XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Загадочный хлорофилл
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1. Введение
Актуальность работы: В курсе изучения биологии в 5 классе происходит знакомство и изучение таких важнейших понятий как автотрофы, гетеротрофы, круговорот веществ в природе, потоки вещества, потоки энергии. Для более осмысленного изучения тем, было выполнено исследование по изучению свойств полученной спиртовой вытяжки хлорофилла из зеленых листьев растений.
Цель работы: приготовить спиртовую вытяжку хлорофилла из зеленых листьев комнатных растений и изучить свойства хлорофилла.
Задачи:
Изучить литературу по вопросу исследования.
Приготовить спиртовую вытяжку хлорофилла.
Методом бумажной хроматографии разделить полученный хлорофилл на компоненты.
Экспериментально изучить действие солнечного света на вытяжку хлорофилла и на хлорофилл в живом растении.
Несомненно, вопрос о способах получения и изучении свойств хлорофилла привлекает исследователей с XIX века [2,3]. Однако любой исследователь опирается на собственный интерес, любопытство и жажду познания в своей работе. Мною была выполнена не только теоретическая часть работы, но вся экспериментальная часть.
2. Основная часть
Весна во многих регионах приходит с появлением зеленой травы, нежных светло зеленых несмелых листочков. И лишь со временем цвет окружающей зелени становится более сочным, темным, можно сказать, более уверенным. Трава и листья приобретают устойчивый зеленый цвет, плавно меняющийся от весны к лету и от лета к осени. Но длится зеленое совершенство равно до уменьшения светового дня и понижения температуры окружающей среды. И тогда, как по мановению волшебной палочки, сначала несмело, а затем все уверенней меняется окраска листовых пластин! Осенью встречаются листья и желтые, и оранжевые, и красные до густо бордового цвета. Ежегодно человечество наблюдает бесконечное цикличное явление: рождение, расцвет и угасание необыкновенного вещества зеленого цвета – хлорофилла. И так происходит на планете Земля уже третий миллиард лет!
Как экспериментально обнаружил величайший русский естествоиспытатель К. А. Тимирязев, большой специалист в области биохимии растений и крупный исследователь процесса фотосинтеза, интенсивность фотосинтеза напрямую связана со спектром поглощения хлорофилл и что эта светоулавливающая функция хлорофилла имеет эволюционное развитие. Климент Аркадьевич Тимирязев обобщил свои многолетние труды в лекции «Космическая роль растений», прочитанной в Лондонском королевском обществе (1903 г.) при вручении ему престижнейшей награды в области биологии. «Растения играют жизнеопределяющую роль на земле…. Они дают пищу всему живому» - именно так понимается космическая роль растений [1,4]. На рисунке 1 показан процесс фотосинтеза. Листовая пластина получает энергию солнечных лучей и в присутствии углекислого газа и воды происходит образование органического вещества – глюкозы из неорганических. Далее, глюкоза разлагается на кислород и воду. Процесс расщепления глюкозы сопровождается выделением энергии. Растения – автотрофы, потому что, благодаря хлорофиллу, способны превращать из неорганических веществ в органические (продуценты). Животные, в отличие, от растений, автотрофами не являются, поэтому для поступления энергии в организм они питаются или растениями (консументы первого порядка), питаясь биомассой продуцентов, или животными (консументы второго порядка), будучи хищниками.
Рис.1. Процесс фотосинтеза
В 1818 году французские ученые Пелетье и Кавенту выделили из листьев зеленое вещество и назвали его хлорофиллом от греческих слов: «хлорос» - зеленый и «филлон» - лист [2]. Хлорофилл – это пигмент зеленого цвета, который обеспечивает питание растений, перерабатывая углекислый газ. Этот процесс называется фотосинтез (рис. 1 Процесс фотосинтеза). Если в листе много хлорофилла, то оттенки листьев растений темно-зеленые. Если же меньше хлорофилла, то лист приобретает более светлый, салатный оттенок. Осенью происходит разрушение хлорофилла, и каротиноиды оказываются незамаскированными: листья желтеют. В растении хлорофилл находится в хлоропластах (рис.2 Строение хлоропластов). Хлоропласты – это особые пластиды растительных клеток, в которых происходит фотосинтез. Фотосинтез важен для человека, потому что через него производится пища и кислород. Кроме того, он прямо или косвенно кормит почти весь живой мир на планете.
рис.2. Строение хлоропластов
В настоящее время известно около 10 видов хлорофиллов. Они отличаются по химическому строению, окраске, распространению среди живых организмов. Хлорофиллы выполняют функции поглощения, преобразования и транспорта энергии света, Лучше всего хлорофиллы поглощают свет в синей и красной областях спектра. Зеленую область спектра хлорофиллы эффективно отражают, что придает растению зеленый цвет.
2.1 Получение хлорофилла.
Известно, что хлорофилл представляет собой зеленый природный краситель. Он не относится к водорастворимым веществам, поэтому я выделяла хлорофилл следующим методом: надо взять мясистые хорошо окрашенные зеленым цветом листья комнатного растения, в моем случае это был эухарис (фото 1).
