Меню

Что придает окраску различным органам растений

Основные пигменты растений: описание и их роль

Ученым известно, какие существуют пигменты растений – зеленые и фиолетовые, желтые и красные. Растительными пигментами назвали органические молекулы, которые есть в тканях, клетках растительного организма – именно благодаря таким включениям они приобретают окраску. В природе чаще прочих встречается хлорофилл, присутствующий в теле всякого высшего растения. Оранжевый, красноватый тон, желтоватые оттенки обеспечены каротиноидами.

А если подробнее?

Пигменты растений находятся в хромо-, хлоропластах. Всего современная наука знает несколько сотен разновидностей соединений этого типа. Внушительный процент всех обнаруженных молекул необходим для фотосинтеза. Как показали испытания, пигменты – это источники ретинола. Розовый и красный оттенки, вариации бурого и голубоватые колеры обеспечены наличием антоцианов. Такие пигменты наблюдаются в растительном клеточном соке. Когда в период похолодания дни становятся короче, пигменты вступают в реакции с иными соединениями, присутствующими в теле растения, отчего меняется окраска прежде зеленых частей. Листва деревьев становится яркой и красочной – той самой осенней, к которой мы привыкли.

Самый известный

Пожалуй, практически любой школьник средней школы знает про хлорофилл – пигмент растений, необходимый для фотосинтеза. За счет этого соединения представитель растительного мира может поглощать свет солнца. Впрочем, на нашей планете не только растения не могут существовать без хлорофилла. Как показали дальнейшие исследования, это соединение совершенно незаменимо для человечества, так как обеспечивает естественную защиту от раковых процессов. Доказали, что пигмент угнетает канцерогены и гарантирует ДНК защиту от мутаций под влиянием отравляющих соединений.

Хлорофилл – зеленый пигмент растений, химически представляющий собой молекулу. Она локализована в хлоропластах. Именно за счет такой молекулы эти участки окрашены в зеленый. По своей структуре молекула – порфириновое кольцо. За счет этой специфики пигмент напоминает гем, являющийся структурным элементом гемоглобина. Ключевое отличие в центральном атоме: у гема его место занимает железо, для хлорофилла самым значимым является магний. Впервые ученые выявили этот факт в 1930 году. Событие произошло спустя 15 лет после открытия вещества Вильштаттером.

Химия и биология

Сперва ученые установили, что пигмент зеленого цвета в растениях бывает двух разновидностей, которым дали наименования по двум первым буквам латинского алфавита. Разница между разновидностями хоть и невелика, но все же есть, и наиболее ощутима при анализе боковых цепей. Для первой разновидности их роль играет СН3, для второго типа – СНО. Обе формы хлорофилла принадлежат к классу активных фоторецепторов. За их счет растение может поглощать энергетическую составляющую солнечного излучения. Впоследствии выявили еще три типа хлорофилла.

В науке зеленый пигмент растений называется хлорофиллом. Исследуя отличия двух основных разновидностей этой молекулы, присущей высшей растительности, выявили, что длина волн, которые могут поглощаться посредством пигмента, несколько отлична для типов А и В. Фактически, как считают ученые, разновидности эффективно дополняют друг друга, тем самым обеспечивая растению способность максимально качественно поглощать необходимые объемы энергии. В норме обычно первый тип хлорофилла наблюдается во втрое большей концентрации, нежели второй. Суммарно они формируют зеленый растительный пигмент. Три прочих типа нашли только у древних форм растительности.

Особенности молекул

Изучая строение пигментов растений, выявили, что обе разновидности хлорофилла – это молекулы, растворимые жиром. Синтетические разновидности, созданные в лабораториях, растворяются водой, но их всасывание в организме возможно только при наличии жирных соединений. Растениями пигмент используется для получения энергии, обеспечивающей рост. В рационе людей он применяется с целью оздоровления.

Хлорофилл, как и гемоглобин, может нормально функционировать и производить углеводы, если соединен с протеиновыми цепочками. Визуально белок кажется образованием без четкой системы и структуры, но таковая на самом деле правильная, и именно поэтому хлорофилл может стабильно сохранять оптимальное положение.

