不同版本教材叶绿体色素提取和分离实验原理剖析

“叶绿体色素的提取和分离”是高中生物学非常重要的实验。但人教版和沪科版教材中该实验的操作方法有所不同,通过查阅资料,剖析这些不同操作方法的原理,为实验教学提供理论依据。

靓竹彩叶形成的细胞学以及光合色素

【目的】探究靓竹彩叶形成过程中细胞结构和光合色素的变化,以及不同分区的叶色与光合色素、细胞结构的关系,为明确靓竹叶片发育过程中条纹叶色的形成机制提供参考。【方法】以靓竹不同发育时期的叶片为材料,通过扫描电镜观察不同发育时期叶片内部显微结构的变化,并将叶片按照叶色分为黄区和绿区,制作徒手切片,置于光学显微镜下观察以比较叶片黄区和绿区的内部结构。同时测定每个时期的光合色素和叶绿素合成前体物质含量。【结果】不同发育过程中靓竹各叶片的显微结构、超微结构、光合色素含量、叶绿素合成前体物质含量差异显著,成熟功能叶不同分区的叶片结构和光合色素含量之间也存在显著差异。1)叶片发育过程中表皮细胞、叶肉细胞逐渐增大,叶脉面积增大。2)发育过程中绿区叶肉细胞内叶绿体发育正常,内部结构完整。横切面细胞中的叶绿体数量增加,基粒片层数逐渐增加,内部排列趋于紧密;黄区叶肉细胞分化程度低,指状臂细胞层数少,细胞内空腔大,叶绿体发育异常。3)叶片黄区和绿区之间叶片表皮结构差异不显著,但黄区和绿区叶肉细胞叶绿体分布位置差异明显,绿区叶肉细胞中均有叶绿体分布,而黄区叶绿体仅分布于靠近叶片下表皮的位置。4)光合色素含量随叶片发育过程逐渐累积,绿区的各色素含量显著高于黄区。5)尿卟啉原III和粪卟啉原III是靓竹叶片发育过程中叶绿素合成途径中的关键物质,伴随叶片条纹的出现,尿卟啉III向粪卟啉原III的转化增加,但粪卟啉原III向原卟啉IX的转化减少。【结论】靓竹叶片发育过程中,叶片厚度逐渐增大,叶片表皮细胞、叶肉细胞、叶脉均不断增大,光合色素含量逐渐积累。绿区叶片随发育程度叶绿体数量逐渐增加,叶绿素含量积累。但黄区叶片叶肉细胞空腔大且叶绿体发育异常,指状臂细胞层数少。靓竹条纹叶色的出现与指状臂细胞分化程度低、叶绿体发育异常以及叶绿素合成受阻有关。

无芒雀麦和燕麦种子萌发过程中叶绿体光合变化

本研究以无芒雀麦(Bromus inermis Leyss.)和燕麦(Avena sativa L.)种子为试验材料,利用锡纸包裹培养皿模拟黑暗5~6天,揭开锡纸模拟种子萌发,分析胚芽光谱表型、光合色素含量及叶绿素光合荧光参数。结果表明,无芒雀麦和燕麦照光后胚芽表型发生显著变化,无芒雀麦与燕麦胚芽光合色素含量整体呈上升趋势:叶绿素a和叶绿素b揭开锡纸第1天光照第1 h(E1 h)后缓慢积累,光照1天(E1 d)后迅速增加;类胡萝卜素在E1 d先下降后迅速升高。叶绿素荧光参数整体上升,无芒雀麦PSII最大光学效率(F_(v)/F_(m))在E1h—E1d迅速上升,PSII有效光化学量子产量(F_(v)′/F_(m)′)在E2.5h—E1d上升,燕麦F_(v)/F_(m)和F_(v)′/F_(m)′在E1h—E1d上升。综上,无芒雀麦和燕麦种子在揭开锡纸后的E1h—E1d为叶绿体发生重要阶段,在E1 d后叶绿体结构基本发育成熟。本试验结果为深入研究禾本科牧草种子萌发叶绿体生物发生提供支持,对解析叶绿体生物发生动态变化规律具有重要意义。

