Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Почему лепестки цветков белые
Вариант I (самый простой). Лепесток осторожно сожмите пальцами. Воздух из межклетников выходит, и лепесток становится бесцветным и прозрачным, как лед. Вариант II (более продолжительный). Погрузите лепестки в воду. Через несколько часов, когда вода через устьица проникнет в межклетники, лепестки станут бесцветными. Вариант III (самый надежный). Лепестки поместите в шприц и заполните его водой. Установив 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 начнут выделяться пузырьки воздуха. Через 1—2 мин воздух из межклетников выйдет. Вновь задвиньте поршень в шприц. При этом вода поступит в межклетники и лепесток станет прозрачным. Задание. Используя приведенные варианты опытов, проверьте, как изменяют окраску лепестки нивяника обыкновенного, ромашек, лилий, нарциссов, жасмина садового (чубушника), яблони.
КРАСНЫЙ, РОЗОВЫЙ, СИНИЙ. ФИОЛЕТОВЫЙ 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 смршает потом (но где?! Где пробирок, и колб, И спиртовок рядьр! ), И вот из одной и той же Черного цвета земли Он то красный, то синий, то сиреневый, то золотой! В. Солоухин Как это ни удивительно, но эти цвета определяет одна группа пигментов — антоцианы (от греч. «антос» — цветок, «цианос» — голубой), впервые выделенные из цветков василька синего. Антоцианы хорошо растворимы в воде. Содержатся в клеточном соке (вакуолях), значительно реже — в клеточных оболочках. Могут существовать в различных формах. При действии минеральных и органических кислот образуют соли красного, при действии щелочей — синего цвета. На цвет антоцианов влияет не только кислотность клеточного сока, но и способность этих пигментов образовывать комплексные соединения с металлами. Например, для проявления синего цвета необходимо наличие в клетках комплексного соеди- 13 нения антоцианов с магнием, алюминием, оловом, а также белками и сахарами. Поскольку в клетках содержится обычно несколько различных антоцианов, а химический состав растений изменяется с возрастом, то окраска даже кратковременно живущих венчиков может изменяться на протяжении дня. Так, у чины весенней они сначала красные, затем зеленовато-синие. Иногда меняется окраска только части венчика. Например, у конского каштана желтое пятнышко на лепестке сначала становится оранжевым, потом красным, причем нектар выделяется только в желтой стадии. Ярко-красные розы, голубые васильки, фиолетовые анютины глазки содержат растворенные в клеточном соке антоцианы. Яблоки, вишни, виноград, черника, голубика своим цветом обязаны антоцианам. Клеточный сок листьев и стеблей гречихи, краснокочанной капусты, листьев и корнеплодов столовой свеклы, молодая красная кора эвкалипта, красные осенние листья также содержат антоцианы. Больше всего антоцианов накапливают растения в местностях с суровыми климатическими условиями (Арктика, высокогорные луга), а также ранневесенняя флора. Антоцианы поглощают свет в ультрафиолетовой и зеленой областях спектра. Поглощенная энергия частично превращается в тепло, повышая на 1—4°С температуру листьев, пестиков, тычинок. Это создает более благоприятные условия как для фотосинтеза, так и для оплодотворения и прорастания пыльцы в условиях пониженных температур. У высокогорных растений антоцианы, поглощая избыток солнечной ра- 14 диации, защищают хлорофилл и наследственный аппарат клетки от повреждений. Несомненно, яркая окраска цветков и плодов играет большую роль в привлечении насекомых-опылителей и в распространении плодов. Интересно, что «антоциановые» растения обладают повышенной стойкостью к загрязнению воздуха кислыми газами промышленных предприятий. Поступая в организм человека с фруктами и овощами, антоцианы проявляют действие, сходное с действием витамина Р: они поддерживают нормальное состояние кровяного давления и сосудов, предупреждая внутренние кровоизлияния. Образуя комплексы с радиоактивными элементами, антоцианы способствуют быстрому выведению их из организма. Кроме того, эти пигменты способны улучшать зрение. Если орган растения имеет голубой, синий, фиолетовый цвет, то нет никакого сомнения в том, что его окраска обусловлена антоцианами. А вот с красной окраской несколько сложнее. У некоторых, немногочисленных по сравнению с «антоциановой» группой видов растений оранжевая, красно-коричневая окраска цветков (тагетес прямостоячий, настурция большая), плодов (томаты, шиповник, ландыш майский) обусловлена не растворенными в клеточном соке антоцианами, а находящимися преимущественно в желтых и оранжевых пластидах (хромопластах) пигментами группы каротиноидов (от лат. «карота» — морковь). Наиболее распространен красный пигмент ликопин, близкий по строению к каротину 15 Каротиноиды не растворимы в воде, но хорошо извлекаются из пластид органическими растворителями. Их цвет, в отличие от антоцианов, не зависит от кислотности среды. Используя свойство антоцианов изменять цвет в зависимости от реакции среды, можно поставить ряд интересных опытов.
