Почему они такие разные?

муниципальное бюджетное образовательное учреждение

Захолынская основная общеобразовательная  школа

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА НА ТЕМУ:

«Почему они такие разные?»

                                                     Подготовил:  Никитин Илья

                                                                                                 ученик 8 класса

                                     Руководитель: Баранова

                                                                                 Нина Иосифовна

                                                                                    учитель биологии

д.Мирополье

2011

Оглавление

1. Введение ………………………………………………………..3

Многоликий мир растений …………………………………...3

Цели и задачи исследования………………………………….4

2. Почему они такие разные?…………………………………5

2.1. Биологические особенности медуницы …………………………5

2.2. Природные индикаторы………………………………………...6

3. Результаты исследования ………………………………….8

3.1. Действие кислоты и щелочи на цветки медуницы……………….8

3.2. Определение наличия антоцианов в цветках других растений……9

3.4.Индикаторы своими руками…………………………………….10

4. Выводы……………………………………………………….13

5. Литература……………………………………………………14

6.  Приложения………………………………………………….15

1.Введение.

1.1. Многоликий мир растений.

        Нас окружает разнообразный мир растений. Он населяет не только поверхность суши, но толщу морей и океанов. Человек всегда проявлял и проявляет большой интерес к изучению их жизни и строения. Еще до возникновения ботанической науки человек изучал растения путем наблюдений и фиксации наблюдаемых явлений, фактов цветения, сбора плодов и заготовки их впрок. Это дало возможность вычленить полезность растений и сгруппировать их по хозяйственному признаку. Одни растения можно использовать для приготовления пищи, другие – для постройки жилья, третьи – для изготовления орудий труда, четвертые – для украшения помещения или лечения различных болезней.

       Данная работа посвящена уникальному растению – медунице. Мы углубимся в ее внутренний мир, установим ее связь с такими науками, как биология, химия и даже медицина.

       Итак, давайте начнем с самого простого. Царство растений, во-первых, удивляет нас своим многообразием цветовых оттенков. Цветовая палитра настолько разнообразна, что невозможно сказать, сколько цветов и их оттенков существует в мире растений. Таким образом,  возникает вопрос: от чего зависит окраска тех или иных растений? Какова структура растений? Что они содержат в себе?  Каковы их свойства?

        Чем дальше мы погружаемся в мир растений, тем мы задаемся все больше и больше другими вопросами. Оказывается, цвет растений определяется химическим составом клеточного содержимого каждого растения. А точнее, всему виной являются, так называемые, биофлавониды. Это химические природные соединения, придающие определенный цветовой оттенок  и свойства любому растению. Поэтому биофлавонидов существует множество.

        Говоря о пользе растений, то здесь нет спору об этом. С древности человечество применяло их в качестве лекарственных средств. Поэтому недаром возникла народная медицина, основанная на уникальных и лекарственных свойствах растений.

Цели и задачи исследования.   

     А теперь я хочу объяснить, почему мною выбрана данная тема. Во-первых, мне интересны свойства растительных объектов. Во-вторых, какова их роль в такой науке, как химия? В - третьих, как можно использовать свойства растений? Поэтому я рассмотрел  такое  интересное раннецветущее растение как медуница неясная (Pulmonaria obscura Dum.) (приложение 2 фото 1).

      Считаю, актуальность темы заключается в том, что на сегодня все больше и больше интересуют свойства растительных объектов для применения и использования в разных областях науки, таких как биология, химия, медицина.

      Цель моей работы: с помощью исследования выяснить причину наличия цветков разной окраски в соцветии медуницы.

Задачи исследования:

Изучить биологические особенности медуницы.

Исследовать цветки медуницы на наличие индикаторов - антоцианов. 

Доказать наличие природных индикаторов – антоцианов в растительных объектах и установить их индикаторные свойства.

Определить практическое применение биоиндикаторов.