光胁迫对南方红豆杉叶片中叶绿体色素和紫杉醇含量的影响

研究了在光胁迫下南方红豆杉叶片中叶绿体色素含量和紫杉醇含量的动态变化。结果表明,与对照相比,叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素的含量以及叶绿素a/叶绿素b比值在光胁迫下均减少,随胁迫时间的延长,叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素的含量逐渐上升,叶绿素a与叶绿素b的比值先上升后下降;类胡萝卜素含量在前两周与对照相比降低,2周后高于对照;类胡萝卜素与叶绿素的比值高于对照,随胁迫时间的延长,其趋势先降低后上升。光胁迫处理后,南方红豆杉叶片中紫杉醇含量与对照相比,在第1周时略有下降,而后随胁迫时间的延长,紫杉醇含量在第2周开始迅速大量积累,而在处理3周时达到较高值,已增加到1.5倍,这对提高人工种植的南方红豆杉中紫杉醇含量具有非常重要的意义。

移栽时间对烤烟光合特性、产量和品质的影响

为了明确潍坊烟区NC55品种适宜的移栽时间,试验设置了4个移栽时间处理(5月2日、5月12日、5月22日、6月1日),以调查移栽时间对烤烟生长发育、光合特性、叶绿素代谢酶活性、经济性状及感官评吸质量的影响。结果表明,移栽时间显著影响烤烟生长、光合特性和叶绿素代谢酶活性。与5月2日移栽相比,推迟移栽缩短了烤烟生长的伸根期、旺长期和采收期,从而缩短了大田生育期。随移栽时间推迟,旺长期、平顶期叶绿素含量和净光合速率显著提高,叶绿素酶和脱镁螯合酶活性显著降低,叶片长宽和单叶重增加;成熟期叶绿素含量和净光合速率显著降低,叶绿素酶和脱镁螯合酶活性显著提高;烟叶均价、上等烟叶比例和烟叶感官评吸质量呈先增加后降低趋势,以5月12日移栽最高,5月22日移栽次之。因此,建议生产上适当推迟移栽,潍坊烟区以5月12日前后移栽至5月22日结束为宜。

晾制期间白肋烟TN90叶绿体色素降解动态及呼吸强度的变化

通过田间试验,研究了晾制期间白肋烟TN90叶绿体色素的降解动态及呼吸强度、含水率、比叶重等的变化。结果表明,晾制期间TN90叶绿素(chl)、叶绿素a(chla)、叶绿素b(chlb)、类胡萝卜素等的含量均随叶位的升高而增加、随晾制进程的推进而下降,其降幅chla>chl>chlb>类胡萝卜素,下、中、上各叶位chla降幅最大的时段分别为0～6d、0～9d、0～12d,其余各类色素的降低幅度则比较平缓;chla/chlb及chl/类胡萝卜素的比值也随晾制进程的推进而下降,这有利于烟叶品质的改善。随着晾制过程中水分的散失,烟叶含水率逐渐下降,叶细胞生命活动也随之减弱,表现为呼吸强度和比叶重也随晾制进程及叶位下降而减小。

灵石山米槠林优势种不同叶龄叶绿体色素沿海拔梯度的变化

对灵石山米槠林优势种不同叶龄叶绿体色素的差异以及优势种叶绿体色素沿海拔梯度的变化规律进行分析。结果表明:除少数优势种在某海拔梯度以外,不同叶龄叶绿素a、叶绿素b和叶绿素(a+b)存在显著或极显著差异,一般在中高海拔梯度差异最大,且2年生叶片含量高于1年生叶片;而不同叶龄间叶绿素a/b和类胡萝卜素的差异性表现复杂,表现了植物对环境的适应。不同优势种叶绿素[叶绿素a、叶绿素b和叶绿素(a+b)]在海拔梯度间存在显著差异,并且沿海拔梯度的变化呈现一定的规律性,米槠林优势种中有7种优势种不同叶龄叶绿素[叶绿素a、叶绿素b、叶绿素(a+b)]含量均随海拔的升高先升高,一般在A5(442m)或A6(531m)达到最大值,然后随海拔的升高逐渐降低,而叶绿素a/b随海拔升高变化趋势比较多样化。类胡萝卜素作为功能色素由于其功能比较复杂,对海拔的响应规律也不尽相同。海拔作为重要的环境因素对于植物叶绿体色素产生显著影响,不同的优势种沿海拔的变化规律存在差异,说明其对环境的适应对策不同。

二氧化碳和乙醇脱涩对早红柿果实品质及叶绿体色素含量的影响

以最新选育的早熟红柿‘早红’为试材,使用不同浓度二氧化碳和乙醇对果实进行脱涩处理。结果表明:室温条件下,二氧化碳和乙醇可使早红柿果实的可溶性单宁含量显著降低,其中30%和40%乙醇处理及80%二氧化碳处理可使柿果中可溶性单宁含量在96h内降到阀值之下,且乙醇处理较二氧化碳处理能更有效地降低果实中的可溶性单宁含量;早红柿果实中可溶性糖含量表现为前48h下降然后开始上升的过程,可滴定酸含量总体呈下降趋势,但两者处理间变化表现不一;维生素C呈现先微量上升后下降的趋势,叶绿体色素总含量也逐渐下降,但类胡萝卜素含量逐渐增加。试验结果还表明,用二氧化碳对早红柿进行脱涩总体评价好于乙醇脱涩处理,且二氧化碳浓度越高品质效果越好。

