Какие пигменты содержатся в зеленом листе

Для опыта нужны свежие листья злаков или комнатных растений, 95-процентный эти­ловый спирт, бензин, ступка фарфоровая, пробирка, воронка, ножницы, фильтровальная бумага.

Прежде всего получите вытяжку пигмен­тов. Лучше, если вытяжка будет концентриро­ванной, темно-зеленой. Можно использовать листья любых травянистых, но удобнее всего

52

комнатных теневыносливых растений. Они мяг­че, легче растираются, содержат, как все те­невыносливые растения, больше хлорофилла. Хорошим объектом являются листья каллы (белокрыльника), аспидистры, пеларгонии. Менее пригодны для получения хлорофилльных вытяжек листья бегонии, содержащие в вакуолях много органических кислот, кото­рые при растирании листьев могут частично разрушить хлорофилл.

К измельченным листьям (для опыта до­статочно 1—2 листа пеларгонии) добавьте 5—10 мл этилового спирта, на кончике ножа СаСО₃ (мел) для нейтрализации кислот кле­точного сока и разотрите в фарфоровой ступке до однородной зеленой массы. Прилейте еще этилового спирта и осторожно продолжайте растирание, пока спирт не окрасится в интен­сивно-зеленый цвет. Полученную спиртовую вытяжку отфильтруйте в чистую сухую пробир­ку или колбу.

Убедиться в том, что спиртовая вытяжка пигментов листа, помимо зеленых, содержит еще и желтые пигменты, можно 2 способами.

/ способ. На фильтровальную бумагу нане­сите стеклянной палочкой каплю полученной спиртовой вытяжки пигментов листа. Через 3—5 мин на бумаге образуются цветные концентрические круги: в центре зеленый (хлорофилл), снаружи—желтый (каротиноиды).

// способ. Полоску фильтровальной бумаги шириной примерно в 1 см и длиной 20 см погру­зите одним концом в пробирку с вытяжкой. Через несколько минут на бумаге появится зеленая полоса хлорофилла, а выше нее — желтые полосы каротиноидов (каротина и ксантофилла).

53

Разделение пигментов обусловлено их различной адсорбцией (поглощением в по­верхностном слое) на фильтровальной бума­ге и неодинаковой растворимостью в раство­рителе, в данном случае — этиловом спирте. Каротиноиды хуже, по сравнению с хлорофил­лом, адсорбируются на бумаге, больше раст­воримы в спирте, поэтому передвигаются по фильтровальной бумаге дальше хлорофилла.

Таким образом, в создании цвета листа участвуют 2 группы пигментов — зеленые

и желтые

Количество хлорофилла в сформировав­шихся листьях примерно в 3 раза выше, чем каротиноидов, поэтому желтый цвет каро­тиноидов маскируется зеленым цветом хлоро­филла

Количественное соотношение хлорофилла и каротиноидов непостоянно, зависит от воз­раста листа, физиологического состояния растений Если содержание хлорофилла уменьшается, листья приобретают желто-зеленый, желтый цвет.

Кроме описанных выше, существуют дру­гие методы разделения пигментов.

 

19. Разделение пигментов по методу Крауса

Убедиться в том, что в спиртовой вытяжке наряду с хлорофиллом присутствуют желтые пигменты, можно, используя их различную растворимость в спирте и бензине.

Из пигментов группы каротиноидов в

54

хлоропластах находятся преимущественно желто-оранжевый каротин и золотисто-желтый ксантофилл. Все пигменты можно вы­делить из листа спиртом, но растворимость хлорофилла и каротина в бензине выше, чем в спирте. Ксантофилл в бензине не растворяется.

Для опыта нужны спиртовая вытяжка пигментов, бензин, пробирки, пипетка, цвет­ные карандаши.

В пробирку налейте 2—3 мл вытяжки, столько же бензина и 1—2 капли воды. Закрой­те большим пальцем пробирку, энергично взболтайте в течение 2—3 мин и дайте от­стояться.

Жидкость в пробирке разделится на 2 слоя; бензин, как более легкий, будет наверху, спирт — внизу. Оба слоя приобретут различ­ную окраску: бензиновый — зеленую, спир­товой — желтую

Желтый цвет спиртовому раствору при­дает пигмент ксантофилл.

В бензиновом слое находятся 2 пигмента: хлорофилл и каротин, который не заметен из-за интенсивно-зеленого цвета хлорофилла

Зарисуйте результаты опыта, отметив на рисунке расположение слоев растворителей и пигментов, которые в них растворены.

