Растительные пигменты и их роль

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Антоцианы - красящие вещества в клетках растений

2. Роль красящих веществ в жизни растений

3. Использование людьми действия растительных пигментов

4. Другие растительные пигменты

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Среди пигментов в растительном мире наиболее распространен антоциан. Он принадлежит к безазотистым соединениям, близким к глюкозидам, и в растворенном состоянии (редко кристаллическом) входит в состав клеточного сока. В составе антоциана - глюкоза и различные антоцианидины с присоединением либо щелочного вещества (тогда антоциан синий), либо кислого (тогда антоциан краснеет). В зависимости от реакций, какие он претерпевает в клеточном соке с солями, кислотами, дубильными веществами, он придает различную окраску клеточному соку.

Необычное разнообразие окраски цветков у растений, а также листьев связано чаще всего с антоцианом. Красные маки, покрывающие весенние степи Средней Азии, темно-лиловые генцианы на субальпийских лугах Кавказа, красные головки клевера, синие васильки, красные розы- все это богатство расцветок создается антоцианом. Окраска красных и лиловых плодов вишни, черешни, сливы, яблони, ежевики, винограда и пр. также объясняется наличием антоциана. Черные семена фасоли, гороха содержат в клетках и под кожицей фиолетовый антоциан.

Антоциан встречается во всех органах растений - проростках, стеблях, листьях, цветках, пыльниках, пыльце, плодах, семенах. Некоторые исследователи приписывают антоциану защитное действие от низких температур, вредных коротких световых волн и даже от паразитных грибов.

1. Антоцианы - красящие вещества в клетках растений

Широко распространенными в растительном мире красящими веществами являются антоцианы. В отличие от хлорофилла они не связаны внутри клетки с пластидными образованиями, а чаще всего растворены в клеточном соке, иногда встречаются в виде мелких кристаллов. Антоцианы легко извлечь из любых синих или красных частей растения. Если, к примеру, прокипятить нарезанный корнеплод столовой свеклы или листья краснокочанной капусты в небольшом количестве воды, то скоро она окрасится от антоциана в лиловый или грязно-красный цвет. Но достаточно к этому раствору прибавить несколько капель уксусной, лимонной, щавелевой или любой другой кислоты, как он сразу же примет интенсивную красную окраску. Присутствие антоцианов в клеточном соке растений придает цветкам колокольчиков синий цвет, фиалок - фиолетовый, незабудок - небесно-голубой, тюльпанов, пионов, роз, георгинов - красный, а цветкам гвоздик, флоксов, гладиолусов - розовый. Почему же этот краситель является таким многоликим? Дело в том, что антоциан в зависимости от того, в какой среде он находится (в кислой, нейтральной или щелочной), способен быстро изменять свой оттенок. Соединения антоциана с кислотами имеют красный или розовый цвет, в нейтральной среде - фиолетовый, а в щелочной - синий.

Поэтому в соцветиях медуницы лекарственной можно одновременно найти полураспустившиеся цветки с розоватым венчиком, расцветшие - пурпуровой окраски и уже отцветающие - синего цвета. Это обусловлено тем, что в бутонах клеточный сок имеет кислую реакцию, которая по мере распускания цветков переходит в нейтральную, а потом и в щелочную. Подобные изменения окраски лепестков наблюдаются и у цветков жасмина комнатного, незабудки болотной, синюхи голубой, льна обыкновенного, цикория обыкновенного и сочевичника весеннего. Возможно, такие "возрастные" явления в цветке частично связаны и с процессом его оплодотворения. Имеются сведения, что насекомые-опылители у медуницы посещают только расцветшие розовые и пурпурные цветки. Но только ли окраска венчика при этом служит для них ориентиром?

Разнообразие окраски цветков зависит от числа гидроксильных групп в молекулах антоцианов: с их увеличением окраска становится более синей (из-за наличия дельфинидина). При метилировании гидроксилов образуется пигмент мальвидин, придающий лепесткам красный цвет. Расцветка венчиков обусловливается и соединениями антоцианов с ионами различных металлов. Так, например, соли магния и кальция способствуют преобладанию синей окраски, а соли калия - пурпурной. Определенное разнообразие оттенков вносит и дополнительное присутствие желтых пигментов (халконов, флавонолов, флавонов, ауронов и т. п.).

Естественные красители содержатся не только в цветках, но и в других частях растений, играя многостороннюю роль. Взять хотя бы не бросающуюся в глаза окраску клубней картофеля. У клубней картофеля различная окраска кожуры, глазков, проростков и мякоти также зависит от содержания в них фенольных соединений, иначе называемых биофлавоноидами. Они имеют разнообразную гамму красок: белую, желтую, розовую, красную, синюю, темно-фиолетовую и даже черную. Картофель с черной окраской кожуры клубней растет на его родине на острове Чилоэ. Различная окраска картофельной кожуры и мякоти зависит от содержащихся в них следующих биофлавоноидов: белая - от бесцветных лейкоантоцианов или катехинов, желтая - от флавонов и флавоноидов, красная и фиолетовая - от антоцианов. Группа антоцианов наиболее многочисленна, насчитывает около 10 видов. В нее входят и дающие пурпурный и розовый цвета пионидин, пеларгонидин и мальвидин, и окрашивающие в синий цвет цианидин и дельфинидин, и бесцветный пигмент петунидин. Установлено, что окрашенные клубни картофеля, как правило, богаче необходимыми для нашего организма веществами. Так, например, клубни с желтой мякотью имеют повышенное содержание жира, каротиноидов, рибофлавина и комплекса флавоноидов.

За счет способности антоцианов менять свою окраску можно наблюдать изменение цвета клубней картофеля в зависимости от состояния погоды, интенсивности освещения, реакции почвенной среды, применения минеральных удобрений и ядохимикатов. При выращивании картофеля на торфяных почвах, например, клубни часто имеют синеватый оттенок, при внесении фосфорного удобрения они бывают белыми, сульфат калия может придать им розовый цвет. Окраска клубней нередко меняется и под влиянием ядохимикатов, содержащих медь, железо, серу, фосфор и другие элементы.

Сказочная осенняя окраска листьев с оранжевыми, красно-бурыми и красными оттенками тоже зависит от содержания в их клеточном соке антоцианов. Наиболее активному процессу их образования в этот период способствуют понижение температуры, яркое освещение и задержка по этим причинам в листве питательных веществ, особенно сахаров.

Искусственно ускорить образование антоцианов в листьях калины обыкновенной, черемухи обыкновенной, осины, бересклета бородавчатого или клена платановидного можно следующим путем. Весной на одной из их ветвей посередине ее длины снимают кольцо коры шириной в 2-2,5 см. Это приведет к усиленному накоплению углеводов в изолированной верхней части ветви и вызовет здесь более раннее и интенсивное покраснение листьев, чем ниже кольца или на неповрежденных ветвях.

Полагаем, что если уважаемый читатель пожелает повторить этот опыт, то постарается выполнить его с надлежащей аккуратностью и бережным отношением к живому дереву - нашему верному другу.

Антоцианы в клетках растений выполняют не только роль вещества, придающего их тканям яркую привлекательную окраску. Оказывается, что эти пигменты, появляющиеся в листьях и стеблях при воздействии пониженных температур, в ранневесенний и осенний периоды служат своего рода "ловушкой" солнечных лучей, избирательно работающим фильтром. В молодых побегах и листьях бузины красной, пырея ползучего, ржи озимой, лисохвоста лугового, мятлика лугового и некоторых других растений антоцианы ранней весной превращают световую энергию в тепловую и защищают их от холода.

Наблюдения свидетельствуют также о том, что фиолетовая окраска семян, листьев и стеблей у растений является индикатором на содержание в них легкоферментируемых углеводов - сахарозы, фруктозы и глюкозы, в значительной степени обусловливающих холодостойкость растений. По этому характерному показателю (тесту) в перспективе можно будет оперативно вести предварительный отбор на морозоустойчивость и повышенное содержание сахаров, что особенно необходимо при выведении новых сортов многолетних кормовых трав.

В листьях липы мелколистной, березы повислой, вяза шершавого вместо антоцианов в основном содержатся каротиноиды (каротины и ксантофиллы). В этом случае перед листопадом после разрушения хлорофилла листья приобретают золотисто-желтую окраску.

Следовательно, багряные оттенки, в которые окрашиваются многие наши деревья перед листопадом, не играют какой-либо особой физиологической роли, а являются лишь показателем затухания процесса фотосинтеза, предвестником наступления периода зимнего покоя растений.

Откуда же осенью появляются антоциан и ксантофилл? Оказывается, что в зеленых листьях деревьев с самого начала их жизни одновременно содержатся и хлорофилл, и антоциан (или ксантофилл). Однако антоциан и ксантофилл имеют менее интенсивную плотность окраски, поэтому они становятся заметными только после того, как под воздействием определенных условий окружающей среды произойдет разрушение зерен хлорофилла. В ноябре - декабре, когда образование хлорофилла сдерживается недостатком солнечного света и его неполным спектром, у комнатных роз молодые побеги и распускающиеся листья имеют ярко-красный цвет. При ярком солнечном освещении они сразу стали бы зелеными.

У некоторых растений изменение зеленой окраски листьев на красную носит обратимый характер. Наглядным примером этого является поведение многих видов алоэ, культивируемых в комнатных условиях. Зимой и ранней весной, пока солнечный свет еще сравнительно слаб, они окрашены в зеленый цвет. Но если эти растения в июне или июле выставить на яркое солнечное освещение, их листья станут красно-бурыми. Перенесение же растений в затененное место снова обеспечит быстрое возвращение листьям зеленой окраски.

Желтая окраска цветков происходит от содержащихся в них флавонов (каротина, ксантофилла и антохлора), которые в соединении со щелочами дают довольно широкий спектр оттенков от ярко-оранжевого до бледно-желтого.

Среди многообразия красок в растительном мире довольно значительное место занимает белый цвет. Но для того чтобы его создать, обычно не нужно никакого красящего вещества. Он обусловлен наличием воздуха в межклеточных пространствах растительных тканей, который полностью отражает свет, благодаря чему лепестки цветка кажутся белыми. Это можно наблюдать на примере цветущих растений нивяника обыкновенного, кувшинки белой, ландыша майского и др. За счет плотного опушения белую окраску имеют и растения эдельвейса альпийского, сушеницы топяной, жабника полевого, мать-и-мачехи. Содержащийся в омертвевших волосках воздух также в результате отражения света делает их опушенную поверхность белой. А белая окраска березовой коры, придающая в любое время года стволам березы нарядный вид, обусловливается наполняющими клетки перидермы снежно-белыми нитевидными кристаллами бетулина ("березовой камфоры").

2. Роль красящих веществ в жизни растений

Весь процесс, обеспечивающий создание в растениях различных цветов, на первый взгляд может представиться весьма простым. Однако существующие в природе многочисленные расцветки и тона являются результатом сложного взаимодействия основных пигментов в различных сочетаниях со средой. Зависят они и от порядка размещения естественных красителей в растительных тканях.

Современными исследованиями установлено, что естественные красители (в основном из группы фенолов), содержащиеся в различных частях растений, играют большую роль в их жизни.

Наличие в клетках растений красящих веществ помогает им наиболее эффективно поглощать и использовать солнечные лучи. Все пигменты растений представляют собой избирательно работающие физико-химические фильтры - ловушки солнечного света. Если хлорофилл листьев поглощает только красные и сине-фиолетовые лучи, используемые в процессе фотосинтеза для образования сложных органических соединений из простых минеральных веществ почвы и воздуха, то ярко-окрашенные цветки, благодаря содержанию в них разнообразных пигментов, улавливают лучи иной длины волны и превращают их в другие формы энергии. Эти формы энергии используются растениями для созревания пыльцы и яйцеклеток, синтеза ароматических веществ, повышения температуры в органах размножения, что ускоряет течение обменных процессов.

Чашечковидные венчики цветков у горных и арктических растений действуют как своеобразные вогнутые собирательные зеркала - рефлекторы, концентрируя солнечный свет в центре цветка, где температура может превышать температуру окружающей среды на 6...8 градусов Цельсия. Поворачиваясь постоянно в течение светового дня к солнцу, цветки максимально используют его энергию. А с наступлением сумерек, закрывая венчик или наклоняя цветок книзу, растение создает благоприятные условия для наилучшей сохранности аккумулированной энергии.

Высокая концентрация пигментов способствует и защите наследственного аппарата растений от мутагенных воздействий.

Окраска растений полезна и для их защиты от избытка солнечного света. Поэтому в горной местности с увеличением высоты цветки имеют более яркую и плотную окраску. В этом отношении наибольшее значение имеет пигмент - меланин. Благодаря особенностям своей структуры он как бы является "молекулярным ситом", в ячейках которого застревают и обезвреживаются радикалы, образуемые под действием ультрафиолетовых лучей. Штаммы микроорганизмов, содержащие меланин, настолько приобретают устойчивость к ультрафиолетовому облучению и действию космических лучей, что живут и размножаются в высоких слоях атмосферы, в горах, в пустынях, в Арктике и Антарктике, т. е. там, где их неокрашенные родичи гибнут. Наличие меланина в оболочках клеток, спор и гиф грибов надежно защищает микроорганизмы от воздействия на них ферментов, выделяемых микробами-антагонистами.

У бактерий и грибов имеются и другие пигменты. Азотфиксирующие бактерии синтезируют, например, пигменты из фенолокислот (З,4-диоксибензойной) и аминокислот (аланина и серина). Встречаются пигменты, производные бензо-, нафто- и антрахинона, сходные по свойствам с меланином.

3. Использование людьми действия растительных пигментов

С давних пор люди используют защитное и лекарственное действие растительных пигментов. Известно, что они оказывают многостороннее благотворное влияние на организм человека, укрепляя сосудистую систему и улучшая состав крови за счет участия в синтезе галактоуроновой кислоты. Пигменты обладают противовирусными, бактерицидными и противовоспалительными свойствами. Конденсаты биофлавоноидов (меланины) способны обезвреживать ионизирующие излучения. Антоцианы, в состав которых входит активная цианистая группа, являются сердечными стимуляторами.

Особенность полифенольных веществ - растительных пигментов - заключается в том, что они всегда действуют совместно с аскорбиновой кислотой. Аскорбиновая кислота защищает фенольные соединения от окисления, а фенольные вещества, в свою очередь, предохраняют от разрушения аскорбиновую кислоту, крайне необходимую растениям. Если, например, в 100 г картофельного сока внести всего 25 мг аскорбиновой кислоты, он не будет темнеть в течение нескольких часов.

Растительные пигменты нетоксичны, обладают ценными антиокислительными и Р-витаминными свойствами, благодаря чему их целесообразно широко использовать в качестве пищевых красителей вместо ранее применявшихся синтетических веществ, сейчас признанных небезвредными.

Различная окраска растений неодинаково влияет на наш организм, так как каждый цвет спектра имеет свою длину волны. Наиболее короткие волны фиолетового, синего, голубого и зеленого цветов, являясь холодными (пассивными), действуют на нервную систему успокаивающе, способствуют отдыху. Цветки с лепестками красного, оранжевого и желтого колеров, имеющих более длинные волны, считаются теплыми, активными; они возбуждают организм, повышают его тонус и работоспособность. Цветки желтой окраски не случайно называют "земным солнцем". В зависимости от их оттенков наш организм может приходить в состояние возбуждения или, наоборот, успокаиваться. Белый и черный цвета относятся к нейтральным.

Эти обстоятельства свидетельствуют о том, что в режиме труда и отдыха настроением человека в значительной мере можно управлять, создавая определенную цветовую гамму фитодизайна. Так, например, растения с ярко-красными цветками (гвоздики, пионы, тюльпаны, гладиолусы, розы), оказывающие возбуждающее действие, желательно иметь в служебных помещениях (для профилактики утомления), в кафе, столовых, ресторанах, при проведении торжественных совещаний и других массовых мероприятий. Возбуждающий (бодрящий) эффект создают также растения фиолетового и пурпурного цветов. Цветовая гамма ярко-красного, пурпурного и фиолетового колеров повышает нервно-психический тонус и работоспособность, увеличивает напряжение мышц, способствует ускорению ритма дыхания и усилению кровообращения.

Для предотвращения меланхолического настроения используют растения с цветками розовой окраски (бальзамин, азалия, деклитра, розы, астры, левкои, пеларгония, гортензия, фуксия). При депрессии, вялости, плохом аппетите рекомендуется вводить в интерьеры растения с оранжевыми цветками (кальцеолярия, бархатцы, календула, настурция, монбреция). При напряженной умственной, зрительной работе полезно иметь в помещении цветущие растения желтой и золотистой окраски (хризантемы, рудбекия, анютины глазки, примула, нарциссы, лантана камара), так как среди других цветов солнечного спектра желтый наиболее спокойно воспринимается нашим глазом, не вызывая его утомления, способствует поддержанию тонуса и бодрого настроения. Зеленый цвет растений оказывает положительное воздействие на организм человека благодаря улучшению кровообращения и нормализации кровяного давления. Он, как и желтый цвет, является физиологически оптимальным и самым привычным для зрительного восприятия. Эти предпосылки подтверждают целесообразность культивирования в комнатных условиях наряду с цветущими растениями декоративных вечнозеленых растений.

Для отдыха организма, сопровождаемого торможением функции нервной системы, снижением напряжения мышц, замедлением ритма дыхания, урежением пульса и снижением кровяного давления, в фойе театров, залах ожидания вокзалов, приемных и вестибюлях административных зданий желательно иметь растения с цветками голубой и синей успокаивающей окраски (незабудки, анютины глазки, васильки, колокольчики, глоксиния, ирисы, дельфиниум, аквилегия).

Оригинальные наблюдения психологов показали, что восприятие цветов людьми неодинаково. Женщины, например, преимущественно предпочитают цветущие растения красной окраски, мужчины - голубой. У детей вкусы меняются: в 4-9-летнем возрасте наибольшее впечатление на них производят розовый, карминовый и пурпурный цвета; в 10-12 лет они считают любимыми зеленый, желтый и красный цвета; в 13-16 лет - синий, оранжевый и зеленый, а к 17-19 годам кумиром становится тонизирующая красно-оранжевая расцветка.

4. Другие растительные пигменты

Из желтых пигментов в клеточном соке довольно обычен антохлор, который встречается в цветках, например, лядвенца, желтого мака, георгина, коровяка, льнянки, а также в плодах некоторых цитрусовых, реже - в лепестках львиного зева. В клеточном соке имеется ряд других пигментов. В клетках бывают разнообразные кристаллы: они образуются в цитоплазме и попадают в вакуоли. Очень распространены кристаллы щавелевокислой извести. Эти образования содержаться в вакуолях клеток многих растений. Они легко растворяются в соляной кислоте. Роль их в клетках не выяснена.

Помимо одиночных кристаллов, встречаются рафиды - пучки игловидных кристаллов (у многих однодольных растений, например в листьях гиацинта, американской агавы, в паренхиме чемерицы и пр.), друзы, имеющие вид «хрустальных» сростков кристаллов и встречающиеся в клетках паренхимной ткани листьев и стеблей многочисленных растений. Под микроскопом друза ярко блестит. Иногда друзы блокируют ядро клетки, и она становится безъядерной (у рододендрона).

Заключение

Широко распространенными в растительном мире красящими веществами являются антоцианы. В отличие от хлорофилла они не связаны внутри клетки с пластидными образованиями, а чаще всего растворены в клеточном соке, иногда встречаются в виде мелких кристаллов. Антоцианы легко извлечь из любых синих или красных частей растения. Если, к примеру, прокипятить нарезанный корнеплод столовой свеклы или листья краснокочанной капусты в небольшом количестве воды, то скоро она окрасится от антоциана в лиловый или грязно-красный цвет. Но достаточно к этому раствору прибавить несколько капель уксусной, лимонной, щавелевой или любой другой кислоты, как он сразу же примет интенсивную красную окраску. Присутствие антоцианов в клеточном соке растений придает цветкам колокольчиков синий цвет, фиалок - фиолетовый, незабудок - небесно-голубой, тюльпанов, пионов, роз, георгинов - красный, а цветкам гвоздик, флоксов, гладиолусов - розовый. Почему же этот краситель является таким многоликим? Дело в том, что антоциан в зависимости от того, в какой среде он находится (в кислой, нейтральной или щелочной), способен быстро изменять свой оттенок. Соединения антоциана с кислотами имеют красный или розовый цвет, в нейтральной среде - фиолетовый, а в щелочной - синий.

Поэтому в соцветиях медуницы лекарственной можно одновременно найти полураспустившиеся цветки с розоватым венчиком, расцветшие - пурпуровой окраски и уже отцветающие - синего цвета. Это обусловлено тем, что в бутонах клеточный сок имеет кислую реакцию, которая по мере распускания цветков переходит в нейтральную, а потом и в щелочную. Подобные изменения окраски лепестков наблюдаются и у цветков жасмина комнатного, незабудки болотной, синюхи голубой, льна обыкновенного, цикория обыкновенного и сочевичника весеннего. Возможно, такие "возрастные" явления в цветке частично связаны и с процессом его оплодотворения. Имеются сведения, что насекомые-опылители у медуницы посещают только расцветшие розовые и пурпурные цветки.

Наличие в клетках растений красящих веществ помогает им наиболее эффективно поглощать и использовать солнечные лучи. Все пигменты растений представляют собой избирательно работающие физико-химические фильтры - ловушки солнечного света. Если хлорофилл листьев поглощает только красные и сине-фиолетовые лучи, используемые в процессе фотосинтеза для образования сложных органических соединений из простых минеральных веществ почвы и воздуха, то ярко-окрашенные цветки, благодаря содержанию в них разнообразных пигментов, улавливают лучи иной длины волны и превращают их в другие формы энергии. Эти формы энергии используются растениями для созревания пыльцы и яйцеклеток, синтеза ароматических веществ, повышения температуры в органах размножения, что ускоряет течение обменных процессов.

С давних пор люди используют защитное и лекарственное действие растительных пигментов. Известно, что они оказывают многостороннее благотворное влияние на организм человека, укрепляя сосудистую систему и улучшая состав крови за счет участия в синтезе галактоуроновой кислоты. Пигменты обладают противовирусными, бактерицидными и противовоспалительными свойствами. Конденсаты биофлавоноидов (меланины) способны обезвреживать ионизирующие излучения. Антоцианы, в состав которых входит активная цианистая группа, являются сердечными стимуляторами.

Особенность полифенольных веществ - растительных пигментов - заключается в том, что они всегда действуют совместно с аскорбиновой кислотой. Аскорбиновая кислота защищает фенольные соединения от окисления, а фенольные вещества, в свою очередь, предохраняют от разрушения аскорбиновую кислоту, крайне необходимую растениям. Если, например, в 100 г картофельного сока внести всего 25 мг аскорбиновой кислоты, он не будет темнеть в течение нескольких часов.

Растительные пигменты нетоксичны, обладают ценными антиокислительными и Р-витаминными свойствами, благодаря чему их целесообразно широко использовать в качестве пищевых красителей вместо ранее применявшихся синтетических веществ, сейчас признанных небезвредными.

антоциан пигмент красящий растение

Список используемой литературы:

1. Беликов П.С. Физиология растений: Учебное пособие. / П.С. Беликов, Г.А. Дмитриева. - М.: Изд-во РУДН, 2002. - 248 с.

2. Веретенников А.В. Физиология растений; Учебник.-/А.В.Веретенников. -М.: Академический Проект. 2006. - 480 с.

3. Кретович В.Л. Биохимия растений /В.Л. Кретович. - М.: Высшая школа, 2000. - 445 с.

4. Кузнецов В.В. Физиология растений / В.В. Кузнецов, Г.А. Дмитриева. - М.: Высшая школа, 2005. - 736 с.

5. Курсанов А.Л. Транспорт ассимилятов в растении /А.Л. Курсанов. - М.: Наука, 1999. - 648 с

6. Лебедев С.И. Физиология растений / С.И. Лебедев. - М.: Колос, 2008. - 544 с.

7. Либберт Э. Физиология растений / Э. Либберт. - М.: Мир, 2006. - 580 с.

8. Медведев, С.С. Физиология растений: Учебник. / С.С. Медведев. - СПб.: Изд-во Санкт-Петерб. ун-та, 2004. - 336 с.

9. Плешков Б.П. Биохимия сельскохозяйственных растений / Б.П. Плешков. - М.: Агропромиздат, 2007. - 494 с.

10. Полевой В.В. Физиология растений / В.В. Полевой. - М.: Высшая школа, 2006. - 464 с.

Размещено на Allbest.ru