1864年,德國(guó)科學(xué)家薩克斯做了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn):把綠色葉片放在暗處幾小時(shí),目的是讓葉片中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗掉。然后把這個(gè)葉片一半曝光,另一半遮光。過一段時(shí)間后,用碘蒸氣處理葉片,發(fā)現(xiàn)遮光的那一半葉片沒有發(fā)生顏色變化,曝光的那一半葉片則呈深藍(lán)色。這一實(shí)驗(yàn)成功地證明了綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉。
1880年,德國(guó)科學(xué)家恩吉爾曼用水綿進(jìn)行了光合作用的實(shí)驗(yàn):把載有水綿和好氧細(xì)菌的臨時(shí)裝片放在沒有空氣并且是黑暗的環(huán)境里,然后用極細(xì)的光束照射水綿。通過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn),好氧細(xì)菌只集中在葉綠體被光束照射到的部位附近;如果上述臨時(shí)裝片完全暴露在光下,好氧細(xì)菌則集中在葉綠體所有受光部位的周圍。恩吉爾曼的實(shí)驗(yàn)證明:氧是由葉綠體釋放出來的,葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所!
將一片脫去淀粉的紫羅蘭葉片放在陽光下數(shù)小時(shí)之后用碘試劑檢測(cè),可以發(fā)現(xiàn)只有葉片上綠色的區(qū)域變色而白色區(qū)域沒有,也就是說只有綠色區(qū)域有淀粉存在。這顯示了光合作用在缺乏葉綠素的情況下無法進(jìn)行,葉綠素存在是光合作用的必要條件。
葉綠素 - 熒光現(xiàn)象和磷光現(xiàn)象
葉綠素的可見光波段的吸收光譜,在藍(lán)光和紅光處各有一顯著的吸收峰。吸收峰的位置和消光值的大小隨葉綠素種類不同而有所不同。葉綠素a最大的吸收光的波長(zhǎng)420-663nm,葉綠素b 的最大吸收波長(zhǎng)范圍在460-645nm。當(dāng)葉綠素分子位于葉綠體膜上時(shí),由于葉綠素與膜蛋白的相互作用,會(huì)使光吸收的特性稍有改變。(手持式葉綠素測(cè)定儀)
葉綠素的酒精溶液在透射光下為翠綠色,而在反射光下為棕紅色。這個(gè)紅光就是葉綠素受光激發(fā)后發(fā)射的熒光。這個(gè)現(xiàn)象就是熒光現(xiàn)象。其主要原理是由于葉綠素有兩個(gè)不同的吸收峰。葉綠素吸收光的能力極強(qiáng),如果把葉綠素的丙酮提取液放在光源與分光鏡之間,可以看到光譜中有些波長(zhǎng)的光被吸收了。因此,在光譜上就出現(xiàn)了黑線或暗帶,這種光譜叫吸收光譜。葉綠素吸收光譜的最強(qiáng)區(qū)域有兩個(gè):一個(gè)是在波長(zhǎng)為640nm-660nm的紅光部分,另一個(gè)在波長(zhǎng)為430nm-450nm的藍(lán)紫光部分。對(duì)其他光吸收較少,其中對(duì)綠光吸收最少,由于葉綠素吸收綠光最少,所以葉綠素的溶液呈綠色。葉綠素的丙酮提取液在透射光下是翠綠色的,而在反射光下是綜紅色的。 葉綠素溶液的熒光可達(dá)吸收光的10%左右。而鮮葉的熒光程度較低,指占其吸收光的0.1%-1%左右。
熒光效應(yīng)在植物生理學(xué)中有廣泛的應(yīng)用。用這個(gè)效應(yīng)可以研究植物的抗逆生理。因?yàn)樵谀婢诚,植物的葉綠素會(huì)發(fā)生變換,研究其熒光,可以作為植物受逆境脅迫程度的指標(biāo)。另外,還有一個(gè)磷光效應(yīng)。就是當(dāng)熒光出現(xiàn)后,立即中斷光源,用靈敏的光學(xué)儀器還可在短時(shí)間內(nèi)看到微弱紅光,這就是磷光。(Chlorotech121A手持式葉綠素?zé)晒鉁y(cè)定儀)
葉綠素 - 生物合成與代謝
葉綠素a的生物合成途徑,是由琥珀酰輔酶A和甘氨酸縮合成δ-氨基乙酰丙酸,兩個(gè)δ-氨基乙酰丙酸縮合成吡咯衍生物膽色素原,然后再由4個(gè)膽色素原聚合成一個(gè)卟啉環(huán)──原卟啉Ⅳ,原卟啉Ⅳ是形成葉綠素和亞鐵血紅素的共同前體,與亞鐵結(jié)合就成亞鐵血紅素,與鎂結(jié)合就成鎂原卟啉。鎂原卟啉再接受一個(gè)甲基,經(jīng)環(huán)化后成為具有第Ⅴ環(huán)的原脫植醇基葉綠素,后者經(jīng)光還原、酯化等步驟而形成葉綠素a。
