Линия УМК В. В. Пасечника. Биология (5-9)

Биология

Окружающий мир

Почему осенью на деревьях желтеют и опадают листья?

С приходом осени внешний вид деревьев меняется. На смену густым зелёным кронам приходят яркие багряно-красные «шапки» листьев, которые потом и вовсе опадают. Почему зелёные листья меняют свой окрас, и зачем деревья избавляются от своей листвы каждый год? Разбираемся в подробностях жизни деревьев с научной точки зрения.

Листья цвета лета

За изумрудную листву любого растения отвечает специальное вещество хлорофилл - пигмент, придающий листьям зелёный окрас. Он не только дарит свежий травяной цвет, но и питает растения, участвуя в процессе образования глюкозы и прочих питательных веществ.

Вырабатывается этот пигмент благодаря процессу фотосинтеза. Листья поглощают углерод, а выделяют кислород. Происходит это в комфортных условиях - при наличии тепла и солнца. Помимо кислорода при фотосинтезе вырабатывается и известный нам хлорофилл.

С наступлением холодного времени года солнечный день укорачивается: погода уже не радует теплом, света становится меньше. Хлорофилл перестаёт активно вырабатываться, и на смену ему приходят другие пигменты.

Каждый Охотник Желает Знать

Осенними красками листва обязана особым веществам-пигментам. Каротин отвечает за оранжевый цвет. Такой пигмент можно встретить не только на осенних кронах деревьев, но и в обычной морковке. Жёлтые листья появляются благодаря ксантофилу, а красные - антоциану.

Условия выработки пигментов разные. Если хлорофиллу нужно много тепла и солнца, то ксантофилу и каротину достаточно тепла и немного света. А вот чтобы получить много багряных листьев, нужна холодная погода и яркое солнце. Мороз и обилие света - это условия появления большого количества антоциана в листве.

Предлагаемая тетрадь - часть учебного комплекса к учебнику А. А. Плешакова, Н. И. Сонина «Биология. Введение в биологию. 5 класс». Специальными знаками отмечены задания, направленные на формирование метапредметных умений (планировать деятельность, выделять различные признаки, сравнивать, классифицировать, устанавливать причинно-следственные связи, преобразовывать информацию и др.) и личностных качеств учеников. Материал в тетради расположен в той же последовательности, что и в учебнике.

Листья жёлтые над городом кружатся

Осенней порой деревья сначала радуют нас яркими красками, но с приближением зимней поры начинают избавляться от листьев. Зачем и почему так происходит?

С приходом холодного времени года почва начинает промерзать. Деревья перестают получать нужное количество влаги и питательных веществ. Жизненные процессы начинают останавливаться, растения уходят в спячку. Для того чтобы не тратить силы на питание, растения вынуждены избавляться от лишнего груза - и сбрасывать листву.

У основания черешка (узкая часть листа, место крепления листовой пластинки к стеблю) образуется особый отделительный пробковый слой, блокирующий «доставку» питательных веществ от дерева. Обессиленным листьям становится всё сложнее держаться на ветках и постепенно они начинают опадать. Как и при появлении разноцветной кроны, так и при листопаде, все процессы не протекают мгновенно. Именно поэтому сначала мы видим размеренную смену красок листвы, а затем медленное избавление деревьев от своего яркого наряда.

Листопад - обязательное условие существования деревьев, помогающее им ежегодно обновлять свою листву. С приходом весны через корни деревья снова начинают получать необходимое количество воды из оттаявшей почвы и возрождают свою пышную крону.

Но и среди хвойных деревьев есть исключения, например, лиственница. Она произрастает в суровых условиях и не может испарять влагу зимой. Поэтому, как и лиственные деревья, также с приближением зимы сбрасывает свою хвою.

Мы привыкли к тому, что осенью листва желтеет и деревья сбрасывают до весны их. Любуемся жёлтой листвой, восхищаемся романтизмом осени, но не знаем, отчего же всё-таки происходит пожелтение листьев. А этому, оказывается, есть научное объяснение.

Долгие годы учёные изучали листья и то, как они меняют свой цвет осенью. Молекулы , отвечающие за яркие оттенки жёлтого и оранжевого, уже не являются загадкой, а почему листья приобретают красный цвет пока остается тайной.

Реагируя на смену температуры воздуха и меньшее количество дневного света, листья перестают вырабатывать хлорофилл (который придает зелёный цвет), поглощающий синий и частично красный свет, излучаемые Солнцем. Так как хлорофилл чувствителен к холоду, некоторые изменения в погоде , такие как ранние заморозки, "отключат" его выработку быстрее обычного.

