XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Почему листья осенью меняют цвет

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Исаенкова Е.М. 1

---

1ОГБОУ "Лицей №9 г. Белгорода" Белгородской области

Винакова Ж.И. 1

---

1ОГБОУ "Лицей № 9 г. Белгорода" Белгородской области

Работа в формате PDF

500.6 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Каждую осень я смотрю в окно и любуюсь, как парк превращается в разноцветный ковер. Особенно красиво, когда желтые березки соседствуют с огненно-красными кленами (Фото 1). Мне стало очень интересно: почему же листья не остаются зелеными, а становятся такими красивыми? Я решила это выяснить.

Изучение сезонных изменений в растениях — это ключ к пониманию адаптации живых организмов к окружающей среде. Для меня, как начинающего исследователя, важно не просто наблюдать красоту осени, а понять ее научную основу. Данная исследовательская работа направлена на изучение причин изменения цвета листьев осенью, проведение экспериментальных исследований и выявление закономерностей, объясняющих реакцию растений на сезонные перемены внешней среды. Знания, полученные в ходе этого исследования, помогут мне в дальнейшем изучении биологии и экологии

Цель работы. Целью данной работы является проведение комплексного исследования сезонного изменения окраски листьев древесных растений осенью: выявление ключевых биологических и экологических факторов, управляющих этим процессом, анализ динамики трансформации пигментного состава листовой ткани и экспериментальное установление того, как взаимодействие света и температуры запускает разрушение хлорофилла и проявление скрытых пигментов

Гипотеза. Изменение цвета листьев осенью является результатом комплексного воздействия абиотических факторов (свет, температура), приводящих к прекращению синтеза хлорофилла и, как следствие, визуализации ранее скрытых пигментов — каротиноидов и антоцианов.

Задачи работы. Для достижения цели и проверки гипотезы мною были поставлены следующие задачи:

1. Изучить внутреннее строение листа и выяснить, какие вещества (пигменты) отвечают за его зелёный и другие цвета.

2. Понять, как работает фотосинтез — процесс, при котором растение «готовит» себе пищу с помощью солнца, — и почему он замедляется осенью.

3. Выяснить, какие пигменты скрываются под зелёным цветом (например, жёлтый каротин и красный антоциан), и при каких условиях они становятся видимыми.

4. Посетить лабораторию генетики и селекции растений Ботанического сада Белгородского государственного национального исследовательского университета и получить консультацию у кандидата биологических наук Третьякова Михаила Юрьевича, чтобы узнать, как учёные объясняют изменение цвета листьев.

5. Побеседовать со специалистом по ландшафтному дизайну в питомнике «Зелёный Горизонт», чтобы понять, как знания о цвете листьев применяются в создании красивых парков и садов.

6. Провести три научных эксперимента в домашних условиях, чтобы своими глазами увидеть: какие пигменты содержатся в листьях, как свет влияет на сохранение зелёного цвета, как температура замедляет или ускоряет изменение окраски.

7. Вести дневник наблюдений за листьями разных деревьев (берёзы, клёна, дуба) в парке и возле дома, фиксируя, когда и как они меняют цвет.

8. Проанализировать все полученные данные — от книг, экспериментов и наблюдений — и сделать научно обоснованные выводы о том, почему листья осенью становятся разноцветными.

Методы исследования. Для достижения поставленных целей и решения задач данного исследования мною были использованы следующие научные методы:

1. Теоретический анализ научной литературы — изучение книг и статей по ботанике и физиологии растений для понимания строения листа, роли пигментов и процесса фотосинтеза.

2. Наблюдение (описательный метод) — систематическое ведение дневника наблюдений за изменением окраски листьев у разных пород деревьев (берёза, клён, дуб) в естественных условиях в течение осеннего периода.

3. Экспериментальный метод — проведение трёх контролируемых опытов в домашних условиях для выявления влияния отдельных факторов на изменение цвета листьев:

- эксперимент №1: Извлечение и визуализация пигментов (хлорофилла, каротиноидов, антоцианов) с помощью спиртовой экстракции.

- эксперимент №2: Исследование влияния солнечного света на деградацию хлорофилла методом частичного затенения листа.

- эксперимент №3: Изучение влияния температуры на скорость изменения окраски листьев путём сравнения образцов в холодильнике и при комнатной температуре.

4. Метод экспертных интервью и консультаций — посещение Ботанического сада НИУ БелГУ и беседа с кандидатом биологических наук Михаилом Юрьевичем для получения профессиональных объяснений биохимических процессов; консультация с руководителем питомника декоративных и лесных культур «Зеленый Горизонт» по вопросам практического применения знаний о цвете листьев в ландшафтном дизайне.

5. Сравнительно-аналитический метод — сопоставление и анализ данных, полученных из литературных источников, результатов собственных экспериментов, наблюдений и экспертных мнений, с целью выявления закономерностей и формулирования обоснованных выводов.

6. Метод систематизации и обобщения — структурирование всего собранного материала, выделение ключевых факторов (свет, температура, тип пигментов) и формулировка итоговых научных выводов о механизме изменения цвета листьев осенью.

Основная часть

Что такое лист дерева. Лист — это орган растения, который улавливает солнечный свет и участвует в создании питательных веществ. Без листьев дерево не смогло бы расти и жить [2].

Строение листа. Лист состоит из листовой пластинки, черешка (который держит лист на ветке) и жилок — они как «дороги», по которым вода и питательные вещества движутся внутри листа (Фото 2).

Если посмотреть на лист под микроскопом (Фото 3), мы увидим, что он состоит из клеток. Внутри этих клеток, в особых частичках, называемых хлоропластами, живут пигменты — вещества, которые придают листу цвет. Самый главный из них — хлорофилл, он зелёный и отвечает за фотосинтез [1].

Роль хлорофилла. Хлорофилл — зелёный пигмент. Он поглощает солнечный свет и помогает растению делать пищу. Летом его много — поэтому листья зелёные [3].

Фотосинтез и питание растения. Фотосинтез — это процесс, при котором лист с помощью света, воды и углекислого газа создаёт сахар — пищу для дерева. Хлорофилл — главный «повар» в этом процессе [2].

Причины изменения цвета листьев осенью. Осенью дни становятся короче, а температура — ниже. Дерево получает меньше света и тепла, и начинает готовиться к зиме. Оно «отключает» листья [3].

Уменьшение производства хлорофилла. Дерево перестаёт производить новый хлорофилл. Старый постепенно разрушается. Когда его становится мало — зелёный цвет исчезает [1].

Проявление каротиноидов и антоцианов. Под хлорофиллом были скрыты каротиноиды (жёлтый/оранжевый) — они становятся видны. А антоцианы (красный) синтезируются заново, если осень холодная. Так листья становятся разноцветными [2, 3].

Чтобы глубже понять, почему листья осенью становятся такими красивыми, я решила не ограничиваться книгами и решила поговорить с настоящими экспертами — учёным и ландшафтным дизайнером. Это помогло мне взглянуть на осень с двух сторон: научной и практической.

Ознакомительное посещение специализированных учреждений и консультации профильных специалистов

Посещение Ботанический сад Белгородского государственного национального исследовательского университета и интервью с кандидатом биологических наук Третьяковым М.Ю. (Фото 4).

В Ботаническом саду я встретилась с заведующим лабораторией генетики и селекции растений, кандидатом биологических наук М. Ю. Третьяковым (Фото 5). Он показал мне коллекции деревьев и объяснил, как именно проходит процесс подготовки растений к зиме.

«Хлорофилл — не просто краска, а сложный биохимический аппарат, — сказал М. Ю. Третьяков. — Когда дни становятся короче, в клетках листа запускаются особые сигналы: дерево начинает “разбирать” хлорофилл, чтобы сохранить ценные элементы — азот и магний — перед зимой. Только после этого становятся видны каротиноиды. А антоцианы — это вообще “защитная реакция”: они защищают лист от яркого осеннего солнца и холода, пока дерево забирает из него последние питательные вещества».

Я была удивлена, что красный цвет — это не просто красота, а настоящий “щит” для листа! М. Ю. Третьяков также подтвердил, что мои будущие эксперименты с температурой и светом — абсолютно правильный путь, чтобы увидеть эти процессы “в действии”.

Беседа со специалистом по ландшафтному дизайну и озеленению

Затем я посетила питомник декоративных и лесных культур «Зелёный Горизонт», где встретилась с руководителем Чурсиной О. В. (Фото 6). Она рассказала, как знания о цвете листьев помогают создавать красивые парки и сады.

