Люди пишут о них стихи и песни, любуются ими весной, летом и осенью, с нетерпением ждут их появления зимой. Они – символ жизни и возрождения природы, нежное одеяние, радующее глаз и дарящее чистый кислород всему живому на земле. Это листья – то, что мы видим каждый день и то, без чего не сможет прожить ни одно растение, да и вся наша планета.
— Листья желтые над городом кружатся, с тихим шорохом нам под ноги ложатся…
— Кленовый лист, кленовый лист, ты мне среди зимы приснись…
— Листьев зеленый звон всем тем, кто был влюблен…
Что такое листья, зачем они нужны, почему желтеют осенью и вновь вырастают зимой, какого цвета и формы бывают – всё это и многое другое вы узнаете из этой публикации.
Если говорить сухим научным языком, лист – один из важнейших органов растения, главная функция которого – участие в процессе фотосинтеза.
[!] Фотосинтез – преобразование солнечной энергии в органические соединения внутри растения.
Проще говоря, благодаря фотосинтезу, растения получают пищу от солнечных лучей.
Кроме этого, с помощью листьев растение дышит и испаряет влагу (выделяет росу).
Как видите, без зеленых покровов жизнь растения была бы невозможна, но не только растения зависят от листьев. С помощью этих своеобразных легких растение нейтрализует углекислый газ и выделяет кислород, необходимый и людям, и животным, и насекомым, то есть всему живому на планете.
В целом, лист состоит из нескольких частей:
Так как каждое растение индивидуально, а листья бывают самыми разными, каких-то частей может и не быть.
Например, часто отсутствуют прилистники, иногда не бывает черешка (в этом случае листья называются сидячими или пронзенными). Кроме того все части могут быть самой различной формы, длины и строения.
Классификация и разделение основных частей помогает ученым-ботаникам правильно идентифицировать растение и определить, к какому семейству, роду и порядку оно относится.
Листовая пластина состоит из верхнего эпидермиса, покрытого кутикулой, палисадного слоя, губчатого слоя и нижнего эпидермиса, также покрытого кутикулой. Каждый из слоев выполняет определенную функцию:
[!] За процесс задержки необходимой влаги внутри листа отвечают устьица – парные клетки, способные замыкаться и не давать влаге испаряться. Устьица начинают свою работу в засуху, спасая растение от обезвоживания.
Здесь собраны и хлоропласты, клетки окрашивающие поверхность листа в зеленый цвет.Вся пластина пронизана проводящими пучками, называемыми жилками, по которым осуществляется доставка органических веществ от корня к листу (вода и минералы) и наоборот (раствор сахара). Кроме того, жилки образуют твердый скелет, защищающий мягкую ткань от разрывов.
В целом все формы листьев делятся на простые и сложные, а сложные на пальчатые, перистые, двуперистые, трехлистные, перистонадрезанные, которые, в свою очередь, разделяются еще на несколько типов. Всего ботаника насчитывает не менее тридцати пяти разновидностей форм.
Простые листья состоят из одной листовой пластины, при этом она может быть самой разной формы: круглой, овальной, ромбовидной, удлиненной и так далее. Очертание кончика пластины и места крепления черешка также различаются.
Сложными называются те листья, которые состоят из нескольких частей, как сочлененных на общем черешке (лопастные, рассеченные, раздельные), так и имеющих свой отдельный черешочек (пальчатые, перистые, трехлистные).
[!] Одним из признаков сложных листьев является их опадание в разное время.
Кроме общей конфигурации листа различаются его основание (круглое, сердцевидное, треловидное, неравнобокое и т.д.), и верхушка (заостренная, выемчатая, усиковидная, притупленная и т.д.).
Край листа, так же как и его общая форма, подсказывает ботаникам принадлежность растения к тому, или иному виду. В зависимости от глубины рассеченности, края делятся на пальчатые или зубчатые (неглубокие выемки), лопастные, рассеченные и раздельные (глубокие выемки). Гладкие края носят название цельнокрайние.
Рисунок жилкования листовой пластины может быть весьма разнообразным и зависит от вида растения. В целом все типы жилкования делятся на две части:
В свою очередь сетчатое жилкование разделяется на несколько подвидов.
Прилистник обычно похож на маленький недоразвитый листик, располагающийся у основания листа. Они могут опадать после того, как лист полностью раскроется, или оставаться на растении. В зависимости от способа крепления к черешку, прилистники бывают свободные, сросшиеся с черешком, межчерешковые, раструбовидные или опоясывающие основание черешка.
Черешки могут различаться по форме среза: цилиндр, полуцилиндр, с выемкой и другие. Кроме того, как говорилось выше, черешка может не быть совсем, в этом случае лист прикрепляется непосредственно к стеблю.
