Растительные пигменты

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение                                 «Южная средняя общеобразовательная школа»

Номинация: «Юный исследователь»

«Растительные пигменты»

Автор работы:

Криворучко Дарья Сергеевна

МКОУ «Южная СОШ», 6 класс

Руководитель:

Баянова Ирина Анатольевна,

учитель биологии, МКОУ «Южная СОШ»

п. Южный

2025

Содержание

Введение …………………………………………………………………………………3

1. Основная часть

Глава 1. Что такое пигменты, какие они бывают .........………………..……………...4

Глава 2. Значение пигментов в жизни растений ……………………………………....6

Глава 3. Использование растительных пигментов человеком………………………..6

Глава 4. Пигменты в листьях летом и осенью…………………………………………8

2. Практическая часть:

2.1. Какие пигменты составляют окраску листа...…………………………….……...9

2.2. При каком освещении желтеют листья...................................................................9

2.3. Влияние кислорода на разрушение хлорофилла………………………………..10

2.4. Влияние на хлорофилл химических веществ……………………………………10

2.5. Воздействие на пигмент хлорофилл высокой температуры……………………11

 Заключение……………………………………………………………..……………...12

Литература………………………………………………………………………………13

Приложения..........................................................................................................................................14

Введение

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.

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?».  Всей этой красотой  обязаны мы специальным красящим веществам – пигментам, которых в растительном мире известно около 2 тысяч. Меня заинтересовали эти вопросы, надеюсь, что моя работа поможет на них ответить.

Актуальность исследования- Изучение пигментов позволяет расширить знания о биологической роли пигментов, а также разработать новые подходы к их использованию в промышленности и медицине. 

Цель работы – знакомство с многообразием  растительных пигментов, их значением в жизни растений и человека.

Задачи:

1.     Изучить литературу, чтобы выяснить, какие вещества придают органам растения различную окраску.

2.     Изучить  значение пигментов в жизни растений и человека.

3.     Выяснить причины изменения окраски листьев у растений осенью.

4.     Провести опыты, доказывающие присутствие пигментов в листьях растений и их разрушение при различных условиях.

Объект исследования: растительные пигменты.                                                                         Предмет исследования: изменение окраски пигментов в растениях осенью.         Гипотеза: действительно ли растительные пигменты способны изменять свой цвет?

Методы исследования:

1.      Изучение теоретического материала для дальнейшей разработки и изучения данной проблематики

2.     Эксперимент

3.     Наблюдения за ростом и развитием растений

4.     Фотоотчёт

5.     Обработка полученных результатов

1. Основная часть:

Глава 1. Что такое «пигменты»? Какие бывают пигменты?

Окраску различным органам растений придают особые вещества – пигменты.  Это органические соединения, присутствующие в клетках и тканях растений и окрашивающие их.  Расположены пигменты в пластидах клетки – хлоропластах  и хромопластах, некоторые  находятся в клеточном  соке растений.

                                                             рис. 1

Существует несколько основных групп растительных пигментов:

1.               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.  Зеленый цвет – цвет жизни. Зеленые «фабрики» вокруг нас поддерживают жизнь. Хлорофилл обладает жизненно важной функцией: перехват солнечных лучей и преобразование полученной энергии в питательные вещества — простые сахара, которые получаются из воды и углекислого газа. 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.

2.               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.

3.               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.

4.               Антоцианы, которые ответственны за красные цвета в листьях, не присутствуют в листьях до тех пор, пока в листьях не начнёт снижаться уровень хлорофиллов. 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.

5.               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.

Растительные пигменты

Глава 2. Значение пигментов в жизни растений.

     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. С пигментами связана светочувствительность растений, сезонная регуляция  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.

  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!

Глава 3. Использование растительных пигментов человеком.

Краски вообще щедро распределены в природе, как в животном, так и в растительном царстве. Весьма замечательно, что в природе синих пигментов, а также и желтых встречается очень много и весьма разнообразного состава, красных — значительно меньше. Хороших зеленых красок немного; распространенный в природе хлорофилл употребляется лишь в сравнительно ограниченных количествах для подкраски жирных масел. С распространением искусственных пигментов естественные растительные краски употребляются все в меньших количествах. Чрезвычайно редко растительные краски употребляются в дело непосредственно в виде измельченного сырья; большей же частью это сырье подвергается той или другой обработке и уже только затем употребляется для окрашивания.

Естественные растительные краски:

  Но люди находят растительным краскам применение - 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.

