Образцы листьев осенних: Шаблоны Осенних Листьев Для Вырезания

Публикации по теме:

Вот и осень пришла, чем порадовала она наших дошколят. Осень – удивительная пора. Природа подводит итоги лета: растения увядают, животные.

Рандымова Виктория Фотоотчёт об осенних утренниках в ДОУОсень в платье расписном. В красном, желтом, золотом В гости к нам спешит опять.

Праздник Светлого Христова Воскресения, Пасха, – главное событие года для православных христиан. Светлый праздник Святой Пасхи отмечается.

Праздник Светлого Христова Воскресения, Пасха, – главное событие года для православных христиан. Светлый праздник Святой Пасхи отмечается.

Конспект занятия с соленым тестом. Часть 2 (раскрашивание). Школа фермеров «Хлеб всему голова» Конспект занятии №2. Тема: : Школа фермеров – «Хлеб всему голова». Цель: Продолжать знакомить детей с понятием сельское хозяйство, закреплять.

Мастер-класс «Дымковская барышня» Арт-терапевтический эффект от раскрашивания фигурок из гипса выражается в том, что творчество даёт и.

Процесс изменения цвета листьев

Листья меняют цвет осенью, потому что количество пигментов меняется, когда листья готовятся к падению с деревьев. Все листья постепенно теряют хлорофилл в течение вегетационного периода, и эта потеря ускоряется до опадания листьев. В оптимальных условиях этот процесс потери хлорофилла очень упорядочен и позволяет растениям поглощать большую часть азота в структуре молекулы пигмента. Каротиноидные пигменты также теряются из пластид во время старения, но некоторые из них остаются в пластидах после удаления хлорофилла; это дает осенние листья желтого цвета.В редких случаях, иногда у зимнего падуба, при опадании листьев в листьях остается изрядное количество хлорофилла. Такие листья бледно-зеленого цвета или, возможно, желто-зеленого цвета из-за смеси хлорофилла и каротиноидов.

Наиболее интересны листья, которые становятся красными, потому что этот цвет является результатом активного синтеза антоциановых пигментов непосредственно перед опаданием листьев с деревьев. Это самая распространенная окраска осенних листьев; около 70% кустарников и деревьев в Гарвардском лесу производят антоцианы во время старения листьев.Фактические оттенки красного в этих листьях являются следствием количества антоциана, удержания каротиноидов (или даже небольшого количества хлорофилла). Антоцианин и хлорофилл дают коричневатый цвет. Антоцианы и каротиноиды имеют оранжевый оттенок. У некоторых растений окраска довольно однородна, как у хобблбуша или черники. У других растений листья различаются между отдельными особями (например, сахарные клены) или даже очень сильно внутри отдельных особей (как красные клены), или даже в пределах одного листа (красные клены).

Просмотр изменения цвета красного дуба или гамамелиса

Последовательность изменений здорового листа

Изменение цвета гамамелиса

Образцы | Напольное покрытие Mercier Wood

Разработано 1/2 «

Блеск

Ширина

Вид (комплектация)

Сатин

Матовый

Матовый матовый

3 1/4 дюйма (83 мм)

Знак отличия

Образец недоступен

Образец недоступен

Образец недоступен

Select & Better

Образец недоступен

Образец недоступен

Образец недоступен

5 дюймов (127 мм)

Select & Better

Образец недоступен

Образец недоступен

Образец недоступен

Разработано 3/4 «

Блеск

Ширина

Вид (комплектация)

Сатин

Матовый

Матовый матовый

5 дюймов (127 мм)

Select & Better

Образец недоступен

Образец недоступен

Образец недоступен

Знак отличия

Образец недоступен

Образец недоступен

Образец недоступен

6 1/2 «(165 мм)

Аутентичный

Образец недоступен

Образец недоступен

Образец недоступен

8 1/8 дюйма (206 мм)

Аутентичный

Образец недоступен

Образец недоступен

Цельный

Блеск

Ширина

Вид (комплектация)

Сатин

Матовый

Матовый матовый

2 1/4 дюйма (57 мм)

Select & Better

Образец недоступен

Образец недоступен

Образец недоступен

Знак отличия

Образец недоступен

Образец недоступен

Образец недоступен

3 1/4 дюйма (83 мм)

Select & Better

Образец недоступен

Образец недоступен

Образец недоступен

Знак отличия

Образец недоступен

Образец недоступен

Образец недоступен

4 1/4 дюйма (108 мм)

Select & Better

Образец недоступен

Образец недоступен

Образец недоступен

График осеннего старения клеток

Abstract

Мы изучили осеннее старение листьев у свободно растущей осины ( Populus tremula ), отслеживая изменения в пигменте, содержании метаболитов и питательных веществ, фотосинтезе и целостности клеток и органелл.Процесс старения начался 11 сентября 2003 г., по-видимому, инициированный исключительно фотопериодом, и неуклонно прогрессировал без какого-либо очевидного влияния других сигналов окружающей среды. Например, после этой даты стареющие листья накапливали антоцианы в ответ на условия, вызывающие фотоокислительный стресс, но в начале сентября листья этого не делали. Деградация компонентов листа происходила в течение 18 дней, и, хотя не все клетки в каждом листе старели параллельно, старение дерева в целом было синхронным.Лютеин и β -каротин разлагались параллельно с хлорофиллом, тогда как неоксантин и пигменты ксантофиллового цикла сохранялись дольше. Хлоропласты в каждой клетке быстро превращались в геронтопласты, и многие, хотя и не все, клетки погибли. С 19 сентября, когда уровень хлорофилла упал на 50%, митохондриальное дыхание давало энергию для ремобилизации питательных веществ. Ремобилизация, похоже, прекратилась 29 сентября, вероятно, из-за прекращения транспорта флоэмы, но до опадания последних листьев (более 1 недели спустя) некоторые клетки были метаболически активными и имели хлорофилл-содержащие геронтопласты.Было ремобилизовано около 80% азота и фосфора, и 29 сентября произошло внезапное изменение δ ¹⁵ n клеточного содержимого, что указывает на то, что летучие соединения могли быть высвобождены.

Осеннее старение может привлечь больше внимания общественности, но меньше ученых, чем любой другой процесс развития растений. Каждую осень лиственным деревьям нужно сбрасывать листья и готовиться к зиме. Осеннее старение очень заметно для многих деревьев, когда листья меняют цвет с зеленого на желтый и / или красный (Lee et al., 2003). Разные цвета возникают в результате преимущественного разложения хлорофиллов над каротиноидами и синтеза пигментов красного цвета, таких как антоцианы (Goodwin, 1958; Lichtenthaler, 1987).

Осеннее старение, как и другие формы старения листьев, представляет собой тип запрограммированной гибели клеток, то есть клетки листа умирают организованным, заранее определенным образом, контролируемым ядром. С другой стороны, существуют фундаментальные различия между программой старения листьев и апоптотическими процессами, которые были детально изучены на животных системах, а в последнее время — на растениях (Noodén et al., 1997; Курияма и Фукуда, 2002). Фактически, даже предполагалось, что эти процессы взаимно антагонистичны (Ougham et al., 2005), поскольку правильно выполненная программа старения позволяет избежать патологических последствий гибели клеток (Hörtensteiner, 2004). Старение имеет адаптивное значение из-за связанной с ним ремобилизации питательных веществ, особенно азота и, в меньшей степени, фосфора, серы и других элементов (Himelblau and Amasino, 2001; Hörtensteiner and Feller, 2002). Время осеннего старения можно рассматривать как результат компромисса между противоречивыми требованиями по оптимизации азотного и углеродного статуса растения.Деревья, вступающие в раннее старение, будут эффективно ремобилизовать азот за счет фотосинтетического урожая, в то время как деревья, вступающие в позднее старение, получат больше фотосинтатов, но в некоторые годы их листья погибнут до того, как будет завершена ремобилизация их питательных веществ. Азотный статус влияет на наступление осеннего старения. Например, ольха ( Alnus subsp.), В которой находится азотфиксирующий симбионт (Frankia), сбрасывает листья, пока они еще зеленые, а садоводы в регионах с умеренным климатом знают, что удобрения, богатые азотом, следует избегать, поскольку они задерживают оба осенних старения. и развитие зимостойкости, что ставит под угрозу зимнюю выживаемость (особенно древесных многолетников).

Осеннее старение недостаточно хорошо охарактеризовано на клеточном и молекулярном уровнях, но имеется больше информации о старении листьев однолетних растений (Buchanan-Wollaston, 1997; Quirino et al., 2000). Хлоропласты, присутствующие в зеленых листьях, дифференцируются в геронтопласты, лишенные многослойных тилакоидных мембран, но богатые электронно-плотными липидными телами, пластоглобулами, которые имеют особенно высокое содержание каротиноидов и эфиров каротиноидов (Tevini and Steinmuller, 1985).Ремобилизация питательных веществ требует разрушения макромолекул и превращения продуктов разложения в переносимые соединения. Многие гены, кодирующие катаболические ферменты (протеазы, липазы, нуклеазы и т. Д.), Входят в число тех, которые индуцируются во время старения (Bhalerao et al., 2003; Buchanan-Wollaston et al., 2003; Andersson et al., 2004; Guo et al. др., 2004). Когда фотосинтетическая способность листьев утрачивается, энергия, необходимая для ремобилизации, должна обеспечиваться митохондриальным дыханием, и, следовательно, ядерные гены, кодирующие компоненты митохондриальной цепи переноса электронов, не подвергаются подавлению во время осеннего старения, в отличие от генов. кодирование компонентов фотосинтетического аппарата (Buchanan-Wollaston, 1997; Andersson et al., 2004). Хотя листья не осуществляют фотосинтез, транспорт флоэмы из листа необходим для экспорта питательных веществ, поэтому с точки зрения транспорта стареющие листья по-прежнему являются исходными листьями. В конце концов, однако, транспорт флоэмы прекращается, на внутренней стороне черешка образуется защитный слой, проксимально к нему образуется разделительный или отслаивающий слой, и когда стенки клеток в разделительном слое постепенно разрыхляются, лист в конечном итоге опадает ( Робертс и др., 2002). Хорошо известно, что осеннее старение у большинства деревьев вызывается сокращением фотопериода, сигнала, более надежного, чем температура, как предвестника первых сильных заморозков, что позволяет строить календари осеннего старения, которые довольно постоянны в течение многих лет ( е.грамм. www.great-lakes.net/tourism/fallcolor.html; www.arkansas.com/calendar/fall_foliage_pg1.asp). Ключевая роль фитохромов в этом процессе также хорошо задокументирована (Olsen et al., 1997; Chen et al., 2002), но степень, в которой низкие температуры, возможно, в сочетании с интенсивностью света, вызывающей фотоокислительный стресс, модулируют этот процесс, очень велика. не ясно. Общеизвестно, что холодная осень приводит к интенсивной окраске листьев, но физиологические основы этого изменения окраски не совсем понятны.

Мы начали проект по выяснению генетической основы осеннего старения у осины ( Populus tremula ), и в рамках проекта мы идентифицировали многие гены, которые экспрессируются в осенних листьях (Bhalerao et al., 2003) и построили транскрипционный график осеннего старения (Andersson et al., 2004). Однако исследования экспрессии генов сами по себе не всегда дают достаточную информацию для понимания клеточных событий, которые происходят во время процесса старения, тем более что не только анаболизм, но и экспрессия генов прекращается на более поздних стадиях осеннего старения (Andersson et al., 2004). Следовательно, катаболические процессы, ведущие к деградации клеточных компонентов и, в конечном итоге, к гибели клеток, возможно, следует изучать на клеточном биологическом уровне, а не на уровне транскрипции.

