Учителю
Исследовательский проект «Влияние факторов внешней среды на рост и развитие колеуса»

Исследовательский проект «Влияние факторов внешней среды на рост и развитие колеуса»

Автор публикации: Никитина В.А.

Дата публикации: 07.11.2015

Краткое описание:

предварительный просмотр материала

Муниципальная общеобразовательная татарско-русская средняя школа № 113 с углубленным изучением отдельных предметов

Ново - Савиновского района г. Казани

Исследовательский проект

«Влияние факторов внешней среды

на рост и развитие колеуса»

Выполнила:

ученица 8а класса

Соколова Наталья

Руководитель:

учитель биологии

Никитина В.А.

Содержание

1.Введение стр 1

2.Цель и задачи исследовательской работы стр 2

3.Теоретическая часть стр 3-10

4. Методика исследования:

4.1. Социологический опрос стр 10

4.2. Влияние освещенности на растения стр 10

4.3. Разделение пигментов листьев методом стр 11-14

бумажной хроматографии

4.4.Определение крахмала стр 14 -16

4.5.Какие пигменты содержатся в листе стр 16

5.Результаты исследования стр 17 - 24

6.Выводы стр 25

7.Литература стр 26

8.Приложения стр 27

Введение.

Природа наградила нас необычайным даром - цветовым зрением, а вместе с ним дала возможность восхищаться красотой окружающего растительного мира. Неповторим и загадочен мир растений. Как часто он задаёт нам вопросы, на которые, казалось бы, невозможно найти ответ. Но стоит внимательнее присмотреться, задуматься, проявить любознательность и трудолюбие - и тайна зелёного друга перестанет быть тайной. Жизнь растения раскроется во всей сложности, гармонии, красоте. Кто не восхищался красками цветущего луга, лесной опушки, осенней листвы, даров сада и полей? Но далеко не всем известно, откуда у природы такая богатая палитра цветов. Всей этой красотой обязаны мы специальным красящим веществам - пигментам, которых в растительном мире известно около 2 тысяч. Цвет вещества, в том числе и пигмента, определяется его способностью к поглощению света. Если свет, падающий на вещество или орган растения, равномерно отражается, они выглядят белыми. Если же все лучи поглощаются, объект воспринимается как чёрный. Если вещество поглощает только отдельные участки видимой части солнечного спектра, оно приобретает определённую окраску.Колеусы ценятся цветоводами за эффектные пёстроокрашенные листья с разнообразным (и каждый раз новым) сочетанием цвета: зелёного, белого, кремового, желтого, розового, красного, бордового, бронзового, коричневого, фиолетового. Яркая мозаика бархатистых листьев колеуса не перестаёт удивлять и завораживать богатством красок и оттенков, изысканностью узоров. Колеусы часто имеют контрастную основной окраске листа кайму и жилки, мраморный рисунок, крупный и мелкий крап, пятна, разводы, полосатые узоры с переливами, придающие листьям экзотический вид. При выращивании разнообразных колеусов с декоративными листьями разной формы, величины и окраски получаются интересные и впечатляющие цветные композиции на окне или в саду.

Цель- познакомиться с растительными пигментами колеуса , их значением в жизни растений и человека.

Задачи:

1. Изучить литературу по данной теме;

2. Уточнить значение освещенности для растений;

3. Разделение пигментов листьев методом бумажной хроматографии;

4.Определить наличие крахмала в листьях колеуса;

5.Разделение пигментов по методу Крауса;

4. Определить основные физические характеристики растительных пигментов (состав, структуру, свойства);

5. Подготовить презентацию.

Гипотеза исследования: Какие пигменты составляют окраску листа?

Тип проекта: исследовательский, долгосрочный, межпредметный, индивидуальный.

Формы представления результатов проекта: доклад по теме исследования, компьютерная презентация.

Объект. Растение колеус, диффенбахия, герань.

Методы исследования:

Изучение теоретического материала для дальнейшей разработки и изучения данной проблематики

Эксперимент

Наблюдения за ростом и развитием растений

Фотоотчёт

Обработка полученных результатов

Исследования проводились по методикам А.И.Федоровой и А.Н. Никольской «Практикум по ботанике» - 2003 год. Наблюдения проводились в течение трех месяцев (сентябрь 2015 - ноябрь 2015 года) в школьном кабинете биологии с использованием мини лаборатории и Кафедры биологии и физиологии растений института Фундаментальной медицине и биологии.

Теоретическая часть

Зеленый цвет стеблей и листьев растений объясняется содержанием в них хлорофилла. Этот пигмент играет важную роль в фотосинтезе - процессе, во время которого растение вырабатывает необходимые ему питательные вещества. Растения, что не содержат хлорофилла, могут расти и развиваться лишь в качестве паразитов, к примеру, заразиха (Orobanche lutea) или повилика (Cuscuta europaea).Хлорофилл - это не единственный пигмент. Кроме него листья растений имеют в своем составе оранжево-желтые пигменты каротин и ксантофилл, что также принимают участие в фотосинтезе. Некоторые виды содержат также сине-красный пигмент антоциан, но он в синтезе питательных веществ не участвует. Если лист или часть листа не имеет пигментов, то они окрашиваются в белый цвет. Кремовые и желтые листья содержат хлорофилл, но только в значительно меньшей концентрации по сравнению с зелеными. Этого во многих случаях вполне достаточно для роста и развития растения, если оно получает много света. Растения с золотисто-зелеными и светлыми листьями растут не так быстро, как их сородичи с зелеными листьями. В основном пигменты отсутствуют лишь в части листа, а остальная часть имеет зеленую окраску. Такие листья именуют пестрыми. Желтые или белые участки располагаются в хаотичном порядке, в виде крапа или узора, обычно по краю листа или вдоль жилок. При хороших для них условиях растение сохраняет пестролистность на протяжении всей жизни. Исключениями являются растения, у которых пестрые листья развиваются от недостатка питательных веществ и вскоре исчезают после соответствующей подкормки. Многие пестролистные формы растений появились в результате естественных мутаций - как нестандартно окрашенные побеги на зеленом растении.