2. Выделение антоцианов. Изменение цвета под действием кислот и щелочей Для опыта понадобятся листья краснокочанной капусты, фиолетовые цветки анютиных глазок или другие растения, содержащие антоцианы, 2 пробирки, 1-процентная соляная или 6-процентная уксусная кислоты, 0, 001-процентный гидроксид натрия, индикаторная бумага. Получить антоциановую вытяжку можно двумя способами. 0, 5—1 г красных листьев или синих, фиолетовых лепестков поместите в пробирку. Залейте 5 мл воды и доведите до кипения над пламенем спиртовки. Нагревание выше 70°С приводит к разрушению мембран клеток. Антоцианы свободно выходят из клеток, окрашивая воду в розовый, синий или зеленоватый цвет. Отфильтруйте раствор в чистую пробирку через бумажный фильтр. Вместо кипячения листья или лепестки можно измельчить в ступке с небольшим количеством песка, и, добавив около 5 мл воды, отфильтровать. Цвет раствора убеждает в том, что антоцианы — водорастворимые пигменты. Начинать следующую часть работы лучше с рассмотрения действия кислот. В чистую 16i пробирку отлейте 2—3 мл вытяжки пигментов, добавьте каплю разбавленной кислоты (1-процентной соляной, 6—9-процентной уксусной, 0, 025-процентной лимонной) Если полученная вытяжка антоцианов имела первоначально буроватую окраску, то после добавления 1— 2 капель кислоты она примет красивый розово-красный цвет. Изменения окраски связаны с перестройками в молекуле антоциана. К окрасившемуся в розовый цвет раствору добавляйте по каплям разбавленную щелочь (0, 001-процентный раствор едкого натра) или немного, на самом кончике ножа, порошка питьевой соды. Розовая окраска исчезает. Контролируя с помощью индикаторной бумаги изменение рН раствора, происходящее в результате постепенного добавления кислоты или щелочи, можно установить более точную зависимость цвета антоцианов от кислотности среды. У краснокочанной капусты исходная вытяжка имеет красно-фиолетовый цвет. В сильнокислой среде (рН 2—3) она приобретает красный, а при рН 4—5 —розовый цвет. В результате нейтрализации розово-красный цвет изменяется сначала на синий (нейтральная среда, рН 6—7), затем на зеленый (рН 8), желто-зеленый (рН 9—10) и в сильно щелочной среде на желтый (рН выше 10). К зеленоватому или синему раствору добавьте еще несколько капель кислоты Наблюдается повторное появление красного окрашивания. Можно повторить весь цикл изменения окраски антоциановых растворов под действием кислот и щелочей несколько раз. 17 Вытяжка пигментов синих лепестков и листьев многих растений при добавлении щелочи окрашивается в зеленый цвет. Только у некоторых видов, например, у фиолетовых анютиных глазок, гибискуса (китайская роза), краснокочанной капусты, раствор антоциана приобретает под действием щелочи довольно устойчивую сине-фиолетовую окраску У василька синего голубая окраска устойчива даже в кислой среде (рН 4—6). Причина этого явления в том, что голубой и синий цвета появляются только в том случае, если молекула пигмента входит в состав сложного комплексного соединения с металлами (Fe, Ca, Mg и др.), углеводами, белками. У многих видов в процессе выделения пигментов из листьев происходит разрушение этого комплекса и утрата способности к проявлению голубого и синего цветов. В клетках растений может содержаться одновременно несколько различающихся по цвету антоцианов. Так, в ягодах темноокрашенного винограда их найдено 11. Задание Проследите изменения окраски растворов антоцианов под действием кислот и щелочей на других, не названных выше, растениях. Какие из них под действием щелочи сохраняют стойкую синюю окраску?
3. Приготовление индикаторной бумаги из растворов антоцианов Антоцианы растений относятся к группе индикаторов — веществ, изменяющих свою окраску в зависимости от реакции среды. Поэтому вытяжка из окрашенных в красный 18 и синий цвет органов может быть с успехом использована для приготовления индикаторной бумаги Чтобы приготовить индикатор на щелочь, (красную индикаторную бумагу) вытяжку, полученную из красных лепестков или других окрашенных антоцианом тканей растения, подкислите 1—2 каплями любой кислоты до появления четкой розовой окраски. Полоску фильтровальной бумаги пропитайте раствором антоциана и высушите на стекле. Индикаторная бумага готова. Индикаторную бумагу на кислоты готовьте, пропитывая полоски фильтровальной бумаги сине-фиолетовым или зеленым раствором антоцианов. Проверить эффективность приготовленной индикаторной бумаги можно, нанеся на нее по капле кислоты или щелочи. Индикаторные свойства антоцианов сходны с лакмусом: область перехода окраски лежит в интервале рН 3—12. 19 Для более точного определения рН раствора с помощью индикаторной антоциановой бумаги необходимо подготовить цветную шкалу изменений окраски антоцианов данного вида растений в интервале рН 2—10. Растворы, получаемые из окрашенных в красный, синий цвета органов растений, всегда содержат комплекс антоцианов (до 10-15), которые различаются по строению и способности к поглощению отдельных участков спектра. Поэтому индикаторные свойства окрашенных вытяжек, получаемых из разных видов растений, также различны. Задание. Сравните индикаторные свойства антоцианов корнеплода столовой свеклы, лепестков розы, плодов рябины черноплодной.
