Растения демонстрируют великое разнообразие окраски, а растительные пигменты играют важную роль в фотосинтезе растений и их росте. Содержание пигментов в листьях связано с различными структурными характеристиками листьев. Хлорофилл и каротиноиды, те самые пигменты, играют основную роль в улавливании световой энергии, которая преобразуется в химическую энергию, т.е. поглощение световой энергии и передачу ее фотосинтетическому аппарату в хлоропластах для производства фотосинтетических веществ и для производства биомассы в растениях. Оценка содержания пигментов в листьях служит ценным инструментом для понимания физиологических и биохимические функции листьев. Несмотря на то, что пестролистные растения изучаются в ботанике давно, сами мутации все еще недостаточно изучены, а механизмы, лежащие в основе формирования пестроты листьев у некоторых видов до сих пор неясны. Изучение мутаций позволяет понять природу генов ядра клетки, которые участвуют в биогенезе и регуляции хлоропластов.
В моей коллекции растет много представителей пестролистных культиваров: филодендроны, монстеры, алоказии, фикусы, хоий, кактусы и антуриумы. В уходе за пестролистными растениями я столкнулась с некоторыми проблемами, в которых, с помощью научных исследований и наблюдений, решила разобраться и поделиться этой информацией с вами. Почему одни пестролистные растения радуют нас изо дня в день, а другие лишают душевного равновесия?
Некоторые специфические проблемы пестролистных растений
Пестролистные растения, особенно белые части пестрых листьев, очень чувствительны к абиотическим факторам: физические (температура, влажность, солнечные ожоги, сквозняк), химические (удобрения, соленость воды), эдафические (влажность и структура почвы. Слишком много прямых солнечных лучей может сжечь эти области, что еще больше повлияет на фотосинтез и рост.
Реверсия пестролистности. Возвращение всех частей растения к сплошному зеленому росту. Реверсия происходит из-за генетический нестабильности и стрессовых ситуаций. Даже обрезка в уязвимые периоды роста растения может спровоцировать реверсию.
Нарушение синтеза хлорофилла, приводящие к появлению полностью белых листьев.
Все оттенки вариегатности
Вариегатность (пестролистность) проявляется по-разному: и появлением бесцветных участков на частях растения или неравномерной окраске листьев, и образованием в отдельных клетках растений красящих пигментов, таких как антоцианы (красная окраска) и фитомеланины (черный цвет).
Хлорофилл, зеленый
Хлорофилл a и хлорофилл b (пигменты зеленого цвета) — это два основных типа хлорофилла, присутствующих в растениях и водорослях, они играют важную роль в фотосинтезе. При этом, хлорофилл a является основным пигментом фотосинтеза, а хлорофилл b — это вспомогательный пигмент, который встречается в высших растениях, зеленых водорослях и эвгленовых, а также в некоторых цианобактериях. Хлорофилл b поглощает свет в области, отличной от хлорофилла a, далее передает поглощенную энергию хлорофиллу a для дальнейшего использования в фотосинтезе. Хлорофилл a лучше всего поглощает свет в фиолетово-голубой и оранжево-красной частях спектра, а хлорофилл b - в синей части спектра.
Пестрые листья обычно состоят из смеси зеленых, белых и желто-белых участков, не являющихся мертвыми клетками, а содержащих недифференцированные хлоропласты.
Пестрота возникает из-за генетических мутаций или аномалий развития, которые нарушают выработку хлорофилла. Она поддерживается в диких популяциях посредством абиотических (доступность света, климат и почвенная среда) и биотических (предпочтение и давление травоядных) агентов отбора. Пестрота листьев лучше поддерживает гомеостаз клеток (способность организма поддерживать стабильность внутренней среды, несмотря на изменения внешних факторов, путем регуляции различных процессов). Кроме того, пестрота может обеспечить защиту от УФ-B-излучения, высокой интенсивности света и недостатка азота за счет увеличения синтеза и транспорта метаболитов между зелеными и незелеными тканями.
Зеленые участки в пестролистных листьях содержат хлорофилл a и b, что позволяет им эффективно осуществлять фотосинтез. В незеленых областях содержание хлорофилла снижено или вообще отсутствует, что приводит к характерным цветовым вариациям. При этом пониженное содержание хлорофилла в незеленых участках может значительно снизить общую скорость фотосинтеза пестрых листьев, поскольку они обладают меньшей способностью улавливать световую энергию (именно поэтому растения с высокой степенью пестролистности медленнее растут, а при отсутствии хлорофильных участков и вовсе могут погибнуть). Фотосинтез осуществляется в участках листа, где находятся клетки с хлорофиллом и пестролистная часть листа получает от них питание.
Было установлено, что на содержание хлорофилла влияют преобладающие характеристики затенения, поэтому более высокое его содержание на затененных листьях, в то время как каротиноиды увеличиваются при освещении. Так же было выявлено, что содержание хлорофилла и фотосинтез в молодых листьях намного выше, чем в полностью распустившихся листьях.
