Зеленый пигмент растений егэ

Задания

Версия для печати и копирования в MS Word

Расставьте все знаки препинания: укажите цифру(-ы), на месте которой(-ых) в предложении должна(-ы) стоять запятая(-ые).

Зелёный пигмент растений (1) от присутствия (2) которого (3) зависит окраска листьев (4) называется хлорофиллом.

Спрятать пояснение

Пояснение (см. также Правило ниже).

Приведем верное написание.

Зелёный пигмент растений, от присутствия которого зависит окраска листьев, называется хлорофиллом.

Придаточная часть сложноподчиненного предложения (от присутствия которого зависит окраска листьев) находится внутри главного, поэтому запятые ставим на месте цифр 1 и 4.

Запятые должны стоять на местах 1, 4.

Правило: Задание 19. Знаки препинания в сложноподчинённом предложении

Источник

Почему растения зелёные?

Материал по биологии

Растения содержат большое количество пигментов – хлорофиллов, их наличие определяет способность организм питаться автотрофно. Растения поглощают видимое излучение, которое разбивается на спектры (процесс разделения света на спектры мы можем наблюдать, когда на небе появляется радуга). При этом не все цвета спектра поглощаются одинаково, основной пигмент всех растений – хлорофилл а (хлорофиллы отличаются друг от друга химическим строением и способностью поглощать излучение с разной длинной волны, кроме того хлорофилл а непосредственно участвует в фотосинтезе, а другие пигменты являются вспомогательными) практически полностью поглощает красное и синие излучение, однако слабо поглощает оранжевое и желтое, тогда как зелёное вовсе отражает. Именно из-за отражения зелёных волн растениями они могут попасть к нам на сетчатку, и мы воспринимаем растения зелеными.

Почему растения зелёные?

максимумы поглощения хлорофилла а

Почему осенью листья меняют свой цвет?

Активно поглощать только красное и синее излучение – большое расточительство для растения, поэтому кроме хлорофилла, содержащегося в основном в специальных органоидах – хлоропластах есть еще и дополнительные пигменты, у большинства высших растений это каротиноиды (оранжевого, красного и желтого цвета), они поглощают голубой, синий и фиолетовый цвета спектра, но отражают красный, оранжевый и желтый цвет поэтому и имеют соответствующие цвета.

Эти пигменты могут улавливать энергию солнечного света, но не могут её использовать, поэтому передают основному пигменту – хлорофиллу а. Кроме того, они защищают хлорофилл от фотоокисления (разрушения под действием света). Их количество намного меньше количества зелёного пигмента, поэтому летом они маскируются хлорофиллом.

Каротиноиды более устойчивы к неблагоприятным условиям: низкой освещённости, недостатку воды и других веществ, а также к похолоданию, чем зелёные пигменты, поэтому осенью происходит разрушение хлорофилла, а каротиноиды становятся видны глазу.

Окраска бурых водорослей

Бурые водоросли способны обитать немного глубже, чем зелёные, однако, длинноволновое красное излучение практически полностью поглощается уже на глубине всего 34м. В таких условиях невозможно использовать только хлорофилл а, поэтому бурые водоросли имеют дополнительных хлорофилл с и настолько большое количество каротиноидов, что они маскируют зеленый цвет хлорофилла. Особенно важен для них фукоксантин, поглощающий желтый, зелёный и голубой цвет видимого излучения, являющиеся коротковолновыми и обладающие большей энергией, а значит и способные проникать гораздо глубже длинноволнового красного излечения.

Окраска красных водорослей

Она обусловлена жизнью этих растений на значительных глубинах (более 200м), куда не проникает красное длинноволновое излучение, но может проникнуть желтое (до 177м), зелёное (до 322м), синее и фиолетовое (до 500). В их клетках преобладают светособирающие пигменты – фикоцианин синего цвета и фикоэритрин красного цвета, и каротиноиды. Такое сочетание максимально улавливает весь доступные на глубине свет и делает фотосинтез в данных условиях наиболее продуктивным.

Источник

Типы питания

По типу питания живые организмы делятся на автотрофы, гетеротрофы и миксотрофы. Автотрофы (греч. αὐτός — сам + τροφ — пища)
— организмы, которые самостоятельно способны синтезировать органические вещества из неорганических. Гетеротрофы (греч. ἕτερος
— иной + τροφή — пища) — организмы, использующие для питания готовые органические вещества.

Наконец, миксотрофы (греч. μῖξις — смешение + τροφή — пища) — организмы, которые могут использовать как гетеротрофный, так и
автотрофный способ питания. К примеру, эвглена зеленая на свету начинает фотосинтезировать, а в темноте питается гетеротрофно.

Фотосинтез

Фотосинтез (греч. φῶς — свет и σύνθεσις — синтез) — сложный химический процесс преобразования энергии квантов света в
энергию химических связей. В результате фотосинтеза происходит синтез органических веществ из неорганических.

Этот процесс уникален и происходит только в растительных клетках, а также у некоторых бактерий. Фотосинтез осуществляется при участии хлорофилла (греч. χλωρός — зелёный и φύλλον — лист) — зеленого пигмента, окрашивающего органы растений в
зеленый цвет. Существуют и другие вспомогательные пигменты, которые вместе с хлорофиллом выполняют светособирающую
или светозащитную функции.

Ниже вы увидите сравнение строения хлорофилла и гемоглобина. Обратите внимание, что в центре молекулы хлорофилла находится
ион Mg.

В высшей степени гениально значение процесса фотосинтеза подчеркнул русский ученый К.А. Тимирязев: «Все органические вещества,
как бы они ни были разнообразны, где бы они ни встречались, в растении ли, в животном или человеке, прошли через лист, произошли
от веществ, выработанных листом. Вне листа или, вернее, вне хлорофиллового зерна в природе не существует лаборатории, где бы выделялось
органическое вещество. Во всех других органах и организмах оно превращается, преобразуется, только здесь оно образуется вновь
из вещества неорганического»

Более подробно мы обсудим значение фотосинтеза в завершение этой статьи. Фотосинтез состоит из двух фаз: светозависимой (световой)
и светонезависимой (темновой). Я рекомендую использовать названия светозависимая и светонезависимая, так как они способствуют
более глубокому (и правильному!) пониманию фотосинтеза.

Светозависимая фаза (световая)

Эта фаза происходит только на свету на мембранах тилакоидов в хлоропластах. В ней принимают участие различные ферменты,
белки-переносчики, молекулы АТФ-синтетазы и зеленый пигмент хлорофилл.

Хлорофилл выполняет две функции: поглощения и передачи энергии. При воздействии кванта света хлорофилл теряет электрон,
переходя в возбужденное состояние. С помощью переносчиков электроны скапливаются с наружной поверхности мембраны тилакоидов,
тем временем внутри тилакоида происходит фотолиз воды (разложение под действием света):

H₂O —> H⁺ + OH^—

Гидроксид-ионы отдают лишний электрон, превращаясь в реакционно способные радикалы OH, которые собираются вместе и образуют молекулу воды и свободный кислород (это побочный продукт, который в дальнейшем удаляется в ходе газообмена).

4OH —> 2H₂O + O₂↑

Образовавшиеся при фотолизе воды протоны (H⁺) скапливаются с внутренней стороны мембраны тилакоидов, а
электроны — с внешней. В результате по обе стороны мембраны накапливаются противоположные заряды.

При достижении критической разницы, часть протонов проталкивается на внешнюю сторону мембраны через канал АТФ-синтетазы.
В результате этого выделяется энергия, которая может быть использована для фосфорилирования молекул АДФ:

Протоны, попав на поверхность мембраны тилакоидов, соединяются с электронами и образуют атомарный водород, который
используется для восстановления молекулы-переносчика НАДФ (никотинамиддинуклеотидфосфат). Благодаря этому окисленная
форма — НАДФ⁺ превращается в восстановленную — НАДФ∗H₂.

Предлагаю создать квинтэссенцию из полученных нами знаний. Итак, в результате светозависимой фазы фотосинтеза образуются:

Свободный кислород O₂ — в результате фотолиза воды
АТФ — универсальный источник энергии
НАДФ∗H₂ — форма запасания атомов водорода

Кислород удаляется из клетки как побочный продукт фотосинтеза, он совершенно не нужен растению. АТФ и НАДФ∗H₂
в дальнейшем оказываются более полезны: они транспортируются в строму хлоропласта и принимают участие в светонезависимой
фазе фотосинтеза.

Светонезависимая (темновая) фаза

Светонезависимая фаза происходит в строме (матриксе) хлоропласта постоянно: и днем, и ночью — вне зависимости от
освещения.

При участии АТФ и НАДФ∗H₂ происходит восстановление CO₂ до глюкозы C₆H₁₂O₆.
В светонезависимой фазе происходит цикл Кальвина, в ходе которого и образуется глюкоза. Для образования одной молекулы глюкозы
требуется 6 молекул CO₂, 12 НАДФ∗H₂ и 18 АТФ.

Таким образом, в результате темновой (светонезависимой) фазы фотосинтеза образуется глюкоза, которая в дальнейшем может быть преобразована
в крахмал, служащий для запасания питательных веществ у растений.

Значение фотосинтеза

Значение фотосинтеза невозможно переоценить. Уверенно утверждаю: именно благодаря этому процессу жизнь на Земле приобрела такие
чудесные и изумительные формы, какие мы видим вокруг себя: удивительные растения, прекрасные цветы и самые разнообразные животные.

В разделе эволюции мы уже обсуждали, что изначально в составе атмосферы Земли не было кислорода: миллиарды лет назад его начали вырабатывать
первые фотосинтезирующие бактерии — сине-зеленые водоросли (цианобактерии). Постепенно кислород накапливался, и со временем на Земле
стало возможно аэробное (кислородное) дыхание. Возник озоновый слой, защищающий все живое на нашей планете от губительного ультрафиолета.

Говоря о роли фотосинтеза, выделим следующие функции, объединяющиеся в так называемую космическую роль растений. Итак, растения за счет фотосинтеза:

Синтезируют органические вещества, являющиеся пищей для всего живого на планете
Преобразуют энергию света в энергию химических связей, создают органическую массу
Растения поддерживают определенный процент содержания O₂ в атмосфере, очищают ее от избытка CO₂
Способствуют образованию защитного озонового экрана, поглощающего губительное для жизни ультрафиолетовое излучение

Хемосинтез (греч. chemeia – химия + synthesis — синтез)

Хемосинтез — автотрофный тип питания, который характерен для некоторых микроорганизмов, способных создавать органические
вещества из неорганических. Это осуществляется за счет энергии, получаемой при окислении других неорганических соединений
(железо- , азото-, серосодержащих веществ).

Хемосинтез был открыт русским микробиологом С.Н. Виноградским в 1888 году. Большинство хемосинтезирующих бактерий относится
к аэробам, для жизни им необходим кислород.

При окислении неорганических веществ выделяется энергия, которую организмы запасают в виде энергии химических связей.
Так нитрифицирующие бактерии последовательно окисляют аммиак до нитрита, а затем — нитрата. Нитраты могут быть усвоены
растениями и служат удобрением.

Помимо нитрифицирующих бактерий, встречаются:

Серобактерии — окисляют H₂S —> S ⁰ —> (S⁺⁴O₃)^2- —> (S⁺⁶O₄)^2-
Железобактерии — окисляют Fe⁺² —>Fe⁺³
Водородные бактерии — окисляют H₂ —> H⁺¹₂O
Карбоксидобактерии — окисляют CO до CO₂

Значение хемосинтеза

Хемосинтезирующие бактерии являются неотъемлемым звеном круговорота в природе таких элементов как: азот, сера, железо.

Нитрифицирующие бактерии обеспечивают переработку (нейтрализацию) ядовитого вещества — аммиака. Они также обогащают
почву нитратами, которые очень важны для нормального роста и развития растений.