4. Изменение окраски цветков в букете Убедиться в том, что окраска органа зависит во многом от кислотности клеточного сока, можно на простом и эффектном опыте. Для опыта нужны 3—4 вида растений с различной окраской венчиков, 2 стеклянных колпака, 2 стеклянные подставки под колпаки, водный раствор аммиака, концентрированная («дымящая») соляная кислота. Составьте 3 одинаковых букета из цветов с различной окраской венчика: красных, голубых, фиолетовых, белых. Особенно эффектные результаты получаются с розами. Первый букет (контрольный) оставьте в стакане с водой. Второй поместите в пары аммиака. Для этого на подставку из стекла 20 поставьте букет в стакане без воды. Рядом в маленьком стакане или бюксе — водный раствор аммиака. Быстро накройте стеклянным колпаком. Третий букет поместите рядом со стаканчиком с концентрированной кислотой, накройте колпаком. Помните, что кислота оседает не только на цветках, но и на столе. Поэтому необходима подставка. В течение 15—30 мин, по мере проникновения в клетки паров кислоты или 'аммиака, происходит постепенное изменение окраски комплекса антоцианов и их цветового сочетания с сопутствующими желтыми пигментами. В варианте, где лепестки венчиков подвергались воздействию паров кислоты, на лепестках синего цвета постепенно появляются розовые и красные пятна. В варианте с воздействием на лепестки паров аммиака изменения окраски более разнообразны. Это'обусловлено тем, что при изменении кислотности клеточного сока от кислой до щелочной происходит изменение цвета от красного через сине-фиолетовые тона до зеленого и желтого (рис. 3). Лепестки венчиков, имевшие до опыта красные, розовые тона приобретают необычную расцветку. У темно-красных роз в атмосфере аммиака цвет лепестков изменяется сначала до разных оттенков зеленого, затем переходит в коричневый. Такое изменение окраски связано с тем, что в лепестках роз одновременно содержатся не только антоцианы, придающие лепесткам красный цвет, но и желтые пигменты флавонолы. Под влиянием аммиака цвет флавонолов тоже меняется: слабое желтое окрашивание переходит в желто-оранжевое, коричневое. 21 Интересные результаты получаются с некоторыми белыми и бело-красными цветками. Так, у турецкой гвоздики, имеющей красные лепестки с белой каймой под влиянием паров кислоты может наблюдаться покраснение белых частей. Дело в том, что в клетках растений с белыми цветками и плодами могут синтезироваться бесцветные предшественники антоцианов — лейкоантоцианы, которые в результате окисления способны превращаться в окрашенные вещества. В самом упрощенном варианте цветки или отдельные лепестки можно погрузить в 1— 2-процентный раствор соляной кислоты или 0, 001-процентный раствор гидроксида натрия. По мере проникновения растворов в клетки происходит изменение окраски. Недостаток этого варианта в том, что венчики намокают, антоцианы постепенно вымываются в раствор. Удобнее этим способом окрасить в ярко-красный цвет цветки бессмертника (под этим названием обычно объединяют 2 вида: акроклиниум розовый и гелихризум большой). В книге О. Ольгина «Опыты без взрывов» предложен более сложный способ выполнения опыта. В вытяжном шкафу обрабатывают цветки парами смеси 50 мл медицинского эфира и 50 мл аммиака. Так как эфир, накапливаясь в клетках, нарушает проницаемость мембран, кислота или щелочь легко проникают в вакуоли, и сам опыт протекает быстро. Задание. Проделайте опыты с цветками, лепестки которых окрашены в различные цвета, и опишите изменения их окраски. 22
Рис. 3. Изменение окраски лепестков роз под действием щелочи.
5. Надписи на лепестках В журнале «Химия и жизнь» (№ 1, 1977) членам клуба «Юный химик» было предложено задание: найти забытый способ надписей на лепестках. Победителем был признан десятиклассник из Винницы. Плотно прижимая к стеклянной пластинке лепестки узамбарской фиалки, он с помощью пера, иглы или стеклянной трубочки с оттянутым концом наносил на лепестки вещества (главным образом разбавленные кислоты и щелочи) и наблюдал за изменением окраски. Так школьнику удалось написать поздравление сестре ко дню 8 Марта. Приведем таблицу, в которую ученик свел результаты своих опытов (в скобках указан цвет, который приобрели лепестки со временем).
24 Лепестки цветков фиалки узамбарской по размерам невелики, но, благодаря разнообразию их окраски, очень удобны для предварительного изучения изменения окраски лепестков под действием кислоты и щелочи. Для надписей лучше использовать более крупные лепестки тюльпанов, роз, пионов, гладиолусов. Надпись делайте остро заточенной палочкой, смоченной в растворе кислоты или щелочи. Так как лепестки часто покрыты восковым налетом, малопроницаемым для водных растворов, поверхность листа слегка поцарапайте острым концом палочки. Надписи, сделанные кислотой на синих лепестках, будут розового цвета, а щелочью на красных — синими или зелеными. Задание. Накалывая лепестки сирени иглой, конец которой смочен в растворе кислоты или щелочи, попробуйте получить соцветия сирени с разноцветными лепестками.
6. Муравьиные художества Известно, что муравьи выделяют кислоту, которая так и называется — муравьиная. Положите на муравейник синие или голубые цветки (например, незабудки болотной) и наблюдайте за изменением окраски лепестков. Проникая в клетки лепестков, муравьиная кислота изменяет цвет антоцианов на красный. У цветков, окрашенных в красные тона, изменения менее заметны. Посадите около муравейника несколько растений гиацинта мышиного. Под влиянием муравьиной кислоты, поступающей в растения через корни, окраска цветков из синей постепенно становится розовой. 25 В весеннем лесу обратите внимание на окраску венчиков молодых и старых цветков: хохлатки Галлера, медуницы неясной, сочевичника весеннего, фиалки трехцветной, сон-травы. У медуницы венчики окрашены в самые разные цвета: от розового — до лилового и синего, от синего — до голубого и белого. Это цветки разного возраста: самые молодые, сидящие рядом с бутонами, розовые. Старея, они приобретают фиолетовую окраску, затем синюю и в конце концов — белую. Изменения окраски венчиков связаны с постепенным изменением реакции клеточного сока: в кислой среде она розовая, в щелочной — синяя, в нейтральной — лиловая. Задание. Проделайте опыт с другими видами растений, имеющими синие цветки.
7. Влияние ионов металлов на окраску цветков гортензии Цвет антоцианов определяется не только кислотностью клеточного сока, но и способностью образовывать сложные комплексные соединения с металлами. Обычно взаимодействие с одновалентными катионами усиливает красную окраску, а с двухвалентными — синюю. У некоторых растений комплексные соединения антоцианов с молибденом имеют фиолетовый цвет, с железом — синий, с никелем и медью — белый. Увеличение содержания отдельных элементов в почве способно повлиять на окраску лепестков венчика. Убедиться в этом можно на опыте с гидрангией крупнолистной (гортензией) (рис. 4). Для опыта нужны 2 растения гортензии: 26 Рис. 4. Гортензия.
одно — образующее соцветия розового цвета, второе — голубого, розовый раствор перманганата калия и раствор железоаммиачных или алюмокалиевых квасцов, либо сульфата железа (II) или сульфата алюминия (II) (4—5 г/л). Опыт лучше начинать весной, когда у гортензии начинают отрастать новые побеги, но соцветие еще не сформировалось. Голубую гортензию 1—2 раза в неделю поливайте розовым раствором перманганата калия, розовую — раствором соединений железа или алюминия. Из почвы окрашенные растворы поступают в растения и накапливаются в клетках, что вызывает в первом случае изменение окраски лепестков венчика с синей на розовую, а во втором — с розовой на голубую. Задание. По описанной методике про- 27 ведите опыт с узамбарской фиалкой, подобрав растения с цветками различной окраски Именно на способности растений изменять свой внешний вид в зависимости от химического состава почвы и воздуха основан биогеохимический метод поиска месторождений полезных ископаемых В книге Н. Сладкова «Планета чудес, или невероятные приключения путешественника Парамона» есть маленький рассказ «Говорящие цветы» «Как только мы спустились с горы в долину, мой провожатый сразу забыл про меня Он бросился собирать цветы Это была долина цветов. Геолог торопливо срывал их, внимательно рассматривал, что-то записывал. Губы его беззвучно шевелились. Казалось, что он разговаривает с цветами. Будто он их о чем-то спрашивает, а они ему отвечают. «Уж геолог ли он? — подумал я — Может, он ботаник или поэт? » — Что вы там шепчете? — спросил я громко. — Я нашел клад! — ответил геолог — В этой долине глубоко под землей спрятаны несметные сокровища! — Это кто же вам сказал? — удивился я — Они сказали, — крикнул геолог — Цветы. «Неплохо, — подумал я — То цветы — поджигатели, то подземные, то говорящие». — Наши цветы такие! — выкрикивал геолог — Им известны все клады, спрятанные в земле Нужно только понимать их язык — они все расскажут.» 28 Это не сказка. В зонах рудных месторождений из почвы в растения поступают и накапливаются в них повышенные количества элементов, образующих рудную залежь Это приводит к появлению у растений отклонений в форме, окраске листьев и цветков. У эшшольции калифорнийской повышенное содержание меди в почве изменяет оранжевый цвет лепестков на сизый, а цинка — на лимонно-желтый. Мак, растущий на свинцово цинковом месторождении, изменяет форму лепестков (рассеченная форма вместо цельной), а на молибденовом месторождении на его ярко красных лепестках появляются красивые черные пятна. Никель обесцвечивает цветки сон-травы. По этой примете на Южном Урале были найдены залежи никеля. Есть растения-индикаторы, которые растут только на почвах, богатых тем или иным химическим элементом. Например, на Алтае один из видов качима — растения семейства гвоздичных, растущего в виде плотных подушкообразных кустов — является индикатором меди. В Америке есть «свинцовая трава», растущая над залежами свинцовой руды.
8. Мозаика из всходов Всходы травянистых растений, молодые, весенние листочки многих деревьев и кустарников из-за повышенного содержания антоцианов часто имеют окраску, непохожую на цвет сформированных листьев. Например, легко различимы всходы ржи и пшеницы у ржи они красноватые, у пшеницы — зеленые В ярко-красный цвет окрашены проростки сто- 29 ловой свеклы. Используя эту особенность, можно получить удивительную картину. Для опыта нужны наклюнувшиеся семена пшеницы, ржи, свеклы столовой, чашка Петри или другой плоский сосуд с невысокими стенками, фильтровальная бумага. На дно чашки Петри уложите 2—3 слоя фильтровальной бумаги. Важно, чтобы поверхность, на которую будут уложены семена, была ровной. На фильтровальную бумагу нанесите контуры двух- или трехцветного рисунка, учитывая цвет проростков. Увлажните фильтровальную бумагу и, в соответствии с рисунком, разместите набухшие семена. Для создания влажной среды, благоприятной для прорастания семян, накройте чашку крышкой. Антоциановая окраска сильнее проявляется у растений при пониженной температуре почвы и воздуха. Поэтому после того, как семена наклюнутся, сосуд перенесите в холодильник (4—10°С) до появления проростков. К сожалению, картина красива только короткое время. С появлением первых настоящих листьев она становится однотонной, зеленой. Задание. Окрашенные антоцианом проростки высушите и используйте для создания мозаичных панно путем наклеивания на бумагу резиновым клеем высушенного растительного материала, подобранного по тону. 30 9. Обесцвечивание антоцианов сернистым газом Сернистый газ (S02) оказывает на антоцианы удивительное действие — они обесцвечиваются: красные, синие цветки превращаются в белые. Для опыта нужнЫ цветки с красными и синими лепестками, стеклянный колпак, пригодный для обработки в нем цветков сернистым газом, кусочек серы или лабораторная установка для получения сернистого газа, ложка для сжигания веществ. Опыт проводится в вытяжном шкафу или вне помещения, так как сернистый газ раздражающе действует на органы дыхания человека. Поместите 1—2 цветка (без воды) под стеклянный колпак и заполните пространство внутри колпака сернистым газом. Для этого в ложке зажгите кусочек серы и внесите в камеру, где находятся цветки. Лучше использовать лабораторную установку. Заполните сосуд сернистым газом с помощью газоотводной трубки. Плотно закройте камеру. Наблюдайте постепенное, в течение 15—30 мин, обесцвечивание лепестков венчика. У растений с махровыми цветками сначала изменяются наружные лепестки. Как только лепестки полностью или частично обесцветятся, достаньте цветок из камеры и поставьте в стакан с водой. Сернистый газ постепенно улетучится и лепестки примут исходный цвет. Нужно иметь в виду, что восстановление цвета происходит значительно медленнее, чем обесцвечивание, в некоторых случаях — в течение суток. 31 Сернистый газ вызывает переход антоцианов в бесцветную, так называемую лейкоформу. Бесцветные формы антоцианов достаточно широко распространены, например, в листьях, кожице и мякоти плодов некоторых растений (винограда, яблони). При определенных условиях они способны переходить в окрашенные формы Задание Проведите опыт с 5—10 видами растений. Зафиксируйте время, за которое обесцветятся лепестки, а также время, необходимое для восстановления окраски. Данные оформите в виде таблицы.
