XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке. Летняя площадка 2022

Игра цветов

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Лобас Н.М. 1

---

1Гимназия №16 г.Сочи

Танцура М.Г. 1

---

1 МДОУ д/с №67 г. Сочи

Работа в формате PDF

1.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Кто не восхищался красками цветущего луга, лесной опушки осенней листвой, даров сада и поля? Откуда у природы такая богатая палитра цветов? Всей этой красотой обязаны мы специальным красящим веществам - пигментам, которых в растительном мире известно около 2000. Цвет вещества, в том числе и пигмента, определяются его способностью к поглощению света.

Многие растительные пигменты используют в качестве красителей. Мы решили познакомиться с некоторыми из них.

Цель:

Получение растительных пигментов, изучение их свойств.

Задачи:

-выяснить, где в растениях спрятаны пигменты;

- сделать мозаику из всходов;

-получить хлорофилл-пигмент зеленого цвета;

-получить антоциан - пигмент синего цвета;

- получение каротиноидов - пигментов желтого и оранжевого цвета;

- получение бетулина – пигмента белого цвета;

- получение антофеина – пигмента коричневого цвета.

Гипотеза: предположим, что нам удастся получить все обозначенные пигменты.

Растительные пигменты.

Игра цветов.

Электромагнитные волны с длиной волны 400—700 нм составляют видимую часть солнечного излучения. В этой части спектра выделяются отдельные участки: с длиной волны 400—424 нм — фиолетовый цвет, 424—491

нм — синий, 491—550 нм — зеленый, 550—585 нм — желтый, 585—647 нм — оранжевый, 647—740 нм —красный. Излучение с длиной волны меньше 400 нм — ультрафиолетовая, а с длиной волны более 740 нм — инфракрасная область спектра. 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. Каждая из этих групп представлена

несколькими отличающимися по химическому строению, а следовательно, по поглощению света и окраске пигментами. 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: ее толщины, количества межклетников, плотности находящегося на поверхности клеток воскового налета, химического состава клетки, особенно вакуолей. Правда, не всегда окраска обусловлена избирательным поглощением света. Так, «металлический» цвет листьев некоторых растений объясняется преломлением света и рассеянием его с поверхности особых «оптических» чешуек или клеток. У эписции медной сильно опушенные коричневые листья, середина которых отливает перламутром от голубоватого до медного цвета. Особенность листьев эписции в том, что под прозрачным эпидермисом находятся клетки, отражающие свет в направлении падения лучей на предмет. Это вызывает эффект, напоминающий свечение дорожного знака в темноте при освещении его фарами. Многие растительные пигменты используются в качестве красителей. Например, из корнеплодов моркови получают желтый, а из свеклы столовой — красный пищевые красители. Из листьев индигоферы красильной— синий краситель индиго, широко применяемый в текстильной промышленности, а из листьев лавсонии —хну, оранжево-красную краску, издавна используемую для окраски волос, шерстяных и шелковых тканей, пищевых продуктов. Из плодов барбариса амурского получают красный пищевой краситель, из рылец пестиков шафрана посевного — желтый. Но даже, если орган не содержит никакого' пигмента, он все равно не прозрачен, а имеет свой цвет - белый.[1]

Где в клетках растений спрятаны пигменты?

Пластиды – органы эукариотических растений и некоторых фотосинтезирующих простейших. По окраске и выполняемой функции выделяют три типа пластид:

Лейкопласты – неокрашенные пластиды, как правило, выполняют запасающую функцию. В лейкопластах клубней картофеля накапливается крахмал. Лейкопласты высших растений могут превращаться в хлоропласты или хромопласты.

Хромопласты – пластиды, окрашенные в желтый, красный или оранжевый цвет. Окраска хромопластов связана с накоплением в них каротиноидов. Хромопласты определяют окраску осенних листьев, лепестков цветов, корнеплодов, созревших плодов.

Хлоропласты – пластиды, несущие фотосинтезирующие пигменты – хлорофиллы. Имеют зеленую окраску у высших растений, харовых и зеленых водорослей. Набор пигментов, участвующих в фотосинтезе (и, соответственно, определяющих окраску хлоропласта) различен у представителей разных таксономических отделов. Хлоропласты имеют сложную внутреннюю структуру.[2] [3] [4]

II. Методика исследований.

Исследования проводились летом 2021 года. В течение этого периода мы изучали литературу, узнавали, какие пигменты могут находиться в растениях. Знакомились с ними, получали и изучали их свойства. Из семян пшеницы, ржи и свёклы нам предстояло создать мозаику из восходов. Из листьев герани получить хлорофилл. Из листьев краснокочанной капусты получить антоциан. Каротиноиды мы обнаруживали в корнеплодах моркови, бетулин добывали из березовой коры и разбирались, почему белые цветочные лепестки белые. Так же предстояло сделать надписи на листьях. Антофеин обнаруживали в чае и дубовой коре.

