معلومة

الزهور المختلفة لها نفس اللون

الزهور المختلفة لها نفس اللون


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لاحظت أن بعض الأزهار (البرية) لها نفس اللون ، على الرغم من أنها ليست مرتبطة ارتباطًا وثيقًا. على سبيل المثال ، أصفر الهندباء (Taraxacum) و الحوذان (Ranunculus) متطابقان ، على الأقل في نظري (ملاحظاتي في هولندا).

أعلم أن الهدف من اللون هو جذب الحشرات. هل هذا تطور متوازي أم أن هناك مواد كيميائية حيوية معينة توفر اللون ويسهل على النبات تصنيعها؟ أو أي شيء آخر؟

يحرر: لقد استخدمت الحوذان والهندباء لأن هذا كان أول زوج وجدته قريبًا جسديًا بما يكفي لالتقاط صورة ؛ فاكهة البقر ، الخطاطيف ، وخردل شارلوك كلها (بالنسبة لعيني) هي نفس اللون الأصفر. لقد رأيت أيضًا ألوانًا زرقاء وحمراء وبنفسجية متشابهة ، وسأحاول جمع أمثلة في المرة القادمة التي أذهب فيها لركوب الدراجات على السد.

عندما أنظر إلى جداول الألوان مثل https://en.wikipedia.org/wiki/Web_colors#Extended_colors أرى العديد من الألوان التي لا أتذكر رؤيتها في الزهور البرية.

تحرير 2: أسحب ملاحظاتي حول البلوز والحمر والبنفسج. من الصعب الحكم على الألوان عند ركوب الدراجات في الماضي وعندما أقوم بقطف الزهور والمقارنة مباشرة ، هناك فرق واضح ، على سبيل المثال:

ومع ذلك ، ما زلت أجد الأصفر متشابهًا جدًا ؛ هنا تشارلوك (يسار) أخف لكن الحوذان ، الخطاطيف ، والهندباء تبدو متطابقة لعيني.

يبدو أن التعليقات تشير إلى سبب كيميائي حيوي ؛ هل يستطيع أحد تأكيدها (أو دحضها)؟


أعتقد أن التطور الموازي يرجع على الأرجح إلى تكلفة إنتاج الأصباغ في النباتات.

الزانثوفيل والكاروتينات مصنوعة من الكربون والأكسجين والهيدروجين فقط. يوفر هذا معظم الألوان الصفراء دون استهلاك العناصر الغذائية.

يحتاج الأنثوسيانين والبيتالين أيضًا إلى النيتروجين ، والذي يمكن أن يكون عنصرًا غذائيًا مقيدًا للنباتات.

تحتوي ويكيبيديا على قسم خاص بأصباغ النبات في:

http://en.wikipedia.org/wiki/Biological_pigment


مفاجآت تطور اللون

الطبيعة مليئة بالألوان. بالنسبة للزهور ، يعد عرض الألوان وسيلة أساسية لجذب الملقحات. تستخدم الحشرات رؤيتها للألوان ليس فقط لتحديد موقع الأزهار المناسبة لتتغذى عليها ولكن أيضًا للعثور على رفقاء. أدى التفاعل التطوري بين الحشرات والنباتات إلى تبعيات معقدة يمكن أن تكون لها نتائج مفاجئة. يستخدم Casper van der Kooi ، عالم الأحياء بجامعة جرونينجن ، نهجًا متعدد التخصصات لتحليل التفاعل بين الملقحات والزهور. في يناير ، كان أول مؤلف لمقالين مراجعة حول هذا الموضوع.

يزور النحل والحشرات الأخرى الأزهار لتتغذى على الرحيق وحبوب اللقاح. في مقابل هذه الأشياء الجيدة ، فإنها تساعد على تكاثر هذه النباتات عن طريق تلقيح أزهارها. هذه هي النظرة البسيطة والرومانسية إلى حد ما للتلقيح. ومع ذلك ، فإن الواقع مليء بالخداع والحرب الكيميائية والخداع الميكانيكي الحيوي. يقول فان دير كوي: "إن الجمع بين الكيمياء والفيزياء وعلم الأحياء التطوري قد وسع نظرتنا إلى التلقيح".

وهو المؤلف الأول لمقال مراجعة حول تطور رؤية الألوان في الحشرات ، والذي نُشر في مجلد يناير 2021 من المراجعة السنوية لعلم الحشرات ، ومراجعة ثانية حول `` سباق التسلح '' بين النباتات والملقحات ، والتي ظهرت في 25 يناير في علم الأحياء الحالي.

يقول Van der Kooi: "بالنسبة للعديد من عائلات الحشرات ، لا نعرف سوى القليل جدًا عن كيفية رؤيتهم للألوان". تمت دراسة النحل بتفصيل كبير ولكن لا يُعرف الكثير عن رؤية الألوان في الذباب ، على الرغم من أن العديد من عائلاتهم ، مثل الحوامات ، هي ملقحات مهمة جدًا. يوضح Van der Kooi: "من الصعب دراستهم والاحتفاظ بهم في المختبر وتشريح أعينهم أكثر تعقيدًا". علاوة على ذلك ، تم مؤخرًا إلغاء بعض الأفكار القديمة حول رؤية الذبابة.

قام فان دير كوي وزملاؤه بجدولة أي أطوال موجية يمكن أن تراها أنواع مختلفة من الحشرات. في الأساس ، تحدث رؤية لون الحشرات عند أطوال موجية تتراوح بين 300 و 700 نانومتر. تكتشف معظم المستقبلات الضوئية في عيون الحشرات الضوء فوق البنفسجي والأزرق والأخضر ، لكن هناك تنوعًا كبيرًا. طورت الحشرات رؤية الألوان قبل ظهور الزهور الأولى. يبدو أن الأصباغ الموجودة في الزهور مضبوطة لتكون مرئية للملقحات. لكن بالطبع ، الحشرات تطورت لاحقًا.

بصرف النظر عن اللون ، تستخدم النباتات الرائحة لجذب الحشرات إلى الطعام الذي تقدمه. نظرًا لأن إنتاج الرحيق وحبوب اللقاح مكلف ، تحتاج النباتات إلى حماية نفسها من اللصوص ، الذين يأكلون الطعام ولكن لا يقوموا بتلقيح الأزهار. هذا هو موضوع ورقة المراجعة الثانية. "تُظهر هذه الورقة تنوعًا كبيرًا في العلاقة بين النباتات والملقحات ، من التبادلية الحقيقية إلى الإساءة الصريحة." بعض النباتات لا تقدم أي طعام على الإطلاق. البعض الآخر لديه حبوب لقاح أو رحيق سام لمعظم أنواع النحل. فقط أنواع محددة يمكنها بالفعل هضم هذا الطعام.

الميكانيكا الحيوية

الملقحات أيضا لها أجندتها الخاصة. يتم تلقيح نبات معين بواسطة العث في أوائل الربيع. تضع العثة أيضًا بيضًا على النبات وفي وقت لاحق من العام ، ستأكل اليرقات أجزاء منه. في ذلك الوقت ، كانت الملقحات الرئيسية لهذا النبات هي الذباب. هذا مثال على العلاقة المعقدة بين النباتات والملقحات. يقول Van der Kooi: "يمكن أن تكون هناك اختلافات موسمية ، لكن العلاقة يمكن أن تكون مختلفة أيضًا في مواقع مختلفة - هناك تباين في الزمان والمكان ومن خلال التفاعلات البيولوجية المختلفة".

