Что придает оранжевый цвет плодам и листьям осенью
Желтые, красные, фиолетовые – как и почему листья осенью меняют цвет
Добавление статьи в новую подборку
«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.
Растительные пигменты – что это и зачем нужны
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:
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.
Что происходит с листьями осенью
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!
Почему осенью на деревьях желтеют и опадают листья?
Листья цвета лета
За изумрудную листву любого растения отвечает специальное вещество хлорофилл — пигмент, придающий листьям зелёный окрас. Он не только дарит свежий травяной цвет, но и питает растения, участвуя в процессе образования глюкозы и прочих питательных веществ.
Вырабатывается этот пигмент благодаря процессу фотосинтеза. Листья поглощают углерод, а выделяют кислород. Происходит это в комфортных условиях — при наличии тепла и солнца. Помимо кислорода при фотосинтезе вырабатывается и известный нам хлорофилл.
С наступлением холодного времени года солнечный день укорачивается: погода уже не радует теплом, света становится меньше. Хлорофилл перестаёт активно вырабатываться, и на смену ему приходят другие пигменты.
Каждый Охотник Желает Знать
Осенними красками листва обязана особым веществам-пигментам. Каротин отвечает за оранжевый цвет. Такой пигмент можно встретить не только на осенних кронах деревьев, но и в обычной морковке. Жёлтые листья появляются благодаря ксантофилу, а красные — антоциану.
Условия выработки пигментов разные. Если хлорофиллу нужно много тепла и солнца, то ксантофилу и каротину достаточно тепла и немного света. А вот чтобы получить много багряных листьев, нужна холодная погода и яркое солнце. Мороз и обилие света — это условия появления большого количества антоциана в листве.
Листья жёлтые над городом кружатся
Осенней порой деревья сначала радуют нас яркими красками, но с приближением зимней поры начинают избавляться от листьев. Зачем и почему так происходит?
С приходом холодного времени года почва начинает промерзать. Деревья перестают получать нужное количество влаги и питательных веществ. Жизненные процессы начинают останавливаться, растения уходят в спячку. Для того чтобы не тратить силы на питание, растения вынуждены избавляться от лишнего груза — и сбрасывать листву.
У основания черешка (узкая часть листа, место крепления листовой пластинки к стеблю) образуется особый отделительный пробковый слой, блокирующий «доставку» питательных веществ от дерева. Обессиленным листьям становится всё сложнее держаться на ветках и постепенно они начинают опадать. Как и при появлении разноцветной кроны, так и при листопаде, все процессы не протекают мгновенно. Именно поэтому сначала мы видим размеренную смену красок листвы, а затем медленное избавление деревьев от своего яркого наряда.
Листопад — обязательное условие существования деревьев, помогающее им ежегодно обновлять свою листву. С приходом весны через корни деревья снова начинают получать необходимое количество воды из оттаявшей почвы и возрождают свою пышную крону.
Больше интересных материалов:
Ёлки-иголки
Но почему же хвойные деревья так же не сбрасывают свою «зелень», ведь иголки — это тоже разновидность листьев?
Всё дело в строении иголочек. Верхний клеточный слой представляет собой плотную оболочку, покрытую тонким восковым слоем. Благодаря такой жёсткой «экипировке» хвойным деревьям не страшны холода. Особая форма хвоинок обеспечивает меньшую степень площади поверхности, следовательно иголки испаряют влаги значительно меньше, чем обычные листья.
Естественно, иголки тоже стареют и опадают. Однако происходит это не в один момент, а постепенно на протяжении года или даже нескольких лет, поэтому смена хвои протекает не так заметно, как у лиственных деревьев.
Но и среди хвойных деревьев есть исключения, например, лиственница. Она произрастает в суровых условиях и не может испарять влагу зимой. Поэтому, как и лиственные деревья, также с приближением зимы сбрасывает свою хвою.
Игра цветов, или Пигменты в нашей жизни
Вы проходите мимо цветка?
Наклонитесь,
Поглядите на чудо,
Которое видеть вы раньше нигде не могли.
Он умеет такое, что никто на земле не умеет.
Например.
Он берет крупинку мягкой черной земли.
Затем он берет дождя дождинку,
И воздуха голубой лоскуток,
И лучик, солнышком пролитой.
Все смешает потом (но где?!)
(Где пробирок, и колб, и спиртовок ряды?),
И вот из одной и той же черного цвета земли
Он то красный, то синий,
то сиреневый, то золотой!