Усвоение нитратов происходит за счет клубеньковых бактерий на корнях бобовых
растений, однако важно помнить, что клубеньковые (азотфиксирующие) бактерии, в отличие от нитрифицирующих бактерий, питаются гетеротрофно.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Введение

Природа обладает удивительным многоцветием. Мы не устаем восхищаться красотой окружающего растительного мира. Весной мы с надеждой смотрим на нежно-зеленые молодые листочки деревьев, а желто-оранжевая цветовая гамма осеннего леса навевает грусть и печаль по ушедшему лету. Кто не восхищался красками цветущего луга, лесной опушки, осенней листвы, даров сада и огорода? Я думаю, что каждый ребенок, как только он начинает изучать окружающий мир, задает себе вопросы: «Почему листья зеленые? Почему они осенью желтеют или краснеют? Почему лепестки ромашки белые, а розы — красные? Почему окружающие растения окрашены именно так, а не иначе, как возникает такое богатство цветов и оттенков? Что для природы значат эти цвета?». Меня заинтересовали эти вопросы, надеюсь, что моя работа поможет на них ответить.

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.

Что такое «пигмент»? Какие бывают пигменты?

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:

Самыми распространенным растительным пигментом является хлорофилл. Это одно из самых важных на Земле красящих веществ. Название хлорофилла идет от греческих слов «хлорос» — зеленый и «филлон» — лист. Хлорофилловые пластиды зеленые. Зеленый цвет – цвет жизни. Зеленые «фабрики» вокруг нас поддерживают жизнь. Хлорофилл обладает жизненно важной функций: перехват солнечных лучей и преобразование полученной энергии в питательные вещества — простые сахара, которые получаются из воды и углекислого газа. Эти сахара являются основой питания растений — источниками углеводов, необходимых для роста и развития. Во время процесса производства питательных веществ хлорофилл разрушается, так как непрерывно используется. Несмотря на это, в течение сезона роста, растения снова и снова восстанавливают запасы хлорофилла. Большой запас хлорофилла позволяет листьям оставаться зелёными.Возрастные изменения хлоропластов сопровождаются изменением окраски – от салатно-зеленого, разной интенсивности зеленого, до желто-зеленого. Когда он в большом количестве содержится в клетках, что происходит во время периода роста, зелёный цвет хлорофилла преобладает, затмевая цвета любых других пигментов, которые могут содержаться в листе. Поэтому листья летом имеют характерный зелёный цвет.

Флавоны и флавонолы – одни из самых распространенных растительных пигментов. Нет растения, где бы они ни были обнаружены. Долгое время считалось, что эти пигменты характерны только для растительного царства, однако в 90-х годах прошлого века некоторые флавоны были обнаружены и в грибах. На латинском языке «flavus» означает «желтый». В природе флавоны и флавонолы являются основными пигментами, обеспечивающими желтую цветовую гамму плодов и цветов. Много этих красителей и в других органах растений, хотя там желтая окраска маскируется другими пигментами. Разнообразие оттенков желтого цвета достигается как изменением концентрации флавонов и флавонолов, так и присутствием в соке растений солей кальция и магния, увеличивающих интенсивность окраски.

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.

Каротиноиды – пигменты, которые имеют преимущественно жёлтый или оранжевый цвет. Они всегда присутствуют в листьях, но перекрываются зелёным цветом хлорофилла. Название пигментам этого типа дал ученый М. С. Цвет. В честь одного из пигментов, содержащегося в оранжевых корнях моркови, он назвал весь этот класс красителей каротиноидами («carotte» – морковь).Каротиноиды придают желтый цвет цветам и листьям растений. Желтая, оранжевая и красная окраска кукурузы, тыквы, кабачков и перезрелых огурцов, баклажанов, паслена, помидора, дыни, а также многих цитрусовых обусловлена присутствием в них разнообразных каротиноидных пигментов. Рекордсменом по числу каротиноидных пигментов является стручковый красный перец.

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)

Выводы.

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.

Список литературы и Интернет-ресурсов.

Энциклопедия для детей. Биология; «Аванта +», М., 1993.

Биология. Первое сентября. № 44, 45, 46, 1999.

http://ru.wikipedia.org – Википедия.

http://lib.e- science.ru – Портал Естественных наук.

Приложения.

Приложение 1. Какие пигменты составляют окраску листа?

Приложение 2.При каком освещении желтеют листья?

Приложение 3. Необходимость кислорода для разрушения хлорофилла.

Приложение 4. Письмо на зеленом листе.

Приложение 5. Образование колец отмирания на листьях.

Источник

ФОТОСИНТЕЗ

1.
Общее уравнение фотосинтеза

Фотосинтез — это процесс
трансформации поглощенной организмом энергии света в химическую энергию
органических соединений. Главную роль в этом процессе играет использование
энергии света для восстановления СО₂ до уровня углеводов. Однако в
процессе фотосинтеза могут восстанавливаться сульфат или нитрат, образовываться
Н₂; энергия света расходуется также на транспорт веществ через
мембраны и на другие процессы. Поэтому часто говорят о фототрофной функции
фотосинтеза, понимая под этим использование энергии света в различных реакциях
в живом организме. Фотосинтез осуществляют высшие растения, водоросли и
некоторые бактерии. Он играет определяющую роль в энергетике биосферы.

Фотосинтез описывают следующими
уравнениями:

4Н₂О ®
4ОН^— — 4е^— +4Н⁺®
2Н₂О + О₂+ 4Н⁺

2НАДФ + 4е^—+ 2Н⁺® 2НАДФ×Н

2Н⁺+ 2НАДФ×Н + СО₂®2НАДФ +Н₂О+СН₂О

СО₂+Н₂О → СН₂О
+ О₂.

2.
Пигменты пластид

Фотосинтез осуществляется в тех частях
растения, где имеются зеленые тельца — хлоропласты. Так как хлоропластов больше
всего в листьях, то лист является основным органом ассимиляции углерода. У
надземных растений углекислый газ поступает через устьица, у водных — вместе с
водой, в которой он растворен. Хотя устьичные щели составляют примерно 1%
площади листа, углекислоты в лист поступает достаточное количество.

В мезофилле листа СО₂
передвигается по межклетникам и поступает в клетки палисадной и губчатой
паренхимы через стенки, вместе с водой. Дальнейшая судьба СО₂
связана с хлоропластами. Именно в них ходит фотосинтез. Снаружи хлоропласты
имеют двойную белково-липоидную оболочку, внутри — зернистую строму, в которой
наблюдаются пластинчатые двойные мембраны — ламеллы, состоящие из молекул белка
и сложных эфиров и содержащие фосфор и пигменты. Длинные ламеллы тянутся вдоль
всей пластиды. Короткие ламеллы собраны стопками (вроде столбиков монет). Их
называют гранами. В ламеллах происходит преобразование световой энергии в
химическую, протекают различные биохимические реакции. При благоприятных условиях
в пластидах образуется хлорофилл.

Пигменты пластид относятся к трем
классам веществ: хлорофиллам, фикобиллинам и каротиноидам.

У высших растений и у водорослей
обнаружены хлорофиллы a, b, c, d. Все фотосинтезирующие растения, включая все
группы водорослей, а также цианобактерии содержат хлорофиллы группы a. Хлорофилл b представлен у высших растений, у зеленых водорослей
и эвгленовых. У бурых и диатомовых водорослей вместо хлорофилла b присутствует хлорофилл c, а у многих красных водорослей — хлорофилл d.

В твердом виде хлорофилл а представляет
собой аморфное вещество сине-черного цвета. Температура плавления хлорофилла а
117—120 °С. Хлорофиллы хорошо растворимы в этиловом эфире, бензоле, хлороформе,
ацетоне, этиловом спирте, плохо растворимы в петролейном эфире и нерастворимы в
воде.

Раствор хлорофилла а в этиловом
эфире имеет сине-зеленый цвет, хлорофилла b — желто-зеленый.
Резко выраженные максимумы поглощения хлорофиллов лежат в красной и синей
частях спектра. В этиловом эфире максимумы поглощения хлорофиллов группы а в
красной части спектра — в пределах 660—663 нм, в синей — 428—430 нм, хлорофилла
b
— соответственно в пределах 642—644
и 452—455 нм. Хлорофиллы очень слабо поглощают оранжевый и желтый свет и совсем
не поглощают зеленые и инфракрасные лучи.

Растворы хлорофиллов в полярных
растворителях обладают яркой флуоресценцией (люминесценцией). В этиловом
эфире у хлорофилла а наблюдается рубиново-красная флуоресценция с
максимумом 668 нм, у хлорофилла b — 648
нм, т. е. максимумы флуоресценции в соответствии с правилом Стокса несколько
сдвинуты в более длинноволновую часть спектра по отношению к максимумам
поглощения. Агрегированный хлорофилл и хлорофилл в живом листе флуоресцируют
слабо. Растворы хлорофиллов способны также к фосфоресценции (т. е.
длительному послесвечению), максимум которого лежит в инфракрасной области.

Отметим, что молекула хлорофилла
благодаря структурным и физико-химическим особенностям способна выполнять три
важнейшие функции: 1) избирательно поглощать энергию света, 2) запасать ее в
виде энергии электронного возбуждения, 3) фотохимически преобразовывать энергию
возбужденного состояния в химическую энергию первичных фотовосстановленных и
фотоокисленных соединений.

Сине-зеленые водоросли
(цианобактерии), красные морские водоросли и некоторые морские криптомонады
помимо хлорофилла а и каротиноидов содержат пигменты фикобилины. Наиболее
известные представители фикобилинов — фикоэритробилины и фикоцианобилины.
Первые преобладают у красных водорослей и определяют их цвет, вторые
— у сине-зеленых.

Максимумы
поглощения света фикобилинов находятся между двумя максимами
поглощения у хлорофилла — в оранжевой, желтой
и зеленой части спектра. У водорослей фикобилины — дополнительные пигменты, выполняющие вместо хлорофилла b функции светособирающего комплекса. Около 90 %
энергии света, поглощенного фикобилинами, передается на хлорофиллы а.

Каротиноиды — жирорастворимые пигменты желтого,
оранжевого, красного цветов — присутствуют в хлоропластах всех растений. Они
входят также в состав хромопластов в незеленых частях растений, например в корнеплодах
моркови, от латинского наименования которой (Daucus carota L.) они и получили
свое название. В зеленых листьях каротиноиды обычно незаметны из-за присутствия
хлорофилла, но осенью, когда хлорофилл разрушается, именно каротиноиды придают
листьям характерную желтую и оранжевую окраску.

К каротиноидам относятся три группы
соединений: 1) оранжевые или красные пигменты каротины (С₄₀Н₅₆);
2) желтые ксантофиллы (С₄₀Н₅₆О₂ и С₄₀Н₅₆О₄);
3) каротиноидные кислоты — продукты окисления каротиноидов с
укороченной цепочкой и карбоксильными группами (например, С₂₀Н₂₄О₄—
кроцетин, имеющий две карбоксильные группы).

Каротины и ксантофиллы хорошо
растворимы в хлороформе, бензоле, сероуглероде, ацетоне. Каротины легко
растворимы в петролейном и диэтиловом эфирах, но почти нерастворимы в метаноле
и этаноле. Ксантофиллы хорошо растворимы в спиртах и значительно хуже в петролейном
эфире. Синтез каротиноидов происходит в темноте, но резко ускоряется при действии
света. Спектры поглощения каротиноидов характеризуются двумя полосами в фиолетово-синей
и синей областях от 400 до 500 нм. и липидами фотосинтетических мембран.

Каротиноиды выполняют ряд функций,
главные из которых: 1) участие в поглощении света в качестве дополнительных
пигментов; 2) защита молекул хлорофиллов от необратимого фотоокисления.
Возможно, каротиноиды принимают участие в кислородном обмене при фотосинтезе.

3.
Световая и темновая фазы фотосинтеза

Фотосинтез
начинается с улавливания и поглощения света пигментом хлорофиллом. Когда свет
падает на молекулу хлорофилла, то один из электронов оказывается в возбужденном
состоянии. Другими словами, он переходит на более высокий энергетический
уровень. Возбужденные электроны передаются затем другими молекулами, в
результате чего повышается свободная энергия молекулы-акцептора, а «брешь»,
образованная в молекуле хлорофилла, заполняется электроном, поступающим из
воды. Последняя при этом окисляется, в результате чего выделяется молекулярный
кислород.

В
переходе электронов на более высокий энергетический уровень участвуют две
содержащиеся в хлоропластах фотосистемы, образованные хлорофиллом и особыми
белками — фотосистема 1, активируемая далеким красным светом (700 нм) и
фотосистема 2, активируемая красным светом с более высокой энергией (650 нм),
т. е. этот переход происходит в два этапа при использовании света. Реакции,
протекающие на этих этапах, получили название световых. Обе фотосистемы
связаны между собой системами переноса электронов.

