光合作用光反應之探索
指導教授:林立元老師
指導教授:林立元老師
壹、實驗課程簡介
早上我們學習光譜的特性,並使用光譜儀測試紅墨水的吸光值;而下午的課程則是萃取植物中的葉綠素,進行葉綠體的光反應實驗。
貳、實驗樣本與器材
一、器材
分光光譜儀、量筒、研缽、燒杯、茶葉袋、手電筒、微量吸管(pipette)、pipette tip、比色管(Cuvette)
二、材料
菠菜、0.5M 蔗糖溶液、0.05%DCIP、1mM DCMU、紅墨水
參、實驗原理
一、分光光譜儀
(一)穿透度(T)與吸收度(A)的關係
(二)比爾定律
二、光合作用光反應
(一)光合作用光反應的過程
圖源:Cheatography.(2017). AP Biology Unit 3: Energy and Metabolism Cheat Sheet. https://cheatography.com/hlewsey/cheat-sheets/ap-biology-unit-3-energy-and-metabolism/
(二)DCIP與DCMU對光反應的影響
1.DCIP (2,6-二氯靛酚)在光反應中可作為氧化劑,當葉綠體照光後因光反應放出電子及H⁺,藍色的DCIP即可接收電子,還原為無色的DCPIPH₂。
2.DCMU(二氯苯基二甲脲 )會結合在PSII並抑制,使光反應無法順利進行,減少ATP與NADPH的產生,進而抑制固碳反應的進行。【1】
3.當葉綠體溶液中加入DCIP及DCMU時,即使是在照光的情況下,因為DCMU抑制了PSII,電子無法傳遞,故DCIP不會被還原。
肆、實驗步驟
一、光譜儀基礎操作
(一)用紅墨水測各波長燈卡吸光值(A)
1.插電並打開光譜儀電源
2.用pipette吸取1mL的水與1mL的紅墨水分別裝入不同的Cuvette中
3.選取波長405nm的燈卡放入光譜儀
4.將裝有水2mL的Cuvette放入光譜儀中,並將L值轉到100進行校正
5.校正完後將裝有水的Cuvette取出,放入含有紅墨水的Cutette進行測量並記錄
6.改用波長470nm、515nm、590nm、615nm、648nm的燈卡,重複進行步驟3.~5.
(二)繪製standard curve
1.選取(一)中吸光值最佳之燈卡
2.將裝有紅墨水之Cuvette用水稀釋到小於1,測量其吸光值並記錄,將其稀釋倍率訂為1
3.用紅墨水:水體積比1:1(1mL:1mL)配置新濃度的紅墨水並放入另一個Cuvette中
4.將新配置好的Cuvette放入光譜儀中,測量其吸光值並記錄,其稀釋倍率為1/2
5.重複步驟3~4三次,其稀釋倍率分別為1/4、1/8與1/16
6.將數據用excel做成散佈圖,並標示出R²值
二、葉綠體光反應實驗
(一)在黑暗的條件下葉綠體溶液加入DCIP後的吸光值
1.分離葉綠體(以下步驟皆須在冰上進行)
(1)取2克洗乾淨的菠菜葉片剝碎放入研缽中,將研缽置於冰上
(2)加入10mL 0.5M蔗糖液研磨,製作粗萃取液
(3)將粗萃取液倒在茶葉袋中進行過濾
(4)將濾液放在冰上保存,蓋上蓋子避免照光
2.取一Cuvette,加入葉綠體濾液後測量其在590nm的吸光值(A590),用0.5M蔗糖溶液將其稀釋至0.4~0.6為最佳
3.在Cuvette中加入100µL DCIP並混合均勻
4.測量A590,此為zero time control
5.將Cuvette留在光譜儀中,每30秒記錄一次A590的值,共記錄2分鐘
(二)在照光的條件下葉綠體溶液加入DCIP後的吸光值
1.取實驗(一)中稀釋至吸光值0.4~0.6的葉綠體濾液
2.在Cuvette中加入100µL DCIP並混合均勻
3.將Cuvette放入光譜儀中,並用手電筒從上方貼附Cuvette照射,每30秒記錄一次A590的值,共記錄2分鐘
(三)在照光的條件下葉綠體溶液加入DCMU與DCIP後的吸光值
1.取實驗(一)中稀釋至吸光值0.4~0.6的葉綠體濾液
2.在Cuvette中加入10µL DCMU反應2分鐘
3.再加入100µL DCIP並混合均勻
4.將Cuvette放入光譜儀中,並用手電筒從上方貼附Cuvette照射,每30秒記錄一次A590的值,共記錄2分鐘
伍、實驗結果
一、光譜儀基礎操作
(一)用紅墨水測各波長燈卡吸光值(A)
▲紫外-可見光分光光度計之吸收光譜
(二)繪製standard curve
▲由上圖可知,稀釋倍率越小,代表紅墨水濃度越低,其吸光值也越低。
二、葉綠體光反應實驗
(一)在黑暗的條件下葉綠體溶液加入DCIP後的吸光值
(二)在照光的條件下葉綠體溶液加入DCIP後的吸光值
(三)在照光的條件下葉綠體溶液加入DCMU與DCIP後的吸光值
陸、實驗紀錄與檢討
在本次的實驗中,有關於用手電筒照光測量葉綠體溶液吸光值變化的部分,為了避免在記錄時的短暫時間因外部光源影響實驗結果,我們在每30秒紀錄的時候,會先關起光譜儀Cuvette上面的蓋子、手機計時按暫停,記錄完再同時按下計時器、打開蓋子使葉綠體溶液照射到手電筒的光,減小人為導致的誤差。另外,由於葉綠體光反應實驗(二)與(三)的步驟略有不同,起初我們一開始看不太懂實驗步驟,但在找助教與教授詢問後,我們釐清了實驗(三)必須先加入DCUM再加入DCIP,而且也不能用實驗(二)結束後的溶液進行實驗(三)。再確認實驗步驟後,我們最後成功完成實驗。
▲分光光譜儀
▲實驗照片—研磨菠菜
▲實驗照片—照光
柒、參考資料來源
【1】https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Diuron