Многие фундаментальные вопросы, касающиеся клеточных процессов в осенних листьях осины и деревьев в целом, еще не получили ответа, а в некоторых случаях даже не решены. Например, проявляется ли превращение хлоропластов в геронтопласты в появлении осенней окраски, обусловленной только факторами развития, или же этому способствуют факторы стресса окружающей среды, такие как фотоокисление? Когда и в какой степени восстанавливаются питательные вещества листа? Когда фотосинтез снизился до такой степени, что дыхание митохондрий должно обеспечивать энергию, необходимую для процесса деградации, и после этого момента пластиды все еще играют роль в ремобилизации питательных веществ? Когда и как происходит деградация геронтопластов, ядер и митохондрий и когда клетка в конечном итоге подвергается гибели? Наконец, какие сигналы запускают наступление осеннего старения? Чтобы ответить на эти вопросы, мы проследили время наступления осеннего старения у свободно растущей осины и представляем для них клеточное расписание.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Осеннее старение прошло четыре фазы

Как сообщалось для того же дерева осенью 1999 г. (Bhalerao et al., 2003), осеннее старение в 2003 г. в основном прогрессировало синхронно. Осенняя окраска проявлялась раньше на одних листьях, чем на других, и участки каждого листа становились желтыми раньше других, но в этих отношениях не было явных различий между разными частями дерева (). Это характерно для осин, но не для всех других пород деревьев.За прошедшие годы мы визуально обследовали тысячи осин, но не обнаружили случаев, когда одна часть дерева прогрессировала бы дальше в осеннем старении, чем другие. Напротив, клены ( Acer subsp.), Например, часто имеют осеннюю окраску в той части кроны, которая больше всего подвержена солнечному свету, в то время как листья все еще остаются зелеными в других частях. У других видов кончики побегов могут быть зелеными, а внутренние части — желтыми. Такие различия, наряду с различиями в цвете листьев, часто позволяют распознавать древесные породы с больших расстояний (Chapman et al., 2000). Эта особенность делает осину удобной модельной системой для изучения осеннего старения, поскольку отбор проб и объединение случайно выбранных листьев, вероятно, даст результаты, которые являются репрезентативными для всего дерева.

A, Осеннее старение у свободнорастущей осины. Изображения были сделаны во время отбора проб листьев (11:30 утра) осенью 2003 года. B, Старение листьев осины (25 сентября). C. Погодные условия в период отбора проб. Серые столбцы представляют количество солнечного света (Вт / м ² ) в день, а черные столбцы представляют миллиметры осадков в день.Линии соответствуют максимальной и минимальной температуре для каждого дня. сен, сентябрь; окт, октябрь.

Погодные условия в течение экспериментального периода, записанные метеостанцией примерно в 200 м от дерева, отображаются в формате. После нескольких холодных дней с ярким солнцем (с 31 августа по 2 сентября) условия были очень стабильными, с относительно мягкими ясными днями до 19 сентября, когда температура резко упала. Содержание хлорофилла в листьях (), выраженное в пересчете на сухой вес, было более или менее стабильным до 11 сентября.Концентрации хлорофилла a и b начали снижаться 11 сентября (). Отношение хлорофилла a / b оставалось постоянным до 24 сентября, после чего оно уменьшалось в течение примерно 3 дней, снова стабилизировалось и, наконец, уменьшалось в фазе 4. Незначительные изменения концентрации хлорофилла, наблюдавшиеся до 11 сентября, могли быть вызваны неоднородностью в отобранный листовой материал. На свободно растущем дереве грибковые инфекции и в некоторой степени травоядные насекомые вызывают участки старения на листьях.Это случайные события; обратите внимание, что стандартное отклонение измерений концентрации хлорофилла больше до точки, где начинается деградация хлорофилла из-за осеннего старения, по-видимому, перекрывая эти различия между листьями. Однако возможно, что падение концентрации хлорофилла, наблюдавшееся около 1 сентября, было следствием холодной солнечной погоды в то время, вызвавшей фотоокислительный стресс и некоторое фотообесцвечивание. Если это так, то восстановление уровня хлорофилла в первую неделю сентября указывает на то, что листья еще не были полностью готовы к осеннему старению.Независимо от того, правда это или нет, время до 11 сентября, когда уровни хлорофилла были стабильными, явно представляет собой стадию присутствия, которую мы обозначили фазой 1. После 11 сентября уровни хлорофилла начали снижаться (фаза 2) с постоянной скоростью до тех пор, пока последние дни сентября, когда концентрация хлорофилла (в пересчете на сухой вес) снизилась примерно до 10% от уровней фазы 1. В фазе 3 дальнейшее разложение хлорофилла было незначительным или не происходило вовсе, но за несколько дней до его выпадения, начиная примерно с 6 октября, могло произойти небольшое дальнейшее снижение содержания хлорофилла (фаза 4).

A, Концентрация хлорофилла в осенних листьях осины. Белые и черные кружки представляют общий хлорофилл ( a + b ) за 2003 год и соотношение хлорофилла a / b за 2003 год, соответственно. Каждая точка представляет собой среднее значение трех измерений (± стандартное отклонение). Серая фоновая линия представляет общее количество хлорофилла ( a + b ) за 1999 год (для сравнения тенденций, а не фактических значений). Б, Вес листа (сухой). Пять листьев объединяли, измельчали ​​и взвешивали, а затем рассчитывали массу сухих листьев по потере массы (%) после сушки небольшого количества материала.

Деградация компонентов листа приводит, конечно, к потере биомассы листа. Чтобы отслеживать изменения биомассы листьев за период, мы рассчитывали сухой вес пяти случайно выбранных листьев каждый день в течение исследуемого периода. Хотя различия в размере пяти листьев приводили к колебаниям данных о сухом весе (), наблюдалась общая тенденция к снижению среднего веса листа с начального значения около 150 мг примерно в то же время, что и хлорофилл. уровни (примерно 11 сентября), достигнув конечного значения около 75 мг.В среднем сухой вес листа упал на 40-50%, показывая, что примерно 50% сухой массы было повторно мобилизовано из листьев. Это привело к тому, что уровни хлорофилла в фазе 3 на лист составляли около 5% от значений фазы 1. Также кажется, что некоторая деградация хлорофилла произошла в фазе 3, поскольку средний сухой вес листа уменьшался медленно, в то время как количество хлорофилла на единицу сухого веса листа было постоянным.

Чтобы сравнить прогрессирование старения в 2003 году с транскрипционным графиком осеннего старения, который мы составили для того же дерева для осени 1999 года, были рассчитаны концентрации хлорофилла в листьях, использованных для приготовления РНК в 1999 году, которые представлены в .Даты переходов между фазами 1, 2 и 3 за два года были практически идентичны. Наше разделение процесса осеннего старения на четыре фазы обеспечивает основу для следующего исследования клеточного расписания осеннего старения.

Тот факт, что разложение хлорофилла началось в один и тот же день в оба года, указывает на то, что фотопериод был основным триггером перехода во 2-ю фазу, поскольку погодные условия за 10 дней, предшествовавших 11 сентября, были очень стабильными и мягкими в обоих 2003 г. () и 1999 г. (данные не показаны).Однако в оба года дни около 1 сентября были необычно холодными, но солнечными, и эти условия могли спровоцировать переход во вторую фазу после 10-дневной задержки. Чтобы подтвердить или опровергнуть эту гипотезу, мы также исследовали концентрации хорофилла в листьях, взятых в 2001 году, и сопоставили их с погодными условиями (данные не показаны). В этом году дни около 1 сентября не были необычно холодными, но деградация хлорофилла, тем не менее, началась около 11 сентября, что указывает на то, что дерево начало осеннее старение в ответ исключительно на изменения фотопериода.

Динамические изменения метаболизма каротиноидов и антоцианов

Чтобы установить, зависит ли желтый осенний цвет этих листьев от синтеза новых каротиноидов или их более медленной деградации, мы также измерили их содержание и состав каротиноидов на протяжении всего периода с помощью ВЭЖХ. показаны уровни неоксантина, лютеина, β -каротина и пигментов ксантофиллового цикла. Общая концентрация каротиноидов начала снижаться одновременно с началом разложения хлорофилла, во время перехода от фазы 1 к фазе 2.Однако скорость разложения каротиноидов была медленнее, что привело к изменению цвета листьев с зеленого на желтый. Когда листья стали желтыми, уровень хлорофилла снизился на 75%, а уровень каротиноидов — только примерно на 50%. В фазе 3 уровни каротиноидов были достаточно стабильными, но в фазе 4 они снова начали снижаться. Между разными каротиноидами наблюдались значительные различия в скорости разложения. β -Каротин разлагался в основном параллельно с хлорофиллом; скорость разложения лютеина также следовала четырехфазной схеме, хотя уровни не уменьшались так сильно, как для хлорофилла.Уровни неоксантина примерно соответствовали уровням хлорофилла на протяжении фазы 2, но также продолжали снижаться в фазах 3 и 4. Общая концентрация пигментов ксантофиллового цикла (виолаксантин, антераксантин и зеаксантин) была более стабильной и снизилась только примерно на 50% на сухом по весу (75% на лист) за исследуемый период.

Концентрация каротиноидов в осенних листьях осины. A, общее содержание каротиноидов. Символы относятся к неоксантину (кружки), ксантофиллам (треугольники), лютеину (ромбы) и β -каротину (квадраты).Каждая точка представляет собой среднее значение двух измерений (± стандартное отклонение). B, состояние эпоксидирования пигментов ксантофиллового цикла. C. Накопление продуктов распада каротиноидов. Линии соответствуют разным пикам в.

Пигменты ксантофиллового цикла могут взаимно превращаться в ксантофилловом цикле, а в зеленых листьях динамика пулов ксантофиллов определяется факторами окружающей среды. Виолаксантин превращается в зеаксантин через антераксантин в реакции, катализируемой ферментом виолаксантин де-эпоксидаза, когда pH просвета уменьшается вследствие световых реакций, создавая более высокий градиент протонов, чем может быть использован при фиксации CO ₂ (Demmig-Adams , 1990).Такие погодно-зависимые изменения в пулах ксантофилла четко наблюдались до конца фазы 2 (). Однако даже на протяжении фазы 3 такие изменения происходили, хотя амплитуда была значительно уменьшена, и наблюдаемые изменения, возможно, не были значительными.

С середины фазы 2 на хроматограммах начали появляться новые пики (Suzuki and Shioi, 2004). Мы смогли выделить девять пигментов в дополнение к нормальным фотосинтетическим пигментам, которые накапливались во время осеннего старения ().Эти каротиноиды / производные каротиноидов были предварительно идентифицированы путем регистрации их спектров поглощения и воздействия на экстракты высоких значений pH (омыление), обработка, которая разрывает сложноэфирную связь сложных эфиров каротиноидов и высвобождает каротиноидные фрагменты (Granado et al., 2001). Насколько нам известно, эти пигменты не были тщательно охарактеризованы ранее, и мы не пытались сделать это здесь строго; таким образом, присвоения носят предварительный характер (подробности предварительной идентификации см. в разделе «Материалы и методы»).Хотя некоторые из этих пигментов (CX, NE2, NE3 и VE1) уже присутствовали в небольших количествах в фазе 1, накопление началось во второй фазе (12, 15 и 21 сентября для VX, NE4 и VE2 соответственно). Схема для CY и NE1 не была ясна, но накопление, похоже, началось примерно 20 сентября. Формирование первых, пока еще не охарактеризованных катаболитов каротиноидов, по-видимому, совпало с началом распада хлорофилла, но некоторые из них не проявились до более поздних стадий. старения, когда уровень хлорофилла снизился на 50% и более.Во время фазы 4 эти катаболиты каротиноидов уменьшались параллельно с уменьшением других каротиноидов.

Таблица I.

Фотосинтетические пигменты и пигментные катаболиты в осенних листьях осины, разделенные с помощью ВЭЖХ

Некоторые из оценок пиков являются предварительными (подробности см. В разделе «Материалы и методы»).