В основе исследований лежит методика Батурицкой Н.В., Фенчук Т.Д. «Удивительные опыты с растениями».

Методы исследований:

- теоретические

- практические (опыты и эксперименты)

-анализ полученных результатов.

Оборудование: микроскоп, фолдскоп, пробирки, пинцет, нож, воронка, фильтр.

III. Результаты исследований.

3.1.Белый цвет. Почему лепестки цветов белые?

В природе белый цвет распространен очень широко: белые цветки, белые стебли, белые пятна на листьях. Больше всего растений с белыми цветками в высокогорных и приполярных областях, где они составляют до 30—40% обитающих там видов. В средней полосе их меньше (до 25% видов) и совсем мало в пустынях и степях.

Белый красящий пигмент называется бетулином (от лат. «бетула»—береза). Накапливаясь в клетках коры молодых деревьев, бетулин окрашивает ствол березы в белый цвет. Выделить из клеток коры березы бетулин можно, хотя и не очень просто. Для этого применяют метод возгонки: мелко измельченную сухую кору помещают в колбу и медленно нагревают. При этом бетулин выделяется из клеток и оседает на стенках колбы в виде белого налета. У других растений причиной белой окраски венчиков являются обширные межклетники в сочетании с клетками, лишенными пигментов. Убедились в том, что белый цвет лепестков цветов обусловлен не наличием красящего вещества, так: лепестки поместили в шприц, и заполнили его водой. Установив шприц наконечником вверх (без иглы), задвинули поршень, чтобы вытеснить воздух. После этого закрыли пальцем отверстие наконечника и отвели поршень вниз. В результате создавшегося вакуума из воды и лепестков начнали выделяться пузырьки воздуха. Через 1—2 мин. воздух из межклетников вышел. Вновь задвинули поршень в шприц. При этом вода поступила в межклетники и лепесток стал прозрачным.[1]

3.2. Красный, розовый, синий, фиолетовый. Выделение антоцианов.

Как это ни удивительно, но эти цвета определяет одна группа пигментов — антоцианы (от греч. «антос» — цветок, «цианос» — голубой), впервые выделенные из цветков василька синего. Антоцианы хорошо растворимы в воде. Содержатся в клеточном соке (вакуолях), значительно реже — в клеточных оболочках. Могут существовать в различных формах. При действии минеральных и органических кислот образуют соли красного, при действии щелочей — синего цвета. Ярко-красные розы, голубые 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 местностях с суровыми климатическими условиями (Арктика, высокогорные луга), а также ранневесенняя флора. Антоцианы поглощают свет в ультрафиолетовой и зеленой областях спектра. Поглощенная энергия частично превращается в тепло, повышая на 1—4°С температуру листьев, пестиков, тычинок.

Для опыта взяли листья краснокочанной капусты, воду, воронку, марлю, стаканы, кастрюлю, ложку. Нарезали 100 граммов листьев капусты, положили их в кастрюлю, залили 200 г. воды, поставили на огонь, довели до кипения, через 10 минут выключили. Отфильтровали, разлили в емкости. Получился отвар темно-синего цвета. Антоцианы – водорастворимые пигменты.[1]

3.3. Надписи на лепестках.

Для надписей использовали лепестки роз, герани, листья гортензии, листья барбариса.

Надпись делали медицинской иголкой, смоченной в растворе кислоты или щелочи. Так как лепестки часто покрыты восковым налетом, малопроницаемым для водных растворов, поверхность листа слегка царапали.[1] Результаты оформили в таблицу.

Таблица 3.1

Изменение цвета частей растений от действия кислот и слабой щёлочи

Надписи, сделанные кислотой на красных лепестках стали оранжевыми, а на зеленых – коричневыми, раствор пищевой соды оставил на красных лепестках розы, фиалки и листьях барбариса синие полосы.

3.4. Мозаика из всходов.

Всходы травянистых растений, молодые, весенние листочки многих деревьев и кустарников из-за повышенного содержания антоцианов часто имеют окраску, непохожую на цвет сформированных листьев. Например, легко различимы всходы ржи и пшеницы у ржи они красноватые, у пшеницы — зеленые. В ярко-красный цвет окрашены проростки столовой свеклы. Используя эту особенность, можно получить удивительную картину.

Для опыта взяли наклюнувшиеся семена пшеницы, ржи, свеклы столовой, чашки Петри, фильтровальную бумагу. На дно чашки Петри уложили 2—3 слоя фильтровальной бумаги. На фильтровальную бумагу нанесли рисунок. Увлажнили фильтровальную бумагу и, в соответствии с рисунком, разместили набухшие семена. Для создания влажной среды, благоприятной для прорастания семян, накрыли чашку крышкой. Антоциановая окраска сильнее проявляется у растений при пониженной температуре почвы и воздуха. Поэтому после того, как семена наклюнутся, чашку перенесли в холодильник (4—10°С) до появления проростков. К сожалению, картина красива только короткое время. С появлением первых настоящих листьев она становится однотонной, зеленой.[1]

3.5. Желтый цвет.

