С чем связана осенняя окраска листьев
Изменение цвета листьев на деревьях – одна из первых примет осени. Много ярких красок в осеннем лесу! Березы, ясени и липы желтеют, розовеют листья бересклета, пунцово-красными становятся узорные листья рябины, оранжевыми и багряными листья осин.
Все дело в том, что в регионах с умеренным климатом зимы бывают довольно холодные, и там не так много солнечного света, который деревья используют для получения энергии. Листья нежные и не могут пережить зиму, поэтому дерево готовится к холоду, забирая все полезные вещества из них до того, как они упадут.
Таков процесс подготовки к зиме, и это именно то, что заставляет листья показать нам свои поразительные осенние краски. Однако есть веская причина, почему у разных деревьев листья разного цвета. Чем же вызвано это цветовое многообразие? Всему есть научное объяснение.
Предположим, что растение содержит какое-то вещество, которое окрашивает листья в зеленый цвет, а с приходом холодов изменяет цвет.
Цель проекта – найти доказательства и научно обосновать причины изменения окраски листьев деревьев в осенний период.
Для решения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
— изучить научную литературу по данному вопросу,
— выяснить значение листьев для дерева и определить причины изменения окраски листьев в осенний период;
— разработать квест-буклет для посещения осеннего парка.
Глава 1. Изучение материалов и информации о листьях
1.1.Что такое листья и почему они зеленые?
Листок – важная часть растения. Это «многоэтажная фабрика». Главное предназначение листьев – улавливать и преобразовывать энергию солнечного света. Благодаря непрестанной работе лист питается, выделяет водяные пары, дышит. Один квадратный метр листовой пластинки каждый час выделяет до четырех литров кислорода и забирает из воздуха столько же углекислого газа.
Сколько времени живет лист? Листья деревьев нашего региона живут от весны до осени. Если листок зеленый, значит, он живой. Как только листья пожелтели, покраснели, значит, они постарели и умерли.
Летом большинство деревьев имеют зеленые листья, потому что они содержат пигмент хлорофилл. Хлорофилл — пигмент, который содержится в листьях и окрашивает их в зеленый цвет. Пигментом называется любое вещество, поглощающее видимый свет. Хлорофилл поглощает солнечный свет и использует его энергию для синтеза питательных веществ. В течение весны и лета на листья попадает достаточно дневного солнечного света, который питает их и позволяет регулярно вырабатывать хлорофилл.
Если рассмотреть строение листа с помощью лупы, рассмотреть все жилки, ведущие от черешка по которым листик получает питательные вещества, то можно увидеть, что внешняя часть листа темнее, она как раз и поглощает солнечный свет. Растения преобразуют солнечный цвет в энергию, которая помогает им расти.
Это процесс фотосинтеза, который и объясняет тот факт, почему в теплое время года листья кажутся очень пышными и зелеными.
Мы провели опыт, которые доказывает наличие хролофилла в листьях растений. Нам понадобился один зеленый листочек (мы взяли листик комнатного растения), небольшой кусочек белой ткани и деревянный предмет (молоточек, кубик, скалка и др.).
Листочек положили на угол ткани и прикрыли сверху другим уголком ткани. Затем деревянным предметом сильно нажали на листочек в ткани. Когда развернули ткань, то смогли наблюдать зеленые пятна на ткани. Это и есть пигмент — хлорофилл, который и окрашивает листок в зеленый свет.
Таким образом, зеленым лист растения делает пигмент хролофилл, который принимает участие в процессе фотосинтеза.
1.2. Почему листья меняют свой цвет?
Осенью листья растений теряют свой яркий зеленый цвет. Например, листья тополя становятся золотистыми, а у клена как бы вспыхивают красным цветом. В листьях происходят химические превращения.
Дневные часы становятся короче, и растения получают меньше солнечного света. Из-за этого выработка хлорофилла замедляется, что и приводит к уменьшению зеленого пигмента в листьях. Вот почему листья меняют цвет, а прежде чем они упадут с дерева, важные питательные вещества, которые можно использовать повторно, выводятся из листа. Время, когда листья начинают менять цвет, больше зависит от света, чем от температуры, поэтому листья начинают менять цвет примерно в одно и то же время каждый год.
