Informație

De ce plantele au frunze verzi și nu roșii?


Știu că plantele sunt verzi datorită clorofilei.

Cu siguranță, ar fi mai benefic ca plantele să fie roșii decât verzi, deoarece fiind verzi reflectă lumina verde și nu o absorb, chiar dacă lumina verde are mai multă energie decât lumina roșie.

Nu există nicio alternativă la clorofilă? Sau este altceva?


Cu siguranță, ar fi și mai benefic ca plantele să fie negre în loc de roșu sau verde, din punct de vedere al absorbției de energie. Și celulele solare sunt într-adevăr destul de întunecate.

Dar, după cum a indicat Rory, fotonii cu energie mai mare vor produce doar căldură. Acest lucru se datorează faptului că reacțiile chimice alimentate de fotosinteză necesită doar o anumită cantitate de energie și orice cantitate excesivă livrată de fotoni cu energie superioară nu poate fi utilizată pur și simplu pentru o altă reacție1 dar va da căldură. Nu știu cât de multe probleme cauzează, dar există un alt punct:

După cum sa explicat, ceea ce determină eficiența conversiei energiei solare nu este energia per foton, ci cantitatea de fotoni disponibili. Deci, ar trebui să aruncați o privire asupra spectrului luminii solare:

Iradianța este o densitate a energiei, cu toate acestea suntem interesați de densitatea fotonilor, deci trebuie să împărțiți această curbă la energia pe foton, ceea ce înseamnă că o multiplicați cu λ / (hc) (adică lungimile de undă mai mari au nevoie de mai mulți fotoni pentru a obține același lucru Iradianța). Dacă comparați acea curbă integrată peste fotonii cu energie mare (să zicem, λ <580 nm) cu integrarea peste cei cu energie scăzută, veți observa că, în ciuda pierderilor atmosferice (curba roșie este ceea ce a rămas din lumina soarelui la nivelul mării) există mult mai mulți fotoni „roșii” decât cei „verzi”, așa că a face frunzele roșii ar risipi multă energie potențial convertită2.

Desigur, aceasta nu este încă o explicație de ce frunzele nu sunt pur și simplu negre - absorbția tuturor luminii este cu siguranță și mai eficientă, nu? Nu știu suficient despre chimia organică, dar presupun că ar fi că nu există substanțe organice cu un spectru de absorbție atât de larg și că adăugarea unui alt tip de pigment ar putea să nu dea roade.3

1) Teoretic că este posibil, dar este un proces extrem de neliniar și, prin urmare, este prea puțin probabil să fie de folos real (cel puțin în mediu vegetal)
2) Deoarece apa absoarbe lumina roșie mai puternică decât lumina verde și albastră, plantele de mare adânc sunt într-adevăr mai bine să fie roșii, așa cum a menționat Marta Cz-C.
3 Și alte alternative, cum ar fi semiconductorii utilizați în celulele solare, este puțin probabil să fie întâlnite în plante...

Lectură suplimentară, propusă de Dave Jarvis:


Cred că este din cauza unui compromis între absorbția unei game largi de fotoni și neabsorbția prea multă căldură. Cu siguranță, acesta este un motiv pentru care frunzele nu sunt negre - enzimele din fotosinteză, așa cum sunt, ar fi denaturate de căldura în exces care ar fi obținută.

Acest lucru poate duce la explicarea motivului pentru care verde este reflectat mai degrabă decât roșu așa cum ați sugerat - reflectând o culoare mai mare a energiei reduce cantitatea de energie termică câștigată de frunze.


Există un articol destul de distractiv aici, care discută culorile plantelor ipotetice de pe planete în jurul altor stele.

Stelele sunt clasificate după tipul lor spectral, care este dictat de temperaturile lor de suprafață. Soarele este relativ fierbinte și are vârfuri de distribuție a energiei spectrale în regiunea verde a spectrului. Cu toate acestea, majoritatea stelelor din Galaxy sunt stele de tip K și M care emit în principal în roșu și infraroșu.

Acest lucru este relevant pentru această discuție, deoarece orice fotosinteză pe aceste lumi ar trebui să se adapteze la aceste lungimi de undă ale luminii pentru a continua. Pe planetele din jurul stelelor reci, viața vegetală (sau echivalentul acesteia) ar putea fi neagră!

OK, aceasta nu este în întregime o plăcintă în gunoaie de astrobiolog. Este de fapt destul de relevant pentru căutarea biosemnăturilor și a vieții pe alte planete. Pentru a modela spectrul de reflectanță al planetelor pe care le observăm (adică lumina reflectată de steaua primară) trebuie să încercăm să luăm în considerare orice potențială vegetație.

De exemplu, dacă luăm un spectru de reflexie al Pământului, vedem un vârf caracteristic în „marginea roșie” care se datorează vieții plantelor de suprafață.

NASA are, de asemenea, o scurtă pagină despre acest lucru aici.


Aici sunt doi factori în joc. În primul rând, este echilibrul dintre cât de multă energie poate colecta o plantă și cât de mult poate folosi. Nu este o problemă de căldură prea mare, ci de prea mulți electroni. Dacă ar fi vorba de căldură, un număr de flori selectate pentru pigmentarea lor neagră ar avea petalele gătite. ;)

Dacă o plantă nu are suficientă apă, este prea rece, este prea fierbinte, colectează prea multă lumină sau are o altă afecțiune care împiedică funcționarea corectă a lanțului de transport al electronilor, electronii se acumulează într-un proces numit fotoinhibiție.

Acești electroni sunt apoi transferați în molecule la care nu ar trebui să fie transferați, creând radicali liberi, provocând ravagii în celulele plantei. Din fericire, plantele produc alți compuși care previn o parte din daune prin absorbția și trecerea electronilor ca cartofii fierbinți. Acești antioxidanți sunt, de asemenea, benefici pentru noi atunci când îi mâncăm.

Acest lucru explică de ce plantele colectează cantitatea de energie luminoasă pe care o fac, dar nu explică de ce sunt verzi și nu gri sau roșu închis. Cu siguranță există și alți pigmenți care ar putea genera electroni pentru lanțul de transport al electronilor.

Răspunsul la acest lucru este același cu motivul pentru care ATP este utilizat ca principală moleculă de transport de energie în organisme, mai degrabă decât GTP sau altceva.

Clorofila a și b au fost doar primele lucruri care au apărut și care au îndeplinit cerința. Cu siguranță, un alt pigment ar fi putut colecta energia, dar acea regiune a spațiului parametrilor nu a trebuit niciodată explorată.


Știu că această întrebare a fost pusă și a răspuns acum câțiva ani (cu multe Grozav răspunsuri), dar nu m-am putut abține să nu observ că nimeni nu abordase acest lucru dintr-un evolutiv perspectivă (cum ar fi răspunsul la această întrebare) ...

Răspuns scurt

Pigmenții apar ca orice culoare nu este absorbită (adică, ei apar ca orice lungime de undă a luminii pe care o reflectă).