На
уровне фотосистемы 1 молекулы хлорофилла передают свои электроны, богатые
энергией, через ферредоксин к никотин-амидаденин-динуклеотидфосфату (НАДФ),
который в результате этого восстанавливается в НАДФЧН и в восстановленной форме
уже сам способен самостоятельно поставлять электроны, необходимые для образования
глюкозы путем восстановления атмосферной СО₂. После перехода
электронов в НАДФЧН из молекулы хлорофилла в последних остаются своеобразные
«бреши».

На
уровне фотосистемы 2 богатые энергией возбужденные электроны хлорофилла
передаются системе переноса электронов, а образовавшиеся «бреши» после
«ушедших» электронов замещаются бедными энергией электронами, которые поступают
от воды, окисляющейся с образованием молекулярного кислорода. Пройдя через ряд
соединений, составляющих цепь переноса электронов, электроны из фотосистемы 2,
богатые энергией, в конечном счете замещают утрачены электроны в хлорофилле из
фотосистемы 1.

В
цепи переноса электронов осуществляется несколько окислительно-восстановительных
реакций, в каждой из которых электроны переходят на более низкий энергетический
уровень.

Часть
энергии, теряемой при переходе через цепь переноса электронов, идет на
обеспечение синтеза АТФ из АДФ и неорганического фосфата. Считают, что синтез
молекул АТФ связан также с фотосистемой 1, в которой имеется циклический поток
электронов, заключающийся в том, что электроны, захваченные акцептором,
возвращаются хлорофиллу через цитохром В. При этом энергия, высвобождающаяся в
реакциях систем переноса электронов, в которых электроны двигаются «вниз»,
запасаются путем синтеза молекул.

В
результате световых реакций фотосинтеза образуются высокоэнергетические связи
АТФ и восстановленный НАДФ, которые снабжают энергией последующие, так
называемые темновые реакции, протекающие без света и приводящие к
восстановлению атмосферной СО₂до сахаров. Источником
энергии здесь является АТФ, а восстанавливающим агентом — НАДФ×Н, синтезируемые в
реакциях фотосинтети-ческого переноса электронов. Процесс восстановления СО₂
начинается с катализируемой рибулезобисфаткарбоксилазой фиксации молекул этого
соединения молекулами акцептора и сопровождается вступлением атомов углерода в
ряд последовательных реакций, что приводит к образованию на каждые шесть
фиксированных молекул СО₂ одной молекулы глюкозы, причем связывание
одной молекулы СО₂обеспечивается затратой трех молекул АТФ и
восстновленным НАДФ, образованными в световых реакциях.

Таким
образом, химическая энергия, генерированная световыми реакциями,
стабилизируется в молекулах глюкозы в процессе темновых реакций. В конечном
итоге из глюкозы образуется крахмал, который является ее высокомолекулярным
полимером. В крахмале оказываются запасенными по существу, как атомы углерода,
так и энергия. Полимеризуясь, глюкоза также образует целлюлозу.

4.
Экология фотосинтеза

Под экологией фотосинтеза понимают
зависимость продуктивности фотосинтеза от факторов внешней среды: интенсивности
и качества света, концентрации СО₂.

Интенсивность и спектральный состав света

В среднем листья поглощают 80—85 %
энергии фотосинтетически активных лучей солнечного спектра (400—700 нм) и 25 %
энергии инфракрасных лучей, что составляет около 55 % от энергии общей радиации.
На фотосинтез расходуется 1,5—2 % поглощенной энергии (фотосинтетически
активная радиация — ФАР). У многих светолюбивых растений максимальная (100 %)
интенсивность фотосинтеза наблюдается при освещенности, достигающей половины от
полной солнечной, которая, является насыщающей. Дальнейшее возрастание
освещенности не увеличивает фотосинтез и затем снижает его. Даже
кратковременное изменение условия освещенности влияет на интенсивность
фотосинтеза. Это важное адаптационное свойство позволяет растениям в
фитоценозах полнее использовать свет. Фотосинтетический аппарат «настраивается»
на периодические сдвиги освещенности при ветре, на частоту мелькания бликов в
доли секунды.

Помимо интенсивности для процесса
фотосинтеза важен и качественный состав света. Скорость фотосинтеза в разных
участках спектра, выровненных по количеству энергии, не одна и та же. Наиболее
высока интенсивность фотосинтеза в красных лучах.

Концентрация диоксида углерода

СО₂ является
основным субстратом фотосинтеза; его содержание определяет интенсивность
процесса. Концентрация СО₂ в атмосфере составляет 0,03 %. В слое
воздуха высотой 100 м над гектаром пашни содержится 550
кг СО₂. Из этого количества за сутки растения поглощают 120
кг СО₂. При концентрации 0,03 % интенсивность фотосинтеза
составляет лишь 50 % от максимальной, которая достигается при 0,3 % СО₂.
Это свидетельствует о том, что в эволюции процесс фотосинтеза формировался при
большей концентрации СО₂ в атмосфере.

Источник

В средние века бельгийский естествоиспытатель Ян ван Гельмонт провел опыт. Он посадил побег ивы в кадку с землёй, предварительно взвесив побег и землю.

У него получилось, что веточка ивы весит 2,5 кг, а земля 90,6 кг.

В течение пяти лет он поливал растение чистой дождевой водой.

Ученый взвесил иву через пять лет и обнаружил, что её вес увеличился на 74,2 кг, а вес земли уменьшился всего на 56,6 г.

Откуда растение добыло 74,2 кг своей массы?

Ян ван Гельмонт объяснил результат эксперимента исключительно поглощением воды.

Так возникла водная теория питания растений, которая в последующем была опровергнута.

Сегодня на уроке мы рассмотрим причину прибавления веса растений и увидим, почему Ян ван Гельмонт был неправ в своем выводе.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Михаил Васильевич Ломоносов — великий русский ученый, первый высказавший мысль о воздушном питании растений в 1761 г., однако экспериментальных данных у него не было.

Как отзывался о нем А.С.Пушкин, «Ломоносов обнял все отрасли просвещения. Жажда науки была сильнейшею страстью сей души, исполненной страстей. Историк, ритор, механик, химик, минералог, художник и стихотворец…»

Одна из его работ «Слово о влияниях воздушных от электрической силы происходящих». В ней М.В. Ломоносов указал, что «питание растениям составляет воздух, почерпаемый листьями».

В другой своей работе «Слово о слоях земных» он высказался о воздушном питании растений еще более определенно: «Откуда же новый сок сосны собирается и умножает их возраст, о том не будет спрашивать, кто знает, что многочисленные иглы нечувствительными скважинами почерпают в себя с воздуха жирную влагу, которая тончайшими жилками по всему растению расходится и разделяется, обращаясь в его пищу и тело».

«Нечувствительные скважины»- это ни что иное, как устьица, хорошо известные каждому из школьного учебника ботаники.

К сожалению, мысли, высказанные великим Ломоносовым, остались малоизвестными научным кругам.

Следующий ученый, который приблизил понимание сущности питания растений, стал английский ученый-химик Джозеф Пристли.

Джозеф Пристли решил понять, почему воздух полей и лесов чище городского.

Ученый предположил, что растения очищают воздух от тех вредных веществ, которые выделяют заводы и фабрики городов.

В его опытах мышь, накрытая стеклянным колпаком, погибала, но если мышь была под колпаком вместе с веткой мяты, то она оставалась живой.

И свеча под колпаком очень быстро погасала, в отличие от свечи, которая находилась под колпаком с растением.

Дж.Пристли установил тот факт, что растения способны «исправлять» воздух.

Однако то, что это «исправление» воздуха происходит лишь на свету, ускользнуло от его внимания, поэтому последующие подобные опыты его и других ученых давали противоречивые результаты.

Опыт Дж.Пристли:

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Мысль, что растения очищают воздух, так понравилась народу, что началось массовое разведение цветов в помещениях, где находились больные.

При этом двери обычно держали плотно закрытыми, дабы «вредный» наружный воздух не мог проникнуть в комнату.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Голландский врач Ян Ингенхауз (1730–1799) усомнившись в правильности такого использования растений провел ряд экспериментов и показал, что зеленые растения выделяют кислород только на ярком свету.

В 1782 г. Жан Сенебье, швейцарский ученый, показал, что выделение кислорода происходит лишь в случае, если растение поглощает СО₂.

Этот процесс он назвал углеродным питанием, в результате которого углерод накапливается в растениях.

Сенебье впервые дал правильное объяснение сущности газообмена растений.

Он же предложил термин «физиология растений» и в 1880 году написал первый учебник по этой дисциплине.

В 1804 г. Никола Теодор де Соссюр доказал необходимость воды в ходе питания растений. Ученый также установил, что растения, как и животные, дышат, поглощая кислород и выделяя углекислый газ.

В 1817 г. химики Пьер Жозеф Пеллетье и Жозеф Бьенеме Каванту выделили из листьев зеленый пигмент и назвали его хлорофиллом (от греч. chloros- зеленый и phyllos- лист).

В 1865 г. Юлиус фон Сакс продемонстрировал, что в листьях на свету образуется крахмал и что он находится в хлоропластах («проба Сакса»).

В 1875 г. Климент Аркадьевич Тимирязев сформулировал учение о космической роли зеленого растения: «Лист- уникальный орган, в котором солнечная энергия улавливается и остается на Земле, трансформируясь в другие формы энергии; процесс подчиняется закону сохранения и превращения энергии; интенсивность ассимиляции СО₂ максимальна при освещении листа красным светом, который в наибольшей степени поглощается хлорофиллом; хлорофилл служит фотосенсибилизатором, он непосредственно участвует в окислительно-восстановительных превращениях».

Вильгельм Пфеффер в 1877 году процесс образования растениями органических веществ на свету назвал «фотосинтезом».

Так постепенно складывались представления о фотосинтезе как о процессе, в ходе которого из углекислого газа и воды зеленые растения на свету образуют органические вещества и выделяют кислород.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Вывод: более 100 лет потребовалось, чтобы понять суть питания растений и назвать этот процесс фотосинтезом.

В ходе длительного коллективного труда нескольких поколений ученых было составлено простое суммарное уравнение фотосинтеза, хотя многое в этом процессе еще оставалось неясным.

Потребовалось еще столетие, чтобы приблизиться к пониманию сущности механизма перевода солнечной энергии в энергию химических связей.

Фототрофы- организмы, которые обеспечивают себя органическими веществами за счет процесса фотосинтеза. Соответственно, если они обеспечивают сами себя, то вправе называться автотрофами, точнее фотоавтотрофами.

Фотоавтотрофами являются большинство растений и некоторые бактерии.

Фотосинтез- процесс синтеза органических веществ из неорганических (воды и углекислого газа) с использованием энергии солнечного света.

Фотосинтез- это пример пластического обмена, так как идет процесс образования органических веществ.

Фотосинтез выражается следующим сумарным уранением:

6 СО₂ + 6 Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + 6 О₂

Из уравнения фотосинтеза видно, что из простых веществ углекислого газа и воды в клетках растений образуется глюкоза.

Помимо глюкозы образуется и кислород, но он является побочным продуктом световой фазы фотосинтеза, зато необходим всем живым существам на Земле.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Результаты фотосинтеза вы можете прочувствовать на себе, когда употребляете в пищу фрукты и ощущаете их сладкий вкус. Этот вкус есть результат фотосинтеза в листьях растений, при котором образовавшаяся фруктоза или глюкоза постепенно накопилась в плодах.

Крахмал в клубнях картофеля тоже является результатом процесса фотосинтеза.

Поэтому чем крупнее листья картофеля, тем больше света они улавливают, следовательно больше образуется глюкозы, которая быстро преобразуется в крахмал.

При выращивании любого растения необходимо ухаживать за ним: соблюдать требования к освещению, удалять сорники, вовремя осуществлять полив и другие меры по уходу. Все это для того, чтобы процесс фотосинтеза шел интенсивно и растение могло активно накапливать органические вещества.

Вы можете услышать такое выражение, как «космическая роль растений».

Первым употребил это понятие русский ученый К.А.Тимирязев (1843-1920).

Он писал: «Это процесс, от которого в конечной инстанции зависят все проявления жизни на нашей планете, а, следовательно, и благосостояние всего человечества».

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Только растения научились воспринимать солнечную энергию, преобразовывать ее в энергию химических связей органических молекул.

