XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Желтые, красные листья по ветру вьются, летят

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Попов Н.Е. 1

---

1МБОУ "Гимназия №11 г. Ельца"

Киндякова И.А. 1Дронов И.Ю. 1

---

1МБОУ "Гимназия №11 г. Ельца"

Работа в формате PDF

1.4 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Осенним теплым солнечным днем я с родителями прогуливался по лесу. Мы наслаждались красотой природы, рассматривали все вокруг себя, разные деревья и кустарники, под ногами шуршали опавшие листья. Я собирал из них букеты, подкидывал вверх и вдруг обратил внимание, что листья разного цвета, а не одного.

Мне стало интересно, почему летом вся растительность зеленая, а осенью - нет. Так, например, на березе они только желтые, рябине – красные, сирени – зеленые, а клене – разноцветные. Я предположил, что это связано с похолоданием, дождями, но почему они тогда, допустим, не только золотистые? Мы с родителями рассуждали на эту тему, но нам так и не удалось найти ответ. Именно это и послужило поводом провести мою исследовательскую работу на тему: «Желтые, красные листья по ветру вьются, летят»

Цель работы: изучить факторы, влияющие на изменение окраски листьев.

Достижение поставленной цели возможно при решении следующих задач:

1. Изучить литературу;

2. Рассмотреть строение растительной клетки;

3. Экспериментально выделить пигменты осенних листьев и  изучить их свойства.

Объект исследования: явление листопада

Предмет исследования: изменениеокраски листьев осенью

Гипотеза: Если растение хочет сбросить листья, то они меняют свой цвет.

Методы:

- сбор информации из разных источников;

- наблюдение.

- проведение опытов;

- анализ и сравнение результатов.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Что такое листопад?

Листопад – это явление природы, при котором наблюдается отделение листвы от ветвей древесных и кустарниковых видов, вызванное сезонными климатическими изменениями (осенним похолоданием, летними засухами), особенностями развития растения, поражением вредителями или инфекцией, воздействием химикатов, снижением питательности грунта.

Механизм листопада сложный, состоит из нескольких этапов, начинается задолго до того, как с ветки упадет первый лист.

Древесные и кустарниковые виды начинают подготовку к зиме уже в августе. Схема листопада следующая:

- в основании листа образуется пробковая перегородка, разрывающая соединение между листовой пластиной и побегом;

- перегородка постепенно расширяется;

- некоторое время лист держится при помощи водоносных капилляров;

- лист срывается под воздействием ветра, падает на землю.

Явление характерно для всех растений, даже для тех, что произрастают в тропических областях и называются вечнозелеными. У вечнозеленых видов листья опадают поочередно, сразу заменяются новыми, поэтому процесс визуально незаметен. Листопадные виды теряют листву разом в определенный сезон. В тропиках растения остаются без зеленого покрова всего несколько суток или не остаются вообще, а в умеренных широтах деревья стоят голыми 7 – 9 месяцев.

Каковы причины листопада? Что заставляет наши лиственные деревья и кустарники ежегодно сбрасывать свою листву с тем, чтобы вновь одеться ею по окончании суровой зимы? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо прежде всего выяснить, представляет ли собой листопад биологическое явление, обусловленное жизнедеятельностью растения, или же он вызван падением температуры и наступлением осеннего ненастья.

Если мы летом или — еще лучше — с весны пересадим в горшок с землей какое-нибудь молодое деревцо, например, дубок или клен, и поставим его в комнату или в оранжерею, осенью он неизбежно сбросит свои листья, несмотря на самый лучший уход. В комнату или за стекло оранжереи не проникает осеннее ненастье, здесь не бывает заморозков, тем не менее, листопад и здесь будет проявляться с достаточной правильностью. Это указывает нам на то, что осеннее сбрасывание листьев не является прямым следствием наступивших неблагоприятных условий. Оно вместе с зимним периодом покоя входит в самый цикл развития растения.

Листопад является приспособлением растений к условиям зимы — не только холодного, но и сухого времени года. Если бы наши лиственные деревья остались на зиму в своем зеленом уборе, они неизбежно погибли бы в результате недостатка влаги, так как испарение воды их листьями не прекращалось бы, а поступление воды в растение почти полностью могло остановиться. Во многих тропических и субтропических странах, где температура в течение круглого года достаточно высока, но влажность подвержена сильным колебаниям, ежегодно при наступлении засухи деревья сбрасывают листву. Taк обнажаются на несколько месяцев деревья африканских саванн, травы которых также выжигаются солнцем, пока обильные дожди снова не возродят к жизни растительность саванн.