В это время оранжевые и жёлтые пигменты, называемые каротиноиды (которые также можно встретить в моркови) и ксантофиллы светят через листья, у которых не осталось зелёного цвета. "Жёлтый цвет присутствует в листьях всё лето, но его не видно пока не исчезнет зелёный" говорит Пол Шаберг

"Желтый цвет присутствует в листьях всё лето, но его не видно, пока не исчезнет зелёный" говорит Пол Шаберг (Paul Schaberg), физиолог растений из Лесной службы США. Но у учёных пока мало информации о красном цвете, который появляется у некоторых листьев осенью. Известно, что красный цвет происходит от антоцианидов , которые, в отличие от каротиноидов, вырабатываются только осенью. Антоцианиды также придают цвет клубнике, красным яблокам и сливам.

Деревья вырабатывают антоцианиды, когда чувствуют смену в окружающей среде - заморозки, ультрафиолетовое излучение, засуху и/или грибок . Но красные листья также являются признаком болезни дерева. Если вы заметили, что листья дерева раньше обычного (в конце августа) стали красного цвета, вероятнее всего дерево страдает от грибка, или оно было где-то повреждено человеком.

Почему дерево тратит свою энергию, чтобы выработать

новые антоцианиды в листе, когда этот лист вот-вот опадёт?

Пол Шаберг считает, что если антоцианиды помогают листьям оставаться на дереве дольше, они могут помочь дереву впитать больше полезных веществ до того, как листья опадут. Дерево может использовать впитанные ресурсы, чтобы расцвести в следующем сезоне.

Антоцианины

Тема антоцианинов немного сложнее для изучения, нежели остальные компоненты деревьев. Несмотря на то, что все деревья содержат хлорофилл, каротин и ксантофиллы, не все вырабатывают антоцианины. Даже те деревья, которые имеют антоцианины, вырабатывают их только при определённых условиях. До того, как дереву избавиться от своих листьев, оно пытается впитать как можно больше питательных веществ из листьев, и в этот момент в роль вступает антоцианин.

У учёных есть несколько ответов на вопрос, почему некоторые деревья вырабатывают это вещество, и листья меняют свой цвет.

Самая распространённая теория говорит о том, что антоцианины защищают листья от переизбытка солнечного света, при этом позволяя дереву впитывать полезные вещества, хранящиеся в листьях. На дереве эти пигменты играют роль солнцезащитного крема , блокируя опасное излучение и охраняя листья от переизбытка света. Они также защищают клетки от быстрого замерзания. Их пользу можно сравнить с пользой антиоксидантов.

Большое количество солнечного света, сухая погода, морозная погода, низкий уровень питательных веществ и другие стрессовые факторы повышают концентрацию сахара в древесном соке . Это запускает механизм выработки большого количества антоцианинов в последней попытке накопить энергию, чтобы пережить зиму.

Учёные полагают, что изучение антоцианидов поможет понять уровень болезни каждого дерева. Это, в свою очередь, в будущем даст более понятную картину о проблемах окружающей среды. Как говорил персонаж книги и мультфильма Лоракс: "Цвет деревьев однажды сможет сообщить нам, что чувствует на данный момент дерево".

Осенний листопад

Осенний листопад – необычайно яркое и удивительное явление природы, которое поражает красотой. Глядя на облетающие золотые листья, которые стелятся мягкими коврами, непременно возникает вопрос: как устроен этот процесс и почему , собственно, осенью опадают листья?

Многие виды деревьев освобождаются от листьев для выживания в неблагоприятных погодных условиях. В тропиках и субтропиках листва осыпается в начале сухого сезона, в регионах с умеренным климатом деревья теряют листья осенью, когда приближается холодная погода. Деревья, которые сбрасывают листья в определённое время года, известны как лиственные деревья. Деревья, листва которых не опадает, называются вечнозелёными деревьями.

Большинству видов лиственных деревьев присущи широкие листья, которые осыпаются в холодную или засушливую погоду. Вечнозелёные деревья, в отличие от лиственных, растут во влажном, тёплом климате, либо имеют устойчивые к погоде иглы.

: Вечнозелёные деревья сохраняют листья в течение года, поскольку их листва покрыта воском, который защищает от холода, а в их клетках содержатся антифризные химические вещества, которые не дают дереву замерзнуть при низких температурах окружающей среды. Лиственные деревья же, наоборот, очень восприимчивы к холоду.

