Методическое пособие «Почему у цветов различная окраска?»
Актуальность темы — Как красив пестрый луг! Чего- чего только здесь не цветет! Тут и фиолетовый мышиный горошек, и желтая чина, и розовый клевер, и белые с желтой серединкой ромашки! Как удается природе разукрасить …. Почему у цветов различная окраска.
Цветок – это «чудо и краса растительного мира». Сколько поэтических строк посвящено цветам…
Я шел вперед, но всюду замедлялись
Мои шаги при взгляде на цветы…
Если лепестки венчика могут иметь разную окраску, то в них вероятно есть художественные гуашевые краски (!), т.е. созданные природой красящие вещества .
Объект исследования: красящие вещества цветков.
Предмет исследования: изменение окраски лепестков венчика.
Цель исследования: доказать присутствие пигментов в клетках лепестков венчика.
1. Выяснить в каких органоидах клетки находятся красящие вещества.
2.Составить классификацию пигментов, от которых зависит окраска цветков.
3.Выявить причину изменения окраски лепестков
венчика во время цветения у некоторых растений.
4.Разработать модель изменения окраски цветков
— изучение и использование материалов учебной и научно – популярной литературы по теме исследования
— наблюдение процесса изменения окраски
лепестков во время моделирования состава клеточного сока вакуоли клетки
— обобщение полученных данных по теме исследования
1.1 Пластиды и вакуоли — органеллы растительных клеток.
Органеллы растительных клеток
(раствор неорганических и органических веществ)
Пластидами называются особые органоиды в клетке. К ним относят бесцветные лейкопласты, зеленые хлоропласты и оранжевые хромопласты. Все виды пластид могут возникать из особых мелких бесцветных пропластид. Окраска пластид обусловлена особыми пигментами(красящими веществами): в хлоропластах –зеленым хлорофиллом, а в хромопластах –оранжевым каротином.
Хромопласты имеют окраску от желтого до красного цвета благодаря содержанию в них каротиноидам.
Хромопласты встречаются в лепестках, плодах и некоторых корнях (морковь). Могут возникать из пропластид и из хлоропластов. Плоды многих растений бывают сначала зелеными — содержат хлоропласты, затем они краснеют, так как у них разрушается хлорофилл и остается оранжевый пигмент каротин. В хлоропластах также имеется каротин, но маскируется зеленым пигментом хлорофиллом. Хромопласты часто имеют игольчатую или неправильную форму, так как каротиноиды в них кристаллизуются.
Хромопласты имеют биологическое значение, так как привлекают птиц и других животных. Поедая плоды, животные теряют часть семян, способствуя этим их распространению в природе.
Образование вакуолей . Молодые клетки сплошь заполнены цитоплазмой. Затем по мере роста клеток в их цитоплазме появляются полости-вакуоли. При дальнейшем увеличении размеров клетки вакуоли также увеличиваются и нередко сливаются вместе, образуя несколько вакуолей или одну большую вакуоль. Вакуоли заполнены клеточным соком. Клеточный сок представляет собой водный раствор различных неорганических и органических веществ. В нем содержатся сахара, соли и другие вещества.
1.2 Что такое красящие пигменты
В клеточном соке многих растений содержатся в растворенном виде различные красящие вещества – пигменты. Самым распространенным из них является особое органическое вещество антоциан. Окраска антоциана различна и зависит от реакции клеточного сока: в кислой среде она красная, в щелочной – синяя. Окраска листьев красной капусты, корня красной свеклы, лепестков многих растений (например, медуницы, незабудки и др.) обусловлена наличием антоциана.
Цветки ряда растений, например той же медуницы, за время цветения изменяют свою окраску от розовой до синей, так как реакция клеточного сока меняется от кислой до слабощелочной.
Так что же вызывает окраску цветов? Нам ведь известны цветы самой различной окраски, и даже такие, которые во время цветения меняют окраску (например, незабудка, вначале розовая, становится голубой).
Наиболее известные красители цветов – это ксантофилл и каротин: желтый и оранжевый красители, а также антоциан – красно-сине-фиолетовый.