10. Акварельные краски из антоцианов Для опыта нужны растворы антоцианов, полученные из окрашенных частей различных растений, 1-процентная НС1, 0, 001-процентный NaOH, водяная баня, кусочки камеди, образующейся на стволах вишни, сливы или 4-процентный глицерин. Приготовьте различающиеся по цвету растворы антоцианов из окрашенных частей различных видов растений. С помощью нескольких капель НС1 или NaOH придайте растворам более яркий оттенок. Для повышения вязкости добавьте растворенные в небольшом объеме воды кусочки камеди и упарьте на водяной бане. Краски готовы Задание. Испытайте на стойкость полученные краски. Для этого каждый день в течение 1—2 недель пишите один и тот же текст на бумаге одного сорта и сравнивайте яркость цвета. 39 ЖЕЛТЫЙ ЦВЕТ
Желтые пигменты распространены в мире растений так же широко, как и красные, но в некоторых случаях они маскируются антоцианами, хлорофиллом и поэтому менее заметны. Географическое распределение растений с желтыми цветками довольно равномерно: на их долю приходится около 30% видов, произрастающих в данной местности. 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, например в кожице зрелых плодов перца овощного обнаружено их около 100, 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. 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 (лепест- 33 ках, 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. Желтый цвет венчиков чаще всего обусловлен пигментами группы каротиноидов. Например, в одном из исследований было установлено, что у 240 из 300 изученных видов растений желтый цвет лепестков определяли каротиноиды. Они придают желтый цвет венчикам цветков огурца посевного, тыквы обыкновенной, одуванчика лекарственного, лютиков, купальницы европейской, калужницы болотной, чистотела большого, подсолнечника однолетнего и других видов растений. Вместе с флавонами каротиноиды содержатся в желтых тычинках и рыльцах пестиков, участвуя в процессах созревания пыльцы, прорастания ее на рыльце пестика и оплодотворения. Мякоть плодов облепихи крушиковой, лимона, апельсина, корнеплодов моркови также богата каротиноидами. 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. 34 11. Получение облепихового (морковного) масла В плодах облепихи хромопласты с каротиноидами находятся в сочном околоплоднике. Для получения масла, обогащенного каротиноидами, нужны растительное масло, плоды облепихи крушиновой, корнеплоды моркови, сито. Плоды облепихи залейте таким количеством воды, чтобы она только покрывала ягоды, доведите до кипения, слегка охладите и протрите массу через сито. К мякоти добавьте столько процеженного растительного масла, чтобы получаемое облепиховое было достаточно концентрированным. Помешивая, прокипятите смесь на слабом огне. Каротиноиды, будучи жирорастворимыми веществами, переходят из разрушенных в процессе термической обработки хромопластов в растительное масло, которое приобретает оранжевую окраску. Для более полного извлечения пигментов смесь оставьте на несколько часов. После этого осторожно слейте с поверхности слой масла, обогащенного каротиноидами. Чтобы получить более насыщенный раствор, слитым маслом залейте новую порцию мякоти плодов и повторите процедуру несколько раз. Сравните цвет растительного масла до начала и в конце опыта. Хорошо заметное изменение окраски с бледно-желтой до оранжевой свидетельствует о переходе в него пигментов плодов облепихи. Светло-желтый цвет самого растительного масла также обусловлен каротиноидами. 35 Натрите на терке корнеплод моркови, обжарьте в большом количестве подсолнечного масла. Вы получите масло, обогащенное комплексом каротиноидов моркови. Основной компонент облепихового, морковного масла — каротиноид каротин, давший название всей группе пигментов Кроме него, в состав масла входят другие жирорастворимые вещества: стерины, фосфолипиды. Лечебное действие масла обусловлено комплексом всех растворенных в нем веществ. 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, хорошо растворимы в воде. В растениях содержатся в цветках (лепестки, рыльца пестиков), листьях, плодах. Известно около 70 желтых пигментов, несколько различающихся по химическому строению. Названия их обычно происходят от названий растений, из которых они были впервые выделены: кверцетин — пигмент коры и плодов дуба (от лат. «кверкус» — дуб), рутином богаты листья руты душистой. Обычно в венчиках растений содержатся и антоцианы, и^флавоны, и флавонолы. Например, в цветках львиного зева обнаружено 2 вида антоцианов (пеларгонидин и цианидин), 2 флавонола, в том числе кверцетин, несколько флавонов, например лютеолин — пигмент анютиных глазок. Наиболее распространен кверцетин, который содержится в лепестках всех изученных цветковых растений. 36 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. С давних пор желтые пигменты наряду с антоцианами широко используются в качестве природных красителей. Первоначальное применение их связывается с раскраской и татуировкой тела. В дальнейшем краски употреблялись для окрашивания шкур, служивших одеждой. Позднее — для окраски тканей, пищевых продуктов и других предметов широкого потребления. Уже в XV—XVI вв. в Европе стали культивировать растения как источник красителей. Возникла красильная промышленность. Для окрашивания волокон и тканей в желтый цвет в народной практике использовались цмин песчаный, череда трехраздельная, пупавка красильная, василек луговой, ястребинка зонтичная. В зеленые, коричневые, болотные тона окрашивает шерсть экстракт из наземной части зверобоя продырявленного; в желтые, зеленые, коричневые — вытяжка из корней укропа огородного. Желто-коричневые оттенки даст окрашивание шерстяных волокон экстрактом из корней и листьев щавеля конского. Хороший желтый краситель получается из молодых листьев березы. Задание. Приготовьте масло из плодов шиповника. 