. Деревья и кустарники влажных тропи­ков, как правило, вечнозелены. В нашем северном климате деревья живут и развиваются при ежегодной смене лета и суровой зимы. Естественный отбор выработал в этих условиях строгую сезонную периодичность в сроках листопада, с ежегодным сбрасыванием всей листвы однажды в году – осенью. Таким образом возникла листопадность. Основное значение осеннего листопада состоит в том, что, теряя листья, растения тем самым спасаются от засыхания, которое привело бы к неминуемой гибели. Листья представляют громадную поверхность испарения для содержащейся в растении влаги. В теплое время года эта убыль влаги пополняется равномерно притоком ее из почвы, откуда она всасывается корнями. Но с охлаждением почвы всасывательная деятельность корневых волосков падает; она по­нижается настолько, что хотя испарение влаги листьями вследствие низкой температуры тоже уменьшается, тем не менее, потеря воды растением теперь не может уже возмещаться.

Вода из корней в кроны деревьев может передвигаться и при тем­пературах ниже нуля. Но уже при –6,– 7° скорость этого движе­ния и количество всасываемой воды становятся ничтожными. При дальнейшем понижении температуры ветви промерзают на­цело, ток воды полностью прекращается и потери побегов во влаге от испарения (точнее – возгонки льда) перестают пополняться. Значение осеннего листопада, прежде всего и состоит в резком со­кращении на зиму испаряющей поверхности, а, следовательно, и потерь воды растением.

Утрачивая листья, растения теряют много органических ве­ществ, созданных в течение лета. Однако наиболее ценные из них удаляются, как мы видели, из листьев во внутренние части рас­тения.

Из листьев уходят не только такие запасные питательные веще­ства, как крахмал, сахар, жиры (масла), но и самые главные – белковые вещества, – предварительно распавшись до более про­стых растворимых веществ. Даже наиболее ценные минеральные вещества (например, соединения фосфора), как показывает химический ана­лиз листьев, произведенный перед листопадом, выносятся из ли­стьев. Но наряду с этим удаляются также и некоторые негодные продукты. Так, к концу лета в листьях накопляется большое количество кристаллов щавелевокислой извести. Это вещество представляет собой ненужный продукт обмена веществ. Ввиду этого на осенний листопад можно смотреть и как на выделительную функцию растения, совер­шающуюся раз в год, но зато в грандиозном масштабе.

Существует и другое направле­ние приспособлений, приведшее к листопадности, – приспособле­ние к перенесению знойно-засушливого времени года. Наивысшего развития этот тип листопадности приобретает в тропиках – в са­ваннах. Но и в пределах СНГ в зонах пустынь и полупустынь большое значение имеет летний листопад в начале знойно-засушли­вого периода. Летний листопад наблюдается и у многих полукустарников, например, у полыней и ряда солянок. Осенью, при наличии дождей листообразование у этих растений возобновляется. Биологическое значение летнего листопада тоже, что и осеннего – предохранение растения от засыхания.

Механизм листопада заключается в следующем. Перед опадением листьев в основании их черешков появляются слои особых тонкостенных клеток. Это так называемые раздели­тельные слои. Вследствие быстрого размножения этих клеток снаружи, против разделитель­ного слоя появляется вздутие, отличаю­щееся от грубых старых тканей более светлым цветом и некоторой прозрач­ностью. Когда разделительные слои до­стигнут соответствующей толщины, их тонкостенные клетки отделяются одна от другой, причем оболочки нигде не разрываются и не повреждаются. По всей вероятности, соединяющее их меж­клеточное вещество растворяется орга­ническими кислотами, благодаря чему связь между клетками нарушается и листья опадают. Это происходит даже само собой, при отсутствии внешних побудительных причин.

Разделитель­ный слой иногда обра­зуется не в нижней ча­сти черешка, а распола­гается так, что от че­решка остается малень­кий чешуеобразный остаток, который служит защитой для развивающейся в его пазухе почки, например, у жасмина. У листьев слож­ных разделительный слой, кроме основания главного черешка, возникает еще ниже каждого листочка. Поверхность на месте отделения черешка затягивается пробковым слоем и всегда бывает гладкой и определенной формы для каждого вида растения.

Для размножения клеток, образующих разделительный слой, требуется определенная температура внешней среды. Рано и внезапно наступающие в некоторые годы морозы могут воспрепятствовать появлению разделительных слоев, и листья тогда замерзают, не успев отпасть. В такие годы на многих деревьях в течение всей зимы остаются сухие, побуревшие листья.

Время появления разделительного слоя оказывается зависящим от длины периода дневного освещения: чем он короче, тем скорее появляется разделительный слой. Таким образом, уко­рачивание дня к осени является одним из факторов, стимулирующих сбрасывание листьев.

Посредством изменения в тканях, подобных описанному, отде­ляются также иногда лепестки цветков, тычинки, самые цветки, оставшиеся неопыленными, спелые плоды, листовые черешки, если оторвать от них пластинки и т. д. Следовательно, листопад представляет только частный случай из ряда однородных явлений.

Продолжительность листопада различных деревьев неодина­кова. Так, у гинкго листопад продолжается всего несколько дней, а у грабов и дубов – несколько недель, причем осе­нью у этих деревьев опадает лишь часть листьев, а остальные опадают только в конце зимы. Существует разница еще в следующем отношении. У одних деревьев от листьев начинают обнажаться крайние ветви, и отсюда уже листопад постепенно доходит до основания; у других же он имеет обратное направление. Примером первого порядка служат ясени, лещины и буки, а второго – липы, ивы, тополя, груши.

9. Влияние абиотических факторов на рост и развитие растений

Температура

Особенности развития растений в филогенезе складывались в течение многих тысячелетий под постоянным воздействием факторов внешней среды. Характерной особенностью климата умеренного пояса является наличие холодного периода года, прерывающего вегетацию растений. У большинства растений, биологические свойства которых сложились в условиях умеренного климата, нижний предел температуры для развития близок к 5°. Связь скорости развития этих растений с температурой воздуха может быть выражена уравнением: n(t – 5°) = А, где п – число дней в данном периоде, t – средняя температура воздуха за этот период. Величину (t – 5°) называют средней эффективной температурой за период, 5° – нижним пределом эффективной температуры для растений умеренного климата, А – суммой эффективных температур за период или суммой разностей между средней суточной температурой и нулем эффективной температуры.

Суммы эффективных температур за тот или иной период подсчитывают следующим образом: за каждый день периода выписывают средние суточные температуры воздуха и из каждого их значения вычитают 5°, а полученные разности суммируют.

Уровень, на котором находится начальная, температура развития растения, зависит от условий, в которых складывались биологические особенности их в течение очень длительного периода эволюции растительных форм под влиянием изменения термических условий существования. Так, нижние пределы эффективной температуры у растений, сложившихся в условиях тропического и субтропического климатов, находятся на сравнительно высоком уровне: томат - 15°, цитрусовые растения и рис -10°, хлопчатник - около 13° и т. п.

Ускорение темпов развития растения с повышением температуры имеет свой предел. При некоторой температуре, достигнув наибольшей скорости развития, растение сохраняет эту скорость, несмотря на дальнейшее повышение теплового напряжения среды. Например, при средней суточной температуре 18° у озимой ржи период от посева семян до всходов достигает четырех дней, а у озимой и яровой пшеницы - 5 дней. При температурах выше 18° продолжительность этого периода уже не уменьшается.

При наличии необходимых условий для произрастания наступление ранних фаз развития травянистых растений происходит в зависимости от температуры среды. После завершения световой стадии и заложения зачаточного соцветия продолжительность всего репродуктивного периода и его частей зависит только от температуры. Заложение колоса у озимых культур происходит в зависимости от сохранности листьев и стеблевых побегов после перезимовки. При сохранении листьев и главных стеблевых побегов образование колоса (выход в трубку) начинается вскоре после возобновления вегетации.

