從葉片到葉綠素

盧宇豪

【摘 要】本文通過光電比色法，研究了四種植物葉片中葉綠素a、b的大致含量及其比例，得出了葉綠素a略多于葉綠素b的初步結(jié)果，并由此實(shí)驗(yàn)引申出多個進(jìn)一步研究的方向。

【關(guān)鍵詞】葉綠素；含量；光電比色法

1.引言

在美麗的地球上，各種各樣的生物共同組成了一個精彩而又復(fù)雜的自然界。而維持這個龐大生物圈運(yùn)轉(zhuǎn)的能量基礎(chǔ)，就是綠色植物光合作用對太陽能的固定。在這一過程中，葉綠素扮演了至關(guān)重要的角色。在我們身邊常見的植物中，主要含有兩種葉綠素：葉綠素a和葉綠素b。那么，在這些植物葉片中這兩種葉綠素含量及比例是多少呢？2016年12月份，我在校園中采集四種植物的葉片，通過光電比色法，得出這四種植物葉片中葉綠素a、b含量的大致比例。

2.實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果

2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過測量得出實(shí)驗(yàn)所用植物葉片中葉綠素a、b的大致含量并計(jì)算得出葉綠素a、b含量之比，以此得出一般的植物葉片中葉綠素a、b的大致含量及比例。

2.2實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

1.銀邊翠、紅花繼木、黃素馨、八角金盤葉片適量 2.漏斗1個 3.紗布 4.膠頭滴管1支 5.研缽及杵1套 6. 小試管8支 7.分光光度計(jì) 8.剪刀1把 9.藥匙1把 10.95%乙醇 11.二氧化硅 12.碳酸鈣

2.3實(shí)驗(yàn)原理

葉綠素易溶于乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑，將葉片加入95%乙醇并進(jìn)行研磨，可得到葉綠素的乙醇溶液（即葉綠素提取液）。在95%乙醇溶液中，葉綠素在665nm、649nm處有最大吸收峰，可測定葉綠素溶液在665nm和649nm的光下吸光度，根據(jù)公式Ca=13.95×A665-6.88×A649；Cb=24.96×A649-7.32×A665計(jì)算得出葉綠素a、b的準(zhǔn)確含量。

2.4實(shí)驗(yàn)方法

（1）稱取3g黃素馨葉片，用剪刀剪碎，放入研缽中，加入5ml95%乙醇、半匙（約0.5g）二氧化硅和碳酸鈣，迅速用力研磨，得到黃素馨提取液；

（2）取1支小試管、漏斗和紗布，將提取液通過紗布過濾，從漏斗倒入試管中，將試管放回試管架上，清洗漏斗、紗布、研缽并晾干；

（3）用相同方法提取分別處理其他三種葉片，得到銀邊翠提取液、紅花繼木提取液和八角金盤提取液；

（4）靜置4支試管10分鐘，待4支小試管中的碳酸鈣粉末沉淀完全①，取1支空小試管和潔凈的膠頭滴管，小心吸取黃素馨提取液中的上層清液，轉(zhuǎn)移到新的小試管中，并貼上標(biāo)簽，洗凈并晾干原試管和膠頭滴管，用相同方法處理其他三種提取液，得到較純凈的提取液；

（5）接通分光光度計(jì)電源，打開開關(guān)，預(yù)熱20分鐘；

（6）取出4只比色杯，在黑色和1只無色比色杯中倒入95%乙醇，在剩余2只比色杯中分別倒入黃素馨和銀邊翠提取液，將比色杯放回分光光度計(jì)內(nèi)，并蓋上蓋子，將光波長調(diào)為665nm；

（7）調(diào)零，并測得黃素馨和銀邊翠提取液的光密度值，記錄數(shù)據(jù)；

（8）將光波長調(diào)為649nm，重復(fù)步驟（7）；

（9）用相同方法得到紅花繼木和八角金盤提取液的光密度值②；

（10）關(guān)閉分光光度計(jì)，清洗實(shí)驗(yàn)器材，整理桌面；

（11）統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)處理。

2.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論與分析

3.1實(shí)驗(yàn)結(jié)論

從表1中我們可以看出，本次實(shí)驗(yàn)所研究的4種植物葉片中葉綠素a、b含量及比例是大致相同的。在這四種葉片中，葉綠素a、b含量接近，總體來說葉綠素a略多于葉綠素b，二者含量之比大約在0.8～1.7之間。