37 12. Получение желтого красителя из сухой чешуи лука Сухая чешуя репчатого лука содержит в большом количестве желтый пигмент группы флавонолов — кверцетин. Экстракт чешуи находит широкое применение для окрашивания пищевых продуктов и тканей в желто-коричневый цвет. Используя экстракт чешуи лука, ознакомимся с методикой приготовления и использования растительных красителей. Для опыта нужна сухая чешуя лука, аммониево-железные квасцы [(NH4)2S04• •Fe2(S04)3•24H2O], сульфат железа (II), 2 химических стакана. Окрашивание состоит из 3 этапов: экстракции, т. е. извлечения красителя, закрепления (протравки) и промывания. 100 г сухой чешуи лука залейте на 30—35 мин теплой водой (1 л), добавьте питьевую соду (чайная ложка на 1 л воды) и прокипятите 1, 5 ч на слабом огне, слегка помешивая. Экстракт слейте, а чешую лука еще раз залейте небольшим объемом воды и прокипятите в течение часа. Снова слейте экстракт, смешайте с полученной ранее порцией и дайте отстояться. Для увеличения концентрации красителя полученный экстракт можно упарить. Такой концентрированный краситель можно непосредственно использовать для окрашивания ткани в желто-коричневый цвет, но для закрепления красителя, придания ему нужного оттенка обычно применяют протравливание ткани различными составами. Для окрашивания ткани в желтые тона в качестве протравки используют аммониево-железные 38 квасцы, а в темно-зеленые — сульфат железа (II) (железный купорос). Протравливание можно проводить перед окрашиванием, во время окрашивания и после него. При предварительном протравливании окрашиваемый материал прокипятите 15—20 мин в растворе протравителя, затем переложите в холодный раствор красителя и прокипятите 45—60 мин. При одновременном протравливании 4 г квасцов или 1 г сульфата железа (II) растворите в 2 л воды и добавьте в раствор красителя. Окрашиваемый материал опустите в раствор и доведите до кипения, все время переворачивая материал. При последующем протравливании материал прокипятите около 1 ч в отваре чешуи лука, затем добавьте в раствор протравитель и кипятите еще 40 мин. Окрашенную ткань или пряжу прополощите в теплой воде, в которую добавлено немного столового уксуса. Помимо чешуи лука репчатого, для окрашивания в желто-зеленые тона можно использовать другой растительный материал (см. таблицу):
39 В некоторых случаях цвет ткани будет зависеть от порядка выполнения работы. Экстракт листьев и стеблей картофеля можно использовать для окрашивания ткани в желто-зеленый и черный цвета. При одновременной протравке с сульфатом железа (II) ткань приобретает желто-зеленый цвет, при предварительной — черный. Задание. Приготовьте красители из листьев крапивы двудомной, корней укропа огородного, соцветий пупавки красильной, коры ольхи, сухих лепестков василька синего, опавших красных листьев клена и испытайте их, применяя в качестве протравителя железный купорос. Результаты испытаний оформите в виде таблицы.
КОРИЧНЕВЫЙ И ЧЕРНЫЙ ЦВЕТА
Абсолютно черного пигмента у растений нет. Коричнево-черный пигмент антофеин также не часто встречается в мире растений: коричневые орхидеи, черные пятнышки на лепестках бобовых. Антофеин — пигмент группы меланинов. По химическим свойствам близок к дубильным веществам. В большинстве случаев, когда речь идет о черных цветках, плодах, мы имеем дело с накоплением темно-синих антоцианов. Плоды черники, бузины черной, крушины ольховидной выглядят черными, поскольку толстый слой окрашенных клеток мякоти полностью поглощает солнечный свет. Коричневого цвета в солнечном спектре нет, он 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, черной окраски, кроме того, могут быть бесцветные 41 вещества из группы катехинов. Сами по себе катехины бесцветны, но при окислении на воздухе происходит их полимеризация, т. е. соединение нескольких молекул между собой. Если количество взаимодействующих молекул невелико (2—4), получаются так называемые «пищевые» дубильные вещества. В цитоплазме клеток имеются специальные ферменты, которые при определенных условиях превращают катехины в дубильные вещества, окрашенные в красный, коричневый цвет. «Непищевые» дубильные вещества (в коре дуба, ивы) представляют собой более высокомолекулярные полимеры. По химическому составу катехины очень близки к антоцианам и флавонолам, но отличаются от них строением трехуглеродной цепочки. Катехины хорошо растворимы в горячей воде, накапливаются в вакуолях и в большом количестве содержатся в листьях многих растений, древесине, плодах. В листьях чайного куста содержатся различные желтые пигменты группы флавонолов, например кверцетин. Но желто-коричневый, а порой коричнево-черный цвет настоя чая обусловлен в основном комплексом так называемых «пищевых» дубильных веществ, которые образуются из катехинов в листьях чайного куста при обработке. В чайном листе количество катехинов превышает содержание хлорофилла и каротиноидов. В процессе приготовления чая молодые верхушечные листья сначала подвяливают в течение 6—8 ч, затем 2—3 раза пропускают между валками давильных машин и выдерживают несколько часов в потоке кислорода. За это время в разрушенных клетках под действием 42 ферментов происходит окисление и полимеризация катехинов. Бесцветные катехины имеют горький и терпкий вкус, который пропадает при полимеризации. Процесс сопровождается образованием красных и коричневых продуктов. Если ферментация проходит не полностью, чай получается более низкого качества — горьковатый, чрезмерно терпкий. В чайном листе обнаружено до 130 химических соединений, причем многие из них имеют лекарственные свойства. Особенно богаты целебными веществами