Селекционеры методом отбора таких «исключений из правила» размножили их черенкованием. Такие пестролистные растения размножаются исключительно вегетативным путем. При семенном размножении окраска листьев получается такой же, как у материнского растения. У таких растений пестролистность нестабильна, и они нередко выпускают обычные зеленые побеги. Их следует удалять: в них содержится больше хлорофилла, они быстрее растут и способны заглушить части растения с пестрыми листьями. Так как пестролистые растения содержат в себе меньше хлорофилла, чем зеленые, для их развития надо выбирать очень светлое местоположение. При недостаточном количестве света зеленые части листа стремительно разрастаются, узор на листьях становится бледнее, пока совсем не исчезает. На листьях некоторых видов комнатных культур, к примеру, отдельных сортов колеуса Блюме или королевской бегонии, зеленые участки совсем отсутствуют: они покрыты фиолетовыми, красными, желтыми и оранжевыми пятнами, часто с серебристым отливом. И при этом превосходно растут. В действительности их листья хлорофилл содержат, но из-за высокого содержания других пигментов зеленая окраска не проявляется. Как и в случае культивирования пестролистных форм, растениям с цветными листьями нужно предоставлять самые освещенные участки помещения.

У колеуса можно заметить интересное приспособление к собиранию лучей солнца. При рассматривании поверхности пестрых листьев в лупу при боковом свете видим большое количество бугорков. А разрезав листок поперек и сделав с одной половинки тонкий срез, увидим в микроскоп на верхней кожице листа выпуклые, как линзы, клетки. Через них собираются лучи солнца, освещающие хлорофилловую ткань, лежащую под кожицей, окрашенной в красный цвет. Эго можно проверить, опустив лист колеуса в горячую воду: он станет зеленым. Понаблюдайте, как поворачиваются к свету листья колеуса. Может быть, эти клетки-линзы играют роль и в движении листьев? Вероятно, сильные солнечные лучи

раздражают протоплазму клеток, уменьшают количество воды в листе и тем самым вызывают опускание или поворачивание его.

Деревцо, уничтожающее моль, родственно колеусу, хотя и не имеет ни красивых цветков, ни красивых листьев, но по-чему-то с давних пор прижилось в наших комнатах. Видимо, потому, что оно чрезвычайно неприхотливо. Его и называют большей частью крапивкой. И действительно, широкояйцевидные зеленые листья его покрыты шерстистыми волосками, и края у них зубчатые. Они очень похожи на листья крапивы, но только при прикосновении не «обжигают» рук. Растертые, они издают запах, напоминающий запах мяты. С давних пор за крапивкой установилась репутация растения, изгоняющего моль из комнаты, где оно растет. Утверждают, что моль не выносит запаха листьев кра- пивки, что даже мухи «не любят» это растение, отчего в некоторых местах и называют его: мухогон. Крапивка имеет и еще одно название: «петушья шпора». Мелкие голубоватые цветки, так же как у колеуса, с выпяченной губой, собраны в тонкую, прямо стоящую метелку. Это соцветие, видно, и сравнили с петушиной шпорой.

Растительные пигменты

Это крупные органические молекулы, поглощающие свет определенной длины волны. Важнейшую роль в процессе фотосинтеза играют зеленые пигменты - хлорофиллы. Французские ученые П.Ж. Пелетье и Ж. Кавенту (1818) выделили из листьев зеленое вещество и назвали его хлорофиллом (от греч. «хлорос» - зеленый и «филлон» - лист). В настоящее время известно около десяти хлорофиллов. Они отличаются по химическому строению, окраске, распространению среди живых организмов. У всех высших растений содержатся хлорофиллы а и b. Хлорофилл с обнаружен в диатомовых водорослях, хлорофилл d - в красных водорослях. Кроме того, известны четыре бактериохлорофилла (a, b, c и d), содержащиеся в клетках фотосинтезирующих бактерий. В клетках зеленых бактерий имеются бактериохлорофиллы си d, в клетках пурпурных бактерий - бактериохлорофиллы а и b. Основными пигментами, без которых фотосинтез не идет, являются хлорофилл а для зеленых растений и бактериохлорофиллы для бактерий. Впервые точное представление о пигментах зеленого листа высших растений было получено благодаря работам крупнейшего русского ботаника М.С. Цвета (1872-1919)

Пигменты - красящие вещества, придающие цвет растениям. Растительные пигменты - это крупные органические молекулы, имеющие группировки, ответственные за поглощение света. Для этих группировок характерно наличие цепочки чередующихся простых и двойных связей (-С=С-С=С- ). Кроме того, поглощение света усиливается при наличии в молекуле кольцевых структур.

Пигменты находятся чаще в тех или иных структурных образованиях клетки, реже - в жидкостях организма в растворённом состоянии. Так, хлорофилл сосредоточен в хлоропластах, каротиноиды - в хромо - и хлоропластах, гемоглобин - в эритроцитах, флавоноиды - в клеточном соке растений. Пигменты, связанные с белками и липидами, входят в структуру биологических мембран. У многих видов животных и растений существуют специализированные пигментные клетки или хроматофоры.

