Что отвечает за зеленый цвет растений
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
Посмотрим вокруг на природу, которая нас окружает. Цветы, кустарники, деревья, травы летом имеют множество оттенков, но преобладающим в цветовой гамме является зеленый.
Но почему именно зеленый, а не синий, красный или желтый?
Как вы помните из школьной программы — растения по праву называют легкими планеты. Перерабатывая вредный углекислый газ, они дарят человечеству и окружающей среде кислород. Этот процесс носит название фотосинтез, а пигмент отвечающий за него – хлорофилл.
Именно благодаря молекулам хлорофилла неорганические вещества превращаются в органические. Самым важным из них является кислород, но в то же время в процессе фотосинтеза растениями вырабатываются белки, сахар, углеводы, жиры, крахмал. Со школьной программы известно, что началом химической реакции является попадание на растение солнечного или искусственного света. Хлорофиллом поглощаются не все световые волны, а лишь определенной длины. Наиболее быстро это происходит от красных до сине-фиолетовых.
Зеленый же растениями не поглощается, а отражается. Именно это видно глазам человека, следовательно, представители флоры вокруг нас имеют зеленый цвет.
Почему именно зеленый цвет?
Достаточно длительное время ученые бились над вопросом: почему зеленый спектр отражается? В итоге выяснилось, что природа просто не тратит силы зря, потому как этот мельчайшие частички света – фотоны этого цвета не обладают никакими выдающимися качествами, тогда как синие фотоны – источники полезной энергии, в красных содержится наибольшее количество. Как тут не вспомнить, что ничего в природе не делается просто так.
Откуда в растениях яркие краски?
Биологи с уверенностью говорят о том, что произошли растения от чего-то, похожего на водоросли, а хлорофилл появился под воздействием эволюционных процессов.
В природе же другие цвета изменяются под воздействием света. Когда его становится меньше, листья и стебли начинают отмирать. Хлорофилл, отвечающий за яркий зеленый цвет, распадается. На смену ему приходят другие пигменты, отвечающие за яркие краски. Красные и желтые листья свидетельствуют о том, что преобладающим стал каротин. За желтый цвет еще отвечает пигмент ксантозин. Если в растении невозможно найти зеленый цвет, в том «вина» антоцианов.
Почему трава зеленая: пояснения из физики, биологии, химии
Почему трава зеленая: Freepick
Кто знает, почему трава зеленая? Биологи, физики и химики дают подробные объяснения с точки зрения каждой из наук. Но и без мудреных пояснений маленькому ребенку можно раскрыть эту тайну. Достаточно познакомиться с решениями ученых и пересказать их в доступной форме.
Почему трава зеленая: пояснение из физики
К траве относятся все растения, стебли которых не одревеснели. Многие думают, что она не бывает высокой, поэтому при упоминании травы представляют себе обычный газон. Но высокие и мощные бананы высотой около 6 м также относятся к травянистым растениям, потому что их стебель не древесина.
Цвет травы насыщенный зеленый, яркий изумрудный, такой красивый, что сложно не задаться вопросом, почему трава зеленая. Физика дает следующее пояснение:
Эти знания часто применяются в жизни неосознанно или по привычке. К примеру, в летний период люди отдают предпочтение светлой одежде, чтобы на солнце не становилось слишком жарко. Дело в том, что светлая одежда отлично отражает все лучи и потому не нагревается.
У солнечного света есть полноценная палитра, в которую входят все цвета радуги. Травой поглощаются все, кроме зеленого. Этому факту есть объяснение:
Такое пояснение предлагают ученые-физики, которые занимаются теорией цвета и знают все о том, почему людям видим мир в определенной цветовой гамме.
Почему трава зеленая: объяснение из биологии
Почему трава зеленая: Freepick
Пояснение цвета травы дали и биологи. Их ответы достаточно близки к ответам физиков. Однако определены иными факторами, потому что биология сосредоточивается на иных, важных для нее аспектах.
В каждой клетке травянистого растения есть органоиды (маленькие органы клеток), которые называются хлоропласты. В их составе — хлорофилл.
‘Лист зеленого цвета’ — такое значение имеет слово «хлорофилл» в греческом языке. Именно это вещество обладает зеленым цветом и окрашивает в него травы.
Зеленая трава с хлорофиллами играет важнейшую роль в жизни нашей планеты:
Когда длительность светового дня уменьшается и солнечных лучей становится меньше, происходит разрушение хлорофиллов. Данный процесс наблюдаем осенью, когда трава желтеет и засыхает.
