Факторы, влияющие на изменение окраски листьев деревьев и кустарников осенью

Кто не восхищался красками цветущего луга, леса, осенней листвы? Откуда у природы такая богатая палитра. Всей этой красотой мы обязаны 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.

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

Растительные пигменты – это крупные органические молекулы, имеющие группировки, ответственные за поглощение света. Цвет пигмента может меняться при изменении кислотности среды, температуры, при взаимодействии его с металлами, образовании солей.

В природе нет двух растений, которые имели бы абсолютно одинаковый цвет. Следовательно, окраска зависит не только от количества и типа пигментов, но и от строения ткани листа.

Цвет листьев деревьев и кустарников меняется в процессе их жизнедеятельности. Весной, когда листочки только распускаются, они светло-зелёные. Затем, цвет становится более насыщенным. Осенью листва расцвечена самыми разными красками: красными, жёлтыми, бордовыми, светло-коричневыми и другими.

Зелёные стебли, позеленевшие на свету клубни картофеля, зелёные плоды, зелёные листья своим цветом обязаны пигменту хлорофиллу (от греческих слов «хлорос» - зеленоватый, «филлон» - лист). В клетках всех высших растений имеется только 2 формы хлорофилла - зелёный с синеватым оттенком, хлорофилл а и зелёный с желтоватым оттенком, хлорофилл - б. У некоторых водорослей в очень малых количествах обнаружены ещё 3 формы хлорофилла. Других пигментов зелёного цвета у растений нет.

Для листьев различного возраста, различных видов растений характерно многообразие оттенков зелёного цвета. Объясняется это тем, что в формировании окраски листа принимает участие не только хлорофилл, но и другие, содержащиеся в листе пигменты: жёлтые каротиноиды, красные антоцианы.

В данной работе рассматриваются факторы, влияющие на изменение окраски листьев деревьев и кустарников.

Убедится в том, что в листьях зелёного цвета присутствуют и жёлтые пигменты можно, проделав следующий опыт.

Опыт №1: Сколько пигментов содержится в зелёном листе?

Для проведения опыта №1 были заготовлены листья различных деревьев, кустарников и комнатных растений, 95-процентный этиловый спирт, ступка, пестик, маленькие баночки с плотно закрывающимися крышками, этикетки, капилляры- специальные тонкие трубочки, пипетки, ножницы, силуфольные пластины, фильтровальная бумага.

Опыт состоял из двух этапов:

1. Этап: Получение вытяжки пигментов. Для этого свежие листья сначала были измельчены с помощью ножниц, а затем растёрты в ступке до выделения сока. К измельчённым листьям был добавлен этиловый спирт (несколько капель) и вся масса помещена в баночки с плотными крышками, на которые предварительно были наклеены этикетки.

2. Этап: Получение хроматограмм пигментов. Для того чтобы убедиться в том, что спиртовая вытяжка пигментов листа помимо зелёных, содержит ещё и жёлтые пигменты, были использованы 2 способа.

1 способ. На силуфольную пластину с помощью пипетки (или капилляра) нанесли каплю полученной спиртовой вытяжки пигментов листа. Через 3-5 минут на бумаге образовались цветные концентрические круги: в центре зелёный (хлорофилл), снаружи –жёлтый (каротиноиды). Опыт повторили несколько раз, используя вытяжки различных листьев.

Разделение пигментов обусловлено различным поглощением в поверхностном слое на силуфольной пластине и неодинаковой растворимостью в растворителе. Каротиноиды больше, по сравнению с хлорофиллом, растворимы в спирте, поэтому передвигаются по силуфольной пластине дальше.

2 способ. Полоску силуфольной пластины шириной примерно 1 см и длиной 5-7 см погрузили одним концом в пробирку с вытяжкой. Через несколько минут на бумаге появилась зелёная полоса хлорофилла, а выше неё – жёлтые полосы каротиноидов.