تركز المراجعة على جوانب مختلفة من العلاقة المعقدة باستخدام آراء من البيولوجيا الكيميائية (مثل المحتوى الغذائي للرحيق أو حبوب اللقاح) ، والميكانيكا الحيوية (على سبيل المثال ، الحواجز التي تستخدمها الأزهار لدرء الحشرات غير المرغوب فيها أو للتأكد من أن حبوب اللقاح مشتتة بواسطتها) والبيولوجيا الحسية (مثل الطرق التي تكتشف بها الحشرات الأزهار وتتعرف عليها).

بعض النباتات ، على سبيل المثال ، العديد من الأنواع في عائلة البطاطس ، طورت طريقة "التلقيح الطنان" ، حيث يتم تخزين حبوب اللقاح في أنابيب وتحتاج الحشرات إلى الاهتزاز على الأزهار لإطلاقها. "لا يمكن لنحل العسل والذباب والفراشات الوصول إليهم ولكن النحل الآخر مثل النحل الطنان يمكنه هز حبوب اللقاح مجانًا باستخدام عضلات طيرانه القوية." تلعب صلابة الأنابيب ولزوجة حبوب اللقاح وتواتر اهتزاز النحل دورًا في هذه العملية. "أنت حقًا بحاجة إلى أدوات من الفيزياء لفهم علاقتها." الدراسة متعددة التخصصات للتفاعلات بين الحشرات والنباتات هي ما يحبه فان دير كوي. بدأ حياته المهنية باستخدام تقنيات البصريات. هذا جزئيًا لأنني أحب الفيزياء حقًا. لكن كل نهج جديد سيظهر لنا جوانب جديدة من هذه العلاقة المعقدة.

التطور الأخير في هذا المجال هو إدراك أن النباتات مختلفة في مواقع جغرافية مختلفة. "ردة الذرة في هولندا ليست بالضرورة مثل ردة الذرة في إيطاليا. على سبيل المثال ، قد يختلف التركيب الكيميائي لحبوب اللقاح أو الرحيق ، مما يؤثر على التفاعل مع الحشرات.

ملاجئ الحشرات

ويوضح فان دير كوي أن هذا له تداعيات خطيرة على محاولات زيادة أعداد الحشرات من خلال إنشاء ملاذات للحشرات: `` في بعض الأحيان ، لا يتم الحصول على خليط البذور لشرائط الإزهار محليًا ولكن من بلدان أخرى. في هذه الحالة ، قد يكون هناك عدم تطابق مع الحشرات المحلية ، مما قد يضر بأعداد الحشرات. لذلك من الأفضل إنشاء ملاذات الحشرات باستخدام البذور المحلية.

تؤكد كلتا مقالات المراجعة على مدى تعقيد العلاقة بين النباتات والملقحات. فلماذا تزعج النباتات؟ لماذا لا يستخدمون جميعًا تشتت حبوب اللقاح بالرياح؟ يقول فان دير كوي: "هذه أسئلة جيدة". إن كفاءة التلقيح بالرياح منخفضة ولكن هذا ينطبق أيضًا على التلقيح الحيواني. ومع ذلك ، ما يقرب من 90 في المائة من الأنواع النباتية تستخدم الطريقة الأخيرة ، لذلك فهي نجاح كبير. ولكن حتى هذا الأمر معقد: `` تستخدم الأعشاب التلقيح بالرياح ، وفي بعض النواحي ، فهي مجموعات ناجحة أيضًا. مثل كل شيء تقريبًا في علم الأحياء ، فإن الإجابة في كثير من الأحيان هي "الأمر يعتمد".


ما هي Sepals

Sepals هي اللون الأخضر ، وهيكل تشبه الأوراق ، تحيط برعم الزهرة. هم مسؤولون عن حماية برعم الزهرة من الإصابات والطقس أثناء نموها. علاوة على ذلك ، فإنها تدعم البتلات عند التفتح. لذلك ، تشكل الكأس الدائرية الأبعد من الزهرة وتعرف باسم الكأس. يختلف شكل وتطور الكأس بين النباتات. تحدث بعض الكؤوس مجانًا (متعددة الرؤوس) أو يتم دمجها معًا (gamosepalous).

الشكل 1: العجان من زهرة ناضجة

علاوة على ذلك ، تندمج بعض الكؤوس معًا لتشكيل أنبوب الكأس. بعض الزهور لها الكؤوس والبتلات من نفس اللون ولا يمكن تمييزها. تُعرف هذه باسم tepals. ومع ذلك ، بعد الإزهار ، تكون الكؤوس عديمة الفائدة وتذبل أو تصبح أثرية. لكن بعض الكؤوس تبقى حية لحماية الفاكهة.


عالم أمريكي

تعود الأشكال المتنوعة للأزهار إلى كل من درجة حموضة التربة والإضافات المناسبة. هل يمكن لتركيبات مختلفة أن تنتج صبغات جديدة لم تشاهد في الطبيعة؟

علم الأحياء كيمياء علم النبات

هذه المادة من العدد

نوفمبر - ديسمبر 2014

المجلد 102 ، العدد 6
صفحة 444

تخفي إحدى أزهار الزينة الأكثر شهرة في العالم باقة من المفاجآت البيولوجية والكيميائية الحيوية. تتشكل أزهار "كرة الثلج" الشهيرة في الكوبية macrophylla (الكوبية ذات الأوراق الكبيرة) هي عنصر أساسي شائع في حدائق الفناء الخلفي.

العديد من أنواع الكوبية الأخرى ذات الصلة الوثيقة معروفة أيضًا بأزهارها الوفيرة والمبهجة التي تدوم طويلاً ، مما يجعلها مشهورة في كل من المناظر الطبيعية وسوق الزهور المقطوفة. وتستمر شعبيتها في النمو: كل عام ، تضيف كتالوجات البستنة أصنافًا جديدة من هذه النباتات الجذابة. الكوبية منتشرة في كل مكان - لكنها ليست كما تبدو.

تنتشر أزهار الهدرانج على نطاق واسع وشائعة ، لكن المسارات الكيميائية وراء تغير لونها من الوردي إلى الأزرق (أسفل اليسار) كثيرة وبيزنطية. الأنواع الأيقونية الكوبية macrophylla (أعلى) ، ولكن الأنواع الأخرى مثل H. quercifolia (منتصف القاع) و H. بانيكولاتا (أسفل اليمين) لديها أيضًا أزهار كبيرة مبهرجة.

ويكيميديا ​​كومنز

بالنسبة للمبتدئين ، فإن زهرة الكوبية ليست زهرة حقيقية ، ولكنها زهرة الإزهار: سيبالس, أو الأوراق المعدلة ، تشكل معظم الإزهار وتطغى على الأجزاء الزهرية الخصبة الصغيرة غير الملحوظة تقريبًا في المركز.

ألوان الإزهار هي ما يميز الكوبية حقًا: فهي تتراوح من اللون الوردي إلى الأزرق ، بما في ذلك جميع درجات اللافندر إلى البنفسجي إلى الأرجواني ، وكذلك الأخضر والأبيض. تعمل شدة اللون على التدرج من الألوان النابضة بالحياة إلى الباستيل. غائب بشكل ملحوظ عن المشكال لألوان الكوبية المحتملة هي الأصفر والبرتقالي.

ألوان الكوبية ليست كما تبدو ، فإما أنها ليست نتيجة لمجموعة متنوعة من الأصباغ المختلفة ، كما هو الحال بالنسبة للزهور مثل الورود أو الزنبق. إنها أقرب إلى الألوان التي تظهر في ورق عباد الشمس ، الشرائط المعالجة كيميائيًا المستخدمة بشكل كلاسيكي لتحديد ما إذا كانت المحاليل حمضية أو أساسية. على المستوى الجزيئي ، تعتبر الأحماض من المتبرعين بالبروتون (أو أيون الهيدروجين) والقواعد هي مستقبلات البروتون في التفاعلات الكيميائية. عندما يغمس المرء ورق عباد الشمس الأزرق في محلول حمضي (pH & lt 7 ، حيث يكون الرقم الهيدروجيني مقياسًا لتركيز أيونات الهيدروجين) ، يتحول الورق إلى اللون الأحمر ، بينما يتحول ورق عباد الشمس الأحمر إلى اللون الأزرق في وجود محلول أساسي (pH & gt 7).