«Мы специально подбираем деревья так, чтобы осенью они “играли” разными цветами, — объяснила Чурсина О. В.. — Например, рядом с жёлтой берёзой мы сажаем красный клён — получается яркий контраст. А дубы и липы с их золотисто-коричневыми оттенками добавляют глубину. Всё это — не случайность, а расчёт на основе знаний о пигментах и сроках изменения окраски» (Фото 7).

Она показала мне саженцы, которые уже “запрограммированы” на осеннюю окраску, и даже дала мне несколько листьев для моих будущих опытов! Я поняла, что наука о цвете листьев — это не только про биологию, но и про искусство, красоту и гармонию.

Теперь, когда я знаю, что происходит в листе и зачем, я готова перейти к практике — и увидеть всё это своими глазами!

Практическое исследование

Для проверки моей гипотезы о том, что изменение цвета листьев осенью вызвано совместным влиянием света и температуры, я провела три эксперимента. Каждый из них был направлен на изучение отдельного фактора.

Эксперимент 1: Извлечение пигментов из листьев

Этот эксперимент помог увидеть, какие пигменты содержатся в листьях.

Что понадобится: несколько зеленых листьев (желательно разных видов); банка с крышкой; спирт (можно заменить медицинским спиртом или этанолом); фильтр для кофе или бумажные салфетки; ложка.

Процесс: взяла свежие зелёные листья, измельчила их и поместила в стеклянную банку, залила медицинским спиртом (96%) и тщательно размяла ложкой, оставила на 6 часов в тёмном месте (Фото 8), профильтровала раствор через салфетку (Фото 9).

Результат: Раствор приобрёл насыщенный зелёный цвет. После фильтрации на салфетке остался ярко-зелёный цвет — значит, в листьях действительно много хлорофилла. Другие пигменты, если они есть, сейчас не видны, потому что зелёный цвет их перекрывает. Осенью, когда хлорофилл разрушается, эти пигменты могут стать заметными. Значит, изменение цвета листьев связано с исчезновением зелёного пигмента.

Вывод по эксперименту: Опыт подтвердил, что изменение цвета листьев связано не с появлением новых веществ, а с исчезновением хлорофилла и проявлением ранее скрытых или вновь синтезированных пигментов. Это первый шаг к подтверждению гипотезы.

Эксперимент 2: Влияние света на деградацию хлорофилла

Этот опыт показал, как свет влияет на листья и их окраску.

Что понадобится: несколько зеленых листьев с одного дерева; картон или бумага; ножницы; лента.

Процесс: вырезала из картона круг, прикрепила фигурку к листьям так, чтобы часть листа была закрыта, оставила листья на солнце на несколько дней, через несколько дней сняла фигурку и посмотрела, как изменились цвета той части, что была на солнце, и той, что была закрыта (Фото 10).

Результат: Части листа, которые были на солнце, начали желтеть, а закрытая часть осталась зеленой. Это демонстрирует влияние солнечного света на процесс фотосинтеза.

Вывод по эксперименту: Свет — ключевой фактор, запускающий разрушение хлорофилла. Сокращение светового дня осенью напрямую приводит к потере зелёной окраски. Гипотеза подтверждается.

Эксперимент 3: Влияние температуры на цвет листьев

Что понадобится: два разных набора листьев (взяла с одного дерева); два пластиковых пакета с застежками; холодильник и теплое место (использовала подоконник).

Процесс: собрала 8 свежих зелёных листьев с одного дерева, разделила их на две группы по 4 штуки, первую группу поместила в герметичный пакет и убрала в холодильник (+4°C), вторую группу поместила в такой же пакет и оставила на тёплом подоконнике (+22°C), через несколько дней сравнила цвет листьев в обеих группах.

Результат: Листья в холодильнике сохранили свой зеленый цвет дольше, чем те, что находились на теплом месте, так как низкие температуры замедляют процессы, ведущие к изменению цвета.

Вывод по эксперименту:Температура — важный фактор, регулирующий скорость изменения цвета листьев. Холод замедляет разрушение хлорофилла, но может стимулировать синтез антоцианов. Гипотеза о комплексном влиянии температуры подтверждена.

Таким образом, все три эксперимента согласуются друг с другом и с теоретическими данными: снижение интенсивности света и понижение температуры действительно являются ключевыми факторами, запускающими разрушение хлорофилла и проявление других пигментов.

