Изучение изменения окраски листьев и закономерностей листопада у древесных листопадных растений

             Муниципальное  бюджетное общеобразовательное учреждение Строчковская  сош

Исследовательская работа на тему:

«Изучение  изменения окраски листьев и закономерностей листопада у древесных листопадных растений»

Работу выполнила: Хахалина Дарья

Ученица 11 класса

Научный руководитель: Петрова Л.Г.

                                               2015год

Содержание

1.Введение __________________________________________________________

2.Обзор литературы ___________________________________________________

2.1.Причины листопада

2.2 Значение листопада

2.3 Механизм листопада

2.4. Пигменты листьев

2.4.1. Растительные пигменты

2.4.2. Желтые пигменты

2.4.3. Красные пигменты

2.4.4. Зеленые пигменты

3.Практическая  часть___________________________________________________

3.1. Фенологические наблюдения за процессом раскрашивания листьев и листопадом

3.2.Выявление нарушений сроков листопада под воздействием искусственного освещения

3.3.Изучение пигментов в осенних листьях

3.3.1. Опыты с пигментами

• Обесцвечивание антоцианов сернистым газом
• Изучение индикаторных свойств антоцианов
• Разделение смеси спирторастворимых пигментов
• Выделение водорастворимых пигментов (антоциан)

3.3.2 Распределение пигментов в листовых пластинках осенних листьев

4. Результаты и их обсуждение_______________________________________

5. Заключение _____________________________________________________

6.Список литературы и интернет источников_____________________________________

Приложения

1.Введение

Сезонные изменения в окружающей природе – это вероятно первое, над чем  задумался человек разумный. Изучение явлений пробуждения природы и перехода её в состояние покоя воспевалось поэтами и художниками. Учеными  также всесторонне изучен этот вопрос. Но до сих пор существует немало противоречий, вопросов без ответа.  Собственные наблюдения  за явлением листопада поставили перед нами ряд вопросов, ответ на которые мы хотели получить в результате детального изучения этой темы.

Актуальность

 Зеленые насаждения в городской среде - это то немногое, что связывает  человека в чужеродной урбанизированной среде  с природой.  Подбор  используемых в озеленении видов растений имеет большое значение в деле создания качественной окружающей среды . Изучение механизма сбрасывания листьев  у исследуемых растений раскрывает понимание того, как он работает у других растений, к тому же, может помочь контролировать сроки  листопада. Понимание закономерностей листопада находит практическое применение в деле охраны природы, озеленении городов и населенных пунктов, подборе для озеленения видов и сортов с более длительными сроками  вегетации, продолжительным сохранением красивой кроны деревьев в осенний период.

Цель

Изучить изменения окраски листьев и закономерности листопада у древесных листопадных растений

Задачи

1.Выявить взаимосвязь между сроками  раскраски листьев , сроками листопада и  эколого-фитоценотическими условиями их произрастания.

2. Изучить механизм отделения листовой пластинки с помощью цифрового микроскопа

3.Экспериментально выделить пигменты осенних листьев и  изучить их свойства

4.Исследовать  распределение пигментов в осенних листьях с помощью фотосканера и цифровогомикроскопа

5. В ходе фенологических наблюдений  определить растения с самыми длинным и самым коротким срокомлистопада

6. Освоить устройство и способы работы   с цифровым микроскопом «Альтами» и программным обеспечением Altami VideoKit

Гипотиза.1 Сроки раскраски листьев и листопада зависят от стадии развития растений, эколого-фитоценотических условий их произрастания

2.Растения с преобладанием красных пигментов более устойчивы к действию низких температур, у них длиннее  листопадный период и более поздние сроки опадения листьев

2.Обзор литературы

2.1.Причины листопада

Листопад выработался в процессе длительной эволюции растений и вошел в ритм жизни. Следуя этому ритму, растения заблаговременно готовятся к зиме. С приближением осени понижается температура, ослабляются жизненные процессы (фотосинтез, транспирация), в листе начинается разрушение пигментов. Раньше всех разрушается зеленый пигмент – хлорофилл, маскирующий другие пигменты – каротин, ксантофилл, антоциан, которые являются более стойкими и сохраняются дольше. Листья становятся золотисто-желтыми, лиловыми или багряно-красными, наступает “золотая осень”. В это же время и даже еще раньше у основания черешка, появляется отделительный слой, лист обрывается и падает под тяжестью своей собственной пластинки. Ранка затягивается пробкой, образуя листовой рубец с перерезанными листовыми следами. Начинается листопад, который не только спасает дерево от зимней засухи, но полезен и в других отношениях.» 