Долгота дня в районе 55 широты
Когда лиственные деревья достигают этого светового порога, углеводы переносятся из листьев в ветки, и новые минералы больше не поступают в листву. Деревья готовятся к разлуке с ними.
Попробуем доказать, что рост и падение листвы больше зависит от количества света, чем температуры. Проведем два несложных опыта.
Цель – выяснить, как свет влияет на окраску листьев.
Материалы: зеленый крупный лист; изолента или непрозрачная бумага, стакан с водой.
1.Небольшую часть листа заклеим изолентой или бумагой.
2. Поставим листок в стакан с водой.
3.Оставим на пять-семь дней в хорошо освещенном месте.
По фото видно, что лист под бумагой изменил цвет, стал желтоватым.
Цель та же, выяснить, как свет влияет на окраску листьев.
Материалы: комнатный цветок – фикус Бенджамина.
1. Цветок поставим в темное место на неделю и будем наблюдать.
Результат виден на фотографиях: после недели в плохо освещенном месте, растение стало сбрасывать желтеющие листочки.
Значит, мы можем сделать вывод о том, что хлорофилл без света распадается быстрее.
Таким образом, с приходом осени растения готовятся к зиме. Питательные вещества медленно перемещаются из листьев в ветви, ствол, корень и запасаются там, на время суровых холодов. Когда энергия запасенных питательных веществ исчерпывается, синтез хлорофилла прекращается. Оставшийся в листьях хлорофилл частично распадается, при этом образуются пигменты другого цвета.
1.3. Что определяет цвет осенних листьев?
Под воздействием осеннего холода в листьях начинаются химические реакции, превращающие хлорофилл в красно — желтые соединения. За изменение цвета также отвечают другие компоненты, содержащиеся в листьях, — каротины и антоцианы.
Каротины, которые также содержатся в бананах и моркови, несут ответственность за желтые, оранжевые и коричневые цвета. Конечно, морковных деревьев не существует, но сам компонент может содержаться в тех или иных деревьях, преобладая над антоцианами.
Красный, темно-вишневый и пурпурный оттенки некоторых листьев обусловлены образованием пигмента антоциана . Этот пигмент окрашивает редиску, красную капусту, розу и герань. Если же какой-то из видов деревьев содержит в себе больше антоцианов, то листья становятся красными.
В отличие от каротинов и других желтых пигментов антоциан вообще отсутствует в зеленых листьях. Он образуется в них только под воздействием холода. Цвет осенних листьев, как цвет волос у человека, обусловлен генетически у каждого вида растения. А вот будет ли этот цвет тусклым или ярким, зависит от погоды. Самые яркие, сочные цвета листьев бывают осенью, когда долго стоит холодная сухая и солнечная погода (при температуре от 0 до 7 градусов Цельсия усиливается образование антоциана ).
Рис.1 Пигменты, окрашивающие листья в разные цвета
Проходит осень, наступает зима. Вместе с листьями растения теряют и красочную расцветку. Листья прикрепляются к ветвям особыми черенками. С наступлением зимних холодов связь между клетками, из которых состоят черенки, распадается. Листья, в которые перестает поступать вода, высыхают, опадают с деревьев. Желтая или красная окраска листьев может сохраняться несколько недель после того, как они опали. Но со временем соответствующие пигменты разрушаются.
Часть 2. Разработка квест – буклета для прогулки по осеннему парку
Отбор материалов и заданий для квеста
Результаты нашего исследования мы решили отразить в буклете, но сделаем его в форме мини-квеста для младшей сестры. Для буклета нам понадобится бумага формата А4, компьютер с установленным текстовым редактором и принтер для печати буклета.
Задания для мини-квеста:
На прогулке в парке собери коллекцию листьев. Определи, с какого дерева твои листочки.
Рассмотри листочки, которые ты собрала, определи, какие вещества есть в листочках. Используй схему. Если листочки окрашены в оранжевый цвет, то в листьях содержится каротин, в желтый – ксантофилл, в красный – антоцианин.
Раскрась осенний парк.