Lumina albastră a fost cea mai disponibilă lungime de undă a luminii pentru plantele timpurii care cresc sub apă, ceea ce probabil a condus la dezvoltarea/evoluția inițială a fotositemelor mediate de clorofilă încă observate la plantele moderne. Lumina albastră este cea mai disponibilă, cu cea mai mare energie care continuă să ajungă la plante și, prin urmare, plantele nu au niciun motiv să nu profite în continuare de această lumină abundentă cu energie ridicată pentru fotosinteză.

Diferenți pigmenți absorb diferite lungimi de undă ale luminii, astfel încât plantele ar încorpora în mod ideal pigmenți care pot absorbi cea mai mare lumină disponibilă. Acesta este cazul atât pentru clorofilă A și b absorb în primul rând lumina albastră. Absorbția luminii roșii a evoluat probabil odată ce plantele s-au mutat pe uscat datorită abundenței sale crescute (în comparație cu sub apă) și eficienței sale mai mari în fotosinteză.


Raspuns lung

Plantele timpurii dezvoltă un sistem foto modern

Se pare că, la fel ca variabilitatea transmitanței diferitelor lungimi de undă ale luminii prin atmosferă, anumite lungimi de undă ale luminii sunt mai capabile să pătrundă în adâncimi mai adânci ale apei. Lumina albastră călătorește de obicei la adâncimi mai adânci decât toate celelalte lungimi de undă vizibile ale luminii. Prin urmare, cele mai timpurii plante ar fi evoluat pentru a se concentra pe absorbția acestei părți a spectrului EM.

Cu toate acestea, veți observa că și lumina verde pătrunde relativ profund. Înțelegerea actuală este că primele organisme fotosintetice erau arheele acvatice și (pe baza exemplelor moderne ale acestor organisme antice) aceste arhee foloseau bacteriorhopsina pentru a absorbi cea mai mare parte a luminii verzi.

Plantele timpurii au crescut sub aceste bacterii purpurii producătoare de bacteriorhopsină și au trebuit să folosească orice lumină puteau obține. Ca urmare, sistemul de clorofilă s-a dezvoltat în plante pentru a folosi lumina disponibilă pentru acestea. Cu alte cuvinte, pe baza capacității penetrante mai profunde a luminii albastre / verzi și a pierderii disponibilității luminii verzi pentru bacteriile pelagice de mai sus, plantele au dezvoltat un fotosistem pentru a absorbi în primul rând în spectrul albastru, deoarece aceasta era lumina cea mai disponibilă pentru ei.

  • Diferenți pigmenți absorb diferite lungimi de undă ale luminii, astfel încât plantele ar încorpora în mod ideal pigmenți care pot absorbi cea mai mare lumină disponibilă. Acesta este cazul atât pentru clorofilă A și b absorb în primul rând lumina albastră.

  • Iată două exemple de grafice (de aici și aici) care arată spectrul de absorbție al pigmenților tipici din plante:

Deci, de ce sunt plantele verzi?

După cum puteți ghici din paragrafele de mai sus, deoarece plantele de sub apă au primit atât de puțină lumină verde, ele au evoluat cu un fotosistem mediat de clorofilă care nu avea proprietățile fizice de a absorbi lumina verde. Drept urmare, plantele reflectă lumina la aceste lungimi de undă și par verzi.

Dar de ce plantele nu sunt roșii? ...

Motiv pentru a pune această întrebare:

Acest lucru ar părea a fi la fel de plauzibil având în vedere informațiile de mai sus. Deoarece lumina roșie pătrunde incredibil de slab în apă și este în mare parte indisponibilă la adâncimi mai mici, s-ar părea că plantele timpurii nu ar dezvolta un mijloc de a o absorbi și, prin urmare, ar reflecta și lumina roșie.

  • De fapt, [relativ] alge roșii strâns legate făcut evoluează un pigment care reflectă roșu. Aceste alge au dezvoltat un sistem foto care include și pigmentul ficoeritrin pentru a ajuta la absorbția luminii albastre disponibile. Acest pigment nu a evoluat pentru a absorbi nivelurile scăzute de lumină roșie disponibilă și, prin urmare, acest pigment o reflectă și face ca aceste organisme să pară roșii.

    • Interesant este că, conform aici, cianobacteriile care conțin și acest pigment își pot schimba cu ușurință influența asupra culorii observate a organismului:

      Raportul dintre ficocianina și ficoeritrina poate fi modificat din punct de vedere al mediului. Cianobacteriile crescute în lumină verde dezvoltă de obicei mai multă ficoeritrină și devin roșii. Aceleași cianobacterii crescute în lumină roșie devin verde-albăstrui. Această schimbare reciprocă de culoare a fost denumită „adaptare cromatică”.

  • În plus, (deși este încă în dezbatere) conform lucrărilor lui Moreira et al (2000) (și coroborate de numeroși alți cercetători), plantele și algele roșii probabil au o filogenie fotosintetică comună:

    trei grupuri de organisme au provenit din endosimbioza fotosintetică primară dintre o cianobacterie și o gazdă eucariotă: plante verzi (alge verzi + plante terestre), alge roșii și glaucofite (de exemplu, Cyanophora).

Deci, ce dă?

Răspuns:

Răspunsul simplu de ce plantele nu sunt roșii este deoarece clorofila absoarbe lumina rosie.

Acest lucru ne determină să întrebăm: A făcut clorofilă în plante mereu absorb lumina roșie (prevenirea apariției plantelor roșii) sau această caracteristică a apărut mai târziu?

  • Dacă primul era adevărat, atunci plantele nu par roșii doar din cauza caracteristicilor fizice pe care au evoluat pigmenții clorofilei.

  • Din câte știu eu, nu avem un răspuns clar la această întrebare.

    • (alții vă rugăm să comentați dacă cunoașteți vreo resurse care discută acest lucru).
  • Cu toate acestea, indiferent de cand absorbția luminii roșii a evoluat, Cu toate acestea, plantele au evoluat pentru a absorbi lumina roșie foarte eficient.

    • O serie de surse (de exemplu, Mae și colab. 2000, Brins și colab. 2000 și aici), precum și numeroase alte răspunsuri la această întrebare, sugerează că cea mai eficientă fotosinteză are loc sub lumină roșie. Cu alte cuvinte, lumina roșie are ca rezultat cea mai mare „eficiență fotosintetică”.

      • Această pagină NIH sugerează motivul din spatele acestui fapt:

      Clorofilă A absoarbe, de asemenea, lumina la lungimi de undă discrete mai mici de 680 nm (vezi Figura 16-37b). O astfel de absorbție ridică molecula într-una din mai multe stări excitate superioare, care se descompun în 10−12 secunde (1 picosecundă, ps) până la prima stare excitată P *, cu pierderea energiei suplimentare ca căldură. Separarea sarcinii fotochimice are loc numai de la prima stare excitată a clorofilei centru de reacție a, P *. Aceasta înseamnă că randamentul cuantic - cantitatea de fotosinteză pe foton absorbit - este același pentru toate lungimile de undă ale luminii vizibile mai mici de 680 nm.

De ce au rămas plantele verzi?