Особенности активности

Ученые, изучая этот основной пигмент высших растений, обнаружили, что он есть во всякой зелени: в список включены овощи, водоросли, бактерии. Хлорофилл – полностью натуральное соединение. По природе оно обладает качествами протектора и предупреждает трансформацию, мутацию ДНК под влиянием отравляющих соединений. Были организованы специальные исследовательские работы в индийском ботаническом саду при НИИ. Как удалось обнаружить ученым, полученный из свежей зелени хлорофилл может уберечь от отравляющих соединений, патологических бактерий, а также успокаивает активность очагов воспаления.

Хлорофилл недолговечен. Эти молекулы очень хрупкие. Солнечные лучи ведут к гибели пигмента, но зеленый лист в силах генерировать новые и новые молекулы, замещающие отслуживших свое товарищей. В осенний сезон хлорофилл более не вырабатывается, поэтому листва теряет свой цвет. На первый план выходят другие пигменты, до этого скрытые от глаз внешнего наблюдателя.

Разнообразию нет предела

Разнообразие растительных пигментов, известных современным исследователям, исключительно велико. Из года в год ученые обнаруживают все новые молекулы. Сравнительно недавно проведенные исследования позволили добавить к двум упомянутым выше разновидностям хлорофилла еще три типа: С, С1, Е. Впрочем, самым главным по-прежнему считается тип А. А вот каротиноиды еще более разнообразны. Этот класс пигментов науке известен неплохо – именно за их счет приобретают оттенки корнеплоды моркови, многие овощи, плоды цитрусовых деревья и иные дары растительного мира. Как показали дополнительные испытания, канарейки имеют перья, окрашенные в желтый, именно благодаря каротиноидам. Они же дают цвет яичному желтку. За счет обилия каротиноидов азиатские жители обладают своеобразным оттенком кожи.

Ни человек, ни представители животного мира не располагают такими особенностями биохимии, которые бы позволяли вырабатывать каротиноиды. Эти вещества появляются на базе витамина А. Это доказывают наблюдения, посвященные пигментам растений: если курица с продуктами питания не получала растительность, желтки яиц будут очень слабого оттенка. Если канарейка получала большое количество пищи, обогащенной красными каротиноидами, ее перья приобретут яркий оттенок красного.

Любопытные особенности: каротиноиды

Желтый пигмент растений называется каротином. Ученые установили, что красный оттенок обеспечивают ксантофиллы. Число известных научному сообществу представителей этих двух типов постоянно увеличивается. В 1947 году ученые знали около семи десятков каротиноидов, а к 1970 их насчитывалось уже более двух сотен. В некоторой степени это сродни прогрессу знаний в сфере физики: сперва знали об атомах, затем – электронах и протонах, а впоследствии выявили еще более мелкие частицы, для обозначения которых используют лишь литеры. Можно ли говорить об элементарных частицах? Как показали испытания физиков, пока использовать такой термин рано – наука еще не развита в той степени, чтобы удалось их найти, если такие есть. Сходная ситуация сложилась с пигментами – из года в год открывают все новые виды и типы, а биологи лишь удивляются, не в силах объяснить многоликую природу.

О функциях

Ученые, занимающиеся пигментами высших растений, пока не могут объяснить, для чего и почему природа предусмотрела столь большое разнообразие пигментных молекул. Выявлена функциональность некоторых отдельных разновидностей. Доказали, что каротин необходим для обеспечения сохранности хлорофилловых молекул от окисления. Механизм защиты обусловлен особенностями синглетного кислорода, формирующегося при реакции фотосинтеза в качестве дополнительного продукта. Это соединение отличается повышенной агрессивностью.

Еще одна особенность желтого пигмента в клетках растения – его способность увеличивать интервал длины волны, необходимой для процесса фотосинтеза. В настоящий момент такая функция не доказана точно, но проведено немало исследований, позволяющих предположить, что окончательное доказательство гипотезы «не за горами». Лучи, которые зеленый растительный пигмент не может усвоить, поглощаются желтыми пигментными молекулами. Затем энергия направляется хлорофиллу для дальнейшей трансформации.

