XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Игра цветов

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Лукашина М.Д. 1

---

1МКОУ "Волчье-Дубравская СОШ"

Савосина Л.В. 1

---

1МКОУ "Волчье-Дубравская СОШ"

Работа в формате PDF

2.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Все живое стремится к цвету.

И.В. Гете

Кто не восхищался красками цветущего луга, лесной опушки, осенней листвы, даров сада и поля? 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.

Зрительный аппарат человека способен различать до 10 млн. различных хроматических, т.е. окрашенных, цветов и оттенков. Максимальное цветоразложение солнечного света приходится на 13-15 часов. Именно в это время луг, поле кажутся нам наиболее ярко и пестро расцвеченными.

В растительных клетках чаще всего встречаются зеленые пигменты хлорофиллы, желто-оранжевые каротиноиды, красные и синие антоцианы, желтые флавоны и флавонолы [2,6].

Территория нашей страны протянулась с севера на юг более чем на 4000 километров и вместила десять природных зон. Растительные организмы, произрастающие в этих зонах, содержат разнообразные пигменты [7].

Тульская область расположена в средней полосе Восточно-Европейской равнины, где четко прослеживается смена времен года, а, следовательно, сезонное изменение цветовой окраски растений.

Особенно многолик, наш - Тепло-Огаревский район, расположенный на самой высокой точке Среднерусской возвышенности. Такое разнотравье и многоцветье растительности, я не встречала нигде. Наверное, потому, что я люблю место своего рождения, мою малую Родину.

В разное время года я восторгаюсь нашей природой, ведь каждый сезон по-своему хорош: и цветущее лето, и золотая осень, и сказочная зима. Но особенно трогательное время – ранняя весна.

Однажды, я побывала в весеннем лесу. Воздух был свеж и пах прелыми листьями. Птицы наперебой заявляли о себе своими звонкими голосами. На деревьях распускались светло-зеленые, клейкие листочки.

Среди лесной подстилки заметно выделялись, знакомые мне, цветоносы мать-и-мачехи обыкновенной  Tussilágo fárfaraL. Листьев ещё нет, а ярко-желтые цветки–есть. Особо ценный ранневесенний медонос, дающий пчёлам нектар и пыльцу. Пыльца ярко-желтая, выделяется до 12 часов. Нектар появляется только в конце цветения [8].

Фото1. Мать-и-мачеха обыкновенная Tussilágo fárfara L.

лесного урочища Мелкое

МО Волчье-Дубравское Тепло-Огаревского района

А вот растения, которые имели не только листья и стебли, но и цветки, заинтересовали меня больше всего. Когда успели? Только растаял снег, а у них уже всё развито! Но удивительным было не только это, ещё я заметила, что группа цветков была окрашена в разные оттенки одновременно, от розового до синего. Такого я ещё не встречала!

Подлетевшую к растению пчелу, интересовали только розовые цветки, к синим - она была безразлична.

Что это за диковинное растение? Как лепестки могут менять окраску?

Эти вопросы побудили меня к поиску информации, объясняющей это явление.

Это охраняемое растение Тульской области - медуни́ца нея́сная, или  медуни́ца тёмная  Pulmonária obscúraL. Цветение в условиях средней полосы  европейской части России - в апреле-мае. Опыление происходит с помощью насекомых (пчёлы, шмели); нектар в цветке защищён от всех неэффективных опылителей длинной трубкой венчика. Растение меняет цвет в тех цветках, которые опылились, в них уже нет нектара [1,3].

Фото 2. Медуница неясная Pulmonária obscúra L.

лесного урочища Мелкое

МО Волчье-Дубравское Тепло-Огаревского района

Это необычное свойство, цветки медуницы неясной, получили благодаря находящимся в них красящим веществам - антоцианам. Антоцианы меняют свой цвет, в зависимости от кислотности раствора клеточного сока. Цвет меняется на розовый в кислотной среде. В щелочной среде он становится синим. Казалось бы, синие венчики уже могли бы опасть на землю. Но растение все еще держит их на кусте: чем больше и ярче цветовое пятно, тем лучше видна медуница издали, а значит, тем больше опылителей она привлечет [5].