Хотя эти пигменты сильно накапливались во время осеннего старения, ни один из них, похоже, не стал доминирующим пигментом в осенних листьях.Мы не знаем их точных коэффициентов экстинкции, поэтому их невозможно точно определить количественно, но поскольку омыление, по-видимому, количественно превращает их в неоксантин, виолаксантин и антераксантин, увеличение концентраций этих пигментов после омыления, вероятно, отражает количество пигментов. соответствующие эфиры каротиноидов. 3 октября неоксантин, виолаксантин и антераксантин вместе составляли около 25% от общего пула каротиноидов (включая лютеин, зеаксантин и β -каротин), и поскольку количество этих пигментов увеличилось примерно на 50% после омыления, по нашим оценкам, общее количество этерифицированных каротиноидов составляет от 10% до 15% от общего пула каротиноидов.

Каротиноиды — не единственные пигменты, отвечающие за осенние цвета; антоцианы часто накапливаются (Lee et al., 2003), вызывая темно-красноватый цвет листьев, и было предложено действовать как светозащитные средства во время рециркуляции питательных веществ стареющими листьями (Feild et al., 2001; Hoch et al., 2003 г.). Поэтому мы количественно оценили уровни антоцианов, чтобы увидеть, изменились ли они во время осеннего старения в листьях осины. Спектроскопические измерения общей концентрации антоцианов в экстрактах листьев показали, что они действительно увеличивались во время осеннего старения ().Уровни были низкими и постоянными примерно до 5 дней фазы 2 (15 сентября), после чего уровни хлорофилла снизились примерно на 25%. Начало накопления антоцианов, очевидно, не было связано с фотоокислительным стрессом, поскольку 12 дней, предшествовавших 15 сентября, были солнечными, но очень мягкими. Однако, как только началось накопление антоцианов, дальнейшее накопление, по-видимому, сильно зависело от условий избыточного освещения, то есть от холодной и солнечной погоды. Ясные, холодные дни 19 и 20 сентября вызвали огромное накопление антоцианов, более половины из которых исчезли в последовавшую затем более мягкую и дождливую неделю, в то время как мороз и солнце 30 сентября привели к новому накоплению с последующей деградацией. в мягкие и дождливые дни в начале октября.Наконец, с 4 октября погода была ясной и холодной, что привело к очень высокому накоплению антоцианов.

Концентрация антоцианов в осенних листьях осины. Каждая точка представляет собой среднее значение двух измерений (± стандартное отклонение).

Листья теряют активность фотосинтеза и потребности в энергии затем удовлетворяются митохондриями

Когда хлорофилл начинает разлагаться и хлорофилл-связывающие белки ремобилизуются, фотосистемы страдают и фотосинтез снижается.Хотя уровни хлорофилла отражают общее количество белков, связывающих хлорофилл, они не дают прямого указания на то, функционирует ли фотосинтетический аппарат, поэтому мы хотели напрямую оценить фотосинтетическую активность осенних листьев. Провести точные измерения газообмена на прикрепленных ветвях непосредственно в поле было невозможно, и отдельные ветки довольно быстро потеряли свою фотосинтетическую способность, предположительно из-за закрытия устьиц. Наиболее удобный способ — измерить флуоресценцию хлорофилла, которая представляет собой чувствительный инструмент для изучения фотосинтетически активных центров ФСII in vivo.В здоровых листьях без стресса соотношение F _к / F _m составляет 0,80–0,85, тогда как в листьях в стрессовом состоянии соотношение может уменьшиться до 0,70 или меньше (Öquist and Wass, 1988). Однако при интерпретации данных о соотношении F _v / F _m необходимо помнить, что они являются относительными показателями, которые отражают состояние имеющихся центров PSII и не обеспечивают точных количественных оценок количества центров. .

Мы проследили за четырьмя листьями осенью и измерили F _v / F _m два раза в неделю ().Один лист оказался значительно напряженным в начале серии измерений и показал значения F _v / F _m ниже 0,6. Однако этот лист восстановился, и его значения стали аналогичными показателям других листьев, показывая, что по крайней мере до первой недели сентября способность к восстановлению PSII была достаточной для восстановления поврежденных центров PSII. Несколько удивительно, что отношения F _v / F _m оставались высокими и более или менее постоянными до 26 сентября, когда концентрации хлорофилла снизились примерно на 80%, т.е.е. на протяжении почти всей фазы 2. По-видимому, поэтому оставшиеся центры ФСII были фотосинтетически активными даже на очень поздних этапах программы старения. Поскольку широкий спектр стрессов, которые влияют либо на хлоропласт, либо на остальную часть клетки, могут влиять на F _v / F _m , это открытие показывает, что деградация фотосинтетического аппарата строго регулировалась. В самом конце фазы 2 и позже в фазе 3, F _v / F _m уменьшилось во всех листьях, но было измеримое соотношение F _v / F _m соотношение в одном из листьев даже 3 октября, что свидетельствует об активных центрах ФСII.

Фотохимическая эффективность ФСII ( F _v / F _m ) в осенних листьях осины. Осенью последовали четыре листа.

Когда фотосинтетическая способность снижается, митохондрии, по-видимому, должны выступать в качестве основных источников энергии при разложении хлоропластов и других компонентов клетки. Чтобы проверить это предположение, мы измерили уровни АТФ и АДФ в листьях, которые были мгновенно заморожены в жидком азоте на свету ().

Изменение энергетического статуса и снижение содержания сахара в осенних листьях осины.Каждая точка представляет собой среднее значение трех измерений. A, содержание аденилата (АТФ + АДФ) и соотношение АТФ / АДФ. B. Концентрации растворимых сахаров и крахмала.

Содержание аденилата (АТФ + АДФ) было постоянным в течение фазы 1, а соотношение АТФ / АДФ было первоначально относительно низким (около 2), но постепенно увеличивалось почти до 4. Во время фазы 2 содержание аденилатов снижалось примерно одинаково. путь к хлорофиллу, и во время первой части фазы 2 соотношение АТФ / АДФ быстро увеличивалось с 4 до примерно 8.Снижение содержания аденилата может отражать деградацию хлоропластов, которые содержат большую часть клеточного пула аденилата (Gardeström and Wigge, 1988). Кроме того, компартмент хлоропласта обычно имеет более низкое соотношение АТФ / АДФ, чем остальная часть клетки (Gardeström and Wigge, 1988; Bykova et al., 2005). Таким образом, наблюдаемое увеличение отношения АТФ / АДФ согласуется с деградацией пула хлоропластов.

В совокупности эти данные показывают, что хлоропласты являются основными источниками энергии для листьев в фазе 1.В фазе 2 деградация фотосинтетического аппарата создает постепенный сдвиг в сторону возрастающей зависимости от митохондриального дыхания, а с середины фазы 2 (19 сентября) и на протяжении фазы 3 митохондрии, по-видимому, обеспечивают большую часть энергии осенних листьев. В фазе 4 падение отношения АТФ / АДФ и общего пула аденилата также указывает на то, что оставшиеся митохондрии разрушаются.

Чтобы лучше понять этот переход от органа, зависящего от фотосинтеза, к органу, зависящему от дыхания, мы также хотели определить время, в которое клетки перестали накапливать сахар и крахмал.Сахара (Suc, Glc и Fru) и крахмал измеряли в комбинированном анализе из пула листьев, который также использовали для анализа аденилата. Во время фазы 1 основными компонентами были Suc и крахмал, и были обнаружены очень низкие количества Glc и Fru. Во второй фазе уровни Glc и Fru первоначально увеличивались, в то время как Suc и крахмал оставались в изобилии. Следовательно, наибольшее содержание общих углеводов наблюдалось 15 сентября, когда хлорофилл уже начал уменьшаться. После этого Suc и крахмал быстро уменьшались, так что после 22 сентября Glc и Fru были доминирующими сахарами, оставаясь на высоких уровнях на протяжении фазы 2, прежде чем уменьшаться в течение фаз 3 и 4.

Азот и фосфор ремобилизуются в осенних листьях осины

Для получения данных о чистых потоках питательных веществ из осенних листьев мы подвергли листья элементарному анализу, измеряя δ ¹³ C и δ ¹⁵ n и уровни углерода, азота, калия, серы, фосфора и железа в листьях во время процесса старения. Отношение ¹³ C / ¹² C существенно не изменилось (данные не показаны), но, как показано на, относительное содержание углерода и азота и значение δ ¹⁵ n существенно изменились в течение осени.В пересчете на сухой вес содержание углерода было постоянным, что неудивительно, поскольку на углеводы приходится подавляющая часть биомассы листьев. Поскольку средний вес листа уменьшился примерно на 50% за период времени, кажется, что примерно 50% углерода листа было потеряно.

Элементный состав осенних листьев осины. A, Изменения относительного содержания (%) углерода и азота и значений δ ¹⁵ n (). B. Изменения относительного содержания (%) калия, серы, фосфора и железа.Каждая точка представляет собой среднее значение трех измерений (± sd × 2).

С другой стороны, содержание азота, возможно, немного снизилось даже в фазе 1 и очень заметно во время фазы 2. В фазах 3 и 4 азот, по-видимому, ремобилизовался медленно или не восстанавливался вовсе, поскольку содержание азота в сухом весе база изменилась лишь незначительно. В целом около 80% общего азота листьев (60% в пересчете на сухой вес) было выведено во время осеннего старения. Осенью содержание фосфора также снизилось примерно на 80% в пересчете на лист (60% в пересчете на сухой вес), хотя содержание фосфора начало снижаться в фазе 1 еще до 11 сентября () и стабилизировалось в фазах 3 и 4.Ремобилизацию 80% фосфора можно сравнить с разложением аденилатов, которое составляло 90% в пересчете на лист. Неудивительно, что фосфаты, связанные с другими комплексами, менее легко ремобилизуются, чем фосфаты из пула аденилата. Ремобилизация серы была менее эффективной, но все же значительной: содержание серы уменьшалось параллельно с уменьшением сухой массы листа; и уровень в пересчете на сухой вес снизился примерно на 10%, показывая, что примерно 50% общей серы в листьях было ремобилизовано.Калий также был ремобилизован, в основном в течение короткого промежутка времени непосредственно перед входом в фазу 2. В фазах 2 и 3 уровни калия существенно не изменились в пересчете на сухой вес. В пересчете на сухой вес уровень железа увеличился примерно на 60%. Это соответствует только 20% ремобилизации листового железа. В целом ремобилизация питательных веществ для листьев, в частности азота, была эффективной.

Неожиданно мы заметили быстрое изменение значений δ ¹⁵ N клеточного содержания, которое медленно снижалось на протяжении фазы I, показывая, что макромолекулы с высокими значениями δ ¹⁵ N имели немного более высокую скорость катаболизма, чем средние азотистые молекулы.Вероятно, это было связано с тем, что разные фракции белков листа имели немного разные значения δ ¹⁵ N из-за различий в их биосинтетической истории, и разложение разных фракций не было одинаково эффективным. Однако в период с 28 по 30 сентября (переход к фазе 3) произошло очень резкое изменение в δ ¹⁵ N, и они медленно снижались, но оставались высокими на протяжении фаз 3 и 4.