Таким образом, растения дают пищу почти всему остальному живому миру на Земле, а также кислород, который является обязательным участником окислительных реакций, необходимых для образования энергии в клетках живых существ.

Конечно, исходя из уравнения мы не можем понять механизма процесса фотосинтеза, поэтому в этом разделе кратко попытаемся объяснить этот сложный процесс, происходящий в каждой клетке зеленого растения.

Если обратится к теме строение растительной клетки, мы вспомним, что в клетках растений есть такой органоид, как хлоропласт.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

В хлоропластах, а конкретно в тилакоидах, находится пигмент хлорофилл, именно ему принадлежит основная роль в фотосинтезе.

Хлорофилл обладает особой химической структурой, которая позволяет ему улавливать кванты света и переходить в возбужденное состояние.

Процесс фотосинтеза включает две последовательные и взаимозависящие друг от друга фазы:

световая фаза фотосинтеза
темновая фаза фотосинтеза

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Световая фаза идет в гранах (тилакоидах) хлоропластов при обязательном участии солнечного света.

Молекула восстановленного хлорофилла способна возбуждаться под действием солнечного света и отдавать свои электроны, которые необходимы для создания молекул АТФ.

Запомните эту схему:

444

Возмещение недостающих электронов в хлорофилле происходит благодаря распаду молекул воды.

Распад молекул воды называется фотолиз.

При фотолизе также происходит образование кислорода, который как побочный продукт реакции распада воды выходит в окружающую среду.

Атомный водород, который освобождается также при фотолизе воды, подхватывает переносчик водорода НАДФ+ и востанавливается до НАДФ·2Н.

В результате перемещений электронов и создания на мембране тилакоида градиента концентрации протонов происходит образование молекул АТФ из АДФ.

Суммарно это выглядит так:

Н₂О + НАДФ⁺+ 2 АДФ + 2 Фн = НАДФ·2Н + 2 АТФ + ½ О₂↑

Условие протекания данной реакции- воздействие энергии света на хлорофилл.

Как мы видим, в результате световой фазы фотосинтеза происходят три основных процесса:

синтез АТФ
создание НАДФ·2Н
образование свободного кислорода

То есть в реакциях световой фазы фотосинтеза накапливается энергия в виде НАДФ·2Н и АТФ, которая тратится в процессах темновой фазы.

Темновая фаза происходит в строме хлоропласта и протекает независимо от света, но с обязательным участием углекислого газа.

Углекислый газ попадает в растение через устьица.

Вспомним строение устьиц:

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Далее углекислый газ претепевает ряд последовательных превращений, чтобы превратиться в глюкозу.

Для этих реакций требуется большое количество энергии, которая, как мы уже знаем, запаслась в световую фазу фотосинтеза.

Превращение углекислого газа в глюкозу в ходе темновой фазы фотосинтеза получило название цикла Кальвина.

Следует отметить, что кроме молекул глюкозы в строме хлоропластов происходит образование и других органических веществ, к примеру, аминокислот, спиртов.

Результатом темновых реакций является превращение углекислого газа в глюкозу за счет энергии АТФ и НАДФ·2Н; далее глюкоза может запасаться в виде крахмала.

Опыт, доказывающий, что растениям необходим солнечный свет для фотосинтеза и результатом фотосинтеза являются углеводы:

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Существуют и такие растения, которые далеко не сладкие, хотя в них также просходит процесс фотосинтеза. Почему одни сладкие, а в других нет сладкого вкуса?

Дело в том, что в листьях таких растений так же вырабатывается сахар, но из него в процессе метаболизма может образоваться крахмал и большое число других органических соединений, которые служат исходными субстратами для синтеза липидов, аминокислот, нуклеотидов — все они не имеют сладкого привкуса.

Обобщающая таблица фазы фотосинтеза:

Признаки сравнения	Световая фаза	Темная фаза
Условия протекания реакций	Обязательно наличие солнечного света	Солнечный свет не обязателен, может идти днем и ночью
Место протекания реакций в хлорпластах	На мембранах тилакоидов (на граннах)	В строме хлоропластов
Источник энергии	Солнечный свет	Энергия АТФ, НАДФ·2Н
Исходные вещества	Вода, АДФ, Фн, НАДФ+	Углекислый газ, АТФ, НАДФ·2Н
Конечные продукты реакции	Кислород, АТФ, НАДФ·2Н	Глюкоза, АДФ, НАДФ+

Источником запуска процесса фотосинтеза является солнечный свет.

Свет представляет собой одновременно и волну, и частицу. Частица света называется фотоном.

Солнечный свет представляет собой смесь разных фотонов или, иными словами, совокупность волн разной длины.

Растения для процесса фотосинтеза используют лишь некоторую часть этих световых волн.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Фотосинтезирующие растения имеют специальные пигменты, которые поглощают кванты света.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Красные и синие световые волны поглощаются этими пигментами и дают энергию для процесса производства органических веществ.

Фотосинтез можно разделить на две фазы:

светозависимая фаза (световая)
светонезависимая фаза (темновая)

Для начала рассмотрим строение мембраны тилакоидов, на которых происходит световая фаза фотосинтеза.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Строение фотосистем:

светособирающий комплекс с молекулами хлорофилла (белки связывающие молекулы хлорофилла)
активный центр фотосистемы с белками и пигментами, в глубине активного центра у фотосистемы 2 находится пара молекул хлорофилла Р₆₈₀(рекреационный центр), у фотосистемы 1 пара молекул хлорофилла Р₇₀₀

Белки- переносчики электронов:

пластохинон
цитохром-b6f-комплекс
пластоцианин
ферредоксин
ферредоксин-НАДФ-редуктаза

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Светособирающий комплекс еще называют светособирающие антенны, потому что пигменты, расположенные в них, способны поглощать солнечный свет.

У высших растений выделяют следующие пигменты:

хлорофиллы
каротиноиды

Класс пигментов	Цвет	Распространение
Хлорофилл а	желто-зелёный	не встречаются у бактерий, у остальных фототрофов есть
Хлорофилл b	сине-зеленый	у высших растений и зеленых водорослей
Хлорофилл с	зеленый	у бурых водорослей и некоторых одноклеточных водорослей
Каротиноиды	оранжевый, желтый	у всех фотосинтезирующих организмов, кроме бактерий. Они придают окраску цветкам и плодам растений

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Световая фаза фотосинтеза:

фотоны света ударяют в молекулы хлорофилла, которые находятся в фотосистеме 2
хлорофилл переходит в возбужденное состояние и создается энергия резонанса, которая передается соседним молекулам хлорофилла
далее эта энергия достигает рекреационного центра Р₆₈₀и выбивает электрон с молекулы хлорофилла, а другой фотон точно таким же путем выбивает еще одни электрон
рядом с хлорофиллом Р₆₈₀ располагается пластохинон— переносчик электронов, он захватывает сразу два электрона, которые высвободились из хлорофилла Р₆₈₀, а также захватывает и два протона из стромы хлоропласта
далее пластохинон переносит электронык цитохром-b6f-комплексу
в этот момент два протона высвобождаются в пространство между двумя мембранами хлоропласта (люмен)
в цитохром-b6f-комплексе также идет захват протонов и дальнейшее их высвобождение
далее электроны захватываются пластоцианином
с пластоцианина электроны уходят в фотосистему 1
два недостающих электрона фотосистемы 2 возмещаются благодаря фотолизу воды, при котором высвобождаются протоны для создания протонного градиента, как в процессе окислительного фосфорилирования в митохондриях
фотолиз воды- процесс распада воды под действием солнечного света, он происходит на внутренней поверхности мембраны тилакоида
при фотолизе двух молекул воды образуется одна молекула кислорода

2 Н₂О — 4е^— = 4 Н⁺ +О₂↑

Отданные водой электроны идут на восстановление израсходованных хлорофиллом электронов при образовании АТФ из АДФ. Таким образом получается восстановленный хлорофилл. Образованный в этой реакции кислород выделяется в атмосферу.

проходя по электрон- транспортной цепи, энергия возбужденных электронов используется для перекачивания протонов из стромы хлоропласта во внутритилакоидное пространство, что создает протонный градиент
протонный градиент сообщает энергию АТФ-синтазе для фосфорилирования АДФ в АТФ
в фотосистеме 1 также происходит возбуждение хлорофилла P₇₀₀ фотонами света, как и в фотосистеме 2 (они поглощают свет только длиной волны 680 и 700 нм)
возбужденные электроны уходят на ферредоксин
ферредоксин переносит электроны на ферредоксин-НАДФ-редуктазу
после этого переноса электронов синтезируется НАДФ⋅2Н

Следует отметить, что фотоны света попадают на фотосистемы 1 и фотосистемы 2 одновременно.

Образовавшиеся НАДФ⋅2Н и АТФ поступают в строму хлоропласта, где активно используются для темновой фазы фотосинтеза.

Схема движения электронов:

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Вывод:

Световая фаза фотосинтеза необходима для накопления энергии в виде молекул АТФ и НАДФ⋅2Н. Эти молекулы идут на образование глюкозы в темновой фазе, а кислород является лишь побочным продуктом распада молекул воды.

Темновая фаза фотосинтеза

Для темновой фазы фотосинтеза обязательными компонентами являются АТФ и НАДФ⋅2Н, углекислый газ (из атмосферы) и вода.

Она не зависит от света, и протекает одновременно со световой фазой фотосинтеза, а также и в темное время суток.

Более точное название этой стадии: углеродные циклы при фотосинтезе.

Эта фаза происходит в строме хлоропласта.

В темновой фазе с участием АТФ и НАДФ⋅2Н происходит образование фосфоглицеринового альдегида. Эта молекула может использоваться в дальнейшем для образования глюкозы, фруктозы и других углеводов.

Эти реакции восстановления углекислого газа называют циклом Кальвина.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

В цикле Кальвина достаточно много участников, но стоит отметить наиболее важные фазы этого цикла:

первая фаза— это фиксация углекислого газа или фаза карбоксилирования

Здесь происходит введение углекислого газа в цикл и присоединение его к рибулозодифосфату.

Образующееся при этом непрочное шестиуглеродное соединение распадается с образованием двух молекул фосфоглицериновой кислоты (С3 продукт).

Такой тип фотосинтеза называется С3-фотосинтез, так как фосфоглицериновая кислота состоит из трех углеродов.

вторая фаза цикла- восстановительная

В эту фазу происходит восстановление фосфоглицериновой кислоты до фосфоглицеринового альдегида, с помощью восстановителей НАДФ⋅2Н и молекул АТФ, которые были накоплены в световую фазу фотосинтеза.

Две молекулы фосфоглицеринового альдегида в результате реакций, обратных гликолизу, превращаются в молекулу глюкозы или другие молекулы углеводов.

Другая часть фосфоглицеринового альдегида в результате ряда превращений дает исходное количество рибулозодифосфата.

Таким образом, происходит циклический процесс превращения веществ. В каждый оборот такого цикла вовлекается 6 молекул CO₂ и образуется одна молекула глюкозы.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Избыток глюкозы может запасаться в виде крахмала, таким образом растение накапливает энергию в виде органических соединений, образованных в ходе фотосинтеза.

Только небольшая часть образовавшихся органических веществ остается в листе и используется для его нужд.

Остальные же углеводы путешествуют по ситовидным трубкам флоэмы по всему растению и поступают именно туда, где больше всего нужна энергия, например, в точки роста.

Вывод: темновая фаза фотосинтеза необходима для образования углеводов за счет циклического восстановления углекислого газа, с использованием энергии в виде АТФ и НАДФ⋅2Н

В процессе эволюции у растений различных природных зон выработалось несколько типов фотосинтеза — все это результат адаптации к условиям обитания.

Как уже говорилось выше, в ходе темновой фазы у большинства растений в реакциях цикла Кальвина образуются две молекулы трехуглеродного соединения (3-фосфоглицериновой кислоты), поэтому этот фотосинтез называют С3- фотосинтез (по количеству атомов углерода в исходном продукте).

Мы помним, что для образования одной молекулы глюкозы требуется 6 оборотов цикла Кальвина, в которых расходуется 12 НАДФ•2Н и 18 АТФ.

Растения, в которых протекает этот вид фотосинтеза, называются С3- растения.

К этому типу относится большинство растений, которые мы знаем (пшеница, картофель, томаты, дуб, береза и многие другие).