Свое название «медуница» получила за высокое медоносное качество, в ее цветках содержится много нектара. Природа позаботилась обо всем. Благодаря антоциану цветок лучше опыляется, пчелы и шмели получают много нектара из раннего медоноса, еще один отличный результат этой цепочки превращений – вкусный и полезный мед.

Существует легенда о том, что синие цветки медуницы - это цветки Адама, первого мужчины. А розовые – цветки Евы, первой женщины. Две различные окраски цветков на одном растении символизируют единство противоположностей. А древняя славянская легенда гласит:«…Если отопьешь нектар из двадцати розовых и двадцати фиолетовых цветков медуницы, сердце твоё станет здоровым и добрым, а помыслы – чистыми…». Вот так ценили на Руси простой весенний цветок [10].

Кроме того, я выяснила, что и другие растения нашей местности, также содержат в цветках антоцианы – это чина или сочевичник весенний Láthyrus vérnusL., фиалка трехцветная Víola trícolorL., незабу́дка лесна́я Myosotis sylvaticaL., незабу́дка болотная Myosótis scorpioídesL.

Фото 3. Чина весенняя Láthyrus vérnus L.

лесного урочища Мелкое

МО Волчье-Дубравское Тепло-Огаревского района

Фото4. Незабу́дка болотная Myosótis scorpioídes L.

берег реки Красивая меча

МО Волчье-Дубравское Тепло-Огаревского района

После полученной информации, я захотела поподробнее узнать про пигменты - антоцианы.

Моя работа актуальна, потому что разноцветные антоцианы необходимо детально изучить, для понимания палитры цветов, окружающей нас. В начальной школе, в курсе «Окружающий мир», пигменты не изучаются, а в пятом классе, в рамках внеурочной деятельности, на занятиях «Начала экологического анализа», эта возможность появилась.

Цель работы: изучить свойства антоцианов, выделенных из частей различных растительных организмов.

Цель достигалась решением следующих задач:

- провести анализ литературы по теме исследования;

- выделить антоцианы из частей различных видов растений;

- сравнить свойства антоцианов при действии кислот и щелочей;

- изучить, какие функции выполняют антоцианы в растениях и организме человека;

- познакомиться с областями применения антоцианов;

- приготовить индикаторную бумагу из вытяжки растворов антоцианов и проверить её универсальность;

- приготовить акварельные краски на основе вытяжки растворов антоцианов и использовать их для рисования, проверяя стойкость.

Сроки проведения исследования. Ознакомительное изучение раннецветущей растительности проводилось весной 2021 года в лесном урочище Мелкое МО Волчье-Дубравское Тепло-Огаревского района. Затем, в течение осени и декабря 2021 года, выполнялся лабораторный анализ, обобщение результатов лабораторных исследований, подготовка и оформление проекта.

Методы исследования

Настоящая учебно-исследовательская работавыполнялась в соответствии с методами, использующимися в практике школьников при изучении химических веществ.

Растирание органов растенийпестиком в ступке, с использованием песка, для получения однородной массы.

Растворение. Метод разделения смесей, основанный на различиях относительной растворимости веществ в используемом растворителе (вода).

Отстаивание.Разделение неоднородной смеси двух нерастворимых веществ, обладающих различной плотностью.

Фильтрование. Очистка жидкости от нерастворимых в ней веществ с использованием пористой бумаги. Жидкость просачивается через бумагу, а частички нерастворимых примесей задерживаются на ней.Отделение раствора пигментов от оболочек растительных клеток и песка с использованием стеклянной воронки, стакана, палочки и бумажного фильтра [9] (см. приложение 1 на с.18)

РЕЗЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Общая характеристика антоцианов.

Красный, розовый, синий, фиолетовый. Как это не удивительно, но эти цвета определяет одна группа пигментов – антоцианы (от греч. «антос» - цветок, «цианос» - голубой), впервые выделенные из цветков василька синего Centauréa cyánus L.

Антоцианы хорошо растворимы в воде. Содержатся в клеточном соке вакуолей, значительно реже – в клеточных оболочках. Могут существовать в различных формах. При действии минеральных и органических кислот образуют соли красного, при действии щелочей – синего цвета. На цвет антоцианов влияет не только кислотность клеточного сока, но и способность этих пигментов образовывать сложные соединения с металлами [6].