Хлоропласты разлагаются и растворяются, Но некоторые пластиды остаются неповрежденными и сохраняют свой хлорофилл

Чтобы проследить ультраструктурный процесс осеннего старения в клетках, мы изучили клетки и органеллы листа с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ;).Для иллюстрации клеточных изменений во время старения были выбраны репрезентативные электронные микрофотографии пяти дат, отображающие ультраструктуру как целых клеток (слева), так и хлоропластов (справа). В конце фазы 1 (8 сентября) клетки мезофилла имели нормальную форму, были выстланы хлоропластами и митохондриями, и как цитоплазма, так и вакуоль были интактными (). Хлоропласты имели определенную форму и структуру () с большим количеством гранул крахмала и видимыми стопками гран. Однако даже на этой стадии хлоропласты содержали много пластоглобул.В середине фазы 2 (18 сентября) концентрация хлорофилла снизилась на 50%. Многие клетки () и хлоропласты () выглядели почти без изменений, но количество электронно-плотного материала в клетках в среднем уменьшилось. Тонопласт был менее выражен, и можно было увидеть неизвестные структуры (мелкие пузырьки). В некоторых клетках хлоропласты утратили структуру внутренней мембраны, тогда как в других клетках они оказались активными по отношению к зернам крахмала. Наблюдались четкие различия между различными частями листа, что неудивительно, поскольку на этом этапе на макроскопическом уровне также проявлялась пятнистость, многие листья имели желто-зеленый мозаичный узор ().

Изменение ультраструктуры клеток мезофилла осенью. Структурные изменения клеток (A, C, E, G, I) и хлоропластов (B, D, F, H, J) в пяти временных точках осеннего старения (см.). Полосы размера соответствуют 10 мкм м (G и I), 5 мкм м (A и E), 2 мкм м (C), 1 мкм м (D, F, H и J) , 0,5 мкм м (Б). сен, сентябрь; окт, октябрь.

В конце фазы 2 (25 сентября, когда осталось 25% исходного хлорофилла) многие клетки потеряли большую часть своего электронно-плотного материала ().Стало частым разрушение хлоропластов (), проявляющееся в потере гранул крахмала, увеличении количества и размера пластоглобул и потере нормальной структуры тилакоидной мембраны (замененной набуханием ламелл). Присутствовало много мелких пузырьковидных структур (), по-видимому, расположенных не в цитоплазме, а в вакуолярном пространстве, которое постепенно становилось менее структурированным, но более электронно-плотным, чем в фазе 1. Клетки на этой стадии, по-видимому, содержали меньшее количество хлоропластов и митохондрии и цитоплазма были ограничены небольшими участками вдоль стенок.Некоторые клетки казались почти пустыми, иногда располагаясь рядом с клетками, содержащими хлоропласты. Казалось, что клетки не содержат пластиды на разных стадиях развития, то есть как хлоропласты, так и геронтопласты, но каждая клетка, казалось, была полностью синхронизирована с точки зрения развития пластид.

В поздней фазе 3, 3 октября (когда оставалось менее 5% исходного хлорофилла), клетки на электронных микрофотографиях выглядели еще менее структурированными, и любая оставшаяся цитоплазма и пластиды собирались в углах некоторых клеток, тогда как другие оказались пустыми ().Обнаруженные пластиды представляли собой набухшие геронтопласты, состоящие в основном из крупных пластоглобул, но некоторые митохондрии и несколько ядер все еще выглядели нетронутыми (). Некоторые пластоглобулы также начали выдавливаться в виде капель из геронтопластов, что, возможно, соответствовало массовому исходу, о котором сообщалось из геронтопластов сои (Guiamet et al., 1999), а цитоплазматические области были гетерогенными и содержали структуры, подобные пузырькам. В фазе 4, наконец, большинство клеток оказались пустыми и мертвыми (), хотя некоторые все еще содержали геронтопласты, заполненные пластоглобулами, и были обнаружены некоторые митохондриально-подобные структуры ().

Нас заинтриговали открытия, что содержание хлорофилла в листьях фазы 3 составляло около 5% от содержания хлорофилла в листьях фазы 1 (хотя они казались желтыми), и что некоторые листья давали определяемый F _v / F _{м передаточное число} . Чтобы получить лучший обзор компартментализации хлорофилла в листьях поздней фазы 3, мы просканировали листья, отобранные 6 октября, с помощью конфокальной микроскопии и зарегистрировали автофлуоресценцию хлорофилла.

показывает разрезанный лист при двух разных увеличениях.Оставшийся хлорофилл был обнаружен в пластидах или, по крайней мере, в структурах, подобных органеллам, по всему мезофиллу (как в палисадных клетках, так и в губчатом мезофилле), но чаще вблизи жилок. Некоторые клетки явно лишены пластид, но некоторые содержат одну или несколько хлорофилл-содержащих пластид, иногда расположенных в противоположных углах клетки. Эта и ПЭМ-микрофотографии показывают, что даже на этой очень поздней стадии старения некоторые клетки содержат хлорофилл-содержащие пластиды, возможно, выполняющие метаболическую функцию.

Автофлуоресценция хлорофилла (красный цвет), измеренная с помощью конфокальной микроскопии на листе фазы 4 (6 октября). A, ткань мезофилла. B, сегмент листа. Полосы размеров соответствуют 50 мкм м (вверху) и 100 мкм м (внизу). ep, эпидермис; приятель, частокол; mes, мезофилл.

ОБСУЖДЕНИЕ

Изучаемое нами дерево имеет несколько миллионов листьев. Каждый лист содержит около 30 миллионов клеток, а каждая клетка в среднем около 40 хлоропластов. Великолепное появление осеннего старения является результатом синхронизированного и явно строго контролируемого преобразования этих ≈10 ¹⁵ хлоропластов в геронтопласты и последующей деградации большинства клеточных органелл, включая геронтопласты.Мы следили за этим процессом, измеряя пигменты, ключевые метаболиты, такие как АТФ и Suc, макроэлементы, фотосинтез, а также целостность клеток и органелл на протяжении всего процесса. Сгенерированные данные могут быть скомпилированы для создания клеточного расписания осеннего старения (), в котором процесс старения разделен на четыре временные фазы, чтобы выделить ключевые события, первое подробное описание клеточных событий, которые происходят во время осеннего старения. Это, конечно, не абсолютный и общий график, поскольку разные породы деревьев следуют разным образцам, и даже в пределах одного вида наблюдаются значительные различия, например, в начале процесса.Такие факторы, как статус питательных веществ, также влияют на начало процесса. Тем не менее, мы полагаем, что исследования одного дерева за один год имеют общее значение и информативны в отношении порядка происходящих событий. Надежные данные о последовательности событий необходимы для механистического понимания процесса и для проведения подробных исследований, позволяющих учитывать различия между видами и индивидуумами.

Клеточное расписание осеннего старения Populus tremula , составленное на основе данных, представленных в этой статье.«Потеря цитоплазмы» означает комбинацию двух событий, деградации цитоплазмы и взрыва вакуоля. МЭС, Основной источник энергии.

Создавая клеточный график осеннего старения для осины, мы полагаем, что получили новое понимание некоторых из основных нерешенных вопросов, касающихся осеннего старения. Мы показали, что переход в фазу 2 был вызван фотопериодом, и что температура (и свет) практически не влияли на начало старения. Процесс осеннего старения, когда-то инициированный факторами окружающей среды, по-видимому, представляет собой жестко контролируемую программу развития, которая существенно не изменяется под воздействием факторов окружающей среды.Хлорофилл разлагался с довольно постоянной скоростью, хотя погодные условия менялись (и различались в разные годы). Если бы фотоокисление пигментов было основным определяющим фактором, скорость разложения увеличилась бы, например, в холодные ясные дни (например, 19 и 20 сентября), чего не было (Kukavica and Jovanovic, 2004). Хлорофилл разлагался с постоянной скоростью, и катаболиты каротиноидов начали появляться после 12 сентября, до того, как наблюдалось образование геронтопластов. С другой стороны, фотоокислительный стресс, по-видимому, является основным определяющим фактором накопления антоцианов, и уровни антоцианов динамически меняются в зависимости от погоды.Таким образом, стимуляция осенних красок холодной погодой, по-видимому, была вызвана исключительно воздействием на накопление антоцианов. Накопление антоцианов, по-видимому, лучше коррелировало с избытком света (сильный свет и холод), чем с одним только ярким светом или холодом, что согласуется с гипотезой о том, что антоцианы играют фотозащитную роль. Большие колебания содержания антоцианов показали, что антоцианы быстро метаболизируются вплоть до опадания листьев. Катаболизм антоцианов может регулироваться светом или, альтернативно, регулируемый анаболизм в листьях осины может конкурировать с, казалось бы, нерегулируемым катаболизмом, подобным регулированию цикла ксантофилла.Интересно, что листья в фазе 1, по-видимому, не были настолько компетентны, чтобы реагировать на раздражители, которые позже привели к накоплению антоцианов. 1 и 2 сентября были такими же холодными, как 19 сентября, и свет был ярче, но накопления антоцианов в это время не наблюдалось. Эти наблюдения вместе с тем фактом, что поврежденные центры ФСII также были восстановлены в течение первой недели сентября, демонстрируют, что листья в этот момент еще не были готовы к процессу старения. Это согласуется с нашим предыдущим предположением о том, что пик транскрипционной активности в первую неделю сентября совпадает с переключением в процессе развития, перепрограммирующим лист к старению (Andersson et al., 2004).

11 сентября начался процесс деградации (2 этап). Эта дата вступления в фазу 2 была одинаковой в течение нескольких лет, с разными погодными условиями, и поэтому, вероятно, будет контролироваться фотопериодом. Сигнал старения вызывал у клеток разрушение их фотосистем (и хлорофилла), высвобождая каротиноиды, некоторые из которых (лютеин и β -каротин) разлагались, тогда как другие (особенно неоксантин и виолаксантин) этерифицировались и накапливались в пластоглобулах.Этот процесс в каждой пластиде казался очень быстрым, поскольку отношения F _v / F _m оставались высокими и постоянными до самого конца процесса. Если бы большая часть центров ФСII, присутствующих в хлоропластах, подвергалась процессам деградации, это, вероятно, проявилось бы в снижении общих значений F _v / F _m . По-видимому, поэтому, хотя общая фотосинтетическая способность снижается вместе с деградацией хлорофилла, фотосинтетические параметры оставшихся центров ФС II остаются постоянными до самого конца процесса.Мы интерпретируем эти данные как указание на то, что переход от полностью фотосинтетически активного хлоропласта к геронтопласту происходит очень быстро, и эти данные согласуются с моделью, в которой все хлоропласты в данной клетке претерпевают переход одновременно, в то время как соседняя клетка может находиться на другой стадии развития. Изменения соотношения хлорофилла a / b показали, что деградация антенных хлорофиллов в конце фазы 2 происходит медленнее, чем деградация хлорофилла a в реакционных центрах.Это отчасти напоминает ситуацию с некоторыми мутантами, остающимися зелеными, где оставшийся хлорофилл в стареющих в остальном листьях связан со светособирающим комплексом II (Hilditch et al., 1986). Адаптивное преимущество сохранения антенны и демонтажа реакционных центров неясно, но было продемонстрировано во время старения листьев у других видов (Wolf, 1956; Lichtenthaler, 1987). Параллельно с дегенерацией хлоропластов экспрессия фотосинтетических генов сильно подавлялась (Andersson et al., 2004). После вступления в фазу 2 цитоплазма начала разрушаться, что в конечном итоге затрудняло различение цитоплазмы от вакуоли. Мы смогли обнаружить небольшие пузырьки, возможно, похожие на пузырьки, описанные Otegui et al. (2005), ядра постепенно исчезли, и клетки, похоже, в этот момент в значительной степени перестали синтезировать белок; по крайней мере, нам не удалось извлечь высококачественную РНК из листьев после 24 сентября (Andersson et al., 2004).

Во время процесса старения листьев большая часть азота и фосфора извлекалась.Относительное содержание углерода не изменилось (), но, поскольку сухой вес листа уменьшился (), некоторое количество углерода также может сохраняться. Эта массивная ремобилизация требует, конечно, участия многих катаболических ферментов, а гены, кодирующие различные типы протеаз, липаз и ферментов, участвующих в метаболизме нуклеотидов, гликонеогенезе и ремобилизации азота (среди прочего), либо индуцируются, либо продолжают экспрессироваться. , в осенних листьях (Bhalerao et al., 2003; Andersson et al., 2004; Terce-Laforgue et al., 2004).