Почему трава зеленая: пояснение из химии
Химики тоже не остались в стороне и решили вопрос об окраске травы по-своему. Они согласились с биологами в том, что именно хлорофилл отвечает за оттенок растений и чем его больше, тем цвет более выражен. Но каким же образом его приобретает сам пигмент?
Ученые предлагают такую гипотезу:
Отметим, что ученые проводили эксперименты в этой сфере и заменяли магний в хлорофилле цинком. На окраску травянистого растения такая химическая перемена никак не повлияла. Поэтому эта гипотеза все еще требует обоснования.
Почему трава зеленая: объяснение для ребенка
Почему трава зеленая: Freepick
Представленные выше пояснения понятны взрослым людям, а также школьникам, которые изучают биологию, физику и химию. Однако с такими вопросами чаще обращаются маленькие дети.
Какое же простое и понятное объяснение найти для них? Все подробности о процессах поглощения и отражения света, цветовой палитре, химическом составе и прочих научных тонкостях в этом случае лучше упустить.
Дать ответ на вопрос ребенка можно так:
Конечно, это не точное и развернутое объяснение, зато ребенок его поймет. Со временем школьный курс поможет вникнуть в вопрос, почему трава зеленая, и разобраться со всеми тонкостями научных объяснений. Важно помогать детям и давать им начальное понимание таких вопросов, чтобы наука оставалась для них интересной, а ее загадки привлекали внимание.
Узнавайте обо всем первыми
Подпишитесь и узнавайте о свежих новостях Казахстана, фото, видео и других эксклюзивах.
Почему растения зеленые: не такой простой вопрос, как кажется
В ходе фотосинтеза из углекислого газа, воды и минеральных веществ растения создают для себя питательные вещества и бонусом для живых существ производят кислород. Процесс этот невозможен без поглощения солнечного света молекулами хлорофилла, который содержится в листьях растений. Энергия света поддерживает химические реакции.
На первый взгляд может показаться, что фотосинтез будет протекать эффективнее, если растение получит больше световой энергии. Пик излучения нашего светила приходится на голубой цвет (см. рисунок), однако атмосфера сильнее всего рассеивает именно его. Этим, кстати, объясняется, почему небо голубое. После прохождения атмосферы солнечный свет становится наиболее интенсивным в зелено-желтой области. Почему же листья отражают зеленый свет и поглощают все остальные?
Физик Натаниэль Габор из Калифорнийского университета в Риверсайде уже несколько лет занимается изучением этого парадокса. Теперь, возглавив международную группу ученых, он поставил эксперимент, результаты которого опубликованы в журнале Science.
Исследователи создали систему, которая излучает свет разных длин волн, но поддерживает постоянную суммарную интенсивность. Оказалось, что все зависит от количества получаемой растениями энергии. Если фотосинтез сравнить с процессом наполнения воронки водой, а саму воду — с солнечной энергией, то чтобы процесс шел эффективно, уровень воды должен постоянно быть одинаковым: сколько поступило, столько и вылилось через нижнее отверстие.
Если скорость заполнения воронки водой превысит скорость ее вытекания, вода перельется через край. Придется бежать за тряпкой. Избыточная энергия в растительных клетках приводит к окислительным процессам, вредным для жизни растений. Возможно, именно поэтому растения отражают наиболее интенсивный зеленый свет из спектра излучения Солнца — чтобы спастись от «лишней» энергии.
Кроме описанного механизма, существуют дублирующие способы защиты от избыточного излучения. Ученые полагают, что части растений двигаются не только вслед за Солнцем, но и отворачиваются от него, когда света больше, чем нужно. Кроме этого, в растительных клетках присутствует белок UVR8, чувствительный к губительному ультрафиолетовому излучению. Белок сигнализирует о попадании вредных лучей на поверхность листа, и запускаются защитные механизмы.
Что еще, кроме научного интереса, дадут миру результаты Габора и его команды? Открытый учеными простой принцип «лишней» энергии пригодится при проектировании солнечных элементов в системах «зеленой» энергетики. Вот так обычный детский вопрос помог решить часть серьезных «взрослых» проблем всего человечества.
Зеленый спектр и его влияние на развитие растения
Введение
Приятный зеленый вид растений, обусловленный их способностью отражать зеленый свет в диапазоне длин волн 500-600 нм, создает обманчивое впечатление, будто такой спектр не важен в биологии. Но существует множество исследований, доказывающих обратное. Зеленый свет принимает активное участие не только в фотосинтезе, но и в регуляторных процессах растения.