Публикация статьи произведена при поддержке бюро переводов «Дружба Народов». В широкий спектр предложений бюро переводов «Дружба Народов» входят услуги технического, юридического, медицинского и устного перевода на 240 языков и диалектов. Профессионализм и высокая квалификация специалистов бюро переводов «Дружба Народов», обеспечивают выполнение услуг, способных удовлетворить требованиям самого взыскательного клиента. Узнать больше о предложении бюро переводов «Дружба Народов» и получить бесплатную онлайн консультацию по интересующим Вас вопросам можно на сайте http://www.druzhbanarodov.com.ua
Пигменты. Какие они бывают
Природа наградила нас необычайным даром – цветовым зрением, а вместе с ним дала возможность восхищаться красотой окружающего растительного мира. Мы с надеждой смотрим на нежную зелень весенней листвы и с грустью любуемся желто-оранжевой гаммой осеннего леса. Кто не восхищался красками цветущего луга, лесной опушки, осенней листвы, даров сада и поля? Цвет волос мы сравниваем с золотистыми колосьями хлеба, а цвет глаз – с синими васильками. Даже сами названия цветов – оранжевый, лиловый, индиго – тоже происходят от названий растений.
Но часто ли вы задавали себе вопросы: отчего зеленые листья осенью желтеют или краснеют? Почему лепестки ромашки белые, а первые весенние листочки тополя красноватые? Почему окружающие растения окрашены именно так, а не иначе, как возникает огромное богатство цветов и оттенков? Почему цветок утром розовый, а к вечеру уже синий? Почему в одном соцветии встречаются венчики цветков с различной окраской – от белой до розовой? Можно ли приготовить краску из цветков розы, василька, ноготков, чтобы холодной зимой радоваться ярким краскам лета? Как человек может применить знания о цвете растений в повседневной жизни? Можно ли цветом лечиться?
Конечно же, если растения окрашены, значит, в них есть красители – пигменты. Растительные пигменты являются предметом исследования многих научных дисциплин. Предмет физической химии – выделение пигментов из растений и определение их химического строения, биохимия исследует процессы, приводящие к образованию окрашенных веществ, физиология изучает их локализацию и миграцию в органах растений, хемотаксономия использует наличие разных пигментов для классификации растений.
Цвет определяется способностью пигмента к поглощению света. Электромагнитные волны с длиной волны 400–700 нм составляют видимую часть солнечного излучения. Волны длиной 400–424 нм – это фиолетовый цвет, 424–491 – синий, 491–550 – зеленый, 550–585 – желтый, 585–647 – оранжевый, 647–740 нм – красный. Излучение с длиной волны меньше 400 нм – ультрафиолетовая, а с длиной волны более 740 нм – инфракрасная область спектра. Максимальное цветоразложение солнечного света приходится на 13–15 часов. Именно в это время луг, поле кажутся нам наиболее ярко и пестро расцвеченными.
Если свет, падающий на какую-нибудь поверхность, полностью от нее отражается, эта поверхность выглядит белой. Если все лучи поглощаются, поверхность воспринимается как черная. Если же поглощаются только лучи определенной длины, то отражение остальных создает ощущение цвета. Например, кожура апельсина поглощает лучи синей части спектра. И мы видим апельсин оранжевым.
Окраска не всегда обусловлена избирательным поглощением света. Так металлический цвет листьев некоторых растений объясняется преломлением света и рассеянием его с поверхности особых «оптических» чешуек или клеток. Но в большинстве случаев ответственными за окраску являются пигменты.
Растительные пигменты – это крупные органические молекулы, поглощающие свет определенной длины волны. В большинстве случаев «ответственными» за появление окраски являются определенные участки этих молекул, называемые хромофорами. Обычно хромофорный фрагмент состоит из группы атомов, объединенных в цепи или кольца с чередующимися одинарными и двойными связями (–С=С–С=С–). Чем больше таких чередующихся связей, тем глубже окраска. Кроме того, поглощение света усиливается при наличии в молекуле кольцевых структур.
В растительных клетках чаще всего встречаются зеленые пигменты хлорофиллы, красные и синие антоцианы, желтые флавоны и флавонолы, желто-оранжевые каротиноиды и темные меланины. Каждая из этих групп представлена несколькими отличающимися по химическому строению, а следовательно, по поглощению света и окраске пигментами.