Старение — это энергоемкий процесс, в котором АТФ необходим для разложения, рециркуляции и транспортировки питательных веществ из клетки. Поскольку фотосинтез снижается на фазе 2, митохондриальное дыхание должно взять верх, чтобы обеспечить клетку энергией, необходимой для этих процессов. Таким образом, значительная часть углерода, потерянного листом, скорее всего, произойдет из-за дыхания и не будет извлечена. Мы не измеряли дыхание во время процесса, но ясно, что митохондрии остаются активными на протяжении всего старения, поскольку интактные митохондрии можно было увидеть на изображениях электронной микроскопии в конце процесса.Гены, кодирующие компоненты митохондриального транспорта электронов, также продолжают экспрессироваться на протяжении всего периода (Andersson et al., 2004). Контролируя изменения в уровнях ключевых метаболитов (соотношение АТФ / АДФ и размер пула, крахмал и различные растворимые сахара), мы обнаружили доказательства, указывающие на то, что смещение основных источников энергии клетки от хлоропластов к митохондриям, вероятно, произошло примерно 19 сентября.

30 сентября процесс деградации был в основном завершен, и листья вступили в фазу 3.Вероятно, этот переход совпадает с образованием на черешке защитных и разделительных слоев, которые блокируют дальнейший транспорт флоэмы из листа. Изменения после этой даты были незначительными, и, поскольку листья начали опадать, а отдельные листья, у которых процесс был несколько замедлен, с большей вероятностью были задержаны, это может объяснить слабость некоторых тенденций в данных и предполагает, что наше разделение между фазами 3 и 4 фаза могут быть искусственными. Некоторые клетки на этой стадии казались пустыми (и, вероятно, мертвыми), тогда как многие из них содержали ядра, митохондрии и небольшое количество геронтопластов.Вакуоли и цитоплазма не отличались друг от друга. Динамические изменения переменных, таких как уровни пигментов ксантофиллового цикла и антоцианов, а также присутствие нескольких активных фотосистем во время фазы 3 предполагают, что значительная часть клеток все еще была жива и метаболически активна. Многие из этих клеток содержали хлорофилл-содержащие пластиды, и уровень остаточного хлорофилла составлял примерно 5% от уровней фазы 1, но только небольшая часть этого оставшегося хлорофилла, по-видимому, была фотосинтетически активной, и эта активность была потеряна во время фазы 3.Остаточный хлорофилл, вероятно, локализуется в пластоглобулах, где большое количество каротиноидов может служить эффективным гасителем избыточной энергии возбуждения.

Внезапный сдвиг в соотношении изотопов азота в самом конце фазы 2 (29 сентября) был неожиданным открытием. Ранее сообщалось об изменениях в соотношении изотопов азота в стареющей хвое сосны, и для их объяснения были выдвинуты три гипотезы (Näsholm, 1994). Поскольку две из гипотез (дискриминация δ ¹⁵ N в процессе транслокации азота и возможность того, что пулы азота, которые не деградируют, как белки клеточной стенки, имеют относительно высокие значения δ ¹⁵ N), являются несовместимо с таким резким сдвигом соотношения; Третья гипотеза, выброс азотсодержащих летучих соединений (низкий δ ¹⁵ N), может быть лучшим объяснением наших результатов.Сообщалось о выделении летучих из стареющих листьев (Husted et al., 1996), и наш вывод о том, что внезапное изменение соотношения изотопов совпало с переходом от фазы 2 к фазе 3 и, вероятно, с прекращением транспорта флоэмы из листья, совместим с гипотезой о том, что азотсодержащие соединения могут накапливаться в листьях до токсичных уровней, поскольку катаболизм белков, вероятно, продолжается, поэтому может высвобождаться аммиак для уменьшения количества избыточного азота. Возможно, что это внезапное изменение δ ¹⁵ N является признаком окончания процесса ремобилизации осенних листьев.

Есть два возможных объяснения удержания некоторых клеток и органелл на протяжении фазы 3. Мы полагаем, что к концу фазы 2 дерево прошло через важные этапы процесса старения, что позволило восстановить питательные вещества, и что образовался разделительный слой, поэтому дальнейшая ремобилизация невозможна. Однако, если есть листья, которые все еще могут экспортировать некоторый материал, для ремобилизации потребуются катаболические действия. Накопление пластид, вероятно, индикатор живых клеток, ближе к венам совместимо с гипотезой о том, что во время фазы 3 (и 4) клетки, расположенные далеко от вен, могут погибнуть, но клетки, расположенные ближе к венам, могут погибнуть. участвуют в деградации макромолекул.Дерево может быть подготовлено к зиме к концу фазы 2, но если не возникнет достаточно сильный мороз, чтобы убить клетки, дерево получит бонусную фазу, в которой небольшая часть оставшихся питательных веществ, возможно, может быть повторно мобилизована. Второе возможное объяснение состоит в том, что если клетки листа функционально отделены от ствола, их судьба не повлияет на остальную часть дерева, поэтому они могут жить или умереть без каких-либо особых адаптивных преимуществ. В любом случае эти данные совместимы с концепцией, согласно которой старение листа и гибель клеток в некоторой степени являются антагонистическими процессами.

Наши данные показывают, что накопление антоцианов, вероятно, играет роль в фотозащите, как предполагают несколько авторов (Feild et al., 2001; Hoch et al., 2003). В экологической литературе недавно появились предположения о возможной связи между осенним старением и травоядностью насекомых (Archetti, 2000; Hagen et al., 2003), предполагая, что осенние цвета могут быть честным или нечестным сигналом насекомым о том, что статус дерева. Сильные аргументы против этого с физиологической точки зрения были выдвинуты Ougham et al.(2005), и, учитывая тот факт, что накопление и разложение пигментов в осенних листьях можно объяснить очевидными физиологическими факторами и факторами развития, мы считаем, что прямая связь между осенними цветами и предпочтениями травоядных животных маловероятна, и вместо этого наблюдаются явления. сильно коррелированны, потому что оба сильно зависят от азотного статуса дерева.

Есть ли точка невозврата в осеннем старении листьев осины? Насколько нам известно, этот вопрос экспериментально не рассматривался, но, учитывая события, за которыми мы здесь наблюдали, можно предположить, что перепрограммирование экспрессии генов в конце фазы 1 может быть необратимым процессом или, альтернативно, что листья могут повторно зеленый, если все дерево подвергается более длительному световому периоду.Однако сомнительно, чтобы такая способность имела адаптивное значение в природе, поскольку деревья никогда не испытают увеличения фотопериода осенью. Однако теперь у нас есть инструменты для решения этого вопроса.

Детально изучив дерево во время осеннего старения, мы полагаем, что получили новое понимание фундаментальных вопросов, поставленных во введении. Превращение хлоропластов в геронтопласты обусловлено факторами развития, питательные вещества в значительной степени ремобилизуются в течение 18 дней (с 11 по 29 сентября, фаза 2), а в середине этой фазы митохондрии берут на себя роль основных поставщиков. энергии для процесса.Во время этой фазы пластиды превращаются в геронтопласты, и многие клетки умирают, но некоторые выживают и сохраняют свои геронтопласты, митохондрии и, возможно, ядра, пока листья не опадают, вплоть до 1 недели спустя.

Наконец, фотопериод, по-видимому, является единственным триггером начала осеннего старения у осины, а цепь передачи сигнала между фоторецепторным фитохромом и нижестоящими генами, которые выполняют программу старения, теперь можно исследовать с помощью молекулярных и геномных инструментов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Листовой материал

Образцы листьев отбирали каждый день с 11 до 11:30 в период с 25 августа по 9 октября 2003 г. со свободнорастущей осины ( Populus tremula ) в кампусе Университета Умео. (см. Bhalerao et al., 2003). В каждый момент времени собирали по пять листьев, объединяли и измельчали ​​в жидком азоте. Один или два раза в неделю собирали два отдельных листа для фиксации, заделки и ТЕА. Измеряли свежий и сухой вес и рассчитывали средний вес листьев.

Спектроскопические измерения

Хлорофилл

Тройные копии примерно 30 мг материала измельченных листьев (смесь пяти листьев на каждую дату) экстрагировали в 80% водном растворе ацетона, забуференном 25 мм HEPES. Экстракт анализировали на оптическую плотность при длинах волн 646,6, 663,6 и 750,0 нм с использованием спектрофотометра Biochrom 4060 (Pharmacia LKB Biochrom). Затем рассчитывали концентрации хлорофилла a и хлорофилла b , используя уравнения Porra et al.(1989).

Антоцианы

Дубликаты примерно 40 мг материала измельченных листьев (смесь пяти листьев для каждого финика) экстрагировали 85% водным ацетоном и 1% HCl (85:15) при 4 ° C. После разделения фаз диэтиловым эфиром для удаления хлорофиллов водный экстракт анализировали на оптическую плотность при длинах волн 535,0, 650,0 и 750,0 нм с использованием спектрофотометра Biochrom 4060 (Pharmacia LKB Biochrom). Затем рассчитывали концентрации антоцианов с использованием коэффициента экстинкции (при λ = 535 нм) в соответствии с До и Кормье (1991).

Анализ пигментов с помощью ВЭЖХ

Каротиноиды экстрагировали 96% этанолом и количественно определяли согласно Król et al. (1995). Пигменты определяли путем измерения оптической плотности при 440 нм. Время удерживания и факторы ответа для хлорофилла a , хлорофилла b , лютеина, β -каротина, неоксантина, виолаксантина, антераксантина и зеаксантина были определены ранее (Król et al., 1995). Анализ проводился с использованием программного обеспечения хроматографа (System Gold; Beckham Instruments).Чтобы свести к минимуму инструментальную погрешность, выборки были запущены в случайном порядке. Состояние эпоксидирования пигментов ксантофиллового цикла рассчитывали по формуле (V + 1 / 2A) / (V + A + Z).

Несколько неидентифицированных пиков были обнаружены на хроматограммах экстрактов с более поздних стадий старения. Мы предположили, что некоторые из этих пигментов могли быть эфирами каротиноидов, поэтому мы омылили экстракты из поздней фазы 3 (3 октября), добавив к экстрактам 25 мкл л 20% КОН, а затем инкубируя смеси в темноте на льду в течение 18 лет. часОмыленные экстракты снова фильтровали перед анализом ВЭЖХ. Концентрации неоксантина, виолаксантина и антераксантина увеличились примерно на 50% в омыленных экстрактах, что указывает на то, что эти каротиноиды высвобождались из сложных эфиров при омылении. Количество зеаксантина, лютеина, β -каротина, хлорофилла a и хлорофилла b изменилось лишь незначительно. Таким образом, результаты показывают, что в осенних листьях присутствовали сложные эфиры неоксантина, виолаксантина и антераксантина.

Два пигмента (со временем удерживания 6,2 и 6,5 мин соответственно) не подверглись омылению; первый пигмент лишь незначительно накапливается во время старения и иногда присутствует в листьях других растений (данные не показаны), тогда как второй не обнаруживался до 19 сентября и накапливался после этого. Первый пигмент имел спектр поглощения, подобный виолаксантину (пики при 443 и 472 нм в нашей системе), а второй пигмент имел пики при 448 и 473 нм.Они обозначаются каротиноидами X и Y (CX и CY). Два пигмента (время удерживания 8,2 и 8,3 мин соответственно) имели пики поглощения при 438 и 467 нм (аналогично неоксантину) и исчезали при омылении. Эти пигменты были предварительно идентифицированы как сложные эфиры неоксантина (NE1 и NE2). Другой пигмент со временем удерживания 8,5 мин также исчез после омыления, но имел спектр поглощения, напоминающий спектр поглощения виолаксантина, с пиками при 443 и 471 нм, поэтому этот пигмент мог представлять собой сложный эфир виолаксантина (VE1).Пик со временем удерживания 8,9 мин представлял собой неразрешенный дублет, который исчезал в омыленном экстракте. Спектр поглощения этого пика больше всего напоминал неоксантин, поэтому мы обозначили его NE3, несмотря на то, что он, скорее всего, соответствует двум различным эфирам каротиноидов. Дублет появлялся при временах удерживания 9,4 и 9,6. Эти пигменты исчезли при омылении. Спектры поглощения переднего и заднего пиков в дублете напоминали спектры неоксантина и виолаксантина соответственно.Эти пики были обозначены NE4 и VE2 соответственно. Наконец, пик с наибольшей площадью (время удерживания 10 мин) имел спектр, напоминающий спектр виолаксантина, но этот пигмент был стабильным во время омыления. Мы условно обозначили этот пигмент VX.

