Почему трава зеленая?

От чего зависит окрас растений и можно ли его изменить?

Зеленый цвет растениям придает хлорофилл. Он крайне важен для их жизни, потому что способен поглощать энергию света и передавать ее молекулам, синтезирующим органические вещества. Свет необходим для фотосинтеза — процесса, при котором растения образуют из углекислого газа и воды органические вещества, в первую очередь углеводы. Это один из главных способов питания растений.

Бесхлорофильные мутанты, которые существуют у разных растений — арабидопсиса, гороха, ели и многих других, — умирают, как только у них заканчивается запас питательных веществ из семени. При желании можно создать бесхлорофильного мутанта любого растения, но иногда они возникают самопроизвольно. А есть бесхлорофильные растения-паразиты, которые живут за счет других растений, поглощая их органические вещества.

Бывают растения и других цветов. Мы можем часто видеть, как на клумбах высаживают пестролистные сорта фиалок, у которых листья имеют красный окрас благодаря пигменту — антоцианам. Хлорофилл у них есть, но может быть менее заметен, потому что антоцианы его маскируют.

Благодаря антоцианам листья клена имеют красный цвет

Бывают листья, в которых очень много хлорофилла, несколько десятков микрограмм на квадратный сантиметр площади листа, поэтому они будут поглощать почти весь свет, который на них падает, из-за чего будут казаться черными. Такие растения часто можно встретить в тропических лесах.

Цвет растений может меняться. Например, осенью мы можем наблюдать, как листья постепенно желтеют и осыпаются. В этот период хлорофилл расщепляется: в нем содержится азот, который часто бывает дефицитным для растений, и они стремятся извлечь его из хлорофилла и запасти в зимующих частях; выбрасывать его вместе с листьями было бы слишком расточительно, а пигменты каротиноиды, которые имеют желтый и оранжевый окрас, остаются.

Пигменты каротиноиды придают тыкве оранжевый окрас

Иногда можно наблюдать на молодых листьях красноватую окраску. Это антоцианы, они защищают растения от избыточного света. Когда лист только разворачивается, у него плохо работает фотосинтез, и лишний свет может повредить его, а антоцианы служат экраном, который отражает лишний свет и не дает достичь листа. Еще цвет у листьев может меняться из-за недостатка каких-то минеральных веществ в почве: железа, магния и других.

Человек научился искусственным путем — методом селекции или генной инженерии — выращивать растения с необычной окраской листьев. Благодаря этому мы получили коммерчески успешные сорта декоративных растений: фиалок, фикусов, кленов и многих других.

Можно создать трансгенное растение с усиленной экспрессией генов биосинтеза конкретного пигмента, тогда можно получить растения определенного цвета. Таким образом, можно судить о физиологической роли пигментов. Например, мы хотим уточнить физиологическое значение конкретного пигмента. Берется растение дикого типа, у которого он в определенных ситуациях есть, а в других — нет; затем мутант, у которого пигмент не вырабатывается, и мутант, вырабатывающий его всегда. Мы можем сделать вывод о том, зачем пигмент нужен, сравнивая рост и работу биохимических процессов растений, анализируя, что меняется, если пигмент убрать или если его слишком много.

Это открывает широкую область для дальнейших исследований. Ведь если мы осознали, как тот или иной пигмент воздействует на биологию растения, то можно синтезировать новые признаки или улучшить конкретные функции.

Ольга Аверчева,
кандидат биологических наук