葉綠素的形成與光有關係嗎

時間 2021-08-11 18:14:09

1樓:沒羽毛也要翱翔

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**。

2樓:為了**

有關係啊,沒有光的刺激不能形成葉綠素,你看沒見光的植物幼苗都是黃色的就知道了。

光對植物有什麼影響?例如,葉綠素的形成是否與光有關?

3樓:匿名使用者

應該是沒關係,葉綠素的形成與鎂離子有關,光主要用於水的光解,然後將光解的nadph進入到以後的三羧酸迴圈中(也叫檸檬酸迴圈)

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