молодые листья: в трех верхних листочках сосредоточена четверть всех биологически активных веществ чайного куста. Первоначально чай использовали исключительно как лекарство. Катехины чая обладают свойствами витамина Р и так же, как этот витамин, регулируют проницаемость стенок кровеносных сосудов. Кофеин, содержание которого в высших сортах чая может достигать 4%, обладает тонизирующим действием. Наиболее распространены 2 типа чая: черный и зеленый. Кроме того, известны желтый и красный чаи. Получают их из одних и тех же листочков, но по-разному перерабатывают. Зеленый чай сохраняет естественный цвет и химический состав листьев. Он обладает наиболее активными лечебными свойствами. Черный чай в процессе переработки теряет часть витамина С, но приобретает аромат и золотисто-коричневый цвет. Желтый чай по свойствам близок к зеленому, но отличается интенсивным янтарно-желтым цветом и ни с чем не сравнимым ароматом. Красный дает ярко-красный настой, пряный аромат и имеет вдвое больше катехинов и других полезных веществ. 43 Известно много рецептов приготовления чая. Тонизирующий чай заваривается из черного байхового чая высшего сорта в соотношении 2 г на 100 мл воды. Чай насыпают в предварительно нагретый фарфоровый чайник и заливают водой, доведенной до начальной стадии кипения (вода покрывается мелкими пузырьками, но еще не кипит). Сначала наливают половину нужного количества воды и, укрыв, настаивают 5 мин. Затем воду доливают, и чай готов. Для приготовления хорошего настоя пригодна только мягкая вода При таком способе приготовления в раствор переходят 100% эфирных масел, 75% кофеина, 50% дубильных веществ. Пить тонизирующий чай нужно сразу после того, как он налит в чашку, ибо эфирные масла, а с ними и часть тонизирующих веществ быстро улетучиваются. Яблоки и картофель также содержат катехины. Они-то, окисляясь на воздухе, и придают темный цвет яблокам в местах надрезов, яблочному соку, тертому картофелю. Дубильные вещества играют защитную роль в жизни растений, препятствуя развитию в их тканях патогенных грибов и бактерий.
13.Обнаружение катехинов в клетках растений Этот опыт по сравнению с предыдущими может показаться несколько сложным. Для опыта нужны 10-процентный раствор нитрата натрия, 20-процентный раствор мочевины, 9—10-процентный раствор уксусной кислоты, 2-процентный раствор гидроксида нат- 44 рия, срезы молодых побегов ольхи, ивы, сосны, острый нож или лезвие Тонкие срезы молодых веток поместите последовательно в равные объемы растворов: сначала нитрата натрия, затем мочевины и наконец уксусной кислоты. Выдержите 3— 5 мин в каждом Затем перенесите срезы в раствор гидроксида натрия, объем которого в 2 раза превышает объем уксусной кислоты. При наличии веществ из группы катехинов на срезах появится вишнево-красное окрашивание. Задание. Исследуйте на содержание катехинов кору ели, осины, сухой околоплодник граната, плюски незрелых грецких орехов.
14. Получение чернил из растительного материала В результате полимеризации катехинов в растениях образуются дубильные вещества, которые в присутствии солей железа (5—10 г на 100 г растительного сырья) дают зеленые, синие или черные соединения. На этом основано получение растительных чернил. Для опыта нужно 50—100 г растительного сырья, богатого дубильными веществами, например, дубовой коры, корней лапчатки прямостоячей или щавеля курчавого, плодов конского каштана обыкновенного или бузины черной, концентрированный настой чайного листа, сульфат железа (II), воронка, фильтровальная бумага. Чтобы получить чернила из чая, возьмите 2 г чайного листа, 20-процентный раствор сульфата железа (II), 1—2 г сахара. Залейте 45 чай 50 мл горячей воды и нагревайте 30—40 мин на кипящей водяной бане. Раствор отфильтруйте, к осадку добавьте еще 20—25 мл воды, прокипятите и отфильтруйте. Фильтраты объедините и упарьте до объема 8—10 мл. Получится интенсивно окрашенная коричневая жидкость. К 2 мл теплого фильтрата добавьте 0, 5—1 мл 20-процентного раствора сульфата железа (II) до появления черного цвета. 1— 2 г сахарного песка сделают чернила густыми. Чернила из чая стойки, не выцветают. Чернила из зеленых плюсок каштана готовятся так. Возьмите 200 г плюсок и проварите в течение 60—80 мин в 1 л воды. После того как раствор приобретет коричневую окраску, отфильтруйте его и немного уварите. К фильтрату добавьте 2 г сульфата железа (II) и 1 г железоаммиачных квасцов. Почернение раствора происходит постепенно, через 1—2 дня чернила готовы. Чем больше будет добавлено сульфата железа (II), тем темнее будет цвет чернил. Чтобы получить чернила из дубовой коры, залейте ее таким количеством воды, чтобы она только покрывала кору, и прокипятите около часа. Когда жидкость окрасится в темно-коричневый цвет, раствор отфильтруйте, добавьте порциями порошок сульфата железа (II) и оставьте на 1—2 дня. Вместо сульфата железа (II) можно добавить хлорное железо FеС13. Чернила приобретут темно-синий оттенок. Для приготовления чернил из плодов черной бузины возьмите 100 г ягод, отожмите из них сок, добавьте 5 г 9-процентной уксусной кислоты, 2 г железоаммиачных квасцов и 5 г сульфата 46 железа (II). Для увеличения вязкости добавьте 1—2 г сахара. Получите чернила черного цвета. Высокое содержание дубильных веществ (до 30%) свойственно корневищам лапчатки прямостоячей. Найти это растение не трудно. Цветки желтые, но в отличие от других видов лапчаток четырехлепестковые. В народной медицине больше известно под названием «калган» (рис. 6) Осенью выкопайте корневища, измельчите, залейте водой с избытком и приготовьте насыщенный отвар. Добавляя к теплому отвару небольшими порциями порошок железного купороса, получите превосходные черные чернила.
Рис. 6. Лапчатка прямостоячая.
