VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Белый цвет в мире цветковых растений

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Привизенцев Ф.А. 1

---

1МБОУ "Лицей №2"

Привизенцева Л.К. 1Сорокина Е.В. 1

---

1МБОУ "Лицей №2", г.Мытищи

Работа в формате PDF

2.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Проблема исследования заключается в том, чтобы показать, чем обусловлен белый цвет в мире цветковых растений.

Цель научной работы:

Доказать, что белый цвет у цветковых растений обусловлен системой межклетников.

Гипотеза: присутствует ли белый пигмент у цветковых растений.

Актуальность темы:

Тема моего проекта актуальна, т.к. способствует формированию целостной картины мира, исследуется явление природы, частью которой мы являемся. Большое место в работе занимает доступный эксперимент, который можно использовать в кружковой работе учителя биологии.

Задачи научного проекта:

Научиться ставить опыты и проводить наблюдения.

Работать с научно-популярной литературой.

Обрабатывать результаты наблюдений.

Проверить научность утверждения об отсутствии белого пигмента в исследуемых образцах растений.

Методы исследования:

Эксперимент, наблюдения.

Методика эксперимента:

Эксперимент выполнен по методике Батурицкой и Фенчук (1991)

Объекты исследования:

ромашка аптечная

пион травянистый

чубушник (жасмин садовый)

гвоздика турецкая

хризантема белая

фиалка белая

2.1 ЧЕМ ОБУСЛОВЛЕН ЦВЕТ ВЕЩЕСТВА

У истоков современного учения о цвете стояли Ньютон и Гёте. Сам Гёте ценил свою работу по цвету выше своего поэтического творчества.

Свет, излучаемый Солнцем или другими очень нагретыми источниками, называется белым цве­том. Но в действительности белый цвет — это смесь разных цветов. Пропуская луч света через стеклянную призму, Исаак Ньютон доказал, что солнечный свет состоит из различных цветов. Преломляясь в призме, он образует спектр. Для большинства из нас спектр состоит из 7 цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голу­бого, синего и фиолетового

Цвет вещества определяется его способностью к поглощению света. Если свет, падающий на вещество или какой-либо орган растения, равномерно отражается, они выглядят белыми. Если же все лучи поглощаются, объект воспринимается как чёрный. Человеческий глаз способен различать до 300 оттенков ахроматического, т.е. нецветного, серого цвета. Если вещество поглощает только отдельные участки видимой части солнечного спектра, оно приобретает определённую окраску.

Как же возникают разные цвета? Цвет опреде­ляется длиной световой волны. Свет распростра­няется в пространстве волнами, напоминающими движение волн в водоемах. Длина световой вол­ны — это расстояние между двумя соседними гребнями. Оно настолько мало, что измеряется миллионными долями миллиметра.

Табл.1 Электромагнитные волны спектра солнечного излучения.

В видимой части спектра выделяют отдельные участки.

Табл.2 Цвет соединений, имеющих одну полосу поглощения в видимой части спектра.

Самые короткие волны — волны фиоле­тового цвета. Самые длинные — красные. Между ними располагаются все остальные цвета спектра, каждый из которых имеет свою длину волны.

Почему предметы имеют определенный цвет? Когда белый свет падает на предмет, некоторые световые волны отражаются от него, некоторые поглощаются. Предмет красного цвета поглощает почти все световые волны, за исключением крас­ных. Их он отражает, они поступают к нам в гла­за, и предмет кажется нам красным. 

Там, где нет световых лучей, нет цвета. В темной комнате мы не видим и не различаем цветов, потому что их нет. Цвет предмета зависит от материала, из которого создан данный предмет, и его освещения. Оранжево-красный цветок выглядит так потому, что пигмент, который в нём содержится, отражает оранжево-красную часть световых лучей и поглощает фиолетово-синюю и зеленую часть 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 пёстро расцвеченными.

2.2 ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О ПИГМЕНТАХ

Придают красоту цветам специальные красящие вещества – пигменты(от лат. pigmentum – краска), которых в растительном мире известно около 2 тысяч.