Читайте также:  Значение растений для человека краткое содержание

Пигменты: такие разные

Кроме некоторых разновидностей каротиноидов, желтый цвет имеют пигменты, названные ауронами, халконами. Их химическое строение во многом напоминает флавоны. Такие пигменты в природе встречаются не слишком часто. Их нашли в листочках, соцветиях кислицы и львиного зева, ими обеспечивается окраска кореопсиса. Такие пигменты не переносят табачного дыма. Если окурить растение сигаретой, оно сразу покраснеет. Биологический синтез, протекающий в клетках растений с участием халконов, приводит к генерированию флавонолов, флавонов, ауронов.

И у животных, и у растений есть меланин. Этот пигмент обеспечивает коричневый оттенок волос, именно благодаря ему локоны могут стать черными. Если клетки не содержат меланина, представители животного мира становятся альбиносами. У растений пигмент обнаружен в кожуре красного винограда и у некоторых соцветий в лепестках.

Голубые и не только

Голубой оттенок растительность получает благодаря фитохрому. Это протеиновый растительный пигмент, ответственный за контроль цветения. Он регулирует прорастание семечка. Известно, что фитохром может ускорить цветение некоторых представителей растительного мира, у других происходит противоположный процесс замедления. В некоторой степени его можно сравнить с часами, но биологическими. В настоящий момент ученые пока не знают всю специфику механизма действия пигмента. Обнаружили, что строение этой молекулы корректируется временем суток и освещенностью, передавая информацию об уровне света в среде растению.

Синий пигмент в растениях – антоциан. Впрочем, есть несколько разновидностей. Антоцианы не только дают синюю окраску, но и розовую, ими же объясняются красный и сиреневый цвета, иногда – темный, насыщенный фиолетовый. Активная генерация антоцианов в растительных клетках наблюдается, когда понижается температура окружающего пространства, останавливается генерирование хлорофилла. Окраска листвы меняется с зеленой на красную, рыжую, синюю. Благодаря антоциану розы и маки имеют яркие алые цветы. Этот же пигмент объясняет оттенки соцветий герани и васильков. Благодаря голубой разновидности антоциана колокольчики имеют свой нежный цвет. Определенные разновидности этого типа пигментов наблюдаются в винограде, краснокочанной капусте. Антоцианы обеспечивают окрашивание терна, сливы.

Яркие и темные

Известен желтый пигмент, который ученые назвали антохлором. Его обнаружили в кожице лепестков первоцвета. Антохлор найден в примулах, соцветиях баранчика. Им богаты маки желтых сортов и георгины. Этот пигмент дает приятный цвет соцветиям льнянки, лимонным плодам. Он выявлен в некоторых других растениях.

Сравнительно редко в природе встречается антофеин. Это темный пигмент. Благодаря ему появляются специфические пятнышки на венчике некоторых бобовых культур.

Все яркие пигменты задуманы природой для специфической окраски представителей растительного мира. Благодаря такой расцветке растение привлекает птиц, животных. Тем самым обеспечивается распространение семян.

О клетках и строении

Пытаясь определить, насколько сильно зависит окраска растений от пигментов, как эти молекулы устроены, зачем необходим весь процесс пигментации, ученые обнаружили, что в организме растений присутствуют пластиды. Так назвали небольшие тельца, которые могут иметь окраску, но бывают также бесцветными. Такие тельца есть только и исключительно у представителей растительного мира. Все пластиды разделили на хлоропласты, имеющие зеленый оттенок, хромопласты, окрашенные в разные вариации красного спектра (включая желтый и переходные оттенки), и лейкопласты. Последним не присущи какие-либо оттенки.

В норме растительная клетка содержит одну разновидность пластидов. Эксперименты показали способность этих телец трансформироваться из типа в тип. Хлоропласты обнаружены у всех растительных органов, окрашенных в зеленый. Лейкопласты чаще наблюдаются в частях, скрытых от прямых лучей солнца. Их много в корневищах, они обнаружены в клубнях, ситовидных частицах некоторых типов растений. Хромопласты типичны для лепестков, поспевших плодов. Тилакоидные мембраны обогащены хлорофиллом и каротиноидами. Лейкопласты не содержат пигментных молекул, но могут быть локацией процессов синтеза, скапливания питательных соединений – протеинов, крахмала, изредка жиров.