Вот так описаны причины листопада в книге Граубина Георгия Рудольфович «Почему осенью листопад?»: «Хотя наши лиственные деревья живут десятки, нередко и сотни лет, листья у них "работают" всего один сезон. И за это время все равно быстро изнашиваются. Ведь "работа" у листьев очень напряженная. В зеленом листе вся нижняя поверхность, покрытая прозрачной кожицей, усеяна мелкими отверстиями - устьицами. Под влиянием окружающей температуры и влажности воздуха они то открываются, то закрываются. Как форточки в домах. Вода, которую всасывает из почвы корень, поднимается по стволу к веткам и листьям. Когда форточки-устьица открыты - из листьев испаряется влага, и новые порции воды подтягиваются через ствол в крону. Солнце нагревает листья, а испарение - охлаждает их, не дает перегреться. Приложите листик к щеке - он холодит. Сорванный с дерева зеленый листик быстро засыхает. А на дереве листья сочные, свежие - клетки живого листа всегда наполнены водой. Деревьям нужно очень много воды. За лето большая береза, например, испаряет около 7 тонн воды. Зимой столько влаги из почвы не получишь. Зима для деревьев не только холодное, но и, главное, сухое время года. Теряя листья, деревья защищаются от "зимней засухи". Нет у дерева листьев - нет и такого обильного испарения воды. Кроме того, нужен листопад деревьям и в лечебных целях. Вместе с водой дерево втягивает из почвы различные минеральные соли, но использует их не полностью. Излишки накапливаются в листьях. Если бы листья не опадали, дерево могло бы само себя отравить. В городах воздух сильно загрязняют дымящие трубы фабрик и заводов. Мельчайшие частички сажи оседают на листья, забивают устьица. Испарение замедляется. Поэтому в городах некоторым деревьям приходится менять листву дважды за год. А известен случай, когда тополь сменил ее пять раз! Есть и третья причина для листопада: защитить тонкие хрупкие ветки дерева от тяжести выпавшего снега. Однажды я видел такое печальное зрелище. Снег выпал, а деревья еще не сбросили листву. И все березы, стоявшие вдоль дороги, согнулись в дугу. »

Строение растительной клетки.

В природе существуют как одноклеточные растения, так и многоклеточные. Например, в водной среде можно встретить одноклеточные водоросли, клетки которых имеют все функции, присущие живому организму.

Многоклеточная особь – это не просто набор клеток, а единый организм, состоящий из различных тканей и органов, которые взаимодействуют между собой.

Строение растительной клетки у всех растений схоже, их клетки состоят из одних и тех же компонентов.

Рассмотрим состав растительной клетки:

- оболочка (включает в себя цитоплазматическую мембрану и клеточную стенку из целлюлозы);

- цитоплазматическая мембрана (тонопласт)- это тоненькая плёнка, отделяющая оболочку от цитоплазмы, которая отвечает за обмен веществ с окружающей средой.;

- клеточная стенка достаточно прочная, так как в её состав входит целлюлоза. Поэтому функциями стенки является защита и поддержание формы;

В отличие от животной растительная клетка имеет особую целлюлозную оболочку, вакуоли с клеточным соком и пластиды.

- Самой значительной частью в организме является ядро состоящие из ядерной оболочки, ядерного сока, ядрышка, хроматина, которое отвечает за все происходящие процессы. Оно содержит наследственную информацию, которая передаётся из поколения в поколение.

- бесцветное вязкое вещество, которое наполняет клетку, называется цитоплазмой. Именно в ней находятся все органоиды;

- важными составными компонентами являются пластиды.