بطريقة مماثلة ، يعمل لون العديد من أزهار الكوبية كمؤشر طبيعي لدرجة الحموضة للتربة التي ينمو فيها النبات. تحتوي هذه الإزهار على الكؤوس الزرقاء عندما تنمو الشجيرة في التربة الحمضية ، ولكنها تتطور إلى الكؤوس الحمراء أو الوردية عندما تنمو في التربة المحايدة إلى التربة الأساسية. يكشف لون زهرة الكوبية عن الرقم الهيدروجيني للتربة ، ولكن بألوانه المميزة هي عكس ألوان ورق عباد الشمس. الكوبية هي فريدة من نوعها بين النباتات في هذه القدرة على الإشارة إلى حموضة التربة.

وبسبب هذه السمة ، يستطيع البستانيون التلاعب الكيميائي بألوان أزهار الكوبية باستخدام إضافات التربة. في الواقع ، يمكن أن يكون للكوبية ألوان أزهار مختلفة على نفس الأدغال إذا كانت جذور نبات عينات التربة ذات درجة حموضة مختلفة. تكثر الوصفات المنزلية لتغيير الأزهار الوردية للكوبية إلى اللون الأزرق: صب الخل أو عصير الليمون على التربة نشارة النبات مع القهوة أو قشور الفاكهة الحمضية أو إبر شجرة الصنوبر أو دفن المسامير الصدئة أو علب الصفيح القديمة أو البنسات النحاسية بعد ذلك إلى الأدغال. تميل كل هذه الاستراتيجيات إلى تحويل التربة إلى المزيد من الحموضة ، وفي النهاية تحول لون الإزهار إلى اللون الأزرق.

ومع ذلك ، فقد تبين أن ألوان الهدرانج أكثر تعقيدًا من ذلك. حموضة التربة في الواقع ليست الآلية الكيميائية الكامنة وراء تغير اللون. تتعمق الإجابة بشكل أعمق في العلاقة بين تكوين التربة ولون sepal - وهو الرابط الذي ألهم بحثنا المستمر في الكيمياء الحيوية لهذه النباتات المزهرة.

مفتاح معدني

تعتمد ألوان الهدرانج في النهاية على توافر أيونات الألومنيوم (Al 3+) داخل التربة. عُرف دور الألمنيوم منذ الأربعينيات من القرن الماضي ، لكنه لم يصل إلى الأدب البستاني السائد حتى العقدين الماضيين تقريبًا ، ولم يتم تحديد الآلية الدقيقة إلا مؤخرًا. أيونات الألومنيوم متحركة في التربة الحمضية بسبب التوافر الجاهز للأيونات الأخرى التي يمكن أن تتفاعل معها ، والتي يمكن أن تنتقل إلى الكوبية إلى الإزهار حيث تتفاعل مع الصبغة الحمراء العادية. ولكن في التربة المحايدة إلى الأساسية ، تتحد الأيونات مع أيونات الهيدروكسيد (OH -) لتكوين هيدروكسيد الألومنيوم غير المتحرك ، Al (OH)3. وبالتالي ، من أجل إزاحة أزهار الهدرانج ، يحتاج المرء إلى كل من أيونات الألومنيوم والتربة الحمضية. أفضل مادة مضافة للتربة للتلوين هي التي تساهم في كليهما ، مثل كبريتات الألومنيوم المتوفرة تجاريًا ، Al2(وبالتالي4)3. على العكس من ذلك ، إذا رغب المرء في تغيير الكوبية المزهرة الزرقاء إلى أزهار حمراء ، مع إضافة الجير (هيدروكسيد الكالسيوم ، Ca (OH)2) ينتج عنه تربة أساسية وانتقال اللون المطلوب.

ومع ذلك ، فإن مثل هذه التغييرات المفروضة من الأحمر إلى الأزرق أو الأزرق إلى الأحمر لا تحدث على الفور ، فغالبًا ما يستغرق موسماً أو موسمين من النمو لغرس اللون المطلوب على الشجيرات داخل حدائق الزهور. يجب على مزارعي الكوبية ذات الأزهار الزرقاء أن يسقيوا بانتظام غمر كبريتات الألومنيوم على وسط الأصص للحفاظ على المستويات المطلوبة لفرض اللون الأزرق المطلوب (لكنهم لا يستطيعون الري كثيرًا وإلا فإن Al 3+ الزائد سيقتل النبات).

تحدد كيمياء الألومنيوم في التربة خواصها المختلفة في ظل الظروف الحمضية والقاعدية. في التربة الحمضية ، يحدث الألمنيوم فيما يسمى مجمعات التنسيق، مع وجود Al 3+ أيونات في المركز ، وتحيط بها سلاسل مرتبطة من جزيئات أخرى. يمكن أن تنتقل أيونات الألومنيوم هذه من التربة إلى النبات. ولكن عند درجة الحموضة المحايدة إلى الأس الهيدروجيني الأساسي ، فإن رواسب الألومنيوم مثل هيدروكسيد الألومنيوم ، مما يجعلها غير متاحة للدمج في الشجيرة. تظهر اللافندر والأرجواني والبنفسج والأرجواني على هيئة ألوان زهرية في درجات الحموضة الانتقالية للتربة ، مع توفر أيونات الألومنيوم إلى حد ما فقط لجذور الكوبية.

لون الصنف المسمى “Endless Summer” من H. ماكروفيلا يعتمد على درجة الحموضة في التربة. تنتج الإزهار الأحمر أو الوردي من التربة المحايدة أو الأساسية (الرقم الهيدروجيني 7 وما فوق) ، بينما تشير الأزهار الزرقاء إلى الظروف الحمضية (الرقم الهيدروجيني أقل من 7). ومع ذلك ، تبين أن الآلية الأساسية لتغيير اللون هي أيونات الألومنيوم (Al 3+) ، والتي تكون متحركة ومتاحة فقط في ظل الظروف الحمضية.

الصورة بإذن من المؤلف.

في درجات الحموضة العالية للغاية أو الظروف الأساسية للغاية ، كما هو الحال في أنظمة الزراعة المائية حيث تزرع النباتات في مياه مغذية بدون تربة ، أيونات الألومنيوم مثل Al (OH)4 - تسمى أيون رباعي هيدروكسي ألومينات ، تصبح مستقرة ، لذلك لم تعد تترسب وتتوافر مرة أخرى في شكل أيونات الألومنيوم في الكوبية. في الواقع ، عند هذه الأس الهيدروجيني العالية للغاية ، يتحول لون زهرة الهدرانج إلى اللون الأزرق ، قبل وقت قصير من موت النبات من القاعدية الشديدة ، التي تسبب تلفًا خلويًا. من ناحية أخرى ، نظرًا لأن فوسفات الألومنيوم له قابلية محدودة للذوبان ، فمن الممكن أيضًا منع توفر أيون الألومنيوم ، حتى في التربة الحمضية ، من خلال استخدام الأسمدة عالية الفوسفات.

كمية الصبغة داخل الإزهار ، بغض النظر عن اللون ، هي نفسها. هنا ، دائمًا ما يحتوي صنف "الدانوب الأزرق" على 140 إلى 180 ميكروغرام من الصبغة لكل جرام من سيبال الطازج. التغيير الوحيد بين أزهار الألوان المختلفة هو محتواها من الألومنيوم. كما هو موضح في الرسم البياني (تشير أشكال نقاط البيانات إلى أصناف مختلفة) ، يبدو أن الكأس بحاجة إلى حد 40 ميكروغرامًا من الألومنيوم لكل جرام من السبلات الطازجة للون الأزرق.