Поскольку в клетках содержится обычно несколько различных антоцианов (в ягодах темноокрашенного винограда их найдено 11), а химический состав растений изменяется с возрастом, то окраска даже кратковременно живущих венчиков может изменяться на протяжении дня. Так, у чины весенней они сначала красные, затем зеленовато-синие [2].

Ярко-красные розы, голубоватые васильки, фиолетовые анютины глазки содержат растворенные в клеточном соке антоцианы. Яблоки, вишни, виноград, черника, голубика своим цветом обязаны антоцианам. Клеточный сок листьев и стеблей гречихи, краснокочанной капусты, листьев и корнеплодов столовой свеклы, молодая красная кора эвкалипта, красные осенние листья также содержат антоцианы. Больше всего антоцианов накапливают растения в местах с суровыми климатическими условиями, а также ранневесенняя флора. Антоцианы поглощают свет в ультрафиолетовой и зеленой областях спектра. Поглощенная энергия частично превращается в тепло, повышая на 1-4⁰С температуру листьев, пестиков, тычинок. Это создает более благоприятные условия, как для фотосинтеза, так и для оплодотворения и прорастания пыльцы в условиях пониженных температур. Несомненно, яркая окраска цветков и плодов играет большую роль в привлечении насекомых-опылителей и в распространении плодов. Интересно, что «антоциановые» растения обладают повышенной стойкостью к загрязнению воздуха кислыми газами промышленных предприятий [4].

Поступая в организм человека с фруктами и овощами, антоцианы проявляют действие, сходное с действие витамина Р: они поддерживают нормальное состояние кровяного давления и сосудов, предупреждая внутренние кровоизлияния. Образуя комплексы с радиоактивными элементами, антоцианы способствуют быстрому выведению их из организма. Кроме того, эти пигменты способны улучшать зрение [2].

Используя свойство антоцианов изменять цвет в зависимости от реакции среды, мы провели ряд интересных опытов.

Выделение антоцианов.

Для опыта использовали листья краснокочанной капусты, листья тигровой бегонии, лепестки красной розы, темно-синие оболочки плодов винограда, ягоды клюквы, сок корнеплода столовой свеклы, содержащие антоцианы, 2 стаканчика, капельную пластинку, пипетки, 0,025-процентную лимонную кислоту, 9-процентную питьевую соду, универсальную индикаторную бумагу.

Для получения антоциановой вытяжки, части растений измельчали в ступке, с небольшим количеством песка и добавлением 5 мл воды. Отфильтровывали. Цвет раствора убеждал в том, что антоцианы – водорастворимые пигменты (фото приложения 1 на с.18).

Изменение цвета под действием кислот и щелочей.

В чистую капельную пластинку с помощью капиллярной пипетки отмерили 0, 25 мл (5 капель) вытяжки пигментов, добавили каплю кислоты (0,025-процентной лимонной). Если полученная вытяжка антоцианов имела первоначально буроватую окраску, то после добавления кислоты она принимала красный или розово-красный цвет.

К окрасившемуся в розовый цвет раствору добавляли по каплям разбавленную щелочь (9-процентный раствор питьевой соды). Розовая окраска исчезала.

Контролируя, с помощью универсальной индикаторной бумаги изменения рН раствора, происходящее в результате постепенного добавления кислоты или щелочи, установили точную зависимость цвета антоцианов от кислотности среды. У краснокочанной капусты исходная вытяжка имеет красно-фиолетовый цвет. В сильнокислой среде (рН 2-3) она приобретает красный, а при рН 4-5 – розовый цвет. В результате нейтрализации розово-красный цвет изменяется сначала на синий, затем на зеленый (рН 8), желто-зеленый (рН 9-10).

К зеленоватому раствору добавили ещё несколько капель кислоты. Наблюдали повторное появление красного окрашивания. Повторяли весь цикл изменения окраски антоциановых растворов под действием кислот и щелочей несколько раз.