Таблица 5. Значения сумм эффективных температур для злаков

Темпы развития влияют на продуктивность растений. С увеличением продолжительности периода от колошения до восковой спелости хлебных злаков увеличиваются крупность зерна и его вес. Так, при продолжительности этого периода у яровой пшеницы, некоторых других сортов мягкой пшеницы в 23 дня 1000 зерен в воздушно-сухом состоянии весят около 23 г, а при продолжительности в 50 дней – около 50 г.

Пользуясь суммами эффективных температур как показателями связи скорости развития растений с температурой, можно судить о продолжительности важнейших межфазных периодов, определять ход развития растения, как за истекший, так и на предстоящий периоды и производить другие расчеты.

Деревья и кустарники

На большей части территории России листопадные древесные растения, возникшие в условиях умеренного климата, начинают вегетировать много времени спустя после окончания периода глубокого покоя. В первые дни, когда температура воздуха перейдет через 5 0 , начинается набухание почек. Так как развитие органов, заложенных в почках, происходит за счет запасных веществ, накопленных в предыдущем году, то скорость роста вегетативных органов весною и развитие органов цветения зависит от температуры окружающей среды.

Таблица 6. Значения сумм эффективных температур

для древесных растений

Вот почему суммы эффективных температур, накапливающиеся ко времени зацветания или развертывания первых листьев у каждой древесной породы, сохраняют большое постоянство как в данной местности в разные годы, так и в разных физико-географических условиях.

Типы растений (ботанические системы)
и виды влияния температуры на развитие растений

Фанерофиты – высокоствольные растения, деревья и кустарники, покоящиеся почки которых на побегах находятся высоко над поверхностью почвы и снежного покрова. Начало вегетации их весной зависит, прежде всего, от температуры воздуха. К таким растениям относится береза, дуб, сосна и др.

Хамефиты, или карликовые растения и кустарники, покоящиеся почки которых находятся над поверхностью почвы, но зимуют под снегом (например, черника, брусника, вереск).

Хемикриптофиты. Почки зимуют под снежным покровом и отмершими частями растений (например, озимые хлеба, земляника, ревень, львиный зев, примула и др.). Начало вегетации связано с таянием снежного покрова и повышением температуры приземных слоев воздуха.

Криптофиты – многолетники. Почки зимуют в почве в луковицах и на клубнях.

Терофиты – однолетники, перезимовывающие в виде семян. К ним относится большинство культурных растений. Криптофиты и терофиты начинают прорастать при достаточном прогревании верхних слоев почвы.

На отдельные стадии развития оказывают влияние сезонные изменения погоды. Так, у раноцветущих деревьев и кустарников цветочные почки закладываются в предыдущее лето, погодные условия которого влияют на их развитие. Развитие растений, цветущих весной, зависит главным образом от температуры предшествующего цветению периода. К ним вполне возможно применение правила суммы температур. Для летнего цветения, кроме суммы температур, имеет значение распределение влажности воздуха. Запас питательных веществ в растениях также имеет большое значение. Древесные и луковичные растения, содержащие значительные запасы питания, менее подвержены влиянию внешних условий.

Только принимая во внимание ботанические особенности растений, можно разрешить вопрос взаимосвязи температурных и других климатических условий с ростом и развитием растений.

Солнечный свет является источником энергии для растения при синтезе органических веществ. Необходимым условием при этом является наличие определенной температуры. Интенсивная радиация при одинаковых температурных условиях усиливает синтез и ускоряет развитие. В областях, отличающихся продолжительностью и интенсивностью солнечного сияния, наблюдается ускоренное развитие растений.

Для радиации, как и для температуры можно вычислить суммарное значение за определенные периоды развития растений.

Геслин изучал влияние солнечной радиации на развитие растений в связи с температурой. Он ввел понятие гелиотермической константы, являющейся функцией температуры и радиации. При недостатке данных по измерению радиации он использовал в качестве показателя радиации длину дня. Такая связь радиации с температурой при исследовании процессов развития растений дает лучшие результаты, чем влияние сумм температур или сумм радиации, взятых отдельно.

Большое значение для организмов имеет не только интенсивность солнечного излучения, но и продолжительность длины светового периода. Реакция организмов на сезонные изменения длины дня называется фотопериодизмом (термин предложен в 1920 г. У. Гарнером и Х. Аллардом). Проявление фотопериодизма зависит не от интенсивности освещения, а только от ритма чередования темного и светлого периодов суток.

Фотопериодическая реакция живых организмов имеет большое приспособительное значение, так как для подготовки к переживанию неблагоприятных условий или, наоборот, к наиболее интенсивной жизнедеятельности требуется довольно значительное время. Способность реагировать на изменение длины дня обеспечивает заблаговременные физиологические перестройки и пригнанность цикла к сезонным сменам условий. Ритм дня и ночи выступает как сигнал предстоящих изменений климатических факторов, обладающих сильным непосредственным воздействием на живой организм (температуры, влажности и др.). В отличие от других экологических факторов ритм освещения влияет лишь на те особенности физиологии, морфологии организмов, которые являются сезонными приспособлениями в их жизненном цикле. Образно говоря, фотопериодизм – это реакция организма на будущность.

Хотя фотопериодизм встречается во всех крупных систематических группах, он свойствен далеко не всем видам. Существует много видов с нейтральной фотопериодической реакцией, у которых физиологические перестройки в цикле развития не зависят от длины дня. У таких видов либо развиты другие способы регулирования жизненного цикла (например, озимость у растений), либо они не нуждаются в точном его регулировании. Например, там, где нет резко выраженных сезонных изменений, большинство видов не обладает фотопериодизмом. Цветение, плодоношение и отмирание листьев у многих тропических деревьев растянуто во времени, и на дереве одновременно встречаются и цветки и плоды. В умеренном климате виды, успевающие быстро завершить жизненный цикл и практически не встречающиеся в активном состоянии в неблагоприятные сезоны года, также не проявляют фотопериодических реакций, например многие эфемерные растения.

Различают два типа фотопериодической реакции: короткодневный и длиннодневный. Известно, что длина светового дня, кроме времени года, зависит от географического положения местности. Короткодневные виды живут и произрастают в основном в низких широтах, а длиннодневные – в умеренных и высоких. У видов с обширными ареалами северные особи могут отличаться по типу фотопериодизма от южных. Таким образом, тип фотопериодизма – это экологическая, а не систематическая особенность вида.

У длиннодневных видов увеличивающиеся весенний и раннелетний дни стимулируют ростовые процессы и подготовку к размножению. Укорачивающиеся дни второй половины лета и осени вызывают торможение роста и подготовку к зиме. Так, морозостойкость клевера и люцерны гораздо выше при выращивании растений на коротком дне, чем на длинном. У деревьев, растущих в городах близ уличных фонарей, осенний день оказывается удлиненным, в результате у них задерживается листопад, и они чаще подвергаются обморожению.

Как показали исследования, короткодневные растения особенно чувствительны к фотопериоду, так как длина дня на их родине меняется в течение года мало, а сезонные климатические изменения могут быть очень значительными. Тропические виды фотопериодическая реакция подготавливает к сухому и дождливому сезонам. Некоторые сорта риса в Шри-Ланке, где общее годовое изменение длины дня составляет не более часа, улавливают даже ничтожную разницу в световом ритме, что определяет время их цветения.

Длина светлого периода суток, обеспечивающая переход в очередную фазу развития, получила название критической длины дня для этой фазы. По мере повышения географической широты критическая длина дня возрастает (табл. 7). Критическая длина дня часто служит препятствием для широтного передвижения организмов, для их интродукции.

Таблица 7. Зависимость критической длины дня

от географической широты

Географическая широта	Всходы овса	Цветение озимой ржи
48 0	12.46	15.27
54 0	14.26	16.45

Фотопериодизм – наследственно закрепленное, генетически обусловленное свойство. Однако фотопериодическая реакция проявляется лишь при определенном воздействии других факторов среды, например в определенном интервале температур. При некотором сочетании экологических условий возможно естественное расселение видов в несвойственные им широты, несмотря на тип фотопериодизма. Так, в высокогорных притропических районах много растений длинного дня, выходцев из районов умеренного климата.