Эти пигменты не были строго идентифицированы, поэтому их назначение было сделано исключительно из практических соображений и носит предварительный характер. Например, увеличение количества антераксантина после омыления указывает на присутствие сложных эфиров антераксантина, но ни один из пиков не был отнесен к сложным эфирам антераксантина.В дополнение к пигментам, обсуждаемым здесь, на хроматограммах также появилось несколько незначительных неназначенных пиков (с типичными спектрами поглощения каротиноидов).

Измерения АТФ и сахара

Около 20 мг материала измельченных листьев (смесь пяти листьев для каждого финика) экстрагировали в 3% TCA. АТФ определяли методом люциферазы светлячков (Gardeström and Wigge, 1988). АДФ измеряли после катализируемого пируваткиназой превращения в АТФ (Roche Diagnostics).

Растворимые сахара (Suc, Glc и Fru) и крахмал измеряли в растворимой и остаточной фракциях водно-этанольных экстрактов согласно Stitt et al.(1989).

TEM

Десять кусочков, каждая с площадью поверхности около 1,5 мм ² , вырезали из каждого листа и инфильтровали в мягком вакууме в течение 15 мин в 3% (мас. / Об.) Глутаровом альдегиде / 0,1 м фосфатном буфере ( pH 7,2), затем инкубировали в течение 4 ч при комнатной температуре (первичная фиксация), промывали фосфатным буфером и меняли на 2% (вес / объем) тетроксид осмия в течение 2 часов (вторичная фиксация). После промывки в дистиллированной воде образцы дегидратировали в серии градуированных этанолов, переносили в пропиленоксид на 3 × 10 мин, а затем добавляли по каплям эпоксирезин (TAAB 812; TAAB Laboratories) каждые 10 мин до тех пор, пока концентрация смолы не достигала приблизительно 10% ( в / в).Затем образцы оставляли на ротаторе на ночь. На следующий день смолу последовательно меняли каждые 4 часа на 25%, 50% и, наконец, 75%, затем инкубировали при 75% в течение ночи, после чего их выдерживали в 100% смоле в течение половины дня и затем заливали на кремний. рамки и инкубировали при 60 ° C в течение 1 дня. После заливки образцы вырезали алмазным ножом и переносили на медные сетки 200 меш с покрытием Formvar. Сетки окрашивали 3% водным раствором уранилацетата в течение 30 минут и цитратом свинца в течение 10 минут перед исследованием под просвечивающим электронным микроскопом JEOL JEM 1230, работающим при 80 кВ.

Элементный анализ

N%, C%, δ ¹³ C и δ ¹⁵ N значений объединенных образцов листьев были измерены в соответствии с Ohlsson и Wallmark (1999) с использованием изотопа в непрерывном потоке. масс-спектрометр соотношения (анализатор стабильных изотопов 20–20; Europa Scientific), сопряженный с блоком элементного анализатора (система ANCA-NT, модуль подготовки твердой / жидкой фазы; Europa Scientific).

Концентрации железа, серы, фосфора и калия в объединенных образцах листьев измеряли согласно Emteryd (2003), используя масс-спектрометр с индуктивно связанной плазмой (Elan 6100; Perkin-Elmer).

Измерения флуоресценции

Измерения флуоресценции проводили примерно в полдень примерно каждые второй или третий день на тех же четырех листьях с использованием портативного измерителя стресса растений (версия 2.12; Biomonitor S.C.I.). Согласно Öquist и Wass (1988) перед измерениями флуоресценции листья были адаптированы к темноте не менее 40 минут с использованием зажимных кювет.

(PDF) Эффективность водопользования снижается во время осеннего старения листьев у трех лиственных пород деревьев

[страница 28] [Международный журнал биологии растений, 2013; 4: e7]

Как описано выше, снижение g был на

больше, чем соответствующее снижение A

за период исследования.Таким образом, снижение WUE на

было связано с более медленным снижением грелости

до A. Осеннее старение листьев у

лиственных видов часто характеризуется постепенным перемещением

хлорофилла в хранилище

тканей в разных частях растения. plant.2,3,18 В настоящем исследовании

потеря зеленой окраски составила

, как и ожидалось, сопровождалась уменьшением A

(Рисунок 1A). По мере прогрессирования старения листьев,

, также наблюдалось общее снижение g и WUE,

вместе с ожидаемым увеличением Ci (Фигуры

1 и 3A).Однако снижение A на

не было отражено соответствующим закрытием устьиц,

, так что WUE неуклонно снижался, хотя g

также уменьшался. Фактически, даже после того, как листья

изменились с зеленого на почти полностью красный

или желтый и A было низким или даже отрицательным (res-

пиратство перевешивало ассимиляцию CO2; Рисунок

1A), устьица оставались частично открытыми, т.е.

довольно высокий g, совпадающий с увеличением Ci,

и более низким WUE (рисунки 1 и 3A).Отношение

между A и WUE подтверждается на рис. 2A-C

, где низкие значения A и

относительно высокие g дали самые низкие значения WUE.

Было сообщено о большом разнообразии видов растений

, которые координируют свои потери CO2 и воды

за счет тесной связи фотосинтеза и транспи-

рациона посредством устьичного поведения, которое может

оптимизировать эффективность использования воды, или A / g. 10,19

Хотя есть исключения из этой стратегии оптимизации —

, например.грамм. случаи конкуренции за воду, 13

транспирационное охлаждение листьев, 11,12 или кран ксилемы-

паразиты пинга, 9,14,15 не проводилось исследований

, насколько нам известно, по оценке эффективности водопользования

изменения эффективности во время осени старение листьев у

лиственных пород. Однако в двух предыдущих исследованиях

были представлены результаты, аналогичные нашим результатам

, согласно которым снижение эффективности водопользования

произошло осенью, но в них не учитывались конкретные изменения в относительной величине g (WUE).Для примера

Proietti обнаружил, что во время старения листьев

в Olea europaea содержание хлорофилла

уменьшалось с сопутствующим снижением чистого фотосинтеза (см. Рис. 2 в

Proietti) .20 Проводимость листа (g ) также

снизилось, но удерживалось на уровне более 50 ммоль м – 2

с – 1, когда содержание хлорофилла было около 0 г м – 2

(рис. 3 в Proietti) .20 Proietti также сообщил о

увеличении содержания Cias A и хлорофилла. содержание

приблизилось к нулю.Аналогичные результаты были получены

Грасси и Маньяни в трехлетнем исследовании на

лиственных деревьях дуба (Quercus robur) и ясеня

(Fraxinus oxyphylla), где общее снижение в Аби на

к концу суммы —

мер и начало осени (их Рисунок 3) .21

Однако в зависимости от годовых сумм осадков либо увеличилось, либо уменьшилось

.

Как это ни парадоксально, g резко увеличился на

в начале осени после экстремально засушливого лета (рис. 3).Взятые из

опубликованных данных в Грасси и Маньяни, 21 мы повторно построили график зависимости между днем ​​

года и WUE и обнаружили, что WUE также

уменьшился в течение осени, но имел еще большее снижение на

. суше, чем более влажные годы (Рисунок

3B). Результаты двух исследований, приведенных выше, подтверждают результаты, представленные здесь: листья

могут не закрывать устьица, так что старение листьев WUE во время

сохраняется или даже увеличивается.Кроме того, результаты Grassi

и Magnani21 показывают, что самый засушливый год из

их исследования также соответствовал самому низкому

WUE за год.

Выводы

Таким образом, измеренная здесь картина

в целом согласуется с другими исследованиями, сообщающими о

снижении WUE во время снижения фотосинтеза. .20,21 Один

может предположить, что преимущество расточительного открытия устьиц

и транспирации (нижняя

WUE) заключается в усилении потока ксилемы и транслокации

флоэмы, обеспечивая адекватную реассимиляцию питательных веществ, транспортировку в хранение

органов и извлечение из почвы. Однако данные

, представленные здесь, описывают только возникновение чрезмерного открытия устьиц в том смысле, что

не отслеживает A (оптимизация)

и WUE снижается.Кроме того, поскольку старение листа на

близко к завершению, а опадающий слой сформирован на

, потеря воды из листа не может повлиять на водный баланс растения и может повлиять на прилегающие ветви, избегая повреждений от мороза

. Тем не менее, необходимы дополнительные исследования, чтобы определить возможное адаптивное значение

среди видов с отсроченным закрытием устьиц и

пониженной эффективности использования воды при повторном усвоении, поглощении и хранении питательных веществ

, а также толерантности к замораживанию

. у лиственных пород.Дополнительные исследования

могут также определить, является ли этот образец

характерным в целом для лиственных пород

Ссылки

1. Archetti M, Döring TF, Hagen SB, et al.

Рассказывая об эволюции осени

цвета: междисциплинарный подход.

Trends E col Ev ol 20 09; 24: 166-73.

2. Матовая П. Биохимия бабьего лета:

Физиология осенней окраски листьев.Опыт

Геронтол 2000; 35: 145-58.

3. Fracheboud Y, Luquez V, Björkén L, et al.

Контроль осеннего старения осины обыкновенной

. Физиол растений

2009; 149: 1982-91.

4. Угам Х.Дж., Моррис П., Томас Х. Цвета осенних листьев как симптомы рециркуляции целлюлозы и защиты от психических стрессов, вызванных окружающей средой. Curr Top Dev Biol 2005;

66: 135-60.

5.Томас Х, Хуанг Л., Янг М., Угам Х.

Эволюция старения растений. BMC Evol

Biol 2009; 9: 163.

6. Нобель П.С. Физико-химическая и экологическая-

Психологическая физиология растений. 4-е изд. Оксфорд:

Academic Press; 2009.

7. Ясумура Ю., Хикосака К., Хиросе Т.

Сезонные изменения фотосинтеза, содержания нитро-

и распределения азота в

листьях Lindera umbellata, выращенных при высокой или

низкой освещенности.Tree Physiol 2006; 26: 1315-

23.

8. Фаркуар Г., Шарки Т. Стоматальная проводимость и фотосинтез. Annu Rev Plant

Physiol 1982; 33: 317-45.

9. Ehleringer JR. Различия в изо-

топовых различий углерода в листьях Encelia farinosa:

последствия для роста, конкуренции и

засухоустойчивости. Экология 1993; 95: 340-46.

10. Drake BG, Gonzàlez-Meler MA. Более эффективные

эффективные установки: следствие увеличения выбросов CO2 в атмосфере на

? Annu Rev Plant Physiol

Plant Mol Biol 1997; 48: 609-39.

11. Smith WK. Температуры пустынных растений:

Другой взгляд на приспособляемость

размера листа. Наука 1978; 201: 614-6.

12. Кук Г.Д., Диксон Дж. Р., Леопольд А.С.

Трансп и рация: и т е ф е к т ы на листе земли —

пература. Science 1964; 144: 546-47.

13. Гордон Д. Р., Велкер Дж. М., Менке Дж. В., Райс К. Дж..

