|
Управление образования администрации муниципального образования Аркадакского муниципального района МБОУ "Средняя общеобразовательная школа села Семеновка" Аркадакского района Саратовской области
Конкурс проектных и исследовательских работ «Мой первый проект!»
Выяснение причин изменения окраски листьев
Вид работы − исследовательский проект Секция − биология (природоведение) и экология
Авторы:
ученики 6 класса МБОУ "СОШ с. Семеновка" Аркадакского района Саратовской области
Руководитель
учитель химии и биологии МБОУ "СОШ с. Семеновка" Аркадакского района Саратовской области
с. Семеновка 2016 г.
|
Аннотация
Данный проект состоит из двух частей: теоретической - содержит сбор, содержание и систематизацию знаний о причине окраски листьев; практической – сбор материала – листьев, проведения лабораторных исследований на выявление окрашивающих пигментов и зависимости их проявления от времени года
В начале реализации данного проекта была сформирована база исследований, сделанных учеными по теме проекта. В теоретической части выявлены причины окраски листьев, разложен процесс окрашивания листьев, пигментация, окрашивающие элементы.
Практическая часть содержит сбор материала для проведения лабораторных исследований. Описание химических реакций, наглядный материал. Доказательства наличия пигментов в листьях.
В заключении вывод о достижении изначально, поставленных целей и задач исследовательского проекта.
Содержание
ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................................4
1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСА О ПРИЧИНЕ ИЗМЕНЕНИЯ ОКРАСКИ ЛИСТЬЕВ ДРЕВЕСНЫХ ВИДОВ РАСТЕНИЙ ОСЕНЬЮ..5
1.1. Причины изменения окраски листьев у деревьев и кустарников.....................5
1.2. Учёные об изменении окраски листьев................................................................6
2. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСА О ПРИЧИНЕ ИЗМЕНЕНИЯ ОКРАСКИ ЛИСТЬЕВ ДРЕВЕСНЫХ ВИДОВ РАСТЕНИЙ ОСЕНЬЮ..............................7
2.1. Сбор и оформление гербария...............................................................................7
2.2. Работа с микроскопом............................................................................................8
2.3. Доказательство наличия пигмента хлорофилла в листе...................................10
2.4. Доказательство наличия пигмента антоциана в листе.....................................11
2.5. Доказательство наличия в листе каротина и ксантофилла.............................12
ВЫВОДЫ....................................................................................................................13
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ИНТЕРНЕТ ИСТОЧНИКОВ.....................................................................................................................14
ПРИЛОЖЕНИЯ........................................................................................................15
ВВЕДЕНИЕ
Осень пришла. Самая замечательная примета осени: изменение окраски листьев.
Нам всегда было интересно узнать, откуда у осени столько ярких разнообразных красок. Ведь летом все листья зелёного цвета. Почему именно осенью листва меняет окраску, и листья становятся жёлтыми, красными, багряными. Нам стало интересно исследовать: почему листья на деревьях осенью окрашиваются в разные цвета?
Цель работы: изучить причины изменения окраски листьев у деревьев и кустарников перед листопадом.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
изучить литературу по теме;
провести наблюдения за окраской лиственных деревьев и кустарников в осенний период;
научиться делать гербарий;
научиться пользоваться цифровым микроскопом, сделать образцы срезов листьев и рассмотреть пигментацию осенних листьев в микроскоп;
провести исследование по выделению из листа красящих пигментов;
выяснить, почему деревья и кустарники сбрасывают на зиму листья;
сделать выводы.
Объект исследования: опавшие листья деревьев и кустарников.
Предмет исследования: изменение окраски листьев у деревьев и кустарников.
Гипотеза: мы предполагаем, что листья меняют окраску на деревьях и кустарниках, потому что они боятся холода.
Методы исследования: анализ научной литературы, эксперимент.
Практическое применение: данную исследовательскую работу можно использовать на уроках по окружающему миру, на занятиях по краеведению и экологии.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСА О ПРИЧИНЕ ИЗМЕНЕНИЯ ОКРАСКИ ЛИСТЬЕВ ДРЕВЕСНЫХ ВИДОВ РАСТЕНИЙ ОСЕНЬЮ
1.1. Причины изменения окраски листьев у деревьев и кустарников
Изучив научную литературу, мы выяснили, что в листьях изначально содержатся такие вещества, как – хлорофилл, ксантофилл, каротин, антоцианы.
Летом листья имеют зелёный цвет из-за большого количества пигмента хлорофилла, содержащегося в них. Этот пигмент − кормилец растения, так как именно с его помощью на свету растение из углекислого газа и воды синтезирует основной сахар − глюкозу, а из него все остальные питательные вещества [2]. Хлорофилл в живом листе постоянно разрушается и вновь образуется, но происходит это только на свету [1].