В 1966 году была опубликована статья Маршала Дэвидсона Хэтча (австралийский биохимик) и Чарльза Роджера Слэка (британский биохимик), в которой они систематизировали и описали новый биохимический путь фотосинтеза, принципиально отличающийся от цикла Кальвина. Новый цикл получил их имена и стал называться циклом Хэтча- Слэка или С4- фотосинтез.

Он может протекать при очень высоких температурах, поэтому наиболее характерен для тропических и субтропических растений (сахарный тростник, сорго) или для растений средних широт, но обитающих в солнечных местах (большинство трав, в том числе сорняки, кукуруза, некоторые злаки).

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Другой крайностью является то, что растения с этим типом фотосинтеза могут существовать и в холодном климате, и на больших высотах в горах, он позволяет им выживать при температурах – 20 градусов Цельсия и ниже.

Стоит отметить, что среди С4- растений нет деревьев.

Один из кустарников, произрастающих в Долине Смерти (США, штат Калифорния) при температуре воздуха +47 градусов Цельсия имел максимальную интенсивность процессов фотосинтеза! Согласитесь, при таких условиях С3- растения давно бы погибли.

Из-за высоких температур растения с С4- фотосинтезом длительно держат устьица закрытыми, чтобы не терять влагу, но закрытые устьица препятствует поступлению углекислого газа в лист, поэтому у них сформировалось особое строение листа с обкладочными хлоропластами, которое способствует накоплению углекислого газа в больших объемах, в отличие от С3- растений.

Обкладочные хлоропласты— это особый вид очень плотных хлоропластов почти без тилакоидов, наполненных крахмалом и располагаются они вокруг сосудистых пучков.

Было давно замечено, что эти растения усваивают СО₂намного лучше, чем С3- растения.

Если вы поместите под непроницаемую пленку, к примеру, молодое растение кукурузы (С4- растение) рядом с молодым растением пшеницы (С3- растение), то С4- растение скорее всего погубит С3- собрата, так как отберет у него почти весь углекислый газ.

Поэтому при посадке растений обязательно необходимо знать какой тип фотосинтеза идет в нем, чтобы одно растение не нанесло вреда другому.

В ходе реакций цикла Хэтча- Слэка образуется не трехуглеродная фосфоглицериновая кислота, как у большинства растений с обычным C3- фотосинтезом, а четырёхуглеродная щавелевоуксусная кислота.

Образовавшаяся щавелевоуксусная кислота превращается в яблочную, которая поступает в обкладочные хлоропласты, где сразу расщепляется с выделением СО₂.

Для образования одной молекулы глюкозы С4- растениям требуется 30 молекул АТФ.

Заметьте, что потребление АТФ у С4- растений намного превышает энергетические затраты С3- растений.

Справедливости ради стоит отметить, что существуют и переходные типы фотосинтеза, совмещающие в себе как С3 так и С4 пути.

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Значение фотосинтеза:

фотосинтез является основным источником органического вещества на Земле, то есть обеспечивает живые организмы веществом и энергией
служит источником кислорода, составляющего 20% атмосферы Земли; весь атмосферный кислород образовался в результате фотосинтеза
кислород участвует в образовании озонового слоя, который защищает живые организмы
при разложении растений после гибели образуется почва, богатая минеральными веществами, которые новые растения могут опять использовать

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Хемосинтез— это также способ автотрофного питания.

Хемосинтез— это процесс синтеза органических веществ из неорганических за счёт энергии, освобождающейся при окислении неорганических соединений.

К организмам, осуществляющим хемосинтез, относятся только некоторые бактерии и археи.

Озеро Утренней славы в США меняет цвет воды, благодаря бактериям- хемосинтетикам, которые нашли себе в нем «уютный дом»:

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Эти бактерии захватывают вещества. Далее происходит их окисление, при чем выделяется энергия, которая используется на синтез сложных органических молекул из СО₂ и Н₂О.

Явление хемосинтеза было открыто в 1887г. русским ученым С.Н.Виноградским.

Процесс хемосинтеза, при котором из СО₂ образуется органическое вещество, протекает аналогично темновой фазе фотосинтеза. Только используется АТФ, полученный не из солнечной энергии, а из энергии химических связей неорганического вещества (при окислении серы, железа, аммиака и т.п.).

Благодаря жизнедеятельности бактерий-хемосинтетиков в природе накапливаются большие запасы селитры и болотной руды.

Группы хемосинтетиков:

серобактерии окисляют сероводород до молекулярной серы или до солей серной кислоты
железобактерии окисляют двухвалентное железо до трехвалентного и используют освобождающуюся при этом энергию на усвоение углерода из углекислого газа
нитрифицирующие обитают в почве, окисляют аммиак, образующийся при гниении органических остатков, до азотистой кислоты, а затем до азотной кислоты, которая ими хорошо усваивается, — в результате повышается урожайность растений

Значение хемосинтетиков:

участвуют в круговороте серы, азота, железа и других веществ в природе
уничтожают в природе ядовитые вещества: аммиак и сероводород
обогащают почву азотом, необходимыми для активного роста растений
разрушают горные породы
способствуют образованию руды
из них получают кормовой белок

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Игра цветов, или Пигменты в нашей жизни

Вы проходите мимо цветка?
Наклонитесь,
Поглядите на чудо,
Которое видеть вы раньше нигде не могли.
Он умеет такое, что никто на земле не умеет.
Например…
Он берет крупинку мягкой черной земли.
Затем он берет дождя дождинку,
И воздуха голубой лоскуток,
И лучик, солнышком пролитой.
Все смешает потом (но где?!)
(Где пробирок, и колб, и спиртовок ряды?),
И вот из одной и той же черного цвета земли
Он то красный, то синий,
то сиреневый, то золотой!

В. Солоухин

Публикация статьи произведена при поддержке бюро переводов «Дружба Народов». В широкий спектр предложений бюро переводов «Дружба Народов» входят услуги технического, юридического, медицинского и устного перевода на 240 языков и диалектов. Профессионализм и высокая квалификация специалистов бюро переводов «Дружба Народов», обеспечивают выполнение услуг, способных удовлетворить требованиям самого взыскательного клиента. Узнать больше о предложении бюро переводов «Дружба Народов» и получить бесплатную онлайн консультацию по интересующим Вас вопросам можно на сайте http://www.druzhbanarodov.com.ua

Пигменты. Какие они бывают

Природа наградила нас необычайным даром – цветовым зрением, а вместе с ним дала возможность восхищаться красотой окружающего растительного мира. Мы с надеждой смотрим на нежную зелень весенней листвы и с грустью любуемся желто-оранжевой гаммой осеннего леса. Кто не восхищался красками цветущего луга, лесной опушки, осенней листвы, даров сада и поля? Цвет волос мы сравниваем с золотистыми колосьями хлеба, а цвет глаз – с синими васильками. Даже сами названия цветов – оранжевый, лиловый, индиго – тоже происходят от названий растений.

Но часто ли вы задавали себе вопросы: отчего зеленые листья осенью желтеют или краснеют? Почему лепестки ромашки белые, а первые весенние листочки тополя красноватые? Почему окружающие растения окрашены именно так, а не иначе, как возникает огромное богатство цветов и оттенков? Почему цветок утром розовый, а к вечеру уже синий? Почему в одном соцветии встречаются венчики цветков с различной окраской – от белой до розовой? Можно ли приготовить краску из цветков розы, василька, ноготков, чтобы холодной зимой радоваться ярким краскам лета? Как человек может применить знания о цвете растений в повседневной жизни? Можно ли цветом лечиться?

Конечно же, если растения окрашены, значит, в них есть красители – пигменты. Растительные пигменты являются предметом исследования многих научных дисциплин. Предмет физической химии – выделение пигментов из растений и определение их химического строения, биохимия исследует процессы, приводящие к образованию окрашенных веществ, физиология изучает их локализацию и миграцию в органах растений, хемотаксономия использует наличие разных пигментов для классификации растений.

Цвет определяется способностью пигмента к поглощению света. Электромагнитные волны с длиной волны 400–700 нм составляют видимую часть солнечного излучения. Волны длиной 400–424 нм – это фиолетовый цвет, 424–491 – синий, 491–550 – зеленый, 550–585 – желтый, 585–647 – оранжевый, 647–740 нм – красный. Излучение с длиной волны меньше 400 нм – ультрафиолетовая, а с длиной волны более 740 нм – инфракрасная область спектра. Максимальное цветоразложение солнечного света приходится на 13–15 часов. Именно в это время луг, поле кажутся нам наиболее ярко и пестро расцвеченными.

Если свет, падающий на какую-нибудь поверхность, полностью от нее отражается, эта поверхность выглядит белой. Если все лучи поглощаются, поверхность воспринимается как черная. Если же поглощаются только лучи определенной длины, то отражение остальных создает ощущение цвета. Например, кожура апельсина поглощает лучи синей части спектра. И мы видим апельсин оранжевым.

Окраска не всегда обусловлена избирательным поглощением света. Так металлический цвет листьев некоторых растений объясняется преломлением света и рассеянием его с поверхности особых «оптических» чешуек или клеток. Но в большинстве случаев ответственными за окраску являются пигменты.

Растительные пигменты – это крупные органические молекулы, поглощающие свет определенной длины волны. В большинстве случаев «ответственными» за появление окраски являются определенные участки этих молекул, называемые хромофорами. Обычно хромофорный фрагмент состоит из группы атомов, объединенных в цепи или кольца с чередующимися одинарными и двойными связями (–С=С–С=С–). Чем больше таких чередующихся связей, тем глубже окраска. Кроме того, поглощение света усиливается при наличии в молекуле кольцевых структур.

В растительных клетках чаще всего встречаются зеленые пигменты хлорофиллы, красные и синие антоцианы, желтые флавоны и флавонолы, желто-оранжевые каротиноиды и темные меланины. Каждая из этих групп представлена несколькими отличающимися по химическому строению, а следовательно, по поглощению света и окраске пигментами.

А еще цвет пигмента может меняться при изменении кислотности среды, температуры, при взаимодействии с различными веществами. Поэтому важное значение имеет химический состав клеток, особенно вакуолярного сока. Наконец, окраска растения зависит и от строения ткани, в которой содержатся пигменты: ее толщины, количества межклетников, плотности находящегося на поверхности клеток воскового налета…

В растительном мире широко распространен белый цвет: белые цветки, белые стебли, белые пятна на листьях. Белый красящий пигмент называется бетулин. Накапливаясь в
клетках коры молодых деревьев, бетулин окрашивает ствол березы в тот прекрасный белый цвет, которым мы все восхищаемся. Но у других растений причиной белой окраски, например венчиков, являются обширные межклетники в сочетании с клетками, лишенными пигментов. Белый цвет им придает… воздух. В этом можно убедиться несколькими способами (Опыт 1).

А что определяет окраску розовых, сиреневых, синих и фиолетовых цветков? Как это ни удивительно, но эти цвета определяет одна группа пигментов – антоцианы, впервые выделенные из цветков василька синего.

Ярко-красные розы, голубые васильки, фиолетовые анютины глазки содержат растворенные в клеточном соке антоцианы. Яблоки, вишни, виноград, черника, голубика, сок листьев и стеблей гречихи, краснокочанной капусты, листьев и корнеплодов столовой свеклы, молодая красная кора эвкалипта, красные осенние листья своим цветом тоже обязаны антоцианам. Если орган растения имеет голубой, синий, фиолетовый цвет, то нет никакого сомнения в том, что его окраска обусловлена антоцианами.

Антоцианы – это гликозиды, возникающие при соединении различных сахаров с циклическими соединениями, называемыми антоцианидинами. Содержатся антоцианы в клеточном соке (вакуолях), значительно реже – в клеточных оболочках.

В присутствии щелочи в молекулах антоцианов происходит перегруппировка двойных и ординарных связей между атомами углерода, что приводит к образованию нового хромофора – в щелочной среде антоцианы приобретают синий или сине-зеленый цвет. Поэтому их можно использовать в качестве кислотно-щелочных индикаторов (Опыт 2). При действии минеральных и органических кислот антоцианы образуют соли красного, при действии щелочей – синего цвета. На цвет антоцианов влияет также способность этих пигментов образовывать комплексные соединения с металлами.

Рассмотрим теперь желтые пигменты, которые широко распространены в мире растений, но в некоторых случаях маскируются антоцианами, хлорофиллом и поэтому менее заметны.