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.

Колеус происходит с острова Ява, встречается и в лесах Ост-Индии. Это совсем новое растение, недавно введённое в культуру в комнатах и на клумбах. Колеус ещё не привык к

новым условиям жизни и часто, особенно зимой, теряет листья, подвергается нападению тлей. Это растение требовательно к теплу (18 ), обильной поливке, питательной почве (с примесью золы) и солнечному свету (в отличие от бегонии). На солнечном свету окраска листьев колеуса делается ещё ярче. Пёстрая окраска листьев колеуса играет защитную роль от ярких солнечных лучей.

У колеуса можно заметить интересное приспособление к собиранию лучей солнца. При рассматривании поверхности пёстрых листьев в лупу при боковом свете видим большое количество бугорков. А разрезав листок поперёк и сделав с одной половинки тонкий срез, увидим в микроскоп на верхней кожице листа выпуклые, как линзы, клетки. Через них собираются лучи солнца, освещающие хлорофилловую ткань, лежащую под кожицей, окрашенной в красный цвет. Это можно проверить, опустив лист колеуса в горячую воду: он станет зелёным.

Понаблюдайте, как поворачиваются к свету листьев но почему-то с давних пор прижилось в наших комнатах. Видимо, потому, что оно чрезвычайно неприхотливо. Его и называют большей частью крапивкой. И действительно, широкояйцевидные зелёные листья его покрыты шерстистыми волосками, и края у них зубчатые. Они очень похожи на листья крапивы, но только при прикосновении не «обжигают» рук. Растёртые, они издают запах, напоминающий запах мяты.

С давних пор закрапивки что даже мухи «не любят» это растение, отчего в некоторых местах и называют его: мухогон.

Крапивка имеет и ещё одно название: «петушья шпора». Мелкие голубоватые цветки, так же как у колеуса, с выпяченной губой, собраны в тонкую, прямо стоящую метёлку. Это соцветие, видно, и сравнили с петушиной шпорой.

Научное название крапивки - плектрантус фрутикозус (Plectranthus frutico-sus), означающее: шпороцветкустовидный Плектрантус имеет вид ветвящегося кустика с коричневато-зелёными сочными стеблями.

Все растения с такими цветками, хотя они и с разных концов земного шара, принадлежат к одному семейству губоцветных.

Зеленая окраска листьев и стеблей растений обусловлена содержанием в них хлорофилла. Этот пигмент необходим для фотосинтеза - процесса, при котором растение вырабатывает нужные ему питательные вещества.

Растения, не содержащие хлорофилла, могут существовать только как паразиты, например повилика (Cuscuta europaea) или заразиха (Orobanche lutea). Хлорофилл - не единственный пигмент. Помимо него листья растений содержат оранжево-желтые пигменты ксантофилл и каротин, которые также участвуют в процессе фотосинтеза. Некоторые растения содержат еще сине-красный пигмент антоциан, но он не участвует в синтезе питательных веществ.

Пестрые листья

Если лист - или часть листа - не содержит пигментов, то они окрашены в белый цвет. Желтые и кремовые листья содержат хлорофилл, но только в гораздо меньшей концентрации, чем зеленые. Этого бывает достаточно для жизни растения, при условии что оно получает много света. Растения со светлыми и золотисто-зелеными листьями растут

медленнее, чем их зеленолистные сородичи. Чаще всего пигменты отсутствуют только в части листа, а оставшаяся часть сохраняет зеленую окраску. Такие листья называют пестрыми. Белые или желтые участки располагаются беспорядочно, в виде крапа, или образуют узор, обычно вдоль жилок или по краю листа. При подходящих условиях растение сохраняет пестроли-стность всю свою жизнь. Исключение составляют растения, у которых пестролистность развивается от недостатка питательных веществ и исчезает вскоре после восполнения их запасов.

Естественные мутации

Многие пестролистные формы возникли в результате естественных мутаций - как аномально окрашенные побеги на зеленом растении. Селекционеры заметили живописных «уродцев» и размножили их черенками. Пестролистные растения такого типа можно размножать только вегетативно. При размножении семенами окраска листьев получается такой же, как у родительского растения. Пестрая окраска листьев у таких растений нестабильна, и они часто выпускают простые зеленые побеги. Их необходимо удалять: они содержат больше хлорофилла, быстрее растут и могут заглушить пестролистные части растения.

Где выращивать пестролистные формы

Поскольку пестролистые растения содержат меньше хлорофилла, чем зеленые, им требуется как можно более светлое местоположение. При недостатке света зеленые части листа разрастаются, узор на листьях бледнеет, пока не исчезнет совсем.

Цветные листья

На листьях некоторых растений, например отдельных сортов королевской бегонии или колеуса Блюме, вообще нет зеленых участков: они покрыты оранжевыми, желтыми, красными и фиолетовыми пятнами, зачастую с серебристым отливом. И при этом отлично растут! В действительности их листья содержат хлорофилл, но зеленая окраска не проявляется из-за высокого содержания других пигментов. Как и в случае с пестролистными формами, растения с цветными листьями требуют очень светлого местоположения.

Пластиды.