Убедиться в том, что в бензиновом слое действительно находится пигмент каротин, можно, проделав реакцию взаимодействия хлорофилла со щелочью.

 

20. Действие щелочи на хлорофилл

По химическому строению хлорофилл представляет собой сложный эфир дикарбоновой кислоты хлорофиллина и двух спиртов —

55

метилового и фитола. При взаимодействии сложных эфиров со щелочами (реакция омы­ления) происходит разрыв сложноэфирных связей с образованием соли данной кислоты и спиртов. В результате реакции омыления хлорофилла образуется соль хлорофиллина и 2 спирта: метиловый и фитол.

 

Для проведения этой реакции нужны спиртовая вытяжка пигментов листа, бензин, 20-процентный раствор гидроксида натрия или гидроксида калия, пробирка

Налейте в пробирку 2—3 мл спиртовой вытяжки пигментов, добавьте 4—5 капель 20-процентного раствора щелочи, взболтайте смесь. Происходит реакция взаимодействия хлорофилла со щелочью. Цвет раствора не меняется, так как соли хлорофиллина имеют зеленую окраску.

Добавьте бензин, чтобы общий объем жидкости в пробирке увеличился в 2 раза, взболтайте и дайте отстояться.

Нижний спиртовой слой окрасится в зеле­ный цвет благодаря присутствию в нем натри­евой соли хлорофиллина, которая, в отличие от хлорофилла, в бензине не растворима. Здесь же, в спиртовом слое находится пиг­мент ксантофилл, но его окраска маскируется интенсивно зеленым цветом натриевой соли хлорофиллина.

56

Верхний слой бензина будет окрашен в жел­тый цвет пигментом каротином.

Опыты по разделению пигментов спир­товой вытяжки листа показывают, что она со­держит 2 желтых пигмента: каротин и ксан­тофилл. Количественное соотношение их в растениях примерно равное.

Итак, цвет листа зависит от сочетания и количественного соотношения желтых пиг­ментов каротиноидов (каротин, ксантофилл) и зеленого хлорофилла, изменяясь от желто-зеленого у молодых до интенсивно-зеленого у взрослых и ярко-желтого цвета у опадаю­щих осенних листьев. Но можно ли с уве­ренностью говорить, что хлорофилл — зеленый?

 

21. Какого цвета хлорофилл

Цвет хлорофилла, как и любого окра­шенного вещества, обусловлен сочетанием тех лучей, которые пигмент не поглощает. В спектре поглощения света растворами хлоро­филла максимумы поглощения расположены в сине-фиолетовой (430 нм у хлорофилла а и 450 нм у хлорофилла б) и красной частях (660 нм у хлорофилла а и 650 нм у хлорофилла б). Эти лучи поглощаются хлорофиллом пол­ностью. Поглощение голубых, желтых, оран­жевых лучей определяется концентрацией хлорофилла в растворе: при\низких концент­рациях они поглощаются частично, при высо­ких могут быть поглощены полностью. Мини­мум поглощения лежит в зоне зеленых лучей. Совершенно не поглощается хлорофиллом только небольшая часть красных лучей, ко­торые в спектре

57

расположены на границе с инфракрасными лучами Это так называемые дальние красные лучи

Исследуйте зависимость цвета вытяжки от концентрации молекул хлорофилла в ней.

Для опыта нужна настольная лампа без абажура или фонарь, высокая пробирка, темно-зеленая спиртовая вытяжка пигментов, чер­ная бумага.

Пробирку, завернутую в черную бумагу, чтобы свет сбоку не попадал на раствор, по­местите над лампой Свет от лампы должен проходить через раствор хлорофилла снизу вверх Если смотреть в пробирку сверху, по­степенно добавляя в нее (не над лампой') ма­ленькими порциями раствор хлорофилла, мож­но наблюдать удивительную картину изме­нения окраски раствора от ярко-зеленой до вишнево-красной

Объясняется это тем, что по мере увеличе­ния высоты столба жидкости в пробирке из­меняются условия освещения молекул хлоро­филла, а следовательно, и поглощение ими света

Пока вытяжки в пробирке немного, она имеет в проходящем свете характерный для хлорофилла изумрудно-зеленый цвет, обу­словленный сочетанием непоглощенных зеле­ных, части голубых, желтых и дальних крас­ных лучей.

По мере увеличения количества хлорофилла в пробирке молекулы хлорофилла постепенно поглощают сначала голубые и желтые, а затем и зеленые лучи Остаются непоглощенными только дальние красные лучи Поэтому в очень большом слое раствор хлорофилла в проходящем свете имеет не зеленый, а вишне-

58

во-красный цвет (рис 7). Так иногда в густом лесу можно видеть красное свечение, исходя­щее из-под полога леса.