Высуши собранные листочки и собери из них аппликацию.
5. Продолжи сказку: Жил да был, рос себе, рос на берёзке в лесу маленький зелёный листик со своими братьями листочками. Всё лето он радовался теплу, солнышку, купался под струями ласкового летнего дождика. Засыпал и просыпался под пение птичек, которые поселились в гнездышке на его берёзке. Но однажды утром он проснулся от того, что очень замёрз….
2.2 Оформление макета квест – буклета
Лист А4 мы поделили на три части и расположили задания следующим образом (полный буклет в Приложении).
Листок – это очень важная часть растения. Образно говоря, «многоэтажная фабрика». Главное предназначение листьев – улавливать и преобразовывать энергию солнечного света. В зеленый цвет листья окрашивает пигмент хролофилл, который участвует в процессе фотосинтеза.
К осени выработка хлорофилла замедляется, что и приводит к уменьшению зеленого пигмента в листьях. Время, когда листья начинают менять цвет, больше зависит от света, чем от температуры, поэтому листья начинают менять цвет примерно в одно и то же время каждый год, в нашей полосе — осенью.
Самый простой ответ на вопрос «Почему листья осенью меняют цвет?» звучит примерно так: осенью, когда день становится коротким и понижается температура, листья перестают вырабатывать зеленый пигмент хлорофилл, желтеют и опадают.
Таким образом, гипотеза, которую мы выдвигали в начале нашего исследования, подтверждена частично.
Источник
Осенние самоцветы, или Откуда у осени яркие краски
Начало осени радует нас разноцветной листвой и яркой окраской плодов. Все лиственные породы деревьев и кустарников окрашиваются в разное время и не одинаково.
Лиственные деревья и кустарники окрашиваются осенью в разное время разными красками
Палитра «золота» листвы вмещает разнообразие окрасок — от бледно-лимонного до медного.
Осеннее золото берез
Бледно-желтая листва у жимолости обыкновенной, светло-желтая – у березы бумажной, золотисто-желтая – у лещины, ярко-желтая у гамамелиса.
Гамамелис виргинский
Эффектным акцентом смотрятся в осеннюю пору березы, липы, лещины среди хвойных массивов.
Клен красный
Насыщена и гамма красного – к концу сентября становятся кумачово-пурпурными дуб красный, клен красный и клен приречный. Пламенеют кусты бересклетов: бородавчатого, европейского, священного и крылатого, крупнокрылого; кизильника блестящего.
Бересклет крупнокрылый
Волшебно – с переливами от золотисто-оранжевого до багряного — окрашиваются кроны ильмов (вязов) и скумпии. На хорошо освещенных местах ползучие бересклеты — карликовый и Форчуна становятся пурпурными.
Фотергилла большая — осенняя окраска
Всеми оттенками алого на хорошо освещенных местах сияют кусты фотергиллы, сумаха оленерогого, барбарис Тунберга и желтолистные формы спиреи японской. Необыкновенно хороши в осенней окраске спиреи японские крупнолистные.
Девичий виноград
Исключительно декоративны в осенний период популярные у садоводов черноплодная рябина и ирга.
Черноплодная рябина
Все оттенки вишневого, винного и пурпурного играют в листве винограда амурского и девичьего. Сиреневые и даже фиолетовые оттенки можно разглядеть в кроне дерена кроваво-красного.
Виноград амурский
Листва некоторых пород в зависимости от конкретных условий года на одних и тех же экземплярах в разные годы может варьировать от желтого к красному. Это характерно для багряника японского, клена остролистного и татарского, конского каштана, рябины и калины.
Рябина промежуточная
Интенсивность осенней окраски во многом зависит от погодных условий летне-осеннего периода. Обычно листья ярко окрашиваются при сухой и теплой погоде.
Листья ярко окрашиваются при теплой сухой погоде
Биохимия осенней красоты
В осенний период в листьях синтезируются антоциановые пигменты, от содержания которых в клеточном соке зависит розовая, красная и пурпурная осенняя окраска листьев. Накопление углеводов способствует образованию антоциановых пигментов, поскольку это гликозиды, возникающие при соединении различных сахаров с циклическими соединениями. В кислых растворах антоцианы имеют красный цвет, а с увеличением рН могут становиться фиолетово-синими.