Пластиды характерны только для растений. Они не найдены у грибов и у большинства животных, исключая некоторых фотосинтезирующих простейших. Предшественниками пластид являются пропластиды, мелкие обычно бесцветные образования, находящиеся в делящихся клетках корней и побегов. Если развитие пропластид в более дифференцированные структуры задерживается из-за отсутствия света, в них может появиться одно или несколько проламеллярных телец (скопления трубчатых мембран). Такие бесцветные пластиды называются этиопластами. Этиопласты превращаются в хлоропласты на свету, а из мембран проламеллярных телец формируются тилакоиды. В зависимости от окраски, связанной с наличием или отсутствием тех или иных пигментов, различают три основных типа пластид: хлоропласты (зелёного цвета), хромопласты (жёлтого, оранжевого или красного цвета) и лейкопласты (бесцветные). Обычно в клетке встречаются пластиды только одного типа. Однако установлено, что одни типы пластид могут переходить в другие. Пластиды - относительно крупные образования клетки. Самые большие из них - хлоропласты - достигают у высших растений 4-10 мкм длины и хорошо различимы в световой микроскоп. Форма окрашенных пластид чаще всего линзовидная или эллиптическая. В клетках

встречаются, как правило, несколько десятков пластид, но у водорослей, где пластиды нередко крупны и разнообразны по форме, число их иногда невелико (1-5). Такие пластиды называются хроматофорами. Лейкопласты и хромопласты могут иметь различную форму.

Хлоропласты.

Хлоропласты встречаются во всех зелёных органах растений. Строение пластид может быть рассмотрено на примере хлоропластов (рис. 3). Они имеют оболочку, образованную двумя мембранами: наружной и внутренней. Внутренняя мембрана вдаётся в полость хлоропласта немногочисленными выростами. Мембранная оболочка отграничивает от гиалоплазмы клетки матрикс хлоропласта, так называемую строму. Как строма, так и выросты внутренней мембраны формируют в полости хлоропласта сложную систему мембранных поверхностей, ограничивающих особые плоские мешки, называемые тилакоидами или ламеллами. Группы дисковидных тилакоидов связаны друг с другом таким образом, что их полости оказываются непрерывными. Эти тилакоиды образуют стопки (наподобие стопки монет), или граны. В строме хлоропластов содержатся ферменты и рибосомы, отличающиеся от рибосом цитоплазмы меньшими размерами. Часто имеются один или несколько небольших зёрен первичного крахмала. Генетический аппарат хлоропластов автономен, они содержат собственную ДНК.Основная функция хлоропластов - фотосинтез. Центральная роль в этом процессе принадлежит хлорофиллу, точнее - нескольким его модификациям. Световые реакции фотосинтеза осуществляются в гранах, темновые - в строме хлоропласта. Хлоропласты способны синтезировать собственные белковые молекулы, так как обладают собственной ДНК.

Рис.3 Схема строения хлоропласта в объёмном изображении (А) и на срезе (Б):

1 - наружная мембрана, 2 - внутренняя мембрана, 3 - строма,

4 - грана, 5 - тилакоид граны, 6 - тилакоид стромы, 7 - нить

пластидной ДНК, 8 - рибосомы хлоропласта (отличающиеся от

цитоплазматических рибосом), 9 - гранулы крахмала

Помимо фотосинтеза, в хлоропластах осуществляется синтез АТФ и АДФ (фосфорилирование), синтез и гидролиз липидов, крахмала и белков, откладывающихся в строме.

Хромопласты.

Хромопласты содержаться в клетках лепестков многих растений, зрелых окрашенных плодах (томаты, шиповник, рябина), иногда - в корнеплодах (морковь). Внутренняя структура хромопластов проще структуры хлоропластов. Граны в них отсутствуют. Красноватая или оранжевая окраска хромопластов связана с присутствием в них каротиноидов. Считается, что хромопласты - конечный этап в развитии пластид, т.еэто стареющие хлоропласты и лейкопласты. Наличие хромопластов частично определяет яркую окраску многих цветков, плодов и осенних листьев.

Лейкопласты.

Внутренняя структура лейкопластов проще структуры хлоропластов, в них отсутствуют граны. В лейкопластах пигменты отсутствуют, но здесь может осуществляться синтез и накопление запасных питательных веществ, в первую очередь крахмала, иногда белков и жиров. Очень часто в лейкопластах формируются зёрна вторичного запасного крахмала.

Пигменты пластид.

Пигменты, локализующиеся в пластидах и участвующие в процессах фотосинтеза, принадлежат к трём классам. Это хлорофиллы, каротиноиды и фикобилинпротеи. Все они входят в состав пигментных систем в виде хромопротеидов, т.е. пигмент - белковых комплексов. Основное назначение пигментов - поглощать световую энергию (рис. 5), превращая её затем в химическую энергию. Пигменты располагаются на мембранах хлоропластов (тилакоидах), а хлоропласты в клетке обычно ориентируются таким образом, чтобы мембраны находились под прямым углом к источнику света (для максимального поглощения света).

Хлорофиллы.

Хлорофиллы поглощают в основном красный и сине-фиолетовый свет, зелёный свет ими

отражается, что и придаёт растениям специфическую зелёную окраску, если она не маскируется другими пигментами. В основе строения хлорофиллов лежит Mg - порфириновый скелет.

В состав молекулы хлорофилла (рис. 8) входит плоская голова, поглощающая свет, в центре которой расположен атом магния. Этим можно объяснить, почему дефицит магния приводит к уменьшению образования хлорофилла и пожелтению листьев растения. Молекула хлорофилла включает в себя ещё и длинный гидрофобный (отталкивающий

воду) углеводородный хвост. Внутренние мембраны также гидрофобны, поэтому хвосты «забрасываются» внутрь тилакоидных мембран и служат своеобразным якорем. Гидрофильные головы располагаются в плоскости мембранных поверхностей подобно солнечным батареям. У различных хлорофиллов к головам прикреплены различные боковые цепи, что приводит к изменению их спектров поглощения, увеличивая диапазон длин волн поглощаемого света.