Этот опыт показывает, что зеленый цвет хло­рофилла — сочетание различных, проходящих через молекулу пигмента участков солнеч­ного спектра Измененный солнечный свет, в котором мало лучей, хорошо поглощаемых хлорофиллом, — одна из причин того, почему светолюбивые растения не могут жить под пологом других растений.

Рис 7. Поглощение света хлорофиллом в зависимости от концентрации пигмента:

а—в разбавленном растворе (поглощаются средняя часть красного и сине фиолетовая области спектра) цвет раствора же.лто-зеленый; б—в растворе повышенной концентрации (поглощаются голубые, желтые, оранжевые лучи) цвет раствора изумрудно-зеленый; в— в сильно концентрированном растворе (попощаются все видимые лучи солнечного спектра за исключением дальних красных лучей); цвет раствора вишнево красный.

 

Задание Проверьте, содержат ли хло­рофилл красные листья ирезинии, бегонии королевской и др. Для этого часть листа по­местите в пробирку, залейте водой и прокипя­тите до полного исчезновения красной окрас­ки Приготовьте спиртовую вытяжку пигмен­тов Сделайте выводы

59

22. Взаимодействие хлорофилла с кислотой

Характерное для хлорофилла поглоще­ние света определяется химической структурой его молекулы. Система сопряженных двойных связей играет большую роль в поглощении сине-фиолетовых лучей. Присутствие магния в ядре молекулы обусловливает поглощение в красной области. Нарушение структуры, на­пример удаление из молекулы магния, приво­дит к изменению цвета хлорофилла. Удалить из хлорофилла магний можно, проделав реак­цию взаимодействия хлорофилла с кислотой.

Для опыта нужна спиртовая вытяжка хло­рофилла, 10-процентный раствор соляной кис­лоты, уксуснокислый цинк, спиртовка, пи­петка, 3 пробирки.

Приготовьте спиртовую вытяжку хлоро­филла и разлейте в пробирки по 2—3 мл. Одна из пробирок контрольная. В две другие до­бавьте по 2—3 капли соляной кислоты. В результате взаимодействия хлорофилла с кислотой магний замещается двумя атомами водорода и образуется вещество бурого цвета — феофитин.

 

Одну из пробирок с феофитином оставьте для контроля, а в другую внесите на кончике ножа уксуснокислый цинк и нагрейте на водя­ной бане до кипения. Бурый цвет раствора

60

меняется на зеленый: вместо двух атомов во­дорода в молекулу входит атом цинка и зани­мает то место, где раньше был магний.

Вместо уксуснокислого цинка можно взять соли меди, ртути. Во всех случаях металл вхо­дит в ядро молекулы феофитина, восстанавли­вается металлоорганическая связь и зеленая окраска. Следовательно, цвет хлорофилла зависит от наличия металлоорганической связи в его молекуле.

Производные хлорофилла с цинком, медью или ртутью в природных условиях пока не обнаружены, а феофитин образуется в листьях, поврежденных заморозками, промышлен­ными кислыми газами, в процессе старения.

 

23. Письмо на зеленом листе

Свойство хлорофилла изменять цвет под действием кислот можно использовать для написания текста на зеленом листе. Выше опи­сывалась методика нанесения рисунка на ле­пестки.

Для опыта нужны «чернила» — 10-про­центная соляная кислота, листья фикуса, палочка.

Заостренный конец палочки смочите со­ляной кислотой и нанесите на лист нужный текст. На зеленом фоне листа постепенно по­является надпись бурого цвета. Скорость изменения цвета в месте нанесения кислоты зависит от плотности покровов листа. По­явление бурой окраски обусловлено проник­новением кислоты внутрь клеток и образова­нием в них феофитина.

61

Газообразные выделения промышленных предприятий часто содержат сернистый ангид­рид SО₂, который, проникая через устьица в листья, растворяется в цитоплазме клеток и образует сернистую кислоту Н₂SО₃. Накоп­ление ее в больших количествах в цитоплазме вызывает разнообразные нарушения обмена веществ в клетках, в том числе и разрушение хлорофилла. Внешне такие повреждения мо­гут выражаться в появлении на листьях бурых пятен.

Задание. Сравните время «проявления» письма на листьях различных растений. С чем это связано?

 

24. Образование колец отмирания на листьях

Образование феофитина в листьях мно­гих растений может происходить также и при нагревании листа выше 70—80 °С.