Деревья, растущие вблизи уличных фонарей, дольше других не сбрасывают осенью листву. Впервые это заметил в начале нынешнего столетия австрийский физиолог Г. Молиш. Он пытался объяснить подобное явление особенностями испарения воды листьями. На самом же деле поздний листопад у этих растений объясняется именно искусственным продлением светового дня.

2.2 Значение листопада

http://1interesnoe.info/2011/02/rasteniya_osenyu_i_zimoi/

1) «листопад способствует удалению веществ, накопившихся в листьях в ходе вегетации. В связи с этим его можно рассматривать как сложный и чрезвычайно важный процесс выделения растениями различных веществ. Перед опадением листьев в них обнаруживается не только повышенное содержание вредных веществ, но и существенное уменьшение полезных элементов (азота, фосфора, калия и др.). Из листьев во внутренние части растений перемещаются углеводы и азотсодержащие соединения. Некоторые из этих веществ устремляются в корни, где откладываются про запас до весны. »

2)«Опавшие листья представляют собой очень ценное удобрение. Благодаря им почва в лесу ежегодно обогащается перегноем, приобретая ряд важных свойств. Мы знаем, например, что почва широколиственного леса не промерзает зимой в силу значительного содержания гумуса и это дает возможность весенним растениям развиваться под снегом. Один гектар дубового леса получает более 5000 кг отпада (сухой вес листьев, хвороста и пр.), что дает примерно 520 кг золы»

2.3.Механизм листопада

Черешки зеленых листьев прочно соединены с веткой. По ним проходят питательные вещества. Осенью в черешках листьев происходят изменения.
Перпендикулярно продольной оси черешка близ стебля закладываются клетки отделительного слоя. Поперечный слой паренхимных тонкостенных клеток, образующийся в основании черешка за несколько дней (недель) до опадания листа. паренхимные клетки начинают усиленно делиться. Округляясь, они образуют большие межклетники, так что ткань в этом месте становится рыхлой и непрочной.  Межклетное вещество, соединяющее эти клетки, ослизняется, и клетки отделяются друг от друга. На месте отделения листа со стороны стебля к этому времени формируются слои клеток, оболочки которых опробковевают.  Образовавшийся слой пробки защищает внутренние ткани стебля на месте отделившегося листа.
После образования отделительного слоя и нарушения связи между клетками лист еще некоторое время продолжает оставаться на дереве благодаря проводящим пучкам, связывающим лист со стеблем.
Лист остается висеть на дереве лишь благодаря сосудистым пучкам, которые, подобно мельчайшим «водопроводным трубам», соединяют лист с остальным растением. Сосудистые пучки легко можно заметить простым глазом на листовых рубцах в виде крупных точек. Они служат для проведения воды и минеральных солей от корня к листьям и питательных веществ .Однако, наступает момент, когда нарушается и эта последняя связь между черешком листа и материнским растением. Часто для этого бывает достаточно самого ничтожного порыва ветра, иногда же листья опадают и в совершенно тихую погоду в результате резких колебаний температуры, замерзания или оттаивания или же прямо под влиянием силы тяжести листовой пластинки, отягченной осевшей росой. Листья не обрываются с веток, а отделяются в определённом месте – там, где черешок прикрепляется к ветке и где осенью образуется пробковый слой. У опавших листьев разных деревьев одинаково гладкий, округлый край черешка. После опадения листа на стебле не остается живой "ранки".

: 1 – проводящие ткани; 2 – перидерма стебля;

 3 – пробка под основанием листа; 4 – отделительный слой).

На месте прикрепления к стеблю опавшего листа остаётся листовой рубец (1), который имеет вид более или менее резко очерченного печатообразного пятна или вдавления.
Листовые рубцы бывают узкие или широкие в зависимости от величины черешка. Листовой рубец обычно помещается под почкой на возвышении, называемом листовой подушкой (2). На листовом рубце заметны в виде более или менее крупных точек или бугорков листовые следы (3), которые представляют собой следы сосудистых пучков, проходивших из стебля в черешок листа. Листовых следов может быть разное количество: один, три, пять или много. Иногда листовые следы недостаточно ясно видны, тогда следует сделать тонкий срез с листового рубца (не более 0,1-0,2 мм толщиной) и рассмотреть их в лупу. Поскольку листовые рубцы и листовые следы довольно характерны для каждого вида, они имеют большое значение при определении древесных растений в безлистном состоянии.

2.4.Пигменты листопада

2.4.1.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.

