Батурицкая Н. В., Фенчук Т. Д. Удивительные опыты с растениями. 1991. Батурицкая Н. В., Фенчук Т. Д. Удивительные опыты с растениями. Удивительные опыты с растениями
 Скачать 0.92 Mb.
|
|
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). Д  ля 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 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||