Работа 3. Физические свойства пигментов листа

Цель: изучить физические свойства фотосинтетических пигментов

Объекты, реактивы, оборудование: свежие листья фуксии и бальзамина, концентрированная спиртовая вытяжка пигментов; плоские флаконы или кюветы, спектроскопы, настольная лампа, ступка с пестиком, пробирки, воронка, бумажный фильтр, медицинский шприц, дистиллированная вода, пинцеты.

 

Краткие сведения

 

Участие хлорофилла в фотосинтезе обусловлено его избирательной способностью поглощать световую энергию, которая необходима растению для образования органического вещества из воды и углекислого газа. Поглощение света хлорофиллом является не сплошным, а избирательным. В этом можно убедиться, пропуская белый свет через раствор хлорофилла, а затем разлагая его с помощью призмы. Отдельные участки спектра окажутся поглощенными, и на их месте будут видны темные полосы. Полученный спектр называется спектром поглощения.

Хлорофиллы а и в имеют два основных максимума поглощения ^__ в красной и синей области видимого спектра. В растворе ацетона или спирта красный максимум находится в пределах длин волн 645-665 нм, синий ^__ 400-470 нм
(рис. 1).

Рис. 1. Спектры поглощения пигментов листа: 1 — хлорофиллы а и b;
2 — каротин; 3 — ксантофилл

В живом листе красный максимум хлорофилла сдвинут в длинноволновую часть спектра и находится в области 670-720 нм. Это объясняется связью хлорофилла с белками фотосинтетической мембраны и особой структурной организацией пигмент-белковых комплексов в мембранах хлоропластов. Спектр поглощения водных экстрактов хлорофилла близок к таковому в живом листе, поскольку связь хлорофилла с белком при экстракции водой не нарушается. Каротиноиды имеют главный максимум поглощения в синей части спектра при длине волны 450-480нм. Поглощенную энергию они передают на хлорофилл.

Для изучения спектров поглощения можно использовать спектроскопы всех систем и более совершенные приборы ^___ спектрофотометры с автоматической разверткой спектра. Простейший спектроскоп представляет собой трубку. С одной стороны ее имеется узкая щель, через которую лучи света попадают на линзу, собирающую их в параллельный пучок. Пучок попадает на призму и разлагается на лучи различной длины, выходящие под разным углом. С помощью еще одной линзы эти лучи собираются в одну линию. В фокальной плоскости линзы получается спектр солнечного света или лампы накаливания (рис.2).

 

Рис. 2. Схема прохождения лучей света в спектроскопе.

Если между источником света и щелью спектроскопа поместить кювету с раствором хлорофилла, то в видимом спектре появятся две темные полосы ^___ в красной и в сине-фиолетовой части его. Живой лист и раствор каротиноидов будут иметь свои полосы поглощения.

Хлорофилл обладает и способностью к флуоресценции. При поглощении света молекула его переходит в возбужденное состояние, а возврат ее к обычному состоянию сопровождается излучением ранее поглощенной энергии в виде красной флуоресценции. Флуоресценция обнаруживается по красному цвету раствора хлорофилла, рассматриваемого в отраженном свете на темном фоне (рис. 3). Возбуждающий флуоресценцию свет значительно интенсивнее света флуоресценции. Поэтому раствор хлорофиллов выглядит зеленым. В отраженном свете в глаз наблюдателя попадает значительно меньше возбуждающего флуоресценцию света, поэтому становится видна сама флуоресценция.

		б
	a

 

 

Рис. 3. Спиртовая вытяжка хлорофилла в отраженных (а) и проходящих лучах (б): 1 — свет лампы, освещающий пробирку с раствором хлорофилла и возбуждающий его флуоресценцию; 2 — свет лампы, проходящий через пробирку с раствором хлорофилла; 3 – свет лампы, отраженный от пробирки; 4 — флуоресценция хлорофилла.

 

Независимо от длины волны возбуждающего света хлорофилл флуоресцирует только красным светом.

В живом листе основным флуоресцирующим пигментом является хлорофилл а. При этом в листьях флуоресценция выражена гораздо слабее, чем в растворе, так как часть поглощенной энергии используется на сенсибилизирование фотохимических реакций. Поэтому возрастание интенсивности фотосинтеза, как правило, влечет за собой ослабление флуоресценции. По интенсивности ее можно судить о состоянии хлорофилла и его участии в фотосинтезе.

Ход работы

Раствор ацетоновой вытяжки хлорофилла наливают в пузырек (или кювету) с плоскопараллельными стенками и помещают его перед щелью спектроскопа. Источник света при этом должен находиться за кюветой. В спектроскопе наблюдаются две полосы поглощения. Затем спектроскопируют живой лист (инфильтрованный лист — с заполненными водой межклетниками) и пузырек с желтыми пигментами. Инфильтрация листа необходима для того, чтобы сделать лист прозрачным:

Задача (выполняется всеми студентами). Изучить пигменты листа:

1. оптические свойства. Рассмотреть в спектроскопе и зарисовать в табл.1 цветными карандашами видимый спектр (соблюдать ширину отдельных участков), спектры хлорофилла в ацетоне и живом листе, каротиноидов, закрасив полосы поглощения черным карандашом.

 

Таблица 1

 

Видимый спектр	Ф	С	Г	З	Ж	О	К
Спектр хлорофилла	в ацетоне
в листе
Спектр каротиноидов

 

Сделать выводы, в каких частях спектра расположены максимумы поглощения хлорофилла. Каково отличие спектра поглощения хлорофилла в растворе и живом листе, почему? В какой части спектра находится максимум поглощения желтых пигментов?

2. Для наблюдения красной флюоресценции хлорофилла бюкс с концентрированным раствором хлорофилла рассмотреть в отраженном свете.