2.4.2.Желтые пигменты

 «Желтые пигменты распространены в мире растений так же широко, как и красные, но в некоторых случаях они маскируются антоцианами, хлорофиллом и поэтому менее заметны.»

Группа пигментов, способных придать клетке желтый, желто-оранжевый цвет, наиболее многочисленна: это каротиноиды, флавоны, а также флавонолы и некоторые другие.
Очень широко распространены в мире растений каротиноиды. Обычно растения содержат не один, а несколько различных каротиноидов.»          «Наиболее распространенными пигментами этой группы являются каротин, ксантофилл и ликопин.
Каротиноиды поглощают свет в синей области спектра. Цвет пигмента определяется как количеством сопряженных двойных связей в молекуле, так и концентрацией его в растворе.»  «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.»

«Каротиноиды устойчивых к пониженным температурам Когда хлорофилл исчерпывается в холодное время года, листья приобретают заметную жёлтую или оранжевую окраску за счёт пролонгированного действия пигмента каротиноида. Каротиноиды защищают растения от пагубного действия солнечного света, принимая УФ-излучения солнца на себя, трансформируя в энергию и передавая её хлорофиллу. С помощью такой передачи хлорофилл регулирует процессы фотосинтеза.»
«Каротиноиды, в отличие от других желтых пигментов, в воде не растворимы. Для их извлечения применяют органические растворители (бензин, спирт).
У растений каротиноиды содержатся практически во всех органах: в цветках (лепестках, завязи, тычинках), листьях, плодах и семенах. В листьях и зеленых плодах каротиноиды находятся в хлоропластах, где маскируются хлорофиллом, и в хромопластах. В лепестках, семенах они могут находиться также во внепластидном состоянии в качестве красящего компонента капелек масла.»

«Практическое использование каротиноидов основывается на их лекарственных свойствах: они находят применение как обезболивающее средство при ожогах и обморожениях, как источник витамина А, для лечения труднозаживающих ран. Каротиноиды — прекрасные пищевые желтые красители. Выделенный из растений каротин используют для окраски конфет, масла, сыра, мороженого и других продуктов.
_____________

Батурицкая Н.В., Фенчук Т.Д. Удивительные опыты с растениями. Книга для учащихся стр 33

«Помимо каротиноидов, в мире цветковых растений широко распространены желтые пигменты флавоны и флавонолы (от лат. «флавус» - желтый). Флавоны и флавонолы близки между собой и по строению и по цвету. Сосредоточены они в вакуолях эпидермальных клеток.  «Флавоны и флавонолы – довольно устойчивые соединения, некоторые из них хорошо растворимы в горячей воде. « В растениях содержатся в цветках (лепестки, рыльца пестиков), листьях, плодах. Известно около 70 желтых пигментов, несколько различающихся по химическому строению.

Флавоны и флавонолы интенсивно поглощают ультрафиолет. Поэтому особенно богаты этими пигментами цветки и листья тропических и высокогорных растений. Установлено, что, поглощая ультрафиолетовые лучи, флавоны и флавонолы предохраняют хлорофилл и цитоплазму клеток от разрушения.»

_________
Батурицкая Н.В., Фенчук Т.Д. Удивительные опыты с растениями. Книга для учащихся стр.36

Очень важная функция, выполняемая каротиноидами, флавонами и антоцианами, состоит в нейтрализации свободных радикалов, нарушающих протекание биохимических процессов в растениях, т.е. эти пигменты обладают антиоксидантными свойствами.

2.4.3.Красные пигменты

Антоцианы придают растениям окраску в диапазоне от розовой, красной, сиреневой, до синей и тёмно-фиолетовой. Антоцианы образуются в процессах гидролиза крахмала и по своему происхождению являются безазотистыми соединениями, близким к глюкозидам - соединениям сахара с неуглеводной частью. В отличие от хлорофилла они не связаны внутри клетки с пластидными образованиями, а чаще всего растворены в клеточном соке(вакуолях), значительно реже – в клеточных оболочках, иногда встречаются в виде мелких кристаллов.

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. 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.

Усиленное образование антоцианов в клетках растения происходит при снижениях температур окружающей среды, при остановках синтеза хлорофилла, при интенсивном освещении УФ-лучами, при недостатке фосфора, необходимого для ввязывания гидролизованных крахмалом сахаров.

2.4.4.Зеленые пигменты

Главным пигментом растений является хлорофилл. Он содержится в зеленых частях растений (от 0,6 до 1,2% от массы сухого листа).

В состав молекулы хлорофилла входит ион магния. Вв 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 листьях высших растений и в большинстве водорослей. Бурые водоросли, кроме того, содержат хлорофилл с, а красные – хлорофилл d.

