析疑|遮光後葉綠素a/b比例為什麼會下降?這樣的變化有什麼意義?

2021-03-01 學甫無境

試題:(2018年4月學選考試題)在「探究環境因素對光合作用的影響」的活動中,選用某植物 A、B 兩個品種, 在正常光照和弱光照下進行實驗,部分實驗內容和結果見下表。

回答下列問題: 

(1)據表推知,經弱光照處理,品種 A的葉綠素總含量和類胡蘿蔔素總含量較正常光照        ,導致其卡爾文循環中再生出      的量改變,從而影響光合作用速率。

(2)表中的光合色素位於葉綠體的       膜中。分別提取經兩種光照處理的品種 B 的光合色素,再用濾紙進行層析分離,與正常光照相比,弱光照處理的濾紙條上,自上而下的第4 條色素帶變    ,這有利於品種B利用可見光中較短波長的       光。

(3)實驗結果表明,經弱光處理,該植物可通過改變光合色素的含量及其         來適應弱光環境。品種      的耐蔭性較高。

答案:

(1)下降    RuBP  

(2)類囊體  寬     藍紫    

(3)比例    B

解析:

(1)分析表中信息可知:經弱光照處理,品種A的葉綠素總含量和類胡蘿蔔素總含量較正常光照下降,使其吸收的光能減少,光反應減弱,生成的NADPH和ATP減少,致使卡爾文循環(碳反應)中的三碳酸的還原減弱,再生出RuBP的量改變,從而影響光合作用速率。

  

(2)光合色素位於葉綠體的類囊體膜中。葉綠素b主要吸收藍紫光。用紙層析法分離葉綠體中的色素,在濾紙條上,由上而下的第4條色素帶是葉綠素b。

表中信息顯示:品種B的葉綠素b的含量,弱光照時高於正常光照。可見,分別提取經兩種光照處理的品種B的光合色素並用紙層析法進行分離,與正常光照相比,弱光照處理的濾紙條上,自上而下的第4條色素帶變寬,這有利於品種B利用可見光中較短波長的藍紫光。 

(3)表中信息顯示:弱光照時品種A的葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿蔔素總量均低於正常光照,而品種B卻與之相反,這一結果表明:經弱光照處理,該植物可通過改變光合色素的含量及其比例(葉綠素a/b比例下降)來適應弱光環境,品種B的耐蔭性較高。 

從上述的選考試題中發現,遮光處理葉綠素的含量會變化,對品種B來說,適當的遮光會增加葉綠素的含量,對兩個品種來說,遮光後葉綠素a/b的比例都是下降的。如何解釋?這樣的比例變化有什麼意義?

在不同生理條件下,葉綠素a和葉綠素b的合成、分解速度影響了葉綠素a/b的比值,但調節葉綠素a/b的比值主要通過「葉綠素循環」實現。葉綠素a和葉綠素b的相互轉化稱為「葉綠素循環」。

在遮光條件下,葉綠素a向葉綠素b的轉化加快,葉綠素a水解形成脫植基葉綠素a,脫植基葉綠素a再轉化為脫植基葉綠素b,最後合成葉綠素b,從而降低了葉綠素a/b的比值。弱光下葉綠素b的相對含量增高是有其生理適應,有利於對弱光的利用。

從葉綠素吸收光譜圖可知:

葉綠素a在紅光部分的吸收帶較葉綠素b偏向長波方面,且吸收光譜帶比葉綠素b寬,葉綠素b在藍紫光部分的吸收光譜帶比葉綠素a寬。

在遮光的條件下,以藍紫光為主的散光佔比增加,所以提高葉綠素b的含量(葉綠素b主要存在於集光色素蛋白中,主要是吸收、傳遞光能),更利於吸收藍紫光。所以,葉綠素a/b的比值降低,弱光下的吸收能力就增強,葉綠素a/b可作為其利用弱光能力的判斷指標。

適當遮光可以增加乾重的量的原因:

適當遮光的目的不是單純地為了減少植物光照的時間,而是為植物的生長創造一個合適的光飽和條件,從而增加植物體內葉綠素的含量,提高光合速率,降低呼吸速率,以達到積累更多有機物的目的。

適當遮光的同時,還可以降低植物生長環境的溫度,一般來說,低溫有利於植物體內糖類、澱粉類以及植物體內特有的某些物質的積累。

例如,春季和秋季的西紅柿口感要比夏季的好,其中一個原因就是春秋季節的光照強度低於夏季,氣溫也低於夏季,糖類物質得以貯存。

當然,隨著遮光的比例增加會降低光合作用強度,有機物的合成會減少,造成有機物的積累減小,即乾重減小。

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拓展:葉綠體中色素的提取和分離

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