Желтые пигменты распространены в мире растений так же широко, как и красные, но в некоторых случаях они маскируются антоцианами, хлорофиллом и поэтому менее заметны. Географическое распределение растений с желтыми цветками довольно равномерно: на их долю приходится около 30% видов, произрастающих в данной местности. Группа пигментов, способных придать клетке желтый, желто-оранжевый цвет, наиболее многочисленна: это каротиноиды, флавоны, а также флавонолы. Очень широко распространены в мире растений каротиноиды. Каротиноиды, в отличие от других желтых пигментов, в воде не растворимы. Для их извлечения применяют органические растворители. У растений каротиноиды содержатся практически во всех органах: в цветках (лепестках, завязи, тычинках), листьях, плодах и семенах. Практическое использование каротиноидов основывается на их лекарственных свойствах: они находят применение как обезболивающее средство при ожогах и обморожениях, как источник витамина А, для лечения труднозаживающих ран. Каротиноиды — прекрасные пищевые желтые красители. Выделенный из растений каротин используют для окраски конфет, масла, сыра, мороженого и других продуктов.

Натерли на терке морковь, обжарили в небольшом количестве подсолнечного масла. Получили масло, обогащенное комплексом каротиноидов. [1]

3.6. Зеленый цвет.

Зеленые стебли, позеленевшие на свету клубни картофеля, зеленые плоды и, разумеется, зеленые листья своим цветом обязаны пигменту хлорофиллу (от греч. «хлорос» — зеленоватый, «филлон» — лист). В отличие от обширных групп антоцианов, каротиноидов, флавонов и флавонолов, в клетках всех высших растений имеется только 2 формы хлорофилла— зеленый с синеватым оттенком, хлорофилл а и зеленый с желтоватым оттенком, хлорофилл б. Для листьев различного возраста, различных видов растений характерно многообразие оттенков зеленого цвета. Объясняется это тем, что в формировании окраски листа принимают участие не только хлорофилл, но и другие содержащиеся в листе пигменты: каротиноиды и антоцианы.

Для опыта взяли листья герани, 95-процентный этиловый спирт, блендер, пробирку, воронку, ножницы, фильтровальную бумагу. Получили вытяжку пигментов. К измельченным листьям добавили этиловый спирт, взболтали, дали отстояться. Отфильтровали. Получили жидкость ярко-зеленого цвета. Пигмент хлорофилл растворяется в органических растворителях. [1]

3.7. Коричневый и черный цвета.

Абсолютно черного пигмента у растений нет. Коричнево-черный пигмент антофеин также не часто встречается в мире растений: коричневые орхидеи, черные пятнышки на лепестках бобовых. Антофеин — пигмент группы меланинов. Коричневые пигменты мы получали из чая и дубовой коры. Очистили дубовые веточки от коры, поместили ее в банку и варили на водяной бане 40 мин. Остудили, отфильтровали, получили темно – коричневый раствор, обогащенный антофеинами. По такой же схеме получили антофеины из чая. [1]

Таблица 3.2

Растворимость пигментов в органических растворителях

IV. Выводы

В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

-пигменты в растительных клетках можно найти в хлоропластах, лейкопластах и хромопластах;

- бетулин можно найти в березовой коре, а белые венчики у цветов – большое количество воздуха в межклетниках;

- антоциан – водорастворимый пигмент, синего, фиолетового цветов. Он образуется при пониженной температуре и может согреть растение;

- антоциан может менять цвет от воздействия кислоты и щелочи;

- способность проростков различных растений окрашиваться в антоциановый цвет, помогла нам создать мозаику из всходов;

- каротины, флавоны и флавонолы - это пигменты желтого и оранжевого цвета, они жирорастворимые. Обладают лекарственными свойствами.

- хлорофилл – пигмент зеленого цвета. Он растворяется в органических растворителях и может светиться. Этого пигмента в мире растений больше всего.

- антофеин – пигмент черно-коричневого цвета. Он водорастворимый. Его можно получить из чая и дубовой коры.

Наша гипотеза подтвердилась. Нам удалось получить все указанные пигменты.

Литература

Батурицкая Н.В., Фенчук Т.Д. «Удивительные опыты с растениями»: Кн.для учащихся. – Мн.:Нар. Асвета,1991. -208с.:ил.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Пластиды

Оксана Мазур «Невидимый мир». Книга знаний. (RU)

Р.Г.Заяц, В.Э. Бутвиловский, В.В.Давыдов Биология для школьников, абитуриентов, студентов и слушателей вузов.-Минск: Букмастер, 2014.-256с.

Приложение