Красные оттенки листьев зависят от содержания в клеточном соке антоциановых пигментов
Количество антоциановых пигментов зависит от определенных наследственных факторов их образования и влияния окружающей среды. Кроме того, с понижением температуры в осенний период в листьях перестает образовываться хлорофилл. В это время виды, содержащие много углеводов и обладающие наследственной способностью, начинают образовывать в листьях дополнительные антоцианы.
У деревьев, не образующих антоциановых пигментов, появляется желтая окраска, за которую ответственны каротины и ксантофиллы
В это же время имеющийся в листьях хлорофилл начинает разрушаться (у разных древесных пород с различной скоростью), и только что образовавшиеся антоцианы становятся заметными. У других деревьев, не образующих антоциановых пигментов, осенний распад хлорофилла выявляет иные пигменты — относительно более стабильные желто-оранжевые каротины и ксантофиллы, придающие листьям светло-желтую окраску, или же примесь красного антоциана в желтом каротине, что определяет ярко-оранжевый цвет (как у некоторых видов клена).
Примесь красного антоциана в желтом каротине определяет ярко-оранжевый цвет
У ряда видов хлорофилл и каротиноиды распадаются одновременно, но при этом синтезируются новые каротиноиды. Так путем разрушения зеленых пигментов, выявления желтых, образования красных пигментов или всеми тремя способами сразу листья могут приобретать различные оттенки желтого, оранжевого, малинового, пурпурного и красного цветов.
Многообразие осенней окраски листвы — результат сложных биохимических процессов
Любой фактор, влияющий на синтез углеводов или на превращение нерастворимых углеводов в растворимые, способствует образованию антоциана и появлению ярких осенних окрасок.
Что влияет на осеннюю окраску листвы
К наиболее важным факторам, определяющим осеннюю окраску, относятся температура, свет, водоснабжение и даже тип почвы.
Понижение температуры ниже нуля способствует образованию антоциана. Однако, ранние суровые морозы делают красные осенние цвета менее яркими, чем они были бы без них. При этом значение имеют не столько пороговые температуры, сколько сумма тепла, число часов с благоприятной температурой.
Понижение температуры ниже нуля способствует образованию антоциана
Яркий свет также способствует появлению красной окраски, так как антоциановые пигменты обычно образуются в листьях, находящихся на свету. Если во время образования красных пигментов один лист был накрыт другим, в нижнем листе красный пигмент обычно не образуется. У некоторых пород осенняя окраска и листопад подготавливается коротким днем.
Антоциановые пигменты обычно образуются в листьях, находящихся на свету
Снабжение водой также влияет на образование антоцианов: засуха способствует появлению ярко-красной окраски. Дождливые дни с недостатком света незадолго до периода наивысшего развития окраски существенно уменьшают яркость красок листопада.
В дождливую осень краски будут не такими яркими
Следовательно, самые лучшие осенние цвета наблюдаются при ясной, сухой и прохладной (но не морозной) погоде.
Особенно яркую окраску листья приобретают осенью в некоторых географических регионах, например, на северо-востоке и северо-западе США, юго-востоке континентальной Азии, юго-западе Европы. А вот в Северной Европе зимы мягкие и дождливые, поэтому листья становятся перед опадением в основном грязно-желтыми и бурыми.
В теплом дождливом климате листья опадают желтыми и грязно-бурыми
Существует также немало растений, у которых листья опадают без изменения окраски, практически зелеными. Это характерно для многих сортовых яблонь и груш, иногда у вишен и слив, а также ольхи черной, тополя белого, жостера, сирени обыкновенной, бирючины, иногда чубушников. Особенно это явление заметно теплой и влажной осенью.
У многих сортовых яблонь листья не меняют окраску
Ландшафтные дизайнеры придают большое значение осенней окраске листвы. Подбирая соответствующие породы и сорта, удается придать красочность грустному периоду, когда сад готовиться к долгой зиме.
Галина Новицкая
дендролог, Ботанический сад МГУ
Источник