Вечнозеленые деревья сохраняют листву в течение года

Причины листопада:

• продолжительность светового дня;
• повреждение листьев;
• засушливый климат;
• холодный климат;
• опыление деревьев.

Продолжительность светового дня

Разрушение хлорофилла в листе при сокращении светового дня

Осенью постепенно сокращается продолжительность светового дня. По мере снижения воздействия дневного света в листьях уменьшается производство хлорофилла – зелёного пигмента, с помощью которого растение поглощает солнечный свет и затем превращает его в питательные вещества; и замедляется процесс фотосинтеза (который осуществляется при участии хлорофилла), пока не остановится. В результате этого прекращается выработок сахарозы, которую растения используют в качестве пищи, и, следовательно, ограничивается поступление в дерево элементов питания. Чтобы уменьшить потребность в питательных веществах и противостоять холоду или засухе деревья сбрасывают листву.

: Замечено, что лесные деревья быстрее сбрасывают листву, чем городские. Это связано с тем, что в городе больше освещения, включая искусственное (фонари, свет окон, машин и пр.).

Повреждение листьев

К концу лета листья повреждаются насекомыми, болезнями или общим износом и готовы к обновлению. С приходом осени деревья сталкиваются с низкой температурой окружающей среды, холодными ветрами и другими условиями, которые также повреждают листья. По этим причинам листва опадает. Кроме того, помимо питательных веществ в листьях собираются вредные вещества (метаболиты, излишние минеральные соли). Поэтому, избавляясь от листьев, растение очищается.

Засушливый климат

Лиственные деревья сбрасывают листву в засуху, чтобы избежать высыхания

При жаркой погоде листья испаряют много влаги. Корни дерева, снабжая листья, теряют большое количество воды. Листва хвойных, т. н. вечнозелёных деревьев, не подвергается опаданию, поскольку их иглы, занимая небольшую площадь поверхности, требуют меньше влаги по сравнению с лиственными деревьями. Таким образом, лиственные деревья сбрасывают листву в засушливый период, чтобы уменьшить потребность во влаге и избежать высыхания.

Холодный климат

Осенью деревья, ощущая сокращение дневного света и снижение температуры воздуха, начинают готовиться к холодам. Чтобы сохранить достаточное количество водных и энергетических ресурсов для зимнего периода, растения накапливают питательные вещества и избавляются от листьев. Этот процесс происходит циклически и не несёт вреда для растения. Так начинается осенний листопад.

Накопление питательных веществ

Деревья собирают ценные питательные вещества (нутриенты) из листьев и накапливают их в корнях для дальнейшего применения. Хлорофилл (пигмент, окрашивающий листья в зелёный цвет) первым разлагается на элементы питания. Кстати, в связи с этим листья осенью меняют цвет с зелёного на оранжевый, багровый, золотой.

Отделение листьев от дерева

Отделительный слой клеток отделяет лист от ветки, в результате чего происходит процесс листопада

Листья отсекаются от дерева с помощью отделительного слоя, который образуется в месте, где стебель листа соединяется с веткой, и представляет собой скопление клеток. По мере того, как осенние дни сокращаются, этот слой забивает сосуды на стебле листа, которые перемещают в лист воду, а в дерево – нутриенты. После того, как стебель забивается, слой становится сухим и чешуйчатым и, в результате разложения, отделяет лист от дерева. На месте отпавших листьев весной появляются новые стебли и отрастают листья.

Деревья, избавившись от листьев, входят в состояние анабиоза, которое сравнивается с глубоким сном. В это время растение использует запасы питательных веществ, отложенные летом.

Польза опавших листьев

Опавшая листва продолжает приносить деревьям пользу

Опавшие листья не теряют экологического значения. При разложении их полезные вещества стекаются в почву и кормят будущие поколения растительной и животной жизни. Благодаря этому дерево получает необходимые нутриенты для выращивания новых листьев. Кроме того, слой сброшенных листьев, укрывающий почву, согревает дерево и защищает от промерзания в холодную пору.

Вполне вероятно, что опавшая листва представляет собой главный фактор выживания не только деревьев, но и лесов в целом.

Опыление деревьев

Сбрасывание листьев деревьями также повышает эффективность опыления цветущих растений. Когда на ветках отсутствуют листья, ветряная пыльца распространяется на большие территории и, соответственно, охватывает больше деревьев.

Ответ на вопрос почему осенью опадают листья очевидный: опадание листьев помогает деревьям сохранять энергию и воду , т. е. выполняет энергосберегающую функцию и поддерживает водный баланс в организме растения. Сбрасывание листьев – способ адаптации деревьев к погодным условиям.