Для практических целей длину светового дня изменяют при выращивании культур в закрытом грунте. Средние многолетние сроки развития организмов определяются, прежде всего, климатом местности, именно к ним и приспособлены реакции фотопериодизма. Отклонения от этих сроков обусловливаются погодной обстановкой. При изменении погодных условий сроки прохождения отдельных фаз могут в определенных пределах изменяться. Так, растения, не набравшие необходимой суммы эффективных температур, не могут зацвести даже в условиях фотопериода, стимулирующих переход в генеративное состояние. Например, в Подмосковье береза зацветает в среднем 8 мая при накоплении суммы эффективных температур 75°С. Однако в годовых отклонениях сроки ее зацветания изменяются от 19 апреля до 28 мая.

Действие света на растение подразделяется на фотосинтетическое, регуляторно-фотоморфогенетическое и тепловое. Свет действует на рост через фотосинтез‚ для которого требуются высокие уровни энергии. При слабой освещенности растения плохо растут. Однако кратковременный рост происходит даже в темноте, например при прорастании, что имеет приспособительное значение. Удлинение ежедневного освещения в теплицах усиливает рост многих растений. По отношению к интенсивности освещения растения делятся на светолюбивые и теневыносливые.

Свет определяет не только фотопериодизм, но и многие другие фотобиологические явления: фотоморфогенез, фототаксисы, фототропизмы, фотонастии и др. Наиболее активно регулируют рост красные и сине-фиолетовые лучи.

Фотоморфогенез – это зависимые от света процессы роста и дифференцировки растений, определяющие его форму и структуру. В ходе фотоморфогенеза растение приобретает оптимальную форму для поглощения света в конкретных условиях произрастания. Так, на интенсивном свету рост стебля уменьшается. В тени листья вырастают крупнее, чем на свету, что доказывает задерживающее влияние света на рост. В растениях обнаружены две пигментные системы фоторецепторов – фитохром, поглощающий красный свет, и криптохром, поглощающий синий свет, с участием которых индуцируются реакции фотоморфогенеза. Эти пигменты поглощают ничтожную часть падающего солнечного излучения, которая используется для переключения метаболических путей.

Система красный/дальний красный свет. Фотоморфогенети-
ческое воздействие красного света на растение осуществляется через фитохром. Фитохром – хромопротеид, имеющий сине-зеленую окраску. Его хромофор – это незамкнутый тетрапиррол. Белковая часть фитохрома состоит из двух субъединиц. Фитохром существует в растениях в двух формах (Ф 660 и Ф 730), которые могут переходить одна в другую, меняя свою физиологическую активность. При облучении красным светом (КС – 660 нм) фитохром Ф 660 (или Ф к) переходит в форму Ф 730 (или Ф дк). Трансформация приводит к обратимым изменениям конфигурации хромофора и поверхности белка. Форма Ф 730 является физиологически активной, контролирует многие реакции и морфогенетические процессы в растущем растении, темпы метаболизма, активность ферментов, ростовые движения, скорость роста и дифференциации и др. Действие красного света снимается короткой вспышкой дальнего красного света (ДКС – 730 нм). Облучение ДКС переводит фитохром в неактивную (темновую) форму Ф 660 . Активная форма Ф 730 нестабильна, на белом свету медленно распадается. В темноте Ф дк разрушается или под действием дальнего красного света превращается в Ф к. Таким образом, система

составляет комплекс реакций, запускаемых переходом от темно-
ты к свету. Реакции метаболизма растений, управляемые фитохромом, зависят от концентрации Ф 730 и соотношения Ф 730 /Ф 660 . Обычно они начинаются, если 50 % фитохрома представлено формой Ф 730 .

Фитохром обнаружен в клетках всех органов, хотя его больше в меристематических тканях. В клетках фитохром, очевидно, связан с плазмалеммой и другими мембранами.

Фитохром участвует в регуляции многих сторон жизнедеятельности растений: прорастании светочувствительных семян, открытии крючка и удлинении гипокотиля проростков, развертывании семядолей, дифференциации эпидермиса и устьиц, дифференциации тканей и органов, ориентации в клетке хлоропластов, синтезе антоциана и хлорофилла. Красный свет тормозит деление и способствует удлинению клеток, растения вытягиваются, становятся тонкостебельными (густой лес, загущенный посев). Фитохром определяет фотопериодическую реакцию растений, регулирует начало цветения, опадение листьев, старение и переход в состояние покоя. В теплицах красный свет способствует образованию корнеплодов у репы, утолщению стеблеплодов кольраби. Фитохром участвует в регуляции метаболизма фитогормонов в различных органах растения.

Влияние синего света на рост растений. Синий свет также регулирует многие фотоморфогенетические и метаболические реакции растений. Фоторецепторами синего света считаются флавины и каротиноиды. Желтый пигмент рибофлавин, рецептирующий синий – ближний ультрафиолетовый свет, который назвали криптохромом, присутствует у всех растений. В ультрафиолетовой части спектра (320–390 нм), вероятно, работает еще одна рецепторная система, включающая производные пиразино-пиримидина, или птерины. Рецепторы претерпевают редокс-превращения, быстро передавая электроны другим акцепторам. Фототропизм растений определяется рецепторным комплексом стеблевого апекса, включающего, по-видимому, криптохром и каротиноиды. Рецепторы синего света имеются в клетках всех тканей, локализованы в плазмалемме и в других мембранах.

Синие и фиолетовые лучи стимулируют деление, но задерживают растяжение клеток. По этой причине растения высокогорных альпийских лугов обычно низкорослы, часто розеточны. Синий свет вызывает фототропический изгиб проростка и других осевых органов растений путем индукции латерального транспорта ауксина. Растения при недостатке синего цвета в загущенных посевах и посадках вытягиваются, полегают. Это явление имеет место в загущенных посевах и посадках, в теплицах, стекла которых задерживают синие и сине-фиолетовые лучи. Дополнительное освещение синим светом позволяет в теплицах получить высокий урожай листьев салата, корнеплодов редиса. Синий свет влияет также на многие другие процессы: угнетает прорастание семян, открывание устьиц, движение цитоплазмы и хлоропластов, развитие листа и др. Ультрафиолетовые лучи обычно задерживают рост, однако в небольших дозах могут стимулировать его. Жесткий ультрафиолетовый свет (короче 300 нм) обладает мутагенным и даже смертоносным действием, что актуально в связи с утончением озонового слоя Земли.

Механизм действия фоторецепторов. Предложено несколько гипотез механизма регуляторного действия света на растения.

Непосредственное действие на генетический аппарат. Фоторецепторы при возбуждении их светом непосредственно действуют на генетический аппарат растений, способствуя биосинтезу необходимых белков. Так, в ядре и хлоропласте фитохром регулирует синтез соответственно малой и большой субъединиц РДФ-карбоксилазы. В ядерном геноме синий свет ускоряет экспрессию генов комплекса фермента нитратредуктазы.

Регуляция уровня и активности фитогормонов. Принимая во внимание, что фитогормоны являются одним из ближайших к фитохрому звеном метаболической цепи, обеспечивающей рост и морфогенез растения, предполагается следующая последовательность элементов цепи: свет –> фитохром –> геном -> фитогормоны –> общие звенья метаболиз-
ма –> рост и морфогенез. В большинстве случаев КС, повышая в
тканях уровень гиббереллинов и цитокининов, снижает содержание ауксина и этилена. Это действие красного света снимает ДКС. В листьях пшеницы и ячменя КС увеличивает уровень гиббереллинов в результате их синтеза или выхода из этиопластов. ДКС устраняет этот дефект КС.

Влияние на функциональную активность мембран. Основным результатом действия красного света является регуляция функций мембран. Наиболее быстро под действием света изменяются электрические характеристики мембран клеток и тканей облучаемых органов растений, что, по-видимому, вызывает определенный физиологический эффект, в том числе новообразование фитогормонов и активацию некоторых генов.

Прямое влияние света на активность фермента. Оно проявляется в том, что молекула пигмента, являющаяся частью фермента, возбуждается квантом света, вызывая изменение конформации белковой части фермента, а, следовательно, и его активности.