«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.»

?«Так как разрушение хлорофилла идет более быстрыми темпами на ярком свету в солнечную погоду, то становится понятным, почему в пасмурную дождливую осень листья дольше сохраняют свою зеленую окраску и почему, два-три ясных солнечных дня, сменившие стоявшее до сих пор ненастье, сразу разукрашивают кроны деревьев в яркие золотистые краски осени.» http://www.botanik-learn.ru/serebryakov-stranitsa-222 учебник по ботанике

Особенности листопада у некоторых деревьев и кустарников  (из книги Александра Владимировича Кожевникова
«Весна и осень в жизни растений» )

Осенняя раскраска листьев наблюдается далеко не у всех деревьев. У ольхи листья во время листопада сохраняют свой зеленый цвет и чернеют лишь после заморозков. Точно так же совершенно не изменяют свой цвет листья сирени: они остаются зелеными на ветвях до выпадения снега, несмотря на то, что давно уже убиты морозами. У осины листопад начинается, когда листья еще зелены, осенняя же раскраска наступает позднее, когда часть дерева уже обнажилась. Продолжительность листопада у различных деревьев, так же как и период пожелтения листвы, бывает крайне различной. Из наших деревьев листопад, по-видимому, наиболее длителен у березы: он продолжается около двух месяцев, в то время как липа успевает сбросить свою листву в две недели. Установить сроки листопада у какой-нибудь древесной породы бывает не так легко, так как у различных экземпляров одного и того же вида он начинается и заканчивается не одновременно. Интересно при этом отметить, что причина этого явления далеко не всегда лежит во внешних условиях. Нередко два дерева, растущие по соседству, на целую неделю различаются по времени пожелтения и опадения своих листьев, причем эти особенности листопада отдельных деревьев ежегодно повторяются. Особый интерес представляют некоторые экземпляры дуба, которые очень долго не сбрасывают своих листьев и в течение всей зимы стоят в своем осеннем уборе. Несмотря на то, что листья на таких дубах уже давно мертвы, они крепко висят на ветвях, выдерживая зимние вьюги и метели, и опадают лишь в начале весны, незадолго до того времени, как начнется развитие молодых листьев. Эти своеобразные деревья представляют собой особую форму дуба, известную под именем «позднего дуба», тогда как экземпляры, нормально сбрасывающие листья, относятся к раннему дубу. Обе эти формы, по-видимому, являются наследственно закрепленными, хотя это еще нуждается в проверке. Кроме особенностей листопада, поздний дуб отличается от раннего более поздним цветением и распусканием почек, которое запаздывает на 2-3 недели. Весной такие дубы стоят еще совершенно голыми, в то время как их соседи уже покрылись зеленой дымкой молодой листвы. Несмотря на столь резкое различие в развитии, оба дуба не отличаются существенным образом по форме и величине своих листьев и желудей. Правда, некоторые авторы указывают, что ранняя форма дуба, которая вообще у нас более обычна, характеризуется более широкой раскидистой кроной, менее правильным стволом и более легкой древесиной, тогда как поздний дуб имеет более сжатую крону, полнодревесный ствол и более тяжелую древесину; интересно, что обе формы дубов различаются местным населением: ранний дуб называется «летним дубом», или просто «дубом», а поздний — «зимним дубом», или «дубицей». В настоящее время большинство авторов считает, что поздний, или зимний, дуб является более приспособленным к нашим климатическим условиям, а потому со временем должен завоевать себе более широкое распространение. Дело в том, что молодые побеги дуба часто повреждаются весенними заморозками. В этом отношении поздняя форма дуба находится в более благоприятных условиях. Если это действительно так, то отсюда мы можем сделать вывод, что климат у нас в настоящее время ухудшился по сравнению с прошлым, что, впрочем, подтверждается и некоторыми другими данными. Вспомним, например, более широкое распространение у нас в прошлом широколиственных лесов, остатком которых является дубравная ветреница, обитающая в настоящее время под чуждым для нее пологом елового леса. Несмотря на большой научный и лесоводственный интерес, который представляют ранняя и поздняя формы дуба, они изучены еще далеко не достаточно. Интересно провести более детальные наблюдения за ними в различных условиях и в различные годы и выяснить, имеется ли приуроченность какой-либо формы к определенным местообитаниям. Очень интересно установить также, есть ли у каких-либо других древесных пород подобного рода ранние и поздние формы. Мы указывали уже на способность лиственницы в некоторых условиях очень долго сохранять свою хвою; на Кавказе часто встречаются поздние формы бука и каштана, но они в этом отношении еще почти не изучены.

