一般社団法人 日本植物生理学会 The Japanese Society of Plant Physiologists

植物Q&A

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葉緑素について

質問者:   一般   fumihacchin
登録番号3097   登録日:2014-07-19
初めまして。
小学生の子どもの夏休みの自由研究で、緑色でない葉に含まれている葉緑素について調べたいと思っています。葉緑素の取り出し方をネットで調べたところ、「葉を粉砕し、メタノールにつけてすり潰し濾過する」とありましたが、その中に葉緑素が含まれているということは、どうやったら証明できるのでしょうか。何かを入れたら反応するとかあるのでしょうか。また、葉緑素を取り出すのに、他にいい方法があったら教えていただけると助かります。よろしくお願いします。
fumihacchin 様

ご質問をありがとうございます。
見かけは緑色でない葉に含まれている「葉緑素(クロロフィル)」について調べたいのですね。例えば、斑入りの葉の白色部分のようなものでしょうか。あるいは、緑色とは異なる色をしているアオジソやムラサキキャベツの葉のようなものでしょうか。
クロロフィルの発色(吸収)の強さは非常に大きいので、目で見て緑に見えることでクロロフィルがあることが感度良く検出されていることになっています(何かの物質と反応させてクロロフィルの色調を変えて検出することは普通にはありません)。しかし、現実の植物を見ると、葉によっては何らかの理由でクロロフィルを含んでいるにも関わらず外から見ると緑色に見えない場合や、緑以外の色を示す色素の吸収が強いため緑色を呈さない場合があるようですね。また、クロロフィル含量が非常に低い場合もありますね。
このような場合、クロロフィルの種類(陸上植物の場合はクロロフィルaとクロロフィルb)を確定し、また、それらの含量を正確に見積もるには、(A)色素(クロロフィル)を溶液(溶媒)の中に溶かし出し、(B)溶媒の中で、色素の種類や濃度を確認する手順がとられます。

(A)クロロフィル類は水に溶けにくく油に溶けやすい性質を備えているので、通常、溶出(抽出)にはアセトン(80%)かメタノール(100%)などの有機溶媒が使われます(ジメチルホルムアミド(DMF)も良く使われる)。なお、このような溶媒による抽出のための前操作、あるいは溶媒による抽出操作の際に、場合によっては植物組織をすり潰すことが必要になってきます(溶媒を隈なく行きわたらせ、試料に含まれるクロロフィルのすべてを抽出するため)。なお、ここで扱う有機溶媒は揮発性が強く、また、引火性も強いので、取り扱いには十分な注意が必要です(ある種の「危険物」ですので、その性質についてインターネットなどで詳しく調べておいて下さい)。また、容器や塗料などを溶かすことがありますので、有機溶媒に耐える容器や作業台(実験机)が必要になります。抽出の具体的な方法については、ネット上に早稲田大学の園池公毅先生(本会会員)が「光合成関連実験プロトコール|光合成の森」と題する情報公開をされており、これが参考になると思います(記述は専門家向けになっておりますが、全体として分かりやすく書かれていると私は思います)。

(B)溶媒中に抽出された色素がクロロフィルであることを確認するには「分光光度計」と呼ばれる装置を使って「吸収スペクトル(光の波長ごとの吸収の度合い)」を調べる必要があります。クロロフィルは特徴的な吸収スペクトルを示すので、スペクトルの形状(吸収極大の位置など)から、専門知識(*)の助けを借りれば、簡単に同定でき、また、その吸収の強さから色素量を見積もることができます。なお、クロロフィルは葉の中では非常に安定ですが、有機溶媒中では非常に不安定で、特に強い光が当たると短時間で壊れてしまいますので、抽出液の取り扱いには注意が必要です(有機溶媒中のクロロフィルの色調は、葉の中の場合とは少し異なっております)。
ところで、この実験を実行する上で問題となるのは「分光光度計」が使えるかどうかですね。このことに関しては、近くの大学の研究室(生物系・化学系・栄養学系など)やスーパーサイエンスハイスクールその他の支援先を見つけ、相談を持ちかけるられることをお勧めします。

なお、葉の切片を作り、顕微鏡で詳しく観察することにより、溶媒で抽出しない状態で、細胞内のクロロフィル量を見当づけることが出来るかも知れませんね。
また、これは緑色をしている葉の場合の話ですが、世の中には「葉緑素計」と呼ばれる装置が市販されており、有機溶媒で色素を抽出することなく、生きたままの葉でクロロフィル量を大雑把に見積もることもなされているようです。

*(参考文献)三室 守(編)「クロロフィル-構造・反応・機能-」裳華房(2011年)
JSPPサイエンスアドバイザー
佐藤公行
回答日:2014-07-22