Кроме того, имеются различные заместители, например дитерпеновый спирт фитол, придающие молекуле хлорофилла способность встраиваться в липидный слой биологических мембран.

Каротиноиды.

Каротиноиды - жёлтые, оранжевые, красные или коричневые пигменты, синтезируемые растениями (а также бактериями и грибами), не растворимы в воде, сильно поглощающие в сине-фиолетовой области. Каротиноиды отчасти выполняют роль дополнительных фотосинтезирующих пигментов, но при этом могут осуществлять и другие функции, с фотосинтезом не связанные. Они называются вспомогательными пигментами, потому что поглощённую ими световую энергию они переносят на хлорофилл. В спектре поглощения каротиноидов обнаруживается три пика в сине-фиолетовой области. Помимо своей функции как вспомогательных пигментов каротиноиды защищают хлорофиллы от избытка света и от окисления кислородом, образующимся в процессе фотосинтеза. Они хорошо замаскированы зелёными хлорофиллами, но становятся видны в листьях до начала листопада, поскольку хлорофиллы разрушаются первыми. Каротиноиды обнаружены в некоторых цветках и фруктах, у которых яркая окраска привлекает насекомых, птиц и млекопитающих, тем самым обеспечивая успешное опыление и распространение семян; к примеру, красный цвет кожицы у томатов обусловлен наличием в ней каротинов. К каротиноидам относятся широко распространённые каротины и ксантофиллы. По химической природе это изопреноидные углеводороды, содержащие 40 углеродных атомов (рис.9). Ксантофиллы - окисленные каротины. Особенно богаты каротинами зелёные листья некоторых растений (например, шпината), корнеплоды моркови, плоды шиповника, смородины, томата и др. У растений каротиноиды представлены главным образом физиологически наиболее активным b - каротином. Каротины наряду с ксантофиллами нередко обуславливают окраску тех или иных организмов. Например, окраска пурпурных бактерий объясняется наличием ксантофиллов.

Каротиноиды, подобно хлорофиллам, очень слабо связаны с белками, они легко извлекаются из растений и используются в качестве лекарственных средств и красителей.

Методика исследования

1.Проведение социологического опроса «Как школьники относятся к растениям?»

1.Как школьники относятся к растениям?

2.Любишь ли ты растения?

3.Зачем выращивают комнатные растения?

-красоты

-украшения участка

-это хобби

-для очищения воздуха

2.Опыт влияние освещенности

У растений в процессе эволюции возникли защитные механизмы в виде сопутствующих хлорофиллу пигментов (антоцианы, каротиноиды), которые поглощают избыточную солнечную радиацию и превращают ее в тепло. Не случайно высокогорные растения содержат в листьях больше антоцианов, чем растения долин. Установить связь между количеством антоцианов в листе и условиями освещения достаточно легко.

Ход исследования:

1.Для этого необходимы 2 растения колеуса гибридного, 2 растения диффенбахии и 2 растения герани.

2. Одни растение поставили на яркий солнечный свет, другие - в условия рассеянного освещения.

3.Разделение пигментов методом бумажной хроматографии

Растения - это не только «легкие планеты», обеспечивающие всех нас кислородом, но и те организмы, которые превращают неорганический углекислый газ в сахара - основной источник пищи для всех остальных организмов. Процесс, обеспечивающий это обеспечение органическими веществами, - фотосинтез.

Фотосинтез - это процесс перевода энергии солнечного света в энергию связей других химических веществ, прежде всего углеводов. Основными поглотителями энергии света являются пигменты фотосинтеза : хлорофиллы (основные пигменты), ксантофиллы (дополнительные пигменты, поглощающие тот свет, который не поглотил хлорофилл).Следовательно, соотношение разных пигментов фотосинтеза отражает эффективность фотосинтеза. Для этого необходимо определять соотношение пигментов фотосинтеза в клетке.

Принципы хроматографии разработаны русским физиологом М.С.Цветом в начале нашего века. Со времени начала использования хроматографии как аналитического метода исследования появилось множество ее модификаций, что значительно расширило область применения метода.

Метод бумажной хроматографии основан на распределении пигментов

между целлюлозой хроматографической бумаги и подвижной фазой - растворителями. Когда по бумаге под действием капиллярных сил движутся растворители, молекулы пигментов, нанесенные на бумагу, распределяются между двумя фазами в соответствии с коэффициентом распределения. Чем выше растворимость пигмента в подвижной фазе, тем дальше он продвигается по бумаге вместе с растворителем, и наоборот. Расстояние, пройденное нанесенным на бумагу пигментом в направлении движения растворителя, характеризуется величиной R_f, которая представляет собой отношение расстояния, пройденного растворенным пигментом, к расстоянию, пройденному фронтом растворителя. В стандартных условиях эта величина для данного пигмента постоянна и соответствует его коэффициенту распределения. Хроматографирование на бумаге выполняют восходящим и нисходящим способами. В зависимости от цели исследования применяют одномерные и двухмерные хроматограммы.

Хроматографирование выполняют в герметично закрытых сосудах, где поддерживают насыщенную парами растворителей атмосферу, что предотвращает их испарение с бумаги. Для эффективного разделения пигментов толщина бумаги должна быть равномерной, а сама бумага обладать достаточной плотностью.

При хроматографировании получают четыре полосы пигментов, хорошо отделенных друг от друга, в такой последовательности (от стартовой линии): хлорофилл b, хлорофилл а, ксантофиллы и каротины.