Как видите, растительный мир демонстрирует удивительное многообразие форм, при этом существуют миллионы их сочетаний.
Итак, научно-ботаническая часть окончена, самое время перейти к удивительным фактам о листьях.
Каждое растение вынуждено акклиматизироваться к погодным условиям, а также защищаться от внешних воздействий.
Все части растения: корни, побеги, цветы и, конечно, листья, приспособились к различным климатическим явлениям: высокой или низкой температуре, засухе или излишней влажности, недостатку или избытку солнечных лучей. Кроме того, растениям угрожают люди и животные, поэтому многие из них в процессе эволюции научились отражать атаки.
Рассмотрим, как с помощью своего зеленого покрова растение противостоит неблагоприятной среде.
Засушливый или влажный климат:
Ветреные районы:
Места с избыточным или недостаточным солнечным светом:
Водные растения – эти представители флоры стоят особняком, ведь им, чтобы выжить, пришлось приспособиться даже не к климату, а к совершенно другой стихии – воде:
Таким образом, увеличивая площадь поверхности, растение получает необходимое количество кислорода;Защита от животных и людей. Некоторые растения в ходе эволюции научились обороняться от посягательств:
Природа наделила отдельные виды растений столь экстравагантной внешностью, что иногда определить, где перед нами листья – представляется непростой задачей.
Кактусообразные обосновались на территориях с засушливым климатом, где потеря каждой капли воды равносильна гибели. Эволюционный отбор сделал свое дело — выжили экземпляры с минимальной площадью испарения. Широкие листья – непозволительная роскошь для таких условий существования. Все внешнее убранство кактусов, жителей безводных пустошей — компактные защитные листья-колючки.
Лесные кактусы пошли еще дальше – их колючки стали тонкими, почти невидимыми волосками, а шарообразный ствол превратился в цепочку плоских сегментов.
Опунция, трихоцериус, шлюмбергераДругие растения засушливых районов, чтобы не испарять драгоценную влагу, и вовсе решили отказаться от листьев. Вернее, листья у них остались, но только в виде маленьких неразвитых чешуек. При этом форму листа и функцию фотосинтеза приобрели побеги, называемые кладодиями или филлокадиями. Филлокадии настолько приспособились к новой роли, что внешне практически не отличаются от обычного листа, однако фактически таковыми не являются.
Есть и вариант наоборот – то, что кажется побегами, на самом деле является листьями. Один из примеров – усики ползающих растений. В этом случае усики – это верхние части листьев, приноровившиеся цепляться за опору.
Иглица, аспарагус, горошек заборныйОдни их самых необычных листьев принадлежат тропическим экзотам. Жаркий влажный климат, обилие насекомых и животных вынудило растения подстроиться под непростые условия существования и даже перейти в разряд хищников. С помощью липкого секрета или специальных пузырьков на листьях, хищные растения ловят зазевавшихся насекомых, а затем высасывают из них жизненные соки.
Еще одно приспособление тропических растений – мешок, образованный сросшимися плоскостями листовой пластины. В эту ловушку собирается дождевая вода, запас которой, по необходимости, расходуется в периоды засухи.
Росянка, пузырчатка, дисхидия РаффлезаКакого цвета бывают листья? На первый взгляд ответ на этот вопрос очень прост – зелеными летом, желтыми и красными осенью.
На самом деле, они могут быть самых разных цветов не только осенью, но и в другое время года. Можно встретить зеленые, желтые, красные, серебристые бордовые и, даже, фиолетовые оттенки окраски естественного убранства вполне здоровых растений. Кроме необычной пигментации, на листьях некоторых, особенно южных, растений есть красивейшие узоры и орнаменты.
Автор всего этого великолепия не только природа, но и человек: в процессе селекции было выведено много декоративных сортов, красующихся разноцветными или узорчатыми листьями.
Зебрина, фиттония, каладиумЛистья не только радуют глаз и необходимы для жизни планеты, некоторые из листьев еще и съедобны и, более того, составляют немалую часть рациона человека. В кулинарии их используют и в качестве овощной составляющей: шпинат, мангольд, пекинская, китайская капусты, и в качестве салатных ингредиентов: рукола, щавель, латук, и, конечно, в качестве приправ: укроп, петрушка, базилик, мята и так далее.
Пекинская капуста, салат-латук, базиликВ завершении статьи – ответы на самые популярные вопросы о листьях.
Почему лист плоский?
Такая форма увеличивает площадь листовой пластины, а, в свою очередь, большая площадь поверхности увеличивает количество клеток, участвующих в процессе фотосинтеза.
От чего зависит размер листа?