Виды растительных пигментов:

Зелёные пигменты - хлорофиллы.

Жёлто-оранжевые - каротиноиды.

Красные и синие – антоцианы.

Жёлтые – флавоны и флавоноиды.

Хлорофиллы – зелёные пигменты растений, с помощью которых они улавливают энергию солнечного света и осуществляют фотосинтез. Являются самыми распространенными растительными пигментами. По сравнению с другими пигментами число хлорофиллов не очень велико, но зато они есть везде и в большом количестве. Так, концентрация этих пигментов в листьях дуба составляет около 0,3% (с учетом массы влаги), в листьях клена – 0,5%, а в листьях дерева какао – до 0,8%.

В определении окраски цветков ведущую роль играют антоцианы. Они растворимы в воде и находятся в вакуолях.

Каротиноиды напротив жирорастворимы и содержатся в пластидах.

Цвет антоцианов зависит от кислотности клеточного сока в вакуолях. У многих растений окраска цветка меняется после опыления – они становятся менее заметными для насекомых.

Абсолютно черного пигмента у растений нет, черная окраска вызвана большим скоплением пигмента – антоцианов, придающих лепесткам темно-фиолетовую или темно-красную окраску.

Флавоны и флавоноиды имеют желтый цвет («флавум» по-латыни - желтый), плохо или совсем не растворяется в воде.

Пигменты чаще содержатся в специальных образованиях (хлоропластах, хромопластах), реже в клеточном соке.

Различные пигменты по-разному поглощают и отражают лучи видимой части цветового спектра. Вот почему растения окрашены в разные цвета. Каротиноиды, например, отражают желтый, оранжевый и красный цвета, поэтому цветы и плоды, в которых они находятся, бывают этих цветов. Окраска каротиноидов меняется от бледно-желтой, как у нарцисса, до насыщенной красной, как у томата.

Но даже, если орган не содержит никакого пигмента, он всё равно не прозрачен, а имеет свой цвет – белый.

2.3 ФУНКЦИИ ПИГМЕНТОВ У РАСТЕНИЙ

Природные пигменты выполняют множество функций. Пигменты – естественная защита растений от болезней и микробов. Пигменты определяют окраску организмов, важную для их приспособления к внешней среде. Окраска отдельных частей растений служит для привлечения насекомых-опылителей и птиц, распространяющих семена.

А изменение цвета листьев осенью свидетельствует о подготовке дерева к зиме.

Листопадные деревья в течение года несколько раз меняют свой внешний вид: густой зеленый наряд сменяется осенью желтым, красным, красно-коричневым. Эта перемена вызвана нарушением соотношения пигментов, содержащихся в листьях. Летом зеленый цвет хлорофилла заглушает цвета других, содержащихся в листьях, пигментов: оранжевых, желтых, красных каротиноидов, пурпурных и синих антоцианов. С приближением осени, с укорочением светового дня и уменьшением потока света лист начинает отмирать. Находящиеся внутри листа сахара начинают распадаться и последовательность химических реакций изменяет равновесное соотношение пигментов. Зеленый хлорофилл разрушается, а красные, желтые, оранжевые и розовато-лиловые цвета других пигментов проявляются во всем великолепии.

Российский селекционер Николай Иванович Малютин обратил внимание, что в цветках у северных и высокогорных видов имеются черные тычинки, а у степных и полупустынных видов они светлые. Известно, что темные предметы быстрее светлых нагреваются на солнце. Получается, что цветки в одних условиях специально греются, а в других - защищаются от перегрева, т.е. окраска цветка имеет терморегулирующее значение.

В природе нет двух растений, которые имели бы абсолютно одинаковый цвет. Следовательно, окраска зависит не только от количества и типа пигмента, но и от строения ткани: её толщины, количества межклетников, плотности находящегося на поверхности клеток воскового налёта, химического состава клетки, особенно вакуолей.