Группа пигментов, способных придать клетке желтый или желто-оранжевый цвет, наиболее многочисленна – это каротиноиды, флавоны, флавонолы и некоторые другие. Флавоны и флавонолы – довольно устойчивые соединения, причем некоторые из них хорошо растворимы в горячей воде. Именно поэтому флавоновые пигменты были первыми красителями, которые наши предки использовали для окраски тканей. Близки к флавонам по строению другие красители желтого цвета – халконы и ауроны. В растениях они содержатся в цветках (лепестки, рыльца пестиков), листьях, плодах. Среди известных нам растений эти пигменты можно обнаружить в листьях и цветках кислицы, кореопсиса, львиного зева. Сосредоточены они в вакуолях эпидермальных клеток. Названия этих пигментов обычно происходят от названий растений, из которых они были впервые выделены. Например, кверцетин – пигмент коры и плодов дуба.

У некоторых, немногочисленных по сравнению с «антоциановой» группой, видов растений оранжевая и красно-коричневая окраска цветков (тагетес прямостоячий, настурция большая) или плодов (томаты, шиповник, ландыш майский) обусловлена не растворенными в клеточном соке антоцианами, а находящимися преимущественно в желтых и оранжевых пластидах (хромопластах) пигментами группы каротиноидов. Название этой группе, в честь одного из пигментов, содержащихся в оранжевых корнях моркови, дал биохимик растений М.С. Цвет. Каротиноиды содержатся практически во всех органах растений: в цветках, листьях, плодах и семенах. В листьях и зеленых плодах каротиноиды находятся в хлоропластах, где маскируются хлорофиллом, и в хромопластах.

Каротиноиды нерастворимы в воде, но хорошо извлекаются из пластид органическими растворителями (бензин, спирт). Их цвет, в отличие от антоцианов, не зависит от кислотности среды. У каротиноидов невозможно выделить какой-нибудь один характерный хромофорный фрагмент, потому что их молекулы включают цепочки атомов с чередующимися ординарными и двойными связями разной длины, – цепочке каждого типа соответствует свой индивидуальный хромофор. По мере удлинения цепи окраска пигментов изменяется от желтой к красной и даже красно-фиолетовой. В молекулах оранжевых и оранжево-красных пигментов β-каротина (пигмент моркови и сладкого перца), рубиксантина (пигмент шиповника) и ликопина (пигмент помидоров) имеется 11 двойных связей, чередующихся с ординарными, а в молекулах красного виолоксантина (пигмент некоторых красных фруктов) – 13.

Каротиноиды вместе с флавоновыми пигментами придают желтый цвет листьям и венчикам цветков огурца, тыквы, одуванчика, лютиков, купальницы, калужницы, чистотела, подсолнечника, плодам кукурузы, тыквы, кабачков, баклажанов, паслена, помидора, дыни, а также многих цитрусовых. Рекордсменом по числу каротиноидных пигментов является стручковый красный перец. А вот по концентрации каротиноидов чемпионами являются плоды абрикоса, корнеплоды моркови и листья петрушки.

Обычно в венчиках растений содержатся и антоцианы, и флавоны, и флавонолы. Например, в цветках львиного зева обнаружено два вида антоцианов (пеларгонидин и цианидин), два флавонола, в том числе кверцетин и несколько флавонов, например лютеолин – пигмент анютиных глазок.

А как обстоит дело с черными пигментами? Абсолютно черного пигмента у растений нет. В кожуре красных сортов винограда, лепестках некоторых цветков, черном чае, чаге (березовый гриб) содержатся черно-коричневые пигменты группы меланинов. Но в большинстве случаев, когда речь идет о черных цветках или плодах, мы имеем дело с накоплением темно-синих антоцианов.

Плоды черники, бузины черной, крушины выглядят черными, поскольку толстый слой окрашенных клеток мякоти полностью поглощает солнечный свет.

Коричневый цвет обусловлен накоплением в клетках больших количеств желтых пигментов, часто в сочетании с окрашенными в красно-коричневые тона дубильными веществами. Например, в плодах конского каштана обыкновенного, дуба черешчатого содержится очень много желтого пигмента кверцетина.

Причиной появления коричневой и черной окраски, кроме того, могут быть бесцветные вещества из группы катехинов. При окислении особыми ферментами они полимеризуются и дают «пищевые» дубильные вещества, окрашенные в красный и коричневый цвета. Катехины хорошо растворимы в горячей воде, накапливаются в вакуолях и в большом количестве содержатся в листьях многих растений, древесине, плодах, листьях (чай).

Самым главным пигментом растений, который обусловливает их принадлежность к отдельному зеленому царству, является, конечно же, хлорофилл. Он содержится в зеленых частях растений (от 0,6 до 1,2% от массы сухого листа).

В состав молекулы хлорофилла входит ион магния. В отличие от обширных групп антоцианов, каротиноидов, флавонов и флавонолов, в клетках всех высших растений имеется только две формы хлорофилла – зеленый с синеватым оттенком, хлорофилл а и зеленый с желтоватым оттенком, хлорофилл b. Хлорофилл a характерен для всех видов фотосинтезирующих растений. Хлорофилл b присутствует в листь-ях высших растений и в большинстве водорослей. Бурые водоросли, кроме того, содержат хлорофилл с, а красные – хлорофилл d.

Значительно реже встречаются в природе протохлорофиллы и хлорофиллиды. Зеленый цвет всех перечисленных пигментов обусловлен наличием в их молекулах ажурного порфиринового цикла, связанного с ионом магния, в чем можно убедиться, проведя простой опыт (Опыт 3).

Цвет хлорофилла, как и любого окрашенного вещества, обусловлен сочетанием тех лучей, которые пигмент не поглощает. Для растворов хлорофилла максимумы поглощения расположены в сине-фиолетовой (430 нм
у хлорофилла а и 450 нм у хлорофилла b) и красной (660 нм у хлорофилла а и 650 нм у хлорофилла b) областях спектра. Эти лучи поглощаются хлорофиллом полностью. Голубые, желтые, оранжевые лучи поглощаются в гораздо меньшей степени, и их суммарное поглощение определяется общим количеством хлорофилла. Минимум поглощения лежит в зоне зеленых лучей. Совершенно не поглощается хлорофиллом только небольшая часть красных лучей, которые в спектре расположены на границе с инфракрасной областью. Это так называемые дальние красные лучи.

Избирательное поглощение хлорофиллом лучей разной части спектра можно пронаблюдать на опыте (Опыт 4) – по мере увеличения высоты столба жидкости в пробирке наблюдается изменение окраски раствора от ярко-зеленой до вишнево-красной. Значит, правы те, кто видел в густом лесу красное свечение, исходящее из-под полога леса.

Для листьев различного возраста, различных видов растений характерно многообразие оттенков зеленого цвета. Объясняется это тем, что в формировании окраски листа принимает участие не только хлорофилл, но и другие содержащиеся в листе пигменты: желтые каротиноиды, красные антоцианы. Убедиться в разнообразии окрашивающих лист пигментов можно на опыте (Опыт 5).

Таблица. Красители из растительного материала

Цвет окрашивания	Растение	Используемая часть
Черный	Kлен	Листья
Воронец	Ягоды и корни
Kоричневый	Дуб	Листья, кора
Лук репчатый	Шелуха
Ива белая	Kора
Фиолетовый	Черника и ежевика	Ягоды
Бурый	Береза	Листья
Kрасный	Боярышник	Kора, побеги, листья
Зверобой	Стебли
Kрушина	Свежая кора
Подмаренник	Kорни
Бузина черная	Ягоды
Щавель конский	Kорни
Ольха серая	Kора
Оранжевый	Чистотел	Листья и стебли
Желтый	Щавель конский	Листья и стебли
Подмаренник	Цветы
Kрапива	Kорни
Орешник	Kора
Kартофель	Листья и стебли
Лимонный	Барбарис	Плоды
Зеленый	Kрапива	Листья и цветы
Манжетка	Стебли и листья
Пырей	Листья
Трилистник	Листья
Синий	Иван-да-Марья	Цветы

Зачем пигменты нужны растениям

Самая главная функция пигментов – фотосинтез. Ее осуществляет в первую очередь хлорофилл. Однако важную роль в фотосинтезе играют и некоторые каротиноиды. Они помогают молекулам хлорофилла вернуться в исходное состояние после передачи энергии и предохраняют их от фотоокисления. Используя разнообразные пигменты, растения «умудряются» использовать для фотосинтеза почти весь спектр видимого света, а также часть ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов.

С пигментами связана светочувствительность растений, сезонная регуляция метаболизма, роста и цветения, подготовка и переход к фазе покоя, регуляция процессов прорастания семян.

Поглощая ультрафиолетовые лучи, флавоны и флавонолы предохраняют хлорофилл и цитоплазму клеток от разрушения. Очень важная функция, выполняемая каротиноидами, флавонами и антоцианами, состоит в нейтрализации свободных радикалов, нарушающих протекание биохимических процессов в растениях, т.е. эти пигменты обладают антиоксидантными свойствами.

Флавоновые пигменты иногда «применяются» растениями для самозащиты – в качестве противогрибковых или противомикробных агентов, выполняют функции резерва питательных веществ.

Пигменты, содержащиеся в лепестках, чашелистиках или листьях, окружающих соцветие, придают цветку окраску, привлекающую насекомых-опылителей. Яркая окраска – это «опознавательный знак», показывающий, где насекомые могут найти нектар и пыльцу. Бывает, что у одного и того же растения окраска цветков с возрастом изменяется. Это хорошо заметно у ранневесеннего растения медуницы: розовый цвет ее молодых цветков сменяется по мере старения синим. В этом случае смена окраски служит сигналом для насекомых – не теряйте времени даром!

Как использует растительные пигменты человек

Яркие краски растительного мира радуют наш глаз и доставляют эстетическое наслаждение. Но люди находят растительным краскам и утилитарное применение. Индиго, хна, басма, ализари (ализарин, мареновый корень) – названия этих натуральных красителей известны всем. Да и другие краски издревле получали из растительного сырья. Какого – зависело от географии. В средней полосе России, например, для окрашивания волокон и тканей в желтый цвет использовались цмин песчаный, череда трехраздельная, пупавка красильная, василек луговой, ястребинка зонтичная. В зеленые, коричневые, болотные тона окрашивает шерсть экстракт из наземной части зверобоя продырявленного; в желтые, зеленые, коричневые – вытяжка из корней укропа огородного, желтый краситель получается из молодых листьев березы.

Можно и самим получить растительную краску или чернила (Опыт 6).

Растения, богатые пигментами, находили и находят применение в медицине. Пигмент ликопин (изомер бета-каротина, придающий окраску плодам томата, арбуза и др.) обладает выраженной антиоксидантной активностью, понижает уровень холестерина в крови, повышает физическую и умственную работоспособность. Лютеин (им богаты, например, ягоды черники) вместе с образующимся из него зеаксантином — главные пигменты желтого пятна сетчатки глаза; они обладают высокой антиоксидантной и фотосенсибилизирующей активностью – защищают сетчатку глаза от разрушительного действия ультрафиолетовых лучей и преждевременного старения. Хлорофилл обладает стимулирующим и тонизирующим действием, повышает основной обмен, тонус кишечника, сердечно-сосудистой системы, дыхательного центра, стимулирует грануляцию и эпителизацию тканей, влияет на формулу крови, увеличивая количество лейкоцитов и гемоглобина, оказывает бактериостатическое действие. А еще хлорофилл усиливает иммунную функцию организма, ускоряя фагоцитоз, является предшественником витамина К, что обусловливает его использование для профилактики мочекаменной болезни, так как он сдерживает образование кристаллов оксалата кальция в моче, активизирует действие ферментов, участвующих в синтезе витаминов Е, А и К. Выводит из организма токсины, поддерживает здоровую кишечную флору, улучшает функции щитовидной и поджелудочной желез, а также действует как слабое мочегонное средство, способствует повышению лактации у кормящих матерей.

Меланиновые пигменты являются сильными антиоксидантами. Синтетический меланин в водных растворах ускоряет рост и созревание плодов, редуцирует деятельность камбия, ускоряет прорастание семян. В организме животных и человека меланины поглощают ультрафиолетовые лучи, защищая ткани глубоких слоев кожи от лучевого повреждения. Длительное введение водорастворимого меланина предотвращает язвообразование, снижает число кровоизлияний в слизистую желудка и препятствует снижению общей массы тела в условиях стресса. В процессе пищеварения меланин частично усваивается при участии микрофлоры кишечника, частично исполняет роль энтеросорбента, регулятора перистальтики, нормализует состав кишечной микрофлоры. Является активным антидотом при острых отравлениях, эффективно выводит из пищеварительного тракта токсины на ранней стадии отравления до их всасывания в кровь. Возможно применение меланина при лечении и профилактике онкологических заболеваний.