Размер и, соответственно, площадь поверхности листа, зависит от места обитания растения. Листья растений из засушливых районов обычно мелкие, а из влажных мест – крупные. Дело в том, что чем больше площадь листа, тем больше на его поверхности устьиц и тем более интенсивно происходит испарение воды. Там, где часто бывает засуха, чтобы выжить растения стараются не испарять много влаги, а в тропическом климате процесс испарения, наоборот, должен быть как можно более интенсивным.
Почему листья зеленые?
За зеленый цвет листа отвечает хлорофилл, участвующий в преобразовании углекислого газа в питательные вещества. Высокое содержание хлорофилла в листовой пластине придает одеянию растений свежий зеленый оттенок.
[!] Хлорофилл некоторых растений окрашен в другие цвета – красный, бурый, фиолетовый, поэтому листья таких растения имеют соответствующие оттенки.
Почему листья желтеют?
Осенью хлорофилл в листьях разрушается, его становится меньше. За счет уменьшения хлорофилла постепенно уменьшается и интенсивность зеленого спектра. На первый план выступают желтые и красные пигменты (ксантофилл, каротин, антоциан), содержащиеся в клетках листа.
[!] Листья отдельных растений не меняют окраску и опадают зелеными.
Почему листья опадают осенью?
Сезонные изменения длительности светового дня и среднесуточных температур, вынудили растения приспосабливаться к переменчивым условиям существования. К наступлению зимних холодов большая часть флоры сбрасывает летнее убранство и переходит в состояние анабиоза, принятое называть зимней спячкой. Обменные процессы в жизненных системах растений практически останавливаются. Листья, столь необходимые летом для испарения излишков влаги и сбора живительного солнечного света, становятся попросту ненужными и опадают.
В течение весны и лета листья добывают и перерабатывают питательные вещества необходимые для жизнедеятельности растений.
В процессе такой переработки, зеленые легкие природы вырабатывают и накапливают метаболиты – лишние минеральные соли, таким образом, исполняя роль своеобразного фильтра. Со временем, отложений становится все больше и осенью растение избавляется от листа, который перестает приносить пользу.
Так уж заведено в природе, ни что не пропадает зря. Опавшие листья укрывают землю от мороза, защищая почву. В теплое время года, ковер устилающий почву постепенно разлагается, перепревает. Насекомые, бактерии и микроорганизмы перерабатывают образовавшийся перегной в питательную почву для живых растений, замыкая круговорот в природе.
[!] Именно поэтому не рекомендуется убирать опавшие листья осенью. Будет лучше оставить их до пробуждения природы, а весной, после того, как они исполнят свою роль, собрать.
Почему листья сохнут, чернеют, откуда на листьях появляются пятна?
Листья – своеобразный индикатор состояния растения. Симптомы различных заболеваний, признаки насекомых-вредителей, как правило, в первую очередь появляются на листьях.
Если листья желтеют, краснеют, на них появляются различные пятна, вздутия, сухие участки – растение болеет и нуждается в незамедлительной помощи.
***
Если о человеке можно судить по одежке, то об окружающей нас флоре, можно судить именно по листьям. Как правило, именно зеленое убранство является для нас символом всех растений, а главная задача человека – сберечь и сохранить природу.
«Унылая пора! Очей очарованье! Приятна мне твоя прощальная краса – Люблю я пышное природы увяданье, В багрец и в золото одетые леса…».
Прав был поэт – просто глаз не отвести от осенних рощиц и перелесков, когда более-менее однотонная зелень крон сменяется настоящим буйством красок. Золотые, лиловые, оранжевые, красные, фиолетовые и бордовые листья появляются на разных деревьях и в разное время.
В некоторых северных странах с обильной лесной растительностью (Канада, США, Скандинавия, Восточная Азия) даже существует особая разновидность туризма, именуемая «созерцанием листьев» и приносящая довольно большой вклад в экономику.
По осени путешественников-эстетов возят по самым красочным уголкам страны, демонстрируя пейзажи, где огромные территории усыпаны золотом и багрянцем.
А порой даже в одной кроне одновременно сочетается несколько цветов. Почему так происходит? Неужели природе просто хочется нас «порадовать» перед наступлением монохромных холодов?
Разумеется, нет. Хотя такое многоцветье, безусловно, очень приятно любому взгляду, эволюционно процесс этот возник по совершенно другим причинам. «Виной» всему жизненный цикл растений, а «отвечают» за красочные преображения листьев особые пигменты. Давайте обо всем по порядку.
Биологические пигменты – по-разному окрашенные вещества, входящие в состав тканей организмов.
Растительные пигменты выполняют множество функций. В первую очередь, они определяют окраску растений, важную для их приспособления к внешней среде. Так или иначе окрашенные венчики цветов привлекают для опыления тех или иных насекомых, яркие плоды становятся заметнее для птиц и других «поедателей», которые таким образом помогают распространять семена, некоторые пигменты помогают защищаться от ультрафиолетового излучения солнца, другие – предупреждают окружающих о ядовитости организма и т.