А еще цвет пигмента может меняться при изменении кислотности среды, температуры, при взаимодействии с различными веществами. Поэтому важное значение имеет химический состав клеток, особенно вакуолярного сока. Наконец, окраска растения зависит и от строения ткани, в которой содержатся пигменты: ее толщины, количества межклетников, плотности находящегося на поверхности клеток воскового налета…
А что определяет окраску розовых, сиреневых, синих и фиолетовых цветков? Как это ни удивительно, но эти цвета определяет одна группа пигментов – антоцианы, впервые выделенные из цветков василька синего.
Ярко-красные розы, голубые васильки, фиолетовые анютины глазки содержат растворенные в клеточном соке антоцианы. Яблоки, вишни, виноград, черника, голубика, сок листьев и стеблей гречихи, краснокочанной капусты, листьев и корнеплодов столовой свеклы, молодая красная кора эвкалипта, красные осенние листья своим цветом тоже обязаны антоцианам. Если орган растения имеет голубой, синий, фиолетовый цвет, то нет никакого сомнения в том, что его окраска обусловлена антоцианами.
Антоцианы – это гликозиды, возникающие при соединении различных сахаров с циклическими соединениями, называемыми антоцианидинами. Содержатся антоцианы в клеточном соке (вакуолях), значительно реже – в клеточных оболочках.
В присутствии щелочи в молекулах антоцианов происходит перегруппировка двойных и ординарных связей между атомами углерода, что приводит к образованию нового хромофора – в щелочной среде антоцианы приобретают синий или сине-зеленый цвет. Поэтому их можно использовать в качестве кислотно-щелочных индикаторов (Опыт 2). При действии минеральных и органических кислот антоцианы образуют соли красного, при действии щелочей – синего цвета. На цвет антоцианов влияет также способность этих пигментов образовывать комплексные соединения с металлами.
Рассмотрим теперь желтые пигменты, которые широко распространены в мире растений, но в некоторых случаях маскируются антоцианами, хлорофиллом и поэтому менее заметны.
Группа пигментов, способных придать клетке желтый или желто-оранжевый цвет, наиболее многочисленна – это каротиноиды, флавоны, флавонолы и некоторые другие. Флавоны и флавонолы – довольно устойчивые соединения, причем некоторые из них хорошо растворимы в горячей воде. Именно поэтому флавоновые пигменты были первыми красителями, которые наши предки использовали для окраски тканей. Близки к флавонам по строению другие красители желтого цвета – халконы и ауроны. В растениях они содержатся в цветках (лепестки, рыльца пестиков), листьях, плодах. Среди известных нам растений эти пигменты можно обнаружить в листьях и цветках кислицы, кореопсиса, львиного зева. Сосредоточены они в вакуолях эпидермальных клеток. Названия этих пигментов обычно происходят от названий растений, из которых они были впервые выделены. Например, кверцетин – пигмент коры и плодов дуба.
У некоторых, немногочисленных по сравнению с «антоциановой» группой, видов растений оранжевая и красно-коричневая окраска цветков (тагетес прямостоячий, настурция большая) или плодов (томаты, шиповник, ландыш майский) обусловлена не растворенными в клеточном соке антоцианами, а находящимися преимущественно в желтых и оранжевых пластидах (хромопластах) пигментами группы каротиноидов. Название этой группе, в честь одного из пигментов, содержащихся в оранжевых корнях моркови, дал биохимик растений М.С. Цвет. Каротиноиды содержатся практически во всех органах растений: в цветках, листьях, плодах и семенах. В листьях и зеленых плодах каротиноиды находятся в хлоропластах, где маскируются хлорофиллом, и в хромопластах.
Каротиноиды нерастворимы в воде, но хорошо извлекаются из пластид органическими растворителями (бензин, спирт). Их цвет, в отличие от антоцианов, не зависит от кислотности среды. У каротиноидов невозможно выделить какой-нибудь один характерный хромофорный фрагмент, потому что их молекулы включают цепочки атомов с чередующимися ординарными и двойными связями разной длины, – цепочке каждого типа соответствует свой индивидуальный хромофор. По мере удлинения цепи окраска пигментов изменяется от желтой к красной и даже красно-фиолетовой. В молекулах оранжевых и оранжево-красных пигментов β-каротина (пигмент моркови и сладкого перца), рубиксантина (пигмент шиповника) и ликопина (пигмент помидоров) имеется 11 двойных связей, чередующихся с ординарными, а в молекулах красного виолоксантина (пигмент некоторых красных фруктов) – 13.