Растения всегда адаптировались к внешним условиям. К тем условиям, в которых доминирующим спектром был и остается зеленый свет, получаемый от солнца. Поэтому уже на данном этапе мы догадываемся об огромной роли зеленого света в жизни растений. Взглянем на спектральный состав света. Пик излучаемой солнцем радиации приходится именно на зеленый спектр. Даже красный, наиболее благоприятный для фотосинтеза свет, уступает зеленому в этом.
Роль зеленого света в продукционном процессе
Особенности поглощения зеленого света растением
Зеленый свет бывает разным
Подбор определенного сочетания спектров — так называемого светового рецепта — дело индивидуальное. Если обычная технологическая карта выращивания культуры распространяется на все сорта этой культуры, то со световыми рецептами дело обстоит сложнее. Зачастую реакция растений на свет носит сортоспецифичный характер. Например, проведенные исследования на базе Тимирязевской сельскохозяйственной академии показали, как сильно меняется реакция на условия освещения у разных сортов салата.
Одни показывают интенсивный прирост биомассы на высоком соотношении синего спектра к красному, другие же ровно наоборот. Эта особенность касается и зеленого спектра. Он важен для всех культур. Но также важен подбор правильного пика его излучения и доли в общем световом потоке наравне с синим и красным спектрами.
Зеленый свет — не панацея. Если его слишком много, то о большом урожае можно забыть. Это хорошо демонстрируют опыты, проведенные в условиях, где в качестве света был использован только зеленый спектр. Длительное культивирование растений в таком режиме оказывало ингибирующее, то есть тормозящее воздействие на рост и развитие растений. Причина в том, что обилие зеленого света, особенно в длинноволновой области с пиком 550 нм, нарушает процессы деления клеток. В результате образовываются тонкие и мелкие листья.
Зеленый спектр также сильно воздействует на развитие растений. Из-за того, что зеленый свет при естественном освещении присутствует в изобилии в загущенных посевах, растение активно включает механизм избегания тени. То есть оно начинает вытягиваться, пытаясь вырваться из загущения. Это говорит о том, что, добавляя избыточное соотношение зеленого к остальным спектрам, можно навредить будущему урожаю, получив на выходе тонкие и ослабленные растения.
Помимо подбора правильной интенсивности, нужно понимать, что для растений важны и пики излучения в зеленой области. Так, длина волны с пиком 510 нм сильнее стимулирует фотосинтез, чем более длинноволновое излучение в 530 нм, которое в большей степени регулирует процессы развития организма.
Для формирования более целостной картины, стоит повториться, для каждого растения нет однозначной реакции на этот участок электромагнитного излучения. В опытах с пшеницей мягкой было показано, как при высокой интенсивности зеленого света приросты биомассы были выше, чем на синем свету той же интенсивности. В этом же исследовании отмечалось, что для некоторых растений, помимо пшеницы, зеленый спектр может полностью обеспечить жизнедеятельность при условии высокой интенсивности облучения.
Защитная роль зеленого света
Зеленый спектр помимо влияния на биомассу растения и регулирования его развития, также может предохранять или, по крайней мере, уменьшать воздействие патогена. Так, исследователями было зафиксировано, что под влиянием зеленого света у растений земляники повышалась устойчивость к болезни земляничного антракноза. Это выражалось в уменьшении числа повреждений на листьях.
При любом поражении растения вредителем или болезнью важно своевременно выявить угрозу. Если в качестве освещения используются только красно-синие светодиоды, то происходит сильное искажение цветового восприятия. Визуальная диагностика проблем в таком случае затрудняется. Добавление зеленого света поможет лучше оценивать здоровье растений. Кроме этого, для рабочих, задействованных на производстве, создаются более безопасные и комфортные условия работы.
Применение зеленого света на практике
В условиях полной светокультуры, где не было задействовано солнечного освещения проводились эксперименты с растением перца сладкого. Среди различных комбинаций световых рецептов одним из наиболее продуктивных для урожая оказался вариант, где преобладал красный спектр с добавлением зеленого. Доля последнего составляла 18% от общего светового потока. За период жизненного цикла был получен урожай 6.1 кг/м2. Этот же вариант освещения оказался наиболее благоприятным для формирования мощной здоровой рассады.