Deci, de ce plantele nu au evoluat pentru a utiliza lumina verde după ce s-au mutat / au evoluat pe uscat? După cum sa discutat aici, plantele sunt teribil de ineficiente și nu pot folosi toată lumina disponibilă pentru ele. Ca rezultat, probabil că nu există niciun avantaj competitiv pentru a dezvolta un fotosistem drastic diferit (adică, implicând pigmenți care absorb verde).

Astfel că plantele pământului continuă să absoarbă lumina albastră și roșie și să reflecte verdele. Deoarece lumina verde ajunge atât de abundent pe Pământ, lumina verde rămâne cel mai puternic pigment reflectat pe plante, iar plantele continuă să pară verzi.

  • (Totuși, rețineți că alte organisme, cum ar fi păsările și insectele, probabil văd plantele foarte diferit, deoarece ochii lor pot distinge culorile diferit și văd mai mult din lumina UV puternic reflectată, ceea ce ai noștri nu pot).

Biologul John Berman a oferit părerea că evoluția nu este un proces de inginerie și, prin urmare, este adesea supusă diferitelor limitări pe care un inginer sau alt proiectant nu este. Chiar dacă frunzele negre au fost mai bune, limitele evoluției pot împiedica speciile să urce pe cel mai înalt vârf absolut din peisajul de fitness. Berman a scris că realizarea pigmenților care funcționează mai bine decât clorofila ar putea fi foarte dificilă. De fapt, se consideră că toate plantele superioare (embriofite) au evoluat dintr-un strămoș comun care este un fel de algă verde - cu ideea că clorofila a evoluat o singură dată. (referinţă)

Plantele și alte organisme fotosintetice sunt în mare parte umplute cu complexe pigment-proteine ​​pe care le produc pentru a absorbi lumina soarelui. Prin urmare, partea din fotosinteză pe care o investesc în aceasta trebuie să fie proporțională. Pigmentul din stratul inferior trebuie să primească suficientă lumină pentru a-și recupera costurile energetice, ceea ce nu se poate întâmpla dacă un strat superior negru absoarbe toată lumina. Prin urmare, un sistem negru poate fi optim numai dacă nu costă nimic (referință).

Lumina roșie și galbenă are o lungime de undă mai mare, o lumină cu energie mai mică, în timp ce lumina albastră este o energie mai mare. Pare ciudat faptul că plantele ar recolta lumina roșie cu energie mai mică în loc de lumina verde cu energie mai mare, cu excepția cazului în care considerați că, la fel ca toată viața, plantele au evoluat mai întâi în ocean. Apa de mare absoarbe rapid lumina albastră și verde de mare energie, astfel încât doar lumina roșie cu energie mai mică, cu lungime de undă mai lungă poate pătrunde în ocean. Întrucât plantele timpurii și încă cea mai mare plantă de astăzi au trăit în ocean, optimizarea pigmenților lor pentru a absorbi roșii și galbeni care erau prezenți în apa oceanului a fost cea mai eficientă. În timp ce capacitatea de a capta lumina albastră cu cea mai mare energie a fost păstrată, incapacitatea de a recolta lumina verde pare a fi o consecință a necesității de a putea absorbi energia inferioară a luminii roșii (de referință).

Câteva speculații cu privire la acest subiect: (referință)


Răspunsul meu are mai multe părți.

În primul rând, evoluția a selectat sistemul (sistemele) actual (e) în nenumărate generații prin selecție naturală. Selecția naturală depinde de diferențele (majore sau minore) în eficiența diferitelor soluții (fitness) în lumina (ho ho!) A mediului actual. Iată unde spectrul energiei solare este important, precum și variabilele de mediu locale, cum ar fi absorbția luminii de către apă etc., așa cum a subliniat un alt respondent. La urma urmei, ceea ce ai este ceea ce ai și se dovedește a fi (în cazul plantelor verzi tipice), clorofilele A și B și reacțiile „luminoase” și „întunecate”.

În al doilea rând, cum duce acest lucru la plante verzi care par verzi? Absorbția luminii este ceva care are loc la nivel atomic și molecular și implică de obicei starea de energie a anumitor electroni. Electronii din anumite molecule sunt capabili să se deplaseze de la un nivel de energie la altul fără a părăsi atomul sau molecula. Când energia unui anumit nivel lovește molecula, acea energie este absorbită și unul sau mai mulți electroni se deplasează la un nivel de energie mai ridicat în moleculă (conservarea energiei). Acei electroni cu energie mai mare revin de obicei la „starea fundamentală” prin emiterea sau transferul acelei energie. O modalitate prin care energia poate fi emisă este ca lumina într-un proces numit fluorescență. A doua lege a termodinamicii (care face imposibilă existența mașinilor cu mișcare perpetuă) duce la emisia de lumină cu energie mai mică și lungime de undă mai mare. (n.b. lungimea de undă (lambda) este invers proporțională cu energia; lumina roșie cu lungime de undă lungă are mai puțină energie pe foton decât violeta cu lungime de undă scurtă (ROYGBIV așa cum se vede în curcubeul obișnuit)).

Oricum, clorofilele A și B sunt molecule organice complexe (C, H, O, N cu un strop de Mg ++) cu o structură inelară. Veți descoperi că o mulțime de molecule organice care absorb lumina (și fluorescă la fel) au o structură inelară în care electronii „rezonează” deplasându-se cu ușurință în jurul inelului. Rezonanța electronilor determină spectrul de absorbție al unei molecule date (printre altele). Consultați articolul Wikipedia despre clorofilă pentru spectrul de absorbție al celor două clorofile. Veți observa că absorb cel mai bine la lungimi de undă scurte (albastru, indigo, violet), precum și la lungimile de undă lungi (roșu, portocaliu, galben), dar nu și în verde. Deoarece nu absorb lungimile de undă verzi, acesta este ceea ce a rămas și asta este ceea ce ochiul tău percepe ca culoarea frunzei.

În cele din urmă, ce se întâmplă cu energia din spectrul solar care a fost absorbită temporar de electronii clorofilei? Deoarece nu face parte din întrebarea inițială, voi păstra această scurtă (scuze fiziologilor de plante de acolo). În „reacția dependentă de lumină”, electronii energetici sunt transferați printr-un număr de molecule intermediare pentru a „împărți” în cele din urmă apa în oxigen și hidrogen și pentru a genera molecule bogate în energie de ATP și NADPH. ATP și NADPH sunt apoi utilizate pentru a alimenta „reacția independentă de lumină” care ia CO2 și îl combină cu alte molecule pentru a crea glucoză. Rețineți că așa obțineți glucoză (cel puțin în cele din urmă într-o formă, vegană sau nu) pentru a mânca și oxigen pentru a respira.

Aruncați o privire la ce se întâmplă atunci când decuplați artificial clorofilele din sistemul de transfer care duce la sinteza glucozei. http://en.wikipedia.org/wiki/Chlorophyll_fluorescence Observați culoarea fluorescenței la lumina UV!

Alternative? Uită-te la bacteriile fotosintetice.


Tobias Keinzler face o treabă bună explicând de ce plantele negre nu ar funcționa, aceasta este o explicație a motivului pentru care plantele sunt verde și nu o altă culoare.