д.
Одним из важнейших растительных пигментов является хлорофилл. Он придает зеленую окраску большинству растений. Хлорофилл – не просто «краска», он принимает непосредственное участие в важнейшем для растений процессе фотосинтеза, т.е. преобразовании энергии видимого света в энергию химических связей органических веществ (биосинтез). Говоря простым языком, именно благодаря процессу фотосинтеза растения растут и плодоносят.
Помимо хлорофилла, в растениях присутствуют и другие пигменты. Основные их группы:
) – у высших растений играют важную роль в метаболизме (в том числе, и в фотосинтезе), а «заодно» обуславливают бордово-пурпурно-синюю и розово-лиловую окраску цветов и листьев (иногда и желто-оранжевую). Многие являются мощными антиоксидантами.В листьях разных «летних» растений единовременно присутствует большинство различных вышеперечисленных пигментов (кроме антоцианов) в различных соотношениях – в зависимости от вида и возраста растения, его жизненной фазы, даже места произрастания и текущей погоды (в первую очередь, температуры и освещения). Но именно хлорофилл в теплое время года количественно преобладает в листьях над всеми остальными пигментами, затмевая и перекрывая их цвета.
Итак, всю весну и лето деревья растут, хлорофилл «работает», листья зеленеют. Что же происходит осенью?
А осенью растения готовятся к периоду покоя – световой день резко уменьшается, температура значительно падает, даже вода в грунте замерзает. Деревьям и кустарникам приходится сбрасывать листву – если бы они этого не делали, листья продолжали бы активное испарение на фоне прекращения всасывания воды корнями, и растения попросту бы засохли (по этой же причине точно так же деревья могут сбрасывать листья при сильной засухе в жаркий сезон).
Но перед осенним листопадом листва меняет цвет с зеленого на всевозможные оттенки золотого и красного – зачем и почему?
Дело в том, что пигмент хлорофилл очень чувствителен к свету и кислороду воздуха и легко разрушается. Если летом при ярком солнечном свете и длинном световом дне он так же легко восстанавливается, то осенью для этого условий нет. Более того – вода и питательные соки вообще перестают поступать к листьям, т.
к. у их основания формируется пробковый клеточный слой (подготовка к листопаду). Сначала процесс идет медленно, но затем ускоряется.
В итоге хлорофилл разрушается и постепенно исчезает из палитры пигментов (теряя, в первую очередь, магний) и «на первый» план выходят ранее скрытые каротины и ксантофиллы, ответственные за желтую, оранжевую и красную окраску разной интенсивности. Параллельно с этим в листьях идет образование новых пигментов – антоцианов, ответственных за фиолетово-розово-сине-лиловые оттенки (а вот зачем именно это происходит, ученые пока сами не сильно разобрались; существует версия, что для фотозащиты на фоне потери магния). До последнего хлорофилл «держится» в жилках листа – часто те остаются зелеными, даже когда расположенные между ними ткани уже давно полностью изменили цвет.
Как мы уже упоминали, все эти процессы напрямую зависят от температуры и обилия света. В солнечные и сухие осенние дни при температуре около 0°C листва будет более насыщенных цветов.
А если часто идет дождь и все время тепло и пасмурно, либо резко наступают холода, то листья будут тусклыми и невзрачными – желто-коричневыми.
У некоторых деревьев поздней осенью листья вместо разноцветных становятся одноцветными – бурыми и темно-коричневыми, как например, у дуба или каштана. Этот процесс обусловлен разрушением практически всех цветных пигментов, когда становятся заметными клеточные стенки из целлюлозы и лигнина, а также оставшийся самый стойкий пигмент танин из группы флавоноидов, более знакомый нам по окрашиванию чая и вина.
Почему же листья разного цвета могут присутствовать одновременно на одной и той же ветке?
Вы уже знаете, что осенью листва каждого вида растения окрашивается по-разному – смотря сколько и каких именно других растительных пигментов «пряталось» в летнее время «под хлорофиллом». Именно это процентное соотношение вкупе с разной скоростью протекания процессов разрушения хлорофилла, формирования антоцианов и освобождения других пигментов в каждом конкретном листочке и дает им свой неповторимый цвет.
А еще опавшие цветные листья (здоровые!) – прекрасное органическое удобрение, которое, распадаясь, «возвращает» в почву множество полезных веществ, скопившихся за время «жизни» листьев на дереве. А это – растительный белок, магний, калий, железо, кальций, азот, фосфор, сера… Вы удивитесь, но даже витаминов в покрасневших листьях плодово-ягодных культур зачастую больше, чем в тех же ягодах и плодах! А медленно разлагающиеся плотные части листовой пластинки (черешки и жилки) в процессе будут еще и дополнительно структурировать почву, улучшая ее качество.