Они могут быть цветными или бесцветными. Так, например, хлоропласты имеют зелёный цвет, именно в них происходит процесс фотосинтеза;

- внутренняя полость, заполненная соком, называется вакуолью. Размер её зависит от возраста организма: чем он старше, тем больше вакуоль. В состав сока входит водный раствор минеральных солей и органических веществ. Он содержит различные сахара, ферменты, минеральные кислоты и соли, белки и пигменты;

- митохондрии способны передвигаться вместе с цитоплазмой, как и пластиды. Именно здесь происходит процесс дыхания и образования АТФ;

- аппарат Гольджи может иметь различные формы (диски, палочки, зёрнышки). Его роль – накопление и выведение различных веществ;

- рибосомы синтезируют белок. Находятся они в цитоплазме, внутри митохондрий и пластид.

1.3 Хлоропласты.

Хлоропласты (греч. «хлоро» — зеленый, «пластос» — вылепленный) – это пластиды, которые содержатся в растительных клетках.

Пластидами называют мембранные органоиды растительных клеток, в которых осуществляется синтез различных веществ. Хлоропласты имеют зеленый цвет за счет преобладающего в них пигмента хлорофилла. Основная их функция — фотосинтез - синтез глюкозы из углекислого газа и воды за счет солнечной энергии. В качестве побочного продукта фотосинтеза выделяется кислород. Однако процесс этот сложный и многоступенчатый, при котором синтезируются и побочные продукты, использующиеся как в самом хлоропласте, так и в остальных частях клетки.

В частности именно хлоропласты в процессе фотосинтеза выделяют зеленый пигмент хлорофилл, благодаря которому листья деревьев приобретают зеленый цвет.

Количество хлоропластов в растительной клетке может быть разным, у некоторых водорослей в клетке содержится лишь один большой хлоропласт, часто причудливой формы, в то время как в клетках некоторых высших растений находится множество хлоропластов. Особенно их много в тканях листьев, там одна клетка может иметь в себе до сотни хлоропластов. Хлоропласты в клетке всегда тянутся на свет.

1.4. Пигменты листопада

Растительные пигменты – это определенные участки органических молекул, называемые хромофорами.

В растительных клетках чаще всего встречаются:

зеленые пигменты- хлорофиллы

оранжевые, желто-оранжевые - каротиноиды

салатовые, либо насыщенно-желтые- ксантофиллы

ликопин – розово-красный

фиолетовые, пурпурные, синие- антоцианы

желтые, красные, оранжевые, и другие цвета- флавоноиды

Осенью листья начинают постепенно желтеть, потому что из-за укорочения светового дня и наступления холодов в хлоропластах происходит разрушение хлорофилла и накопление цветных пигментов. Хлоропласты клеток листьев превращаются в лейкопласты – пластиды, полностью заполненные цветными пигментами, и почти не содержащие хлорофилла. Индивидуальный состав пигментов клетки придает окраску как ей самой, так и листу соответствующего растения.

При этом сохраняются вещества (пигменты), окрашивающие растение в красные и жёлтые цвета.

В клетках растений, особенно в листьях, имеются следующие пластиды: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты. Они отличаются друг от друга пигментом, придающим цвет, и выполняемой функцией.

В хлоропластах зеленых листьев всегда присутствуют 2 группы пигментов: зеленые хлорофиллы и желто-оранжевые каротиноиды. Каротиноиды маскируются хлорофиллом, по­этому в зеленых листьях не заметны. В отли­чие от хлорофиллов, каротиноиды более устойчивы, осенью распад их идет гораздо мед­леннее, а у некоторых видов количество их да­же возрастает.

Перед листопадом хлорофилл разрушается, а каротиноиды становятся видимыми. Они придают желтую, оранжевую и красную окраску

ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Сбор осенних листьев.

Для эксперимента мы взяли листья с 4 деревьев: берёзы, рябины, сирени и клена.

2.2. Приготовление вытяжки из листьев и ее фильтрование.

Для этого каждый вид листьев измельчили в ступке и залили спиртом.

Затем мы профильтровали экстракты листьев. Сначала через марлю, а потом через фильтровальную бумагу.

Хромотография.

Слово «хроматография» образовано из двух греческих корней: «хроматос» — цвет, окраска и «графия» — запись.

Х ромотография - это химический метод разделения смеси веществ путем распределения их между двумя несмешивающимися фазами. Для п роведения мы приготовили 4 прямоугольника фильтровальной бумаги (твердая фаза, неподвижна) и помещали их в кюветы с вытяжками из листьев (жидкая фаза, подвижная). Постепенно окрашенная смесь разных веществ разделяется на фракции (составные части, каждая из которых содержит свои молекулы). В конечном итоге, каждый пигмент занимает свою зону на фильтровальной бумаге – образуются полосы.