Culoarea frunzișului se bazează pe orice culoare este a bacteriilor (sau arheilor) care se încorporează pentru a deveni cloroplaste. Sau mai precis culoarea pigmenților lor care absorb lumina. există o gamă uriașă în natură pentru culoarea organismelor fotosintetice, plantele sunt verzi pentru că clorofila este verde, ar fi putut fi la fel de ușor roșie sau violetă. http://www.ucmp.berkeley.edu/glossary/gloss3/pigments.html

Există dovezi decente că strămoșii cloroplastului absorb marginile spectrului vizibil pentru că halobacteriile absorb principalii constituenți, pentru că utilizatorii de clorofilă nu au concurat direct cu ei, absorbind în schimb lumina rămasă. Abia mai târziu, când au fost încorporați în celule mai mari, au ajuns să domine și, în cele din urmă, au dat naștere plantelor. Plantele nu sunt verzi pentru că verde este mai bine, plantele sunt verzi pentru că este primul pigment fotosintetic eficient care a evoluat și nu a concurat cu fotosintetizatorul dominant.


Fotosinteza în Leaves That Aren & # 8217t Green

R: Fotosinteza (care înseamnă literalmente & # 8220light a pus împreună & # 8221) este acel proces chimic foarte elegant care a început viața așa cum o cunoaștem acum aproximativ 4 miliarde de ani. Deci, pentru a răspunde la întrebarea dvs., vom avea nevoie de o scurtă lecție de chimie. Practic, șase molecule de apă (H2O) plus șase molecule de dioxid de carbon (CO2) în prezența energiei luminoase produc o moleculă de zahăr de glucoză (C6H12O6) și emit șase molecule de oxigen (O2) ca produs secundar. Acea moleculă de zahăr conduce lumea vie. Animalele mănâncă plante, apoi inspiră oxigen, care este folosit pentru a metaboliza zahărul, eliberând energia solară stocată în glucoză și eliberând dioxid de carbon ca produs secundar. Viața asta, pe scurt.

Toate plantele de fotosinteză au o moleculă de pigment numită clorofilă. Această moleculă absoarbe cea mai mare parte a energiei din partea violet-albastru și roșcat-portocaliu a spectrului de lumină. Nu absoarbe verde, astfel încât & # 8217 să se reflecte înapoi în ochii noștri și să vedem frunza ca verde. Există și pigmenți accesorii, numiți carotenoizi, care captează energia neabsorbită de clorofilă. Există cel puțin 600 de carotenoizi cunoscuți, împărțiți în xantofile galbene și caroteni roșii și portocalii. Absorb lumina albastră și par galbene, roșii sau portocalii ochilor noștri. Antocianina este un alt pigment important care nu este direct implicat în fotosinteză, dar dă culoarea tulpinilor, frunzelor, florilor sau chiar fructelor roșii.

Multe plante sunt selectate ca ornamentale deoarece dintre frunzele lor roșii - tufiș de fum violet și prune japoneze și niște arțari japonezi, pentru a numi doar câteva. Evident, reușesc să supraviețuiască destul de bine fără frunze verzi. La un nivel scăzut de lumină, frunzele verzi sunt cele mai eficiente la fotosinteză. Într-o zi însorită, totuși, nu există nicio diferență între capacitatea frunzelor roșii și verzi de a capta energia soarelui. Am observat prezența roșu în frunzele noi ale multor plante din zona golfului, precum și în numeroase specii tropicale. Antocianinele roșii previn aparent deteriorarea frunzelor de la energia luminii intense prin absorbția luminii ultraviolete. Există, de asemenea, dovezi că compușii neplăcuți sunt adesea produși împreună cu antociani, care pot fi modalitatea plantelor de a-și anunța toxicitatea pentru erbivorii potențiali. Deci, plantele cu frunze roșii primesc puțină protecție împotriva luminii ultraviolete și trimit un avertisment dăunătorilor care mănâncă frunze, dar își pierd puțin din eficiența fotosintetică în lumina mai slabă.

Botanicii s-au întrebat în legătură cu frunzele roșii versus verzi în ultimii 200 de ani și mai sunt multe cercetări de făcut în această arenă. Deci ești într-o companie bună, Paul.


Cum se susține o plantă cu frunze roșii fără clorofilă verde?

A. Unelor plante parazite le lipsește în totalitate clorofila și fură produsele fotosintezei de la gazdele lor verzi, a spus Susan K. Pell, director de știință la Grădina Botanică din Brooklyn. Alte plante, cum ar fi un copac cu frunze roșii, au multă clorofilă, dar molecula este mascată de un alt pigment.

Clorofila absoarbe lumina roșie și albastră, „reflectând și astfel aparând, verde”, a spus dr. Pell. Clorofila folosește această energie electromagnetică, împreună cu dioxid de carbon și apă, pentru a produce glucoză și oxigen.

Majoritatea plantelor au și alți pigmenți: carotenoizi, care de obicei par galben până la portocaliu, și antociani, care sunt roșii până la violet. Un pigment domină de obicei. Deci, o plantă cu frunze roșii are probabil cantități mai mari decât de obicei de antociani, a spus dr. Pell. Dar clorofila este încă prezentă și funcționează.

„Obișnuiam să credem că toată schimbarea culorii frunzelor de toamnă a rezultat din dezvăluirea carotenoizilor și antocianinelor deja prezente atunci când clorofila a fost descompusă în pregătirea pentru dormență”, a spus ea. Știm acum că frunzele produc de fapt antociani suplimentare până la bătrânețe, a spus ea.

Avantajele evolutive nu sunt pe deplin înțelese, a spus dr. Pell. O teorie este că antocianinele suplimentare oferă umbră sub care cloroplastele (structurile din interiorul celulelor) își pot descompune clorofila, ajutând planta să-și reabsorbă blocurile de construcție, în special azotul valoros. O altă teorie este că antocianinele, care sunt antioxidanți puternici, protejează plantele în pregătirea pentru iarnă.


Verde de primăvară: de ce frunzele noi au o culoare mai deschisă?

(Inside Science) - Primăvara a ajuns acum oficial în emisfera nordică. Deja, mulți copaci de foioase își scutură stupoarea iernii și se pregătesc să desfășoare noi pliante delicate.

„În următoarele săptămâni, cu siguranță vom începe să avem verzi strălucitoare, până la un verde salvie”, a spus Carrie Andresen, un gardian de la Catoctin Mountain Park din nordul Maryland. Pădurile parcului conțin stejar, arțar, hickory, plop de lalea și alți copaci.

În general, verdele frunzelor de primăvară este mai proaspăt și mai deschis decât nuanțe verzi profunde ale baldachinului matur al verii.

Motivele, spun oamenii de știință, au legătură cu modul în care se dezvoltă frunzele. Cloroplastele foliolelor tinere -- partea plantei care conține clorofila pigmentului verde -- sunt încă în curs de dezvoltare, astfel încât frunzele tind să fie mai ușoare. Frunzele noi sunt, de asemenea, mai subțiri, cu mai puține straturi ceroase sau dure care pot închide culoarea verde.

Când frunzele încep să se maturizeze, încep să producă pigmenți suplimentari. Unele dintre aceste molecule pot da frunzelor culorile galbene și roșii pe care le vedeți în toamnă.