Пока золотая осень в некоторых регионах еще в разгаре, самое время выйти с друзьями на природу, полюбоваться разноцветьем красок на деревьях и кустарниках, устроить осеннюю фотосессию, а то и пособирать опавшие яркие листья на пользу саду и огороду!
Ключевые понятия
Растения
Сезонные изменения
Цвета
Введение
Вы когда-нибудь задумывались, почему осенью листья меняют цвет с зеленого на удивительное сочетание желтого, оранжевого и красного цветов? Листья получают свои яркие цвета от пигментов, состоящих из молекул разного размера, создающих цвет.
В теплые солнечные месяцы растения используют свои листья для превращения солнечного света в пищевую энергию. Этот процесс называется фотосинтезом. В первую очередь используется пигмент, отражающий зеленый свет, который придает листьям характерный цвет.
Осенью, когда наступают более холодные и короткие дни, многие виды деревьев больше не производят пищевую энергию своими листьями и, следовательно, больше не нуждаются в зеленом пигменте. Другие пигменты листьев, некоторые из которых были уже летом, становятся видимыми. Раскройте эти скрытые цвета осени, разделив растительные пигменты с помощью процесса, называемого бумажной хроматографией. Какие цвета вы увидите?
Фон
В листьях растений имеется много типов пигментов. Хлорофилл делает их зелеными и помогает осуществлять фотосинтез в теплые солнечные месяцы. С наступлением осени зеленый цвет, необходимый для приготовления пищи, тускнеет, другие пигменты, такие как желтый, оранжевый и красный, становятся более заметными.
Ксантофиллы представляют собой желтые пигменты, а каротиноиды придают листьям оранжевый цвет. Фотосинтез также использует эти пигменты летом, но хлорофилл, более сильный пигмент, подавляет их. Этим пигментам требуется больше времени, чтобы разрушиться, чем хлорофиллу, поэтому вы видите, как они становятся видимыми в осенних листьях. Они также содержатся в моркови, нарциссах, бананах и других растениях, которые имеют такие яркие цвета. Есть также антоцианы, интенсивные красные пигменты, которые не образуются летом, а появляются только в последней группе осенних цветов. Эти молекулы также придают красный оттенок яблокам, клюкве, клубнике и другим продуктам.
Хотя лист представляет собой смесь этих пигментов, вы можете разделить цвета с помощью метода, называемого хроматографией на бумаге. Этот процесс растворяет пигменты и позволяет им впитываться полоской бумаги. Большим молекулам труднее двигаться в тканой бумаге, и они сначала застревают в бумаге, тогда как более мелкие перемещаются дальше по бумаге.
Этот процесс разделяет смесь пигментов по молекулярному размеру и по цвету.
Материалы
• Листья на разных стадиях изменения цвета (чем больше, тем лучше — лучше всего около 10 листьев каждого цвета)
• Ножницы
• Крепкие и прочные стаканы для питья (от трех до четырех)
• Медицинский спирт (изопропиловый спирт)
• Деревянная ложка или другая деревянная посуда с тупым концом для измельчения листьев
• Вилка
• Очень маленькие миски или подсвечники для чайной свечи (от трех до четырех)
• Прочные, белые, плотные, сверхвпитывающие бумажные полотенца
.
• Линейка
• Карандаш
• Зубочистки
• Тарелка (или другая поверхность для защиты рабочей зоны от пятен)
• Высокие стеклянные банки, например, стеклянные банки (от трех до четырех)
• Бельевые прищепки или большие скрепки (от девяти до двенадцати)
Подготовка
• Соберите несколько листьев, которые осенью находятся на разных стадиях изменения цвета, желательно с одного дерева.
• Разделите листья на группы по цвету, примерно по 10 больших листьев в группе. Разделить их на зеленые, желтые и красные стопки может быть проще всего.
• Подготовьте полоски бумажных полотенец, сделав по три-четыре полоски на каждую группу листьев. Нарежьте прочное толстое бумажное полотенце на длинные полоски шириной в один дюйм. Они должны быть достаточно длинными, чтобы касаться дна высоких стеклянных или каменных банок и при этом выступать над их верхом. Карандашом аккуратно проведите линию в одном дюйме от нижней части каждой полоски.
Процедура
• Нарежьте листья ножницами на мелкие кусочки. Положите каждую группу листьев на дно стакана.
• Добавьте в каждый стакан по одной столовой ложке медицинского спирта.
• Растолочь листья в медицинском спирте тупым концом деревянной ложки в течение примерно пяти минут, пока раствор не станет темным. Как изменился цвет спирта?
• Оставьте раствор на 30 минут в темном месте в помещении.