Вывод: в создании цвета листа участвуют две группы пигментов – зелёные и жёлтые. Количество хлорофилла в сформировавшихся листьях примерно в 3 раза выше, чем каротиноидов, поэтому жёлтый цвет каротиноидов маскируется зелёным цветом хлорофилла.

Количественное соотношение хлорофилла и каротиноидов непостоянно, зависит от возраста листьев, физиологического состояния растений. Если содержание хлорофилла уменьшается, листья приобретают жёлто- зелёный или жёлтый цвет.

Опыт №2: «Влияние отрицательных температур на изменение окраски у листьев».

В результате проведения опыта №1 было установлено, что в создании цвета листа участвуют две группы пигментов – зелёные и жёлтые. Возникает вопрос: какие факторы оказывают влияние на уменьшение количества зелёных пигментов (хлорофилла) и, как следствия, появления жёлтых пигментов (каротиноидов).

В начале осени часто бывает резкое похолодание и даже заморозки. Поэтому можно предположить, что это оказывает влияние на цвет листьев. Однако можно вспомнить, что похолодания случаются и весной. Весенние заморозки бывают очень сильными и довольно продолжительными. Однако это никогда не приводит к изменению окраски у листьев. Окажет ли влияние изменение температуры на цвет листьев.

Для проведения опыта №2 были заготовлены листья различных пород деревьев и кустарников и пакет. Для охлаждения листьев использовали морозильную камеру бытового холодильника. Температура в морозильной камере - 18 градусов. Для измерения времени использовали бытовые часы.

Опыт состоял из 2 этапов.

1 этап – краткосрочное помещение зелёных листьев в морозильную камеру. Цвет листьев не изменился.

2 этап – долгосрочное (на несколько дней) помещение зелёных листьев в морозильную камеру. Цвет листьев также не изменился.

Вывод: похолодание до -18 0С не оказало влияния на цвет листьев.

Опыт №3:

«Влияние уменьшения освещения на изменения окраски у листьев».

Для проведения опыта №3 были использованы комнатные растения, монеты, скотч и ножницы.

На листья комнатных растений с помощью скотча были прикреплены монеты. Через 48 часов с некоторых листьев монеты были сняты.

Даже за такой короткий период та часть листа, которая была закрыта монетой от света, немного изменила окрасу.

Опыт было решено продолжить.

Вывод: Изменение освещения оказывает существенное влияние на изменение окраски листьев

3. Растения осенью и зимой.

Большая территория нашей страны расположена в зоне умеренного и холодного климата. Для этого климата характерны длительные довольно сильные морозы до -20 градусов. А в районах Крайнего Севера не редки сильные морозы – до – 68 градусов. Районов, где совсем бы не было зимы, в России нет.

Понижение температуры ниже нуля опасно для многих растений. У большинства видов жизненные процессы могут протекать только в интервале температур от -5 градусов до +55 градусов, а фотосинтез и накопление органического вещества - от +5 градусов до +40 градусов.

Приспособление растений к выживанию в экстремальных условиях шло в процессе эволюции различными путями.

Однолетние травянистые растения заканчивают свой жизненный цикл до наступления морозов и зимуют в виде семян, клубней, луковиц, находящихся в состоянии покоя.

Травянистые многолетники с отмирающими на зиму листьями зимуют в виде заглублённых в почву корневищ.

Многие травянистые растения уходят под снег с листьями, а ранневесенние растения, например, хохлатка, ветреница, даже способны к подснежному росту.

Деревья и кустарники с наступлением холодов переходят в состояние покоя. Листопадные породы предварительно сбрасывают листву.