Инициация процессов переноса электронов. Свет включает фоторецепторы и инициирует процессы метаболического переноса электронов в мембранах, тесно связанные с перемещением протонов. Далее образуются соединения, приводящие к конечному физиологическому ответу – действию на рост и морфогенез растений. Электроны, образующиеся при окислении субстрата, могут использоваться в реакциях восстановления, в том числе нитратов, а протоны подкисляют клеточную стенку или остаются в клетке.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Лекции по физиологии растений

Московский государственный областной университет.. д а климачев.. лекции по физиологии растений Москва климачев д а..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Твитнуть

Все темы данного раздела:

МОСКВА – 2006
Печатается по решению кафедры ботаники с основами сельского хозяйства. Климачев Д.А. Лекции по физиологии растений. М.: Изд-во МГОУ‚ 2006. – 282 с.

И основные направления исследований
В биосфере главенствующее положение занимает растительный мир-основа жизни на нашей планете. Растение обладает уникальным свойством-способностью накапливать энергии» света в органических веществах

Природа и функции основных химических компонентов растительной клетки
Земная кора и атмосфера содержит более ста химических элементов. Из всех этих элементов лишь ограниченное количество было отобрано в ходе эволюции для форми­рования сложного, высокоорганизованного

Элементарный состав растений
Азот - входит в состав белков, нуклеиновых кислот, фосфолипидов, порфиринов‚ цитохромов, коферментов (НАД, НАДФ). Поступает в растения в виде NО3-, NО2

Углеводы
Углеводы - сложные органические соединения, молекулы которых построены из атомов трех химических элементов: углерода, кислорода, водорода. Углеводы - основ­ной источник энергии для живых систем. Кр

Растительные пигменты
Пигменты - высокомолекулярные природные окрашенные соединения. Из не­скольких сотен пигментов, существующих в природе, важнейшими с биологической точки зрения являются металлопорфириновые и флавино

Фитогормоны
Известно, что жизнь животных контролируется нервной системой и гормонами, но далеко не все знают, что жизнь растений тоже контролируется гормонами, ко­торые называют фитогормонами. Они регулируют ж

Фитоалексины
Фитоалексины - это низкомолекулярные антибиотические вещества высших рас­тений, возникающие в растении в ответ на контакт с фитопатогенами; при быстром дос­тижении антимикробных концентраций они мо

Клеточная оболочка
Клеточная оболочка придает клеткам и тканям растений механическую прочность, защищает протоплазматическую мембрану от разрушения под влиянием гидростатиче­ского давления, развиваемого внутри клетки

Вакуоль
Вакуоль - полость, заполненная клеточ­ным соком и окруженная мембраной (тонопластом). В молодой клетке обычно имеется не­сколько мелких вакуолей (провакуолей). В про­цессе роста клетки образуется о

Пластиды
Различают три вида пластид: хлоропласта - зеленые, хромопласты - оранжевые, лейкопласты - бесцветные. Размер хлоропластов колеблется от 4 до 10 мкм. Число хлоропластов обычно со­ста

Органы, ткани и функциональные системы высших растений
Главная особенность живых организмов заключается в том‚ что они представляют собой открытые системы‚ которые обмениваются с окружающей средой энергией‚ веществом и и

Регуляция активности ферментов
Изостерическая регуляция активности ферментов осуществляется на уровне их каталитических центров. Реакционная способность и направленность работы каталитического центра прежде всего зависят от коли

Генетическая система регуляции
Генетическая регуляция включает в себя регуляцию на уровне репликации‚ транскрипции, процессинга и трансляции. Молекулярные механизмы регуляции здесь те же (рН‚ ноны, модификация молекул, белки-рег

Мембранная регуляция
Мембранная регуляция осуществляется благодаря сдвигам в мембранном транспорте, связыванию или освобождению ферментов и регуляторных белков и путем изменения активности мембранных ферментов. Все фун

Трофическая регуляция
Взаимодействие с помощью питательных веществ - наиболее простой способ связи между клетками, тканями и органами. У растений корни и другие гетеротрофные органы зависят от поступления ассимилятов‚ о

Электрофизиологическая регуляция
Растительные организмы в отличие от животных не имеют нервной системы. Тем не менее, электрофизиологические взаимодействия клеток‚ тканей и органов играют существенную роль в координации функционал

Ауксины
Одни из первых экспериментов по регуляции роста у растений были выполнены Чарльзом Дарвином и его сыном Фрэнсисом и изложены в работе «Сила движения у растений»‚ опубликованной в 1881 г. Дарвины си

Цитокинины
Вещества, необходимые для индукции деления растительных клеток, получили название цитокининов. Впервые в чистом виде фактор клеточного деления был выделен из автоклавированного препарата ДНК спермы

Гиббереллины
Японский исследователь Е.Куросава в 1926 г. установил, что культуральная жидкость фитопатогенного гриба Gibberella fujikuroi содержит химическое вещество, способствующее сильному вытягиванию стебле

Абсцизины
В 1961 г. В.Лью и Х.Карнс из сухих зрелых коробочек хлопчатника выделили в кристаллическом виде вещество, ускоряющее опадение листьев, и назвали его абсцизином (от англ. abscission - отделение, опа

Брассиностероиды
Впервые в пыльце рапса и ольхи были обнаружены вещества, обладающие регулирующей рост активностью и названные брассинами. В 1979 г. было выделено активное начало (брассинолид) и определено его хими

Термодинамические основы водного обмена растений
Введение в физиологию растений понятий термодинамики дало возможность математически описать и объяснить причины, вызывающие как водообмен клеток, так и транспорт воды в системе почва - растение - а

Поглощение и передвижение воды
Источником воды для растений является почва. Количество доступной для растения воды определяется ее состоянием в почве. Формы почвенной влаги: 1. Гравитационная вода – заполняет п

Транспирация
В основе расходования воды растительным организмом лежит физический процесс испарения – переход воды из жидкого состояния в парообразное‚ происходящий в результате соприкосновения органов растения

Физиология устьичных движений
Степень раскрытия устьиц зависит от интенсивности света, оводненности тканей листа, концентрации СО2 в межклетниках, температуры воздуха и других факторов. В зависимости от фактора, запу

Пути снижения интенсивности транспирации
Перспективным способом снижения уровня транспирации является применение антитранспирантов. По механизму действия их можно разделить на две группы: вещества‚ которые вызывают закрывание устьиц; веще

История фотосинтеза
В старые времена врач обя­зан был знать ботанику, ведь многие лекарственные средст­ва готовились из растений. Неудивительно, что лекари не­редко выращивали растения, проводили с ними различные опыт

Лист как орган фотосинтеза
В процессе эволюции растений сформировался специализированный орган фотосинтеза – лист. Приспособление его к фотосинтезу шло в двух направлениях: возможно более полное поглощение и запасание лучист

Хлоропласты и фотосинтетические пигменты
Лист растения - орган, обеспечивающий условия для проте­кания фотосинтетического процесса. Функционально же фото­синтез приурочен к специализированным органеллам - хлоропластам. Хлоропласты высших

Хлорофиллы
В настоящее время известно несколько различных форм хлорофилла, которые обозначают латинскими буквами. Хлоропласты высших растений содержат хлорофилл а и хлорофилл b. Они были идентифицированы русс

Каротиноиды
Каротиноиды - жирорастворимые пигменты желтого, оран­жевого и красного цветов. Они входят в состав хлоропластов и хромопластов незеленых частей растений (цветков, плодов, кор­неплодов). В зеленых л

Организация и функционирование пигментных систем
Пигменты хлоропластов объединены в функциональные ком­плексы - пигментные системы, в которых реакционный центр - хлорофилл а, осуществляющий фотосенсибилизацию, связан процессами переноса энергии с

Циклическое и нециклическое фотосинтетическое фосфорилирование
Фотосинтетическое фосфорилирование, т. е. образование АТФ в хлоропластах в ходе реакций, активируемых светом, может осуществляться циклическим и нециклическим путями. Циклическое фотофосфо

Темновая фаза фотосинтеза
Продукты световой фазы фотосинтеза АТФ и НАДФ. Н2 ис­пользуются в темновой фазе для восстановления СО2 до уровня углеводов. Реакции восстановления происходят насто