  С давних пор люди используют защитное и лекарственное действие растительных пигментов. Пигменты обладают противовирусными, бактерицидными и противовоспалительными свойствами. Ликопин - красный каротиноид, содержащийся в томатах и арбузах, предупреждает рак кожи, защищает от солнечных ожогов. Учёные говорят, что риск хронических болезней, особенно сердечно-сосудистых, значительно снижен у тех, кто ест больше "цветных" овощей и фруктов, особенно сок граната.

  Яркие краски растительного мира радуют наш глаз и доставляют эстетическое наслаждение. Различная окраска растений неодинаково влияет на наш организм. Так, например, растения с ярко-красными цветками и фиолетовыми цветками (гвоздики, пионы, тюльпаны, гладиолусы, розы), оказывающие возбуждающее действие. Для предотвращения меланхолического настроения используют растения с цветками розовой окраски (бальзамин,  розы, астры,  пеларгония, гортензия, фуксия). При депрессии, вялости, плохом аппетите рекомендуется вводить в интерьеры растения с оранжевыми цветками (бархатцы, календула, настурция). При напряженной умственной, зрительной работе полезно иметь в помещении цветущие растения желтой и золотистой окраски (хризантемы, анютины глазки, примула, нарциссы). Зеленый цвет растений оказывает положительное воздействие на организм человека благодаря улучшению кровообращения и нормализации кровяного давления. Он, как и желтый цвет, является физиологически оптимальным и самым привычным для зрительного восприятия. Для отдыха организма,  желательно иметь растения с цветками голубой и синей успокаивающей окраски (незабудки, анютины глазки, васильки, колокольчики).

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.

Глава 4. Пигменты в листьях деревьев летом и осенью

     Летом в листьях деревьев в большом количестве присутствует зелёный пигмент хлорофилл. Деревья, листья которых осенью меняют цвет и опадают, называются листопадными. Их стволы и ветки способны выдерживать зимние морозы, но тонким нежным листьям это не под силу. По мере того как дни становятся короче, деревья понемногу готовятся к  зиме. Количество сока в дереве уменьшается. Хлорофилл, который окрашивал листья в зеленый цвет, исчезает. Этому способствуют резкие перепады между дневной и ночной температурой. Одновременно в листьях накапливаются вредные вещества метаболизма (обмена веществ). Листья стареют. Сосуды, по которым в лист поступает вода, перекрывается в основании листа пробковой тканью. В этом же месте образуется рыхлый отделительный слой, состоящий из слабо соединительных между собой клеток. Достаточно дуновения ветерка – и лист отрывается. Поэтому в осенних листьях можно заметить следующие группы пигментов: оранжевые – каротиноиды, красные – антоцианы, жёлтые – флавоны (Приложение 1).

2. Практическая часть:

2.1 Какие пигменты составляют окраску листа.

Первый опыт я провела с целью выяснить, какие пигменты обеспечивают листьям растения зеленую окраску.

Оборудование, необходимое для проведения опыта: свежие листья комнатных растений, 95% - ый этиловый спирт,  ступка фарфоровая, пробирка, воронка, ножницы, фильтровальная бумага.

Ход опыта.

1.     Для того чтобы  получить вытяжку пигментов, я взяла листья шефлеры  и листья бегонии.

2.     К измельченным листьям добавила 5-10 мл. этилового спирта.

3.     На кончике ножа добавила мел для нейтрализации кислот клеточного сока.

4.      Растерла все в  фарфоровой ступке до однородной зеленой массы.

5.     Подлила еще этилового спирта и осторожно продолжила растирание, пока спирт не окрасился в интенсивный зеленый цвет.

6.     Полученную спиртовую вытяжку отфильтровала в чистую сухую пробирку или колбу.

Спиртовая вытяжка из листьев шефлеры была зелёного цвета. А спиртовая вытяжка из  листьев бегонии сначала была зелёная, а потом приобрела оранжевый цвет.
Вывод: Таким образом, в создании цвета листа участвуют две группы пигментов - зеленые и желтые (хлорофилл и каротиноиды). 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 (Приложение 2).

2.2 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 опыта – установить устойчивость хлорофилла в листьях растений без освещения.

Оборудование: для опыта нужны листья любого растения (пеларгонию-герань), которые уже закончили рост, но еще не имеют внешних признаков старения, черные и синие листья бумаги.

Ход опыта. Для опыта я взяла растение – пеларгонию (герань). Одну половину листовой пластинки закрыла  черной  бумагой, другую листовую пластину закрыла синей бумагой. Растение поставила в хорошо освещенное место. Спустя 6-7 дней сняла бумагу, сравнила цвет половинок листа. Там где лист был закрыт синей бумагой ничего не изменилось, а там где лист был закрыт черной бумагой хорошо заметны различия в окраске: освещенная часть зеленая, а затемненная – желтая, сухая.