Хну (краску, получаемую из листьев кустарника лавсония) используют не только для окраски волос, которые становятся более жесткими, густыми и пышными, но и как бактерицидное средство. Препараты хны (мази и растворы красящих веществ) применяются при потении ног, при экземе, для лечения гнойных ран.

Растительные биофлавоноиды, представляющие собой группу биологически активных веществ (рутин, катехины, кверцетин, цитрин, гесперидин, эриодиктиол, цианидин) называют витамином Р. Всего известно около 150 биофлавоноидов. Особенно много их в цитрусовых, черной смородине, плодах шиповника, щавеле, зеленом чае, салате. Выделенный, например, из кожуры лимона этот витамин уменьшал ломкость и проницаемость капилляров. Этот витамин не вырабатывается нашим организмом и поэтому должен быть включен в ежедневный рацион питания.

Желтый флавиновый пигмент рибофлавин известен как витамин В2, а каротиноид ретинол – как витамин А.

Таблица 1. Растительные красители
для пищевых продуктов

№ кода	Названия пищевых добавок
E100	Curcumins (куркумины)
E101	Riboflavins (рибофлавины)
E102	Tartazine (тартразин)
E110	Sunset Yellow FCF (желтый «солнечный закат»)
Е122	Azorubine (азорубин)
E124	Ponceau (понсо 4R, пунцовый 4R)
E131	Patent Blue V (синий патентованный)
Е150	Caramel (сахарный колер)
Е160	Carotines (каротины)
E162	Beet red (красный свекольный)
E163	Anthoceanins (антоцианы)

Не все пигменты обладают фармакологическим действием. Но все они нетоксичны и отлично подходят для окрашивания продуктов питания. В таком произведении кулинарного искусства, как торт, белковый нежирный крем окрашен в желтый цвет флавоновыми пигментами, вся гамма цветов от красного до синего обеспечивается антоцианами, красивый фиолетовый цвет – это бетацианин из свеклы, а зеленый, конечно же, появляется благодаря хлорофиллам. Жирный крем окрашен в желтый, оранжевый и красный цвета каротиноидами. А вот синих жирорастворимых пигментов у растений нет, поэтому если масляный крем имеет ярко-синий цвет, значит, использовался синтетический краситель.

Говорить о пользе растительных пигментов и о значении их для нас можно бесконечно. Вот еще интересный пример – на способности растений менять окраску в зависимости от химического состава почвы основан биогеохимический метод поиска месторождений полезных ископаемых… «Ну и что?» – спросит кто-то. Да ничего… Просто, глядя на сочную зелень растений, пестрый ковер цветов, самодовольную красноту помидоров на дачном участке, подумайте о том, что все вокруг нас не случайно, все взаимосвязано, подумайте о том, как прекрасен, гармоничен и изумителен мир, в котором мы все живем.

Практикум

Опыт 1. Почему лепестки цветков белые?

Цель: убедиться в том, что белый цвет лепестков фиалки, ромашки, белой лилии и других цветов обусловлен не наличием красящего вещества, а развитой системой межклетников.

1. Рассмотрите под микроскопом лепесток белого цветка фиалки.

2. Удалите воздух из межклетников. Это можно сделать несколькими способами.

А. Осторожно сожмите лепесток пальцами. Воздух из межклетников выходит, и лепесток становится бесцветным и прозрачным, как лед.

Б. Погрузите лепестки в воду. Через несколько часов, когда вода через устьица проникнет в межклетники, лепестки станут бесцветными.

В. Лепестки поместите в шприц (без иглы) и заполните его водой. Установив шприц наконечником вверх, задвиньте поршень, чтобы вытеснить воздух. После этого закройте пальцем отверстие наконечника и отведите поршень вниз. В результате создавшегося разрежения из лепестков в воду начнут выделяться пузырьки воздуха. Через 1–2 мин воздух из межклетников выйдет. Вновь вдвиньте поршень в шприц – вода поступит в межклетники, и лепесток станет прозрачным.

3. Рассмотрите под микроскопом лепесток цветка фиалки, ставший прозрачным после опыта. Воздушные межклетники исчезли.

Вывод: белый цвет лепестков цветов обусловлен развитой системой межклетников.

Опыт 2. Изучение индикаторных свойств антоцианов

Антоцианы – водорастворимые пигменты. Их водную вытяжку можно получить из свеклы, из листьев краснокочанной капусты или из лепестков цветков с цветовой гаммой от розовой до фиолетовой. Для этого 0,5–1 г растительного вещества надо поместить в ступку и измельчить с небольшим количеством хорошо промытого песка, добавить около 5 мл воды и отфильтровать получившийся раствор. В зависимости от вида растения такая вытяжка может быть голубого, синего, фиолетового, розового, малинового цвета.

Антоцианы также содержатся в свекольном соке и соке плодов многих растений: смородины, черноплодной рябины, вишни, малины.

Далее нам понадобятся 1% соляная кислота или столовый уксус, 0,001% раствор гидроксида натрия или порошок питьевой соды, пробирки и индикаторная бумага.

В чистую пробирку налейте 2–3 мл вытяжки пигментов, добавьте 1–2 капли разбавленной кислоты. Если полученная вытяжка антоцианов имела первоначально буроватую окраску, то после добавления капель кислоты она примет красивый розово-красный цвет. Изменения окраски связаны с перестройками в молекуле антоциана.

Определите рН раствора с помощью индикаторной бумаги и добавляйте по каплям разбавленную щелочь или немного, на самом кончике ножа, порошка питьевой соды. Пронаблюдайте за изменением окраски раствора по мере изменения рН. Цикл изменения окраски антоциановых растворов под действием кислот и щелочей можно повторить несколько раз.

Испытайте индикаторные свойства растворов антоцианов, выделенных из разных растений. (Растворы пигментов быстро портятся, поэтому их лучше хранить в холодильнике и готовить непосредственно перед опытом.) Вывод: антоцианы изменяют окраску в зависимости от рН среды, их водные растворы можно использовать в качестве кислотно-щелочных индикаторов.

Таблица 2. Изменения окраски водной вытяжки антоцианов
различных растений в кислой и щелочной среде

Растение	Цвет раствора исходный	Цвет раствора в кислой среде	Цвет раствора в щелочной среде
Фиалка узамбарская	светло-синий	бледно-розовый	ярко-желтый
Земляника садовая (плоды)	ярко-розовый с красным	оранжевый	желтый
Львиный зев (красный)	красно-коричневый	бледно-розовый	желтый
Львиный зев (желтый)	синий	бледно-розовый	желтый
Базилик (фиолетовый)	темно-желтый	бледно-зеленый	желто-коричневый
Цикорий	светло-голубой	бледно-розовый	бледно-желтый
Смородина черная (сок плодов)	фиолетово-синий	темно-красный	темно-желтый
Смородина красная (сок плодов)	красный	ярко-красный	ярко-желтый
Малина (сок плодов)	ярко-розовый с малиновым	ярко-розовый	ярко-зеленый, затем желтый
Свекла (сок корнеплодов)	свекольный	ярко-красный	ярко-сине-зеленый, затем темно-желтый
Вишня обыкновенная (сок плодов)	вишневый	красный	ярко-зеленый, затем ярко-желтый
Черноплодная рябина (сок плодов)	коричнево-красный	грязно-красный	грязно-желтый
Зигокактус (декабрист)	светло-малиновый	бледно-розовый	желтый
Краснокочанная капуста	малиновый с сиреневым	ярко-розовый	синий, затем зеленый, затем желтый

Опыт 3. Доказательство влияния магния на цвет хлорофилла

Характерное для хлорофилла поглощение света определяется химической структурой его молекулы. Система сопряженных двойных связей играет большую роль в поглощении сине-фиолетовых лучей. Присутствие магния в ядре молекулы обусловливает поглощение в красной области. Нарушение структуры, например удаление из молекулы магния, приводит к изменению цвета хлорофилла. Удалить из хлорофилла магний можно, проделав реакцию взаимодействия хлорофилла с кислотой.

Для работы понадобятся свежие листья злаков или комнатных растений, 95% этиловый спирт, фарфоровая ступка с пестиком, воронка и фильтровальная бумага, 10% раствор соляной кислоты, уксуснокислый цинк, спиртовка, пипетка, 4 пробирки.

Осторожно! Не забывайте о правилах работы с концентрированными кислотами!

Сначала надо получить спиртовую вытяжку пигментов листа. Для этого к измельченным листьям (для опыта достаточно 1–2 листьев пеларгонии) добавьте 5–10 мл этилового спирта, на кончике ножа порошок СаСО3 (мел) для нейтрализации кислот клеточного сока и разотрите в фарфоровой ступке до однородной зеленой массы. Прилейте еще этилового спирта и осторожно продолжайте растирание, пока спирт не окрасится в интенсивно зеленый цвет. Полученную спиртовую вытяжку отфильтруйте в чистую сухую пробирку или колбу.

Рассмотрите полученный раствор хлорофилла в проходящем свете (он имеет зеленый цвет) и в отраженном свете (вишнево-красный – явление флуоресценции). Если добавить к вытяжке (в отдельной пробирке) несколько капель воды и встряхнуть, то прозрачный раствор хлорофилла мутнеет (явление флуоресценции исчезает).

Перенесите по 2–3 мл спиртовой вытяжки пигментов в три чистые пробирки. Одна из пробирок контрольная, в две другие добавьте по 2–3 капли раствора соляной кислоты. Цвет раствора меняется на бурый: в результате взаимодействия с кислотой магний в молекуле хлорофилла замещается двумя атомами водорода и образуется вещество бурого цвета – феофитин. Одну из пробирок с феофитином оставьте для контроля, а в другую внесите на кончике ножа уксуснокислый цинк и нагрейте на водяной бане до кипения. Атом цинка замещает атомы водорода (заместившие ранее магний) в молекуле хлорофилла и бурый цвет раствора вновь меняется на зеленый.

Вывод: цвет хлорофилла зависит от наличия металлоорганической связи в его молекуле.

Опыт 4. Изучение зависимости цвета вытяжки пигментов листа от количества хлорофилла

В этом опыте свет должен проходить через раствор хлорофилла снизу вверх – нам понадобится источник света, который можно разместить под пробиркой. Это может быть положенная горизонтально настольная лампа без абажура, осветитель для аквариума, мощный фонарь и т.п. Кроме того, нужно приготовить темно-зеленую спиртовую вытяжку пигментов листа, как указано в опыте 3.

Высокую пробирку оберните черной бумагой, чтобы свет не попадал на раствор сбоку, и поместите ее над источником света. Смотрите в пробирку сверху и добавляйте в нее небольшими порциями раствор хлорофилла.

Пока вытяжки в пробирке немного, ее цвет изумрудно-зеленый – за счет поглощения в первую очередь лучей сине-фиолетовой и красной областей спектра. Голубые, желтые и оранжевые лучи поглощаются в очень небольшой степени. Однако по мере увеличения количества вытяжки в пробирке суммарное количество поглощенного света в этих областях (сначала в голубой и желтой областях спектра, а затем и зеленых лучей) возрастает. На определенном этапе остаются непоглощенными только дальние красные лучи, и раствор в пробирке приобретает вишнево-красный цвет.

Вывод: хлорофилл поглощает лучи большей части видимого спектра, но интенсивность поглощения разных лучей неодинакова. Суммарное поглощение зависит от общего количества хлорофилла.

Опыт 5. Разделение смеси
спирторастворимых пигментов

Приготовим спиртовую вытяжку пигментов листа (Опыт 3). Вытяжка имеет зеленый цвет, но на самом деле в ней, помимо хлорофиллов, содержатся и желтые пигменты группы каротиноидов – каротин и ксантофилл. Убедиться в этом можно несколькими способами.

На фильтровальную бумагу нанесите стеклянной палочкой каплю полученной спиртовой вытяжки пигментов листа. Через 3–5 мин на бумаге образуются цветные концентрические круги: в центре зеленый (хлорофилл), снаружи – желтый (каротиноиды).