Возможность получения черного красителя из различных растений, свидетельствует о широком распространении катехинов и дубильных 47 веществ в растительном мире. В каждом растении они представлены сложным комплексом близких по составу соединений. Поэтому оттенок получаемых чернил будет зависеть от вида растения, даже если вы приготавливаете их по единой методике.
15. Почему органы растений после гибели чернеют Изучите влияние солей железа на окраску различных органов растения. Для опыта нужен 5—20-процентный раствор сульфата железа (II), опавшие листья различных видов растений, плоды дуба, каштана, химические стаканы или кристаллизатор. Опавшие листья, плоды поместите в химические стаканы, чашки Петри или кристаллизатор и залейте раствором железного купороса, чтобы он только покрывал материал. Уже через несколько дней станет заметным изменение их окраски. Причем, чем выше концентрация раствора сульфата железа (II) и содержание дубильных веществ, тем быстрее проявляется черный цвет. Железо содержится, хотя и в небольших количествах (10-5—10-6 % от сырой массы) во всех органах растения. Оно входит в состав ферментов, без которых невозможно осуществление таких физиологических процессов, как дыхание и фотосинтез. Дубильные вещества также широко представлены в растениях. Однако, пока растение здорово, взаимодействия между железом и дубильными веществами в живых клетках не происходит. Если листья, стебли, плоды повреждаются и после 48 отмирания попадают во влажную среду, насыщенную солями железа, это взаимодействие осуществляется легко и приводит к появлению черного цвета. Чем выше содержание дубильных веществ в живых клетках, тем интенсивнее их черная окраска после отмирания. По этой же причине чернеют в воде мертвые листья рдеста, очень богатые дубильными веществами. Плоды дуба и конского каштана, пролежавшие долгое время в воде или в сыром месте, также становятся черными. Задание. Положите несколько листьев, плодов, семян во влажную среду в природных условиях, например у кромки берега, на влажной земле. Сравните скорость (в днях), с которой будет происходить изменение цвета различных органов.
16. Многие ли растения содержат дубильные вещества Для опыта нужны 5-процентный раствор хлорида или сульфата железа (II) или 10-процентный раствор железоаммиачных квасцов, спиртовка, пробирка, стеклянная палочка, предметное стекло, лист белой бумаги. Качественной реакцией на наличие дубильных веществ является почернение тканей при обработке разбавленными растворами солей железа, например, хлорида, сульфата железа, железоаммиачных квасцов. Опыт можно провести 3 способами. 1 способ. 1—2 г растительного материала прокипятите в пробирке с 5—6 мл воды. При этом дубильные вещества переходят в раст- 49 вор. К вытяжке добавьте 1—2 капли хлорида железа.
// способ. Предметное стекло положите на лист белой бумаги. На предметное стекло нанесите каплю сока, выжатого из исследуемого растения, и прибавьте каплю соли железа. /// способ. Приготовьте срезы исследуемого органа. На срез нанесите каплю соли железа. Независимо от способа исследования при наличии в клетках дубильных веществ появляется темное окрашивание. Хлорид железа и железоаммиачные квасцы дают темно-зеленое окрашивание, а сульфат железа (II) — черное. Степень почернения выразите по трехбалльной системе (слабое, среднее и сильное), которая характеризует количество дубильных веществ в исследуемом органе. Результаты изучения оформите в виде таблицы:
Начинать работу лучше с растениями, содержащими много дубильных веществ (дуб, ива, каштан конский, щавель курчавый), а затем перейти к исследованию других растений. Задание. Исследуйте, содержатся ли дубильные вещества в органах комнатных растений. Где их больше: в листе, стебле, корне, цветке?
17. В какой части стебля накапливаются дубильные вещества Для этого опыта понадобится микроскоп, 10-процентный водный раствор железоаммиачных квасцов или 5-процентный свежеприготовленный раствор хлорида железа, острый нож, предметное стекло, молодые побеги ольхи клейкой, сосны и других растений. Острым ножом или лезвием приготовьте тонкие срезы молодых побегов сосны и ольхи. Поместите срезы в раствор хлорида железа или железоаммиачных квасцов на 2—3 мин, промойте водой, поместите на предметное стекло, рассмотрите под микроскопом при малом увеличении. Клетки, содержащие дубильные вещества, окрашиваются в темно-зеленый цвет. Хорошо заметно, что в стеблях сосны и ольхи больше всего дубильных веществ содержится в клетках коры и сердцевины. Задание. Проверьте, есть ли дубильные вещества в стеблях и листьях ели, лиственницы, горца, ревеня.
ЗЕЛЕНЫЙ ЦВЕТ
Зеленые стебли, позеленевшие на свету клубни картофеля, зеленые плоды и, разумеется, зеленые листья своим цветом обязаны пигменту хлорофиллу (от греч. «хлорос» — зеленоватый, «филлон» — лист). В отличие от обширных групп антоцианов, каротиноидов, 51 флавонов и флавонолов, в клетках всех высших растений имеется только 2 формы хлорофилла— зеленый с синеватым оттенком, хлорофилл а и зеленый с желтоватым оттенком, хлорофилл б. У некоторых водорослей в очень малых количествах обнаружены еще 3 формы хлорофилла. Других пигментов зеленого цвета у растений нет, только у некоторых видов древесных растений слои старой древесины могут приобретать зеленоватый оттенок в результате взаимодействия дубильных веществ с солями железа. Для листьев различного возраста, различных видов растений характерно многообразие оттенков зеленого цвета. Объясняется это тем, что в формировании окраски листа принимают участие не только хлорофилл, но и другие содержащиеся в листе пигменты: желтые каротиноиды, красные антоцианы. Убедиться в том, что в листьях зеленого цвета присутствуют и желтые пигменты можно, проделав следующий опыт.
|
Последнее изменение этой страницы: 2019-06-19; Просмотров: 158; Нарушение авторского права страницы