Реакции и трансформации

Изучая фотосинтетические пигменты высших растений, ученые выявили, что хромопласты окрашены в рыжий, красный благодаря присутствию каротиноидов. Принято думать, хромопласты – заключительный шаг развития пластидов. Вероятно, они появляются при трансформации лейко-, хлоропластов, когда те стареют. Во многом наличие таких молекул определяет цвет листвы по осени, а также яркие, радующие глаз цветы, плоды. Каротиноиды продуцируются водорослями, растительным планктоном, растениями. Их могут генерировать некоторые бактерии, грибы. Каротиноиды ответственны за окраску живых представителей растительного мира. Некоторые животные располагают системами биохимии, за счет которой каротиноиды трансформируются в иные молекулы. Исходное сырье для такой реакции получают с пищей.

Как показали наблюдения за розовыми фламинго, эти птицы собирают и фильтруют спирулину и некоторые другие водоросли для получения желтого пигмента, откуда затем появляются кантаксантин, астаксантин. Именно эти молекулы дают птичьему оперению такой красивый цвет. Многие рыбы и птицы, раки и насекомые имеют яркий цвет благодаря каротиноидам, которые получают с питанием. Бета-каротин трансформируется в некоторые витамины, которые используются на пользу человека – они защищают глаза от влияния ультрафиолета.

Красный и зеленый

Говоря о фотосинтетических пигментах высших растений, следует отметить, что такие могут поглощать кванты световых волн. Отмечается, что это относится лишь к части спектра, видимой для человеческого глаза, то есть для длины волны в границах 400-700 нм. Растительные частицы могут поглощать лишь кванты, располагающие достаточным энергетическим запасом для реакции фотосинтеза. Ответственность за поглощение возложена исключительно на пигменты. Учеными исследованы древнейшие формы жизни растительного мира – бактерии, водоросли. Установлено, что в них есть разные соединения, которые могут акцептировать свет видимого спектра. Некоторые разновидности могут принимать световые волны излучения, не воспринимаемого человеческим глазом – из блока, ближнего к инфракрасному. Кроме хлорофиллов такая функциональность природой возложена на бактериородопсин, бактериохлорофиллы. Исследования показали важность для реакций синтеза фикобилинов, каротиноидов.

Разнообразие фотосинтетических пигментов растений отличается от группы к группе. Многое определяется условиями, в которых форма жизни обитает. У представителей высшего растительного мира разнообразие пигментов меньше, нежели у эволюционно древних разновидностей.

О чем идет речь?

Изучая фотосинтетические пигменты растений, обнаружили, что у высших растительных форм есть лишь две разновидности хлорофилла (упомянутые ранее А, В). Оба этих типа – порфирины, в которые есть атом магния. Преимущественно они входят в светособирающие комплексы, которые поглощают энергию света и направляют ее реакционным центрам. В центрах содержится сравнительно малый процент общего имеющегося у растения хлорофилла первого типа. Здесь протекают первичные взаимодействия, характерные фотосинтезу. Хлорофиллы сопровождаются каротиноидами: их, как выяснили ученые, обычно наблюдается пять разновидностей, не более. Эти элементы также собирают свет.

Будучи растворенными, хлорофиллы, каротиноиды – пигменты растений, имеющие узкие полосы светопоглощения, отстоящие друг от друга довольно значительно. Хлорофиллам присуща способность максимально эффективно поглощать синие волны, они могут работать с красными, но очень слабо улавливают зеленый свет. Расширение спектра и перекрытие обеспечивается хлоропластами, выделяемыми из листьев растения без особенного труда. Мембраны хлоропластов отличаются от растворов, поскольку красящие компоненты соединены с протеинами, жирами, вступают в реакции друг с другом, а энергия мигрирует между сборниками и центрами накопления. Если рассматривать спектр светопоглощения листа, он окажется еще более сложным, сглаженным, нежели отдельного хлоропласта.