Материалы и оборудование:

Спиртовая или ацетоновая вытяжка пигментов, раствор для бумажной хроматографии (ацетон - 0,4 см³, этанол - 0,6 см³, петролейный эфир - 20 см³), этиловый спирт, ацетон, стеклянный стакан на 50 см³, сахарная пробирка, хроматографическая бумага (1,514 см), резиновая пробка с крючком, ножницы, вентилятор.

Ход работы:

1.Взять лист хроматографической бумаги размером 141,5 см и на одном его конце, отступив от края 1,5 см, проведите простым карандашом при помощи линейки тонкую еле заметную линию.

2. В химический стакан на 50 см³ налейте полученную вытяжку в количестве 3 см³ и погрузите в нее хроматографическую бумагу той стороной, ближе к которой нанесена линия. Дождитесь, пока вытяжка не достигнет линии, и достаньте ее, подсушите с помощью настольной лампы и вновь внесите в раствор.

3.Продолжайте эти действия еще 7 раз.

4.Затем внесите хроматографическую бумагу в чистый растворитель (этиловый спирт или ацетон) и дождитесь, пока он не достигнет нанесенной вами карандашом линии.

5.Подсушите бумагу и вновь внесите в растворитель. Повторяйте до тех пор, пока вся бумага, находящаяся ниже линии не станет белой.

6.После этих действий на расстоянии 0,4 см от противоположного края хроматографической бумаги сделайте отверстие и закрепите лист на крышке сосуда для хроматографии.

7.Подготовленную таким образом бумагу аккуратно, стараясь не касаться стенок сосуда, опустите в хроматографическую камеру со смесью растворителей. Лист хроматографической бумаги установите в камере так, чтобы его нижний конец был опущен в смесь растворителей на 0,5 см, а края не касались стенок (рис. 5).

8.Через 45 мин будет наблюдаться полное разделение пигментов. Достаньте хроматограмму из камеры и просушите при помощи вентилятора или фена.

4.Определение крахмала

Крахмал представляет собой конечный продукт фотосинтеза. Накапливаясь в листьях многих видов растений, крахмал дает характерное синее окрашивание при взаимодействии с йодом (проба Сакса)

Ход работы:

1.Листья данного растения содержат одинаковое количество хлорофиллов и антоцианов, что и обеспечивает различную окрашенность зон листа: красную, зеленую, бурую.

2.Для экстрагирования антоциановых пигментов надо прокипятить лист Колеуса в воде.Лист поместить в пробирку , добавить воды и кипятить до полного исчезновения антоциановой окраски.Затем лист перенести термостойкий стакан со спиртом и кипитят до полного экстрагирования зеленых пигментов. (хлорофиллов).

3.Для определения крахмала обесцвеченный лист помещаем в чашку Петри и обрабатываем йодом.

Через некоторое время появляется характерное для крахмала синее окрашивание только в тех местах, где был хлорофилл.

Это доказывает, что образование крахмала происходит в тех зонах , где осуществляется фотосинтез.

5.Какие пигменты содержатся в зеленом листе

Убедиться в том, что спиртовая вытяжка пигментов листа, помимо зеленых, содержит еще и желтые пигменты, можно 2 способами.

/ способ. 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).

// способ. 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).

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 дальше хлорофилла.

Таким образом, в создании цвета листа участвуют 2 группы пигментов - зеленые и желтые. Количество хлорофилла в сформировавшихся листьях примерно в 3 раза выше, чем каротиноидов, поэтому желтый цвет каротиноидов маскируется зеленым цветом хлорофилла.

Количественное соотношение хлорофилла и каротиноидов непостоянно, зависит от возраста листа, физиологического состояния растений. Если содержание хлорофилла уменьшается, листья приобретают желто-зеленый, желтый цвет.

6. Образование колец отмирания на листьях

Образование феофитина в листьях многих растений может происходить также и при нагревании листа выше 70-80 °С.

Для опыта нужны зеленые листья различных растений, спиртовка, препаровальная игла, стеклянная палочка.

Пятикопеечную монету, закрепив так, чтобы не обжечься, нагрейте в пламени спиртовки. Горячую монету опустите на лист. Через несколько минут вокруг монеты появится. Кольца отмирания.

бурое пятно неправильной формы, при этом часть листа непосредственно под монетой может остаться зеленой.Видоизмените опыт: прикоснитесь к листу концом сильно нагретой стеклянной палочки, либо проколите его раскаленной препаровальной иглой. Во всех случаях возникают своеобразные изменения окраски листа: зеленые круги с неровными бурыми кольцами. Наиболее наглядные результаты дают растения с кислой реакцией клеточного сока.

Появление бурых колец обусловлено поступлением кислот клеточного сока из вакуолей в цитоплазму, а затем в хлоропласты. Под действием кислот происходит образование феофитина и появление бурого окрашивания. Поскольку химический состав листьев различных растений имеет свои особенности, можно получить различные картины колец отмирания (рис. 8).

Желтые, коричневые пятна отмирания появляются на листьях и в природных условиях под влиянием сильного перегрева, засухи.

7.Какие пигменты содержатся в зеленом листе

1.Вытяжка зеленого и желтых пигментов.
Крепкая спиртовая вытяжка из зеленых листьев при рассматривании ее в проходящем свете выглядит изумрудно-зеленой, в отраженном же свете флюоресцирует (отсвечивает) вишнево-красным оттенком. Вместе с сантофилла в спирт переходят и желтые пигменты.

1.Чтобы отделить их, в вытяжку следует налить немного бензина.

2. Взболтав смесь, через некоторое время можно заметить, что бензин, как более легкий, всплывет наверх, тогда как слой спирта останется внизу.

При этом бензин будет иметь изумрудную окраску, спирт же примет золотисто-желтый цвет от оставшихся в нем желтых пигментов листа - сантофилла и каротина.