Однако, наряду с хлорофиллом, зелёные листья содержат и другие пигменты − ксантофилл, оранжевый каротин и антоциан. Летом эти пигменты незаметны, так как замаскированы большим количеством хлорофилла. Осенью же по мере затухания жизнедеятельности в листе хлорофилл разрушается. Тут-то и проявляются другие пигменты [2].
Разрушение хлорофилла интенсивнее происходит на свету, то есть в солнечную погоду. Вот почему в пасмурную дождливую осень листья дольше сохраняют свою зеленую окраску.
Когда
наступает осень и света становится все
меньше и меньше, хлорофилл разрушается
и не успевает восстановиться. Листья
избавляются от зеленого пигмента, и на
некоторое время проявляется их истинный
цвет.
Вещество ксантофилл придает
листьям желтый цвет, каротин – оранжевый.
Яркие красные, багровые оттенки придают
листьям пигменты антоцианы.
Яркость осенних листьев зависит от того, какая стоит погода. Если осень затяжная, дождливая – окраска листвы от избытка воды и недостатка света будет тусклой, невыразительной. Если же холодные ночи чередуются с ясными солнечными днями, то и краски будут под стать погоде – сочными и яркими [1,4]. Итак, в листьях изначально содержатся различные красящие вещества. Хлорофилл придает листьям зеленый цвет, ксантофилл – желтый, антоцианы – красные оттенки, каротин – оранжевые. Осенью хлорофилл разрушается, а оранжевые, желтые и красные пигменты сохраняются и становятся заметными.
1.2. Учёные об изменении окраски листьев
Ещё в XVIII веке женевский пастор Жан Сенебье задумался над вопросом: почему этот зелёный мир зелен? Изучив действие солнечного света, он показал, что благодаря процессу образования кислорода и поглощения углекислого газа, происходящему в зелёном листе, питается растение, а через него и животный мир. Так было сделано одно из величайших открытий. Но вопрос о зелёной окраске листьев так и остался открытым [1,4].
Учёные- естествоиспытатели всего мира искали на него ответ. Более 35 лет отдал великий русский учёный Климент Аркадьевич Тимирязев изучению зелёного листа, запасающего впрок солнечные лучи. Была открыта важнейшая роль пигмента хлорофилла в процессе фотосинтеза и значение растений на Земле [3].
Профессор-биолог лондонского университета Империал Колледж Томас Деринг в ходе исследований об изменении осенней окраски листьев пришел к выводу, что тем самым растения пытаются защитить себя от ряда опасных вредителей. Изучая цвета, которые «предпочитают» насекомые-вредители, в первую очередь тля, ученый установил, что они, при откладывании яиц осенью, избегают красной гаммы. При этом предпочтение у вредителей вызывает зеленый и желтый цвет. Более того, Деринг установил, что при повышенной концентрации вредителей листья могут краснеть даже у тех деревьев, которые обычно имеют осенью желтую листву. Традиционно красный цвет в природе обозначает опасность. [4]
А вот учёные из университета Северной Каролины в Шарлотте под руководством Эмили Хабинк выяснили, что все дело в почве. Если земля бедна азотом, листья будут производить больше красного пигмента. С его помощью листва дольше продержится на ветках, и дерево сумеет забрать из нее больше полезных веществ. Таким образом, оно хоть немного восполнит дефицит азота. А вот, когда дереву такая подпитка не нужна, то природа оставляет листья желтыми. Благодаря этому открытию ученых, по цвету листьев теперь можно будет определить качество почвы. Если осенью лес окрасился в красивые красные тона - значит, с землей в этих местах не все благополучно. [4]
Следовательно, существуют другие теории учёных об изменении окраски листьев осенью.
2. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСА О ПРИЧИНЕ ИЗМЕНЕНИЯ ОКРАСКИ ЛИСТЬЕВ ДРЕВЕСНЫХ ВИДОВ РАСТЕНИЙ ОСЕНЬЮ
2.1. Сбор и оформление гербария
В процессе фенологических наблюдений мы собирали листья разной цветовой гаммы с каждого вида дерева и кустарника, укладывали их в «рубашки» (газеты) для сушки, а затем оформляли гербарий (приложение 1). Всего мы оформили 8 видов деревьев и кустарников.
2.2. Работа с микроскопом
Для работы мы собрали листья разных цветов: зеленый, желтый, красный. Затем сделали срез каждого листа. Чтобы можно было лист хорошо рассмотреть, срез должен быть очень тонким. Положили каждый срез на стекло в каплю воды, закрыли его покровным стеклом и рассмотрели в микроскоп.
Фото 1. Пигментация зеленого листа клёна. Увеличение в 10 раз.
Фото 2. Пигментация желтого листа каштана. Увеличение в 10 раз.
Фото 3. Пигментация красного листа дикого винограда. Увеличение в 10 раз.