Вывод: Результаты опыта свидетельствуют, что снижение интенсивности и продолжительности освещения листьев ускоряет распад молекул хлорофилла в хлоропластах (Приложение 3).

2.3 Влияние кислорода на разрушение 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 (для опыта мы взяли лист кротона) опустила в стакан с водой так, чтобы только половина листа его находилась под водой. Для этого закрепила лист в прорези укрывающей стакан плотной бумаги. Стакан поставила в темное место. Через 3 - 5 дней стали заметны различия в окраске листа: находившаяся в воде часть сохранила зеленый цвет, другая часть, находящаяся  в воздухе - пожелтела.

Вывод: Уменьшение скорости распада хлорофилла в той части листа, которая находилась в воде, свидетельствует, что в разрушении хлорофилла важную роль играет процесс дыхания. Сорванный, стареющий лист в воздухе, под действием кислорода, засыхает. Содержание кислорода в воде намного ниже, чем в воздухе, поэтому в воде лист сохраняет свой зелёный цвет.    (Приложение 4).

2.4 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, стеклянная палочка.

Ход опыта: Заостренный конец палочки смочила в соляной кислоте и нанесла на лист рисунок. На зеленых листьях постепенно появились пятнышки бурого (коричневого) цвета.

Скорость изменения цвета в месте нанесения кислоты зависит от плотности покровов листа. Появление бурой окраски обусловлено проникновением кислоты внутрь клеток, разрушением молекул хлорофилла.

В результате опыта я получила вот такие результаты:

1. Бегония через 10 мин.

2. Герань (пеларгония) через 2 мин.

3. Хлорофитум через 7 минут.

Вывод: Таким образом, 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 5).

2.5 Воздействие на пигмент хлорофилл высокой температуры.

Разрушение хлорофилла в листьях  может происходить также и при нагревании листа выше 70 – 80 С.

Цель данного опыта – показать, что разрушение хлорофилла и образование  возможно и при воздействии на клетки листьев высокой температуры.

Оборудование: Для опыта нужны зеленые листья  растений, спиртовка, металлические щипцы.

Ход опыта:  разожгла спиртовку  и сильно нагрела щипцы, затем прикасалась  к зелёному листу.  На листе сразу же образовались  бурые пятна. Появление бурых пятен обусловлено поступлением кислот клеточного сока из вакуолей в цитоплазму, а затем в хлоропласты.

Вывод: под действием температуры раскаленной стеклянной палочки происходит разрушение молекул хлорофилла и появление бурого окрашивания. Желтые, коричневые пятна отмирания появляются на листьях и в природных условиях под влиянием сильного перегрева, засухи (Приложение 6).

Заключение

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 используются человеком в его хозяйственной деятельности. 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 мной были установлены следующие выводы:

1.     Различную окраску органам растений придают специальные красящие вещества – растительные пигменты.

2.      Растительные пигменты играют большое значение в жизни растений и человека.

3.     Изменение условий обитания растений и влияние человека, может привести к разрушению пигментов. Осенью, в результате изменения условий жизни, зелёный пигмент – хлорофилл разрушается, поэтому изменяется окраска листьев.

4.     Молекулы зелёного пигмента хлорофилла разрушаются при уменьшении освещенности, при недостатке кислорода, при воздействии кислот и высоких температур.

Литература

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

2.     Газета Биология № 9, 2000г.

3.     Энциклопедия для детей. Биология; "Аванта +", М., 1993.

4.     http://bio.1september.ru/газета «Биология» №6, 2010г

5.     http://mirbotaniki.ru/ Растительные пигменты.

6.     http://msd.com.ua/naturalnye-pishhevye-krasiteli/ Состав и свойства растительных пигментов

7.     http://fb.ru/ Причины осеннего листопада.

8.     http://bio.1september.ru/Батурицкая Н., Фенчук Т., Удивительные опыты с растениями.

Приложение №1. Какие пигменты составляют окраску листа.

Приложение №2.  Какие пигменты составляют окраску листа.

Приложение №3.  При каком освещении желтеют листья

Приложение №4. Влияние кислорода на разрушение хлорофилла.

Приложение №5.  Влияние на хлорофилл химических веществ.

Приложение №6.  Воздействие на пигмент хлорофилл высокой температуры.

Скачано с www.znanio.ru