植物叶片特征与光合性能的关系

以相同生境下生长的5种叶片特征（叶色和厚薄等）不同的植物[珊瑚树（Viburnum odoratissimum）、银杏（Ginkgo Biloba）、桑树（Morus alba）、紫叶酢浆草（Oxalis triangularis cv.Purpurea）和紫叶橡皮树（Ficus elasticacv.Decora Burgundyi）]为材料,于晴天选择其植株上东南朝向且生长一致并具代表性的当年生成长叶,采用Li-Cor 6400便携式光合测定系统、调制叶绿素荧光成像系统（IMAGING-PAM M-Series）及双通道PAM-100测量系统（Dual-PAM-100）和常规方法研究了其叶片特征、光合性能及相互间的关系。结果表明,不同植物的叶片特征和光合性能指标均存在显著或极显著差异。比叶干重[35-215 g（DW）.m^-2]间的差异大于比叶鲜重[0.28-1.04 kg（FW）.m^-2]。桑树和珊瑚树叶的叶绿体色素含量[叶绿素a（Chla）、叶绿素b（Chlb）、叶绿素总量（Chl）和类胡萝卜素（Xc）]较高,银杏叶和紫叶橡皮树叶居中,紫叶酢浆草叶最低;紫叶酢浆草叶的花青素（Ant）含量最高[0.122 mg.g^-1（FW）和0.488 mg.g^-1（DW）],其他植物较低且差异较小;紫叶酢浆草叶的Chla/Chlb（6.27）、桑树的Chl/Xc（9.97）、桑树叶的Chl/Ant（43.81）和珊瑚树叶的Xc/Ant（7.17）最高,紫叶酢浆草叶的Chl/Ant（0.49）和Xc/Ant（2.46）最低。气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度和净光合速率（Pn）均为桑树〉银杏〉紫叶酢浆草〉珊瑚树〉紫叶橡皮树。桑树和珊瑚树叶的PSII实际光合效率[Y（II）]最高,但PS II处非调节性能量耗散的量子产量也最高;银杏Y（II）叶较低,但能抵御强光的照射。桑树、紫色酢浆草和紫色橡皮树叶的PSI光合效率[Y（I）]极高,但桑树和紫色橡皮树PSI的光保护较弱,紫色酢浆草则很强。相关分析显示,Ant和Xc对强光下Pn无显著影响,Pn受气孔特征和叶绿素含量的正调控,Y（II）依赖于叶绿体色素含量（尤其是Chla）,Y（I）与Chl/Xc呈正向关系;气孔开放和叶绿素含量可负调控光合机构的光保护和正调控光损伤,Xc则相反。

采后小白菜叶绿体色素含量变化及其叶绿素降解动力学的研究

目的探究采后小白菜贮藏过程中叶绿体色素的代谢变化及其叶绿素降解的动力学模型。方法以采后"上海青"小白菜为试材,分别将其贮藏于室温(20℃)、低温(2℃)及冰温(-0.5℃)条件下,研究其总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b、β-胡萝卜素及叶黄素的代谢变化,并对其叶绿素的降解进行动力学模型拟合。结果采后小白菜贮藏过程中总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b、β-胡萝卜素和叶黄素均发生不同程度的降解,低温和冰温贮藏均可减缓其降解,其中冰温贮藏减缓效果最佳。叶绿素a含量与叶绿素b含量的比值、β-胡萝卜素含量与总叶绿素含量的比值以及室温贮藏条件下叶黄素含量与总叶绿素含量的比值均呈现不同程度的上升趋势,而低温和冰温贮藏环境中的叶黄素含量与总叶绿素含量的比值总体则呈现下降趋势,但贮藏6 d后下降不显著。此外,叶绿素的降解反应符合零级动力学反应模型,拟合调整决定系数(Adj.R2)均大于0.93,降解活化能为95.53 kJ/mol,降解动力学模型为k=6.51×1015·exp(9.553×104/RT)。结论采后小白菜贮藏过程中叶绿体色素的代谢变化受贮藏温度影响较大,其叶绿素降解反应符合零级动力学反应模型。