Здесь мы увидели закономерности пигментации листьев. Во-первых: изменение цвета листьев на желтый происходит по прожилкам листа и, затем, распространяется на весь лист. Однако, при тщательном рассмотрении листьев деревьев, мы увидели, что красный или багряный цвет покрывает лист вокруг прожилок, так как этот цвет обусловливает пигмент, который называется антоцианом. В отличие от хлорофилла, антоциан не связан внутри клетки с пластическими образованиями (зернами), а растворен в клеточном соке.
2.3. Доказательство наличия пигмента хлорофилла в листе
В пробирку со спиртом помещаем зеленый лист и нагреваем над спиртовкой. Через некоторое время спирт должен окраситься в зеленый цвет.
Таким образом, спирт действительно окрасился в зелёный цвет, это доказывает наличие в листе зелёного пигмента – хлорофилла.
2.4. Доказательство наличия пигмента антоциана в листе
Убедиться в наличии антоцианов в листьях можно несколькими способами.
Первый: нужно прокипятить красные листья и в этот раствор капнуть уксус. Цвет раствора станет розово-красным.
Второй: красные листья измельчить в ступке с небольшим количеством песка, и, добавив 5 мл воды, отфильтровать.
Исходя из этого, цвет раствора в первом и во втором опыте убеждает в том, что антоцианы – водорастворимые красные пигменты, находящиеся в листьях.
2.5. Доказательство наличия в листе каротина и ксантофилла
К измельчённым зелёным листьям добавляем 5 мл этилового спирта, на кончике ножа мел и растираю в фарфоровой ступке до однородной массы, пока спирт не окрасится в зелёный цвет. На бумагу наносим стеклянной палочкой каплю полученной жидкости.
Кроме того, через 3 – 5 минут на бумаге образовались цветные концентрические круги: в центре зелёный, снаружи – жёлто-оранжевый, что доказывает наличие в листе зелёного пигмента – хлорофилла, жёлтого пигмента – ксантофилла, оранжевого – каротина.
ВЫВОДЫ
В результате выполнения исследовательской работы наша гипотеза о том, что листья деревьев изменяют цвет осенью, потому что становится холодно, не подтвердилась. Мы выяснили, что окраска листьев происходит из-за нехватки солнечного света осенью.
В результате написания исследовательской работы все поставленные нами задачи выполнены.
Во-первых, мы собрали листья разных цветовых спектров 8 видов деревьев и кустарников и оформили их в гербарий (см. приложение 1).
Во- вторых, из литературных источников и Интернета мы выяснили причину изменения цвета у листьев. Летом листья имеют зеленый цвет из-за большого количества пигмента хлорофилла (см. фото 1), содержащегося в них. Этот пигмент - кормилец растения, так как именно с его помощью на свету растение из углекислого газа и воды синтезирует основной сахар - глюкозу, а из него - все остальные питательные вещества. Хлорофилл в живом листе постоянно разрушается и вновь образуется, но происходит это только на свету. Наряду с хлорофиллом, зеленые листья содержат и другие пигменты - желтый ксантофилл и оранжевый каротин. Летом эти пигменты незаметны, так как замаскированы большим количеством хлорофилла. Осенью же по мере уменьшения количества солнечного света хлорофилл в листе постепенно разрушается и не успевает восстанавливаться. Тут-то и проявляются в листе желтые и оранжевые оттенки ксантофилла и каротина.
Помимо золотых, осенние наряды деревьев содержат багряные оттенки. Этот цвет обусловливает пигмент, который называется антоцианом (см. фото 3). В отличие от хлорофилла, антоциан не связан внутри клетки с пластическими образованиями (зернами), а растворен в клеточном соке. При понижении температуры, а также при ярком свете количество антоциана в клеточном соке увеличивается.
В третьих, мы научились пользоваться электронным микроскопом, делать образцы среза листьев и рассмотрели пигментацию листьев.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ И ИНТЕРНЕТ ИСТОЧНИКОВ
Батурицкая Н.Б., Фенчук Т.Д. «Удивительные опыты с растениями», Мн., «Нар.асвета», 1991, с. 5-8, 14 -16
Дитрих А. «Почемучка», М. «Слово», 1990, с.314
Гизатуллина Г.Ф Методика проведения фенологических наблюдений в дополнительных образовательных учреждениях [Электронный ресурс]. – Режим доступа: (Дата обращения 28. 09.2016). Загл. с экрана. Яз. рус.
Шлотгауэр, С.Д. Времена года: Хрестоматия дальневосточной природы / С.Д. Шлотгауэр. – Хабаровск: Изд. дом «Приамурские ведомости». - 2002. – ISBN 5-8003-0072-0.
ПРИЛОЖЕНИЕ
ГЕРБАРИЙ