Переход от активного роста летом к глубокому покою зимой происходит постепенно, в течение осеннего сезона. Изменение условий внешней среды, прежде всего продолжительности дня, вызывает перестройку гормонального режима растений: постепенно уменьшается содержание гормонов, стимулирующих рост, и увеличивается количество ингибиторов роста (гормонов стресса, старения). Увеличение содержания ингибиторов роста приводит к снижению интенсивности обмена веществ и постепенной остановке роста. Формируются приспособления, повышающие устойчивость растений к морозам: сбрасывание листвы, накопление сахаров и других водорастворимых веществ, обезвоживание клеток, переход растений в состояние покоя.

Листопад и ветвепад

Характерной чертой осеннего состояния природы является листопад, а у некоторых растений и - ветвепад.

Отделение листа происходит в области специальной ткани, где у основания черешка формируется отделительный слой толщиной в 2-3 клетки. У одних растений под действием ферментов пектиназ, синтезирующихся к этому времени в клетках отделительного слоя, растворяется межклеточное вещество, соединяющее клетки.

У других – кроме пектиназа, синтезируется ещё и фермент целлюлаза. Он расщепляет клеточные оболочки, что приводит к растворению клеток. Результат – жёлтые листья под ногами, иногда целее ветви, оказавшиеся «лишними».

Искусственный листопад

Для проведения опыта необходимы 2-4 побега караганы древовидной или лжеакации, несколько зрелых яблок, 2 стеклянных колпака, 2 стакана с водой.

В стаканы с водой необходимо поместить по 1- 2 побега караганы древовидной. Листья должны быть зелёными, без признаков пожелтения, но не слишком молодыми.

Стаканы необходимо накрыть колпаками и под один из них положить несколько зрелых яблок.

Через 5-6 дней у побегов, помещённых под один колпак с яблоками, появятся признаки приближающегося листопада: пожелтение и опадение боковых листочков сложного листа. Данные признаки не появятся у побегов, помещённых под колпак без яблок.

Вывод: Газообразные выделения зрелых яблок стимулируют образование отделительного слоя в черешке и преждевременное опадение листьев.

Опадение листьев под влиянием табачного дыма

Для проведения опыта необходимы 2-4 побега караганы древовидной или лжеакации, табак, чашечка для сжигания табака, 2 стеклянных колпака, 2 стакана.

На побегах караганы должны быть не только молодые верхушечные, но и более старые листья. Также можно использовать побеги любых комнатных растений.

В стаканы с водой необходимо поместить по 1- 2 побега. Стаканы необходимо накрыть стеклянными колпаками. Под одним из них необходимо сжечь часть сигареты. Воздух под колпаком наполнится табачным дымом. Через несколько дней у растений, находящихся в атмосфере табачного дыма, начнётся опадение листочков сложных листьев.

Вывод: Табачный дым неблагоприятно влияет на растение, способствует появлению признаков увядания.

Солнечные лучи освещают листья, траву, цветы, деревья – все, что нас окружает, и повсюду мы видим краски, цветной мир.

Разнообразие красок и их сочетаний в окружающей нас природе, в частности в царстве растений, меняется в зависимости от времени года, состояния погоды, периода суток, химического состава.

Изменение окраски листьев осенью указывает, что их роль уже заканчивается. Еще до изменения окраски у листьев, оставшиеся в них питательные вещества перемещаются в ветки, ствол и корни дерева. Там они сохраняются до будущего года.

Цвет листа определяется цветом пигмента и клеточного сока. Но яркость и прочность окраски во многом зависят от погоды. Сухая солнечная осень дарит нам не только хорошее настроение, но и сочно окрашенные листья. Благоволит к ярким нарядам теплая, умеренно влажная осень.

На яркость окраски листьев влияет влажность. Листья кажутся более яркими, когда на них образуется тончайшая пленка воды: поверхность их становится более гладкой. Рассеивание уменьшается, и окраска становится более насыщенной.

На яркость осенних тонов влияет и возраст дерева. Чем оно моложе, тем свежее у него листья, тем крепче они держатся на ветках.

Природа красива в любое время, но осенью её красота особенная. Вот как об это рассказывают поэты.