叶绿体与光合色素

为什么是这样

光合作用在叶绿体（葉緑体）中进行。叶绿体由内外两层膜包被，内部有许多扁平囊状的类囊体（チラコイド），类囊体层层堆叠的部分叫基粒（グラナ），类囊体之间的液态部分叫基质（ストロマ）。光合色素镶嵌在类囊体膜上，吸收光能的反应在这里进行；固定 CO₂ 的反应在基质中进行。叶绿体含有自己的 DNA 和核糖体，这与它起源于被吞入的蓝细菌这一细胞内共生学说相符。

高等植物的光合色素有叶绿素 a、叶绿素 b（クロロフィル）和类胡萝卜素（カロテノイド，包括胡萝卜素和叶黄素）。叶绿素 a 是直接进行光化学反应的色素，所有放出氧气的光合生物都有；叶绿素 b 和类胡萝卜素吸收叶绿素 a 不易吸收的波长，再把能量传给叶绿素 a，起辅助作用。

把色素对各波长光的吸收程度画成曲线，叫吸收光谱（吸収スペクトル）；把各波长下的光合速率画成曲线，叫作用光谱（作用スペクトル）。两者都是蓝紫光区和红光区高、绿光区低。恩格尔曼（エンゲルマン）用棱镜把分光后的光照在丝状绿藻上，发现好氧细菌聚集在红光与蓝紫光照射的部位——那里放出的氧最多，这是两条曲线对应的经典证据。

定量表达

可见光的波长大致在 400～700 nm 之间。叶绿素的吸收集中在约 400～500 nm 的蓝紫光和约 600～700 nm 的红光；类胡萝卜素主要吸收 400～500 nm 一带；500～600 nm 的绿光被吸收得最少，但不是零，所以作用光谱在绿光区也有一定高度。

色素可用薄层层析（薄層クロマトグラフィー）或纸层析分离：把叶片色素的提取液点在原点，让展开剂（展開液）上升，各色素随之移动的距离不同。移动距离与展开剂前沿距离之比叫 Rf 值，在 0 和 1 之间；条件相同时 Rf 值是各色素固有的，可用于鉴定。橙黄色的胡萝卜素跑得最远，Rf 值最大；蓝绿色的叶绿素 a 比黄绿色的叶绿素 b 跑得远。