3. Отделение хлорофилла от желтых пигментов основано на том, что он обладает большей растворимостью в бензине, чем в спирте.

Результаты исследований

1.В результате социологического опроса установили, что : « «Из 25 опрошенных - 15 учащихся любят комнатные растения, у 20 учащихся комнатные растения есть дома. Колеус знают 10 учеников, у 7 - растут дома.

На вопрос «Зачем выращивают комнатные растения?» 18 учащихся ответили, что для красоты; 13 - для очищения воздуха, а 5 учащихся - это их хобби. Были и другие ответы: для кислорода, для влажности.

Мы сделали вывод, что дети любят растения и понимают, что какую пользу они приносят.

2.Влияние освещенности

Изменения

Дата

Что произошло с растениями

Колеус в тени

Колеус на свету

Герань в тени

Герань на свету

1.11-5.11

Листья яркие, имеют пёструю окраску в центре

Листья яркие, имеют расивую пёструю краску в центре

Листья имеют насыщенный тёмно- зелёный цвет

8.11 -12.11

Листья стали менее яркие

Изменений нет

Листья не такие насыщенные как были раньше

Изменений нет

В центре листа яркий бардовый цвет стал бледнее

Изменений нет

Имеют зелёный цвет, но он менее насыщенный

12.11 -20.11

Изменений нет

Лист становится зелёным, в центре остаётся бледно розовое пятно

Изменений нет

Лист стал бледно зелёным, а пёстрая окраска исчезает всё больше

Изменений нет

Лист зелёный, но не такой яркий как был.

В ходе наблюдений мы заметили, что со временем листья колеуса, который находился в тени поблёкли, стали бледно - зелёными, почти бесцветными, а яркие пёстрые

оттенки красно - коричневого исчезли. Диффенбахия и герань же, находящийся в тени чувствовал себя хорошо. Их листья по - прежнему оставались такими же зелёными как и раньше. Зато листья колеуса , который находился на подоконнике, стали менее яркими. Чтобы наши растения не погибли, мы колеус вернули на подоконник, а диффенбахию убрали в затенённое место.

Из своих наблюдений мы сделали вывод, что растениям с тёмно - зелёными листьями требуется света меньше, чем растениям с пёстрыми листьями. Растения с пёстрыми листьями светолюбивые.Чтобы убедиться в правильности своих суждений мы снова обратились к литературе и вот что выяснили.Чтобы растение не страдало от недостатка света, важно правильно разместить его относительно источника освещения.

Все комнатные растения делятся на светолюбивые, теневыносливые и тенелюбивые. Каждой группе требуются определённые условия.Теперь мы знаем, что такие растения как колеус, пеларгония, которую мы привыкли называть геранью, диффенбахия, хлорофитум хохлатый (с белыми полосками), каланхоэ - светолюбивые растения. Они предпочитают хорошее освещение и поэтому их нужно размещать на южных окнах.

При выращивании колеуса необходимо помнить:

ЗАПОМНИТЕ

Выращивание простое, если растение используется как однолетнее

Цветение: В зависимости от вида ( наш колеус зацвел в ноябре месяце)

Местоположение: хорошо освещенное место

Высота: до 90 см

Температура: минимальная 12С

Пересаживание: весной

Полив:

Необходим умеренный полив, а летом обильный и регулярный

Поддержание внешнего вида: не требуется, если растение однолетнее, а у многолетних необходимо прищипывание

3.Разделение пигментов методом бумажной хроматографии

Образец

Название растения

Длина полосы в ( мм)

Каротин

Ксантофилл

Хлорофилл

№1

Диффенбахия

0.4

2+4=6

№2

Герань

1.0

5+9=14

№3

Колеус

3.0

1.5+3=4

Вывод: исследование хроматограммы указывает на то, что в полученных растворах несколько красителей.

Длины полос различных красителей на храмотограммах комнатных растений различны и зависят от сорта комнатного растения. Мы выяснили, что длина полосы каротина во всех образцах одинаковая и равна в среднем 1 мм, длина

полосы ксантофила больше всего на хроматографии листа герани, тогда как длина этого показателяна хроматографии листьев деффенбахии и хлорофила в 2 раза меньше. Наибольшее количество хлорофилла из исследуемых образцов находится в образце № 2 - листе Герани комнатной (5мм + 9мм = 14 мм - общая длина полос хлорофилла а и b).Уступают герани по суммарному содержанию хлорофилла диффенбахия.. Наименьшее содержание хлорофилла в хлорофитумме

4.Определение крахмала

Для определения крахмала обесцвеченный лист помещаем в чашку Петри и обрабатываем йодом.Через некоторое время появляется характерное для крахмала синее окрашивание только в тех местах, где был хлорофилл. Это доказывает, что образование крахмала происходит в тех зонах , где осуществляется фотосинтез

5.Вытяжка зеленого и желтых пигментов.

Вывод: в результате опыта мы убедились в том, что в горячем спирте клетки погибают, и

фермент хлорофилл выходит в спиртовой раствор. Лист герани обесцвечивается. Таким образом мы доказали наличие в листьях растения зеленого и желтого пигментов.

6. Образование колец отмирания на листьях

Опыт 3. Влияние условий освещения на пожелтение листьев

Цель нашего исследования: выявить влияние освещённости на окраску листьев растений с зелёными и пёстрыми листьями.