رسم لتوم دن. الصورة بإذن من المؤلف.

بيانات عن محتوى الألومنيوم في سيبال (انظر الشكل أعلاه) تبين أن الكؤوس الحمراء لا تحتوي أساسًا على الألومنيوم. لكن القليل من الألمنيوم يقطع شوطًا طويلاً نحو إزهار الإزهار. عند عتبة 40 ميكروغرامًا فقط من الألومنيوم لكل جرام من سيبال الطازج ، يتحول لون الكوبية الكوبية إلى اللون الأزرق ، لكنها لا تصبح أكثر زرقة مع المزيد من الألمنيوم. تحتوي الألوان المتوسطة من الخزامى إلى البنفسجي على محتويات من الألومنيوم أقل من هذه العتبة.

وبالتالي ، فإن الأمر كله يتعلق بتوفر أيونات الألومنيوم في التربة لتوليد اللون الأزرق السيبال في أزهار الكوبية ، مع كون درجة حموضة التربة مجرد عامل ضروري لتنقل الألمنيوم وتوافره.

صبغة واحدة

في حالات أخرى حيث يكون للنبات زهرة يمكن أن تكون ذات ألوان مختلفة ، فعادةً ما يكون ذلك بسبب اختلاف الأصباغ الأساسية بالمثل ، أو أن نسبة أصباغها تتغير. ومع ذلك ، فإن الكوبية فريدة أيضًا لأن اللون يأتي من صبغة واحدة فقط ، دلفينيدين 3-جلوكوزيد (الموجودة في عائلة الأنثوسيانين ، وهي نفس المجموعة التي تتحول الأوراق إلى اللون الأحمر في الخريف وتعطي التوت لونها). وبالتالي ، فإن النظام الكيميائي الأساسي بسيط نسبيًا.

لون دلفيندين 3-جلوكوزيد ، بالإضافة إلى الأنثوسيانين الأخرى ، هو دالة على تركيبته الجزيئية ، التي تحدد الأطوال الموجية للضوء التي يمتصها. تتكون هذه الجزيئات من سلسلة كربونية مركزية ثلاثية الحلقات مع استبدال أكسجين واحد ، يسمى أ فلافيليوم الكاتيون عند درجة الحموضة المنخفضة ، والتي ترتبط بها السكريات المختلفة. يفقد الأنثوسيانين واحدًا أو أكثر من أيونات الهيدروجين مع تغير بيئة الأس الهيدروجيني ، مما يغير أطياف الامتصاص.

ما يحدث على مستوى الصبغة داخل الخلية هو في الواقع دليل إضافي على أن درجة حموضة التربة ليست مسؤولة بشكل مباشر عن تبديل اللون ، بل هي في الغالب مؤشر على توافر أيون الألومنيوم. يظل الرقم الهيدروجيني للخلية الداخلية ثابتًا لكل من الكأسين الأحمر والأزرق. تكون الكاتيون الفلافيليوم حمراء ومستقرة عند درجة حموضة منخفضة ، وهو عكس لون الإزهار الكلي في ظل الظروف الحمضية. لكن في ظل ظروف محايدة يتحول إلى الشكل الأرجواني لما يسمى a قاعدة الكينويد ، مما يعني أن الجزيء فقد أيون الهيدروجين وأعاد ترتيب روابطه المزدوجة. في الأس الهيدروجيني الأساسي ، يتشكل أنيون القاعدة الكينويدية بهيكل أزرق عند فقد أيون هيدروجين آخر وإعادة ترتيب الروابط المزدوجة في مكون دلفينيدين الأساسي للصباغ.

هناك طريقتان لتحويل صبغة الهدرانج إلى اللون الأزرق. جوهر الصباغ ، والذي يسمى أ أيون الفلافيليوم وهو أحمر في حالته الحمضية (أعلى اليسار) ، في ظل زيادة الرقم الهيدروجيني ، يفقد اثنين من أيونات الهيدروجين ويعيد ترتيب بعض روابطه المزدوجة لتشكيل أنيون قاعدة الكينويد هذا أزرق (فوق على اليمين). عندما يسمى أيون الفلافيليوم نفسه ، في الجزيء الذي يشكل صبغة الكوبية دلفيندين -3 جلوكوزيد ، تتعرض لأيونات الألومنيوم عندما تكون الظروف الداخلية للخلية حمضية ، فإنها تشكل معقدًا مع الألمنيوم الذي يؤدي أيضًا إلى الأنيون ذو اللون الأزرق.

رسم لتوم دن.

من ناحية أخرى ، أظهرت الدراسات أن هناك طريقة لتثبيت أنيون القاعدة الكينويدية الزرقاء في وسط خلية حمضية. سوف تتعقد أيونات الألومنيوم مع الصبغة الحمراء الطبيعية ، كما هو موضح أيضًا في الشكل أعلاه ، من أجل دلفيندين -3 جلوكوزيد ، وتؤدي إلى زيادة الصبغة الزرقاء. مرة أخرى ، يصبح وجود Al 3+ هو مفتاح صبغ الكوبية باللون الأزرق - سواء على المستوى الجزيئي أو في الحقل. يؤدي وجودها إلى الالتفاف على الحاجة إلى ارتفاع درجة الحموضة داخل الخلايا لإنشاء البنية الزرقاء.

للتأكد من الطبيعة الدقيقة لمركب Al 3+ -anthocyanin ، أجرت مجموعتي البحثية دراسات النمذجة الكيميائية باستخدام الإيثانول الحمضي كمذيب. (يتفاعل الأنثوسيانين مع الماء لتكوين بنى صفراء إلى عديمة اللون تسمى طباشير ، التي لا تتصرف كيميائيًا بنفس الطريقة التي تتصرف بها الأصباغ ، لذلك لا يمكن استخدام الماء بسهولة كمذيب.) أضفنا كلوريد الألومنيوم ، الذي سيتفكك تحت الظروف الحمضية إلى أيونات الألومنيوم ، إلى تركيز ثابت من دلفينيدين ، أو دلفيندين -3 جلوكوزيد. (لم يؤثر بديل السكر في اللب دلفينيدين على اللون بشكل ملحوظ. كما كررنا هذه التجربة باستخدام مستخلص مباشر من نبات الكوبية ، وكانت النتائج مماثلة).

تُظهر محاليل أصباغ دلفيندين بتركيزات مماثلة (باستثناء القارورة النهائية ، الأقل) تغير اللون الذي يحدث عند إضافة الألومنيوم ، من مستويات الصفر في اليسار. الألوان كثيفة ، على الرغم من أن مستوى الألومنيوم المضاف منخفض نسبيًا. في الأسفل ، طيف امتصاص شامل لعينة واحدة (خط أسود) إلى ذروة كبيرة لتكوين الفلافيليوم المركزي للصباغ (خط أحمر) وأنيون القاعدة الكينويدية الأزرق الذي يتحول إلى وجود الألومنيوم (خط أزرق).

الصورة بإذن من المؤلف. رسم لتوم دن.

يوضح الشكل أعلاه سلسلة من العينات التي يتم فيها إضافة كميات متزايدة باستمرار من Al 3+ إلى دلفينيدين في المذيب. يتغير اللون بشكل منهجي من الأحمر إلى الأزرق ، من خلال درجات مختلفة من اللون الأرجواني ، مع زيادة Al 3+. بمجرد اللون الأزرق ، فإن شدة الهضاب الزرقاء تشبه إلى حد كبير النظام الطبيعي ، لا يصبح اللون أكثر زرقة مع المزيد من Al 3+. استخدمنا نوعًا من التحليل الطيفي, والتي في هذه الحالة تثير الجزيئات بضوء مرئي عالي الطاقة ، لذا فهي تمتص الطول الموجي المميز لبنيتها. تتيح لنا هذه البيانات حل الآلية التي يتجمع بها Al 3+ مع delphinidin. ذروة طولها الموجي حوالي 620 نانومتر هي سمة من سمات أنيون القاعدة الكينويدية الزرقاء ، وهي البنية المعقدة بالألمنيوم. مع زيادة كمية Al 3+ ، تزداد شدة هذه الذروة (أو مقدار المركب) ، ولكن في النهاية الهضاب.

الذروة الثانية التي وجدناها ، عند الطول الموجي المنخفض ، هي سمة الكاتيون الفلافيليوم. كلما زادت كمية Al 3+ ، تميل شدته إلى الانخفاض ، لكن موضع الذروة يتحول بثبات إلى أطوال موجية أعلى حتى تصل أيضًا إلى قيمة ثابتة - أي أن اللون الأحمر الأصلي للفلافيليوم يتحول إلى اللون الأزرق . وهكذا ، اكتشفنا مساهمتين في صبغ المحلول باللون الأزرق: التكوين المعترف به سابقًا لأنيون القاعدة الكينويدية الأزرق المركب مع Al 3+ ، والانتقال المطرد للأحمر إلى الكاتيون الأزرق الفلافيليوم.

لتطوير صورة كاملة لمركب Al 3+ -delphinidin ، فكرنا في سبب مرور الكاتيون الفلافيليوم أيضًا بتحول اللون. قمنا بجمع أدلة أخرى ذات صلة تُظهر أن حوالي نصف جزيئات دلفيندين المتاحة فقط ستشكل مجمعات (وإنشاء هياكل أنيون قاعدة الكينويدية الزرقاء) مع Al 3+ ، بغض النظر عن مقدار الأخير الذي تمت إضافته. من الواضح أن كل آلية تنتج نصف المنتج الأزرق النهائي. هذا السلوك غالبًا ما يكون من سمات التراص عندما يجلس جزيئين فوق الآخر مثل شريحتين من الخبز ، ولكن اتضح أن ما يحدث أكثر تعقيدًا من مجرد كومة بسيطة.

يشكل أنيون القاعدة الكينويدية Al 3+ -delphinidin المركب الأزرق الأساسي. الجزء الثاني من المجمع ، الذي يؤدي إلى زيادة اللون الأزرق ، هو تكديس الفلافيليوم الكاتيون على هذا المركب الأساسي. يتم الاحتفاظ بالفلافيليوم الكاتيون وأنيون القاعدة الكينويدية معًا ليس فقط من خلال التجاذب الكهروستاتيكي الناتج عن الشحنات المعاكسة ، ولكن أيضًا ، نظرًا لأن هياكلهما الدورية متشابهة ، يمكن لمدارات الجزيئات الإلكترونية أن تصطف نفسها لمزيد من الاستقرار. وبالتالي ، فقد أنشأنا آلية كيميائية ونموذجًا للون الأزرق.

لاحظ أن Al 3+ يعمل كمرساة لهذا المركب ، وربما يكون مرتبطًا بشبكة فوسفات داخل خلايا الكواكب ، وليس كأيون مركزي للمجمع. في الواقع ، وجدنا أن أيون الألومنيوم ليس مادة في توليد اللون ، فقط من أجل ثباته ، لذا فإن استبدال هذا المعدن بعوامل مركبة معدنية أخرى لا ينبغي أن يغير اللون. أظهرت اختباراتنا أن سكانديوم (Sc 3+ ، بديل شائع لـ Al 3+) ، الغاليوم (Ga 3+ ، في نفس العائلة الدورية مثل Al 3+) ، القصدير ، الموليبدينوم ، اليورانيوم ، وأيونات معدنية أخرى تتصرف بشكل مشابه مع دلفيندين والمجمعات الزرقاء المتكونة ، وإن لم تكن فعالة مثل Al 3+. أي أن الآلية الكيميائية للون الأزرق كانت هي نفسها ، لكن فعالية أيونات معدنية معينة في تكوين المركب المكدس الناتج لم تكن كذلك.

تميز البعض الآخر بمركب Al 3+ -delphinidin وأظهر أن الكاتيون الفلافيليوم المكدس ينحرف بزاوية من أنيون القاعدة الكينويدية الأساسية. يحتوي مركب التكوين الطبيعي داخل البيئة الخلوية لكوبونات الكوبية على تكديس وتثبيت إضافي مع أصباغ مشتركة أخرى في النظام. هذه الأصباغ المشتركة ، التي من المحتمل وجود مزيج فريد منها في كل صنف ، يتم تسميتها بشكل خاطئ قليلاً لأنها تعمل فقط على المساعدة في استقرار المركب الأزرق ولا تساهم في اللون. لكن النتيجة تكون معقدة على الأرجح على شكل حلزوني حلزوني ، وليس كومة بسيطة.

مسار الألمنيوم

تعتمد الخطوة الرئيسية في صبغ الكوبية باللون الأزرق على إدخال Al 3+ في المصنع ونقله إلى الكبريتات ، ولكن كما يبدو أنه موضوع مع الكوبية ، اتضح أن هناك خطوة أخرى في عملية نقل الألمنيوم. Al 3+ متحرك في ظروف التربة الحمضية ، واستجابة لمحفزه ، تنضح جذور الكوبية حامض الستريك (C6ح8ا7). وبالتالي ، فإن محلول أيونات السترات (C6ح5ا7 3-) وحمض الستريك حول الجذور بتركيزات نسبية خاصة بدرجة حموضة التربة. ثم ينشئ Al 3+ مركبًا مستقرًا مع أيونات السترات ، والتي يمكن امتصاصها في جذور الكوبية. ينقل النبات Al 3+ في جميع أنحاء مثل مجمع السترات هذا. نباتات Al 3+ الأخرى ، مثل الحنطة السوداء والجاودار ، تنضح أيضًا بالأحماض العضوية البسيطة لإزالة السموم من الألومنيوم. في الواقع ، أصبحت مثل هذه الاستراتيجيات مهمة جدًا في زراعة المحاصيل التي يتم تربيتها وهندستها وراثيًا للبقاء على قيد الحياة في التربة الحمضية الغنية بـ Al 3+.

يعتبر مجمع السترات هذا ضروريًا ليس فقط لدمج Al 3+ في الجذور ولكن أيضًا للدوران المستمر لـ Al 3+ في جميع أنحاء النبات ، كما هو موضح في الشكل على اليمين. في الواقع ، لا تركز الكوبية الكوبية على Al 3+ ، حيث أن جميع الأوراق الموجودة في الكوبية تمتلك نفس تركيز Al 3+ مثل الكؤوس (لكن الكؤوس فقط لديها الأصباغ الصحيحة للتفاعل مع الأيونات). نظرًا لأن الكأس هي أوراق معدلة ببساطة ، فقد يكون هذا السلوك متوقعًا.

يظهر الدور المركزي للسيترات في نقل الألمنيوم في الصف العلوي من الأزهار. ازدهار التحكم (أعلى اليسار) يختلف قليلاً عن المشبع بأيونات الألومنيوم وحدها (فوق على اليمين). أدى محلول مائي من أيونات الألومنيوم في محلول حمض الستريك والستريك إلى تحويل الإزهار الأوسط إلى اللون الأزرق. التجارب الميدانية مع هذا الرذاذ على الزهور الوردية (أسفل اليسار) أظهرت النتائج بعد سنتين (منتصف القاع) وأربعة أيام (أسفل اليمين).

الصور بإذن من المؤلف.