Вытяжка пигментов из листьев тигровой бегонии при добавлении щелочи окрашивалась в зеленый цвет. Только у краснокочанной капусты раствор антоциана приобретает под действием щелочи устойчивую сине-фиолетовую окраску (таблица приложения 3 на с.20).

Приготовление индикаторной бумаги из растворов антоцианов

Антоцианы растений относятся к группе индикаторов– веществ, изменяющих свою окраску в зависимости от реакции среды [2]. Поэтому вытяжку из окрашенных в красный и синий цвет органов использовали для приготовления индикаторной бумаги. Чтобы приготовить индикатор на щелочь, (красную индикаторную бумагу) вытяжку, полученную из красных лепестков розы подкислили 2 каплями лимонной кислоты до появления четкой розовой окраски. Полоску фильтровальной бумаги пропитали раствором антоциана и высушили на стекле. Индикаторная бумага готова.

Индикаторную бумагу на кислоты приготовили, пропитывая полоски фильтровальной бумаги зеленым раствором антоцианов.

Проверили эффективность приготовленной индикаторной бумаги, нанося на неё по капле кислоты и щелочи. Индикаторные свойства антоцианов сходны с лакмусом: область перехода окраски лежит в интервале рН 3-12. Индикаторные свойства окрашенных вытяжек, полученных из разных растений, оказались различны, потому, что в разных растениях содержится несколько антоцианов, которые различаются по строению и способности к поглощению отдельных участков спектра (фото приложения 2 на с.18).

Акварельные краски из антоцианов

Для получения акварельных красок использовали вытяжку антоцианов, полученных из окрашенных частей различных видов растений. С помощью нескольких капель 0,025-процентной лимонной кислоты и 9-процетного раствора питьевой соды придали растворам более яркий оттенок. Для повышения вязкости добавляли 4-процетный глицерин.

Испытывали на стойкость полученные краски. В течение 3 недель яркость цвета красок не изменилась. Получившиеся акварельные рисунки в приложении (фото приложения 4 на с. 21).

Применение антоцианов.

Человек, изучив свойства пигментов, нашел им должное применение. Антоцианы используются для окрашивания сортов декоративных растений и сельскохозяйственных культур – голубая роза, фиолетовые - картофель, капуста, перец, морковь.

При искусственном выращивании в лабораторных условиях растительных тканей, добавление антоцианов в питательную среду заметно усиливают деление клеток.

От достаточного накопления пигментов к осени зависит степень готовности растений к зиме, к перенесению неблагоприятных условий.

Антоцианы используются в качестве индикаторов.

В организме человека, пигменты способствуют уменьшению ломкости капилляров, улучшают состояние соединительных тканей, помогают предотвратить и лечить катаракту.

Из цветов мальвы, красной розы и мака, выделенные антоцианы используют для подкрашивания пищевых продуктов, напитков, конфет, кондитерских изделий [11].

Обобщение и анализ результатов исследования

В ходе проведения работы было исследовано 6 растительных организмов, произрастающих на территории Тепло-Огаревского района и купленных в торговой сети. Части растений исследовались на содержание в них пигментов – антоцианов.

Представление о количественном содержании антоцианов в частях растительных организмов можно получить при анализе данных таблицы и фото приложений (см. приложения):

- таблица реакции вытяжки антоцианов, выделенных из различных частей растений на среды: нейтральная, кислая и щелочная;

- индикаторы, полученные из вытяжки растворов свеклы, роз, винограда, клюквы.

В ходе исследований установлено, что окраска вытяжек, полученных из частей разных растений, отличается оттенками от бурового, синего до розового, что говорит о разном количестве антоцианов, содержащихся в растениях и присутствии других пигментов. Наибольшее количество атноцианов содержалось в лепестках красной розы и оболочек ягод винограда, придавая растительной палитре яркость. Именно вытяжку из этих растений использовали для приготовления акварельных красок и полосок индикатора.