Через 5 дней мы сняли бумагу и сравнили половинки листа. Хорошо были заметны различия в окраске: освещенная часть зеленая, а затемненная - желтая (приложение 4). Мы также сравнили устойчивость хлорофилла в листьях различных видов растений (таблица 1)
У колеуса можно заметить интересное приспособление к собиранию лучей солнца. При рассматривании поверхности пестрых листьев в лупу при боковом свете видим большое количество бугорков. А разрезав листок поперек и сделав с одной половинки тонкий срез, увидим в микроскоп на верхней кожице листа выпуклые, как линзы, клетки. Через них собираются лучи солнца, освещающие хлорофилловую ткань, лежащую под кожицей, окрашенной в красный цвет. Это можно проверить, опустив лист колеуса в горячую воду: он станет зеленым.

Понаблюдайте, как поворачиваются к свету листья колеуса. Может быть, эти клетки-линзы играют роль и в движении листьев? Вероятно, сильные солнечные лучи раздражают протоплазму клеток, уменьшают количество воды в листе и тем самым вызывают опускание или поворачивание его.

7.Разделение пигментов по методу Крауса.

Разделение пигментов по методу Крауса основано на различной растворимости пигментов в спирте и бензине. В чистую пробирку отливаем 2-3 мл. спиртовой вытяжки хлорофилла, прибавляем немного больше бензина и 2-3 капли воды.Пробирку несколько раз сильно встряхиваем и даем постоять 2-3 минуты.

В результате проведенного опыта выявили, что произошло разделение слоев: верхний бензиновый содержит зеленый пигмент хлорофилл и каротин, а нижний спиртовый - ксантофилл (желтый).

Чтобы наши растения не погибли, мы колеус вернули на подоконник, а диффенбахию герань убрали в затенённое место.

Чтобы убедиться в правильности своих суждений мы снова обратились к литературе и вот что выяснили.

Чтобы растение не страдало от недостатка света, важно правильно разместить его относительно источника освещения.

Все комнатные растения делятся на светолюбивые, теневыносливые и тенелюбивые. Каждой группе требуются определённые условия.

Выводы

Читая познавательную литературу о комнатных растениях, мы узнали, что свет - один из важнейших факторов, которые необходимо учитывать при выращивании комнатных культур.
В растительных клетках чаще всего встречаются зеленые пигменты хлорофиллы, желто-оранжевые каротиноиды, красные и синие антоцианы

Именно под воздействием солнечных лучей в тканях растений протекает процесс фотосинтеза, в результате которого происходит рост и развитие любого растительного организма. Без соблюдения правильного светового режима невозможно вырастить красивое и здоровое растение.

Различные факторы внешней среды (освещенность растений, температура воздуха, водоснабжение) оказывают влияние на окраску листьев.

Чтобы выявить влияние света на окраску листьев нами была проделана опытная работа.

5.Для опыта использовали растение с пёстрыми листьями - колеус и растение с зелёными листьями - герань и диффенбахия.

6.Присутствие пигментов в растениях имеет большое значение, как для самих растений, так и для человека.

7.Колеусы для проведения опыта мы вырастили сами и в процессе выращивания многое познали.

8.Родиной колеуса являются тропические районы Азии и остров Ява. Это растение является одним из самых привлекательных комнатных растений. Существует около 150 видов этого растения. У нас только три: колеус Блюме - самый распространённый, колеус Блюме «Скарлет Понехо» (с листьями в красных пятнах), колеус Пумила «Фантазия» (с очень мелкими зубчатыми листьями).

9.Проделанную работу считаем результативной и полезной, потому что узнали много нового, можем применить свои знания на практике, дать совет своим одноклассникам, друзьям, знакомым по уходу за комнатными растениями. Хотим, чтобы в школе было больше цветов. Ведь растения не только делают воздух чище, но и радуют нас своей красотой.

Теперь мы знаем, что такие растения как колеус, пеларгония, которую мы привыкли называть геранью, диффенбахия, хлорофитум хохлатый (с белыми полосками), каланхоэ - светолюбивые растения. Они предпочитают хорошее освещение и поэтому их нужно размещать на южных окнах.

Литература

Артамонов В.И. 'Зеленые оракулы' - Москва: Мысль, 1989 - с.190
Батурицкая Н. В., Фенчук Т. Д. Удивительные опыты с растениями: Кн. для учащихся.-Мн.: Нар. асвета, 1991.-208 с.: ил.
Петров В.В. Весна в жизни леса. М.: Наука, 1981.
Рейвн П., Эверт Р. Современная ботаника. М.: Мир, 1990.
http://www.valleyflora.ru/7-1.html

Приложения

Терминалогия

Проба Сакса - Наиболее простым методом обнаружения процесса фотосинтеза является "проба Сакса". Она состоит в том, что часть листа, почти не содержащего крахмала, закрывают непроницаемой для света черной бумагой и помещают на свет. Другой лист помещают в атмосферу, лишенную углекислоты. Через 1-2 часа лист освобождают от бумаги, обесцвечивают спиртом и обнаруживают наличие крахмала с помощью йодной реакции.
Метод бумажной хроматографии - бумажная хроматография - проводится на полосках специальных сортов бумаги. Техника разделения анализируемой смеси на отдельные вещества и методы качественного их определения в основном те же, что и при хроматографии на бумаге.

Хлорофилл - зелёный пигмент, окрашивающий хлоропласты растений в зелёный цвет . При его участии осуществляется процесс фотосинтеза.

Ксантофилл - растительный пигмент, придающий желтый и коричневый цвета осенним листьям.

Лейкопласты - бесцветные сферические пластиды в клетках растений. Внутренняя система мембран развита очень слабо, представлена отдельными тилакоидами.

Хлоропласты - зелёные пластиды, основной функцией которых является фотосинтез.

⇧

⇩