Frunzele mai tinere au, în general, mai puțini pigmenți accesorii, astfel încât verdele clorofilei care este prezentă nu este mascat, a spus Gregory Moore, un om de știință în plante la Universitatea din Melbourne din Australia. Acesta este un alt motiv pentru care verdele de primăvară poate arăta mai strălucitor, a spus el.

Cu toate acestea, unele frunze noi, cum ar fi cele ale artarului roșu, sunt de obicei nuanțe de roșu primăvara. Acest lucru se datorează faptului că o mulțime de zahăr este pompat în frunzele mici și tinere pentru a-și alimenta creșterea, iar zahărul este uneori transformat în pigment roșu antocianină și depozitat în frunză, conferindu-i un aspect roșiatic, a explicat Moore. Pe măsură ce frunzele se maturizează, antocianina suplimentară este metabolizată, iar frunzele devin verzi.

Nuanța roșiatică poate avea un beneficiu suplimentar pentru planta tânără: protecția împotriva daunelor provocate de soare, a declarat Susan Ustin, ecolog de la Universitatea din California, Davis.

Ustin a studiat modul în care frunzele apar camerelor montate pe avioane, drone sau chiar sateliți în spațiu. În plus față de lumina vizibilă, aceste camere pot „vedea” adesea lumina în partea infraroșie a spectrului, dincolo de ceea ce ochii umani pot detecta. Frunzele plantelor reflectă puternic lumina în infraroșu apropiat, astfel încât aceste informații suplimentare îi ajută pe oamenii de știință să estimeze tipul și densitatea vegetației în fotografii realizate uneori de la sute de kilometri distanță.

Ustin a spus că o cameră de la distanță care monitorizează un câmp agricol, în care plantele sunt, de obicei, o singură specie, ar putea detecta modificările subtile ale pigmentului care au loc din primăvară până în vară.

La o scară și mai mare, sateliții NASA au capturat izvorul „înverzit” pe frâuele uriașe ale Pământului, arătând, de exemplu, în aceste imagini din 2006 din zona golfului Chesapeake (prezentate în dreapta), cum o zonă cu doar o praf de verde deschis în aprilie se transformă într-un peisaj luxuriant pictat cu accente de culoare verde intens în iulie.

Schimbarea culorii arătată în imagini se datorează probabil în primul rând creșterii numărului și dimensiunii frunzelor copacilor pe măsură ce primăvara progresează, precum și dezvoltării culturilor în câmpurile agricole între petele de pădure, a declarat Jeff Masek, un om de știință la NASA Goddard Space Flight Center din Greenbelt, Maryland, care este specializat în imagini prin satelit ale vegetației.

Viitorii sateliți ar putea transporta camere capabile să surprindă o imagine mai precisă a chimiei frunzelor, a spus Masek. În timp ce o cameră color normală precum cea de pe telefonul dvs. adună doar 3 canale de lumină (roșu, verde și albastru), așa-numitele camere de imagistică hiperspectrale pot capta sute de canale diferite din spectrul electromagnetic. Camerele hiperspectrale au fost instalate pe avioane și trimise la Stația Spațială Internațională, iar NASA lucrează la planuri pentru un satelit cu capacități de imagistică hiperspectrală care ar putea fi lansat în următorul deceniu.

Camerele pot aduna o mulțime de date despre sănătatea și diversitatea plantelor, a spus Phil Townsend, biolog la Universitatea din Wisconsin-Madison, care folosește imagini de la distanță pentru a studia funcționarea ecosistemelor. Un satelit cu imagini hiperspectrale ar putea măsura pigmenții și structura frunzelor plantelor, poate monitoriza compușii de azot din plante sau poate detecta prezența moleculelor, cum ar fi compușii pe care unele plante le folosesc pentru a se apăra împotriva insectelor, care sunt invizibile pentru ochii omului. Toate aceste informații pot ajuta la răspunsul la întrebări despre biologia plantelor la scară largă - cum ar fi cât de sănătoase sunt pădurile sau câmpurile întregi sau cât de bine schimbă plantele nutrienți, apă și gaze precum dioxidul de carbon și oxigenul cu mediul înconjurător și atmosfera. .

Întorcându-se la o scară mai personală, vizitatorii parcului montan Catoctin primesc vederi de aproape ale vegetației de primăvară, a spus Andresen. "Este acel sentiment de evadare, ca și animalele care ies din hibernare. Noi, ca oameni, scăpăm de febra cabinei, vrem să ieșim pe poteci și să descoperim cu adevărat schimbările".

Ea a spus că, pe lângă culorile delicate ale frunzelor emergente, primăvara este marcată de diversitatea ei de nuanțe, de la verdele vibrant al mușchiului, până la florile roșii de pe copacii roșii. Parcul oferă vizitatorilor șansa de a împrumuta ochelari speciali concepuți pentru a spori distincția dintre culorile roșu și verde pentru unele persoane cu daltonism. „Primăvara și toamna par a fi cele mai populare perioade pentru care oamenii le verifică din cauza diferenței de culori strălucitoare în acele perioade ale anului”, a spus ea.


De ce unele plante nu sunt verzi?

Deși în general se crede că plantele sunt verzi, există unele care nu sunt. Dacă o plantă apare o altă culoare, cum ar fi roșu, nu este neapărat pentru că planta nu conține clorofilă. Alți pigmenți pot acoperi pigmentul verde, făcând planta să pară o culoare diferită. În acest caz, planta este încă un autotrof (auto-hrănitor), folosind fotosinteza pentru a genera energie. Cu toate acestea, nuanța clorofilei este doar mascată.

Există și plante care nu conțin clorofilă și, prin urmare, nici nu par verzi. Aceste plante sunt numite heterotrofe, adică „alte hrăniri”. După cum sugerează și numele lor, nu își pot face propriile alimente și fie vor obține substanțe nutritive din alte plante, fie se vor hrăni cu ciuperci. & # 160

Exemple de plante care nu sunt verzi:


De ce sunt plantele verzi? Pentru a reduce zgomotul în fotosinteză.

Plantele terestre sunt verzi, deoarece pigmenții lor fotosintetici reflectă lumina verde, chiar dacă aceste lungimi de undă dețin cea mai mare energie. Oamenii de știință înțeleg în sfârșit de ce.

Olena Shmahalo / Revista Quanta

Rodrigo Pérez Ortega

De la copaci mari din jungla amazoniană până la plante de apartament până la alge marine din ocean, verde este culoarea care domnește asupra regnului plantelor. De ce verde și nu albastru sau magenta sau gri? Răspunsul simplu este că, deși plantele absorb aproape toți fotonii din regiunile roșii și albastre ale spectrului luminii, ei absorb doar aproximativ 90% din fotonii verzi. Dacă ar absorbi mai mult, ar părea negri pentru ochii noștri. Plantele sunt verzi, deoarece cantitatea mică de lumină pe care o reflectă este aceeași culoare.

Dar acest lucru pare nesatisfăcător de risipitor, deoarece cea mai mare parte a energiei pe care soarele o radiază se află în partea verde a spectrului. Atunci când sunt presați să explice mai departe, biologii au sugerat uneori că lumina verde ar putea fi prea puternică pentru ca plantele să o poată folosi fără să facă rău, dar motivul pentru care nu a fost clar. Even after decades of molecular research on the light-harvesting machinery in plants, scientists could not establish a detailed rationale for plants’ color.

Recently, however, in the pages of Ştiinţă, scientists finally provided a more complete answer. They built a model to explain why the photosynthetic machinery of plants wastes green light. What they did not expect was that their model would also explain the colors of other photosynthetic forms of life too. Their findings point to an evolutionary principle governing light-harvesting organisms that might apply throughout the universe. They also offer a lesson that — at least sometimes — evolution cares less about making biological systems efficient than about keeping them stable.

The mystery of the color of plants is one that Nathaniel Gabor, a physicist at the University of California, Riverside, stumbled into years ago while completing his doctorate. Extrapolating from his work on light absorption by carbon nanotubes, he started thinking of what the ideal solar collector would look like, one that absorbed the peak energy from the solar spectrum. “You should have this narrow device getting the most power to green light,” he said. “And then it immediately occurred to me that plants are doing the opposite: They’re spitting out green light.”

In 2016, Gabor and his colleagues modeled the best conditions for a photoelectric cell that regulates energy flow. But to learn why plants reflect green light, Gabor and a team that included Richard Cogdell, a botanist at the University of Glasgow, looked more closely at what happens during photosynthesis as a problem in network theory.

The first step of photosynthesis happens in a light-harvesting complex, a mesh of proteins in which pigments are embedded, forming an antenna. The pigments — chlorophylls, in green plants — absorb light and transfer the energy to a reaction center, where the production of chemical energy for the cell’s use is initiated. The efficiency of this quantum mechanical first stage of photosynthesis is nearly perfect — almost all the absorbed light is converted into electrons the system can use.

But this antenna complex inside cells is constantly moving. “It’s like Jell-O,” Gabor said. “Those movements affect how the energy flows through the pigments” and bring noise and inefficiency into the system. Quick fluctuations in the intensity of light falling on plants — from changes in the amount of shade, for example — also make the input noisy. For the cell, a steady input of electrical energy coupled to a steady output of chemical energy is best: Too few electrons reaching the reaction center can cause an energy failure, while “too much energy will cause free radicals and all sorts of overcharging effects” that damage tissues, Gabor said.

Gabor and his team developed a model for the light-harvesting systems of plants and applied it to the solar spectrum measured below a canopy of leaves. Their work made it clear why what works for nanotube solar cells doesn’t work for plants: It might be highly efficient to specialize in collecting just the peak energy in green light, but that would be detrimental for plants because, when the sunlight flickered, the noise from the input signal would fluctuate too wildly for the complex to regulate the energy flow.

Instead, for a safe, steady energy output, the pigments of the photosystem had to be very finely tuned in a certain way. The pigments needed to absorb light at similar wavelengths to reduce the internal noise. But they also needed to absorb light at different rates to buffer against the external noise caused by swings in light intensity. The best light for the pigments to absorb, then, was in the steepest parts of the intensity curve for the solar spectrum — the red and blue parts of the spectrum.

The model’s predictions matched the absorption peaks of chlorophyll A și b, which green plants use to harvest red and blue light. It appears that the photosynthesis machinery evolved not for maximum efficiency but rather for an optimally smooth and reliable output.

Cogdell wasn’t fully convinced at first that this approach would hold up for other photosynthetic organisms, such as the purple bacteria and green sulfur bacteria that live underwater and are named for the colors their pigments reflect. Applying the model to the sunlight available where those bacteria live, the researchers predicted what the optimal absorption peaks should be. Once again, their predictions matched the activity of the cells’ pigments.

“When I realized how fundamental this was, I found myself looking in the mirror and thinking: How could I be so dumb not to think about this before?” Cogdell said.

(There are plants that don’t appear green, like the copper beech, because they contain pigments like carotenoids. But those pigments are not photosynthetic: They typically protect the plants like sunscreen, buffering against slow changes in their light exposure.)

“It was extraordinarily impressive, I think, to explain a pattern in biology with an incredibly simple physical model,” said Christopher Duffy, a biophysicist at Queen Mary University of London, who wrote an accompanying commentary on the model for Ştiinţă. “It was nice to see a theoretically led work that understands and promotes the idea that it is robustness of the system that seems to be the evolutionary driving force.”

Researchers hope the model can be used to aid in the design of better solar panels and other solar devices. Although the efficiency of photovoltaic technology has advanced considerably, “I would say it’s not a solved problem in terms of robustness and scalability, which is something that plants have solved,” said Gabriela Schlau-Cohen, a physical chemist at the Massachusetts Institute of Technology.

Gabor has also set his mind on someday applying the model to life beyond Earth. “If I had another planet and I knew what its star was like, could I guess what photosynthetic life might look like?” el a intrebat. In the code of his model — which is publicly available — there is an option to do exactly that with any selected spectrum. For now, the exercise is purely hypothetical. “In the next 20 years, we probably will have enough data on an exoplanet to be able to [answer] that question,” Gabor said.


Why Do Different Plants Have Different Shades Of Green?

However, these aren&rsquot the only light-harvesting pigments present in leaves. To a much lesser degree, pigments that color orange, red, and yellow are also present in leaves, but they play a secondary role to chlorophyll. Carotenoids and xanthophyll are only two others of the numerous pigments within leaves that capture the energy of the sun. Carotenoids give vibrant orange and yellow hues. They are the pigments that give carrots their iconic orange. Xanthophylls are the reason sunflowers have such sunny yellow petals, as well as reds and oranges of various other fruits and vegetables.

The different concentrations of these pigment will dictate the color of green in the plants around us. The different types and amounts of pigment in different species of plant can reflect their evolutionary roots and reveal information about the plant&rsquos habitat, its nutritional status and needs, and its age.


Review Questions

Multiple Choice Question

1. Tick (✓) the appropriate answer:

(i) Identify the plant which has compound leaves:
(a) Banana
(b) Banyan
(c) Mango
(d) Rose

(ii) Which one of the following is not an insectivorous plant—
(a) Pitcher plant
(b) Venus flytrap
(c) Bladderwort
(d) Cactus

(iii) This leaf shows parallel venation:
(a) Banana
(b) Mango
(c) Banyan
(d) Guava

(iv) The point on the stem from where the leaf arises is:
(a) Petiole
(b) Lamina
(c) Node
(d) Trunk

(v) Which one of the following is essential for photosynthesis:
(a) Carbon dioxide
(b) Azot
(c) Oxygen
(d) Soil

Intrebarea 2.

Name the following:Răspuns :

  1. The part of the plant which grows under the ground: rădăcină
  2. The part of the plant which grows above the soil: trage

Întrebarea 3.