Мы знаем много белых цветов, однако нет белого красителя, вырабатываемого растениями. Цвет этот достигается путем особого размещения пузырьков воздуха в оболочке лепестков.
Три антоциана – основные пигменты, от которых зависит окраска цветков многих покрытосеменных: пеларгоидин (красный), цианидин (фиолетовый) и дельфинидин (синий). Родственные им соединения флавонолы – желтые или кремовые, а каротиноиды – красные, желтые или оранжевые. Бетацианины (беталаины) – красные пигменты, которые встречаются в одной из групп двудольных.
1.3 Характеристики пигментов
Класс флавоноиды (антоцианы)
Для опыления, сигнал о содержании пищи для насекомых.
Красные, желтые, оранжевые (пластиды-хромопласты)
Яркая осенняя окраска листьев связана с превращением больших количеств бесцветных флавонолов в антоцианы при разрушении хлорофилла. Цветок калужницы болотной выглядит целиком желтым. При этом периферическая часть лепестков, отражающая ультрафиолетовые лучи, окрашена каротиноидами, а поглощающая их центральная часть кажется нам желтой из-за присутствия флавоноида халькона. Для пчел и других насекомых цвет наружной части лепестков будет смешанным желто-ультрафиолетовым (так называемый «пчелиный пурпурный»), а неотражающей центральной – чисто желтым. Чаще всего, хотя и не всегда, способность цветков отражать ультрафиолет связана с присутствием каротиноидов, т.е. ультрафиолетовый узор более присущ желтым цветкам.
1.4 Почему меняется окраска лепестков венчика
Известные ранневесенние растения наших лесов – Медуница и Сочевичник весенний — отличаются как раз той особенностью, что молодые неопыленные цветки их имеют розовую или красноватую окраску. Эти растения являются одними из ранних медоносов. В стадии бутонов и сразу после раскрытия клеточный сок в вакуолях лепестков имеет слабокислую реакцию, что обуславливает ярко-розовую окраску цветов, по мере старения и после опыления реакция клеточного сока становится более щелочной, что влечет изменение окраски цветков с розовой на синюю. Для насекомых привлекательными оказываются лишь неопыленные – розовые и красноватые цветки, в которых есть нектар.
Флавонолы — другая группа флавоноидов, также очень часто содержатся в листьях и цветках. Многие из них вообще бесцветны, но могут придавать цветкам оттенок слоновой кости или белизны. У всех покрытосеменных растений характерная пигментация цветка зависит от смешения в разных пропорциях флавоноидов и каротиноидов, клеточного рН, а также структурных, то есть отражательных, способностей тканей.
Смешение этих разных пигментов при разных рН в клетках образует всю гамму окрасок цветка покрытосеменных. Изменение окраски является сигналом для опылителей, сообщающим о том, какие цветки раскрылись недавно, т. е. с большей вероятностью содержат пищу. Все разнообразие окрасок цветков обеспечивается очень малым набором пигментов. Однако главными пигментами цветков являются флавоноиды. В листьях они задерживают ультрафиолетовую радиацию, разрушительно действующую на нуклеиновые кислоты и белки, и обычно избирательно поглощают сине-зеленые и красные лучи, которые важны для фотосинтеза. Один из крупнейших классов флавоноидов – антоцианы – играет ведущую роль в определении окраски цветков. К ним относится большинство красных и синих растительных пигментов. Они растворимы в воде и содержатся в вакуолях. Каротиноиды, напротив, растворимы в жирах, и содержатся в пластидах.
2.1 Что такое кислотность
Кислотность (лат. aciditas) — характеристика активности ионов водорода в растворах и жидкостях.
2.2 Влияние кислотности клеточного сока на окраску лепестков
Цвет антоцианового пигмента зависит от кислотности клеточного сока в вакуолях: например, цианидин – красный в кислой среде, фиолетовы й — в нейтральной и синий – в щелочной. У некоторых растений окраска цветка меняется после опыления, обычно за счет антоцианов, делающих их менее заметными для насекомых.
Примеры изменения окраски цветков медуницы
Изменение окраски лепестков по мере старения
Источник