Кроме того, опадание листьев на деревьях не зависит исключительно от климатических изменений, это естественный процесс, заложенный природой в биологический цикл (комнатные растения также сбрасывают листья), который помогает им обновляться.

Давно доказано, что растения - это живые существа. Они, так же, как и животные, питаются, дышат, размножаются. В них происходят тысячи биохимических реакций, образуются полезные питательные вещества, из них выводятся продукты распада в результате метаболизма. То есть все процессы, характеризующие проявление жизни, присутствуют и в растениях, делающих нашу планету невообразимо прекрасной, чистой и разнообразной.

Биологические ритмы

Как растения дышат? Почему желтеют листья у них? Чем они питаются? Как растут? Множество вопросов возникает у тех, кто видит эти удивительные создания, столь многообразные, красивые, яркие и разноцветные.

Для всех растений характерны определенные так же, как и для других живых организмов. К ним можно отнести:

• раскрывание бутонов и их закрытие под влиянием длины и химического состава окружающей среды;
• интенсивное наращивание массы побега;
• сжатие и раскрытие устьиц на листьях;
• усиление или ослабление дыхания, фотосинтеза;
• листопад и другие.

Таким образом, ответ на вопрос о том, почему желтеют листья у растений, кроется в механизмах биологических ритмов. Именно эти процессы позволяют им приспосабливаться к условиям среды, выживать в них, осуществлять жизнедеятельность максимально эффективно, расти и развиваться, реагировать на химические и физические воздействия со стороны природы, человека, животных и так далее.

Почему желтеют листья на деревьях, например? Это также одно из проявлений биологического ритма, направленного на сохранение жизнеспособности особи в условиях пониженных температур и сокращения количества солнечного света и влаги. Цвет же листовой пластинки определяется особыми веществами в ее составе.

Почему желтеют и опадают листья? Да потому что происходит перестройка химических реакций внутри растительного организма. Каждый представитель флоры содержит в своем составе ряд пигментов - веществ, определяющих окраску органов (листьев, венчиков цветков, стеблей и так далее). Всего можно выделить четыре основные группы таких соединений:

Все перечисленные пигменты в первую очередь дают внешнюю реакцию на изменение состояния особей. Почему у растений желтеют листья, что вызывает такие проявления, рассмотрим подробнее.

Причины листопада у деревьев

Явление листопада - одно из самых красивых в природе. Именно поэтому осень - излюбленное время года многих поэтов. Ведь окружающая красота просто не может не стать источником вдохновения для творческих людей. Многоцветье кругом, желтые, зеленые, красные, оранжевые и даже буро-фиолетовые оттенки просто кружат голову, а запах опавших листьев приятно радует обоняние.

Чем же вызваны такие изменения и всегда ли это нормально? Рассмотрим причины листопада у деревьев. Их можно объединить в две группы: естественные и вынужденные. Каждая включает в себя ряд пунктов и объяснения к ним.

Естественные

К таковым причинам относятся сезонную смену погодных условий, а также изменение длины светового дня. Все лето зеленые гиганты готовятся к этим ритмическим переменам. Накапливают питательные вещества и запасают их в стеблях и стволе, активно осуществляют процессы фотосинтеза и дыхания, потребляют максимально возможное количество влаги.

С наступлением холодов, укороченных световых дней внутри листовых пластин начинаются преобразования.

1. Пигмент хлорофилл начинает действовать все меньше, окраска бледнеет. Это дает возможность проявиться другим пигментам. В результате листья желтеют, краснеют и так далее. Каким будет цвет опадающей листвы, зависит от генетических особенностей вида дерева. Причем интересен факт, что чем ярче солнце в осеннюю пору, тем быстрее разрушается хлорофилл, и листья желтеют. Во время затяжных дождей деревья дольше радуют зеленью.
2. За время летнего периода в пластинах листов накапливается множество продуктов метаболизма, солей, минеральных веществ. Это делает лист тяжелым, и он постепенно начинает отслаиваться в районе черешка от стебля.
3. У основания черешка, между ним и стволом, начинаются процессы образования специального тканевого слоя, постепенно отторгающего лист.
4. Под воздействием механических факторов (дождь, ветер, гроза и так далее), собственной тяжести все листья начинают поочередно опадать.

Вынужденные

На вопрос о том, почему желтеют листья, есть и другой ответ. Это происходит по вынужденным причинам, таким как:

Порой осень предстает перед нами в сером цвете. Хмурое свинцовое небо, серая стена дождя – легко впасть в уныние. Но есть и яркое пятно для поднятия настроения! Осенний окрас деревьев всегда восхищает и радует глаз.