ВЫВОДЫ

Суммируя результаты проведенных исследований, можно сделать следующие выводы:

Степень изученности пигментов – антоцианов достаточно хорошая, о чем свидетельствует широкий выбор литературы по данному запросу;

Антоцианы хорошо выделяются из частей различных видов растений, что говорит об их хорошей растворимости в воде;

Окраска вытяжки антоцианов, выделенных из частей разных растений колеблется от бурой до розовой т.к. в разных растениях может содержаться разное количество пигментов;

Антоцианы присутствуют в краснокачанной капусте, лепестках роз, корнеплоде столовой свеклы, оболочках ягод темного винограда, ягодах клюквы, о чём свидетельствует изменение окраски вытяжки при воздействии на неё растворов кислот и оснований;

Антоцианы важны для растительных организмов, привлекая насекомых-опылителей, в распространении плодов, защите при неблагоприятных условиях;

Антоцианы используются человеком в качестве красителей, лекарств, индикаторов;

Антоцианы - универсальные индикаторы;

Акварельные краски, приготовленные на основе вытяжки растворов антоцианов, показали свою пригодность, яркость и стойкость.

Заключение

Антоцианы широко расселились в растительном мире, создав в природе своеобразную гармонию красок, без них трудно даже представить себе мир растений [2].

В ходе выполнения работы я познакомилась с понятиями: пигмент, индикатор, универсальный индикатор, реакция среды, кислота, щелочь. Научилась пользоваться химическим оборудованием, проводить простые эксперименты. Узнала, что антоцианы играют огромную роль в жизни не только растений и животных, но и нашли широкое применение в жизни человека.

На основе собранных данных и приобретенных умений, я могу поделиться своим небольшим опытом с обучающихся начальной школы, проводя занимательные эксперименты с антоцианами.

Всякое познание начинается с любознательности – это я уже точно знаю! Интересоваться, добыть факты, экспериментировать – это то, без чего предположение так и не станет истинным знанием.

Поэтому любите мир вокруг нас. И тогда, он откроет все свои тайны.

Списокиспользованнойлитературы

Алюшин А. И. Растения Тульского края (2-е изд.) – Тула: Приок. Кн. Изд-во , 1982, С. 144

Батурицкая Н. В., Фенчук Т. Д. Удивительные опыты с растениями : Кн. для учащихся.- Мн.: Нар. асвета, 1991.-208.: ил. С. 7-32.

Губанов И.А. и др. Определитель высших растений средней полосы европейской части СССР: Пособие для учителей / И. А. Губанов, В. С. Новиков, В. Н. Тихомиров. — М.: Просвещение, 1981. — С. 199, 201-202

Карабанов И. А. Флавоноиды в мире растений.-Мн., 1981.- С.80

Красильникова А.А., Алексеева О.А., Жмурко В.В. Биохимия растений:- Ростов-на-Дону, изд-во: Торсинг, 2004, С.224

Лебедева Т. С., Сытник К. М. Пигменты растительного мира. – Киев., 1986.- С.87

Некипелов А. Д. и др. Новая Российская Энциклопедия, т. 1. — М.: Энциклопедия, 2003. — С.969

Руднянская Е.И. Пыльценосы семейства астровых // Пчеловодство : журнал. — 1981. — № 4. — С. 26-27.

Химия. 8 класс : учеб. для общеобразоват. учреждений / В. В. Еремин, Н. Е. Кузменко, А. А. Дроздов, В. В. Лунин ; под ред. проф. Н. Е. Кузменко и акад. РАН В. В. Лунина. – М.: Дрофа, 2012. – 268, [4] с. : ил. – С.14-17

https://econet.ru/articles/68842-medunitsa-ot-rozovogo-do-sinego Медуница: от розового до синего

http://studbooks.net/2486717/meditsina/fiziko_himicheskie_svoystva_antotsianov_primenenie - Физико-химические свойства антоцианов, применение

ПРИЛОЖЕНИЯ

(фото, таблица)

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ИНДИКАТОРЫ

фильтровальная бумага, смоченная в вытяжке антоцианов

свеклы розы м. винограда клюквы розы к.

д ействие щелочи на индикатор, изменение окраски в пределах - рН 7-9

действие кислоты на индикатор, изменение окраски в пределах - рН 1

шкала универсального идикатора

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Акварельные рисунки

СИРЕНЬ

вытяжка антоцианов оболочек темного винограда

вытяжка антоцианов оболочек темного винограда

вытяжка антоцианов лепестков красной розы