Каротиноиды вместе с флавоновыми пигментами придают желтый цвет листьям и венчикам цветков огурца, тыквы, одуванчика, лютиков, купальницы, калужницы, чистотела, подсолнечника, плодам кукурузы, тыквы, кабачков, баклажанов, паслена, помидора, дыни, а также многих цитрусовых. Рекордсменом по числу каротиноидных пигментов является стручковый красный перец. А вот по концентрации каротиноидов чемпионами являются плоды абрикоса, корнеплоды моркови и листья петрушки.
Обычно в венчиках растений содержатся и антоцианы, и флавоны, и флавонолы. Например, в цветках львиного зева обнаружено два вида антоцианов (пеларгонидин и цианидин), два флавонола, в том числе кверцетин и несколько флавонов, например лютеолин – пигмент анютиных глазок.
А как обстоит дело с черными пигментами? Абсолютно черного пигмента у растений нет. В кожуре красных сортов винограда, лепестках некоторых цветков, черном чае, чаге (березовый гриб) содержатся черно-коричневые пигменты группы меланинов. Но в большинстве случаев, когда речь идет о черных цветках или плодах, мы имеем дело с накоплением темно-синих антоцианов.
Плоды черники, бузины черной, крушины выглядят черными, поскольку толстый слой окрашенных клеток мякоти полностью поглощает солнечный свет.
Коричневый цвет обусловлен накоплением в клетках больших количеств желтых пигментов, часто в сочетании с окрашенными в красно-коричневые тона дубильными веществами. Например, в плодах конского каштана обыкновенного, дуба черешчатого содержится очень много желтого пигмента кверцетина.
Причиной появления коричневой и черной окраски, кроме того, могут быть бесцветные вещества из группы катехинов. При окислении особыми ферментами они полимеризуются и дают «пищевые» дубильные вещества, окрашенные в красный и коричневый цвета. Катехины хорошо растворимы в горячей воде, накапливаются в вакуолях и в большом количестве содержатся в листьях многих растений, древесине, плодах, листьях (чай).
Самым главным пигментом растений, который обусловливает их принадлежность к отдельному зеленому царству, является, конечно же, хлорофилл. Он содержится в зеленых частях растений (от 0,6 до 1,2% от массы сухого листа).
В состав молекулы хлорофилла входит ион магния. В отличие от обширных групп антоцианов, каротиноидов, флавонов и флавонолов, в клетках всех высших растений имеется только две формы хлорофилла – зеленый с синеватым оттенком, хлорофилл а и зеленый с желтоватым оттенком, хлорофилл b. Хлорофилл a характерен для всех видов фотосинтезирующих растений. Хлорофилл b присутствует в листь-ях высших растений и в большинстве водорослей. Бурые водоросли, кроме того, содержат хлорофилл с, а красные – хлорофилл d.
Значительно реже встречаются в природе протохлорофиллы и хлорофиллиды. Зеленый цвет всех перечисленных пигментов обусловлен наличием в их молекулах ажурного порфиринового цикла, связанного с ионом магния, в чем можно убедиться, проведя простой опыт (Опыт 3).
Цвет хлорофилла, как и любого окрашенного вещества, обусловлен сочетанием тех лучей, которые пигмент не поглощает. Для растворов хлорофилла максимумы поглощения расположены в сине-фиолетовой (430 нм у хлорофилла а и 450 нм у хлорофилла b) и красной (660 нм у хлорофилла а и 650 нм у хлорофилла b) областях спектра. Эти лучи поглощаются хлорофиллом полностью. Голубые, желтые, оранжевые лучи поглощаются в гораздо меньшей степени, и их суммарное поглощение определяется общим количеством хлорофилла. Минимум поглощения лежит в зоне зеленых лучей. Совершенно не поглощается хлорофиллом только небольшая часть красных лучей, которые в спектре расположены на границе с инфракрасной областью. Это так называемые дальние красные лучи.
Избирательное поглощение хлорофиллом лучей разной части спектра можно пронаблюдать на опыте (Опыт 4) – по мере увеличения высоты столба жидкости в пробирке наблюдается изменение окраски раствора от ярко-зеленой до вишнево-красной. Значит, правы те, кто видел в густом лесу красное свечение, исходящее из-под полога леса.
Для листьев различного возраста, различных видов растений характерно многообразие оттенков зеленого цвета. Объясняется это тем, что в формировании окраски листа принимает участие не только хлорофилл, но и другие содержащиеся в листе пигменты: желтые каротиноиды, красные антоцианы. Убедиться в разнообразии окрашивающих лист пигментов можно на опыте (Опыт 5).
Таблица. Красители из растительного материала