Эксперимент по физиологии растений в средней школе
Обновлено: 05.07.2024
Введение
Природа наградила нас необычайным даром – цветовым зрением, а вместе с ним дала возможность восхищаться красотой окружающего растительного мира. Кто не восхищался красками фруктов и овощей? Даже сами названия цветов – оранжевый, лиловый – тоже происходят от названия растений. Но часто ли Вы задавали себе вопросы, почему листья зеленые осенью краснеют или желтеют, почему растения окрашены так, а не иначе? Мы можем предположить, что различия в окраске растений зависит от пигментов.
Цель работы: исследование растительных пигментов в различных растениях.
Задачи работы:
1. Ознакомиться с литературой, рассказывающей о растительных пигментах;
2. Выяснить какое значение имеют пигменты для растений;
3. Опытным путем получить растительные пигменты;
4. Доказать, что наряду с хлорофиллом растения содержат различные пигменты.
Объект исследования: листья растений.
Предмет исследования: растительные пигменты.
Гипотеза: растения наряду с хлорофиллом содержат различные пигменты.
Хлорофилл – основной пигмент растений
Самая главная функция пигментов – фотосинтез. Ее осуществляет в первую очередь хлорофилл. Климент Аркадьевич Тимирязев – русский ученый изучал воздушное питание растений - удивительный процесс создания живого из неживого в зелёном листе при помощи света. Как говорил Климент Аркадьевич, что бы ни производил на своих полях земледелец, он прежде всего производит хлорофилл — зелёное красящее вещество растения, ту живую лабораторию, которая заново создаёт органическое вещество из неорганического. Роль хлорофилла в жизни растения многозначительна, но главная это воздушное питание – фотосинтез. Это пища, это кислород и это энергия для всего живого на нашей планете. [9]
Хлорофилл обладает широким положительным спектром действия на организм. Он стимулирует работу организма, повышая обмен веществ. Повышает тонус сосудов, перистальтику кишечника, уровень гемоглобина, обладает бактерицидным действием. Он так же усиливает функциональность иммунной системы организма, ускоряя фагоцитоз, активизирует ферменты, участвующие в синтезе витаминов А, Е и К и работу эндокринных желез. [3]
Много проведенных опытов, доказывают, что хлорофилл предотвращает развитие раковых опухолей, что подтверждает старую истину, о том, что употребление зелени и овощей предупреждает развитие раковых заболеваний, прежде всего кишечника. Доктор Chiu-Nan Lai из Anderson Hospital считает, что именно хлорофилл жидкий является главным антиканцерогенным фактором. Антимутагенными свойствами обладают все растения, которые богаты хлорофиллом, - брюссельская капуста, брокколи, шпинат, ростки пшеницы и ячменя, зелень. [9]
Различные пигменты растений
Разнообразие растительных пигментов, известных современным исследователям, исключительно велико. Из года в год ученые обнаруживают все новые молекулы. Сравнительно недавно проведенные исследования позволили добавить к двум упомянутым выше разновидностям хлорофилла еще три типа: С, С1, Е. Впрочем, самым главным по-прежнему считается тип А.
