人类为什么不人工合成叶绿素，是因为没有商业价值吗？

早在1960年，德国科学家马丁·斯特雷尔和美国科学家罗伯特·伯恩斯·伍德沃德，在实验室成功合成了叶绿素。这种人工合成的叶绿素具有极高的商业价值，在医学、化学、材料科学等领域有这广泛的应用。

叶绿素是光合作用的主要色素，但是叶绿素很不稳定，光、氧、酸、碱都能使其分解。植物的光合作用就是光将叶绿色离子化，储存在三磷酸腺苷中，然后和二氧化碳和水反应生存碳水化合物和氧气。

以目前人类的 科技 水平，人工虽然能合成叶绿素，但是没法合成叶绿体，所以人工合成叶绿素不能作为生产碳水化合的原料。植物的光合作用系统十分复杂，叶绿素仅仅是其中一个“螺丝”，人类想要模仿出这样的系统，还长路漫漫。

同学你想到的可能是叶绿素可以将光能转化为化学能。可以节省很多能量，不需要化石燃料等。但是光合作用这一块除了叶绿素，还有相当复杂的一部分蛋白质等物质，发挥着功能与作用。所以说想要真正的人工合成，能够光合作用的一套系统出来还是比较复杂的，就现在来说还是不太可能的。

至少目前是的，就算可以大规模生产而且成本也下来了，人工合成的淀粉又有几人接收？同时技术上的难度同样存在，叶绿素是光合作用的核心，但不是全部，整个植物是一座工厂的话，叶绿素只是其中一个重要工序而已，光有叶绿素毫无意义，要突破这些技术意味着大量的投入，当人类能够轻易从环境中获得低廉价格食物时，人类不会有这动力去突破和批量工业生产

光合细菌、藻类、苔藓、蕨类和裸子植物以及少数被子植物可以在黑暗中合成叶绿素，多数被子植物必须需要光。

虽然光合细菌、藻类、苔藓、蕨类和裸子植物已被证实在完全黑暗中可以合成叶绿素，但被子植物是否有相同能力，则仍是争议甚大的问题，迄今仍无定论。

光合作用是地球上最重要的生命现象之一，也是动物和植物的重要分野。地球上若无植物的光合作用，则目前已知的生态理论之基础必须重新建立。光合作用过程中，叶绿素（chlorophyll）担任着把日光辐射能转换为化学能的首要步骤之重责大任。或许可说，若无叶绿素的出现，太阳对地球的重要性将大大的降低，日光与地球上的生物亦将缺乏连结点。

叶绿素是地球上分布最广的自然色素，目前已知其化学结构有超过一百种的变异存在。一片含有七千万个细胞的叶子，拥有约五十亿个叶绿体（chloroplast），其中每个叶绿体含有约六亿个叶绿素分子。所有叶绿素分子都与类囊膜（thylakoid member）上某些特定的蛋白质结合为色素蛋白复合体，以提高捕捉日光能和光合作用效率。地球上的生物只有光合细菌和植物能合成叶绿素，动物的保护性绿色只是含有与叶绿素基本结构相似的化合物所造成，此种化合物无法参与光合作用过程。

叶绿素的光合成

叶绿体的发育是非常复杂的过程，同时受到叶绿体基因（chloroplast genes）和核基因相互调控。而不论叶绿素的化学结构为何，其合成过程自最前驱物的麸胺酸（glutamate）到最终产物叶绿素至少可分为十五个步骤，所有参与催化的酵素都由核基因调控，并在细胞质的核醣体合成后才输送到叶绿体基质（stroma）。叶绿素合成后与特定蛋白质组合，并嵌进类囊膜后才能发挥捕光和能量转换的功能。

置于黑暗中的植物萌芽后，其幼苗因缺乏叶绿素和只含有少量的原叶绿素酯（protochlorophyllide,Pchlide）而呈现黄白色。若把此黄白幼苗继续置于黑暗中，并以五氨四酮-戊酸（5-aminolevulinic acid）供给之，则在数小时后此原本黄白色的幼苗将会累积大量原叶绿素酯而呈黄绿色。亦即叶绿素的合成过程中，由五氨四酮-戊酸到原叶绿素酯的十个步骤都可在黑暗中进行，且其所需要的酵素亦可在黑暗中形成。自原叶绿素酯转化为叶绿素酯（chlorophyllide, chlide）属光还原作用（photoreduction），由原叶绿素酯还原 （Pchlide reductase）负责催化，并且需要光线的参与才能完成。传统上即认为叶绿素的合成需要光线，并且成为光合作用界的主流思想，因为需光的叶绿素合成途径普遍存在于能进行光合作用的细胞中。