Differentiate between the following:

(i) Tap root and Fibrous root
Răspuns :
Tap root

  1. This root has one main primary root with many side secondary roots.
  2. It is found in dicot plants.
  3. de exemplu. mango, pea

Rădăcină fibroasă

  1. These roots are clusters of same thickness and size, arising from the base of the stem.
  2. It is found in monocot plants,
  3. de exemplu. maize, wheat

(ii) Simple Leaf and compound leaf
Răspuns :
Frunza simplă

  1. The Lamina is uni divided and is a single piece.
  2. Exemplu: mango,banana, banyan, etc.

Frunza compusă

  1. The leaf blade or lamina is divided into smalled units called leaflets.
  2. Example is rose.

(iii) Parallel venation and reticulate venation
Răspuns :
Parallel Venation

  1. In this type of venation,veins and veinlets are irregularly distributed in the lamina, forming a network.
  2. Examples are peepal, mango and guava leaves.

Retetați Venation

  1. In this type of venation, veins are parallel to each other.
  2. Examples are banana, grass and wheat leaves.

Întrebarea 4.


What are the four functions of the roots ?
Răspuns :
The root serves the following functions :

  1. It fixes the plant in the soil.
  2. Absorbs water and minerals from the soil for the entire plant.
  3. It acts as a storage part for food materials for certain plants.
  4. It binds the soil together so that it does not get washed away during rain or blown over by the wind.

Întrebarea 5.


Mention the functions of the following :

(i) Spines
(ii) Tendril
(iii) Scale leaves
Răspuns :
(i) Spines—The leaves may be modified to form spines to reduce water loss by transpiration in desert plants.
(ii) Tendril — The stem may occur in the form of their thread – like leafless branch called tendril. It has the ten-dency to coil around any object and help the plant to climb it
(iii) Scale leaves — Scale leaves are present in some plants like onion and ginger. They are thin and dry or thick and fleshy and their function is to protect buds.

Întrebarea 6.


Define venation. What are the different types of ve-nation found in the leaves ?
Răspuns :
Venation: Arrangement of pattern of veins in a lanuina is called venation.
It is mainly of two types :

  1. Reticulate venation : Veins and veinlets are irregularly distributed in the lamina forming a network.
    Exemplu: mango, guava.
  2. Parallel venation: Veins run parallel to each other
    Exemplu: Banana, grass, wheat

Întrebarea 7.


Describe the modifications of leaf in any one insec-tivorous plant.
Răspuns :
Modification of leaves in Venus flytrap (an insectivorous plant)
The leaves of Venus flytrap have long pointed hair. It is divided into two parts having midrib in between like a hinge. When an insect visits the leaf, it closes its two parts and traps the insect. The insect is then digested by secreting digestive juices.

Întrebarea 8.


Write the two main functions of leaves.
Răspuns :
The two main functions of leaves are –

  1. Photosynthesis – Green leaves contain chlorophyll which, in presence of sunlight, manufacture food using carbon-dioxide and water.
  2. Transpiration – Surface of leaves have minute pores which help in loss of water by evaporation. It has cooling effect making roots absorb more water due to suction.

Întrebarea 9.

What is the modification seen in the Bryophyllum. Explica.
Răspuns :

  1. Bryophyllum is a plant whose leaves produce adventitious buds in their margin.
  2. The adventitious buds grow into new plants when they fall off from the parent plant.

Întrebarea 10.


Define:
(i) Photosynthesis
(ii) Tranpiration
Răspuns :
(i) Photosynthesis — The process by which plant leaf prepares or synthesises food from water and carbon dioxide in the presence of chlorophyll and sunlight is called photosynthesis.
(ii) Tranpiration — This is the process by which there is a loss of water in the form of vapour by evaporation from the surface of leaves. It has cooling effect, it causes suction force to make roots absorb more water with mineral ions.

Întrebarea 11.


Name the wide flat portion of the leaf
Răspuns :
The green, flat and broad part of the leaf is called ‘lamina’ or ‘leaf blade’.

Întrebarea 12.


What purpose is served by the spines horned on the leaves of cactus.
Răspuns :
Leaves are modified into spines to reduce water loss, like cactus. In prickly poppy, leaves bear spines on the margin.

Întrebarea 13.


Explain why leaf survival is so important to the plant?
Răspuns :
Because they perform two main function of photosynthesis and transpiration.

Întrebarea 14.

Give an example of the following and draw generalized diagrams for the same:
(i) Simple leaf and compound leaf.
(ii) Parallel venation and reticular venation.
Răspuns :
(i) Simple leaf and compound leaf.

  1. Simple leaf: In a simple leaf, the lamina is undivided and is a single piece, e.g., mango, banana, banyan, etc.
  2. Compound leaf: In a compound leaf, the leaf blade or lamina is divided into smaller units called leaflets e.g., rose.

(ii) Parallel venation and reticular venation.

  1. venation (Parallel ): In this type of venation, veins run and
    parallel to each other, e.g., banana, grass, maize and wheat leaves (monocot plants).
  2. Reticulate venation: In this type of venation, veins and veinlets are irregularly distributed in the lamina, forming a network, e.g. peepal, mango and guava leaves (dicot plants).

Întrebarea 15.

In list some of the advantages of transpiration to green plants.
Răspuns :
It helps to maintain the concentration of the sap inside the plant body:
The roots continue to absorb water from the soil. If excess water does not evaporate through transpiration, the sap will become dilute, preventing further absorption of water and minerals from the soil.

Cooling effect: In transpiration, water gets evaporated from the plant. The heat required for evaporation of water is obtained from the plant itself and thus, the plant cools itself when it is hot outside.

Întrebarea 16.

Why do some plants have to trap insects ?
Răspuns :
Insectivorous plants trap insect because they grow in a soil which is deficient in nitrogen and insects help in fulfilling the nitrogen requirement of plants.

Întrebarea 17.


Explain some of the modifications of leaves found in plants.
Răspuns :
Sometimes, the complete leaf or a part of the leaf is modified to perform a special function.
Some of these modifications include:

  1. Leaf tendril: In case of certain weak stemmed plants, leaves or leaflets are modified into wiry, coiled structures called tendrils. They are sensitive to touch. As they touch any object, they coil around it and support the plant to climb up. Eg., Sweet pea (upper leaflets are modified into tendrils).
  2. Spines: Leaves are modified into spines to reduce water loss, like cactus. In prickly poppy, leaves bear spines on the margin.
  3. Scale leaves: In some plants, like onion and ginger, thin and dry or thick and fleshy scale leaves are present.Their function is to protect buds.

Întrebarea 18.


What is a tendril ? Explain its use to the plant.

Răspuns :
A tendril is a specialized stem, leave or petrole with a thread like shop. They are sensitive to touch. As they touch any object, they coil around it and support the plant to climb up. Example : Sweet pea (upper leaflets are modified into tendrils).

Întrebarea 19.

Complete the cross word using the clues given below. Check your performance with the correct solutions given at the end of the chapter.


Nutrient Deficiencies

Too little nitrogen will cause a pepper plant's oldest leaves to turn yellow while the leaves on the rest of the plant may turn light green. Too little iron, manganese, molybdenum or zinc can also cause a lightening or yellowing of pepper leaves. Working a few inches of well-rotted compost, aged manure or another organic soil amendment into the site before planting, and side-dressing the plants with nitrogen several weeks after transplanting, will help to prevent nutrient deficiency problems. You may also need to use a supplemental micronutrient fertilizer. A soil or leaf test is the best way to determine with certainty that a nutrient deficiency is responsible for the pepper plant's light green color.