С4-путь фотосинтеза
Путь усвоения СО2, установленный М. Кальвиным, является основным. Но существует большая группа растений, включаю­щая более 500 видов покрытосеменных, у которых первичными продуктами фикс

САМ-метаболизм
Цикл Хетча и Слэка обнаружен также у растений-суккулентов (из родов Crassula, Bryophyllum и др.). Но если у С4-растений кооперация достигнута за счет пространственного разделения двух ци

Фотодыхание
Фотодыхание - это индуцированное светом поглощение кис­лорода и выделение СО2, которое наблюдается только в расти­тельных клетках, содержащих хлоропласты. Химизм этого про­цесса значител

Сапротрофы
В настоящее время грибы относят к самостоятельному цар­ству, однако многие стороны физиологии грибов близки к фи­зиологии растений. По-видимому, сходные механизмы лежат и в основе их гетеротрофного

Насекомоядные растения
В настоящее время известно свыше 400 видов покрытосе­менных растений, которые ловят мелких насекомых и другие ор­ганизмы, переваривают свою добычу и используют продукты ее разложения как дополнител

Гликолиз
Гликолиз - это процесс генерации энергии в клетке, происхо­дящий без поглощения О2 и выделения СО2. Поэтому его ско­рость трудно измерить. Основной функцией гликолиза наряду с

Электрон-транспортная цепь
В рассмотренных ре­акциях цикла Кребса и при гликолизе молекулярный кислород не участвует. Потребность в кислороде возникает при окислении восстановленных переносчиков НАДН2 и ФАДН2

Окислительное фосфорилирование
Главной особенностью внут­ренней мембраны митохондрии является присутствие в ней бел­ков - переносчиков электронов. Эта мембрана непроницаема для ионов водорода, поэтому перенос последних через мем

Пентозофосфатное расщепление глюкозы
Пентозофосфатный цикл‚ или гексозомонофосфатный шунт‚ часто называют апотомическим окислением‚ в отличие от гликолитического цикла‚ называемого дихотомическим (распад гексозы на две триозы). Особен

Жиры и белки как дыхательный субстрат
Запасные жиры расходуются на дыхание проростков‚ развивающихся из семян‚ богатых жирами. Использование жиров начинается с их гидролитического расщепления липазой на глицерин и жирные кислоты‚ что п

Элементы‚ необходимые для растительного организма
Растения способны поглощать из окружающей среды практически все элементы периодической системы Д.И. Менделеева. Причем многие рассеянные в земной коре элементы накапливаются в растениях в значитель

Признаки голодания растений
Во многих случаях при недостатке элементов минерального питания у растений появляются характерные симптомы. В ряде случаев эти признаки голодания могут помочь установить функции данного элемента, а

Антагонизм ионов
Для нормальной жизнедеятельности как растительных, так и животных организмов в окружающей их среде должно быть определенное соотношение различных катионов. Чистые растворы солей одного какого-либо

Поглощение минеральных веществ
Корневая система растений поглощает из почвы как воду, так и питательные вещества. Оба эти процесса взаимосвязаны, но осуществляются на основе разных механизмов. Многочисленные исследования показал

Ионный транспорт в растении
В зависимости от уровня организации процесса различают три типа транспорта веществ в растении: внутриклеточный, ближний (внутри органа) и дальний (между органами). Внутриклеточный

Радиальное перемещение ионов в корне
Путем обменных процессов и диффузии ионы поступают в клеточные стенки ризодермы, а затем через коровую паренхиму направляются к проводящим пучкам. Вплоть до внутреннего слоя коры эндодермы возможно

Восходящий транспорт ионов в растении
Восходящий ток ионов осуществляется преимущественно по сосудам ксилемы, которые лишены живого содержимого и являются составной частью апопласта растения. Механизм ксилемного транспорта - массовый т

Поглощение ионов клетками листа
На долю проводящей системы приходится около 1/4 объема ткани листа. Суммарная длина разветвлений проводящих пучков в 1 см листовой пластинки достигает 1 м. Такая насыщенность тканей листа проводяще

Отток ионов из листьев
Почти все элементы, за исключением кальция и бора, могут оттекать из листьев, достигших зрелости и начинающих стареть. Среди катионов во флоэмных экссудатах доминирующее место принадлежит калию, на

Азотное питание растений
Основными усвояемыми формами азота для высших растений являются ионы аммония и нитрата. Наиболее полно вопрос об использовании растениями нитратного и аммиачного азота разработан академиком Д. Н. П

Ассимиляция нитратного азота
Азот входит в состав органических соединений только в восстановленной форме. Поэтому включение нитратов в обмен веществ начинается с их восстановления, которое может осуществляться и в корнях, и в

Ассимиляция аммиака
Аммиак, образовавшийся при восстановлении нитратов или молекулярного азота, а также поступивший в растение при аммонийном питании, далее усваивается в результате восстановительного аминирования кет

Накопление нитратов в растениях
Темпы поглощения нитратного азота часто могут превышать скорость его метаболизации. Связано это с тем, что многовековая эволюция растений шла в условиях недостатка азота и вырабатывались системы не

Клеточные основы роста и развития
Основой роста тканей, органов и всего растения являются образование и рост клеток меристематической ткани. Различают апикальную, латеральную и интеркалярную (вставочную) меристемы. Апикальная мерис

Закон большого периода роста
Скорость роста (линейного, массы) в онтогенезе клетки, ткани, любого органа и растения в целом непостоянна и может быть выражена сигмовидной кривой (рис. 26). Впервые эта закономерность роста была

Гормональная регуляция роста и развития растений
Многокомпонентная гормональная система участвует в управлении ростовыми и формообразовательными процессами растений, в реализации генетической программы роста и развития. В онтогенезе в отдельных ч

Влияние фитогормонов на рост и морфогенез растений
Прорастание семян. В набухающем семени центром образования или высвобождения гиббереллинов, цитокининов и ауксинов из связанного (конъюгированного) состояния является зародыш. Из з

Использование фитогормонов и физиологически активных веществ
Изучение роли отдельных групп фитогормонов в регуляции роста и развития растений определило возможность использования этих соединений, их синтетических аналогов и других физиологически активных вещ

Физиология покоя семян
Покой семян относится к завершающей фазе эмбрионального периода онтогенеза. Основным биологическим процессом, наблюдаемым при органическом покое семян, является их физиологическое дозревание‚ вслед

Процессы, протекающие при прорастании семян
При прорастании семян выделяют следующие фазы. Поглощение воды - сухие семена, находящиеся в состоянии покоя, поглощают воду из воздуха или какого-либо субстрата до наступления критической

Покой растений
Рост растений не является непрерывным процессом. У большинства растений время от времени наступают периоды резкого замедления или даже почти полной приостановки ростовых процессов – периоды покоя.

Физиология старения растений
Этап старения (старости и отмирания) - это период от полного прекращения плодоношения до естественной смерти растения. Старение - это период закономерного ослабления процессов жизнедеятельности, из

Влияние микроорганизмов на рост растений
Многие почвенные микроорганизмы обладают способностью стимулировать рост растений. Полезные бактерии могут оказывать свое влияние непосредственно‚ поставляя растениям фиксированный азот‚ хелатирова

Движения растений
Растения в отличие от животных прикреплены к месту своего обитания и не могут перемещаться. Однако и для них характерно движение. Движение растений - это изменение положения органов растений в прос

Фототропизмы
Среди факторов, вызывающих проявление тропизмов, свет был первым, на действие которого человек обратил внимание. В древних литературных источниках были описаны изменения положения органов растений

Геотропизмы
Наряду со светом на растения оказывает влияние сила тяжести, определяющая положение растений в пространстве. Присущую всем растениям способность воспринимать земное притяжение и реагировать на него

Холодостойкость растений
Устойчивость растений к низким температурам подразделяют на холодостойкость и морозоустойчивость. Под холодостойкостью понимают способность растений переносить положительные температуры несколько в

Морозоустойчивость растений
Морозоустойчивость - способность растений переносить температуру ниже 0оС, низкие отрицательные температуры. Морозоустойчивые растения способны предотвращать или уменьшать действие низки