前述在黑暗中生长的黄白幼苗含有正常叶绿体的前驱物（即白化体，etioplast），而经五氨四酮-戊酸处理的幼苗缺叶绿素，但含有大量叶绿素的前驱物原叶绿素酯且形成结晶状原类囊体（prolamellar body, PCB）。在原类囊体上，原叶绿素酯与其还原 组成复合体，一旦照光后此复合体即转化为叶绿素蛋白复合体，而原类囊体则转化为类囊膜，而含有叶绿饼和单层类囊膜。

叶绿素的暗合成

十九世纪末植物学家开始观察到，藻类可在黑暗中生存数年且仍保持绿色，显示叶绿素可以在黑暗中合成。此种现象亦逐渐在光合细菌、藻类、芦苇、蕨类和裸子植物中发现。故而，叶绿素的合成可分为两大类：一为有光线参与的需光合成途径，由需光原叶绿素酯还原 （light-dependent protochlorophyllide reductase）所催化，如前段所描述；另一种则不需光合成途径或暗合成途径，而是由不需光原叶绿素酯还原 （light-independent protochlorophyllide reductase）所催化。目前已知叶绿素的光合成和暗合成共享相同途径，但调控前述二大还原还 的基因则完全不同。叶绿素暗合成所需的还原 由三个胜 组成，分别由三个基因所制造。这类基因尚未在被子植物找到。

至1960年代，植物学界仍认为被子植物不能在黑暗中合成叶绿素，其后虽在燕麦、大麦、小麦、碗豆、紫鸭拓草、水稻、阿拉伯芥、烟草及两种水生植物观察到叶绿素的暗合成现象，但也找不到直接的证据。因此数十年来，植物学界仍无法确定演化过程最后出现的被子植物是否真的能在黑暗中合成叶绿素。不仅找不到相关的基因，连不需光原叶绿素酯还原 的活性也侦测不到。以上的被子植物在黑暗中虽被观察到可合成叶绿素，但增加的量有限；且只有阿拉伯芥、烟草及小麦是自种子萌芽阶段即被置于黑暗中，其它都是先经照光处理长大后才移入黑暗中。

葡萄糖促进叶绿素暗合成

马拉巴栗（Pachira macrocarpa）属被子植物，在台湾俗称发财树和美国花生。把此植物置于完全黑暗中一至二周后，长出的新生叶初为黄白色，经一段时间后变为淡黄绿色。相同植物若喂以浓度10％以下的葡萄糖溶液相同时间，长出的新生叶呈现和正常照光植物相同的绿叶，叶绿素含量则相差数十倍之多。黑暗中加葡萄糖的马拉巴栗新生叶虽在外形和颜色上与正常日照叶相似，但其叶绿体显微照片却大异其趣。当正常状态下只有黄白幼苗才含有原类囊体和只有绿叶才含有叶绿饼（granum）时，马拉巴栗在黑暗中喂以葡萄糖长出的新生叶却同时出现原类囊体和叶绿饼，亦即只有黑暗中出现的原类囊体和只有光照下出现的叶绿饼同时并存。由此显示，葡萄糖似乎取代了光照使原类囊体转化为叶绿饼的功能。

结论

虽然目前的证据显示，有少数被子植物可能在黑暗中合成少量叶绿素，但此现象并不是普遍存在被子植物中。马拉巴栗也必须喂以葡萄糖，才能诱使它在黑暗中大量合成叶绿素。但在不需光原叶绿素酯还原 的活性被侦测到或其基因被搜寻到以前，被子植物是否能在黑暗中合成叶绿素仍不能下定论，仍须进一步探讨。

计算

二个LED光源发射二种光，一种是红光(峰波长650nm)，一种是红外线(940nm)，二种光穿透叶片，打到接收器上，光信号转换成模拟信号，模拟信号被放大器放大，由模拟/数字转换器转换成数字信号，数字信号被微处理器利用，计算出SPAD值并显示在显示器上，也自动储存到内存中。

SPAD502叶绿素仪测量值的校准通过下面程序完成。

（1）在校准过程中，测量头不夹样品，二个LED次序发光，被接收的光转换成电信号，光强度的比率被用来计算。

（2）在测量头夹住样品后，二个LED再次发光，通过叶片传输的光打到接收器上，被转换成电信号，传输光的强度比率被计算。

（3）步骤1和2的值用于计算SPAD测量值，即表示夹住的样品叶片当前叶绿素相对含量。

实验结果计算：将测定得到的吸光值代入下面的式子：Ca=1395A665－688A649；Cb=2496A649－732A665。据此即可得到叶绿素a和叶绿素b的浓度（Ca、Cb：mg/L），二者之和为总叶绿素的浓度。最后根据下式可进一步求出植物组织中叶绿素的含量：