Многие растительные пигменты используются в качестве красителей. Например, из корнеплодов моркови получают жёлтый, а из свёклы столовой – красный пищевой краситель. Из листьев индигоферы красильной – синий краситель индиго, а из листьев лавсонии – хну, оранжево-красную краску. Из плодов барбариса амурского получают красный пищевой краситель, из рылец пестиков шафрана посевного – жёлтый.

2.4 ЧЕМ ОБУСЛОВЛЕН БЕЛЫЙ ЦВЕТ В РАСТИТЕЛЬНОМ МИРЕ

Ах, тёмен, тёмен, мир,

И чувствуют лишь дети,

Какая тишина и радость

В белом цвете!

И. Бунин

В природе белый цвет распространён очень широко: белые лепестки, 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» - берёза). Он содержится в клетках бересты. Накапливаясь в клетках коры молодых деревьев, бетулин окрашивает ствол берёзы в тот прекрасный белый цвет, который так любим и воспет поэтами. Удивительно, что во флоре средней полосы Европейской части России берёза – единственное растение, образующее этот пигмент.

Поэтому ствол березы пачкается. Если мы в темной одежде прикоснёмся к березе - останется след, как от мела. Итак, в данном случае белизна обусловлена присутствием пигмента. Это явление в растительном мире очень редкое. Как правило, у растений дело обстоит совсем по-другому. Я была очень удивлена, когда узнала, что ароматный белый цветок жасмин и ландыша своему цвету обязан развитой системе межклетников.

Итак, белый цвет у растений встречается очень часто, а белая краска - крайне редко, в виде исключения. Это необычное явление можно наблюдать только у березы.

У других растений причиной белой окраски венчиков являются обширные межклетники в сочетании с клетками, лишёнными пигментов. Белые лепестки белы по той же причине, по которой снег белый. Каждая снежинка в отдельности бесцветна, так как свободно пропускает солнечные лучи. Но снежинки, падая друг на друга, отражают солнечные лучи, и снег кажется белым. А вот лёд, не имеющий воздушных полостей, прозрачен, поскольку свет свободно проходит через него.

2.5 ОПИСАНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Опыт проводился по методике изложенной в книге «Удивительные опыты с растениями» под авторством Н. В. Батурицкой и Т. Д. Фенчук.

Убедиться в том, что белый цвет лепестков ромашки аптечной, пиона травянистого и других цветов обусловлен не наличием красящего вещества, а развитой системой межклетников, можно несколькими способами.

Вариант 1 (самый простой).

Лепесток нужно осторожно сжать пальцами. Воздух из межклетников выходит, и лепесток становится бесцветным и прозрачным как лёд.

Вариант 2 (более продолжительный)

Нужно погрузить лепестки в воду. Через несколько часов, когда вода через устьица проникнет в межклетники, лепестки станут бесцветными.

Вариант 3 (самый надёжный)

Лепестки нужно поместить в шприц и заполнить его водой. Установив шприц наконечником вверх (без иглы), нужно задвинуть поршень, чтобы вытеснить воздух. После этого необходимо закрыть пальцем отверстие наконечника и отодвинуть поршень вниз. В результате создавшегося ваккума из воды и лепестков начнут выделяться пузырьки воздуха. Через 1-2 минуты воздух из межклетников выйдет. Теперь вновь нужно задвинуть поршень в шприц. При этом вода поступит в межклетники и лепесток станет прозрачным.

2.6 ОПИСАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для исследования я брала белые цветы, которые цветут в июне в природных условиях, оранжерейную хризантему белую и комнатное растение-фиалку.

Цель: убедиться в том, что белый цвет лепестков обусловлен не наличием красящего вещества, а развитой системой межклетников.

Объекты исследования: лепестки пиона травянистого, ромашки лекарственной, чубушника (жасмина садового), гвоздики турецкой, хризантемы белой и фиалки.

Чтобы доказать, что белый цвет у растений обусловлен развитой системой межклетников, нужно вытеснить из них воздух.

Вариант 1

Лепесток нужно осторожно сжать пальцами.