將這一結(jié)論推廣，可以預(yù)測在一般植物葉片中，葉綠素a含量略多于葉綠素b，二者之比大約在1.2左右。

3.2實(shí)驗(yàn)誤差分析

3.2.1實(shí)驗(yàn)誤差

（1）在葉綠素的提取中，由于研磨充分性等問題，難以將葉片中全部葉綠素充分提取；

（2）實(shí)驗(yàn)耗時較長，實(shí)驗(yàn)過程中可能有部分葉綠素分解；

（3）碳酸鈣粉末難以除盡，殘留的碳酸鈣與花青素、類胡蘿卜素等色素影響吸光度。

（4）沉淀的碳酸鈣吸附部分葉綠素。

3.2.2實(shí)驗(yàn)分析

在實(shí)驗(yàn)之前，我查閱了較多資料，根據(jù)資料中的數(shù)據(jù)，估計(jì)葉綠素a含量大約為葉綠素b的2～3倍。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，本次實(shí)驗(yàn)得出兩種葉綠素含量之比總體偏低。除了上述實(shí)驗(yàn)誤差因素外，還可能與本市當(dāng)時氣溫比光合作用最適溫度略偏低而光照充足的環(huán)境條件有關(guān)。這可能是因?yàn)楫?dāng)前條件對于光合作用較為適宜，也可能是由于氣溫逐漸降低，導(dǎo) 致葉綠素合成減少。

從單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)來看，銀邊翠與紅花繼木中兩種葉綠素含量之比與平均值較為接近，而黃素馨與八角金盤則偏差較（上接第80頁）

大。對于以上情況，猜測可能與取材位置、植株生長狀況、植物生活習(xí)性、時間、環(huán)境等多種條件有關(guān)。由于時間和條件的限制，本次實(shí)驗(yàn)的廣度與深度都有限，對于以上問題與猜想，尚待后續(xù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

3.3實(shí)驗(yàn)評價、局限性及改進(jìn)方法

在本實(shí)驗(yàn)過程中，由于實(shí)驗(yàn)器材的限制，許多步驟只能用較原始的方法進(jìn)行，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差較大。但總的來說，本實(shí)驗(yàn)在有限的條件下盡可能保證了實(shí)驗(yàn)精度，初步達(dá)成了實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

在葉綠素的提取中，本實(shí)驗(yàn)使用了手工研磨的方法，使得葉綠素含量低于真實(shí)值，但其比例相對準(zhǔn)確，因此本實(shí)驗(yàn)主要著眼于兩種葉綠素的比例而非其具體含量。

在局限性方面，本實(shí)驗(yàn)的調(diào)查對象主要為校園中常見的灌木類觀賞植物，對于其他種類的植物，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果的普遍性尚待證實(shí)。

針對上述問題，在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中，我提出了以下幾個改進(jìn)方法：

（1）增加器材套數(shù)和實(shí)驗(yàn)組數(shù)，改進(jìn)儀器質(zhì)量；

（2）將葉片制成勻漿，保證葉綠素提取完全；

（3）采用離心方法除去雜質(zhì)；

（4）擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)范圍，研究更多種類的植物。

除了以上改進(jìn)方案外，我還提出以下拓展實(shí)驗(yàn)和研究方向：

（1）除了葉綠素a、b，有些植物還含有葉綠素c、d，在這些植物中不同種葉綠素含量及比例？

（2）在光合作用中，葉綠素a、b分別扮演了怎樣的作用？不同種類的葉綠素有何異同？

（3）除了葉綠素，葉片中還可能含有類胡蘿卜素、花青素等色素，這些色素的含量和比例？

（4）色素含量的種間差異有何意義？

（5）葉片中色素含量及比例在不同環(huán)境和時間中的變化？

綜合來看，本實(shí)驗(yàn)在某種意義上更多的是一次試探性的實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)雖然存在許多瑕疵，從該實(shí)驗(yàn)可以衍生出無數(shù)改進(jìn)和發(fā)展方向。當(dāng)然，正如上文所言，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果本身的準(zhǔn)確性以及在更大研究范圍內(nèi)推廣的可行性仍有待商榷，但無論如何，本實(shí)驗(yàn)?zāi)芙o我們以或多或少的啟發(fā)。我相信，在不遠(yuǎn)的將來，會有更加嚴(yán)謹(jǐn)而完善的實(shí)驗(yàn)彌補(bǔ)本實(shí)驗(yàn)的缺憾，得 到更精確、更普遍的結(jié)論。

附 錄：

注 釋：

①由于紗布網(wǎng)眼過大，無法除去細(xì)小的碳酸鈣粉末，此處通過物理沉降方法除去碳酸鈣

②步驟（5）-（9）為光密度值的測量，具體過程詳見分光光度計(jì)使用說明書