Зимостойкость растений
Непосредственное действие мороза на клетки - не единственная опасность, угрожающая многолетним травянистым и древесным культурам, озимым растениям в течение зимы. Помимо прямого действия мороза рас

Влияние на растения избытка влаги в почве
Постоянное или временное переувлажнение характерно для многих районов земного шара. Оно нередко наблюдается также при орошении, особенно проводимом методом затопления. Избыток воды в почве может бы

Засухоустойчивость растений
Обычным явлением для многих регионов России и государств СНГ стали засухи. Засуха - это длительный бездождливый период, сопровождаемый снижением относительной влажности воздуха, влажности почвы и п

Влияние на растения недостатка влаги
Недостаток воды в тканях растений возникает в результате превышения ее расхода на транспирацию перед поступлением из почвы. Это часто наблюдается в жаркую солнечную погоду к середине дня. При этом

Физиологические особенности засухоустойчивости
Способность растений переносить недостаточное влагообеспечение является комплексным свойством. Она определяется возможностью растений отсрочить опасное уменьшение оводненности протоплазмы (избегани

Жароустойчивость растений
Жароустойчивость (жаровыносливость) - способность растений переносить действие высоких температур, перегрев. Это генетически обусловленный признак. По жароустойчивости выделяют две группы

Солеустойчивость растений
За последние 50 лет уровень Мирового океана поднялся на 10 см. Эта тенденция, по предсказаниям ученых, будет продолжаться и дальше. Следствием этого является возрастающий дефицит пресной воды, а до

Основные термины и понятия
Вектор – самореплицирующаяся молекула ДНК (например‚ бактериальная плазмида)‚ используемая в генной инженерии для переноса генов. vir-гены

Из Agrobacterium tumefaciens
Почвенная бактерия Agrobacterium tumefaciens - фитопатоген, который в процессе своего жизненного цикла трансформирует клетки растений. Эта трансформация приводит к образованию корончатого галла - о

Векторные системы на основе Тi-плазмид
Самый простой способ использования природной способности Тi-плазмид к генетической трансформации растений предполагает встраивание интересующей исследователя нуклеотидной последовательности в Т-ДНК

Физические методы переноса генов в растительные клетки
Системы переноса генов с помощью Agrobacterium tumefaciens эффективно работают только в случае некоторых видов растений. В частности, однодольные растения, включая основные зерновые культуры (рис,

Бомбардировка микрочастицами
Бомбардировка микрочастицами, или биолистика, - наиболее многообещающий метод введения ДНК в растительные клетки. Золотые или вольфрамовые сферические частицы диаметром 0,4-1,2 мкм покрывают ДНК, о

Вирусам и гербицидам
Растения, устойчивые к насекомым-вредителям Если бы хлебные злаки можно было изменять методами генной инженерии так, чтобы они продуцировали функциональные инсектициды, то мы получили бы к

Воздействиям и старению
В отличие от большинства животных, растения физически не могут защитить себя от неблагоприятных воздействий со стороны окружающей среды: высокой освещенности, ультрафиолетового облучения, высоких т

Изменение окраски цветков
Цветоводы все время стараются создавать растения, цветки которых имеют более привлекательный внешний вид и лучше сохраняются после того, как их срежут. С помощью традиционных методов скрещивания за

Изменение пищевой ценности растений
За многие годы агрономы и селекционеры достигли больших успехов в улучшении качества и повышении урожайности самых разных сельскохозяйственных культур. Однако традиционные методы выведения новых со

Растения как биореакторы
Растения дают большое количество биомассы, а выращивание их не составляет труда, поэтому разумно было попытаться создать трансгенные растения, способные синтезировать коммерчески ценные белки и хим

Который наглядно покажет детям, почему листья на редевьях меняют цвет: летом они зеленые, а осенью желтеют.

Для проведения этого вам не нужны особенные материалы - все есть как дома, так и в школе. Этот опыт, объясняющий, почему листья на даревьях меняют осенью окраску, отлично подходит для дошкольников и учеников от 1-6 класса.

Многие люди считают самым красивым времением года, ведь когда листья желтеют, природа окрашивается в такие невероятные оттенки, одновременно хранящие память о теплом лете, но навевающие холод от приближения зимы.

А вот у детей по осень часто возникает ряд традиционных вопросов:

• Почему осенью листья на деревьях меняют цвет и желтеют?
• Это проделки фей?
• А что с солнцем?
• А, я знаю, это садовый гном сделал

Этот , который объясняет, почему листья осенью становятся желтыми или красными, наверняка удовлетворит даже самых любопытных детей.

Зачем дереву нужны листья

Для того, чтобы понять, почему листья меняют цвет осенью, нужно разобраться в том, зачем вообще нужны деревья, и листья в чатности.

Растения ответственны за создание кислорода, которым мы дышим. Они его производят, поглощая воду из земли и углекислый газ из воздуха. Используя солнечный свет (через фотосинтез), они превращают воду и углекислый газ в кислород и глюкозу. Кислород - это то, что позволяет нам дышать, а глюкоза - то, что растение использует для роста. Термин фотосинтез означает «соединять со светом». Химическое вещество в растении, используемое для фотосинтеза, называется хлорофилл. Тот самый хлорофилл, который придает растениям зеленый цвет.

Что понадобится для эксперимента :

• Стеклянные баночки
• Кофейные фильтры
• Листья
• Спирт
• Блокнот и ручка для ведения наблюдений

Почему листья осенью меняют цвет? Эксперимент для детей

Для того, чтобы найти ответ на вопрос, почему осенью листья на деревьях меняют цвет и желтеют, детям нужно будет собрать немного листьев.

После чего вы вместе должны рассортировать их по цветам в подготовленные контейнеры.

После этого листья заливаются спиртом и перемалываются. После измельчения и перемешивания спирт поможет цвету еще лучше проявиться.

Подсказка: время полного поглощения цвета будет зависеть от того, сколько листьев и спирта было использовано.

Спустя 12 часов жидкость может еще не до конца впитаться, но эффект уже очевиден. По мере того, как жидкость впитывается в фильтр, цвета из листочков расходятся.

Объяснение эксперимента, почему листья меняют цвет

Зимой дни становятся короче, что уменьшает количество солнечного света для листьев. Из-за недостатка солнца, растения переходят в стадию покоя и питаются глюкозой, которую накопили за лето. Как только включается «зимний режим», зеленый цвет хлорофилла листья покидает. А по мере того как яркий зеленый оттенок исчезает, мы начинаем видеть желтые и оранжевые цвета. Небольшое количество этих пигментов было в листьях все время. Например, кленовые листы ярко красные, так как в них есть избыток глюкозы.

Если вам понравился с листьями, которые меняют цвет осенью, совсем не обязательно ждать начала уроков, чтобы провести его вместе с детьми.

Министерство образования, науки и молодёжи Республики Крым

Республиканский конкурс природоведческих проектов для младших школьников «Первооткрыватель»

Секция: «Растения вокруг нас»

ПОЧЕМУ ОСЕНЬЮ ЛИСТЬЯ МЕНЯЮТ СВОЮ ОКРАСКУ?

Работу выполнила:

Жилинская Дарья Сергеевна,

ученица 4 класса

муниципального казённого

общеобразовательного учреждения

«Холмовская средняя

общеобразовательная школа»

Бахчисарайского района

Республики Крым

Руководитель:

Колесникова Светлана Николаевна,

учитель начальных классов

муниципального казённого

образовательного учреждения

«Холмовская средняя

общеобразовательная школа»

Бахчисарайского района

Республики Крым

г.Симферополь – 2015

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ___________________________________________________________3

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР_______________________________________5

1. Причины изменения окраски листьев у деревьев и кустарников________5

   Учёные об изменении окраски листьев___________________________6

   Особенности листопада у лиственных деревьев и кустарников _______7

МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ_____________________9

2.1. Доказательство наличия пигмента хлорофилла в листе_________________9

2.2. Доказательство наличия пигмента антоциана в листе__________________9

2.3. Доказательство наличия в листе каротина и ксантофилла______________10

2.4. Получение акварельных красок из раствора антоциана и хлорофилла____11

ВЫВОДЫ ___________________________________________________________12

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ИНТЕРНЕТ ИСТОЧНИКОВ_______________________________________________________14

ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

«Унылая пора! Очей очарованье!