Каротиноиды еще более разнообразны. Этот класс пигментов науке известен неплохо – именно за их счет приобретают оттенки корнеплоды моркови, многие овощи, плоды цитрусовых деревья и иные дары растительного мира. Как показали дополнительные испытания, канарейки имеют перья, окрашенные в желтый, именно благодаря каротиноидам. Они же дают цвет яичному желтку. За счет обилия каротиноидов азиатские жители обладают своеобразным оттенком кожи. [2]
Ни человек, ни представители животного мира не располагают такими особенностями биохимии, которые бы позволяли вырабатывать каротиноиды. Эти вещества появляются на базе витамина А. Желтый пигмент растений называется каротином. Ученые установили, что красный оттенок обеспечивают ксантофиллы. Число известных научному сообществу представителей этих двух типов постоянно увеличивается. В 1947 году ученые знали около семи десятков каротиноидов, а к 1970 их насчитывалось уже более двух сотен. [4]
Ученые, занимающиеся пигментами высших растений, пока не могут объяснить, для чего и почему природа предусмотрела столь большое разнообразие пигментных молекул. Выявлена функциональность некоторых отдельных разновидностей. Доказали, что каротин необходим для обеспечения сохранности хлорофилловых молекул от окисления. [5]
Кроме некоторых разновидностей каротиноидов, желтый цвет имеют пигменты, названные ауронами, халконами. Их химическое строение во многом напоминает флавоны. Такие пигменты в природе встречаются не слишком часто. Их нашли в листочках, соцветиях кислицы и львиного зева, ими обеспечивается окраска кореопсиса. Такие пигменты не переносят табачного дыма. Если окурить растение сигаретой, оно сразу покраснеет. Биологический синтез, протекающий в клетках растений с участием халконов, приводит к генерированию флавонолов, флавонов, ауронов.
И у животных, и у растений есть меланин. Этот пигмент обеспечивает коричневый оттенок волос, именно благодаря ему локоны могут стать черными. Если клетки не содержат меланина, представители животного мира становятся альбиносами. У растений пигмент обнаружен в кожуре красного винограда и у некоторых соцветий в лепестках. [6]
Голубой оттенок растительность получает благодаря фитохрому. Это протеиновый растительный пигмент, ответственный за контроль цветения. Он регулирует прорастание семечка. Известно, что фитохром может ускорить цветение некоторых представителей растительного мира, у других происходит противоположный процесс замедления. В некоторой степени его можно сравнить с часами, но биологическими. Строение этой молекулы корректируется временем суток и освещенностью, передавая информацию об уровне света в среде растению.
Синий пигмент в растениях – антоциан. Впрочем, есть несколько разновидностей. Антоцианы не только дают синюю окраску, но и розовую, ими же объясняются красный и сиреневый цвета, иногда – темный, насыщенный фиолетовый. Активная генерация антоцианов в растительных клетках наблюдается, когда понижается температура окружающего пространства, останавливается генерирование хлорофилла. Окраска листвы меняется с зеленой на красную, рыжую, синюю. Благодаря антоциану розы и маки имеют яркие алые цветы. Этот же пигмент объясняет оттенки соцветий герани и васильков. Благодаря голубой разновидности антоциана колокольчики имеют свой нежный цвет. Определенные разновидности этого типа пигментов наблюдаются в винограде, краснокочанной капусте, сливе. [7]
Известен желтый пигмент, который ученые назвали антохлором. Его обнаружили в кожице лепестков первоцвета. Антохлор найден в примулах, соцветиях баранчика. Им богаты маки желтых сортов и георгины. Этот пигмент дает приятный цвет соцветиям льнянки, лимонным плодам. Он выявлен в некоторых других растениях.
Сравнительно редко в природе встречается антофеин. Это темный пигмент. Благодаря ему появляются специфические пятнышки на венчике некоторых бобовых культур.
Все яркие пигменты задуманы природой для специфической окраски представителей растительного мира. Благодаря расцветке растение привлекает птиц, животных. Тем самым обеспечивается распространение семян. [8]
Все пластиды разделили на хлоропласты, имеющие зеленый оттенок, хромопласты, окрашенные в разные вариации красного спектра (включая желтый и переходные оттенки), и лейкопласты. Последним не присущи какие-либо оттенки. В норме растительная клетка содержит одну разновидность пластидов. Эксперименты показали способность этих телец трансформироваться из типа в тип.
Хлоропласты обнаружены у всех растительных органов, окрашенных в зеленый.
Лейкопласты чаще наблюдаются в частях, скрытых от прямых лучей солнца. Их много в корневищах, они обнаружены в клубнях, ситовидных частицах некоторых типов растений. Хромопласты типичны для лепестков, поспевших плодов. Тилакоидные мембраны обогащены хлорофиллом и каротиноидами. Лейкопласты не содержат пигментных молекул, но могут быть локацией процессов синтеза, скапливания питательных соединений – протеинов, крахмала, изредка жиров. [10]
Методика проведения исследований
Для проведения исследований были использованы следующие методы:
Метод получения спиртовой вытяжки хлорофилла.