Читайте также:  Характеристика хвойных растений для сада

Отражение и поглощение

Изучая пигменты листа растения, ученые установили, что некоторый процент попадающего на листок света отражается. Такое явление разделили на две разновидности: зеркальную, диффузную. Про первую говорят, если поверхность блестит, гладкая. Отражение листа преимущественно формируется вторым типом. Свет просачивается в толщу, рассеивается, меняет направление, поскольку и во внешнем слое, и внутри листа есть разделяющие поверхности с разными показателями преломления. Аналогичные эффекты наблюдаются, когда свет проходит сквозь клетки. Сильного поглощения нет, оптический путь намного больше толщины листа, измеренной геометрически, и листок способен поглотить больше света, нежели пигмент, выделенный из него. Листья поглощают намного больше энергии и в сравнении с отдельно исследуемыми хлоропластами.

Поскольку есть разные пигменты растений – красные, зеленые и прочие – соответственно, явление поглощения неравномерное. Лист способен воспринимать свет разной длины волны, но эффективность процесса отлична. Наиболее высокая поглощающая способность зеленой листве присуща относительно фиолетового блока спектра, красного, синего и голубого. Сила поглощения практически не определяется тем, насколько концентрированы хлорофиллы. Это связано с тем, что среде присуща высокая рассеивающая способность. Если пигменты наблюдается в высокой концентрации, поглощение происходит вблизи поверхности.

Источник

Игра цветов, или Пигменты в нашей жизни

Вы проходите мимо цветка?
Наклонитесь,
Поглядите на чудо,
Которое видеть вы раньше нигде не могли.
Он умеет такое, что никто на земле не умеет.
Например.
Он берет крупинку мягкой черной земли.
Затем он берет дождя дождинку,
И воздуха голубой лоскуток,
И лучик, солнышком пролитой.
Все смешает потом (но где?!)
(Где пробирок, и колб, и спиртовок ряды?),
И вот из одной и той же черного цвета земли
Он то красный, то синий,
то сиреневый, то золотой!

Публикация статьи произведена при поддержке бюро переводов «Дружба Народов». В широкий спектр предложений бюро переводов «Дружба Народов» входят услуги технического, юридического, медицинского и устного перевода на 240 языков и диалектов. Профессионализм и высокая квалификация специалистов бюро переводов «Дружба Народов», обеспечивают выполнение услуг, способных удовлетворить требованиям самого взыскательного клиента. Узнать больше о предложении бюро переводов «Дружба Народов» и получить бесплатную онлайн консультацию по интересующим Вас вопросам можно на сайте http://www.druzhbanarodov.com.ua

Пигменты. Какие они бывают

Природа наградила нас необычайным даром – цветовым зрением, а вместе с ним дала возможность восхищаться красотой окружающего растительного мира. Мы с надеждой смотрим на нежную зелень весенней листвы и с грустью любуемся желто-оранжевой гаммой осеннего леса. Кто не восхищался красками цветущего луга, лесной опушки, осенней листвы, даров сада и поля? Цвет волос мы сравниваем с золотистыми колосьями хлеба, а цвет глаз – с синими васильками. Даже сами названия цветов – оранжевый, лиловый, индиго – тоже происходят от названий растений.

Но часто ли вы задавали себе вопросы: отчего зеленые листья осенью желтеют или краснеют? Почему лепестки ромашки белые, а первые весенние листочки тополя красноватые? Почему окружающие растения окрашены именно так, а не иначе, как возникает огромное богатство цветов и оттенков? Почему цветок утром розовый, а к вечеру уже синий? Почему в одном соцветии встречаются венчики цветков с различной окраской – от белой до розовой? Можно ли приготовить краску из цветков розы, василька, ноготков, чтобы холодной зимой радоваться ярким краскам лета? Как человек может применить знания о цвете растений в повседневной жизни? Можно ли цветом лечиться?

Конечно же, если растения окрашены, значит, в них есть красители – пигменты. Растительные пигменты являются предметом исследования многих научных дисциплин. Предмет физической химии – выделение пигментов из растений и определение их химического строения, биохимия исследует процессы, приводящие к образованию окрашенных веществ, физиология изучает их локализацию и миграцию в органах растений, хемотаксономия использует наличие разных пигментов для классификации растений.

Цвет определяется способностью пигмента к поглощению света. Электромагнитные волны с длиной волны 400–700 нм составляют видимую часть солнечного излучения. Волны длиной 400–424 нм – это фиолетовый цвет, 424–491 – синий, 491–550 – зеленый, 550–585 – желтый, 585–647 – оранжевый, 647–740 нм – красный. Излучение с длиной волны меньше 400 нм – ультрафиолетовая, а с длиной волны более 740 нм – инфракрасная область спектра. Максимальное цветоразложение солнечного света приходится на 13–15 часов. Именно в это время луг, поле кажутся нам наиболее ярко и пестро расцвеченными.

Если свет, падающий на какую-нибудь поверхность, полностью от нее отражается, эта поверхность выглядит белой. Если все лучи поглощаются, поверхность воспринимается как черная. Если же поглощаются только лучи определенной длины, то отражение остальных создает ощущение цвета. Например, кожура апельсина поглощает лучи синей части спектра. И мы видим апельсин оранжевым.

Окраска не всегда обусловлена избирательным поглощением света. Так металлический цвет листьев некоторых растений объясняется преломлением света и рассеянием его с поверхности особых «оптических» чешуек или клеток. Но в большинстве случаев ответственными за окраску являются пигменты.

Растительные пигменты – это крупные органические молекулы, поглощающие свет определенной длины волны. В большинстве случаев «ответственными» за появление окраски являются определенные участки этих молекул, называемые хромофорами. Обычно хромофорный фрагмент состоит из группы атомов, объединенных в цепи или кольца с чередующимися одинарными и двойными связями (–С=С–С=С–). Чем больше таких чередующихся связей, тем глубже окраска. Кроме того, поглощение света усиливается при наличии в молекуле кольцевых структур.

В растительных клетках чаще всего встречаются зеленые пигменты хлорофиллы, красные и синие антоцианы, желтые флавоны и флавонолы, желто-оранжевые каротиноиды и темные меланины. Каждая из этих групп представлена несколькими отличающимися по химическому строению, а следовательно, по поглощению света и окраске пигментами.

А еще цвет пигмента может меняться при изменении кислотности среды, температуры, при взаимодействии с различными веществами. Поэтому важное значение имеет химический состав клеток, особенно вакуолярного сока. Наконец, окраска растения зависит и от строения ткани, в которой содержатся пигменты: ее толщины, количества межклетников, плотности находящегося на поверхности клеток воскового налета…

В растительном мире широко распространен белый цвет: белые цветки, белые стебли, белые пятна на листьях. Белый красящий пигмент называется бетулин. Накапливаясь в клетках коры молодых деревьев, бетулин окрашивает ствол березы в тот прекрасный белый цвет, которым мы все восхищаемся. Но у других растений причиной белой окраски, например венчиков, являются обширные межклетники в сочетании с клетками, лишенными пигментов. Белый цвет им придает. воздух. В этом можно убедиться несколькими способами (Опыт 1).

А что определяет окраску розовых, сиреневых, синих и фиолетовых цветков? Как это ни удивительно, но эти цвета определяет одна группа пигментов – антоцианы, впервые выделенные из цветков василька синего.

Ярко-красные розы, голубые васильки, фиолетовые анютины глазки содержат растворенные в клеточном соке антоцианы. Яблоки, вишни, виноград, черника, голубика, сок листьев и стеблей гречихи, краснокочанной капусты, листьев и корнеплодов столовой свеклы, молодая красная кора эвкалипта, красные осенние листья своим цветом тоже обязаны антоцианам. Если орган растения имеет голубой, синий, фиолетовый цвет, то нет никакого сомнения в том, что его окраска обусловлена антоцианами.

Читайте также:  Все тесты по экологии растений 6 класс

Антоцианы – это гликозиды, возникающие при соединении различных сахаров с циклическими соединениями, называемыми антоцианидинами. Содержатся антоцианы в клеточном соке (вакуолях), значительно реже – в клеточных оболочках.

В присутствии щелочи в молекулах антоцианов происходит перегруппировка двойных и ординарных связей между атомами углерода, что приводит к образованию нового хромофора – в щелочной среде антоцианы приобретают синий или сине-зеленый цвет. Поэтому их можно использовать в качестве кислотно-щелочных индикаторов (Опыт 2). При действии минеральных и органических кислот антоцианы образуют соли красного, при действии щелочей – синего цвета. На цвет антоцианов влияет также способность этих пигментов образовывать комплексные соединения с металлами.

Рассмотрим теперь желтые пигменты, которые широко распространены в мире растений, но в некоторых случаях маскируются антоцианами, хлорофиллом и поэтому менее заметны.

Группа пигментов, способных придать клетке желтый или желто-оранжевый цвет, наиболее многочисленна – это каротиноиды, флавоны, флавонолы и некоторые другие. Флавоны и флавонолы – довольно устойчивые соединения, причем некоторые из них хорошо растворимы в горячей воде. Именно поэтому флавоновые пигменты были первыми красителями, которые наши предки использовали для окраски тканей. Близки к флавонам по строению другие красители желтого цвета – халконы и ауроны. В растениях они содержатся в цветках (лепестки, рыльца пестиков), листьях, плодах. Среди известных нам растений эти пигменты можно обнаружить в листьях и цветках кислицы, кореопсиса, львиного зева. Сосредоточены они в вакуолях эпидермальных клеток. Названия этих пигментов обычно происходят от названий растений, из которых они были впервые выделены. Например, кверцетин – пигмент коры и плодов дуба.

У некоторых, немногочисленных по сравнению с «антоциановой» группой, видов растений оранжевая и красно-коричневая окраска цветков (тагетес прямостоячий, настурция большая) или плодов (томаты, шиповник, ландыш майский) обусловлена не растворенными в клеточном соке антоцианами, а находящимися преимущественно в желтых и оранжевых пластидах (хромопластах) пигментами группы каротиноидов. Название этой группе, в честь одного из пигментов, содержащихся в оранжевых корнях моркови, дал биохимик растений М.С. Цвет. Каротиноиды содержатся практически во всех органах растений: в цветках, листьях, плодах и семенах. В листьях и зеленых плодах каротиноиды находятся в хлоропластах, где маскируются хлорофиллом, и в хромопластах.

Каротиноиды нерастворимы в воде, но хорошо извлекаются из пластид органическими растворителями (бензин, спирт). Их цвет, в отличие от антоцианов, не зависит от кислотности среды. У каротиноидов невозможно выделить какой-нибудь один характерный хромофорный фрагмент, потому что их молекулы включают цепочки атомов с чередующимися ординарными и двойными связями разной длины, – цепочке каждого типа соответствует свой индивидуальный хромофор. По мере удлинения цепи окраска пигментов изменяется от желтой к красной и даже красно-фиолетовой. В молекулах оранжевых и оранжево-красных пигментов β-каротина (пигмент моркови и сладкого перца), рубиксантина (пигмент шиповника) и ликопина (пигмент помидоров) имеется 11 двойных связей, чередующихся с ординарными, а в молекулах красного виолоксантина (пигмент некоторых красных фруктов) – 13.

Каротиноиды вместе с флавоновыми пигментами придают желтый цвет листьям и венчикам цветков огурца, тыквы, одуванчика, лютиков, купальницы, калужницы, чистотела, подсолнечника, плодам кукурузы, тыквы, кабачков, баклажанов, паслена, помидора, дыни, а также многих цитрусовых. Рекордсменом по числу каротиноидных пигментов является стручковый красный перец. А вот по концентрации каротиноидов чемпионами являются плоды абрикоса, корнеплоды моркови и листья петрушки.

Обычно в венчиках растений содержатся и антоцианы, и флавоны, и флавонолы. Например, в цветках львиного зева обнаружено два вида антоцианов (пеларгонидин и цианидин), два флавонола, в том числе кверцетин и несколько флавонов, например лютеолин – пигмент анютиных глазок.

А как обстоит дело с черными пигментами? Абсолютно черного пигмента у растений нет. В кожуре красных сортов винограда, лепестках некоторых цветков, черном чае, чаге (березовый гриб) содержатся черно-коричневые пигменты группы меланинов. Но в большинстве случаев, когда речь идет о черных цветках или плодах, мы имеем дело с накоплением темно-синих антоцианов.

Плоды черники, бузины черной, крушины выглядят черными, поскольку толстый слой окрашенных клеток мякоти полностью поглощает солнечный свет.

Коричневый цвет обусловлен накоплением в клетках больших количеств желтых пигментов, часто в сочетании с окрашенными в красно-коричневые тона дубильными веществами. Например, в плодах конского каштана обыкновенного, дуба черешчатого содержится очень много желтого пигмента кверцетина.

Причиной появления коричневой и черной окраски, кроме того, могут быть бесцветные вещества из группы катехинов. При окислении особыми ферментами они полимеризуются и дают «пищевые» дубильные вещества, окрашенные в красный и коричневый цвета. Катехины хорошо растворимы в горячей воде, накапливаются в вакуолях и в большом количестве содержатся в листьях многих растений, древесине, плодах, листьях (чай).

Самым главным пигментом растений, который обусловливает их принадлежность к отдельному зеленому царству, является, конечно же, хлорофилл. Он содержится в зеленых частях растений (от 0,6 до 1,2% от массы сухого листа).

В состав молекулы хлорофилла входит ион магния. В отличие от обширных групп антоцианов, каротиноидов, флавонов и флавонолов, в клетках всех высших растений имеется только две формы хлорофилла – зеленый с синеватым оттенком, хлорофилл а и зеленый с желтоватым оттенком, хлорофилл b. Хлорофилл a характерен для всех видов фотосинтезирующих растений. Хлорофилл b присутствует в листь-ях высших растений и в большинстве водорослей. Бурые водоросли, кроме того, содержат хлорофилл с, а красные – хлорофилл d.

Значительно реже встречаются в природе протохлорофиллы и хлорофиллиды. Зеленый цвет всех перечисленных пигментов обусловлен наличием в их молекулах ажурного порфиринового цикла, связанного с ионом магния, в чем можно убедиться, проведя простой опыт (Опыт 3).

Цвет хлорофилла, как и любого окрашенного вещества, обусловлен сочетанием тех лучей, которые пигмент не поглощает. Для растворов хлорофилла максимумы поглощения расположены в сине-фиолетовой (430 нм у хлорофилла а и 450 нм у хлорофилла b) и красной (660 нм у хлорофилла а и 650 нм у хлорофилла b) областях спектра. Эти лучи поглощаются хлорофиллом полностью. Голубые, желтые, оранжевые лучи поглощаются в гораздо меньшей степени, и их суммарное поглощение определяется общим количеством хлорофилла. Минимум поглощения лежит в зоне зеленых лучей. Совершенно не поглощается хлорофиллом только небольшая часть красных лучей, которые в спектре расположены на границе с инфракрасной областью. Это так называемые дальние красные лучи.

Избирательное поглощение хлорофиллом лучей разной части спектра можно пронаблюдать на опыте (Опыт 4) – по мере увеличения высоты столба жидкости в пробирке наблюдается изменение окраски раствора от ярко-зеленой до вишнево-красной. Значит, правы те, кто видел в густом лесу красное свечение, исходящее из-под полога леса.

Для листьев различного возраста, различных видов растений характерно многообразие оттенков зеленого цвета. Объясняется это тем, что в формировании окраски листа принимает участие не только хлорофилл, но и другие содержащиеся в листе пигменты: желтые каротиноиды, красные антоцианы. Убедиться в разнообразии окрашивающих лист пигментов можно на опыте (Опыт 5).

Таблица. Красители из растительного материала

Источник