     Работа проводилась в течение 2011 года. При выполнении работы использовались следующие методы исследования:

наблюдение;

описание;

сравнение;

эксперимент

     Для того, чтобы определить видовую принадлежность растения, описать исследуемое растение, был использован школьный атлас-определитель высших растений,  Красная книга Смоленской области. Из научно-популярной и методической литературы был собран материал об антоцианах, их свойствах, значении.

2. Почему они такие разные?

Биологические особенности медуницы.

          Медуница полюбилась  нашему народу с былинных времен.  В подводном царстве о ней тосковал Садко!

          Чем же замечательна наша обычная медуница неясная? (приложение 2 фото 1). Какие тайны она хранит в себе? Прежде, чем ответить на эти вопросы, пользуясь методом описания, рассмотрим биологические особенности строения растения, найденного в апреле  2011 года недалеко от нашей деревни Мирополье (приложение  1,  карта- схема 1)

            Русское название рода, используемое в научной и научно-популярной литературе — медуница — совпадает с традиционным русским названием рода и связано с медоносными свойствами представителей рода: в цветках растения содержится много нектара, к тому же это один из самых ранних медоносов. Иногда встречаются и другие русские названия рода или отдельных его видов: «пульмонария» (по транслитерации научного названия), «лёгочница» и «лёгочная трава» (и как народное название для тех видов, которые употреблялись для лечебных целей, и как перевод научного названия), «медуника» «медунка».

        Как и некоторые другие растения, цветущие очень рано, сразу после таяния снега, медуницу в некоторых регионах России называют «подснежником.

       Это многолетнее корневищное растение. Высота наблюдаемых нами растений составляла от 10 до 28 сантиметров. Надземная часть растения весной  представляет собой лишь стебель с цветками и небольшими листьями (1), летом же, после увядания стебля, надземная часть состоит из довольно больших прикорневых листьев (3).Корневище ползучее, многолетнее, ветвистое. Стебель прямостоячий, обычно с  шероховатым опушением (2).

     Листья цельные, ланцетовидные, заострённые на верхушке. Прикорневые листья — на длинных черешках, начинают расти после того, как растение зацветёт; стеблевые — существенно меньшего размера, немногочисленные, сидячие.

     Цветки с двойным околоцветником. Чашечка сростнолистная, колокольчатая, пятизубчатая (пятилопастная). Венчик колокольчатый (ворончатый), пятидольный, с развитой трубкой и открытым зевом, в котором находятся пять пучков волосков. Тычинок пять. Столбик цельный, голый, с цельным головчатым рыльцем. Цветки собраны в верхушечные соцветия — завитки (приложение 1, схема – рисунок 1)

      Все знают, что если роза распустилась красной, то такой она остается и до конца цветения. Ромашка, пока цветет – белая с желтой серединкой, колокольчик – синий. Но, оказывается, так бывает не всегда.

       И именно медуница обладает особенностью цветения. Метод наблюдения позволил нам смотреть  и удивляться – на одном и том же растении некоторые цветки розовато-малиновые, а другие васильково - синие. На следующий день смотришь – весь цветок из розового превратился в синий. Почему со временем окраска цветков медуницы изменяется?

 2.2..   Природные индикаторы     

       Обратимся вначале к теории биологи, истории биологии и химии. С древности люди уделяли большое внимание наблюдениям за природой. И в наше время ученые многих стран все больше и больше обращаются к природным индикаторам. Пигменты многих растений способны изменять цвет в зависимости от кислотности клеточного сока. Поэтому растительные пигменты  являются индикаторами, которые можно применить для исследования кислотности других растворов. Общее название природных пигментов – флавониды. Антоцианы – это природные красители из группы флавонидов,   сложные неустойчивые соединения, в клетках растений их обычно содержится несколько. Известно большое количество объектов, богатых флавонидами. Антоцианы придают фиолетовый, синий, коричневый, красный или оранжевый цвета плодам. Такое многообразие объясняется тем, что цвет изменяется в зависимости от баланса кислот и щелочей. Строение антоцианов установлено в 1913 году немецким биохимиком Р.Вильштеттером. Первый химический синтез осуществлен в 1928 году английским химиком Р.Робинсоном. Разнообразие окраски объясняется не только особенностями их строения (приложение 2, схема 2), но и образованием комплексов с ионами калия, магния и кальция. Образованию антоцианов благоприятствуют низкая температура, интенсивное освещение. Антоцианы обладают хорошими индикаторными свойствами.  

        Индикаторы – это своеобразные сигналы, которые мгновенно реагируют на состояние среды. Известно, что индикаторы подразделяются на химические и природные. В нашем исследовании перед нами стояла задача – доказать наличие природных индикаторов – антоцианов в растительных объектах и установить их индикаторные свойства. Нами были взяты следующие растения: медуница, окопник, анютины глазки. Было установлено, что эти растения действительно содержат природные индикаторы – антоцианы. Далее мы исследовали их индикаторные свойства. Для этого мы наблюдали изменение окраски цветков медуницы, окопника, анютиных глазок, помещенных в растворы кислот и щелочей. И действительно, окраска природных пигментов частей этих растений изменяется следующим образом: в кислой среде – на красный цвет, а в щелочной  среде – на синий цвет.      

 2.3. Результаты исследования

2.3.1. Действие кислоты и щелочи на цветки медуницы.

ОПЫТ 1.

Цель: выявить действие раствора уксусной кислоты и нашатырного спирта на цветки медуницы.

Оборудование: стакан, фарфоровые чашки, пипетка, пробирки.

Реактивы: дистиллированная вода, нашатырный спирт, раствор уксусной кислоты, цветки медуницы.

Методика:

Из стакана в  химическую фарфоровую чашку наливается  10 мл дистиллированной воды.

В  чашку с водой опускаются розовый (молодой) цветок медуницы и  синий (старый) цветок медуницы того же соцветия (приложение 3 фото 2).

К цветкам в дистиллированной воде по каплям из пипетки добавляется несколько капель раствора уксусной кислоты.

Наблюдение изменение окраски цветков.

Взять еще одну чашку с другой парой таких же цветков,  только из другого соцветия. В эти чашки добавить из пипетки раствор нашатырного спирта.

Наблюдение изменения окраски цветков (приложение 3, фото 3)

7. Добавить еще несколько капель нашатырного спирта. Наблюдать изменение окраски цветков (приложение 3, фото 4)

Выводы:

Нейтральная среда (дистиллированная вода) не вызывает окрашивания цветков.

В растворе уксусной кислоты розовые (молодые) цветки остаются розовыми, синие (старые)     розовеют.

В растворе нашатырного спирта розовые (молодые) цветки синеют, синие (старые) – остаются синими.

Щелочной раствор большей  концентрации вызывает жёлто-зелёное окрашивание лепестков.

Общий вывод:

      Окраска венчика цветка медуницы зависит от присутствия в лепестках особого красящего вещества – антоциана. Это вещество изменяет свой цвет: розовеет от кислоты, синеет от щелочи. С возрастом цветка состав клеточного сока в лепестках медуницы изменяется: кислый вначале сок затем становится щелочным. Изменяется и окраска антоциана: он синеет.

2.3.2. Определение наличия антоцианов в цветках других растений.

      Мы убедились, если часть растения имеет голубой, синий и фиолотевый цвет, то нет никакого сомнения в том, что его окраска обусловлена антоцианами. Мы решили еще раз проверить это, но уже на  цветках окопника лекарственного (приложение  3  фото  5),  растущего на территории приусадебного участка учителя биологии.                               

        Окопник лекарственный (лат.Symphytum officinale) - многолетнее травянистое растение, вид рода Окопник. Также как и медуница относится к  семейству Бурачниковых (Boraginaceae). Высотой до 1 м. Корень крупный, сочный, черно-бурый, отходит от короткого корневища. Стебель ветвистый, покрыт жесткими волосками. Листья крупные, очередные, яйцевидные или яйцевидно-продолговатые, длинно-заостренные; верхние - ланцетовидные, сидячие. Цветки розовые или грязно-пурпурные, в завитках. Цветет в мае - июле.

       В одной  фарфоровой  химической  чашке приготовили раствор соляной кислоты, в другой – раствор гидроксида натрия. При помещении цветков разной окраски в растворы кислоты и щелочи мы наблюдали изменение окраски лепестков. В растворе гидроксида натрия розовые цветки окопника приобрели синюю окраску, в растворе соляной кислоты – окраска не изменилась. Синие цветки окопника в чашке с раствором гидроксида натрия не изменили своей окраски, а в растворе соляной кислоты окрасились в розовый цвет. Данный опыт позволил сделать вывод о наличии антоцианов и в цветках окопника.

      В предыдущих опытах мы проводили наблюдение за цветками разной окраски одного и того же растения? А если цветок окрашен в разные цвета и часть лепестков имеет  синюю окраску, изменится ли цвет его лепестков? Для этого мы взяли цветки анютиных глазок (фиалки Витрокка) (приложение 3 фото 6, 7) и поместили их в раствор  уксусной кислоты (приложение 3 фото 8). Часть цветка, имеющая синюю окраску, приобрела розово-красную окраску. Значит, в цветках анютиных глазок тоже содержится антоциан.

2.3.4.Индикаторы своими руками.

        Узнав об удивительных свойствах антоцианов, мы задумались, а нельзя ли эти свойства использовать в практических целях?  Например, для изготовления индикаторной бумаги, которой  можно было бы пользоваться   при проведении опытов на уроках химии.

        Оказалось, что антоцианы легко извлечь из любых синих или красных частей растения.

Опыт 2.

Цель: получить вытяжку сока цветков растений, содержащих антоцианы Оборудование: стакан, ступка, пестик,  фильтровальная бумага, воронка,  колба.

Реактивы: речной песок, дистиллированная вода, цветки анютиных глазок (фиалки Витрокка) (фото 9, 10)

Методика:

В ступку насыпать  речной песок.

К речному песку добавить лепестки цветков анютиных глазок.

Пестиком растереть лепестки вместе с песком.

Полученную смесь высыпать в стакан.

Добавить дистиллированной воды, размешать.

Полученный раствор профильтровать.

Пропитать полоски бумаги полученным соком.

Проверить действие кислоты и щелочи на бумагу.

Вывод:

Антоцианы можно извлечь из клеточного сока растений механическим способом.

Цвет полученного раствора убедил нас в том, что антоцианы растворимы в воде.

      В 1867 году пропитав фильтровальную бумагу отваром тропического лишайника – лакмуса Р.Бойль положил начало применению индикаторной бумаги («реактивные бумажки»).  

Мы решили попробовать изготовить самостоятельно индикаторную бумагу для использования ее на уроках химии при определении растворов кислой и щелочной среды.

Опыт 3.

Цель: научиться  изготавливать индикаторную бумагу.

Оборудование: ножницы, фильтровальная бумага, стакан, колба, пипетка, предметное стекло.

Реактивы: вытяжка сока цветков анютиных глазок, раствор соляной кислоты, раствор гидроксида натрия.

Методика: 

Нарезать полоски фильтровальной бумаги размером 1х5 см.

Пропитать полученные полоски вытяжкой сока растений.

Высушить полоски бумаги на предметных стеклах.

На 1 полоску капнуть из пипетки несколько капель раствора соляной кислоты, на другую – раствора щелочи.

Вывод:

Наблюдалось изменение индикаторных свойств полученной бумаги.

      Данное исследование нам показало, что в природе существуют такие растительные объекты, которые меняют свою окраску в зависимости от кислотности среды. 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.

       Впрочем, было бы неправильно связывать окраску антоцианов лишь с их индикаторными свойствами. Исследования последних лет показали, что антоциановая пигментация растительных тканей определяется и многими другими факторами. Цвет антоцианов может меняться, например, в зависимости от того, с какими ионами они находятся в комплексе.

      Антоцианы имеют огромное биохимическое значение. Поступая в организм человека с фруктами и овощами, антоцианы проявляют действие, схожее с витамином Р, они поддерживают нормальное состояние кровяного давления и сосудов, предупреждая  внутреннее кровоизлияние.

       Антоцианы являются мощными антиоксидантами, которые нейтрализуют свободные радикалы, которые в свою очередь губительно действуют на наш организм. Таким образом, антоцианы являются гарантами долгой и здоровой жизни клеток, а значит, продлевают и нашу жизнь. Многие исследования подтвердили пользу антоцианов для зрения. Также они помогают снизить уровень сахара крови. Особенно это касается тех людей, которые больны сахарным диабетом. Чтобы получить всю эту пользу, ученые советуют съедать в день всего полстакана черники – свежей или замороженной. Поэтому препараты, содержащие чернику, наиболее востребованы в медицине.

3. Выводы.

       По результатам  нашего исследования было доказано, что окраска венчика медуницы зависит от присутствия в лепестках цветка особого красящего вещества – антоциана.     Содержащиеся в клетках медуницы растительные пигменты (антоцианы), которые придают окраску лепесткам, меняют свой цвет в зависимости от кислотности клеточного сока.                     У молодых цветков медуницы клеточный сок кислый, поэтому антоцианы розовой окраски. А в процессе старения цветков кислотность их сока снижается, поэтому антоцианы постепенно синеют. Это вещество  изменяет свой цвет: розовеет от кислоты, синеет от щелочи. С возрастом цветка состав клеточного сока в лепестках цветка медуницы изменяется: кислый вначале сок, затем становится щелочным. Изменяется и окраска антоциана – он синеет.

      Во время проведения нашей исследовательской работы мы научились изготавливать индикаторные бумажки, которые можно использовать и применять как в быту, так и в химии для других разных исследований.

    По итогам работы хочется сделать вывод,  что растение медуница – удивительное. Благодаря этому растению мы узнали много нового из таких областей как биология, химия, медицина. Но так как мир растений полностью еще не изучен, то есть возможность задавать новые вопросы и самим искать на них ответы, проводя различные исследования.

Например, можно ли с помощью окраски цветков растений на садовом участке определить кислотность почвы.

Это прозвище недаром у красивого цветка.

Капля сочного нектара и  душиста и сладка.

От простуды излечиться вам поможет медуница.

В лес пойдете, не забудьте Медунице поклониться.

     Литература.

Ветчинский В.А. Антропогенное загрязнение атмосферы и растения. - М.: Просвещение, 2002. – 256с.

Вронский В.А. Растительный индикатор. - СПб.: Паритет, 2002. – 253с.

Губанов И. А. и др. Определитель высших растений средней полосы европейской части СССР: Пособие для учителей / И. А. Губанов, В. С. Новиков, В. Н. Тихомиров. — М.: Просвещение, 1981. — С. 199, 201—202. — 287 с.

Зацер Л.М. К вопросу об использовании растений-индикаторов в химии. – М.: Наука, 2000. – 253с.

Красная книга Смоленской области. Книга редких и находящихся под угрозой исчезновения видов животных и растений. (Ответственный редактор Н.Д.Круглов),  - Смоленск: Смол. гос. Пед. Ин-т. – 294 с., ил.

Леенсон И.А. Занимательная химия: 8-11 классы. - М.: Просвещение, 2001. – 102с.

Мешкова О.В. Новейший полный справочник школьника: 5-11 классы. Химия. - М.: Просвещение, 2008. – 384 с.

Ольгин О.Р. Опыты без взрывов. - СПб.: Паритет, 1998. – 75с.

Сгибнева Е.П., Скачков А.В. Современные открытые уроки химии 8 – 9 классы.  (Серия «Школа радости».) – Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2002. – 320 стр.