Полоску фильтровальной бумаги шириной примерно в 1 см и длиной 20 см погрузите одним концом в пробирку с вытяжкой. Через несколько минут на бумаге появится зеленая полоса хлорофилла, а выше нее – желтые полосы каротиноидов (каротина и ксантофилла). В зеленой зоне можно различить две полосы: зеленую (хлорофилл а) и зелено-желтую (хлорофилл b).

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 фильтровальной бумаге, передвигаются по ней дальше хлорофилла.

На различной растворимости пигментов в разных растворителях основан еще один способ их разделения. Для этой работы нам понадобится чистый (для заправки зажигалок) бензин.

Осторожно! Не забывайте о правилах работы с огнеопасными жидкостями!

В пробирку налейте 2–3 мл спиртовой вытяжки пигментов листа, добавьте столько же бензина и 1–2 капли воды. Закройте пробирку пробкой (можно и большим пальцем), энергично взболтайте в течение 2–3 мин и дайте отстояться.

Жидкость в пробирке разделится на два слоя: более легкий бензин наверху, спирт – внизу. Спирт будет окрашен в желтый цвет пигментом ксантофиллом, который в бензине не
растворяется. Бензиновый слой будет зеленым за счет растворенного в нем хлорофилла. На самом деле там же, в бензиновом слое, содержится и каротин, но его цвет маскируется интенсивно зеленым цветом хлорофилла.

Чтобы убедиться в том, что в бензиновом слое действительно присутствует пигмент каротин, нам понадобится 20% раствор гидроксида натрия или гидроксида калия.

Осторожно! Не забывайте о правилах работы с концентрированной щелочью!

По химическому строению хлорофилл представляет собой сложный эфир дикарбоновой кислоты хлорофиллина и двух спиртов: метилового и фитола. При взаимодействии сложных эфиров со щелочами происходит реакция омыления – разрыв сложноэфирных связей с образованием соли данной кислоты и спиртов. В результате реакции омыления хлорофилла образуется натриевая или калиевая соль хлорофиллина, метиловый спирт и фитол.

Налейте в пробирку 2–3 мл спиртовой вытяжки пигментов, добавьте 4–5 капель 20% раствора щелочи, закройте пробирку пробкой (в данном случае именно пробкой, не пальцем!), взболтайте. Происходит реакция взаимодействия хлорофилла со щелочью. Цвет раствора не меняется, так как хлорофиллины натрия и калия имеют зеленую окраску.

Добавьте в пробирку бензин в таком количестве, чтобы общий объем жидкости в пробирке увеличился в два раза, взболтайте и дайте отстояться. Жидкость в пробирке разделится на два слоя – внизу спирт, наверху – более легкий бензин.

Нижний спиртовой слой окрасится в зеленый цвет благодаря присутствию в нем соли – хлорофиллина натрия, которая, в отличие от хлорофилла, в бензине нерастворима. Здесь же, в спиртовом слое, находится пигмент ксантофилл, но его окраска маскируется интенсивно зеленым цветом натриевой соли хлорофиллина. Верхний слой бензина будет окрашен в желтый цвет пигментом каротином.

Вывод: спиртовая вытяжка листа содержит хлорофилл и два желтых пигмента – каротин и ксантофилл. Цвет листа растения в первую очередь зависит от количественного соотношения этих пигментов, а также от возможного присутствия пигментов группы антоцианов.

В продолжение работы интересно взять для анализа экстракты листьев разного цвета – разных видов растений и разного возраста. Взрослые сформировавшиеся листья содержат больше хлорофилла, чем молодые. Старые листья содержат больше желтых пигментов. Поэтому окраска листа изменяется с возрастом: от желто-зеленой у молодых до интенсивно зеленой у взрослых и желтой у опадающих осенних листьев.

Опыт 6. Получение
растительных красителей

I. Получение красителя из луковой шелухи

Экстракт шелухи лука широко применяется для окрашивания пищевых продуктов и тканей в желто-коричневый цвет.

Для работы понадобятся железо-аммонийные квасцы [(NH₄)2SO₄ × Fe₂(SO₄)₃ × 24 H₂O] и сульфат железа (II).

1. 100 г луковой шелухи залейте на 30–35 мин
1 л теплой воды, добавьте 1 чайную ложку питьевой соды и прокипятите 1,5 ч на слабом огне, слегка помешивая.

2. Экстракт слейте, а шелуху лука еще раз залейте небольшим количеством воды и прокипятите в течение часа. Снова слейте экстракт, смешайте с полученной ранее порцией и дайте отстояться. Для увеличения концентрации красителя полученный экстракт можно упарить.

Для получения стойкого окрашивания нужно использовать протравитель (4 г квасцов или
1 г сульфата железа на 2 л воды). Окраску можно проводить тремя способами:

а) с предварительным протравливанием: окрашиваемый материал прокипятите 15–20 мин в растворе протравителя, затем переложите в холодный раствор красителя и прокипятите 45–60 мин;

б) с одновременным протравливанием: раствор протравителя добавьте к раствору красителя, опустите туда окрашиваемый материал и, все время его переворачивая, доведите до кипения;

в) с последующим протравливанием: материал прокипятите около 1 ч в отваре красителя, затем добавьте в раствор протравитель и кипятите еще 40 мин.

3. Окрашенную ткань или пряжу прополощите в теплой воде, в которую добавлено немного столового уксуса.

При кипячении в экстракте из луковой шелухи материал постепенно окрасится в темно-коричневый цвет. При одновременном использовании квасцов или сульфата железа (II) материал окрасится в черный цвет.

Другие варианты окрашивания с помощью растительных материалов приведены в таблице 3.

Таблица 3. Окраска растительными красителями с протравой

Источник красителя	Протравитель	Цвет окрашенного материала
Молодые листья березы	Дихромат калия	Оливково-желтый
Хвоя ели	Медный купорос (сульфат меди) (II)	Зеленый
Молодые шишки ели	Квасцы	Желтый
Опавшие листья липы	Медный купорос	Желтый

II. Получение чернил из растительного материала

Некоторые виды растительного сырья, богатого дубильными веществами, могут быть использованы в качестве чернил. Для работы понадобится сульфат железа (II).

1. Приготовьте 20% водный раствор сульфата железа (II).

2. Залейте 2 г сухого чайного листа 50 мл горячей воды и нагревайте 30–40 мин на кипящей водяной бане.

3. Раствор отфильтруйте, к осадку добавьте еще 20–25 мл воды, прокипятите и снова отфильтруйте. Фильтраты объедините и упарьте до объема 8–10 мл.

4. К 2 мл теплого фильтрата добавьте 0,5–1 мл 20% раствора сульфата железа (II) до появления черного цвета. Чтобы загустить чернила, добавьте 1–2 г сахарного песка.

Вместо чая можно использовать другое сырье, богатое дубильными веществами: дубовую кору, корни лапчатки прямостоячей или щавеля курчавого, плоды конского каштана обыкновенного или бузины черной. Такого материала для работы понадобится 50–100 г.

Опыт 7. Изготовление самодельной индикаторной бумаги

Лучшими индикаторными свойствами обладает вытяжка из листьев краснокочанной капусты. Исходно она имеет малиново-сиреневый цвет. В сильнокислой среде (рН 2–3) приобретает красный, а при рН 4–5 – розовый цвет. Далее по мере нейтрализации розово-красный цвет изменяется сначала на сиреневый, затем на светло-синий (рН 6–7). При переходе значений рН в щелочную область цвет раствора становится зеленым (рН 8), желто-зеленым (рН 9–10) и в сильно щелочной среде (рН выше 10) – желтым.

Пропитав этой вытяжкой полоски фильтровальной бумаги и высушив их, можно получить хорошую индикаторную бумагу для достаточно точного определения рН растворов в кислой области. Чтобы приготовить индикатор на щелочь (красную индикаторную бумагу) вытяжку краснокочанной капусты перед пропитыванием фильтровальной бумаги нужно предварительно подкислить 1–2 каплями уксуса до появления розовой окраски.

Индикаторные свойства красителя из краснокачанной капусты сходны с лакмусом: область перехода окраски лежит в интервале рН 3–12. Для более точного определения рН раствора нужно составить цветную шкалу изменений окраски этого индикатора.

Полученную индикаторную бумагу можно использовать для определения рН различных веществ и кислотности почвы (табл. 4).

Таблица 4. Изменение окраски индикатора
из краснокочанной капусты в растворах бытовых веществ

Вещество	Цвет индикатора	рН среды
Зубная паста «Colgate»	Светло-синий	рН 8-9
Зубная паста «Aquarelle»	Светло-голубой	рН 7-8
Чистящий порошок «Дени», «Миф»	Тёмно-синий	рН 9-10
Чистящий порошок «Dosia»	Синий	рН 8-9
Чистящий порошок «Тайд»	Светло-синий	рН 8
Чистящее средство «Lock»	Не изменился	рН 7
Чистящее средство «Oven cleaner», фирма «Amwei»	Насыщенно тёмно-синий цвет, практически чёрный	рН 11
Мыло «Детское», «Тик-так»	Светло-синий	рН 8-9
Мыло «Dove»	Не изменился	рН 7
Яблочный сок (самодельный)	Ярко-розовый	рН 5
Аспирин	Красный	РН 4,5
Альбуцид (глазные капли)	Ярко-синий	рН 8-9
Почва для фиалок	Слабый светло-голубой, более тёмный по краям	рН 7-8
Почва универсальная овощная	Слабый светло-голубой	рН 7-8
Почва универсальная для цветов	Не изменился	рН 7
Снег около лесных посадок	Не изменился	рН 7
Снег вблизи проезжей части	Светло-розовый	рН 6-7

Литература

Артамонов В.И. Занимательная физиология растений. – М.: Агропромиздат, 1991.
Бердоносов С.С., Бердоносов П.С. Справочник по общей химии. – М.: АСТ Астрель, 2002.
Головко Т.К. Дыхание растений (физиологические аспекты). – СПб: Наука, 1999.
Детская энциклопедия. – М.: Академия педагогических наук РСФСР, 1959.
Заленский О.В. Эколого-физиологические аспекты изучения фотосинтеза / Тимирязевские чтения. – Л.: Наука, 1977. Вып. 37. 57 с.
Лебедева Т.С., Сытник К.М. Пигменты растительного мира. – Киев: Наукова думка, 1986.
Ольгин О. Опыты без взрыва. – М.: Химия, 1986.
Пчелов А.М. Природа и ее жизнь. – Л.: Жизнь, 1990.
Эткинс П. Молекулы. – М.: Мир, 1991.

Фото М. и О.Бариновых

Источник

Почему растения зелёные?

Материал по биологии

Почему растения зелёные?

Типы питания

Фотосинтез

Светозависимая фаза (световая)

Светонезависимая (темновая) фаза

Значение фотосинтеза

Хемосинтез (греч. chemeia – химия + synthesis — синтез)

Значение хемосинтеза

ФОТОСИНТЕЗ

1.
Общее уравнение фотосинтеза

2.
Пигменты пластид

3.
Световая и темновая фазы фотосинтеза

4.
Экология фотосинтеза

Читайте также

А. Грищенко ;
С. В. Кодацкая

Игра цветов, или Пигменты в нашей жизни

Пигменты. Какие они бывают

Зачем пигменты нужны растениям

Как использует растительные пигменты человек

Практикум

Новое и интересное на сайте:

Почему растения зелёные?

Материал по биологии

Почему растения зелёные?

Типы питания

Фотосинтез

Светозависимая фаза (световая)

Светонезависимая (темновая) фаза

Значение фотосинтеза

Хемосинтез (греч. chemeia – химия + synthesis — синтез)

Значение хемосинтеза

ФОТОСИНТЕЗ

1. Общее уравнение фотосинтеза

2. Пигменты пластид

3. Световая и темновая фазы фотосинтеза

4. Экология фотосинтеза

Читайте также

А. Грищенко ; С. В. Кодацкая

Игра цветов, или Пигменты в нашей жизни

Пигменты. Какие они бывают

Зачем пигменты нужны растениям

Как использует растительные пигменты человек

Практикум

Новое и интересное на сайте:

1.
Общее уравнение фотосинтеза

2.
Пигменты пластид

3.
Световая и темновая фазы фотосинтеза

4.
Экология фотосинтеза

А. Грищенко ;
С. В. Кодацкая