Цель: извлечение хлорофилла из зеленых растений для изучения его свойств, показать, что зеленая окраска растений обусловлена присутствием в ней хлорофилла.
Материалы и оборудование: различные части растений, этиловый спирт, фарфоровая ступка с пестиком, воронка, фильтровальная бумага, пробирки, подставка под пробирки.
Теоретическое пояснение: хлорофилл не растворим в воде, но растворяется в органических растворителях (спирт, ацетон). Это свойство пигмента используют для экстрагирования его из зеленых листьев. Экстрагирование - это выделение вещества под действием растворителя. Экстракция хлорофилла проводится спиртом. В основе этого процесса лежит диффузия.
Ход работы: различные части растений тщательно растирают в фарфоровой ступке, приливая спирт, отфильтровывают через бумажный фильтр.
Разделение пигментов по методу Крауса.
Цель: показать, что наряду с хлорофиллом в спиртовой вытяжке присутствуют и другие пигменты.
Материалы и оборудование: спиртовая вытяжка, из различных частей растений, бензин, пробирки, подставка под пробирки, пипетки.
Теоретическое пояснение: хлоропласты растений содержат следующие пигменты: хлорофилл а – зеленый с синеватым оттенком, хлорофилл б - зеленый с желтоватым оттенком, каротин – желто-оранжевый, ксантофилл – золотисто-желтый. Зеленых пигментов в хлоропластах примерно в 3 раза больше, чем желтых. Этим объясняется зеленая окраска растений. Желтые пигменты хорошо заметны лишь осенью, когда хлорофилл разрушается. Эти пигменты нерастворимы в воде, но растворяется в органических растворителях (спирт, ацетон), поэтому при получении спиртовой вытяжки хлорофилла из хлоропластов экстрагируются и желтые пигменты. Для доказательства этого проводят разделение пигментов методом Крауса, используя различную растворимость пигментов растений в спирте и бензине.
Ход работы: в пробирку наливают 4-5 мл спиртовой вытяжки хлорофилла и столько же бензина. Закрыв пробирку, жидкость энергично взбалтывают и дают ей отстояться. Жидкость в пробирке разделится на 2 слоя: верхний - бензиновый (бензин легче спирта), зеленого цвета от присутствия в нем хлорофилла, нижний – спиртовой, желтого цвета от присутствия в нем ксантофилла. Второй желтый пигмент – каротин перейдет в бензиновый слой, но не будет виден из-за интенсивной окраски хлорофилла. По окончании опыта картину разделения фиксируют на фотографиях.
Результаты опыта по получению спиртовой вытяжки хлорофилла
Для опыта по извлечению хлорофилла были взяты следующие части растений: № 1 – лист белокочанной капусты; № 2 – лист сосны обыкновенной; № 3 – кожура мандарина; № 4 – кожура банана; № 5 – лист кислицы обыкновенной; № 6 – лист сансевиерии.
Различные части растений тщательно растерли в фарфоровой ступке, приливая спирт, отфильтровывали через бумажный фильтр.
В результате опыта выяснилось, что в образцах № 2 и № 6 присутствует хлорофилл, так как эти образцы дали вытяжку зеленого цвета. В образце № 1 хлорофилла нет, так как был взят лист белого цвета, который не находился на свету, в его клетках не проходил фотосинтез. В образце № 3 присутствует ксантофилл. Образцы № 4 и № 5 дали окраску вытяжки, которая имеет розовато-бежевый оттенок, но при этом вытяжка из банановой кожуры имеет золотистый оттенок (ксантофилл), а вытяжка из листа кислицы обыкновенной зеленоватый оттенок (хлорофилл).