葉綠素在活體內(nèi)也和其他物質(zhì)一樣處于不斷更新狀態(tài)。它被葉綠素酶分解,或經(jīng)光氧化而漂白。深秋時(shí)許多樹種葉片呈美麗的紅色,就是因?yàn)檫@時(shí)葉綠素降解速度大于合成速度,含量下降,原來被葉綠素所掩蓋的類胡蘿卜素、花色素的顏色顯示出來的緣故。
在植物衰老和儲(chǔ)藏過程中,酶能引起葉綠素的分解破壞。這種酶促變化可分為直接作用和間接作用兩類。直接以葉綠素為底物的只有葉綠素酶,催化葉綠素中植醇酯鍵水解而產(chǎn)生脫植醇葉綠素。脫鎂葉綠素也是它的底物,產(chǎn)物是水溶性的脫鎂脫植葉綠素,它是橄欖綠色的。葉綠素酶的最適溫度為60-82℃,100℃時(shí)完全失活。起間接作用的有蛋白酶、酯酶、脂氧合酶、過氧化物酶、果膠酯酶等。蛋白酶和酯酶通過分解葉綠素蛋白質(zhì)復(fù)合體,使葉綠素失去保護(hù)而更易遭到破壞。脂氧合酶和過氧化物酶可催化相應(yīng)的底物氧化,其間產(chǎn)生的物質(zhì)會(huì)引起葉綠素的氧化分解。果膠酯酶的作用是將果膠水解為果膠酸,從而提高了質(zhì)子濃度,使葉綠素脫鎂而被破壞。
在活體綠色植物中,葉綠素既可發(fā)揮光合作用,又不會(huì)發(fā)生光分解。但在加工儲(chǔ)藏過程中,葉綠素經(jīng)常會(huì)受到光和氧氣作用,被光解為一系列小分子物質(zhì)而褪色。光解產(chǎn)物是乳酸、檸檬酸、琥珀酸、馬來酸以及少量丙氨酸。因此,正確選擇包裝材料和方法以及適當(dāng)使用抗氧化劑,以防止光氧化褪色。
葉綠素提取的準(zhǔn)備工作是在一個(gè)半暗的房間里,室溫保持在25℃。提取步驟如下:
(1) 取1000克新鮮的綠葉,在韋氏攪切器中粉碎。
(2)將粉碎的1000克綠葉放進(jìn)加有少量的碳酸鈣的丙酮中(溫度20℃)進(jìn)行萃取,直到過濾、清洗后的葉子碎片為無色。
(3)將過濾后的丙酮提取液放到盛有1升石油醚和100ml丙酮的漏斗中,然后輕輕地旋轉(zhuǎn),同時(shí)加放蒸餾水直到分層為止。水層的大部分丙酮和水溶雜質(zhì)被丟棄,只剩石油醚溶液。
(4)將石油醚溶液用蒸餾水再次凈化后,用含有石油醚和0.01克草酸的200ml80%的甲醇溶液清洗5次以上,最后得到黃綠色懸浮液。
(5)用無水硫酸鈉對(duì)懸浮液進(jìn)行干燥,并將其滲入到75px厚的蔗糖粉末制成柱中,然后用石油醚清洗沉淀的色素去掉類胡蘿卜素,使之只含有天然的葉綠素。
(6)含有天然葉綠素的蔗糖柱分兩層,綠層有4-10mm的葉綠素b層,另一藍(lán)層為2-6mm的葉綠素a層。
(7)將位于藍(lán)層正中的部分(約占藍(lán)層的一半) 放入醚中,對(duì)此懸浮液進(jìn)行過濾、洗提,用蒸餾水清洗,用硫酸鈉干燥,再用器皿進(jìn)行過濾后,得到葉綠素a。
(8)將(6)中的綠層中間部分移出,迅速放入醚中過濾、洗提,制成葉綠素b醚溶液。
葉綠素 - 用途
葉綠素產(chǎn)品
造血功能
諾貝爾得獎(jiǎng)人Dr.Richard Willstatter和Dr.Hans Fisher發(fā)現(xiàn):葉綠素的分子與人體的紅血球分子在結(jié)構(gòu)上很是相似,唯一的分別就是各自的核心為鎂原子與鐵原子。因此,飲用葉綠素對(duì)產(chǎn)婦與因意外失血者會(huì)有很大的幫助。
幫助解除體內(nèi)殺蟲劑與藥物殘?jiān)?br />
營(yíng)養(yǎng)學(xué)家Bernard Jensen博士指出,葉綠素能除去殺蟲劑與藥物殘?jiān)亩舅,并能與輻射性物質(zhì)結(jié)合而將之排出體外。此外,他也發(fā)現(xiàn)一般上健康的人會(huì)比病患者擁有較高的血球計(jì)數(shù),但通過吸收大量的葉綠素之后,病患者的血球計(jì)數(shù)就會(huì)增加,健康狀況也會(huì)有所改善。
養(yǎng)顏美膚
新英國(guó)醫(yī)藥期刊曾經(jīng)做過這樣的報(bào)導(dǎo):葉綠素有助于克制內(nèi)部感染與皮膚問題。美國(guó)外科雜志報(bào)導(dǎo):Temple大學(xué)在1200名病人身上,嘗試以葉綠素醫(yī)治各種病癥,效果極佳。
葉綠素 - 新聞動(dòng)態(tài)
澳研究人員偶然提取到新型葉綠素,澳大利亞悉尼大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院研究人員宣布,他們發(fā)現(xiàn)了一種新葉綠素,它在生物能源領(lǐng)域可望擁有廣闊的應(yīng)用前景。
美國(guó)安諾實(shí)驗(yàn)室的手持式葉綠素測(cè)定儀采用熒光光度法,免去傳統(tǒng)的化學(xué)法檢測(cè)水中葉綠素含量時(shí)需要對(duì)葉綠素進(jìn)行萃取的步驟,直接檢測(cè)活體葉綠素,使檢測(cè)更加方便快捷。