Фото 1. Эухарис Фото 2. Нарезанные листья эухариса.
Далее, нужно разрезать листья на мелкие кусочки (фото 2) и размять в ступке пестиком. Затем, в ступку с листьями мы добавляем спирт, потому что хлорофилл экстрагируется спиртом из листовых пластин растения, и продолжаем перетирать. Должна получится кашеобразная консистенция. Заливаем еще спиртом, даем смеси постоять некоторое время, а затем отделяем окрашенный в зеленый цвет раствор от обесцвеченных листьев методом фильтрации (фото 3). Получившийся фильтрат (фото 4) используем для дальнейшего исследования.
Фото 3. Фильтрация хлорофилла Фото 4. Экстрагированный хлорофилл.
В результате этих действий мы получаем экастракт хлорофилла.
2.2 Изучение воздействия света на хлорофилл.
2.2.1 Действие света на экстракт хлорофилла.
Для изучения действия света на полученный хлорофилл берем две ёмкости (пронумерованные плоскодонные колбы) и наливает одинаковый объём жидкости (фото 5.). Колбу №3 мы ставим в темное местно,а колбу № 5 мы оставляем на свету.
фото 5. Пронумерованные колбы со спиртовыми растворами хлорофилла.
Спустя несколько дней мы увидели,что у хлорофилла колбы №3 остался прежний цвет,а у хлорофилла колбы №5 цвет стал значительно светлее.
Поставленный мною эксперимент доказывает, что экстрагированный хлорофилл разрушается под действием солнечного цвета.
2.2.2 Действие солнечного света на хлорофилл живого растения
Известно, что на живое растение солнечный свет оказывает противоположное действие: если поместить живое растение в изолированное от солнечного света место, а контрольное растение оставить на свету, то вырабатывется хлорофилл в листе только освещенного растения. В темноте хлорофилл не вырабатывается, и листовая пластина желтеет. Подобное разложение хлорофилла в темноте можно наблюдать и осенью, когда значительно сокращается длина светового дня.
Сравнительный анализ двух опытов доказывает, что в живом растении для выработки хлорофилла необходим солнечный свет, в то время, как на вытяжку хлорофилла солнечный свет действует разрушительно.
2.3 Разделение хлорофилла методом бумажной хроматографии
В 1900-х годах два химика Михаил Цвет и Рихард Вильштеттер независимо друг от друга установили, что выделяемый из растений хлорофилл состоит из нескольких компонентов [5]. С помощью бумажной хроматографии я попыталась разделить полученный хлорофилл на составляющие компоненты. Метод разделения заключается в следующем: в чашку Петри наливаем органический растворитель – гексан. Сверху кладем бумажный фильтр немного большего диаметра, чем чашка Петри. На фильтре вырезается сегмент, внешння часть которого складывается и опускается в расвор гексана. Органическое вещество начинает пропитывать фильтр и пониматься к центру. С помощью пипетки наносим две капли хлорофилла в центр фильтра. Пропитываясь растворителем, пятно хлорофилла начинает «двигаться» вместе с раствортелем, разделяясь на отдельные компоненты. На фото 6 представлена хроматограмма разделения хлорофилла на отдельные составляющие. Желтое внешне кольцо соответствует ксантофилу. Ближе к центру бумажного фильтра, кольцо салатного цвета – хлорофилл а, более четко очерченное кольцо – хлорофилл б. Синяя стрелка на вырезанном сегменте бумажного фильтра показывает направление движения растворителя.
фото 6. Хроматограмма хлорофилла
Полученная хроматограмма доказывает, что выделенный хлорофилл – смесь веществ.
3. Заключение
В результате выполненной работы я изучила теоретические материалы по теме и выполнила несколько экспериментов. Я узнала, что хлорофилл – спирторастворимое вещество. В живых растениях хлорофилл вырабатывается только на свету. Именно хлорофилл – активный участник процесса фотосинтеза. А растения играют жизнеопределяющую роль,как сказал К.А. Тимирязев.
Выводы:
Была получена спиртовая вытяжка хлорофилла из листев растений.
Экспериментально доказано, что вырабатывается хлорофилл в растениях только под воздействием света.
Выделенный хлорофилл легко разлагается на свету.
Методом бумажной хроматографии удалось разделить хлорофилл на составляющие.
Список использованных источников и литературы
1. Интернет источник: https://profil.mos.ru/kur/proekty/2019-07-11-10-00-33.html
Интернет источник https://cyberpedia.su/6x9156.html
Pelletier and Caventou (1817) «Notice sur la matière verte des feuilles» («Замечания о зелёном материале листьев»), Journal de Pharmacie, 3 : 486—491.
К. А. Тимирязев. Избранные сочинения в 4-х томах.
ОГИЗ – СЕЛЬХОЗГИЗ, М., 1948 г.
Солнце, жизнь и 10хлорофилл. Публичные лекции, речи и научные исследования.
OCR Biografia.Ru
5. M. Tswett (1906) Physikalisch-chemische Studien über das Chlorophyll. Die Adsorptionen. (Физико-химические исследования хлорофилла. Адсорбция.) Ber. Dtsch. Botan. Ges. 24, 316—323