Фотосинтез - проще простого

Страница 7

Эти опыты наглядно свиде­тельствуют о том, что в зеленом листе одновременно с хлоро­филлом присутствуют желтые пигменты — каротиноиды.

При наступлении холодов образования новых молекул хлорофилла не происходит, а старые быстро разрушаются. Каротиноиды же устойчивы к низким температурам, по­этому осенью эти пигменты становятся хорошо заметными. Они и придают листьям мно­гих растений золотисто-жел­тый и оранжевый оттенок.

Каково же значение каро­тиноидов в жизни растений?Установлено, что эти пигменты защищают хлорофилл от раз­рушения светом. Кроме того, поглощая энергию синих лу­чей солнечного спектра, они передают ее на хлорофилл. Это позволяет зеленым расте­ниям более эффективно ис­пользовать солнечную энергию для синтеза органического ве­щества.

Осенний лес окрашен, одна­ко, не только в желтые тона. С чем связана лиловая и багряная окраска листьев? Наряду с хлорофиллом и каротиноидами в листьях рас­тений имеются пигменты, ко­торые носят название антоцианов. Они хорошо раствори­мы в воде и содержатся не в цитоплазме, а в клеточном соке вакуолей. Эти пигменты очень разнообразны по ок­раске, которая зависит в ос­новном от кислотности клеточ­ного сока. В этом легко убе­диться на опыте.

Прежде всего приготовьте вытяжку антоцианов. С этой целью листья бересклета или какого-то другого растения, окрашенные осенью в красные или фиолетовые тона, измель­чите ножницами, поместите в колбочку, прилейте воды и нагрейте на спиртовке Вскоре раствор станет красновато-си­ним от присутствия антоциа­нов. Полученную вытяжку пиг­ментов налейте в две пробирки. В одну добавьте слабой соля­ной или уксусной кислоты, а в другую — раствор аммиака.

Под действием кислоты раст­вор станет розовым, тогда как в присутствии щелочи — в за­висимости от количества и концентрации этой щелочи — зеленым, синим и желтым.

Антоцианы, как и каротиноиды, более устойчивы к низ­ким температурам, чем хлоро­филл. Поэтому они и обна­руживаются в листьях осенью. Исследователи установили, что образованию антоцианов способствуют высокое содер­жание Сахаров в раститель­ных тканях, сравнительно низ­кая температура и интенсив­ное освещение.

Увеличение содержания сахаров в осенних листьях про­исходит за счет гидролиза крахмала. Это имеет важное значение для транспортировки ценных питательных веществ из отмирающих листьев во внутренние части растений. Ведь сам крахмал нетранспор­табелен в растении. Однако скорость оттока образующихся в результате его гидролиза Сахаров из листьев при низких температурах невелика. Кро­ме того, при падении темпе­ратуры ослабляется дыхание растений и, следовательно, лишь незначительное количе­ство Сахаров подвергается окислению. Все эти факторы благоприятствуют накоплению в растительных тканях Саха­ров, которые начинают исполь­зоваться в синтезе других веществ, в частности антоци­анов.

О превращении избытка сахаров в антоцианы свидетель­ствуют и другие факты. Ес­ли у виноградной лозы путем кольцевания (удаление части коры в виде кольца) затруд­нить отток продуктов фотосин­теза, то листья, расположен­ные выше кольца, через две-три недели приобретают крас­ный цвет из-за накопления антоцианов. При этом их об­разуется так много, что зеле­ная окраска хлорофилла ста­новится незаметной.

То же самое наблюдается не только при понижении температуры или кольцевании, но и при недостатке фосфора. Если, например, томаты вы­ращивать на питательном рас­творе, лишенном этого элемен­та, то нижняя часть листьев, а также стебли приобретают синий цвет. Дело в том, что при отсутствии фосфора в рас­тениях не может осущест­вляться процесс окисления Сахаров без соединения с остатком фосфорной кислоты молекула сахара остается не­активной. Поэтому в расти­тельных тканях происходит на­копление избыточных коли­честв Сахаров, которые исполь­зуются на синтез антоцианов. Увеличение содержания этих веществ ведет к посинению стеблей и листьев растений, испытывающих нехватку фос­фора.