Вывод: с помощью спирта из частей растений возможно извлечь хлорофилл. Спиртовая вытяжка хлорофилла имеет зеленую окраску. Не все растения имеют хлорофилл, у некоторых растений присутствует ксантофилл.
Результаты опыта по разделению пигментов по методу Крауса
Для того, чтобы выяснить, какие еще пигменты содержатся в исследуемых частях растений, был поставлен опыт по разделению пигментов по методу Крауса. В подготовленную спиртовую вытяжку хлорофилла из 6-ти образцов по методике был добавлен бензин, жидкость энергично взболтали и дали ей отстояться. Как и описано в ходе работы опыта жидкость в пробирках разделилась на 2 слоя.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Занимательные опыты по физиологии растений
педагог дополнительного образования
Погонышева Ольга Викторовна
В наш век развивающихся технологий , такая форма работы как опытническая должна являться приоритетной.
В дополнительном образовании нет жёстких рамок выбора содержания, тематики и проблематики проектов и исследований. Единственное, что необходимо учитывать, это возрастные категории групп участников.
Опытническая работа направлена на разрешение многочисленных вопросов, на которые трудно найти ответ, на загадочный мир растений.
Наиболее увлекающимся детям можно предложить проведение небольшого биологического исследования или предложить провести опыт.
Опыт - это наблюдение, которое проводится в специально-организованных условиях.
Всякий опыт - это активный процесс системы действий, при которых ребёнок получает ответы на стоящие перед ним вопросы. Основой каждого опыта является деятельность детей.
Наблюдения и опыты могут выполняться в процессе как индивидуальной, так и кружковой работы. В процессе проведения опытов дети учатся:
-видеть и выделять проблему,
-анализировать явление или объект,
-выделять признаки и связи,
-фиксировать этапы действий,
Предлагаемые опыты и наблюдения являются доступными для выполнения и позволяют учащимся познакомиться с наиболее интересными процессами жизнедеятельности растений.
Пигменты растений
Нас окружает богатая палитра цветов леса, луга, парка. Разнообразие красок меняется в зависимости от времени года, фазы онтогенеза, состояния погоды.
Окрашенные вещества растений - пигменты - не просто обуславливают окраску, но и участвуют в жизнедеятельности растительного организма.
В растительных клетках чаще всего встречаются зелёные пигменты хлорофиллы, жёлто-оранжевые каротиноиды, красные и синие - антоцианы, жёлтые - флавоны и флавонолы и желтые и оранжевые - халконы и ауроны.
Но, даже, если орган не содержит никакого пигмента, он всё равно имеет свой цвет - белый.
Опыт "Чем обусловлен белый цвет лепестков ромашки, белой лилии и яблони?"
Цель: Убедиться в том, что белый цвет лепестков ромашки, белой лилии, яблони обусловлен не наличием красящего вещества, а наличием развитой системы межклетников .
Оборудование: Шприц, ёмкость для воды, лепестки ромашки, яблони, лилии.
1. Лепесток осторожно сожмите пальцами. Воздух из межклетников выходит, лепесток становится бесцветным и прозрачным как лёд.
2. Погрузите лепестки в воду. Через несколько часов, когда вода проникнет в межклетники, лепестки станут бесцветными.
3. Лепестки поместите в шприц и заполните его водой. Установите шприц наконечником вверх (без иглы), задвиньте поршень, чтобы вытеснить воздух. После этого закройте пальцем отверстие наконечника и отведите поршень вниз. В результате создавшегося вакуума из воды и лепестков начнутся выделяться пузырьки воздуха. Через 1-2 минуты вода поступит в межклетники и лепестки станут прозрачными.
Опыт "Чем определяется цвет антоцианов ?"
Цель : Убедиться в том, что цвет антоцианов определяется не только кислотностью клеточного сока, но и способностью образовывать сложные комплексные соединения с металлами.
Оборудование: Живые экземпляры цветков гортензии и узумбарской фиалки .