Сроки сезонного листопада в разных широтах разные. На широте средней полосы России процесс активного сбрасывания листьев растениями начинается во второй половине сентября и завершается в основном к середине октября.

______http://medbiol.ru/medbiol/botanica/001de01d.htm

3.Практическая  часть

Исследование проводилось на территории Городецкого района

Объект исследования: листопадные древесные растения 

Предмет исследования : закономерности  окрашивания листьев и листопада

Сроки проведения исследований:  август - ноябрь 2015 года

3.1. Фенологические наблюдения за процессом раскрашивания листьев и листопадом

Методика.

Нами использовалась методика измерения параметров листопада (Бухвалов и др., 1995), адаптированная к нашим целям. По каждой породе маркировалось по 20 деревьев С интервалом в неделю фиксировались фазы раскраски листьев и листопада 

Выводы по таблице:

1. Самый длинный листопадный период у розы коричной ( 46 дней), березы повислой (45 дней) и осины обыкновенной (41 день)

2. Самый короткий листопадный период у ивы козьей (11дней)

3.Самые длинные сроки окраски листьев у ивы козьей (25 дней) и ивы трехтычинковый (20дней)

4.Самый короткий срок окраски листьев (7 дней) был выявлен у снежноягодника белого и липы сердцевидной. 

5. Растения с самыми  ранними сроками начала листопада

6. Растения с самыми поздними сроками начала листопада

7. Растения с самыми ранними сроками начала раскраски листьев

8. Растения с самыми поздними сроками начала раскраски листьев

9. Растения с самыми  ранними сроками полного  безлиственного состояния 

10. Растения с самыми поздними сроками полного  безлиственного состояния

11.Растения имеющие несколько пигментов: клен ясенелистный, клен платановидный,  дуб черешчатый, рябина обыкновенная, сирень обыкновенная, осина обыкновенная

12. Разные оттенки красного встречаются: клен ясенелистный, клен платановидный,   рябина обыкновенная, осина обыкновенная

3.2.Выявление нарушений сроков листопада под воздействием искусственного освещения

1) В течение нескольких лет учащиеся нашей школы  наблюдают удивительную особенность  у березы повислой  (Betula pendula) , произрастающей у входа  в  МБОУ Строчковская сош. Возраст дерева достоверно известен – 39 лет.  С 1993 года около дерева  установлен  фонарь – с люминесцентной лампой . Постепенно крона дерева разрослась и  практически окружает фонарь.  

С 2004 года  ежегодно нами наблюдается интересное явление , которое мы зафиксировали  в своей работе.

1.Сроки раскраски листьев этого дерева позже на 5-10 дней, чем у большинства других деревьев этого вида.

2. Сроки листопада  - также позже  на 10-15 дней, чем у большинства других деревьев этого вида.

2.Участок кроны  находящийся ниже под фонарем и в его непосредственной близости не изменяет своей окраски  или частично изменяет окраску до наступления мороза, когда остальная часть кроны уже полностью окрасилась.

3. На участке кроны  находящемся ниже под фонарем и в его непосредственной близости  остается часть листьев, которые сохраняются , когда  вся остальная часть кроны уже без листьев,  даже после заморозков на дереве остается часть листьев.

4. В этом году сроки начала раскраски на этом дереве – 15 сентября (4.9.2015); сроки полной раскраски листьев -29 сентября (19.09.), сроки начала листопада 10.09 (10.09), сроки окончания листопада 2 ноября (25.10). Прим. В скобках указаны данные средних сроков для вида  Береза повислая Betula pendula

2) В процесс изучения явления листопада нами были выявлены и другие удивительные факты.  Мы обнаружили растения  нескольких видов в генеративной фазе развития, произрастающие в обычных условиях существования( не выявлено факторов способствующих смещению сроков листопада), сроки раскрашивания листьев и листопада значительно сдвинуты,   по сравнению со средне установленными для данного  вида.                                          

Мы провели наблюдение за данными растениями :

3.3.Изучение пигментов в осенних листьях

3.3.1.Опыты с пигментами

1) Обесцвечивание антоцианов сернистым газом

1. Материалы: Для опыта я использовала листья с красным и багряным цветом (рис. 3.1), стеклянный колпак, пригодный для обработки в нем листьев сернистым газом, кусочек серы, ложка для сжигания веществ. Опыт проводили в вытяжном шкафу, так как сернистый газ раздражающе действует на органы дыхания человека (рис.3.2).