في الواقع ، من الممكن تغيير لون الكوبية دون التأثير على كيمياء التربة على الإطلاق. لقد تمكنا من التحايل على الحاجة إلى استيعاب Al 3+ من خلال الجذور ومن ثم نقلها إلى الكواكب من خلال تطوير رذاذ يقوم بإدخال Al 3+ مباشرةً في الكوبونات. من خلال إذابة الكميات المناسبة من Al 3+ في محلول حمض الستريك والسترات المخزن مؤقتًا ، قمنا بتغيير الكأس الحمراء إلى اللون الأزرق في فترة عدة أيام ، كما هو موضح في الشكل في أعلى اليمين. هذه النتيجة هي دليل آخر على أن الصبغة الزرقاء تعتمد على وجود Al 3+ في الكأس. ثبت أن الرش العكسي لتغيير الكرات الزرقاء إلى اللون الأحمر يمثل مشكلة كيميائية أكثر صعوبة. أي أن مركب Al 3+ -delphinidin ، بمجرد تكوينه ، يصعب تفكيكه داخل النبات.

عملية اللون
سمح بحث جديد بتطوير نموذج شامل للإدماج الكيميائي لأيونات الألومنيوم (Al 3+) في الكوبية ، مما أدى إلى إضفاء الصبغة الزرقاء على الكأس. أولاً ، يتطلب النبات تربة حمضية بحيث يكون Al 3+ متاحًا ومتحركًا. استجابةً لوجود Al 3+ ، تفرز الجذور حامض الستريك ، مما يؤدي إلى توازن حامض الستريك والسترات في التربة (أ). يسمح الجيل اللاحق لمركب Al 3+ -citrate بدمج Al 3+ المزيل للسموم في الجذور والنقل في جميع أنحاء الشجيرة ، بما في ذلك sepals (ب). هنا ، ينتقل مركب Al 3+ –citrate إلى فجوات الخلايا حيث توجد الصبغة delphinidin-3-glucoside. يظهر اللون بالقرب من السطح العلوي للسبالات. بمعنى ما ، الأحمر هو اللون الافتراضي للصبغة بسبب كاتيون الفلافيليوم في دلفينيدين 3-جلوكوزيد. في البيئة الخلوية في sepal ، لا يقوم Al 3+ فقط بتبادل أيون السترات لـ delphinidin-3-glucoside في معقده ، ولكنه يحفز أيضًا تكوين أنيون القاعدة الكينويدية الزرقاء لـ delphinidin-3-glucoside (ج). إن الكاتيون الفلافيليوم في مكدسات أخرى من دلفينيدين -3 جلوكوزيد أعلى هذا المركب ويعزز اللون الأزرق ، في حين أن Al 3+ يثبت هذا المركب الأزرق على مجموعات الفوسفات داخل الفجوات. ظلال الخزامى والأرجواني والأرجواني في الكأس لها نسب مختلفة من هذين العضوين النهائيين باللونين الأحمر والأزرق.

رسم لتوم دن.

يقدم الرسم التوضيحي أعلاه نموذجًا شاملاً للدمج الكيميائي لأيونات الألومنيوم في الكوبية ، مما يؤدي إلى صبغ الكؤوس باللون الأزرق. تعتمد سهولة الصبغة الزرقاء في الكوبية على التركيزات النسبية لـ delphinidin-3-glucoside و Al 3+ ، حيث يجب أن يزيد عدد جزيئات Al 3+ عن حوالي 3 إلى 10 أضعاف عدد جزيئات الصبغة. وبالتالي ، كلما قل التلوين ، قل تركيز الصبغة ، وقل Al 3+ المطلوب لتحقيق الزيادة الجزيئية. بالإضافة إلى ذلك ، ليست كل نباتات الكوبية متساوية في قدرتها على إخراج حامض الستريك ودمج Al 3+ في النبات.

شاهد الكيمياء وراء ألوان الهدرانج وهي تعمل:

الوان اخرى؟

تفتح الكيمياء الحيوية للهدرانج إمكانية تطوير ألوان جديدة تمثل تجارب علمية مثيرة للاهتمام وإضافات جميلة إلى الحديقة. يتحكم علم الوراثة الخاص بصنف معين من الكوبية في كمية دلفيندين -3 جلوكوزيد في الكأس. يختلف هذا المحتوى من صفر للأصناف البيضاء إلى أكثر من 700 ميكروغرام من دلفيندين -3 جلوكوزيد لكل جرام من السبال الطازج في أكثر السلالات كثافة اللون ، كما هو موضح في الشكل أدناه. يشير تركيز الصبغة إلى شدة اللون ، من الباستيل إلى الزاهي ، وليس ما إذا كان اللون أحمر أو أزرق.

ليست كل أصناف الكوبية متساوية ، على الأقل عندما يتعلق الأمر باللون. تعتمد شدة اللون الأحمر (أو الأزرق) على تركيز صبغة الأنثوسيانين ، والتي تختلف باختلاف الصنف.

الصورة بإذن من المؤلف. رسم لتوم دن.

Hydrangea cultivars that bloom on old wood, or the previous year’s growth, are susceptible to the loss of their blooms for an entire growing season upon a cold winter or a late frost, as the buds from the previous year freeze. Several new cultivars, most notably the popular “Endless Summer” cultivars, set their blooms on new wood, the current year’s growth, and will flower each year, unaffected by the weather of the winter or spring. However, such cultivars usually have more subdued colors than other hydrangea cultivars, for reasons yet unclear. One direction for breeding and genetic engineering has been to generate similar cultivars with brighter or more intense coloration.

Alternatively, we tried a chemical approach to enhance the color brightness by infusing magnesium ions (Mg 2+ ) into the plant, because other researchers have shown that such an approach brightened the color of grapes as well as other floral anthocyanin-based blooms, although the mechanism remains unknown. Surprisingly, instead of intensifying the coloration of the hydrangea sepals, we were able to produce sepals with red, white, and blue colors simultaneously (see figure below) on certain cultivars. It’s still an open research question as to why and how this happens.

Knowledge of hydrangea chemistry allows the creation of novel colors. A white, red, and blue sepal was generated by infusing magnesium ions into blue hydrangea blooms (أعلى). A compound of molybdenum created yellow blossoms from white ones (وسط). Intentional mixed colors of red and blue on a single bloom have been created in cut red hydrangea flowers by the controlled infusion of aluminum (قاع).

Photographs courtesy of the author.

But these results inspired us to see if it is possible to manipulate hydrangea chemistry to produce totally new colors. Hydrangeas lack the necessary pigment to generate yellow or orange sepals. Our initial strategy to produce these colors was to replace Al 3+ with some other metal, at first using solutions in the laboratory. However, the chemical mechanism we found for bluing indicated that such an approach might not work, because aluminum did not really contribute to the blue color, but only acted as an anchor for the blue form of the delphinidin core. Therefore, we were not surprised when our experiments with other metals that complexed with the delphinidin generated only subtle differences in blue hues.

But in another case of serendipity, during attempts to create a slightly different shade of blue with the infusion of the molybdate ion (MoO4 2- ) through the cut stems of red blooms, the sepals did not turn blue like the solutions, but showed yellowing. The yellowing occurred via a different mechanism than the bluing, observed not on the top surface but on the lighter bottom surface of the sepals. Accordingly, we changed strategy and started over with a white bloom of the hydrangea to generate, with success, the yellow color. We hypothesize that the normally colorless MoO4 2- bonds with the same phosphate groups that usually anchor Al 3+ , creating a yellow phospho- molybdate entity that gets stuck on the bottom surface of the sepals, for reasons we are still trying to determine.