• Используйте вилку, чтобы удалить кусочки листьев из растворов и выбросить их, оставив жидкость в стакане.
• Налейте каждый раствор в очень маленькую миску и оставьте в темном месте в помещении, чтобы спирт испарился. Вы будете готовы к следующему шагу, когда перемешаете раствор зубочисткой, и он покажется вам более густым.
• Тщательно перемешайте каждый окрашенный раствор зубочисткой, используя разные зубочистки для каждого раствора, чтобы не смешать цвета.
• Используя зубочистку для каждого цвета, плавно и равномерно «нарисуйте» немного каждого раствора на полоске бумажного полотенца по линии, которую вы нарисовали карандашом. Поскольку некоторые растительные пигменты могут оставлять пятна, вы должны делать это на тарелке, чтобы цвет не испачкал вашу рабочую поверхность. Для каждого цвета сделайте это, используя в общей сложности три-четыре полоски.
• Дайте полоскам высохнуть.
• Пока полоски сохнут, налейте в каждую стеклянную банку медицинский спирт в количестве, достаточном, чтобы только покрыть дно.
Подготовьте по одной баночке для каждого цветового раствора.
• Аккуратно поместите окрашенный конец полоски в банку, пока полоска не коснется спирта. Накиньте верхнюю часть полоски на горлышко банки и закрепите ее прищепкой. Убедитесь, что каждая полоска не касается стенок банки, а только соприкасается с банкой в том месте, где она закреплена. Поместите и закрепите полоски из одного и того же раствора в одну и ту же банку, но следите, чтобы они не соприкасались друг с другом.
• Оставьте очки на 30 минут и наблюдайте за бумажными полосками. Что происходит с цветом бумажных полосок?
• Когда один из цветов достигнет верха полоски, снимите все полоски и дайте им высохнуть.
• Посмотрите на разные высушенные полоски. Чем отличаются цвета полосок? Имеют ли полоски из разных цветовых решений уникальные цвета, общие цвета или и то, и другое?
• Посмотрите, в каком порядке отображаются цвета на разных полосках. Один и тот же цвет в одном и том же месте на разных полосах или в другом месте? Цвета появляются в одном и том же порядке разделения или в разных порядках на каждой полосе?
• Совет: Если результаты хроматографии бледные, попробуйте использовать больше листьев, разрезав их на более мелкие кусочки и/или «нанеся» больше раствора на карандашную линию на бумажном полотенце.
• Дополнительно: Эту же процедуру можно использовать для сравнения цветных молекул в различных растительных источниках. Например, вы можете попробовать краснокочанную капусту, чернику, морковь, свеклу, шпинат, цветы или другие ярко окрашенные растения. Как соотносятся их смеси цветных молекул?
• Дополнительно: Если вы найдете дерево с широким диапазоном цветов, вы можете повторить эту процедуру, используя листья на более промежуточных стадиях изменения. Особенно хорошим источником разнообразной окраски листьев являются осины.
Наблюдения и результаты
Удалось ли вам увидеть несколько цветных полосок на тест-полосках? Вы видели, что некоторые из присутствующих полос отличались от используемых цветовых решений?
Несмотря на то, что лист растения выглядит в основном одноцветным, на самом деле он состоит из смеси молекул пигмента. В этой процедуре бумажная хроматография разделяла пигменты по размеру их молекул.
Следовательно, вы должны видеть разные цвета в разных местах, когда вы проходите вдоль одной из полосок бумажных полотенец, и порядок, в котором появляются цвета, должен быть примерно одинаковым среди различных цветовых решений, которые вы тестировали.
Какого цвета полосы на тест-полосках? Это разные пигменты в листьях. На полосках бумажных полотенец вы можете увидеть: зеленые хлорофиллы, желтые ксантофиллы, оранжевые каротиноиды и красные антоцианы. Пигменты с более крупными молекулами обычно остаются в нижней части полоски, где раствор был впервые «нанесен» на карандашную линию, потому что им труднее пройти через тканое волокно бумажного полотенца. Пигменты меньшего размера могут легче проходить через бумажное полотенце и, следовательно, они обычно перемещаются дальше по полосе.
Поскольку цвет листа зависит от смеси пигментов внутри него, листья разных цветов будут отображаться разными цветами на полосках бумажных полотенец. Например, на очень зеленых листьях могут отсутствовать красные пятна (антоцианы) на полосках.
Очистка
Поскольку некоторые растительные пигменты могут оставлять пятна, будьте осторожны, чтобы не пролить цветные растворы, когда выбрасываете их.