Растительные пигменты
Сегодня достаточно хорошо изучены различные растительные пигменты: флавоноиды, каротиноиды, беталаины. Группа флавоноидных соединений — это наиболее разнообразная группа. К данной группе относятся желтые ауроны, халконы и флавонолы, а также антоцианы. Антоцианы содержатся в клетке постоянно или появляются на определенной стадии развития растений или под действием стресса. Антоцианы — водорастворимые флавоноиды. Ученые считают, что антоцианы нужны не только для того, чтобы привлекать яркой окраской насекомых-опылителей и распространителей семян, но и для борьбы со стрессами и не только у самих растений. Например, черника, один из самых богатых источников антоцианов, улучшает когнитивные функции и снижает риск развития нейродегенеративных заболеваний. Кстати, именно антоцианы отвечают за красные, фиолетовые и синие оттенки. Яркими представителями в ароидных с антоцианами являются филодендрон 'Pink Princess' и филодендрон 'Strawberry Shake', видимо поэтому, визуальный контакт с этими пестрыми растениями дарит нам внутреннее спокойствие и положительно влияет на эмоции. Следует иметь в виду, что антоциановые соединения очень чувствительны к свету, поэтому локализация антоцианов в тканях растений и форма клеток эпидермиса тоже имеют значение, поскольку определяют количество света, достигающего пигментов и интенсивность окраски. Особенности биосинтеза антоциановых пигментов у конкретного вида растения позволяет манипулировать его окраской на генетическом уровне, создавая растения с необычной пигментацией, которая будет наследоваться.
Каротиноиды, являющиеся природными жирорастворимыми пигментами, содержатся в растениях, водорослях и фотосинтезирующих бактериях. Именно каротиноиды придают характерный цвет тыкве, моркови, кукурузе, помидорам, нарциссам, канарейкам, фламинго и лососю. Каротиноиды отвечают за желтую, оранжевую и красную окраску. У некоторых нефотосинтезирующих бактерий они могут способствовать защите от повреждения светом и кислородом. А вот животные не способны синтезировать каротиноиды и могут получать их лишь из своего рациона, которые и придают им яркую окраску и служат антиоксидантами и источником витамина А.
Основная функция каротиноидов, как и антоцианов — привлечение опылителей и способствовать распространению семян, но каротиноиды не меняют цвет в зависимости от кислотности среды и присутствуют как в молодом, так и в зрелом состоянии.
В 2008 году ученые опубликовали исследование, проведенное на кустарниках северо-восточной Мексики, в котором выявили сезонные колебания в хлорофиллах а и в, а также каротиноидах. Они пришли к выводу, что содержание этих пигментов значительно различается в разные годы, а также у разных видов, что указывает на то, что климат и окружающая среда влияет на выработку пигментов растениями.
Генетические модификации цвета у растений — это воздействие на структурные и регуляторные гены. Методы, с помощью которых можно модифицировать окраску растений, делятся на два типа: методы селекции и методов генетической инженерии. Например, скрещивая пырей и пшеницу и ведя отбор по данному признаку, селекционеры получили пшеницу с голубым зерном. А вслед за голубым зерном появился и новый тренд: селекция окрашенных злаков и корнеплодов, с повышенным содержанием антоцианов и других биологически активных компонентов.
Об уходе за пестролистными растениями
Пробежавшись по химическим соединениям и выяснив, за какие оттенки отвечают растительные пигменты, мы подошли к важному части этой статьи: УХОД ЗА ПЕСТРОЛИСТНЫМИ РАСТЕНИЯМИ, который требует повышенного внимания:
1. Правильно подобранные ингредиенты субстрата и удобрений, со сбалансированным питанием — необходимое обеспечение ограниченного роста пестролистных растений. Субстрат должен быть хорошо дренируемым, удобрения должны быть сбалансированными, водорастворимым и регулярными, но не должно произойти перенасыщения. Плотный и тяжелый субстрат — один из негативных факторов, как и повышенная кислотность почвы. Добавляйте уголь в субстрат или используйте древесную золу, чтобы снизить кислотность почвы, благодаря щелочной среде.
2. Утонченные части листьев с белыми участками быстро теряют влагу, поэтому необходимо поддерживать высокую влажность и не допускать полной просушки субстрата. Можно использовать влажный керамзит, мох или гальку в ящиках, где содержатся пестролистные растения. Либо использовать увлажнитель воздуха.
3. Необходим яркий, но непрямой свет. Это позволит максимизировать фотосинтез и не допустить ожоги. Не вся пестролистность относится к устойчивому мутированию, поэтому некоторые пестролистные растения могут потерять яркую особенность и стать обычным растением с зелеными листьями. Опять же, вспоминаем научные факты о том, что хлорофиллов больше на затененных листах.
4. Из-за замедленного роста они плохо реагируют на сквозняки, холодные или жаркие окна, к которым прикасаются листья. Лучше всего подходят стабильные условия содержания. Разумеется, необходимо различать пестролистные растения, растущие при плюсовых температурах от +7 С (традесканции, фикусы, сансевиерии) и теплолюбивых, растущих при минимальной температуре +23 С.
Всегда реагируйте на изменения в структуре, форме и окраске вариегатных листьев. Коричневые или желтые пятна появляются при чрезмерном поливе, недостаточное освещении, дефицит и передозировка питательных веществ. Размножать пестролистные растения тоже необходимо правильно. Не все вариегатные растения унаследуют те же узоры пестроты, что и на родительском растение. Это вопрос генетики, и унаследованных признаков, и генной инженерии.
Так же читайте статью о вариегатности «Быть или не быть вариегатности: научные факты о естественной и химической мутации».
Мой канал: