葉綠素產生與陽光有關嗎,探究葉綠素的形成是否與光照有關

時間 2021-08-11 18:14:17

1樓:字詞欣賞

原理 植物與動物不同,它們沒有消化系統,因此它們必須依靠其他的方式來進行對營養的攝取。就是所謂的自養生物。對於綠色植物來說,在陽光充足的白天,它們將利用陽光的能量來進行光合作用,以獲得生長髮育必需的養分。

這個過程的關鍵參與者是內部的葉綠體。葉綠體在陽光的作用下,把經有氣孔進入葉子內部的二氧化碳和由根部吸收的水轉變成為葡萄糖,同時釋放氧氣:

12h2o + 6co2 + 光 → c6h12o6 (葡萄糖) + 6o2↑+ 6h2o

注意:上式中等號兩邊的水不能抵消,雖然在化學上式子顯得很特別。原因是左邊的水,是植物吸收所得,而且用於製造氧氣和提供電子和氫離子。而右邊的水分子的氧原子則是來自二氧化碳。

為了更清楚地表達這一原料產物起始過程,人們更習慣在等號左右兩邊都下寫上水分子,或者在右邊的水分子右上角打上星號。

光反應和暗反應

光合作用可分為光反應和暗反應兩個步驟

光反應場所:葉綠體膜

影響因素:光強度,水分供給

植物光合作用的兩個吸收峰

葉綠素a,b的吸收峰過程:葉綠體膜上的兩套光合作用系統:光合作用系統一和光合作用系統二,(光合作用系統一比光合作用系統二要原始,但電子傳遞先在光合系統二開始)在光照的情況下,分別吸收680nm和700nm波長的光子,作為能量,將從水分子光解光程中得到電子不斷傳遞,最後傳遞給輔酶nadp。

而水光解所得的氫離子則因為順濃度差通過類囊體膜上的蛋白質複合體從類囊體內向外移動到基質,勢能降低,其間的勢能用於合成atp,以供暗反應所用。而此時勢能已降低的氫離子則被氫載體nadp帶走。一分子nadp可攜帶兩個氫離子。

這個nadph+h離子則在暗反應裡面充當還原劑的作用。

意義:1:光解水,產生氧氣。2:將光能轉變成化學能,產生atp,為暗反應提供能量。3:利用水光解的產物氫離子,合成nadph+h離子,為暗反應提供還原劑。

暗反應實質是一系列的酶促反應

場所:葉綠體基質

影響因素:溫度,二氧化碳濃度

過程:不同的植物,暗反應的過程不一樣,而且葉片的解剖結構也不相同。這是植物對環境的適應的結果。

暗反應可分為c3,c4和cam三種型別。三種型別是因二氧化碳的固定這一過程的不同而劃分的。

卡爾文迴圈

卡爾文迴圈(calvin cycle)是光合作用的暗反應的一部分。反應場所為葉綠體內的基質。迴圈可分為三個階段:

羧化、還原和二磷酸核酮糖的再生。大部分植物會將吸收到的一分子二氧化碳通過一種叫二磷酸核酮糖羧化酶的作用整合到一個五碳糖分子1,5-二磷酸核酮糖(rubp)的第二位碳原子上。此過程稱為二氧化碳的固定。

這一步反應的意義是,把原本並不活潑的二氧化碳分子活化,使之隨後能被還原。但這種六碳化合物極不穩定,會立刻分解為兩分子的三碳化合物3-磷酸甘油酸。後者被在光反應中生成的nadph+h還原,此過程需要消耗atp。

產物是3-磷酸丙糖。後來經過一系列複雜的生化反應,一個碳原子將會被用於合成葡萄糖而離開迴圈。剩下的五個碳原子經一些列變化,最後在生成一個1,5-二磷酸核酮糖,迴圈重新開始。

迴圈執行六次,生成一分子的葡萄糖。

參考資料:baike.baidu.com

2樓:匿名使用者

光合細菌、藻類、苔蘚、蕨類和裸子植物以及少數被子植物可以在黑暗中合成葉綠素,多數被子植物必須需要光。

雖然光合細菌、藻類、苔蘚、蕨類和裸子植物已被證實在完全黑暗中可以合成葉綠素,但被子植物是否有相同能力,則仍是爭議甚大的問題,迄今仍無定論。

光合作用是地球上最重要的生命現象之一,也是動物和植物的重要分野。地球上若無植物的光合作用,則目前已知的生態理論之基礎必須重新建立。光合作用過程中,葉綠素(chlorophyll)擔任著把日光輻射能轉換為化學能的首要步驟之重責大任。

或許可說,若無葉綠素的出現,太陽對地球的重要性將大大的降低,日光與地球上的生物亦將缺乏連結點。

葉綠素是地球上分佈最廣的自然色素,目前已知其化學結構有超過一百種的變異存在。一片含有七千萬個細胞的葉子,擁有約五十億個葉綠體(chloroplast),其中每個葉綠體含有約六億個葉綠素分子。所有葉綠素分子都與類囊膜(thylakoid member)上某些特定的蛋白質結合為色素蛋白複合體,以提高捕捉日光能和光合作用效率。

地球上的生物只有光合細菌和植物能合成葉綠素,動物的保護性綠色只是含有與葉綠素基本結構相似的化合物所造成,此種化合物無法參與光合作用過程。

葉綠素的光合成

葉綠體的發育是非常複雜的過程,同時受到葉綠體基因(chloroplast genes)和核基因相互調控。而不論葉綠素的化學結構為何,其合成過程自最前驅物的麩胺酸(glutamate)到最終產物葉綠素至少可分為十五個步驟,所有參與催化的酵素都由核基因調控,並在細胞質的核醣體合成後才輸送到葉綠體基質(stroma)。葉綠素合成後與特定蛋白質組合,並嵌進類囊膜後才能發揮捕光和能量轉換的功能。

置於黑暗中的植物萌芽後,其幼苗因缺乏葉綠素和只含有少量的原葉綠素酯(protochlorophyllide,pchlide)而呈現黃白色。若把此黃白幼苗繼續置於黑暗中,並以五氨四酮-戊酸(5-aminolevulinic acid)供給之,則在數小時後此原本黃白色的幼苗將會累積大量原葉綠素酯而呈黃綠色。亦即葉綠素的合成過程中,由五氨四酮-戊酸到原葉綠素酯的十個步驟都可在黑暗中進行,且其所需要的酵素亦可在黑暗中形成。

自原葉綠素酯轉化為葉綠素酯(chlorophyllide, chlide)屬光還原作用(photoreduction),由原葉綠素酯還原 (pchlide reductase)負責催化,並且需要光線的參與才能完成。傳統上即認為葉綠素的合成需要光線,並且成為光合作用界的主流思想,因為需光的葉綠素合成途徑普遍存在於能進行光合作用的細胞中。

前述在黑暗中生長的黃白幼苗含有正常葉綠體的前驅物(即白化體,etioplast),而經五氨四酮-戊酸處理的幼苗缺葉綠素,但含有大量葉綠素的前驅物原葉綠素酯且形成結晶狀原類囊體(prolamellar body, pcb)。在原類囊體上,原葉綠素酯與其還原 組成複合體,一旦照光後此複合體即轉化為葉綠素蛋白複合體,而原類囊體則轉化為類囊膜,而含有葉綠餅和單層類囊膜。

葉綠素的暗合成

十九世紀末植物學家開始觀察到,藻類可在黑暗中生存數年且仍保持綠色,顯示葉綠素可以在黑暗中合成。此種現象亦逐漸在光合細菌、藻類、蘆葦、蕨類和裸子植物中發現。故而,葉綠素的合成可分為兩大類:

一為有光線參與的需光合成途徑,由需光原葉綠素酯還原 (light-dependent protochlorophyllide reductase)所催化,如前段所描述;另一種則不需光合成途徑或暗合成途徑,而是由不需光原葉綠素酯還原 (light-independent protochlorophyllide reductase)所催化。目前已知葉綠素的光合成和暗合成共享相同途徑,但調控前述二大還原還 的基因則完全不同。葉綠素暗合成所需的還原 由三個勝 組成,分別由三個基因所製造。

這類基因尚未在被子植物找到。

至2023年代,植物學界仍認為被子植物不能在黑暗中合成葉綠素,其後雖在燕麥、大麥、小麥、碗豆、紫鴨拓草、水稻、阿拉伯芥、菸草及兩種水生植物觀察到葉綠素的暗合成現象,但也找不到直接的證據。因此數十年來,植物學界仍無法確定演化過程最後出現的被子植物是否真的能在黑暗中合成葉綠素。不僅找不到相關的基因,連不需光原葉綠素酯還原 的活性也偵測不到。

以上的被子植物在黑暗中雖被觀察到可合成葉綠素,但增加的量有限;且只有阿拉伯芥、菸草及小麥是自種子萌芽階段即被置於黑暗中,其它都是先經照光處理長大後才移入黑暗中。

葡萄糖促進葉綠素暗合成

馬拉巴栗(pachira macrocarpa)屬被子植物,在臺灣俗稱發財樹和美國花生。把此植物置於完全黑暗中一至二週後,長出的新生葉初為黃白色,經一段時間後變為淡黃綠色。相同植物若喂以濃度10%以下的葡萄糖溶液相同時間,長出的新生葉呈現和正常照光植物相同的綠葉,葉綠素含量則相差數十倍之多。

黑暗中加葡萄糖的馬拉巴栗新生葉雖在外形和顏色上與正常日照葉相似,但其葉綠體顯微**卻大異其趣。當正常狀態下只有黃白幼苗才含有原類囊體和只有綠葉才含有葉綠餅(granum)時,馬拉巴栗在黑暗中喂以葡萄糖長出的新生葉卻同時出現原類囊體和葉綠餅,亦即只有黑暗中出現的原類囊體和只有光照下出現的葉綠餅同時並存。由此顯示,葡萄糖似乎取代了光照使原類囊體轉化為葉綠餅的功能。

結論 雖然目前的證據顯示,有少數被子植物可能在黑暗中合成少量葉綠素,但此現象並不是普遍存在被子植物中。馬拉巴栗也必須喂以葡萄糖,才能誘使它在黑暗中大量合成葉綠素。但在不需光原葉綠素酯還原 的活性被偵測到或其基因被搜尋到以前,被子植物是否能在黑暗中合成葉綠素仍不能下定論,仍須進一步**。

3樓:吳下阿門

應該有關係,你看看看不見陽光的苗和芽,不是綠色的或則顏色很淡。

我想可能是陽光刺激產生更多的葉綠素。

4樓:

有的.如果見不到陽光,是不會有葉綠素合成的.

比如小草,你看那些被長期壓在石頭底下的,一定是黃黃的.還有植物的根,沒有綠色的.

**葉綠素的形成是否與光照有關

5樓:匿名使用者

提出問題:葉綠素的形成需要光照嗎?

作出假設:葉綠素的形成需要光

設計實驗:取飽滿的種子籽粒,分兩組,放在培養皿中,給兩組種子都提供同樣的適宜種子萌發的溫度、水分和氧氣條件,將一組放在陽光下培養,另一組放在暗室培養(本組為空白對照)幾天後,觀察結果。

結果**:

(1)光下的幼苗綠色,暗室的幼苗黃色。

(2)光下和暗室的幼苗都是綠色。

作出解釋:若光下的幼苗為綠色,暗室的幼苗為黃色,則實驗結果支援假設,可得出“葉綠素的形成需要光”的結論。若光下和暗室的幼苗都是綠色,則實驗結果不支援假設,可得出這樣的結論:

葉綠素的形成跟光照無關。

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