Конкуренция за почвенную воду между

однолетних растений и сеянцами голубого дуба (Quercus douglasii)

.Экология 1989; 79: 533-41.

14. Ehleringer JR, Schulze E-D, Ziegler H, et al.

Омела, отводящая ксилемы: вода или питательное вещество

Паразиты? Science 1985; 227: 1479-81.

15. Эшер П., Пеук А.Д., Баннистер П. и др.

Транспирация, ассимиляция CO 2, WU E, и

устьичное отверстие в листьях Viscum

album (L.): действие абсцизовой кислоты (ABA) в

ксилемном соке своего хозяина (Populus x

euamericana).Plant Physiol Bioch

2008; 46: 64-70.

16. Пирс RS. Подмерзание и порча растений. Анн

Бот 2001; 87: 417-24.

17. Список RJ. Смитсоновские метереологические таблицы.

Вашингтон: Смитсоновский институт

Press; 1987.

18. Кескитало Дж., Бергквист Дж., Гардестрем П.,

Янссон С. Клеточное расписание осеннего старения

. Plant Physiol 2005; 139: 1635-

48.

19. Cowan IR.Стоматологическое поведение и окружающая среда —

. Adv Bot Res 1977; 4: 117-228.

20. Пройетти П. Газообмен при старении

листьев Olea europaea L. Photosynthetica

1998; 35: 579-87.

21. Грасси Г., Маньяни Ф. Стоматальный, мезофилл

проводимость и биохимические ограничения для фотосинтеза

под влиянием засухи и

онтогенеза листьев у ясеня и дуба. Завод

Cell Environ 2005; 28: 834-49.

Артикул

Найдите скрытые цвета осенних листьев

Ключевые концепции
Растения
Сезонные изменения
Цвета

Введение
Вы когда-нибудь задумывались, почему осенью листья меняют цвет с зеленого на удивительный желтый, оранжевый и красный? Яркие цвета листья приобретают за счет пигментов, состоящих из молекул разного размера, создающих цвет.

В теплые солнечные месяцы растения используют свои листья для превращения солнечного света в энергию пищи. Этот процесс называется фотосинтезом.В первую очередь используется пигмент, отражающий зеленый свет, который придает листьям характерный цвет.

Осенью, когда наступают более холодные и короткие дни, многие виды деревьев перестают вырабатывать пищу с помощью своих листьев и, следовательно, больше не нуждаются в зеленом пигменте. Становятся видимыми другие пигменты листьев, некоторые из которых присутствовали уже летом. Раскройте эти скрытые цвета осени, разделив растительные пигменты с помощью процесса, называемого бумажной хроматографией. Какие цвета вы увидите?

Фон
В листьях растений есть много типов пигментов.Хлорофилл делает их зелеными и помогает осуществлять фотосинтез в теплые солнечные месяцы. По мере того, как наступает осень и зеленый цвет, используемый для пищевых продуктов, тускнеет, другие пигменты, такие как желтый, оранжевый и красный, становятся более заметными.

Ксантофиллы — это желтые пигменты, а каротиноиды придают листьям оранжевый цвет. Фотосинтез также использует эти пигменты летом, но хлорофилл, более сильный пигмент, подавляет их. Этим пигментам требуется больше времени для разложения, чем хлорофиллу, поэтому вы можете увидеть, как они становятся видимыми на осенних листьях.Они также содержатся в моркови, нарциссах, бананах и других растениях с такими яркими цветами. Есть также антоцианы, интенсивные красные пигменты, которые не производятся летом, а появляются только в последней группе осенних цветов. Эти молекулы также придают красный оттенок яблокам, клюкве, клубнике и многому другому.

Хотя лист представляет собой смесь этих пигментов, вы можете разделить цвета с помощью метода, называемого бумажной хроматографией. Этот процесс растворяет пигменты и позволяет им впитаться полоской бумаги.Более крупным молекулам труднее перемещаться в тканой бумаге и сначала они попадают в ловушку, в то время как более мелкие молекулы перемещаются дальше по бумаге. Этот процесс разделяет смесь пигментов по размеру молекул и по цвету.

Материалы
• Листья на разных стадиях изменения цвета (чем больше, тем лучше — лучше примерно 10 каждого цвета)
• Ножницы
• Крепкие крепкие стаканы для питья (от трех до четырех)
• Медицинский спирт (изопропиловый спирт)
• Деревянная ложка или другая деревянная посуда с тупым концом для измельчения листьев
• Вилка
• Очень маленькие чаши или подсвечники для чая (от трех до четырех)
• Прочные белые плотные бумажные полотенца со сверхвысокой абсорбирующей способностью
• Линейка
• Карандаш
• Зубочистки
• Пластина (или другая поверхность для защиты рабочей зоны от пятен)
• Высокие стеклянные кувшины, такие как каменные кувшины (от трех до четырех)
• Прищепки или большие скрепки (от девяти до двенадцати)

Подготовка
• Соберите несколько листьев, которые осенью меняют цвет, желательно с одного и того же дерева.
• Разделите листья на отдельные группы, расположенные по цвету, примерно по 10 больших листьев на группу. Проще всего разделить их на зеленые, желтые и красные кучки.
• Подготовьте полоски бумажных полотенец, сделав по три-четыре полоски для каждой группы листьев. Нарежьте прочное толстое бумажное полотенце на длинные полоски шириной в один дюйм. Они должны быть достаточно длинными, чтобы касаться дна высоких стеклянных или каменных кувшинов, и при этом выступать над их верхом. Карандашом аккуратно проведите линию на расстоянии одного дюйма от нижней части каждой полоски.

Процедура
• Нарежьте листья ножницами на мелкие кусочки. Положите каждую группу листьев на дно стакана.
• Добавьте одну столовую ложку медицинского спирта в каждый стакан.
• Растолочь листья в медицинском спирте тупым концом деревянной ложки в течение примерно пяти минут, пока раствор не станет темным. Как изменился цвет спирта?
• Оставьте раствор на 30 минут в темном месте в помещении.
• Используйте вилку, чтобы удалить все кусочки листьев из растворов и выбросить их, оставив жидкость в стакане.
• Перелейте каждый раствор в очень маленькую миску и оставьте в темном месте в помещении, чтобы дать возможность большему количеству спирта испариться. Вы будете готовы к следующему шагу, когда перемешаете растворы зубочисткой, и они станут более густыми.
• Тщательно перемешайте каждый цветной раствор зубочисткой, используя разные зубочистки для каждого раствора, чтобы цвета не смешивались.
• Используя зубочистку для каждого цвета, плавно и равномерно «нарисуйте» часть каждого раствора на полосе бумажного полотенца по нарисованной карандашом линии. Поскольку некоторые растительные пигменты могут окрашивать, вы должны делать это на тарелке, чтобы цвет не испачкал вашу рабочую поверхность. Для каждого цвета сделайте это, используя в общей сложности от трех до четырех полосок.
• Дайте полоскам высохнуть.
• Пока полоски сохнут, налейте в каждую стеклянную банку столько спирта, чтобы покрыть дно.Подготовьте по одной банке для каждого цветового решения.
• С сухими полосками осторожно поместите пигментированный конец в банку, пока полоска не коснется спирта. Накиньте верхнюю часть полоски на отверстие банки и закрепите прищепкой. Убедитесь, что каждая полоска не касается стенок банки, а касается только того места, где она закреплена. Поместите и закрепите полоски из одного раствора в одной банке, но не позволяйте им касаться друг друга.
• Дайте очкам постоять 30 минут и посмотрите на бумажные полоски. Что происходит с цветом полосок бумаги?
• Когда один из цветов достигнет верхней части полоски, удалите все полоски и дайте им высохнуть.
• Посмотрите на разные засохшие полоски. Чем отличаются цвета полосок? Есть ли у полосок из разных цветовых решений уникальные цвета, общие цвета или и то, и другое?
• Посмотрите на порядок, в котором цвета появляются на разных полосах. Один и тот же цвет на одном и том же месте на разных полосах или в другом месте? Отображаются ли цвета на каждой полосе в одном и том же порядке разделения или в разном порядке?
• Совет: Если результаты хроматографии бледные, попробуйте использовать больше листьев, разрезать их на более мелкие части и / или «нанести» больше раствора на карандашную линию на бумажном полотенце.
• Extra: Вы можете использовать эту же процедуру для сравнения цветовых молекул в различных растительных источниках. Например, вы можете попробовать краснокочанную капусту, чернику, морковь, свеклу, шпинат, цветы или другие ярко окрашенные растения. Как соотносятся их смеси цветных молекул?
• Extra: Если вы найдете дерево с широким спектром цветов, вы можете повторить эту процедуру, используя листья на более промежуточных стадиях изменения. Особенно хороший источник разнообразной окраски листьев — это осина.

Наблюдения и результаты
Вы могли видеть несколько цветных полос на тест-полосках? Вы заметили, что некоторые из присутствующих полос отличаются для разных цветовых решений?

Несмотря на то, что лист растения выглядит, как будто он в основном одного цвета, на самом деле он состоит из смеси молекул пигмента. В этой процедуре бумажная хроматография разделяла пигменты по размеру их молекул. Следовательно, вы должны видеть разные цвета в разных местах, проходя по одной из полосок бумажных полотенец, и порядок, в котором появляются цвета, должен быть примерно одинаковым для разных цветовых решений, которые вы тестировали.

Какого цвета полосы на тест-полосках различаются по цвету? Это разные пигменты в листьях. На бумажных полотенцах вы можете увидеть: зеленые хлорофиллы, желтые ксантофиллы, оранжевые каротиноиды и красные антоцианы. Пигменты с более крупными молекулами обычно остаются у нижней части полоски, где раствор был сначала «нарисован» на линии карандаша, потому что им труднее пройти через тканые волокна бумажного полотенца. Пигменты меньшего размера могут легче проходить через бумажное полотенце и, следовательно, они обычно проходят дальше вверх по полосе.

Поскольку цвет листа зависит от смеси пигментов в нем, листья разного цвета будут отображать разные цвета на своих полосах бумажных полотенец. Например, очень зеленые листья могут не иметь красных цветов (антоцианов) на полосах.

Очистка
Поскольку некоторые растительные пигменты могут окрашиваться, будьте осторожны, чтобы не пролить цветные растворы, когда их выбрасываете.

Больше для изучения
«Что заставляет листья на деревьях менять цвет осенью?» из Scientific American
«Почему листья меняют цвет», из С.U.N.Y. Колледж экологических наук и лесного хозяйства E-Center
«Цвет осенней листвы» из Музея Фишера, Гарвардский лес, факультет искусств и наук Гарвардского университета; и Международный университет Флориды, факультет биологических наук
«Ресурсы по бумажной хроматографии» от Science Buddies
«Хроматография бумаги: базовая версия», от Science Buddies

Это задание предоставлено вам в партнерстве с Science Buddies

Осенняя роспись листьев

Поделиться — это забота!

Этот великолепный проект «Осенние листья» представляет собой исследование основных принципов смешения цветов с целью воссоздать осенние оттенки и оттенки, наблюдаемые Arty Crafty Kids.

На протяжении всего процесса поощряйте ваших Arty Crafty Kids смешивать свои собственные цвета и описывать, что происходит, когда цвета смешиваются.

Вопросы для расширения Осеннего арт-проекта:

• Сколько красного и желтого нужно для оранжевого?
• Как сделать разные оттенки оранжевого (желтый, красный, зеленый)?
• Как сделать коричневый?
• Можно ли сделать один и тот же цвет дважды?

Дети, естественно, применяют метод проб и ошибок для создания желаемых цветов, и этот простой процесс дает много положительных результатов обучения:

Arty Crafty Kids будут мысленно измерять и тестировать пропорции красок для создания новых цветов

Процесс разработки «КАК» создать новый цвет и воспроизвести оттенки собранных ими листьев — это решение проблемы в действии.