Similar to some hydrangea cultivars being better “bluers” than others, it appears that a sepal’s yellowing ability is also a function of the cultivar. Such yellowing, as shown in the figure above, has only been successful thus far through cut stem infusions and sprayings. Introduction of the molybdate ion into the hydrangea shrub through the soil has proven toxic to the plant, but long-term experiments are in progress exposing hydrangeas to very low concentrations of MoO4 2- in the soil to create a viable plant with attractive, strongly yellow-colored sepals.

Another result of our research is the production of unique red-blue patterns on hydrangea sepals by controlled aluminum diffusion through cut stems and by direct sprayings onto blooms. Whereas the incorporation of Al 3+ through the roots always resulted in the relatively homogeneous distribution of blue color in the sepals, the rapid forcing of aluminum into the initially red sepals quickly generates unusual and novel patterns of red and blue.

There is still much to learn about natural changes in the color in hydrangea blooms. Near the end of the growing season, the sepals of the blooms of some plants flip over and change colors from blue to red, even though they retain the same aluminum content. The reason for this transformation is still unknown. A possible explanation is that the operational anthocyanin changes its composition, perhaps from the delphinidin- 3-glucoside to cyanidin-3-glucoside, which requires much more of an aluminum excess to stabilize the blue complex.

One last example of our current research on hydrangea coloration focuses on the blooms and leaves of the oak-leaf hydrangea, H. quercifolia. The green leaves of this hydrangea turn red in the autumn, much like its blooms age from white to red, with increasing intensity over time. Such blooms and leaves do not turn blue in the presence of Al 3+ as for H. macrophylla sepals, probably once again due to differences in anthocyanin types and levels. But we hope with more research, we may be able to generate intensely blue, “Smurf”-colored oak-leaf hydrangea leaves during the fall months. We envision beds of blue-leafed hydrangeas to complement the autumn spectrum of reds and golds of other shrubs and trees.

In the future, we plan to investigate the incorporation of entirely new natural pigments, not just the insertion of other metals, from various flowers to the hydrangea sepals. Perhaps we can attain this result via a spray to localize the desired changes—such that the changes are permanent for selective blooms without affecting neighboring plants and blooms. We imagine not only color changes but also controlling other properties, such as fluorescence, so that one can achieve hydrangea blooms that glow at night as well. For example, we are investigating the transfer of the fluorescent betaxanthin pigment from yellow flowers of the night-blooming four o’clocks (ميرابيليس جالابا) and of portulacas to hydrangea blooms. Adding specific metal ions, such as those of rare earth elements, to the betaxanthin pigment seems to fine-tune the desired fluorescent hue.

It seems that when it comes to hydrangea colors, there are always more chemical mysteries awaiting a solution. And exploration of the coloring of hydrangea blooms illustrates that metal ions as well as pH play a key role in being able to create designer colors for flowers. Although such chemical manipulation of these colors has been underused in the past, this method may represent a fertile approach to generate novel floral colors for the future.


Do you think your child would find this interesting?

Other ideas you’ll love –


Chromatography Plant Pigments

الكلوروفيل often hides the other pigments present in leaves. In Autumn, chlorophyll breaks down, allowing xanthophyll و carotene, and newly made anthocyanin, to show their colors.
The mix of pigments in a leaf may be separated into bands of color by the technique of paper chromatography. Chromatography involves the separation of mixtures into individual components. اللوني means “color writing.” With this technique the components of a mixture in a liquid medium are separated. The separation takes place by absorption and capillarity. The paper holds the substances by absorption capillarity pulls the substances up the paper at different rates. Pigments are separated on the paper and show up as colored streaks. The pattern of separated components on the paper is called a chromatogram.

Gather leaves from several different plants. حذر: Avoid poisonous plants. Autumn leaves from deciduous trees are especially interesting. Sort the leaves by kind (maple, etc.) and color. Review a diagram of a plant cell . أعثر على جرانا و ال البلاستيدات الخضراء من الخلية.

Safety goggles
Chromatography solvent (92 parts Petroleum ether to 8 parts acetone)
Chromatography paper (or filter paper) about 1 cm x 15 cm
Ethyl alcohol
Fresh spinach
Test tube
Test tube rack
Scissors and Ruler
Fresh leaves of plants
Glass stirring rod
Paper clip
Cork (to fit test tube)
Mortar and pestle
Sand (optional)
10-ml Graduated cylinder

Leaves should be grouped by kind (maple, etc.) and color. Work with a spinach leaf and with one or more other types. حذر: Chromatography solvents are flammable and toxic. Have no open flames maintain good ventilation avoid inhaling fumes.

1. Cut a strip of filter paper or chromatography paper so that it just fits inside a 15-cm (or larger) test tube. Cut a point at one end. Draw a faint pencil line as shown in figure 1. Bend a paper clip and attach it to a cork stopper. Attach the paper strip so that it hangs inside the tube, as shown. The sides of the strip should not touch the glass.

2. Tear a spinach leaf into pieces about the size of a postage stamp. Put them into a mortar along with a pinch or two of sand to help with grinding. Add about 5 ml ethyl alcohol to the leaf pieces. Crush leaves with the pestle, using a circular motion, until the mixture is finely ground. The liquid in which the leaf pigments are now for paper chromatography dissolved is called the pigment extract.

3. Use a glass rod to touch a drop of the pigment extract to the center of the pencil line on the paper strip. اتركها تنشف. Repeat as many as 20 times, to build up the pigment spot. ملاحظة: You must let the dot dry after each drop is added. The drying keeps the pigment dot from spreading out too much.

4. Pour 5 ml chromatography solvent into the test tube. Fit the paper and cork assembly inside. Adjust it so that the paper point just touches the solvent (but not the sides of the tube). The pigment dot must be above the level of the solvent. Watch the solvent rise up the paper, carrying and separating the pigments as it goes. At the instant the solvent reaches the top, remove the paper and let it dry. Observe the bands of pigment. The order, from the top, should be carotenes (orange), xanthophylls (yellow), chlorophyll a (yellow-green), chlorophyll b (blue-green), and anthocyanin (أحمر). Identify and label the pigment bands on the dry strip. Write the species of leaf on the strip as well.
Record the species, external color, and chromatogram pigments in the DATA TABLE of your report sheet.

5. Each pigment has an الترددات اللاسلكية value, the speed at which it moves over the paper compared with the speed of the solvent.

Rf = Distance moved by the pigment / Distance moved by the solvent

Measure the distance in سم from the starting point (pencil line) to the center of each pigment band. Then measure the entire distance traveled by the solvent. Remember, the starting point for the solvent is also the pencil line and the ending point for the solvent is the top edge of the paper. Do the required divisions and record your الترددات اللاسلكية values in the DATA TABLE of your report sheet.

6. Wash the mortar and pestle thoroughly, using a little alcohol to remove any remaining pigment.


Bluebell flowers are perennials that come in colors ranging from deep purple to pinks as well as white and blues. They are also known as Wood Hyacinths.

  • Partial sun to partial shade (they grow better out of direct sunlight)
  • Humus-rich, moist and well-drained soil
  • They grow best when planted in shady areas like around trees or underneath shrubs

Devil is in the detail: Evolution of color in plants and animals

Researchers have looked at a species of fish to help unravel one of the biggest mysteries in evolutionary biology.

In many species of plants and animals, individuals from the same population often come in different color variants. But the mystery has remained as to why one color doesn't eventually replace the other through natural selection.

Research published in the مجلة علم الأحياء التطوري has looked at a species of Central American freshwater fish to look at how different colors are maintained in the species.

Lead researcher, Will Sowersby, a PhD student at Monash University, said the reasons why different color morphs (color variants) existed in a population -- when in theory they should be equally subjected to natural selection -- was still a major question for evolutionary biologists and remained unknown for many species.

"The importance of this work lies in the fundamental question: how and why do variants of the same animal exist in nature," he said.

"Color variants of the same species are a striking example of biological variation, yet the adaptive significance and what evolutionary processes maintain them, remains unknown."