Еще для изучения
«Почему листья на деревьях меняют цвет осенью?» от Научный американец
«Почему листья меняют цвет» от S.U.N.Y. Колледж экологических наук и лесного хозяйства E-Center
«Цвет осенней листвы» из Музея Фишера, Гарвардский лес, факультет искусств и наук Гарвардского университета; и Международный университет Флориды, факультет биологических наук
«Ресурсы по бумажной хроматографии» от Science Buddies
.
«Бумажная хроматография: базовая версия» от Science Buddies
Это занятие проводится совместно с Science Buddies
Листья осины: краски осени. Район Бивер-Рейнджер, Национальный лес Фишлейк. (Фотография Лесной службы Скотта Белла)
В течение многих лет ученые работали над тем, чтобы понять изменения, происходящие в деревьях и кустарниках осенью.
Хотя мы не знаем всех деталей, мы знаем достаточно, чтобы объяснить основы и помочь вам насладиться многоцветием природы. На осеннюю окраску листьев влияют три фактора:
— пигменты листьев
— продолжительность ночи
— погода
Время изменения цвета и начала опадания листьев регулируется календарем, поскольку ночи становятся длиннее. Ни одно из других воздействий окружающей среды, таких как температура, осадки, запасы пищи, не являются такими неизменными, как неуклонно увеличивающаяся продолжительность ночи осенью. По мере того, как дни становятся короче, а ночи длиннее и прохладнее, биохимические процессы в листе начинают раскрашивать пейзаж осенней палитрой Природы.
Цветовая палитра нуждается в пигментах, и есть три типа, которые участвуют в осеннем цвете:
— Каротиноиды: Придает желтый, оранжевый и коричневый цвет таким растениям, как кукуруза, морковь и нарциссы, а также брюквы, лютики и бананы.
— Антоцианин: Придает цвет таким знакомым вещам, как клюква, красные яблоки, виноград конкорд, черника, вишня, клубника и сливы. Они водорастворимы и появляются в водянистой жидкости клеток листа.
— Хлорофилл : Придает листьям основной зеленый цвет. Это необходимо для фотосинтеза, химической реакции, которая позволяет растениям использовать солнечный свет для производства пищевых сахаров.
Деревья в умеренных зонах запасают эти сахара на период зимнего покоя.
И хлорофилл, и каротиноиды присутствуют в хлоропластах клеток листа на протяжении всего вегетационного периода. Большинство антоцианов вырабатывается осенью в ответ на яркий свет и избыток растительных сахаров в клетках листа.
В течение вегетационного периода постоянно вырабатывается и расщепляется хлорофилл, и листья становятся зелеными. По мере увеличения продолжительности ночи осенью производство хлорофилла замедляется, а затем прекращается, и в конечном итоге весь хлорофилл разрушается.
Затем каротиноиды и антоцианы, присутствующие в листе, демаскируются и проявляют свой цвет.
Блестящая осень уходит в Верхний национальный лес. (фото Лесной службы)
Отдельные цвета характерны для отдельных видов:
— Oaks: red, brown, or russet
— Hickories: golden bronze
— Aspen and yellow-poplar: golden yellow
— Dogwood: purplish red
— Beech: светло-коричневый
— Кислое дерево и черное тупело: малиновый
Окраска листьев клена различается по видам:
— Клен красный: ярко-алый
— Клен сахарный: оранжево-красный
— черный клен: ярко-желтый
— полосатый клен: почти бесцветный
Некоторые листья некоторых видов, таких как вязы, просто сморщиваются и опадают, практически не окрашиваясь, кроме тускло-коричневого цвета.
Время изменения цвета также зависит от вида. Например, кислица в южных лесах может стать ярко красочной в конце лета, в то время как все остальные виды еще ярко-зеленые. Дубы приобретают свой цвет спустя много времени после того, как другие виды уже сбросили листву.
Эти различия во времени между видами, по-видимому, унаследованы генетически, поскольку конкретный вид на одной и той же широте будет демонстрировать одинаковую окраску при низких температурах высокогорных возвышенностей примерно в то же время, что и в более теплых низинах.
Продолжительность ночи
Ранней осенью, в ответ на сокращение дня и снижение интенсивности солнечного света, листья начинают процессы, ведущие к их опадению. Жилки, по которым жидкость попадает в лист и выходит из него, постепенно закрываются по мере того, как у основания каждого листа формируется слой клеток. Эти закупоренные вены задерживают сахара в листьях и способствуют выработке антоцианов. Как только этот разделительный слой завершен и соединительные ткани закрыты, лист готов упасть.
Как погода влияет на цвет осени?
Количество и яркость цветов, которые появляются в любой конкретный осенний сезон, связаны с погодными условиями, которые возникают до и во время истощения хлорофилла в листьях. Основными факторами являются температура и влажность.
Чередование теплых солнечных дней и прохладных, ясных, но не морозных ночей, кажется, приводит к самым впечатляющим цветным дисплеям. В эти дни в листе вырабатывается много сахаров, но прохладные ночи и постепенное закрытие жилок, впадающих в лист, не позволяют этим сахарам выходить наружу. Эти условия — много сахара и света — стимулируют выработку блестящих антоциановых пигментов, которые окрашивают в красный, пурпурный и малиновый цвета. Поскольку каротиноиды всегда присутствуют в листьях, желтый и золотой цвета остаются довольно постоянными из года в год.
Количество влаги в почве также влияет на осенние цвета. Как и погода, влажность почвы сильно меняется от года к году.
Бесчисленные комбинации этих двух сильно различающихся факторов гарантируют, что не может быть двух одинаковых осеней. Поздняя весна или сильная летняя засуха могут отсрочить наступление осенней окраски на несколько недель. Теплый период осени также снизит интенсивность осенних красок. Теплая влажная весна, благоприятная летняя погода и теплые солнечные осенние дни с прохладными ночами должны дать самые яркие осенние краски.
Что все это делает для дерева?
Осенний показ в зоне отдыха на пляже Норвегии в Национальном лесу Чиппева. (фото Лесной службы)
Зима – это неизбежность, с которой вся растительность в умеренных зонах приходится сталкиваться каждый год. Многолетние растения, в том числе деревья, должны иметь какую-то защиту, чтобы пережить низкие температуры и другие суровые зимние воздействия. Стебли, веточки и почки приспособлены к тому, чтобы пережить экстремальный холод, чтобы они могли пробудиться, когда весна знаменует начало очередного вегетационного периода.
Однако нежные ткани листьев зимой замерзают, поэтому растения должны либо укреплять и защищать свои листья, либо избавляться от них.
Вечнозеленые растения: сосны, ели, кедры, пихты и т. д. способны пережить зиму, потому что они закалены. Их игольчатая или чешуйчатая листва покрыта густым восковым налетом, а жидкость внутри их клеток содержит вещества, устойчивые к замерзанию. Таким образом, листва вечнозеленых растений может безопасно выдерживать любые зимние условия, кроме самых суровых, например, в Арктике. Вечнозеленые иголки сохраняются несколько лет, но в конце концов от старости опадают.
Широколиственные деревья: Это деревья, у которых нет иголок или чешуйчатых листьев. Они чувствительны и уязвимы для повреждений, обычно широкие и тонкие и не защищены каким-либо толстым покрытием. Жидкость в клетках этих листьев обычно представляет собой тонкий водянистый сок, который легко замерзает, что делает их уязвимыми зимой, когда температура падает ниже нуля.
Ткани, которые не могут перезимовать, должны быть изолированы и сброшены, чтобы обеспечить дальнейшее выживание растения.
Что происходит со всеми этими опавшими листьями?
Опадающие иголки и листья не пропадают. Они разлагают и пополняют почву питательными веществами и составляют часть губчатого гумусового слоя лесной подстилки, который поглощает и удерживает осадки. Опавшие листья также становятся пищей для многочисленных почвенных организмов, жизненно важных для лесной экосистемы.
Довольно легко увидеть пользу дерева от его ежегодного листопада, но выгода для всего леса более тонкая. Вполне может быть, что лес не может выжить без ежегодного пополнения за счет листьев, как не может выжить отдельное дерево, не сбрасывая эти листья. Множество красивых взаимосвязей в лесном сообществе оставляют нам множество захватывающих загадок, которые еще предстоит решить.
Где в США можно увидеть осенние краски?
Вы можете найти осенний цвет в парках и лесах, в городах, сельской местности и горах — везде, где вы найдете лиственные широколиственные деревья, те, которые сбрасывают листья осенью.
Новая Англия по праву славится захватывающими осенними красками, окрашенными деревьями в ее горах и сельской местности, но Адирондак, Аппалачи, Смоки и Скалистые горы также украшены красочными дисплеями. На востоке мы можем видеть красные, оранжевые, золотые и бронзовые цвета смешанных лиственных лесов; на западе ярко-желтые осинники и лиственницы контрастируют с темно-зелеными вечнозелеными хвойными деревьями.
Многие из более чем 100 национальных живописных переулков Лесной службы были спланированы с учетом осенних красок. Почти каждый из них предлагает красивый, красочный драйв осенью.
Когда лучше всего любоваться осенними красками?
К сожалению, осенний цвет не очень предсказуем, особенно в долгосрочной перспективе. Половина удовольствия состоит в том, чтобы попытаться перехитрить природу! Но обычно он начинается в конце сентября в Новой Англии и движется на юг, достигая Смоки-Маунтинс к началу ноября. Примерно в это же время он появляется в высокогорных горах на западе.
Проще говоря, благодаря фотосинтезу, растения получают пищу от солнечных лучей.