2. Ход работы:

• Я поместила 2 листа розы коричной (без воды) под стеклянный колпак
•  Заполнила пространство внутри колпака сернистым газом. Для этого в ложке зажгла кусочек серы и внесла в колбу, где находились листья(рис. 3.3-3.4).После, я закрыла колбу.
•  В течение 15—30 мин, я наблюдала  обесцвечивание листьев.
• Как только лепестки полностью обесцветились, я  достала листья из колбы (рис. 3.5),
• Сравнила полученный цвет листьев с начальным цветом  (рис. 3.6)
•  Опустила листья в стакан с водой (рис. 3.7).Я оставила листья в воде, чтобы сернистый газ улетучился и листья приняли прежний цвет(рис. 3.8)
  
  Вывод по результатам опыта
• сернистый газ (S02) оказывает на антоцианы удивительное действие — они обесцвечиваются: красные и багряные листья  превращаются в белые.

Сернистый газ вызывает переход антоцианов в бесцветную, так называемую лейкоформу. При определенных условиях они способны переходить в окрашенные формы;

• срок восстановления окраски листьями составил 21 час;
•  полного восстановления окраски не произошло

2)Изучение индикаторных свойств антоцианов

1.Материалы : этиловый спирт для получения вытяжки, бензин , кислота(1% раствор HCl) ,щелочь ( слабый раствор NaOH), пробирки.

2. Ход работы :

• Спиртовую вытяжку антоцианов я получила из листьев розы коричной и сирени обыкновенной (с ало - фиолетовой цветовой гаммой). Для этого я поместили в ступку листья одного растения,  измельчила, добавила 5 мл этилового спирта, отфильтровала получившийся раствор в пробирку. То же самое проделала и с другим растением (рис. 3.9).
• Далее я добавила в пробирки бензин для того чтобы пигменты распределились по слоям (рис. 3.10).
• В одну пробирку я добавила раствор соляной кислоты, а в другую щелочь.
• Далее я наблюдала изменение окраски вытяжки, вызванное изменением кислотности среды (рис. 3.11).Вытяжка с кислотой приобрела алый оттенок, а вытяжка со щёлочью - фиолетовую.  

Вывод по результатам опыта: антоцианы изменяют окраску в зависимости от рН среды, их спиртовые растворы можно использовать в качестве кислотно-щелочных индикаторов.

3)Разделение смеси спирторастворимых пигментов

1.Материалы: Спирт этиловый, бензин, листья желтого и зеленого оттенков.

2.Ход работы:

• Я приготовила спиртовую вытяжку пигментов листьев. Для этого  я поместили в ступку листья,  измельчила, добавила 5 мл этилового спирта, отфильтровала получившийся раствор в две пробирки по 3 мл.
• После чего в одну  добавила 3 мл бензина (рис. 3.12) для того чтобы пигменты распределились по слоям (рис. 3.13)
• Наблюдения показали, что нижний слой из спирта имеет жёлтую окраску и содержит жёлтый пигмент ксантофилл. Верхний бензиновый слой зелёного цвета и содержит хлорофилл и каротин. Оранжево-красный цвет растениям даёт пигмент каротин, жёлтую - ксантофилл.
• Этот опыт проделывался насколько раз с листьями разных оттенков .

3. Вывод по результатам опыта:

• спиртовая вытяжка листа содержит хлорофилл и два желтых пигмента – каротин и ксантофилл.
• Цвет листа растения в первую очередь зависит от количественного соотношения этих пигментов, а также от возможного присутствия пигментов группы антоцианов.

4)Выделение водорастворимых пигментов (антоцианов)

1.Материалы: газовая плита, кастрюля,  листья красных оттенков (богатые антоцианами) (рис. 3.14)

2.Ход работы:

• Я налила воду в кастрюлю
• Довела воду до кипения (рис. 3.15)
• Опустила листья в воду (рис. 3.16)
• Кипятила в течение 15 минут (рис. 3.17)
• Выложила листья из кастрюли и сфотографировала (рис.3.18-3.20)
• Налила полученный антоциановый раствор в прозрачный стакан. (рис. 3.21-3.22)

3. Вывод по результатам опыта:

• Антоцианы растворимы в воде, образуют с водой раствор красно-оранжевого цвета.
• После опыта листья приобрели серо-оранжевый оттенок. Поскольку разрушился хлорофилл, можем сделать вывод, что в листьях остались пигменты каротин и ксантофилл.

2. Распределение пигментов в листовых пластинках осенних листьев

1) Сканированное изображение  побегов и листьев

В период со 2 по 29 октября 2015 года нами были собраны и отсканированы. побеги и отдельные листья листопадных деревьев. Работа проводилась с помощью фотосканера EPSON Scan 2580 PHOTO в кабинете биологии МБОУ Строчковская сош . Сканирование происходило сразу после сбора материала, чтобы структура листьев не успела измениться.  