Вывод:

Вытеснить воздух из межклетников первым способом, осторожно сжимая лепесток пальцами, у природных образцов у меня не получилось. Но когда я осенью брала для эксперимента оранжерейные хризантемы и нежные лепестки фиалки, то воздух из межклетников выходил при осторожном нажатии пальцем и лепесток становился прозрачным. Я предполагаю, что это связано с тем, что у природных образцов толще клеточная стенка.

Рассмотрим лепесток хризантемы и фиалки под цифровым микроскопом. Мы действительно видим множество прозрачных и бесцветных клеток, разделенных обширными пустыми промежутками. Наверное, именно благодаря этим заполненным воздухом межклетникам, лепестки сильно отражают свет и потому кажутся белыми. (Приложение 1- фото лепестка хризантемы и фиалки под цифровым микроскопом)

Вариант 2.

Оборудование: блюдце с водой.

Погрузить лепестки в воду и наблюдать несколько часов. Результат через 8 часов.

Вывод:

Лепестки стали частично прозрачными, так как вода через устьица проникает в межклетники. Если лепестки оставить в воде на более продолжительное время, то они полностью становятся прозрачными. Лепестки пиона для достижения результата следовало подольше держать в воде и от этого они становились прозрачными, но и покрывались не эстетичными коричневыми пятнами. Я предполагаю это связано с тем, что лепесток пиона более плотный и крупный по сравнению с остальными объектами наблюдения. Этот способ более продолжительный.

(Приложение 2 фото результатов опыта)

Вариант 3. Вытеснить воздух из межклетников при помощи щприца.

Оборудование: шприц без иглы.

Вывод:

Этим способом вытеснить воздух из межклетников легче и быстрее всего. Чем больше раз мы будем оттягивать поршень вниз, создавая ваккум, тем больше воздуха выйдет из межклетников и площадь прозрачных участков лепестка будет большей.

(приложение 3 фото фрагмента эксперимента)

3.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Моя работа началась после прочтения книги «Удивительные опыты с растениями» Б.В.Батурицкой и Т.Д.Фенчук. В своей работе я рассмотрела природу света, а также причины цветового разнообразия в мире цветковых растений. Используя методику проведения опыта, изложенного в прочитанной книге, я провела ряд исследований и сама удостоверилась, чем обусловлен белый цвет у растений.

В своей работе я проверила и доказала справедливость научности утверждения, что белый цвет белых цветков образуется в результате равномерного отражения и рассеивания света в межклетниках, а сами клетки бесцветны. У белых цветков пигмент отсутствует.

Я рассказала и показала свою работу своим одноклассникам. Результаты моей работы заинтересовали ребят, они с интересом слушали и смотрели мои опыты. Многие из них ничего не знали о природе света и цвета. Теперь я точно знаю, что моя работа актуальна и трудилась я не зря.

В будущем я хочу продолжить изучение природы цвета. Мне очень интересно узнать, чем обусловлен белый цвет в мире животных. Следующий свой проект будет посвящён белому цвету в мире животных.

4.ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ

Батурицкая Н.В., Фенчук Т.Д. Удивительные опыты с растениями. — Минск.: Нар.асвета, 1991.

Брилев Д.В.Большая серия знаний: в 16 т. — М.:ООО «Издательство Мир книги» 2006. — Т.10: Физика.

Насимович Ю. Юный натуралист. 1995. N8. С.8-11]

Реймерс Н.Ф. Популярный биологический словарь. — М.: Просвещение, 1991.

Феодоровский Н.Н.Фотометрические методы анализа. — М.: Флинта.: Наука, 2012.

ru.wikipedia.org/wiki/Биологические_пигменты‎

П РИЛОЖЕНИЕ 1

Рис.1 фото лепестков фиалки белой через цифровой микроскоп

Рис 2 фото лепестка хризантемы белой через цифровой микроскоп

П РИЛОЖЕНИЕ 2

Рис.1 фото лепестков пиона

Рис 2 фото лепестков чубушника

Р ис 3 фото лепестков турецкой гвоздики

Р ис. 4 фото ромашки

П РИЛОЖЕНИЕ 3

Рис. 1 фото фрагмент эксперимента по вытеснению воздуха из межклетников при помощи шприца.