Вывод: преобладающий пигмент отчетливо проступает на фильтровальной бумаге в виде широкой цветной полосы.

Спектрофотометрия.

Спектрофотометрия- физико-химический метод исследования растворов, основанный на изучении поглощения и пропускания света различными веществами в разных диапазонах длин волн. Нами использовался спектрофотометр с максимумом чувствительности в красной области спектра (650 нм).

Вытяжки из листьев мы поместили в специальные кюветы - оптически прозрачные ячейки, а кювету - в рабочий разъем спектрофотометра.

Специальная программа позволяет выстраивать график, на котором показатель «2» – оптическая плотность абсолютно темного тела, а «0» – плотность воздуха.

На графике видна оптическая плотность в зависимости от разбавления экстракта листьев. Каждый порог на графике – это разбавление раствора в 2 раза. Экстракт листьев тем быстрее разбавляется до нулевой оптической плотности, чем меньше в нем концентрация всех пигментов.

Всякий раз после измерения поглощения света измеряли стандартное время – 15 секунд. Количество разбавлений экстракта фиксировали отдельно.

Вывод: наибольшая концентрация растворимого пигмента выявлено в березе, а наибольшая концентрация нерастворимого пигмента в сирени.

Испарительный тест.

С целью выявить преобладающий пигмент, мы провели процесс выпаривания. В термически прочные стаканы мы поместили круги фильтровальной бумаги и налили экстракт вытяжки листьев. Затем, стакан мы поставили на кольцо на штативе, и на сухом топливе выпаривали раствор. Фильтровальная бумага впитала в себя пигмент.

Вывод: окраска листа соответствует преобладающему пигменту.

2.6 Сводная таблица результатов.

Результаты своих наблюдений мы поместили в таблице.

Вывод: превалирующий пигмент обеспечивает окраску листьев в соответствующие цвета

Заключение.

Мы живём в широтах, где летящие по ветру листья в осеннюю пору являются обычным и абсолютно не вызывающим удивление явлением, мало кто задумывается о том, что процесс, который привёл к этому, довольно сложен, непрост и начинается задолго до того, как мы можем увидеть осенний листопад.

В августе кустарники и деревья начинают готовиться к сбрасыванию листвы. В этот период у основания листьев появляется перегородка (пробковый слой), клетки которого нарушают связь между листовой пластиной и стеблем, постепенно отделяют их друг от друга. Отрывается лист не сразу: некоторое время его удерживают водоносные сосуды, но стоит налететь несильному ветерку, как летящие по ветру листья за короткий период устилают земную поверхность ярким ковром.

Таким образом, листопад – это приспособление лиственных листопадных растений к наступлению неблагоприятных условий, как в умеренных широтах, так и в жарком климате.

Листопад позволяет растениям:

во-первых, замедлить испарение и экономить влагу, количество которой значительно снижается.

во – вторых, листопад вместе с опавшей листвой выводит из организма растения ненужные вещества, накопившиеся за вегетативный период.

в – третьих, сбрасывая листья, растения защищает свои ветви от механических повреждений в зимний период от массы прилипшего снега.

А еще опавшая листва защищает корни растения от сильных морозов и обогащает почву органическими веществами, повышая её плодородие. Явление природы листопад — очень мудрое решение, оно позволяет растениям набраться сил для следующего сезона.

Опытным путем мы выяснили, что окраска осенних листьев зависит от преобладающего пигмента.

В результате проведенных опытов и наблюдений, подтвердилась выдвинутая нами в начале исследования гипотеза: если растение хочет сбросить листья, то они меняют свой цвет.

Литература.

Дитрих А., Юрмин. Г., Почемучка. Детская энциклопедия./ М.: Педагогика-пресс, - 2018. – 182-184 с.

Детская энциклопедия. Лес. / - 2003 - № 8. – 24-40 с.

Граубин Г., Почему осенью листопад / М.: Малыш, - 2015. - 2-24 с.

Кожевников А. В., Весна и осень в жизни растений / М.: Владос, -2003. – 57-59 с.

Детская энциклопедия. Мир леса ./ М.: Махаон, 2019. 44-45 с.