В похожих условиях был поставлен опыт на томатах. Использовались два варианта светодиодных облучателей. Первый имел соотношения спектров синий: зеленый: красный + дальний красный, как 15:30:55 + 14. Второй 19:1:80 + 5. Средняя урожайность с одного растения в первом варианте составила 1974,24г, во втором 1136,16г. Как видно из опыта, там, где в умеренных количествах был применен зеленый спектр, урожай почти в 2 раза превышал классический вариант на красно-синих светодиодах.
Почему трава зеленая?
Растения получают свой зеленый окрас благодаря содержащемуся в них хлорофиллу. Именно он отвечает за поглощение световой энергии и передачи её молекулам, которые, в свою очередь, синтезируют органические вещества. Получение света обязательно для фотосинтеза — особого процесса, при течении которого растения производят органические вещества из углекислого газа и воды. Такой тип питания для растений является основным, соответственно и хлорофилл необходим для их нормального полноценного существования.
Какого окраса бывают листья?
Однако существуют и растения-мутанты без хлорофилла. Они встречаются у многих растений, например у гороха. Такие мутанты погибают сразу же, как только все запасы питательных веществ их семени истощаются. Кроме обычных бесхлорофильных, существуют и растения-паразиты, существующие и получающие за счет других растений нужные им питательные вещества.
Как мы знаем, кроме зеленого растения могут иметь и другие цвета. Так, за красную, синюю и фиолетовую окраску, например у фиалок, отвечает пигмент антоциан. Хлорофилл также присутствует в таких растениях, но антоциан некоторым образом «маскирует» его так, что зеленого окраса не остается. Также антоцианы влияют и на окрас цветочных лепестков и плодов. В зависимости от изменений, протекающих при созревании плодов и увядании цветков, свежий бутон может быть в одном цвете, а взрослый распустившийся цветок — в другом. Так, например, бутоны медуницы мягкой имеют розовый цвет, а ее же цветки окрашены в сине-фиолетовый.
Встречаются растения и с практически чёрным окрасом листьев. Но такой цвет они имеют не из-за какого-то особого пигмента, а из-за присутствия того же хлорофилла, только в очень большом количестве. Такие растения, чаще всего, встречаются в тропических лесах. Высокая плотность содержания хлорофилла на площадь листа позволяет листьям впитывать в себя почти весь солнечный свет, какой на них будет попадать. Такая концентрация и делает зеленый цвет настолько насыщенным, что он кажется буквально черным.
Также цвет растений может изменять свой окрас. Так, осенью мы видим, как листва деревьев постепенно меняет свой цвет. Листья то тут, то там становятся желтыми, оранжевыми, багряными, а затем опадают. Происходит это из-за того, что с наступлением холодов хлорофилл начинает расщепляться. Растения стараются извлечь азот из хлорофилла и запасти его в своих особых «кладовых». Другим пигментам, в отличие от хлорофилла, нужно меньше тепла и света, поэтому именно другие цвета и «активируются» в холодное время года. А для того чтобы не тратить силы на питание, растения вынуждены избавляться от лишнего груза — и сбрасывать листву. (Подробнее узнать про поведение растений в холодное время года можно в статье «Почему осенью на деревьях желтеют и опадают листья?».)
Иногда красный цвет бывает и на молодых листьях. Здесь пигмент антоциан выполняет защитную функцию. Молодому, едва распустившемуся листочку тяжело проводить фотосинтез, и антоциан бережет его от излишнего света. Пигмент является своеобразным экраном, отражающим световой избыток и не дающим лишним лучам достигнуть листка.
Учебник соответствует Федеральному государственному стандарту среднего общего образования, рекомендован Министерством просвещения Российской Федерации и включен в Федеральный перечень учебников.
Почему осенью листья желтые?
С развитием генной инженерии человек научился создавать новые виды растений с листьями красочной окраски. Стало возможным получать совершенно новые, необычные цвета, или воссоздавать конкретный колор. Соотвественно, судя по таким открытиям, можно вывести и роль пигмента в значении физиологии.
Если нужно установить физиологическую роль пигмента, то проводят следующий анализ. Для работы выбираются:
Понаблюдав и проведя серию опытов, можно установить причину и цель наличия такого пигмента у растений, а также составить прогноз, что будет, если растения его лишатся вообще или, наоборот, пресытятся им.
Учебник соответствует Федеральному государственному стандарту среднего общего образования, рекомендован Министерством просвещения Российской Федерации и включен в Федеральный перечень учебников.