Образование антоцианов за­висит также от интенсивнос­ти света. Если осенью вни­мательно приглядеться к яр­кой окраске деревьев и кустар­ников, то можно заметить, что багряный цвет имеют в основ­ном те листья, которые лучше всего освещены. Раздвиньте пылающий огненными красками куст бересклета, и вы увидите внутри желтые, бледно-желтые и даже зеленые листья. Во время дождливой и облачной осени листва дольше сохраняется на деревьях, од­нако она не так ярка из-за недостатка солнца. Преобла­дают желтые тона, обусловлен­ные присутствием каротиноидов, а не антоцианов.

Низкая температура также способствует образованию ан­тоцианов. Если стоит теплая погода, то лес изменяет свою окраску медленно, но едва ударит морозец, как сразу запылают осины и клены.

М. М. Пришвин в миниатю­ре «Светильники осени» писал: «В темных лесах загорелись светильники осени, иной лист на темном фоне так ярко го­рит, что даже больно смот­реть. Липа стоит уже вся черная, но один яркий лист ее остался, висит, как фонарь, на невидимой нити и светит».

11. Радуга флоры

Уж коли мы заговорили о пиг­ментах растений, следует рас­сказать и о причинах разно­образия окраски цветков.

Зачем цветкам их яркая, сочная окраска? В конечном счете для того, чтобы привлечь к себе насекомых-опылителей. Многие растения опыляются лишь определенными видами насекомых, поэтому окраска цветков часто зависит от того, для каких именно насе­комых предназначены цвето­вые сигналы. Дело в том, что в отношении цвета насекомые бывают довольно капризны. Скажем, пчелы, шмели, осы предпочитают розовые, фиоле­товые и синие цветки, а около . желтых обычно толкутся мухи. Красный же цвет многие насе­комые, наделенные не слишком совершенным зрением, путают с темно-серым. Поэтому в наших широтах чисто-крас­ные цветки довольно редки. Исключение — мак, но и его лепестки имеют примесь жел­того цвета; обычно именно этот оттенок и замечают пче­лы. Лучше других насекомых красный цвет различают ба­бочки — они-то, как правило, и опыляют красные цветки наших широт, например гвоз­дики. А вот среди тропиче­ских растений красный цвет более распространен, и от­части это связано с тем, что опыляют их цветки не насе­комые, а птицы: колибри или нектарницы, у которых зре­ние более развито.

Бывает, что у одного и того же растения окраска цветков с возрастом изменяется. Это хорошо заметно у ранневесеннего растения медуницы: розо­вый цвет ее молодых цветков сменяется по мере старения синим. Старые цветки меду­ницы пчелы уже не посеща­ют: они, как правило, опылены и нектара не содержат. И в этом случае смена окраски служит сигналом для насеко­мых — не теряйте времени даром!

А вот у гилии (США) — красивого растения из семей­ства синюховых, родственни­цы флоксов, произрастающей в горах штата Аризона (США), цветки первоначально имеют алый цвет, который, как уже отметили, привлекает птиц. Но когда колибри поки­дают горы, гилия меняет окрас­ку вновь появляющихся цвет­ков: они становятся бледно-красными или даже белыми.

Окраска большинства цвет­ков определяется присутствием различных пигментов. Самые распространенные — каротиноиды, растворимые в жирах соединения: каротин, его изо­меры и производные. В раство­ре все они имеют бледно-жел­тую, оранжевую или светло-красную окраску. Названия каротиноидов, содержащихся только в цветках, столь же кра­сивы, как и придаваемая ими окраска: эшшольксантин, пе-талоксантин, газанияксантин, ауроксантин, хризантемаксантин, рубихром .

Наряду с каротиноидами ок­раску цветков определяют и антоцианы. Оттенки этих пиг­ментов очень разнообразны — от розового до черно-фиолето­вого. Несмотря на такое цве­товое многообразие, все анто­цианы устроены по одному ти­пу — они представляют собой гликозиды, то есть соединения сахара с неуглеводной частью, так называемым агликоном. Примером может служить кра­сящее вещество, содержащее­ся в цветках василька,— антоцианин. Его агликон — цианидин — один из самых рас­пространенных, образуется в результате отщепления двух молекул глюкозы от антоциана.

Как уже говорилось, антоциановые пигменты могут из­менять свою окраску в зави­симости от кислотности среды. Вспомните два вида герани, распространенной в средней полосе: герань лесную и герань луговую. У лесной лепестки розовые или лиловые, а у луговой — синие. Различие в цвете обусловлено тем, что сок герани лесной более кис­лый. Если приготовить водную вытяжку из лепестков герани либо лесной, либо луговой — и изменить ее кислотность, то в кислой среде раствор станет розовым, а в щелоч­ной — синим.