叶绿素的含量（mg/g）= [叶绿素的浓度×提取液体积×稀释倍数]/样品鲜重（或干重）。

测量前准备

1、电池安装：拧开SPAD502下部的电池盒盖，正极向里安装2节AA电池；再拧上盖。可以使用碱性电池和碳锌电池，不能使用性质不同或电量不同的电池。

2、使用读数校验卡

(1) 打开开关，同时按“1 DATA DELETE”键和“DATA RECALL”键，仪器进入检查模式，屏幕立刻出现“CH”，然后转到“CAL”状态。

(2) 校准，直到出现 图示，说明校准完成。

(3) 移动深度滑块

(4) 插入读数校验卡，按下指压台，直到听到一声“哔”声，测量值显示在屏幕上。

(5) 重复测量读数校验卡几次。

(6) 按“AVERAGE”键，求测量的平均值，屏幕上显示的平均值应在读数校验卡上的范围之内，如果不在范围内，请清洁发射窗和接收窗，从步骤1开始重复测量，如仍不在范围内，机器可能需要修理。

(7) 将电源关闭，然后重新开机，正常测量。

海兔是科学家发现的第一种可生成植物色素叶绿素的动物。

海兔是雌雄同体的生物，海底栖息，体裸露，雌雄两个生殖孔间有卵精沟相连。海兔分布于世界暖海区域，中国暖海区也有出产。

海兔不是兔，是螺类的一种，海兔科海洋腹足类的统称，又称海蛞蝓，其头上的两对触角突出如兔耳。海兔属浅海生活的贝类，是甲壳类软体动物家族中的一个特殊的成员。它们的贝壳已经退化为内壳，背面有透明的薄薄的壳皮，壳皮一般呈白色，有珍珠光泽。

生活习性

海兔既能消极避敌，又能积极防御。在海兔体内有两种腺体，一种叫紫色腺，生在外套膜边缘的下面，遇敌时，能放出很多紫红色液体，将周围的海水染成紫色，借以逃避敌人的视线。

还有一种毒腺在外套膜前部，能分泌一种略带酸性的乳状液体，气味难闻，对方如果接触到这种液汁会中毒而受伤，甚至死去，所以敌害闻到这种气味，就远远避开，是御敌的化学武器。

问题情境

叶绿素是绿色植物叶绿体中含量较多的色素，叶绿素只有在光下才能形成。马铃薯的块茎露在外面时间过长就会变绿，埋在土里的部分始终是白色；白菜和甘蓝露在外面的叶片是绿色的，而越往里面颜色越发白。这些都说明叶绿素的形成与光有密切关系。

光对叶绿素的形成有什么影响

面临任务

设计一个实验方案，探究光对叶绿素的形成所产生的影响。

探究建议

知识准备：查阅资料，了解有关植物，特别是光合作用和叶绿素等方面的知识。

材料准备：小麦或玉米种子、培养皿、土壤或滤纸、餐巾纸等。

组织准备：组建4～6人的探究小组。

探究步骤：

1．选择两套完全一样的实验材料，包括小麦或玉米种子、两个大小一样内装潮湿土壤或铺有滤纸(餐巾纸)的培养皿。

2．在两个装有潮湿土壤的培养皿内分别均匀地摆放10粒小麦种子，上面覆盖一层土壤。

3．将两个培养皿中的一个放置在暗处，另一个放置在阳光下，其余条件都相同。想一想，为什么

4．两个培养皿中的土壤都保持湿润，7～10d以后观察叶片的颜色，并将观察结果填入实验记录表(表4-5-15)。

分析结果，得出结论：

根据观察到的现象进行分析，得出的结论是____________________________________

_____________________________________________________________________________。

交流和讨论

建议讨论涉及：

1．市场上销售的韭黄是如何生产的

2．叶绿素对植物有什么作用

3．缺少叶绿素，植物还能够正常生长发育吗

你注意了吗

1．该实验待幼苗刚一出土时，作为实验材料效果较好。

2．实验开始和结束时，一定注意观察幼苗的颜色，并进行比较，得出结论。

3．对照组中除了光照一个条件不同外，其余条件完全相同。

拓展与实践

进一步探究：叶绿素的形成与温度的关系。

提示：

可参照上述实验的设计思路，使对照组实验中其他条件都相同，只是温度不同。如可将温度设置在0℃、10℃、20℃、30℃等条件下进行。