Реактивы: раствор сульфата железа, раствор перманганата калия.
Очень широко распространены красные, синие, фиолетовые пигменты, которые объединены в общую группу антоцианов (от греческого "антос"-цветок, "цианос"- голубой).
Цвет антоцианов определяется не только кислотностью клеточного сока, но и способностью образовывать сложные комплексные соединения с металлами: одновалентные катионы усиливают красную окраску, двухвалентные - синюю.
Убедиться в этом можно на опыте с узумбарской фиалкой, гортензией, подобрав растения с цветками разной окраски.
Опыт лучше проводить, когда соцветие ещё не сформировалось.
Растения с розовыми цветками 1-2 раза в неделю необходимо поливать раствором сульфата железа или сульфата алюминия, что вызовет изменение окраски лепестков венчика с розовой на голубую. Поливая растения с голубыми или синими цветками раствором перманганата калия, можно наблюдать изменение окраски на розовую.
Опыт «Какие пигменты принимают участие в формировании окраски листа?"
Цель: Убедиться в том, что в формировании окраски листа принимают участие не только хлорофиллы, но и другие пигменты .
Оборудование: ступка, пробирка, фильтровальная бумага, мел.
Реактивы: раствор этилового спирта.
Для листьев различного возраста, различных видов растений характерно многообразие оттенков зелёного цвета. Это можно объяснить тем, что в формировании окраски листа принимают участие не только хлорофиллы, но и другие пигменты: каротиноиды, антоцианы. В этом легко убедиться, проделав следующий опыт.
Свежие листья комнатных растений нужно измельчить, добавить 5-10 мл этилового спирта, на кончике ножа мел для нейтрализации кислот клеточного сока и растереть в фарфоровой ступке до получения однородной зелёной массы.
Добавим ещё этилового спирта и продолжим растирать, пока спирт не окрасится в интенсивно-зелёный цвет.
Полученную вытяжку отфильтруем в сухую пробирку. Полоску фильтровальной бумаги шириной 1см и длиной 20 см погрузим одним концом в пробирку с вытяжкой.
Через несколько минут образуются цветные концентрические круги: в центре - зелёный (хлорофилл), снаружи - жёлтый (каротиноид). Разделение пигментов обусловлено их различной адсорбционной способностью на фильтровальной бумаге.
Рост и развитие растений
Рост и развитие растений не является непрерывным процессом. У большинства растений время от времени наступают периоды резкого замедления или даже почти полной приостановки ростовых процессов, периоды покоя.
В покоящееся состояние может вступать как растительный организм в целом, так и отдельные его части (семена, клубни, корни).
Различают покой вынужденный и глубокий. Вынужденный покой необходим для определённых физиолого-биохимических изменений, подготавливающих последующий рост. Одной из важнейших особенностей, характеризующих состояние глубокого покоя, является изменение соотношения гормональных веществ в сторону увеличения, ингибиторов роста и уменьшения стимуляторов, в частности ауксинов.
Ускорить выход растений из состояния глубокого покоя можно различными способами.
Опыт "Ускорение выхода растений из состояния глубокого покоя"
Цель : Ускорение выхода растений из состояния глубокого покоя.
Оборудование : 2-3 ветки вишни, сосуд с водой.
Осенью необходимо срезать несколько вишнёвых веток, опустить их на 12 часов в тёплую воду с температурой 30-35. Затем поставить побеги в сосуд с водой в тёплом и светлом помещении. Обработанные в тёплой воде растения расцветут через 2-3 недели. Для контроля используйте побеги, не прошедшие тепловую обработку.
Стимулирующее действие тёплых ванн на выход из состояния глубокого покоя во многом обусловлено вымыванием из почек ингибиторов роста.
Темпы роста и развития растений зависят от содержания фитогормонов. Фитогормоны - стимуляторы роста ускоряют ростовые процессы в растении. В этом можно убедиться, проделав опыт.