Приятна мне твоя печальная краса

Люблю я пышное природы увяданье,

В багрец и в золото одетые леса…»

/А.С.Пушкин/

Нам всегда было интересно узнать, откуда у осени столько ярких разнообразных красок. Ведь летом все листья зелёного цвета. Почему именно осенью листва меняет окраску, и листья становятся жёлтыми, красными, багряными. В прошлом году на уроке «Окружающий мир» мы изучали сезонные изменения в природе. Принесли с экскурсии много разноцветных листьев. Нам стало интересно исследовать: почему листья на деревьях осенью окрашиваются в разные цвета?

Цель работы: изучить причины изменения окраски листьев у деревьев и кустарников перед листопадом.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить литературу по теме.

2. Провести наблюдения за окраской лиственных деревьев и кустарников в осенний период.

3. Исследовать, почему осенью листья на деревьях и кустарниках изменяют окраску.

4. Провести исследование по выделению из листа красящих пигментов и найти им применение.

4. Выяснить, почему деревья и кустарники сбрасывают на зиму листья.

5. Сделать выводы.

Объект исследования: опавшие листья деревьев и кустарников.

Предмет исследования: изменение окраски листьев у деревьев и кустарников.

Гипотеза: я предполагаю, что листья меняют окраску на деревьях и кустарниках, потому что дерево заболело и листья боятся холода.

Методы исследования. Анализ научной литературы, опыты.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1. Причины изменения окраски листьев у деревьев и кустарников

Изучив научную литературу, мы выяснили, что в листьях изначально содержатся такие вещества, как – хлорофилл, ксантофилл, каротин, антоцианы.

Зелёное вещество, содержащееся в листьях деревьев, называется хлорофиллом. Летом совместно хлорофилл и солнечный свет помогают деревьям перерабатывать их основной источник питания - углекислый газ. Итак, солнечный свет и хлорофилл являются «ножом и вилкой», которые помогают деревьям поглощать воздух, который мы выдыхаем, а он, в свою очередь, помогает деревьям расти большими и сильными. Хлорофилл легко разрушается. Но летом под воздействием солнечных лучей он быстро восстанавливается. Когда наступает осень и света становится все меньше и меньше, хлорофилл разрушается и не успевает восстановиться. Листья избавляются от зеленого пигмента, и на некоторое время проявляется их истинный цвет.
Вещество ксантофил придает листьям желтый цвет, каротин – оранжевый. Яркие красные, багровые оттенки придают листьям пигменты антоцианы.
Летом эти пигменты не видны, мы видим только зеленый хлорофилл. С наступлением холодов питательные вещества, собранные в листьях деревьев, поступают в ветви и ствол. Так как зимой выработка питательных веществ прекращается, хлорофилл разлагается. С его исчезновением прочие пигменты, которые постоянно присутствовали в листе, становятся видимыми. И мы наслаждаемся разнообразием окраски деревьёв.

1. Учёные об изменении окраски листьев

Еще в XVIII в. женевский пастор Жан Сенебье задумался над вопросом: почему этот зеленый мир зелен? Изучив действие солнечного света, он показал, что благодаря процессу образования кислорода и поглощения углекислого газа, происходящему в зеленом листе, питается растение, а через него и животный мир. Так было сделано одно из величайших открытий. Но вопрос о зеленой окраске листьев так и остался открытым. [ 1; 7 ]

Ученые-естествоиспытатели всего мира искали на него ответ. Более 35 лет отдал великий русский ученый Климент Аркадьевич Тимирязев изучению зеленого листа, запасающего впрок солнечные лучи. Была открыта важнейшая роль пигмента хлорофилла в процессе фотосинтеза и значение растений на Земле.

А в Интернете мы нашли новые факты по данному вопросу. Профессор-биолог лондонского университета Империал Колледж Томас Деринг в ходе исследований об изменении осенней окраски листьев пришел к выводу, что тем самым растения пытаются защитить себя от ряда опасных вредителей. Изучая цвета, которые «предпочитают» насекомые-вредители, в первую очередь тля, ученый установил, что они, при откладывании яиц осенью, избегают красной гаммы. При этом предпочтение у вредителей вызывает зеленый и желтый цвет. Более того, Деринг установил, что при повышенной концентрации вредителей листья могут краснеть даже у тех деревьев, которые обычно имеют осенью желтую листву. Традиционно красный цвет в природе обозначает опасность. А вот ученые из университета Северной Каролины в Шарлотте под руководством Эмили Хабинк выяснили, что все дело в почве. Если земля бедна азотом, листья будут производить больше красного пигмента. С его помощью листва дольше продержится на ветках, и дерево сумеет забрать из нее больше полезных веществ. Таким образом, оно хоть немного восполнит дефицит азота. А вот, когда дереву такая подпитка не нужна, то природа оставляет листья желтыми. Благодаря этому открытию ученых, по цвету листьев теперь можно будет определить качество почвы. Если осенью лес окрасился в красивые красные тона - значит, с землей в этих местах не все благополучно. [ 4 ]

Следовательно, существуют другие теории учёных об изменении окраски листьев осенью. Это интересно знать!

1. Особенности листопада у разных деревьев и кустарников

Одно из самых характерных явлений прихода осени – листопад. Почему же лиственные деревья и кустарники каждый год сбрасывают свою листву? Необходимо выяснить, является ли листопад биологическим явлением для лиственных деревьев и кустарников, либо он обусловлен сменой климата. Если лиственное дерево пересадить в теплое помещение, то оно сбросит листву несмотря на хорошие температурные условия. То есть листопад – это не следствие неблагоприятных условий для деревьев и кустарников, а является циклом развития растения. Можно видеть, что в месте, где лист прикрепляется к ветке лиственного дерева, есть «листовая подушечка». Когда начинается листопад, листья легко отделяются от дерева и остаются висеть на сосудистых пучках, которые соединяют лист с деревом. Они служат для подачи веществ от корня лиственного дерева к листьям. Когда нарушается эта связь между листвой и деревом – ветки лиственного дерева теряют свой наряд.

Листопад – это приспособление лиственных деревьев и кустарников к суровым условиям. Если лиственное дерево останется зимой с зелеными листьями – оно погибнет от недостатка влаги. Значение листопада в жизни лиственных деревьев особенно хорошо заметно, если сравнивать их с хвойными. Хвойные деревья (особенно сосна и ель) – хорошо переносят засуху. К тому же хвоя испаряет очень мало воды, чем листва лиственных деревьев. Поэтому хвойные деревья могут оставаться зелеными весь год. Количество влаги, которое испаряют хвойные, в десять раз меньше, чем у лиственных деревьев. Но лиственница ведет себя как лиственное дерево и испаряет влаги в 5 раз больше, чем ель обыкновенная и в 10 раз больше, чем сосна. Способность хвойных деревьев экономить влагу достигается за счет хвои. Хвоинки имеют множество приспособлений для сохранения влаги: толстую кожицу, восковой налет. Листья же у лиственных деревьев лишены засухоустойчивых приспособлений.

Кроме того, что лиственные деревья за счет листопада спасаются от засухи, зимой это спасает их от повала. Зимой даже голые ветви деревьев ломаются под тяжестью снега. Что бы случилось, если бы снег оседал на широких листьях лиственных деревьев?

При листопаде лиственные деревья избавляются от лишних минеральных солей, которые становятся для деревьев и кустарников вредными. С возрастом у листвы деревьев повышается содержание золы. Накопление минеральных веществ у лиственных деревьев происходит, потому что листья дерева испаряют много воды. На смену ей поступает новая влага, которая и содержит минеральные вещества. Часть их идет на питание лиственного дерева, остальное остается в листьях. Листопад для лиственного дерева является нормальным условием для нормального роста и развития растения. Хвойные деревья не нуждаются в таком сбрасывании хвои, так как сосны, ели и другие хвойники испаряют очень мало влаги. Лиственница по испарению влаги достигает уровня лиственных деревьев, поэтому при влажном климате происходит сбрасывание мягких игл. [ 4 ]

Все эти факты доказывают, что листопад зависит не только от внешних условий, но также необходим для нормальной жизнедеятельности лиственных и хвойных деревьев и кустарников.