硒对油菜苗期叶片色素的影响研究

应用土培与水培相结合的方式 ,研究不同硒浓度对油菜苗期叶片色素的质量分数的影响 ,试验表明 :在0～ 2 4 μg/ml的硒浓度范围内叶绿素的质量分数随硒浓度的升高而增加 。

叶绿体色素的提取方法改进及其应用

对叶绿体色素的提取和制备方法进行了改进。结果表明:用改进后的方法测定叶绿素和类胡萝卜素的含量,能有效的避免方法误差,具有快速、准确、重现性好的特点。

不同彩叶植物叶片中叶绿体色素含量研究

对金叶女贞、紫叶桃、紫叶李和紫叶小檗等不同彩叶植物叶片中的叶绿体色素含量进行了测定.结果表明,金叶女贞单位重量叶片中各种色素含量均低于小叶女贞,叶绿素含量(a+b)与类胡萝卜素含量的质量比值仅1 90:1,远小于小叶女贞的质量比值5 17:1;金叶女贞叶绿素a/b的比值显著大于其他植物,但叶绿素a,b和花青素含量却很低;紫叶桃叶片中各类色素含量均高于绿叶桃.紫叶桃、紫叶李和紫叶小檗3种紫叶植物中,紫叶桃含有的叶绿体色素最多,但花青素含量最少;紫叶小檗与紫叶桃正好相反,叶绿体色素含量较少,而花青素含量最高.紫叶李居于二者之间.最后讨论了彩叶植物叶片中色素含量与叶色变化的关系.

有色膜覆盖对姜叶片色素含量及光合作用的影响

在姜幼苗期分别采用绿色膜、红色膜和蓝色膜进行覆盖处理,均可显著提高全生育期内叶片叶绿素和类胡萝卜素含量,但不同处理在不同生育期的效果不同,幼苗期覆膜条件下,以蓝膜处理较高,红膜处理较低,绿膜与蓝膜处理之间无显著差异;而旺盛生长期撤膜后,绿膜处理逐渐较高,蓝膜处理次之,红膜处理仍较低。姜全生育期内叶片的光合速率始终以绿膜处理较高,红膜处理次之,蓝膜处理较低,但均显著高于对照,7月19日幼苗期覆膜条件下,其11时光合速率分别比对照提高28.0%、16.3%和8.9%;9月8日旺盛生长期撤膜后,11时光合速率分别比对照提高21.3%、12.5%和5.9%。此外,有色膜覆盖可创造较好的温光环境,减轻光合午休,但未改变光合作用的日变化规律。

NaCl胁迫对枸杞叶片甜菜碱、叶绿素荧光及叶绿素含量的影响

研究了在不同盐分胁迫下枸杞叶片甜菜碱含量、叶绿素荧光动力学参数和叶绿体色素含量的动态变化。结果表明,枸杞叶片叶绿素荧光参数(Fm、Fv、Fv/Fm、Fm/Fo、Fv/Fo)随盐浓度的增加呈现下降的趋势,叶绿体色素(chla、chlb、chla/chlb)含量在低盐浓度下(0.3%NaCl)呈升高趋势,高盐浓度(0.6%～0.9%NaCl)下则均下降,随胁迫时间的延长,以上各参数均呈先下降后上升的总趋势,而类胡萝卜素与叶绿素的比值(car/chl)则随盐浓度的增加及胁迫时间的延长逐渐上升。枸杞叶片甜菜碱含量在一定范围内随盐浓度的增加以及胁迫时间的延长呈逐渐积累的趋势。初步证明盐胁迫下枸杞叶片甜菜碱的积累与叶绿素荧光及叶绿体色素含量的变化有关,这也可能是枸杞抗盐的重要生理原因之一。

生长环境光强对两种热带雨林树种幼苗光合作用的影响

以西双版纳热带雨林中演替后期种绒毛番龙眼和先锋树种山黄麻为材料 ,于雾凉季测定了不同光强下生长的 2种树苗叶片最大净光合速率 (Pmax)、叶绿素荧光参数以及光合色素含量和比叶重 (L MA) ,探讨了不同生态习性热带雨林树种幼苗对光强的适应及光保护机制。发现在一定光强范围内随生长环境光强的增加 ,2种树苗 L MA、荧光的非化学猝灭 (N PQ)、类胡萝卜素(Car)含量、Car与叶绿素 (Chl)之比升高 ,光饱和点和光补偿点也有随生长环境光强的增大而升高的趋势 ,Chl含量降低 ,2种树苗均能通过形态和生理特性的变化适应不同的光强环境。相同的生长光强下 ,绒毛番龙眼光抑制明显比山黄麻重 ,山黄麻适应强光的能力强。随生长环境光强的增加 ,山黄麻 N PQ增加不显著 ,热耗散较少 ,相同光强下其 Pmax显著高于绒毛番龙眼。绒毛番龙眼则相反 ,其热耗散随生长环境光强的升高显著增多 ,但 Pmax差异不显著。表明先锋种山黄麻主要通过提高 Pmax利用光能防止光合机构光破坏 ,而演替后期种绒毛番龙眼却较大程度通过增强非光化学猝灭来耗散过量光能。上午人为降低光强度对先锋种山黄麻影响不大 ,但可以明显缓解绒毛番龙眼的光抑制 ,表明上午一定程度的遮光 (如有雾 )

苗期追施氮肥对沙地燕麦生长特性及叶绿体色素含量的影响

在内蒙古通辽市珠日河牧场沙化草地,通过苗期追施0、10.00、20.00、30.00、40.00kg/hm^2氮肥(纯N,下同)对沙地燕麦(Avena sativa)分蘖力、株高、茎粗、功能叶长度、植株重量及叶绿体色素含量的影响,分析沙地燕麦苗期追施氮肥的最佳用量。结果表明:苗期追施氮肥在10.00~40.00kg/hm^2燕麦生长指标均表现为先增加后降低的变化趋势,其中,分蘖率、株高、叶长、干重和鲜重值均在追施30.00kg/hm^2氮肥时达到最大,且均与对照差异极显著(P<0.01);茎粗则在追施20.00kg/hm^2氮肥时达到最大,且与对照差异极显著(P<0.01);苗期追施氮肥增加到40.00kg/hm^2时,燕麦各生长指标较追施30.00kg/hm^2氮肥降低,但差异均不显著;苗期追施10.00~40.00kg/hm^2氮肥均促进叶绿体色素合成,且叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均在追施30.00kg/hm^2氮肥时含量最高,并均与对照差异极显著(P<0.01)。由此说明,在科尔沁沙地苗期追施30.00kg/hm^2氮肥,明显促进燕麦生长及叶绿素体色素合成。

干热胁迫对紫花苜蓿形态特征及光合色素含量的影响

以6个紫花苜蓿品种为试验材料,采用盆栽并放入人工气候箱内干热胁迫处理下研究其土壤相对含水量、叶片长度、宽度、相对高度、绝对高度、茎粗等形态特征和类胡萝卜素、叶绿素含量等方面的变化规律。结果表明,随着干热胁迫的加剧,紫花苜蓿土壤相对含水量、叶片长度、叶片宽度、植株茎粗、叶绿素含量整体呈下降趋势,胁迫第12d与第4d相比,土壤相对含水量下降了64.82%,叶片长度下降了23.85%,叶片宽度下降了23.05%,植株茎粗下降了5.96%,叶绿素含量下降了12.70%;而相对株高、绝对株高、类胡萝卜素含量呈整体上升趋势,胁迫第12d与第4d相比,相对株高上升了1.61%,绝对株高上升了0.72%,类胡萝卜素含量上升了14.63%。各干热胁迫处理与其对照相比,干热胁迫对紫花苜蓿土壤相对含水量、株高、叶绿素含量和类胡萝卜素含量影响较为显著(P<0.05)。

生长光强对4种热带雨林树苗光合机构的影响

于雾凉季研究了西双版纳热带雨林 4种植物幼苗对光抑制及光破坏的防御。发现不同光强下生长的玉蕊和滇南红厚壳日间光抑制均较团花树和滇南插柚紫重 ,在中光强下还发生了长期光抑制。中光强下生长的团花树和滇南插柚紫叶绿素含量降低 ,光合能力升高 ,同时增加热耗散量 ,维持光能平衡 ,避免了光破坏的发生。中光强下玉蕊和滇南红厚壳减少光能吸收、提高热耗散的同时 ,发生了光系统II光化学量子产量长期下调。中光强下生长的 4种植物叶片的类胡罗卜素的绝对含量并不高 ,但单位叶绿素的类胡罗卜素含量显著升高 ,相对保护作用增强。先锋树种团花树类胡罗卜素含量低于另 3种植物 ,这与其较低的热耗散速率相一致 。

不同光照强度对幼龄期两面针光合特性及叶绿素含量的影响

研究不同光照强度处理对两面针叶片光合特性、叶绿素含量的影响。结果表明:不同光照强度处理对光饱和点LSP、光补偿点LCP、表观量子利用效率影响不显著;对叶绿素a、叶绿素总量、最大净光合速率影响达到显著水平;不同光强处理下叶绿素b含量差异达到极显著水平。