1.Сканированное изображение  побегов и листьев Лещины обыкновеннй (Corylus avellana) (18.10.2015)

В зрелых листьях разрушающийся  хлорофилл сохранился только в центральной части листа. На периферии остались только желтые пигменты ( рис 3.23)

В этот же момент, на этом же растении, на более молодых побегах листья полностью зеленые ( рис 3.24)

 2. Сканированное изображение  побегов и листьев Шиповника  майского                ( Rósa majális) (15.10.2015)

     На одном сложном листе, отдельные листочки могут иметь разную окраску( желтую .зеленоватую и красную) ,  содержать разные пигменты  ( рис 3.25)

3.Сканированное изображение   листьев Ирги канадской  (A. ovalis Me) (15.10.2015)

У старого листа ирги  первоначально окрашивается черешок и жилки( рис 3.26), затем антоцианы начинают проявляться в основной ткани листовой пластинки( рис 3.27, 3.28)

4. Осина обыкновенная (Pópulus trémula)

На одном растении формируются листья с разной окраской, разными пигментами (рис 3.29)

5. Аро́ния черноплодная (Arónia melanocárpa)

Интенсивность окрашивания внешней поверхности листовой пластинки выше, чем нижней поверхности листа. Пигменты в листьях располагаются ближе к внешней поверхности (рис 3.30); рис 3.31-нижняя поверхность листа.        

6. Сирень обыкновенная (siringa vulgaris)

Был установлен факт: 23% из обследованных растений siringa vulgaris изменяет окраску листьев с зеленой на сине-багряную, к концу октября в листьях накапливаются антоцианы ( рис 3.32). У 28% растений листья,  к этому же времени, приобрели желтую окраску(каротиноиды и флавоноиды)(рис 3.33)

7.Интересный факт был установлен в результате исследования листа  Клен платановидный (Acer platanoides L) ( рис 3.34):повреждение проводящей системы листа ( сосудисто - волокнистых пучков) замедлило процесс изменения окраски листьев.

2) Микроскопическое исследование листьев с помощью с цифрового микроскопа

Перед началом исследования мной было освоено устройство и способы работы с цифровым микроскопом, а так же изучено и применено в работе программное обеспечение к нему.

Работа проводилась с помощью с помощью с цифрового микроскопа «Альтами» и программного обеспечения Altami VideoKit  в кабинете биологии МБОУ Строчковская сош . Исследование происходило сразу после сбора материала, чтобы структура листьев не успела измениться.  

1. Микроскопическое исследование листьев  Шиповника  майского( Rósa majális) проводилось 16.10.2015.

Листья шиповника  майского могут быть ярко-красными и желтыми. Первые содержат много антоцианов, вторые каротиноидов и флованоидов. Мы рассмотрели и те и другие

- Листья шиповника  майского содержащие антоцианы. На фотографии видно, как пигменты наполняют клетки листа, часть их содержатся в межклеточном веществе (рис. 3.35).Сосудисто-волокнистые пучки окрашены в желтый цвет, то есть лишены антоциана и содержат каротиноиды или флованоиды (рис. 3.36)

- Листья шиповника  майского содержащие желтые пигменты.

2. Микроскопическое исследование листьев  Клена платановидного (Acer platanoides L) проводилось 10.10.15

Листья клена платановидного равномерно окрашены желтыми пигментами и сосудисто-волокнистые пучки, и основная часть листа. На снимке видны клетки кожицы листа, они прозрачны и не препятствуют рассмотрению пигментов, хорошо выражены только их клеточные стенки с изгибами (рис. 3.37)

4. Результаты и их обсуждение .

1 Сроки листопада у одного растений одного вида имеют очень широкий диапазон.

2.У растений находящихся в близких условиях существования и относящихся к одной возрастной группе сроки листопада сильно варьируют.

3.Достоверно, что если раскраска листьев и листопад начинаются раньше – то полное раскрашивание листьев и наступление полного безлистного состояния наступает раньше.

4 Растения в угнетенном состоянии ( ослабленные, больные, произрастающие в неблагоприятных условиях)  - раньше вступают в стадию листопада.

5.У растений в имматурной и виргинильной  стадий развития – позже происходит раскрашивание листьев и наступление полного безлистного состояния.

6.У растений подвергнутых обрезке позже происходит раскрашивание листьев и наступление полного безлистного состояния.

