XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Волшебные мгновения
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
В прошлом году я увлекся исследовательской деятельностью, когда изучал действие красителей на изменение окраски лепестков хризантемы. Сегодня я могу с уверенностью сказать, что это не волшебство, а физиология растений: в процессе испарения срезанные цветы впитывают воду с растворенными веществами, а если в воде содержатся красители, то лепестки окрашиваются в соответствующий цвет.
Во время поиска информации к настоящей работе я натолкнулся на заинтересовавший меня факт, состоящий в том, что помещение цветов в атмосферу некоторых веществ приводит к изменению окраски их лепестков. Данный факт в свою очередь вызвал у меня вопрос: действительно ли это так, и можно ли без использования красителей изменить окраску лепестков цветов? Именно этот заинтересовавший меня вопрос послужил предпосылкой для продолжения изучения необычных свойств растений.
Цель: исследовать действия раствора аммиака и концентрированной соляной кислоты на гвоздики фиолетового оттенка.
Задачи:
изучить процесс дыхания растений;
узнать о растительных пигментах и определить их роль для растений;
рассмотреть понятие индикаторов;
провести эксперимент по выявлению влияния растворов аммиака и концентрированной соляной кислоты на изменение оттенка лепестков фиолетовой гвоздики.
Гипотеза: предполагаем, что погруженные в атмосферу аммиака и соляной кислоты лепестки фиолетовой гвоздики изменят свой цвет на некоторое время.
Объект исследования: фиолетовая гвоздика.
Предмет исследования: изменение окраски лепестков гвоздики.
Методы исследования: анализ, обобщение и систематизация информации, эксперимент, наблюдение.
ГЛАВА 1. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАСТЕНИЙ
Растения относят к живым организмам, так как для них характерны свойства живой природы: дыхание, питание, рост, развитие и другие. Как дышат растения? Есть ли специальные органы, отвечающие за этот процесс? Что такое растительные пигменты и какова их функция? Я постараюсь ответить на эти вопросы.
1.1 Дыхание растений
Дыхание – это поглощение кислорода и выделение углекислого газа. Растения, как и все живые существа нашей планеты, дышат, а значит в результате этого процесса из воздуха они поглощают кислород, а в окружающую среду выделяютуглекислый газ. Дыхание никогда не останавливается и растения дышат всеми частями тела: стебли, листья и цветки поглощают кислород из воздуха, а корни — поглощают кислород, который находится в почве. Поэтому, чтобы корни получали больше кислорода, почву необходимо рыхлить.
У растений органами дыхания являются устьица, которые расположены на листьях и стеблях растений и представляют собой особые щели [1].
Основная функция устьиц – газообмен и испарение.
На уроках биологии мы обсуждали опыт, проводимый учеными, доказывающий, что растения дышат именно кислородом.
Для этого были взяты две банки. В первую поместили набухшие семена, а вторую оставили пустой. Их плотно закрыли и оставили на ночь в тёплом месте. На следующее утро с помощью горящей спички проверили, есть ли кислород в каждой ёмкости. В пустой ёмкости зажжённая спичка продолжала гореть, а в банке с семенами огонь погас. Мы знаем, что кислород поддерживает горение, поэтому можно утверждать, что этот опыт доказал, что семена, в процессе дыхания использовали весь кислород, находящийся в банке (спичка потухла).
1.2 Растительные пигменты
Растительные пигменты на сегодняшний день являются объектом многочисленных исследований различных научных областей. Так, например, физическая химия занимается выделением пигментов из растений для определения их химического строения, биохимия исследует процессы, приводящие к образованию окрашенных веществ, хемотаксономия в свою очередь использует наличие различных пигментов для классификации растений.
В целом растительные пигменты представляют собой органические молекулы, присутствующие в клетках и тканях растений и окрашивающие их за счет поглощения света определенных длин волн. При этом за появление окраски растений отвечают определенные участки данных молекул, называющиеся хромофорами [3].
Наиболее известными растительными пигментами являются [5]:
зеленые пигменты, называемые хлорофиллами, присутствующие у всех высших растений;
красные и синие антоцианы, находящиеся в клеточном соке растений и образующие соединение с другими веществами, приводящими к изменению окрашивания листвы. В частности, это наблюдается осенью в виде окрашивания листвы деревьев в яркие цвета вследствие сокращения светового дня и понижения температуры воздуха;
аротиноиды, окрашивающие растения в желтый, оранжевый или красный цвет.
Всего на сегодняшний день науке известно более 150 стойких растительных пигментов. При этом многие из них выполняют важную роль в фотосинтезе и являются источников витамина А.
В числе наиболее распространенных растительных пигментов, встречающихся в большинстве растительных организмов, выделяются порфирины и каротиноиды.
Порфирины называются «красками жизни» в виду того, что они выполняют важную роль в процессах обмена веществ и позволяют получать жизненно важные соединения, а, следовательно, в случае нарушения реакций обмена веществ, требующих участия порфиринов, возникают непредсказуемые последствия [2].
Последние были названы так в честь одного из пигментов, содержащегося в оранжевых корнях моркови. При этом каротиноиды нерастворимы в воде и хорошо извлекаются из пластид органическими растворителями, в частности, спиртом или бензином. Отличительной чертой этих растительных пигментов является то, что они не зависят от кислотности среды [4].
В целом стоит отметить, что пигментная система определяется в качестве своеобразного звена, связывающего световые условия внешней среды с процессами обмена веществ в организме. Соответственно, одной из важнейших функций растительных пигментов является их участие в фотосинтезе и, соответственно, связанными с ним процессами роста, развития и движения растений. Помимо этого, не менее важной функцией растительных пигментов является защита растений от вредного воздействия ультрафиолетового излучения солнца, а также привлечение насекомых-опылителей, что выражается в придаваемой ими специфической окраске.
ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ АММИАКА И СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ НА ИЗМЕНЕНИЕ ОКРАСКИ ЛЕПЕСТКОВ ФИОЛЕТОВОЙ ГВОЗДИКИ
Изучая разные статьи, в которых рассказывалось о влиянии некоторых веществ на изменение окраски лепестков цветов, я узнал, что можно этот процесс сделать временным. А это значит можно подарить букет, цветы в котором будут иметь одну окраску, а по истечении времени окраска цветов поменяется.
Также я узнал, что вещества, изменяющие окраску в результате изменения среды, называют индикаторами. Мне очень захотелось выяснить, есть ли связь между этими веществами и изменением окраски лепестков цветов.
2.1 Индикаторы
Индикатор в переводе с латинского «indicator» означает указатель. Представляет собой соединение, позволяющее визуализировать изменение концентрации какого-либо вещества или компонента, например, в растворе или титровании, и, соответственно, определить pH. В целом кислотно-основные индикаторы используются для установления конца реакций между кислотами и основаниями, или других реакций с участием ионов H+, а также для колориметрического определения pH водных растворов. Причиной изменения цвета индикаторов является взаимосвязь присоединения или отдача протонов его молекулами с заменой одних хромофорных групп другими либо с появлением новых [6].
Следует предположить, что вероятно одним из первых кислотно-основных индикаторов является лакмус, который был уже известен со времен Древнего Египта и Древнего Рима. Лакмус представляет собой красящее вещество, добываемое из некоторых видов лишайников в форме сложной смеси, в составе которой выделяются азолитмин (C9H10NO5)и эритролитмин (С13H22O6) [7].
В древности лакмус использовался, как правило, в качестве фиолетовой краски, но со временем рецепт ее приготовления был утрачен.
В 1640 году ботаниками было выделено красящее вещество – гелиотроп (Heliotropium Turnesole), полученное из душистого растения с темно-лиловыми цветками и в последствии применявшееся химиками в качестве индикатора, который в кислой среде приобретал красный цвет, в щелочной – синий.
Позднее в 1667 году химиком и физиком Робертом Бойлем было предложено пропитывать фильтрованную бумагу отваром тропического лишайника – лакмусом, а также отварами фиалок и васильков, положив тем самым начало применению индикаторной (лакмусовой) бумаги.
2.2 Эксперимент
После изучения научной литературы было решено приступить к практической части моего исследования, заключающейся в проведении эксперимента по выявлению влияния растворов аммиака и концентрированной соляной кислоты на изменение оттенка лепестков фиолетовой гвоздики.
Для проведения эксперимента первоначально было подготовлено рабочее место, были взяты лоток для проведения экспериментов, две склянки: с соляной концентрированной кислотой и раствором аммиака; два больших химических стакана, три колбы с водой, куда были поставлены фиолетовые гвоздики (рисунок 1, Приложение).
Эксперименту подвергались три цветка: первый помещался в атмосферу аммиака (рядом с колбой с цветком ставилась открытая склянка и все накрывалось стаканом), второй помещался в атмосферу концентрированной соляной кислоты (аналогично с первым образцом), третий цветок был эталоном, он никакому воздействию не подвергался.
По истечении 30 минут после начала эксперимента, цветок, находившийся в атмосфере аммиака, свою окраску не изменил, в то время как цветок, находящийся в атмосфере концентрированной соляной кислоты, поменял окраску на ярко-розовую, что видно на фотографии (рисунок 2, Приложение).
По завершению эксперимента цветок, помещенный в атмосферу аммиака, изменил окраску на ярко-зеленую, а, цветок, находящийся в атмосфере концентрированной соляной кислоты, приобрел красноватый цвет (рисунок 3, Приложение).
На основании полученных результатов эксперимента можно сделать вывод, что изменение окраски фиолетовой гвоздики связано с содержанием в ее лепестках не только антоцианов, придающих им красный цвет, но также и желтых пигментов – флавоноидов, которые под воздействием аммиака изменяют окраску лепестков в зеленый цвет.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Дыхание растений – это одно из свойств живой природы. Растение вдыхает кислород и выдыхает углекислый газ через специальные отверстия – устьица. Если поместить растение в атмосферу каких-либо веществ, то они могут влиять на растения. Наш эксперимент доказал это. Во время дыхания, происходило влияние аммиака и соляной кислоты на пигменты, имеющиеся в лепестках гвоздики, которые определяли окраску этих лепестков. В процессе воздействия на пигменты, окраска лепестков поменялась.
Полученные результаты подтвердили мою гипотезу частично. Я предполагал, что изменение окраски лепестков будет временным, но так получилось только с цветком, помещенным в атмосферу аммиака. Цветок, находившийся в атмосфере кислоты, не вернулся к прежнему фиолетовому оттенку, он остался красным.
В заключении хотелось бы отметить, что проведенная мною исследовательская работа была очень интересной и увлекательной. Изучение литературных источников и интернет-ресурсов помогло мне узнать, что можно получить необычные оттенки окраса цветов, так называемой их «секретной» окраски не используя способность растений впитывать влагу с растворенными в ней красителями и экспериментально доказал этот факт.
В дальнейшем мной планируется проведение еще одного эксперимента по изучению растительных индикаторов и их применению в жизнедеятельности человека, что будет являться темой моего следующего эксперимента и, возможно, новой научной работы.
Список литературы
Биология: 7 класс: учебник для учащихся общеобразовательных организаций / И.Н.Пономарева, О.А.Корнилова; под ред.ИН Пономаревой. – М.: Вентана-Граф, 2017. – 242 с.
Благутина, В. В. Кольцо жизни: от вампиров до гербицидов. [Электронный ресурс]. URL: https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/431707/Koltso_zhizni_ot_vampirov_do_gerbitsidov (дата обращения: 20.02.2022).
Грищенко, А., Кодацкая, С. В. Игра цветов, или пигменты в нашей жизни. [Электронный ресурс]. URL: https://bio.1sept.ru/view_article.php?id=201000604& (дата обращения: 20.02.2022).
Марков, А. Каротиноиды – универсальные молекулярные устройства для работы со светом. [Электронный ресурс]. URL: https://elementy.ru/genbio/synopsis/14/Sovremennye_predstavleniya_o_funktsionalnoy_roli_karotinoidov_v_khloroplastakh_eukariot (дата обращения: 08.03.2022).
Пигменты в биологии. [Электронный ресурс]. URL: https://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/088/942.htm (дата обращения: 08.03.2022).
Химические индикаторы. [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A5%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D0%B8%D0%BD%D0%B4%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D1%8B (дата обращения: 01.03.2022).
Что такое лакмус и чем он полезен. [Электронный ресурс]. URL: https://1ku.ru/obrazovanie/44900-chto-takoe-lakmus-i-chem-on-polezen/ (дата обращения: 01.03.2022).
Приложение
Рис. 1. Начало эксперимента
Рис. 2. Эксперимент (30 минут после начала)
Рис. 3. Результат эксперимента