Meaning of Chlorophyll

Chlorophyll refers to a light-absorbing pigment molecule that reflects a green colour to the chloroplast containing tissues by absorbing light of longer wavelength (red) and light of shorter wavelength (blue) of the electromagnetic spectrum. Chlorophylls are significantly of two kinds, namely chlorophyll-a, și b. These two pigments differ by having different side-chain composition and the distinct absorption tendency.

  • Chlorophyll-a consists of a methyl group (CH3) in the side chain and tends to absorb more red light of the visible spectrum.
  • Chlorophyll-b consists of the aldehyde group (CHO) in the side chain and tends to absorb more violet-blue light of the visible spectrum.

Istorie

Year of discoveryDiscovererDescoperire
1817Joseph Bienaime Caventou and Pierre Joseph PelletierIsolated and termed “Chlorophyll”
1864StokesThrough spectroscopy, demonstrated that chlorophyll is a mixture of two components (Chl-a and b)
1906-The presence of magnesium in chlorophyll has been detected
1906-1915Richard WillstatterIntroduced general structure of chlorophyll
1940Hans FischerIntroduced the structure of chlorophyll-a
1960Robert Burns WoodwardIntroduced synthesis of chlorophyll-a
1967Lan FlemingStudied the remaining stereochemical elucidation
1990Woodward and Co-authorsPublished an updated synthesis of chlorophyll
2010-Presence of chlorophyll-f has been detected in cyanobacteria

Why is Chlorophyll green?

Chlorophyll is a green pigment, which absoarbe red and blue spectrum of the visible light and transmits green ușoară. Due to the reflection of green light, all the chlorophyll-containing tissues or organelles appear green-coloured. Green colour of the leaves and stems is also due to this chlorophyll pigment.

Structure of Chlorophyll

A typical composition of chlorophyll comprises of a porphyrin head and a long phytol tail. Chlorophyll is a chelating ligand, which includes a central metal ion attached to the complex organic compound containing a mixture of carbon, nitrogen and hydrogen elements.

The structure of chlorophyll is characterized by:

  • The presence of magnesium (Mg 2+ ) as a central metal ion.
  • A varying lanț lateral.
  • The presence of an extra fifth ring or isocyclic ring, fixed to the porphyrin head.


Porphyrin Head

It typically includes four pyrrole rings fixed to the coordinated central metal and called “Tetrapyrroles”. The first pyrrole ring is substituted with the side chain differing in both the chlorophyll pigments. Both the chlorophyll pigments, i.e. chl-a and b have a different side chain, CH3 and CHO respectively.

The porphyrin ring has a square planar arrangement, where the four nitrogen atoms join the four pyrrole rings to the central magnesium ion. Besides plants, the porphyrin ring also exists in haemoglobin and vitamin-B12 molecules that have a different central atom like iron and cobalt, respectively.

To the base of the porphyrin ring, an extra isocyclic ring este prezent. Porphyrin ring is a stable ring, around which an electron can migrate freely. It results in a high tendency of porphyrin ring to gain or lose electrons.

Phytol Tail

It associates with the porphyrin head via ester. Se referă la unsaturated hydrocarbon chain that contains 39 H-atoms and 20 C-atoms with two C-C double bonds.

A phytol chain is composed of four isoprene units with a chemical name (2-methyl-1, 3-butadiene). One isoprene unit has a molecular formula C5H8, as it consists of five carbon atoms and eight hydrogen atoms.

Types of Chlorophyll in Plants

Chlorophyll-a și Chlorophyll-b are the two pigments that are commonly present in the plants.

Chl-a serves as the primary light-absorbing pigment. Oppositely, chl-b works as an accessory pigment. Both the pigments absorb light of certain wavelength from the incoming white light emitted by the sun.

White light includes seven different colours like violet, indigo, blue, green, yellow, orange and red that we call “VIBGYOR”. Violet, blue, red and orange light are generally absorbed from the visible white light.

Chl-a shows great absorbencies towards the light of the red and orange spectrum, while chl-b shows great absorbencies towards the light of the violet and blue spectru. Chlorophyll-a is a universal pigment present in all oxygenic photosynthetic organisms, while chlorophyll-b is ubiquitous in higher plants and some algae. In plant chlorophylls are embedded in the sac-like thylakoid membrane.

A thylakoid membrane involves many light-absorbing and accessory pigments that collectively form a Photosystem. Un antenă sau light-harvesting complex plus an active reaction centre consititute a photosystem. Chl-a is a primary pigment that absorbs the light energy (photons) from the sun (carries a bundle of photons) and passes it to the other pigment molecules till it outreaches a reaction centre.

In a photosystem, a reaction centre functions as an donator de electroni that transfers the photons to the acceptor de electroni molecule for the further cellular activities. Chlorophyll-b functions as an accessory pigment that expands the light-absorbing capacity of the light-absorbing particles.

Facts about Chlorophyll

There are some interesting facts about the chlorophyll that we must explore.

During plant senescence and fruit ripening

Plants degreen during the senescence stage and at the time of fruit ripening because during that period the chlorophyll pigments transform into colourless tetrapyrroles or NCC’s (Non-fluorescent chlorophyll catabolites).

Absorbing intensity

Chlorophyll has the highest absorbing capacity among the plant pigments, due to which it dominates or masks the leaf by its green colour. Once chlorophylls start to decompose, the colour of the leaves turn red, yellow, orange etc. For a plant to appear green, it must continuously replenish the chlorophyll.

Chemistry of chlorophyll

We can get a crystalline form of chlorophyll once the dried leaves are pulverized and treated with ethanol. We will get an amorphous form of chlorophyll when the dried leaves are pulverized and subjected to the treatment with reagents like ether or acetone. Chlorophyll is a mixture of two components, which includes a ratio of 3:1 of chl-a, and chl-b.

  • Solubilitate: Chlorophyll is a hydrophobic or fat-soluble organic compound that readily dissolves in lipids.
  • Acid treatment of chlorophyll causes a replacement of the magnesium with the two H-atoms and results in the formation of derivative “Phaeophytin” (olive-brown colour solid). Further hydrolysis of pheophytin causes splitting of phytol and results in the production of “Phaeophorbide”.
  • Base treatment of chlorophyll results in the formation of a series of phyllins and magnesium porphyrin compounds.
  • Denaturarea: Prolonged cooking and steaming denature the conformation of chlorophyll.

Food sources of chlorophyll

Asparagus, bell peppers, broccoli, green cabbage, celery, kale, green olives, spinach, alfalfa etc.

Uz comercial

Chlorophyll extracts of a plant are commercially used as aditivi in processed soaps, toothpaste, cosmetics, food products etc.

Medicinal uses

Chlorophyll has a wide range of medicinal uses. It serves as a natural body cleanser. Its regular uptake can reduce the faecal and urinary odour. Chlorophyll increases the bone, nail and teeth strength. It also provides immune support by increasing the RBCs count and reduces colon and liver cancer by interfering with the procarcinogens. Chlorophyll also detoxifies the blood by eliminating impurities from our body.


Priveste filmarea: Motivul care face să se ingălbenească frunzele de roșii (Ianuarie 2022).