Простое обсуждение их процессов и поиск подходящих слов для описания их новых цветов помогает расширить словарный запас.

И все эти результаты в совокупности стимулируют и расширяют детское воображение и творческие способности!

Осенний лист Живопись: материалы

Это сообщение содержит партнерские ссылки на продукты, использованные в этом сообщении.

Картон / бумага для смешанной техники
Краска — основные цвета
Губка
Великолепная коллекция листьев

Рисование осенних листьев: Урок

Собери листья

Выйдите на улицу и соберите как можно больше листьев.

Разнообразие здесь является ключевым моментом, так что хорошенько поройтесь и найдите разные формы, размеры и цвета!

Как только ваши Arty Crafty Kids наберут пару мешков с листьями, начинайте рисовать!

Подготовить краску

Используя три отдельные пластины, поместите на каждую по одному из основных цветов (красный, желтый и синий). Это даст много места для смешивания цветов и рисования!

Для справки взгляните на нашу базовую таблицу смешения цветов:

И начинаем смешивать цвета.

Губка для рисования

Рисование губкой вокруг листьев может потребовать некоторой практики, особенно для маленьких рук, но здесь нет спешки, и весь процесс заключается в игре и исследовании.

Очень легко перейти от пьесы к созданию законченного произведения искусства из листьев.

Создание листового искусства

Поместите несколько листьев разного размера и формы поверх холста.

Один за другим начните рисовать губкой вокруг каждого листа, добавляя разные цвета и тона, работая вокруг листа.

По завершении аккуратно снимите лист, чтобы раскрыть силуэт.

Повторяйте описанный выше процесс, пока холст не будет заполнен зелеными силуэтами.

Работа с негативным пространством

После завершения начните заполнять оставшееся негативное пространство большим количеством осенних цветов, накладывая краску слоями, чтобы создать дополнительную глубину и текстуру.

Затем добавьте отпечаток листа в некоторые силуэты.

Это действительно увлекательный способ поиграть с негативным и позитивным пространством.С художественной точки зрения негативное пространство — это окружающая достопримечательность территория. В этом случае наши уходит.

Понятие положительного и отрицательного пространства естественно исследуется в этом проекте, и ваши дети Arty Crafty Kids рассмотрит его, не зная официальной терминологии или теории — они будут слишком заняты этим!

Картина «Осенний лист» завершена

Надеюсь, вашим Arty Crafty Kids понравится процесс создания этой концепции рисования осенних листьев

Чтобы увидеть больше произведений искусства и ремесел, вдохновленных осенью, взгляните на наше Осеннее дерево с отпечатком руки, Осеннее дерево с аккордеонным листом и Осеннее дерево с пузырьковой пленкой.

Удачного крафта!

Детский клуб Arty Crafty

Cr веселые и веселые шаблоны для творчества и рукоделия

Как рисовать направляющие, подсказки для рисования и предварительное написание линий

Раскраски и буклеты о сезонных мероприятиях

P erfect для учителей и родителей, еженедельно добавляется новый контент!

Присоединяйтесь к детскому клубу Arty Crafty и получите доступ к нашей эксклюзивной коллекции художественных и ремесленных шаблонов и обучающих ресурсов.Созданный для родителей, учителей и творческих детей, у вас никогда не останется занятий для детей!

Последние сообщения:

Лучшие способы использования осенних листьев в саду

Мы не зря называем это «падением». Если у вас во дворе упало много листьев, почему бы не использовать их с пользой прямо дома? Вот восемь способов использовать осенние листья — от мульчирования в саду до укрытия полезных диких животных.

Красочная листва, которая радует чувства, предшествует буквальному падению, когда большинство лиственных деревьев опускают свои листья на землю.Шуршат опавшие листья под ногами. Они хорошо пахнут. Иногда ветер закидывает их в безумие танцующих фигур.

Одним глазом я смотрю на великолепное зрелище смены цвета, а другим — на ценность этих листьев и то, как я могу заставить их работать.

Листья — самый обильный урожай осени

Да, ЛИСТЬЯ — самая обильная культура в этом сезоне. Какая удивительная органика! Их деревья добывали полезные ископаемые из недр и вывозили их на поверхность. Листья являются богатым источником кальция, магния, фосфора, калия и других веществ.

Листья одного большого дерева могут стоить до 50 долларов растительной пищи и перегноя. Фунт за фунт, листья содержат вдвое больше минералов, чем навоз. Огромное количество органических веществ, которые они предлагают, можно использовать для улучшения структуры почвы.

• Листовой перегной может осветлять тяжелые глинистые почвы. Они кормят дождевых червей и полезные микробы.
• Листья увеличивают влагоудержание сухих песчаных почв.
• Они создают привлекательную мульчу в цветнике.
• Они являются прекрасным источником углерода для уравновешивания азота в вашей компостной куче.
• Изолируют нежные растения от холода.

Ни один садовод, выращивающий экологически чистые продукты, не должен упускать эту возможность.

Примечание : Если у вас нет двора листьев: Многие общины делают компост из листьев, которые жители сбрасывают на свалках и передаточных станциях; в крупных городах проводятся сборы лиственных и дворовых отходов! Я только что закончил разбрасывать компост из городских листьев в моем огороде.

Вот как использовать эти осенние листья для подкормки почвы вместо того, чтобы набивать природные листья в пластиковые мешки для мусора, которые миллионами выбрасывают на свалки.

1. Создайте кучу компоста

Сделайте компост для полезного улучшения почвы. Если вы еще не компостируете, сейчас хорошее время для начала. Сложите осенние листья в углу двора. В идеале, следите, чтобы листья не сдувались проволочной сеткой или какой-либо другой структурой. Чтобы ускорить композицию, измельчите эти листья мульчирующей газонокосилкой (или используйте измельчитель или измельчитель листьев).

Сложите эти богатые углеродом «коричневые» листья «зеленым» материалом с высоким содержанием азота, например, обрезками травы, мертвыми растениями и кухонными отходами. «Зелень» питает бактерии, которые будут выполнять всю работу по разрушению листьев. Сложите три или четыре дюйма старых листьев с дюймом свежей травы или других зеленых листовых отходов двора.

Затем дайте компосту постоять всю зиму, время от времени переворачивая кучу для аэрации. Если компостная куча начинает казаться сухой, опрыскайте ее из садового шланга и переверните вилкой.К тому времени, когда начнутся булочки с начинкой, у вас уже должно быть немного хорошего компоста для смешивания с садовой почвой.

2. Улучшите почву

Смешайте измельченные листья прямо в своем саду. Следующей весной ваша почва будет кишеть дождевыми червями и другими полезными организмами. Примечание: если вы добавляете измельченные листья прямо в почву, добавьте немного азотных удобрений с медленным высвобождением, чтобы помочь листьям разложиться и гарантировать, что почвенные микробы не используют весь доступный азот.

3.Сделать форму листа

Компостирование — это слишком много работы? Затем сделайте форму из листьев, которую так любят английские садоводы. Просто сгребите листья в большую кучу. Если их измельчить, они разложатся быстрее, но вы все равно можете сделать плесень из листьев, не измельчая. Держите листья влажными и позвольте грибкам взять верх. Через один-три года листья превратятся в темный, сладко пахнущий почвенный кондиционер с высоким содержанием кальция и магния и удерживающий воду. Это исключительный продукт для выращивания овощей и цветов, а также для выращивания горшечных культур.Посмотрите наше длинное видео о том, как сделать форму для листьев.

4. Сделайте мульчу

Листья являются отличной защитной мульчей для овощных культур, черники (и других ягод) и декоративных кустарников. Они не только подавляют сорняки и помогают удерживать влагу в почве, но, поскольку сами не содержат семян сорняков, они не способствуют распространению новых сорняков.

Мы покрываем грядки в нашем огороде слоем измельченных листьев, чтобы почва не смывалась зимой.Обязательно измельчите листья перед тем, как использовать их в качестве мульчи. Целые листья могут образовывать циновку, сквозь которую не может проникнуть вода.

Листья также являются хорошим изолирующим укрытием для зимующих нежных многолетников. Лучшее время для мульчирования многолетних растений — после того, как земля замерзнет, ​​поэтому положите измельченные листья в мешки, чтобы использовать их осенью.

Листовой покров позволяет чесноку, посаженному осенью, укорениться, не прорастая, и предотвращает пучение мелкокорневой клубники во время зимних циклов замораживания-оттаивания.

5. Косить газон

Исследователи из Университета штата Мичиган показали, что на газонах действительно полезны тонкие слои листьев. Опавшие листья улучшают почву, уменьшая потребность в удобрениях весной. Они рекомендуют мульчирующую газонокосилку с ножом высотой 3 дюйма и косить один раз в неделю, пока опадают листья. Это приведет к разложению листьев на более мелкие части за зиму, что обеспечит вашу почву питательными веществами. Старые косилки можно превратить в мульчеры, установив нож для мульчирования.

Итак, не будьте перфекционистом! Оставьте опавшие листья, чтобы накормить червей, грибков и почвенных бактерий. Только не оставляйте толстые слои спутанных листьев на лужайке, так как это блокирует поступление кислорода в почву и провоцирует болезни.

6. Защита и хранение корнеплодов

Листья являются хорошим изолирующим слоем для морозостойких овощей и корнеплодов, хранящихся в земле, таких как морковь, капуста, лук-порей и свекла. Накройте их, и вы сможете собирать урожай всю зиму.

Если у вас прохладное и влажное место, вы также можете хранить морковь, свеклу и другие корнеплоды между слоями свежих свежих опавших листьев.Сбрызните каждый слой листьев водой (не допускайте, чтобы они стали мокрыми). Если вы не выращиваете свои собственные овощи, посетите фермерский рынок и попытайтесь найти продавца, который продаст вам полбушеля или более ваших любимых корнеплодов.

7. Оставьте листья для дикой природы

Листья нужны не только людям. Опавшие листья также являются зимним покровом для диких животных, особенно для опылителей. Пчелы, мотыльки, бабочки, улитки, пауки и десятки членистоногих и опылителей зимуют в мертвом растительном материале для защиты от холода и хищников.Например, спарившиеся шмели-матки зарываются в землю всего на дюйм или два, чтобы впасть в спячку на зиму, полагаясь на естественный опад из листьев, чтобы держать их в изоляции. Также многие бабочки зимуют как куколки или коконы, замаскированные под сухие листья. (Будьте осторожны, когда выбрасываете листья!)

Давайте не будем грабить, косить и сдувать немного природы, которая необходима для нашей естественной сети жизни. Подумайте о создании одной или двух куч из листьев и позвольте им разложиться естественным образом. (Оставьте листья целыми, не измельчите.) Оставьте листья на грядках в качестве мульчи на всю зиму и не спешите убирать их ранней весной. (Не волнуйтесь, цветы легко просовывают голову сквозь листья.) Ваши бабочки и опылители будут вам благодарны!

8. Удачи!

Сделать детскую площадку

Мои братья и сестры, друзья и я получали массу удовольствия, прыгая в больших кучах листьев, которые мы каждую осень сгребали с наших лужаек. В те дни наши папы снимали груды листьев ближе к вечеру, а мы жарили картофель и яблоки, пока гигантские груды сгорели дотла.В наши дни большинство юрисдикций справедливо запрещают сжигание листьев на открытом воздухе, чтобы уменьшить загрязнение воздуха, но запах горящего листа по-прежнему вызывает сильные воспоминания об этих идиллических днях.

Поделки из листьев

Мой любимый: сохранение насыщенных осенних цветов путем «глицеринизации» нескольких стеблей самых ярких кленов. Листья можно нажимать точно так же, как вы давите на цветы! Посмотрите, как сохранить цветы и листву.

См. Наши 10 советов по осенней уборке для лучшего весеннего сада!