Sowersby said the team looked at a species of fish called the red devil cichlid, which comes in two colors -- one is dark (grey through black with dark patterns) and the other is gold, (yellow through red).

The gold colored fish is genetically dominate but the darker colored fish is much more common.

"With this species, the darker individuals appear to be able to alter the shade of their body color and patterns to better match their environment," he said.

"We wanted to assess whether this had a part to play in how different color morphs (color variants) can exist in a population, and why the gold color fish is rarer."

The researchers filmed the red devil cichlids over both dark and light surfaces. Screenshots were then analysed to measure the amount of change to the shade of the fish's body color. After analysis they found that the darker fish could alter its brightness to match the surface it was on, while the gold colored fish could not.

"These results suggest that differences in the ability to match backgrounds could play a potentially important role in maintaining color frequencies in the wild," Sowersby said.

The research team, including Associate Professor Bob Wong, School of Biological Sciences, and Dr Topi Lehtonen, University of Turku, hope to do more work in this area.

"Given the complexities of color variants in species, more work is needed to understand how differences in coloration might influence the susceptibility of dark and gold individuals to different predators and under different environmental conditions," Sowersby said.


Chromoplasts are found in fruits, flowers, roots, and stressed and aging leaves, and are responsible for their distinctive colors. This is always associated with a massive increase in the accumulation of carotenoid pigments. The conversion of chloroplasts to chromoplasts in ripening is a classic example.

They are generally found in mature tissues and are derived from preexisting mature plastids. Fruits and flowers are the most common structures for the biosynthesis of carotenoids, although other reactions occur there as well including the synthesis of sugars, starches, lipids, aromatic compounds, vitamins, and hormones. [3] The DNA in chloroplasts and chromoplasts is identical. [2] One subtle difference in DNA was found after a liquid chromatography analysis of tomato chromoplasts was conducted, revealing increased cytosine methylation. [3]

Chromoplasts synthesize and store pigments such as orange carotene, yellow xanthophylls, and various other red pigments. As such, their color varies depending on what pigment they contain. The main evolutionary purpose of chromoplasts is probably to attract pollinators or eaters of colored fruits, which help disperse seeds. However, they are also found in roots such as carrots and sweet potatoes. They allow the accumulation of large quantities of water-insoluble compounds in otherwise watery parts of plants.

When leaves change color in the autumn, it is due to the loss of green chlorophyll, which unmasks preexisting carotenoids. In this case, relatively little new carotenoid is produced—the change in plastid pigments associated with leaf senescence is somewhat different from the active conversion to chromoplasts observed in fruit and flowers.

There are some species of flowering plants that contain little to no carotenoids. In such cases, there are plastids present within the petals that closely resemble chromoplasts and are sometimes visually indistinguishable. Anthocyanins and flavonoids located in the cell vacuoles are responsible for other colors of pigment. [1]

The term "chromoplast" is occasionally used to include أي plastid that has pigment, mostly to emphasize the difference between them and the various types of leucoplasts, plastids that have no pigments. In this sense, chloroplasts are a specific type of chromoplast. Still, "chromoplast" is more often used to denote plastids with pigments other than chlorophyll.

Using a light microscope chromoplasts can be differentiated and are classified into four main types. The first type is composed of proteic stroma with granules. The second is composed of protein crystals and amorphous pigment granules. The third type is composed of protein and pigment crystals. The fourth type is a chromoplast which only contains crystals. An electron microscope reveals even more, allowing for the identification of substructures such as globules, crystals, membranes, fibrils and tubules. The substructures found in chromoplasts are not found in the mature plastid that it divided from. [2]

The presence, frequency and identification of substructures using an electron microscope has led to further classification, dividing chromoplasts into five main categories: Globular chromoplasts, crystalline chromoplasts, fibrillar chromoplasts, tubular chromoplasts and membranous chromoplasts. [2] It has also been found that different types of chromoplasts can coexist in the same organ. [3] Some examples of plants in the various categories include mangoes, which have globular chromoplasts, and carrots which have crystalline chromoplasts. [4]

Although some chromoplasts are easily categorized, others have characteristics from multiple categories that make them hard to place. Tomatoes accumulate carotenoids, mainly lycopene crystalloids in membrane-shaped structures, which could place them in either the crystalline or membranous category. [3]

Plastids lining which pollinators visit a flower, as specific colors attract specific pollinators. White flowers tend to attract beetles, bees are most often attracted to violet and blue flowers, and butterflies are often attracted to warmer colors like yellows and oranges. [5]

Chromoplasts are not widely studied and are rarely the main focus of scientific research. They often play a role in research on the tomato plant (Solanum lycopersicum). Lycopene is responsible for the red color of a ripe fruit in the cultivated tomato, while the yellow color of the flowers is due to xanthophylls violaxanthin and neoxanthin. [6]

Carotenoid biosynthesis occurs in both chromoplasts and chloroplasts. In the chromoplasts of tomato flowers, carotenoid synthesis is regulated by the genes Psyl, Pds, Lcy-b, and Cyc-b. These genes, in addition to others, are responsible for the formation of carotenoids in organs and structures. For example, the Lcy-e gene is highly expressed in leaves, which results in the production of the carotenoid lutein. [6]

White flowers are caused by a recessive allele in tomato plants. They are less desirable in cultivated crops because they have a lower pollination rate. In one study, it was found that chromoplasts are still present in white flowers. The lack of yellow pigment in their petals and anthers is due to a mutation in the CrtR-b2 gene which disrupts the carotenoid biosynthesis pathway. [6]

The entire process of chromoplast formation is not yet completely understood on the molecular level. However, electron microscopy has revealed part of the transformation from chloroplast to chromoplast. The transformation starts with remodeling of the internal membrane system with the lysis of the intergranal thylakoids and the grana. New membrane systems form in organized membrane complexes called thylakoid plexus. The new membranes are the site of the formation of carotenoid crystals. These newly synthesized membranes do not come from the thylakoids, but rather from vesicles generated from the inner membrane of the plastid. The most obvious biochemical change would be the downregulation of photosynthetic gene expression which results in the loss of chlorophyll and stops photosynthetic activity. [3]

In oranges, the synthesis of carotenoids and the disappearance of chlorophyll causes the color of the fruit to change from green to yellow. The orange color is often added artificially—light yellow-orange is the natural color created by the actual chromoplasts. [7]

Valencia oranges Citris sinensis L are a cultivated orange grown extensively in the state of Florida. In the winter, Valencia oranges reach their optimum orange-rind color while reverting to a green color in the spring and summer. While it was originally thought that chromoplasts were the final stage of plastid development, in 1966 it was proved that chromoplasts can revert to chloroplasts, which causes the oranges to turn back to green. [7]


Genetic Variation Examples

David G Richardson / Getty Images

Favorable genetic traits in a population are determined by the environment. Organisms that are better able to adapt to their environment survive to pass on their genes and favorable traits. Sexual selection is commonly seen in nature as animals tend to select mates that have traits that are favorable. As females mate more often with males considered to have more favorable traits, these genes occur more often in a population over time.

A person's skin color, hair color, dimples, freckles, and blood type are all examples of genetic variations that can occur in a human population. Examples of genetic variation in plants include the modified leaves of carnivorous plants and the development of flowers that resemble insects to lure plant pollinators. Gene variation in plants often occurs as the result of gene flow. Pollen is dispersed from one area to another by the wind or by pollinators over great distances.

Examples of genetic variation in animals include albinism, cheetahs with stripes, snakes that fly, animals that play dead, and animals that mimic leaves. These variations enable the animals to better adapt to conditions in their environments.


شاهد الفيديو: صباح العربية: كيف تختار لون الورد لكل مناسبة (ديسمبر 2022).