Почему листья зеленые

Зеленым цветом листья обязаны пигменту хлорофиллу. Именно это вещество обеспечивает растениям на свету синтез кислорода и других важных веществ из углекислого газа и воды. Хлорофилл активно вырабатывается в теплое время года, когда деревья получают достаточно питательных веществ и влаги из почвы.

Полученный при синтезе кислород деревья отдают в атмосферу, а остальные вещества поглощают сами. С наступлением осени активность деревьев снижается, они получают все меньше питания из почвы. Листва же для продолжения процесса фотосинтеза продолжает вытягивать питательные вещества из ствола. В свою очередь дерево, чтобы сохранить запасы веществ на время зимовки, начинает забирать из листьев магний, что ведет к разрушению хлорофилла. Как только зеленый пигмент начинает разрушаться, проявляются другие оттенки. Почему один листок красный, другой – желтый, а третий – пестрый, как палитра художника? Оказывается, дело в химическом составе.

От чего зависит окрас листьев

• Желтый цвет мы можем увидеть благодаря пигменту ксантофиллу.
• За оранжевый окрас отвечает каротин.
• Багряными и красными листья становятся под влиянием антоциана. Он растворен в клеточном соке листа, а количество пигмента увеличивается при ярком свете и понижении температуры.

Пигменты всех этих цветов присутствуют в клетках растения всегда, но в период активной выработки хлорофилла зеленый цвет перекрывает все остальные. А вот бурым или коричневым листок становится уже тогда, когда полностью теряет красящие пигменты. В это время нам становятся видны пустые клеточные стенки, которые имеют коричневый окрас.

Когда листья могут менять цвет

Как правило, цвет листвы меняется осенью, ведь именно в это время года уровень жизнедеятельности растений снижается. На улице становится холоднее, и деревья получают все меньше питательных веществ из почвы. Хлорофилл начинает разрушаться.
При этом активнее всего его разрушение происходит на свету. Если погода на улице пасмурная и дождливая, то дубы, клены, березы останутся зелеными дольше. Если же на улице стоят ясные солнечные деньки, то деревья гораздо быстрее сменят свой окрас.

В жаркое и засушливое лето, когда растениям недостает влаги, а солнечного света в избытке, листья также могут лишиться хлорофилла и зеленого цвета.

Что происходит осенью с хвойными деревьями

Сохраняют зеленый цвет с наступлением холодного времени года представители хвойных: ели, сосны, пихты, можжевельник. Это объясняется тем, что площадь их «листвы» мала, и им требуется немного питательных веществ для поддержания жизнедеятельности.

Но даже и хвойные теряют иголки, только происходит это постепенно. Хвоя заменяется не одновременно, а частями.

Поймайте и сохраните яркие мгновения осени

Окрашенная листва сохраняется в лесах и парках совсем недолго, активность растений снижается и постепенно сходит на нет, они «засыпают». Между листом и стволом появляется специальный пробковый слой, и лист отделяется от ветки. Пройдет совсем немного времени, и деревья уже будут стоять совершенно голые.

Яркие краски и красота осени мимолетны. Успейте насладиться этими мгновениями и запечатлеть их в памяти. Приятное осеннее времяпрепровождение – это прогулка по красочному лесу или парку, когда под ногами шуршат мягкие листочки сочных оттенков. Только в это время году в лесу можно застать особенную тишину, когда шорох листвы отчетливо слышен.

Незабываемые ощущения подарит прыжок с разбегу в мягкую кучу из разноцветных свежеопавших листьев, главное – нагрести побольше! Такое развлечение придется по душе и взрослым, и детям.

Окрашенные в разные цвета листики выглядят очень живописно. Соберите красивый букет из высохшей листвы: он простоит долго и будет радовать вас, принося в дом солнечное настроение.

Из недавно опавших, еще сочных листьев можно собрать красочный альбом с гербарием. Положите пестрые листочки между страницами альбома или книги. Они скоро высохнут, а позже, пролистав альбом, вы сможете вдохнуть ароматы осени.

Создание такого альбома можно превратить в интересную и познавательную игру для детей. Соберите разные листья, разложите их между страницами, и подпишите, какому дереву какой листок принадлежит.

Любое время года прекрасно. Осень дарит нам радугу красок в парках, аллеях и лесах. Будьте открыты для таких подарков и разделите их со своими близкими!