Что происходит внутри листа с наступлением осени
Летом лист работает как миниатюрная фабрика глюкозы. Основную роль в фотосинтезе выполняет хлорофилл. Этот пигмент поглощает синие и красные солнечные лучи, отражает зелёный спектр и окрашивает кроны в привычный цвет. Молекулы хлорофилла недолговечны. Под воздействием солнечного света они постоянно распадаются, но в тёплое время года дерево непрерывно синтезирует новые порции пигмента.
Когда световой день становится короче семи-восьми часов, процессы жизнедеятельности перестраиваются. Растение начинает подготовку к зимнему покою. У основания черешка листа, в месте его прикрепления к ветке, формируется разделительный пробковый слой из плотно сомкнутых клеток. Волокна перекрывают сосудистые пучки, поэтому приток воды и минеральных солей из корней прекращается. Без достаточного питания и длинного светового дня выработка хлорофилла останавливается. Оставшийся зелёный пигмент разрушается на свету буквально за несколько дней.
Почему берёза окрашивается в ровный жёлтый цвет
В клетках листьев берёзы помимо хлорофилла с самой весны содержатся каротиноиды. К этой группе веществ относятся оранжевый каротин и жёлтый ксантофилл. Летом их не видно человеческому глазу, потому что молекул хлорофилла в ткани листа содержится примерно в десять раз больше. Зелёный пигмент просто заглушает остальные спектры.
Каротиноиды гораздо устойчивее хлорофилла к холоду и яркому ультрафиолету. Когда пробковый слой перерезает снабжение и хлорофилл исчезает, молекулы каротина и ксантофилла остаются целыми. Берёзовый лист не вырабатывает осенью никаких новых красителей. Он просто теряет зелёную маскировку и обнажает свой скрытый жёлтый фон.
Откуда клён берёт багряный наряд
С клёном ситуация принципиально иная. В его весенних и летних листьях красного красителя нет. Пурпурные, алые и бордовые оттенки листьям придают антоцианы. Это особые пигменты из группы флавоноидов, растворимые в клеточном соке. Они не сидят в пластидах клеток, в отличие от хлорофилла и каротиноидов, а плавают непосредственно в вакуолях.
Когда у остролистного или сахарного клёна перекрывается черешок, отток выработанных углеводов к ветвям и стволу прекращается. В пластинках листа оказывается заперто огромное количество сахаров. В прохладные дни при температуре около плюс пяти градусов и обилии яркого солнечного света в клетках запускается сложная биохимическая реакция. Избыток накопленной глюкозы превращается в молекулы антоциана.
Зачем клёну тратить ресурсы на синтез нового пигмента
Биологи доказали несколько полезных функций антоцианов для деревьев. Прежде всего, эти вещества выполняют роль мощного растительного светофильтра. На ярком осеннем солнце обнажённые ткани листа без хлорофилла могут получить сильные повреждения. Красный фильтр экранирует солнечную радиацию и защищает фотосинтетический аппарат.
Благодаря антоциановому щиту лист сохраняет жизнеспособность ещё на пару недель. За это время дерево успевает откачать обратно в ствол ценные элементы питания, прежде всего азот, фосфор и калий. Антоцианы также работают антиоксидантами и помогают удерживать воду в клетках при ночных заморозках на почве.
Как разделить пигменты с помощью бумажной хроматографии
Убедиться в разнице пигментного состава берёзы и клёна можно в ходе школьного исследовательского проекта. Для этого используют метод хроматографии, который придумал русский ботаник Михаил Цвет в 1900 году. Метод основан на разной скорости движения растворенных веществ сквозь пористую бумагу.
Для проведения опыта потребуется провести несколько последовательных шагов.
- Собрать свежие зелёные и осенние окрашенные листья берёзы и клёна в сухую погоду.
- Мелко нарезать ножницами пластинки листьев каждого вида в отдельные фарфоровые ступки.
- Добавить щепотку чистого песка для лучшего измельчения клеточных стенок и растереть пробу пестиком.
- Залить измельчённую массу пятью миллилитрами медицинского спирта или ацетона для экстракции растительных веществ.
- Профильтровать полученные растворы через бумажный фильтр в стеклянные ёмкости.
- Нарезать полоски из плотной фильтровальной бумаги шириной два сантиметра и длиной пятнадцать сантиметров.
- Нанести стеклянной трубочкой каплю вытяжки на полоску, отступив два сантиметра от нижнего края, и дать пятну высохнуть.
- Опустить нижний край бумажной полоски в закрытый сосуд с растворителем так, чтобы капля концентрата находилась строго выше уровня жидкости.
Растворитель под действием капиллярных сил поднимается вверх по бумаге и увлекает за собой молекулы пигментов. Самые тяжёлые молекулы хлорофилла типа b оседают первыми снизу. Чуть выше поднимается сине-зелёный хлорофилл типа a. Следом располагаются жёлтые полосы ксантофилла и жёлто-оранжевого каротина. Экстракт красного кленового листа покажет отчётливую розово-красную полосу антоциана.
Частые вопросы
Почему в дождливую и пасмурную осень клёны становятся бурыми или просто опадают жёлтыми?
Для синтеза антоциана нужен избыток солнечного света. При пасмурном небе фотосинтез почти не работает, сахара не накапливаются в нужной концентрации, и синтез красного пигмента блокируется.
Бывают ли клёны с листьями только жёлтого цвета?
Да, ясенелистный американский клён осенью окрашивается исключительно в блёкло-жёлтые тона. Его ткани не синтезируют антоциан в заметных количествах, поэтому его ветви ведут себя подобно берёзовым.
Почему хвойные деревья не меняют цвет хвои осенью?
Иголки хвойных деревьев покрыты толстым слоем кутикулы и растительного воска, а смоляные каналы защищают ткани от кристаллизации сока. Хвоя теряет минимум влаги зимой, поэтому дереву нет необходимости разрушать хлорофилл и сбрасывать крону каждый год.
От чего зависит оттенок кленового листа от алого до фиолетового?
Оттенок антоциана зависит от кислотности среды клеточного сока. В кислой среде пигмент становится ярко-красным, а при нейтральной или слабощелочной приобретает синеватые и тёмно-пурпурные тона.