Наблюдение за листьями разных пород деревьев

Параллельно с опытами я вела дневник наблюдений за деревьями возле школы, дома и в Белгородском городском парке культуры и отдыха
им. В.И. Ленина (Таблица 1).

Место наблюдений: аллея на народном бульваре возле ОГБУ «Лицей №9 г. Белгород», двор дома по ул. Парковая, Белгородский городской парк культуры и отдыха им. В.И. Ленина.

Погодные данные взяты с сайта https://www.meteoservice.ru/.

Для оценки степени окраски использовала 5-балльную шкалу:
0 — полностью зелёный, 1 — первые признаки изменения, 2 — 25% цвета,
3 — 50%, 4 — 75%, 5 — полностью изменённый цвет.

Обобщение по дневнику наблюдения:

1. Берёза: начала желтеть 25 сентября, полностью пожелтела
   к 1 октября.

2. Клён: первые красные пятна — 10 сентября, ярко-багряный —
   1 октября.

3. Липа — более медленная, чем берёза: начала менять цвет 25 сентября (оценка 2), к 10 октября — полностью изменила окраску, но листья не опали.

Вывод из наблюдений: Разные деревья реагируют на одни и те же погодные условия по-разному, потому что у них разный набор пигментов и разная скорость биохимических реакций. Это согласуется с информацией, полученной от М.Ю. Третьякова в Ботаническом саду.

Выводы

В ходе исследования я узнала, что листья меняют цвет осенью из-за нескольких факторов:

1. Гипотеза подтвердилась: Цвет листьев меняется именно из-за уменьшения света и понижения температуры — это доказали все три моих эксперимента.

2. Хлорофилл исчезает— другие пигменты проявляются: Когда дерево перестаёт обновлять зелёный пигмент, становятся видны жёлтые и оранжевые (каротиноиды), а при холоде появляются красные (антоцианы).

3. Свет и температура— главные «дирижёры» осени: Свет запускает разрушение хлорофилла, а холод либо замедляет этот процесс, либо стимулирует появление красного цвета.

4. Наука + практика= понимание: Благодаря книгам, беседам с учёным и дизайнером, а главное — своим опытам, я не просто узнала «почему», а увидела и поняла, как это работает.

5. Осень — это не волшебство, а умная наука: Красота осенних листьев — результат точных биологических процессов, которые помогают дереву выжить зимой.

Заключение

Данная работа представляет собой научно-исследовательский проект, выполненный в соответствии с методологией естественных наук: от постановки гипотезы и целей — через сбор и анализ данных (теоретических, экспериментальных и экспертных) — к формулировке обоснованных выводов. Проведённые эксперименты и наблюдения позволили подтвердить выдвинутую гипотезу о влиянии света и температуры на изменение окраски листьев. Результаты исследования согласуются с данными научной литературы и экспертными мнениями специалистов. Работа демонстрирует, что даже на уровне начальной школы возможно проводить системное научное исследование природных явлений.

Список литературы

1. Белова, С. В. Жизнь растений в лесу / С. В. Белова. — М.: Мир природы, 2018. — 96 с.

2. Хаин, И. М. Ботаника для детей / И. М. Хаин. — М.: Детская литература, 2019. — 128 с.

3. Лаптев, О. А. Почему листья меняют цвет? / О. А. Лаптев. — М.: Юный натуралист, 2020. — 64 с.

4. Meteoservice.ru — Журнал погоды и архив погоды в г. Белгород. — URL: https://www.meteoservice.ru/archive/belgorod/2025/09/25 (дата обращения: 10.09.2025 – 05.10.2025).

5. Третьяков, М. Ю. Интервью с кандидатом биологических наук, заведующим лабораторией генетики и селекции растений Ботанического сада НИУ «БелГУ». — г. Белгород, 15.09.2025.

6. Беседа со специалистом по ландшафтному дизайну питомника декоративных и лесных культур «Зелёный Горизонт». — г. Белгород, 18.09.2025.

П риложения

Фото 1 Именно здесь, в осеннем парке, у меня возник главный вопрос моего исследования: почему листья становятся такими яркими

Ф
ото 4. Я в Ботаническом саду Белгородского государственного национального исследовательского университета

Фото 5. Беседа с кандидатом биологических наук Третьяковым М.Ю.

Дневник наблюдений за изменением окраски листьев

Таблица 1. Динамика изменения окраски листьев у разных пород деревьев в осенний период (сентябрь — октябрь 2025 г.).