I I. МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Доказательство наличия пигмента хлорофилла в листе

В пробирку со спиртом помещаем зеленый лист и нагреваем над спиртовкой. Через некоторое время спирт должен окраситься в зеленый цвет, а лист будет бесцветным.

Таким образом, спирт действительно окрасился в зелёный цвет, а лист стал бесцветным, это доказывает наличие в листе зелёного пигмента – хлорофилла.

2.2. Доказательство наличия пигмента антоциана в листе

Убедиться в наличии антоцианов в листьях можно несколькими способами.

Первый: нужно прокипятить красные листья и в этот раствор капнуть уксус. Цвет раствора станет розово-красным.

Второй: красные листья измельчить в ступке с небольшим количеством песка, и, добавив 5 мл воды, отфильтровать.

Исходя из этого, цвет раствора в первом и во втором опыте убеждает в том, что антоцианы – водорастворимые красные пигменты, находящиеся в листьях.

2.3. Доказательство наличия в листе каротина и ксантофилла

К измельчённым зелёным листьям добавляю 5 мл этилового спирта, на кончике ножа мела и растираю в фарфоровой ступке до однородной массы, пока спирт не окрасится в зелёный цвет. На бумагу наношу стеклянной палочкой каплю полученной жидкости.

Кроме того, через 3 – 5 минут на бумаге образовались цветные концентрические круги: в центре зелёный, снаружи – жёлто-оранжевый, что доказывает наличие в листе зелёного пигмента – хлорофилла, жёлтого пигмента – ксантофилла, оранжевого – каротина.

2.4. Получение акварельных красок из раствора антоцианов и хлорофилла. [ 1 ]

Мы решили использовать полученные при опытах растворы для получения красок. Для этого приготовили различающиеся по цвету растворы антоцианов и хлорофилла путём добавления воды. Растворили в небольшом объёме воды кусочки камеди (клей со стволов деревьев). Раствор камеди вылили в формы для красок. Добавили в каждую форму полученные растворы. Размешали. Краски готовы.

Этими красками я нарисовала цветок.

Итак, с помощью растворов, полученных из осенних листьев разного цвета, воды и камеди можно приготовить акварельные краски различных оттенков и использовать их в рисовании.

ВЫВОДЫ

Самая замечательная примета осени: изменение окраски листьев. Вот, например, кто не восхищался красками цветущего луга, лесной опушки, даров сада и поля? Но далеко не всем известно, откуда у природы такая богатая палитра цветов.

Почему же листья осенью меняют свою окраску? Изучив научную литературу, мы выяснили, что в листьях изначально содержатся такие вещества, как – хлорофилл, ксантофилл, каротин, антоцианы. Хлорофилл придает листьям зеленый цвет, ксантофилл – желтый, антоцианы – красные оттенки, каротин – оранжевые. Осенью хлорофилл разрушается, а оранжевые, желтые и красные пигменты сохраняются и становятся заметными.

Проведя исследования, мы убедились, что в листьях действительно содержатся красящие пигменты. А если они там содержатся, то причём тут почва или опасные вредители?

Наша первая гипотеза о том, что осенью деревья болеют, и поэтому меняют окраску листьев, не подтвердилась. Но мы поняли, что осенняя окраска листьев зависит от того, какой пигмент, кроме хлорофилла есть в листьях.

Поработав с различными источниками, мы узнали что листопад - это естественное опадание листьев у деревьев и кустарников, связанное с подготовкой к зиме.

Таким образом, наша вторая гипотеза о том, что листья боятся холода и поэтому осенью облетают, тоже не подтвердилась. Но мы выяснили, что деревьям и кустарникам выгодно сбрасывать листву, чтобы выжить в холодную зиму.

Итак, в листьях изначально содержатся различные красящие вещества. Хлорофилл придает листьям зеленый цвет, ксантофилл – желтый, антоцианы – красные оттенки, каротин – оранжевые. Осенью хлорофилл разрушается, а оранжевые, желтые и красные пигменты сохраняются и становятся заметными.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ И ИНТЕРНЕТ ИСТОЧНИКОВ

1.Батурицкая Н.Б., Фенчук Т.Д. «Удивительные опыты с растениями», Мн., «Нар.асвета», 1991, с. 5-8, 14 -16

2. Дитрих А. «Почемучка», М. «Слово», 1990, с.314

3.Энциклопедия «Герои русской истории», М., «Белый город», 2006, с.395

Почему осенью листья меняют цвет? Почему осень бывает разного цвета? Листья растений окрашены в зеленый цвет потому, что содержат хлорофилл - пигмент, который присутствует в растительных клетках. Пигментом называется любое вещество, поглощающее видимый свет. Хлорофилл поглощает солнечный свет и использует его энергию для синтеза питательных веществ. Осенью листья растений теряют свой яркий зеленый цвет Например, листья тополя становятся золотистыми, а у клена как бы вспыхивают красным цветом. В листьях начинаются какие-то химические превращения, то есть что-то происходит с хлорофиллом. С приходом осени растения готовятся к зиме. Питательные вещества медленно перемещаются из листьев в ветви, ствол, корень и запасаются там, на время суровых холодов. С наступлением весны растения используют запасенную энергию для выращивания новых зеленых листьев. Когда энергия запасенных питательных веществ исчерпывается, синтез хлорофилла прекращается. Оставшийся в листьях хлорофилл частично распадается, при этом образуются пигменты другого цвета. В листьях некоторых растений появляются желтые и оранжевые пигменты. Эти пигменты состоят большей частью из каротинов - веществ, которые окрашивают морковь в оранжевый цвет. Например, листья березы и орешника по мере распада хлорофилла становятся ярко-желтыми, листья некоторых других деревьев приобретают разнообразные оттенки красного цвета. Красный, темно-вишневый и пурпурный оттенки некоторых листьев обусловлены образованием пигмента антоцианина. Этот пигмент окрашивает редиску, красную капусту, розу и герань. Под воздействием осеннего холода в листьях начинаются химические реакции, превращающие хлорофилл в красно-желтые соединения. В отличие от каротинов и других желтых пигментов антоцианин вообще отсутствует в зеленых листьях. Он образуется в них только под воздействием холода. Цвет осенних листьев, как цвет волос у человека, обусловлен генетически у каждого вида растения. А вот будет ли этот цвет тусклым или ярким, зависит от погоды. Самые яркие, сочные цвета листьев бывают осенью, когда долго стоит холодная сухая и солнечная погода (при температуре от 0 до 7 градусов Цельсия усиливается образование антоцианина). Красивая расцветка листьев осенью бывает в таких местах, как штат Вермонт. А вот, например, в Великобритании, где климат дождливый и погода почти все время пасмурная, осенние листья чаще всего тускло-желтые или коричневые. Проходит осень, наступает зима. Вместе с листьями растения теряют и красочную расцветку. Листья прикрепляются к ветвям особыми черенками. С наступлением зимних холодов связь между клетками, из которых состоят черенки, распадается. После этого листья остаются связанными с веткой только тонкими сосудиками, по которым в листья поступают вода и питательные вещества. Легкое дуновение ветра или капля дождя могут разорвать эту эфемерную связь, и листья упадут на землю, добавив еще один цветной штрих к разноцветному толстому ковру из опавших листьев. Растения запасают питание к зиме, как бурундуки и белки, но накапливают его не в земле, а в ветвях, стволах и корнях Листья, в которые перестает поступать вода, высыхают, опадают с деревьев и подхваченные ветром долго кружат в воздухе, пока не улягутся на лесные тропинки, выстилая их хрустящей дорожкой. Желтая или красная окраска листьев может сохраняться несколько недель после того, как они опали. Но со временем соответствующие пигменты разрушаются. Единственное, что остается,- это танин (да- да, это именно он окрашивает чай).