Опыт "Влияние фитогормонов - стимуляторов на темпы роста растений"
Цель: Убедиться в том, что фитогормоны - стимуляторы ускоряют рост растений.
Оборудование: Семена гороха, песок, стеклянная банка, стеклянная палочка, пинцет, бритва, чашка Петри.
Реактивы : Раствор сахарозы, раствор гетероауксина.
За 4-5 дней до опыта замачивают в воде 20 одинаковых горошин. Чтобы корни получились прямыми, в стеклянную банку насыпают песок, увлажняют его и делают в песке вертикальные каналы стеклянной палочкой или карандашом.
Наклюнувшиеся семена помещают в каналы так, чтобы корешки были обращены вниз. Когда корни достигнут длины 5-8 мм, их используют для опыта.
В качестве фитогормона используют гетероауксин, который выпускают в виде таблеток по 0, 01 раствор. Таблетку растирают, затем добавляют 100мл воды и получают 0, 01 раствор. Взяв 1 мл этого раствора и долив водой до 100мл, получают 0, 001 раствор. Затем в три чашки Петри наливают в первую -10 мл 0, 01 раствора гетероауксина, в третью -10 мл воды.
В каждую чашку добавляют по 1 капле 0.5 раствора сахарозы и на дно пинцетом кладут кружок фильтровальной бумаги. Затем выбирают примерно одинаковые проростки гороха и острой бритвой отрезают кончики корней длиной по 5 мм. В каждую чашку кладут поверх фильтровальной бумаги по 5 отрезков корней, закрывают чашки крышками и ставят в тёмное тёплое место. Через 4 дня корешков во всех чашках измеряют, получают средние данные для каждого варианта опыта, делают вывод о влиянии гетероауксина на рост корня и определяют его оптимальную концентрацию.
Движение растений
Растения способны осуществлять целый ряд движений под действием света /фототропизм/, силы тяжести /геотропизм/, воды /гидротропизм/.
Главный стебель большинства растений обладает отрицательным геотропизмом он растёт в строну, противоположную действию силы земного тяготения. Главный корень, напротив обладает положительным геотропизмом. Наглядно убедиться в этом можно с помощью следующих опытов.
Для опытов используют легко размножаемое растение колеус или "декоративную крапивку".
Опыт "Движение растений "
Цель: Убедиться в том, что главный корень большинства растений обладает отрицательным геотропизмом, а главный стебель обладает положительным геотропимом.
Оборудование : живой экземпляр растения колеус, сосуд с почвой, проростки гороха, булавки, корковые пробки, тарелка, банка.
В сосуде с почвой выращивают молодое растение колеуса. Затем сосуд кладут на бок, приводя, таким образом, в горизонтальное положение. Уже через час или два можно обнаружить заметный изгиб стебля вверх. Через 30 дней вся олиственная часть стебля принимает вертикальное положение, а значит проявляет отрицательный геотропизм.
Пробки ставят на дно тарелки, закрывают банкой и помещают в тёмное место.
Через 1-2 дня обнаруживают, что корешки изгибаются вниз, по направлению действия силы земного притяжения, проявляя положительный геотропизм.
Опыт "На свету или в темноте?"
Цель: Определить факторы внешней среды, необходимые для роста и развития растений.
Оборудование : Лук, коробка из картона, две ёмкости с землёй.
Выясним с помощью лука, нужен ли свет для жизни растений? Закроем часть лука колпаком из плотного тёмного картона. Посмотрим результат через 7-10 дней /лук стал светлым/. Убираем колпак. Через 7-10 дней вновь зарисовываем результат /Лук стал зелёным, значит, в нём происходит фотосинтез/.
1.Артамонов В.И. Занимательная физиология растений,.-М.: Агропромиздат, 1991.-335с.
2.Батурицкая И.В, Фенчук Т. Д. Удивительные опыты с рвстениями.- Минск:1991-2004с.
3.Лебедева Т.С. Сытник К. М. Пигменты растительного мира. - Киев: Науковая думка, 1986.-87с.
Читайте также: