Ключевые слова: физиология растений, морфология растений, листопад, фотосинтез, пигменты, хлорофиллы, каротиноиды, ксантофиллы, микроскопирование
В условиях умеренного климата в осенне-зимний период большинству растений, в частности деревьям и кустарникам, не хватает воды [1]. В это время она находится в грунте в замерзшем состоянии и не может проникать в клетки растений, поэтому у многих видов растительных организмов наблюдается листопад, играющий роль защитного механизма, предотвращающего значительное испарение влаги. Листопад — важное физиологическое явление, в процессе которого происходят морфологические изменения деревьев и снижение физиологической активности их листьев [5]. Морфологические изменения видны невооруженным глазом и носят сезонный характер: чаще всего листопад у разных видов деревьев и кустарников средней полосы России охватывает период с конца августа до конца ноября [4]. Происходит изменение цвета листьев за счет разрушения фотосинтетических пигментов, изменяется структура и форма листа [2]. В нашей работе мы задались вопросами: как это выглядит изнутри? Что происходит в клетках листьев, как и почему они так сильно меняются? Ответ можно легко найти, используя микроскоп с подключенной к нему фотокамерой. Данное устройство помогает сделать подробные микрофотографии и упрощает проведение детального анализа полученных нами данных.
Рис.1. Отбор листьев сирени для микроскопирования
На листопадные изменения мы исследовали сирень обыкновенную. Обосновать данный выбор можно тем, что этот вид очень долго сохраняет свои листья зелеными, и изменения во время листопада происходят постепенно, в несколько этапов. Отбор опытных образцов для микроскопирования проводился в октябре 2018 года, во время которого мы взяли листья, находящиеся на разных этапах жизненного цикла.
Первая группа листьев: росли на кусте и сохраняли насыщенный зеленый цвет с незначительными внешними изменениями, вторая группа: были вялыми и легко отделялись от ветвей, третья группа: листья, отделившиеся от куста и опавшие на землю.
Во время исследования проведено микроскопирование черешков листьев этих групп, а также зафиксированы изменения, происходящие в самих листовых пластинках. Доказательства внутренних изменений в листьях, которые можно было диагностировать, приведены на микрофотографиях, представленных ниже.
Рис. 2. Некрозы и хлорозы — нарушенные участки листьев в период листопада
Видны некрозы (рис.2) — участки мертвых клеток, они черные и темно-коричневые, возникли из-за нарушений в листе и недостатке питания. В листьях первой группы при анализе их микропрепаратов хорошо заметны участки, где начинает разрушаться хлорофилл — пигмент, который придает листьям тот самый зеленый цвет [3]. При разрушении такой участок становится желтым, там остаются пигменты желтого и оранжевого цвета — это каротиноиды и ксантофиллы.
Рис. 3. Изменения эпидермы черешка листьев в период листопада
На микрофотографии черешка (рис.3) четко видна верхняя покровная ткань — эпидерма, выделенная стрелкой. Хорошо заметна граница между внутренними тканями черешка и эпидермой: она готова отделиться, так как перестает выполнять свои защитные функции. У листьев, черешки которых легко отделялись, наблюдались участки покровной ткани, где она разрушена частично или полностью — данное изменение зафиксировано на рис. 3 слева.
Рис. 4. Изменение цвета листа за счет разрушения фотосинтетических пигментов
На рисунке 4 представлены результаты анализа листьев сирени, опавших с куста. Микрофотография слева — это некротированный край листа, полностью отмерший, поэтому и клетки такого темного оттенка. На микрофотографии справа — обширные участки с разрушенными зелеными пигментами, которые после разрушения становятся желтыми.
Полученные результаты позволяют говорить о том, что раньше всего в период листопада в листьях деревьев и кустарников разрушается хлорофилл, «маскирующий» пигменты другого цвета — каротиноиды и ксантофиллы, которые мы наблюдаем в виде светло-желтых участков, и только после этого происходит обширное отмирание тканей листьев. Таким образом, микрофотографии, полученные и проанализированные нами во время исследования, показали, что один из главных факторов внутренних изменений в клетках во время листопада — это разрушение фотосинтетических пигментов.
Литература:
- Левченко В. В. Листопад и осенняя окраска листьев / В. В. Левченко, зав. Бауманск. педагогич. музеем в Москве, М. И. Сидорин, препод. Моск. межевого ин-та. — Вологда: Б. и., 1925 (Северный печатник). — 75, [2] с., 24 ил.
- Заленский О. В. Эколого-физиологические аспекты изучения фотосинтеза / Тимирязевские чтения. — Л.: Наука, 1977. Вып. 37. 57 с.
- Лебедева Т. С., Сытник К. М. Пигменты растительного мира. — Киев: Наукова думка, 1986.
- Чернова И. М., Былова А. М. Экология. М., Просвещение, 255с.
- Электронный ресурс: Листопад. Значение листопада. Режим доступа http://bio-learn.com/bakterii-griby-rasteniya/carstvo-rasteniya/listopad-znachenie-listopada