7.Растения с преобладанием красных пигментов более устойчивы к действию низких температур, у них длиннее  листопадный период и более поздние сроки опадения листьев

8.Был установлен факт: 23% из обследованных растений siringa vulgaris изменяет окраску листьев с зеленой на сине-багряную, к концу октября в листьях накапливаются антоцианы. У 28% растений листья,  к этому же времени, приобрели желтую окраску(каротиноиды и флавоноиды).При этом в большинстве источников высказывается мнение, что листья siringa vulgaris не изменяют своей окраски осенью.

9. Интересный факт был установлен в результате исследования листа  Клен платановидный (Acer platanoides L) ( рис 3.34):повреждение проводящей системы листа ( сосудисто - волокнистых пучков) замедлило процесс изменения окраски листьев.

10.Выявлен внутривидовой полиморфизм некоторых видов по срокам листопада -

11. На переход растений в состояние покоя оказывает влияние и температура: для некоторых видов (преимущественно южного происхождения — ясеня, конского каштана, сирени, вишни) понижение ночных температур — главный сигнал к покою.

 Заключение

Подводя итоги исследовательской работы, могу сделать вывод, что цель, которую я ставила – достигнута.  Я изучила  изменение окраски листьев и закономерности листопада у древесных листопадных растений и  сравнила  обоснованные и научно доказанные выводы с результатами исследования по данной теме.

 Мы подтвердили выдвинутые в начале исследования  гипотизы и установили взаимосвязь между сроками  раскраски листьев, сроками листопада и  эколого-фитоценотическими условиями их произрастания; также было подтверждено, что у растений с преобладанием красных пигментов длиннее  листопадный период и более поздние сроки опадения листьев.                            

Мне удалось выделить пигменты осенних листьев и  изучить их свойства. С помощью фотосканера и цифрового микроскопа  я исследовала  распределение пигментов в осенних листьях. В ходе проведенной работы мы получили некоторые данные, которые противоречат  тем, что были найдены в изученной литературе, они требуют дальнейшего рассмотрения.

6.Список литературы и интернет источников

1. Бухвалов В.Н., Богданова Л.В., Купер Л.З. методы экологических исследований. М., 1995, 168 с.
2. Детари Л., Карцаги В., Биоритмы. М., Мир,160с.
3. Чернова И.М., Былова А.М. Экология. М., Просвещение, 255с.
4. Яковлев А.С., Яковлев И.А. Селекционно-генетический фонд лесовосстановления в дубравах Чувашской республики.// Экологический вестник Чувашии, вып. 13, Чебоксары, 1996, с.20-26.
5. Артамонов В.И. Занимательная физиология растений. – М.: Агропромиздат, 1991.
   Бердоносов С.С., Бердоносов П.С. Справочник по общей химии. – М.: АСТ Астрель, 2002.
6. Батурицкая Н.В., Фенчук Т.Д. Удивительные опыты с растениями. Книга для учащихся
   Головко Т.К. Дыхание растений (физиологические аспекты). – СПб: Наука, 1999.
   Детская энциклопедия. – М.: Академия педагогических наук РСФСР, 1959.
   Заленский О.В. Эколого-физиологические аспекты изучения фотосинтеза / Тимирязевские чтения. – Л.: Наука, 1977. Вып. 37. 57 с.
   Лебедева Т.С., Сытник К.М. Пигменты растительного мира. – Киев: Наукова думка, 1986.
   Ольгин О. Опыты без взрыва. – М.: Химия, 1986.
   Пчелов А.М. Природа и ее жизнь. – Л.: Жизнь, 1990.
   Эткинс П. Молекулы. – М.: Мир, 1991.
7. http://www.donnaflora.ru/viewtopic.php?p=32844 ПИГМЕНТЫ, ОПТИКА ЛИСТА И СОСТОЯНИЕ РАСТЕНИЙ (МЕРЗЛЯК М. Н. , 1998), БИОЛОГИЯ Московский государственный университет  им. М. В. Ломоносова
8. Александр Владимирович Кожевников «Весна и осень в жизни растений» Издательство: Москва. Издательство Московского общества испытателей природы Год: 1950
9. http://zooflora.ru/rasteniya/listopad/
10. ЖИЗНЬ РАСТЕНИЙ  ред. академик А. Л. Тахтаджян

Глоссарий

• Ввозрастные группы деревьев: p – всходы; j – ювенильные особи; im – имматурные особи; v – виргильные особи; g – генеративные особи; s – сенильные особи.
• Прегенеративные  (p, j, im, v) генеративном возрасте (g)

Приложение

Таблица цветов пигментов растений