Для опыта нужны зеленые листья различ­ных растений, спиртовка, препаровальная игла, стеклянная палочка.

Пятикопеечную монету, закрепив так, чтобы не обжечься, нагрейте в пламени спиртовки. Горячую монету опустите на лист. Через несколько минут вокруг монеты появится бурое пятно неправильной формы, при этом часть листа непосредственно под монетой может остаться зеленой.

 

Рис. 8. Кольца отмирания.

 

Видоизмените опыт: прикоснитесь к листу концом сильно нагретой стеклянной палочки, либо проколите его раскаленной препаровальной иглой. Во всех случаях возникают свое­образные изменения окраски листа: зеленые круги с неровными бурыми кольцами. Наиболее наглядные результаты дают растения с кис­лой

62

реакцией клеточного сока.

Появление бурых колец обусловлено по­ступлением кислот клеточного сока из вакуо­лей в цитоплазму, а затем в хлоропласты. Под действием кислот происходит образование феофитина и появление бурого окрашивания. Поскольку химический состав листьев различ­ных растений имеет свои особенности, можно получить различные картины колец отми­рания (рис. 8).

Желтые, коричневые пятна отмирания по­являются на листьях и в природных условиях под влиянием сильного перегрева, засухи.

Задание. Получите кольца отмирания на листьях нескольких растений и сделайте гербарий.

63

25. Получение отпечатков, фотографий с помощью раствора хлорофилла (по К. А. Тимирязеву)

Способность хлорофилла к поглощению света лежит в основе процесса фотосинтеза. Однако при высокой интенсивности освещения, особенно под влиянием ультрафиолетовых лучей, может происходить необратимое раз­рушение хлорофилла, которое приводит к обесцвечиванию, выцветанию его. Особенно быстро под действием солнечного света обесцвечивается выделенный из листьев хлоро­филл. На этом основан опыт К. А. Тимирязева, который был приведен в его знаменитой Крунианской лекции, прочитанной в 1903 г. в Лон­донском Королевском обществе: «Вот отпе­чаток листа папоротника, полученный при помощи хлорофилла. Лист был наложен на пластинку из коллодиума, окрашенного хло­рофиллом. После непродолжительной эк­спозиции на солнце все поле выцвело, а части, защищенные листом, сохранили свою ориги­нальную окраску. Изображение фиксирова­лось непродолжительным погружением в баню из медного купороса» (рис. 9).

Повторите опыт К. А. Тимирязева. Для его проведения необходима спиртовая вытяжка хлорофилла, коллодий или фильтровальная бумага, 10-процентный раствор медного ку­пороса CuSO₄, лист растения.

Приготовьте спиртовую вытяжку пигмен­тов. Если нет коллодия, можно использовать фильтровальную бумагу. Пропитайте ее раст­вором хлорофилла и прикрепите лист растения, отпечаток которого вы хотите получить. Пе­ренесите в освещенное солнцем место.

64

Рис. 9. Отпечаток листа папоротника.

 

Через 1—2 ч под действием света проис­ходит обесцвечивание хлорофилла на участ­ках фильтровальной бумаги, незащищенных листом растения. Для закрепления изображе­ния опустите фильтровальную бумагу с отпечат­ком листа в горячий (50—60 °С) 10-процентный раствор CuSO₄ на несколько минут.

Обесцвечивание хлорофилла при избытке света происходит в результате взаимодействия возбужденных светом молекул хлорофилла с кислородом и последующего необратимого окисления молекул пигмента. Необратимое фотоокисление хлорофилла происходит не только в условиях чрезмерно высокой интен­сивности освещения, но и при увеличении доли ультрафиолетовой радиации в потоке солнечного света. В природе такие условия бывают довольно часто, например, растения

65

Рис. 10. Колеус.

 

гор обитают в мощном потоке ультрафиоле­тового излучения. У этих растений в процессе эволюции возникли защитные механизмы в виде сопутствующих хлорофиллу пигментов (антоцианы, каротиноиды), которые поглоща­ют избыточную солнечную радиацию и превра­щают ее в тепло. Не случайно высокогорные растения содержат в листьях больше антоцианов, чем растения долин. Установить связь между количеством антоцианов в листе и условиями освещения достаточно легко. Для этого необходимы 2 растения колеуса гибрид­ного, можно взять 2 укорененных черенка (рис. 10). Одно растение поставьте на яркий солнечный свет, другое — в условия рассеян­ного освещения. На свету окраска листьев становится значительно

66

ярче, краснее, а при рассеянном освещении листья зеленеют. То же происходит и с фиолетовыми листьями традесканции зебровидной.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: