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5.4 光合作用与能量转化（第1课时）

一、课前预习
1.绿叶中色素的提取和分离
（1）实验原理：绿叶中的色素能够溶解在 中，可以用 提取绿叶中的色素。不同的色素溶解度不同。 的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。这样，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。
（2）提取绿叶中的色素：称取 绿叶,剪去 ,剪碎, 放入研钵中→向研钵中放入少许 ，再加入5～10mL ，迅速、充分地进行研磨→将研磨液迅速倒入 进行过滤。
（3）分离绿叶中的色素：制备 → → → 。
（4）色素分离结果分析
色素种类
色素颜色
色素含量
溶解度
扩散速度
a
①_________
橙黄色
②_____
最高
最快
b
叶黄素
黄色
③_____
较高
④_____
c
叶绿素a
⑤_______
最多
⑥_____
较慢
d
⑦________
黄绿色
较多
⑧_____
⑨_____
（5）叶绿素a和叶绿素b主要吸收 ，胡萝卜素和叶黄素主要吸收 o这 4种色素吸收的光 有差别，但是都可以用于光合作用。
2.叶绿体的结构适于进行光合作用
（1）电子显微镜下可以看到叶绿体由 膜包被，内部有许多 。每个 都由 堆叠而成。吸收光能的4种色素分布在 上。在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的 分子，在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所 。
（2）德国科学家恩格尔曼把载有 和 细菌的临时装片放在 空气的小室内，在黑暗中用极细的光束照射水绵，发现细菌 集中；如果把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体 的部位。直接证明了叶绿体能吸收光能用于 。结合其他的实验证据，科学家们得出 这一结论。
（3）恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在 区域。这说明叶绿体主要利用 。
二、预习微测
1.判断正误
（1）研磨绿叶时，要加入二氧化硅、碳酸钙和无水乙醇（ ）
（2）分离色素时，在层析液中溶解度越高的色素在滤纸条上扩散的速度越慢（ ）
（3）叶绿体中只有叶绿素吸收的光能才能用于光合作用（ ）
（4）叶绿体中进行光合作用所需的酶分布于内膜、基质和类囊体（ ）
2.下列有关“提取和分离叶绿体色素”实验的叙述正确的是（　 　）
A.加入碳酸钙防止滤液挥发
B.用50%的酒精溶液提取叶片中的色素
C.用无水乙醇或丙酮分离滤液中的色素
D.加入二氧化硅（石英砂）有利于充分研磨
3.叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，下面有关叶绿体的叙述正确的是（　 　）
A．叶绿体中的色素都分布在囊状结构的膜上
B．叶绿体中的色素分布在外膜和内膜上
C．光合作用的酶只分布在叶绿体基质中
D．光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上
4.通过连线确定下列绿叶中色素种类、色素带颜色和滤纸条上位置的对应关系
色素种类 色素带颜色 滤纸条上位置（从上至下）
①叶绿素a a.黄绿色 Ⅰ.第一条
②叶绿素b b.蓝绿色 Ⅱ.第二条
③胡萝卜素 c.橙黄色 Ⅲ.第三条
④叶黄素 d.黄色 Ⅳ.第四条

一、课前预习答案
1.绿叶中色素的提取和分离
（1）有机溶剂无水乙醇 无水乙醇 溶解度高
（2）①5g 主叶脉 二氧化硅和碳酸钙 无水乙醇 玻璃漏斗
（3）滤纸条 画滤液细线 分离绿叶中的色素 观察记录分离结果
（4）①胡萝卜素 ②最少 ③较少 ④较快 ⑤蓝绿色 ⑥较低 ⑦叶绿素b ⑧最低 ⑨最慢
（5）蓝紫光和红光 蓝紫光 波长
2.叶绿体的结构适于进行光合作用
（1）双层 基粒 基粒 类囊体 类囊体的薄膜 色素 必需的酶
（2）水绵 需氧 没有 只向叶绿体被光束照射到的部位 所有受光 光合作用放氧 叶绿体是光合作用的场所
（3）红光和蓝紫光 红光和蓝紫光
二、预习微测答案
1.（1）√
（2）× 分离色素时，在层析液中溶解度越高的色素在滤纸条上扩散的速度越快。
（3）× 叶绿体中叶绿素和类胡萝卜素吸收的光能都能用于光合作用。
（4）× 叶绿体中进行光合作用所需的酶分布于基质和类囊体。
2.【答案】D
【解析】色素的提取实验中加入二氧化硅（石英砂）的作用是使得研磨更充分,加入碳酸钙的作用为保护色素不被破坏;用无水乙醇或丙酮等有机溶剂提取色素。
3.【答案】A
【解析】　叶绿体中的色素都分布在囊状结构的薄膜上。
4.①-b-Ⅲ，②-a-Ⅳ，③-c-Ⅰ，④-d-Ⅱ

一、色素提取和分离实验中的操作注意事项及其目的归纳：
过程
注意事项
目的
提取色素
选新鲜绿色的叶片
使滤液中色素含量高
研磨时加无水乙醇
溶解色素
加少量SiO2和CaCO3
使研磨充分和保护色素
迅速、充分研磨
防止乙醇挥发，充分溶解色素
盛放滤液的试管口加棉塞
防止乙醇挥发和色素氧化
分离色素
滤纸预先干燥处理
使层析液在滤纸上快速扩散
滤纸条一端剪去两角
防止层析液在滤纸条边缘扩散过快，使形成的色素带不整齐
滤液细线要直、细、匀
使分离出的色素带平整不重叠
滤液细线干燥后再画一两次
增加色素的量，使分离出的色素带清晰
滤液细线不触及层析液
防止色素直接溶解到层析液中
【提醒】SiO2有助于研磨充分；CaCO3可以防止研磨时色素被破坏。

1．关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，不正确的是（ ）
A．该实验结果表明，叶绿素a在层析液中溶解度最大
B．用无水乙醇作溶剂，提取的叶绿体色素中含有胡萝卜素
C．若研磨时不加二氧化硅，则滤纸条上各色素带均变窄
D．将滤液细线画粗些并不能增强实验效果
【答案】A
【解析】纸层析法分离叶绿体色素的实验结果表明，胡萝卜素在层析液中溶解度最大，A错误；用丙酮、无水乙醇等有机溶剂溶解和提取叶绿体中色素，提取的叶绿体色素中含有胡萝卜素，B正确；加入SiO2的目的是为了研磨充分，不加二氧化硅，则滤纸条上各色素带均变窄，C正确；用毛细管吸少量滤液，沿铅笔线处小心均匀地画出一条滤液细线，待晾干后再重复2-3次，太粗色素带会重叠，D正确。
【解题必备】绿叶中色素的提取和分离实验中知识点总结：
1．色素提取和分离过程中几种化学物质的作用：
（1）无水乙醇作为提取液，可溶解绿叶中的色素。
（2）层析液用于分离色素。
（3）二氧化硅破坏细胞结构，使研磨充分。
（4）碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏。
2．分离色素原理：各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素。
3．滤纸条从上到下依次是：胡萝卜素（最窄）、叶黄素、叶绿素a（最宽）、叶绿素b（第2宽），色素带的宽窄与色素含量相关。
二、叶绿体的结构特点与光合作用的适应性
1． 叶绿体中的基粒和类囊体极大地扩展了受光面积；在类囊体薄膜上分布着与光合作用有关的酶和色素，在基质中分布着与光合作用有关的酶。
2．（1）恩格尔曼选择水绵和好氧细菌作为探究叶绿体功能的实验材料的原因：水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；可通过好氧细菌的分布判断水绵各部位释放氧气的多少。
（2）恩格尔曼先将载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中，这样做的目的是作对照，排除氧气和光的干扰。
（3）用极细的光束照射和完全曝光，起对照作用。

2．如图所示为叶绿体中的某种结构，及其上发生的物质和能量变化，下面叙述不正确的是

A．图中的①是植物吸收的水分子
B．光合作用的色素都分布在结构②上
C．光能转变为[H]和ATP中的化学能
D．[H]、O2和ATP都能用于暗反应
【答案】D
【解析】水在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体的类囊体膜上，所以图中的①是植物吸收的水分子，A正确；叶绿体中的色素分布在叶绿体的类囊体膜上，B正确；在叶绿体的类囊体膜上，色素将吸收的光能转变为[H]和ATP中的化学能，C正确； [H]和ATP都能用于暗反应，O2不用于暗反应，直接释放，D错误。

1.下列有关“提取和分离叶绿体色素”实验的叙述正确的是（　 　）
A.加入碳酸钙防止滤液挥发
B.用50%的酒精溶液提取叶片中的色素
C.用无水乙醇或丙酮分离滤液中的色素
D.加入二氧化硅（石英砂）有利于充分研磨
2.某同学在做叶绿体色素的提取和分离的实验中,观察到的色素带颜色较浅,其可能原因是（　 　）
①无水乙醇加入量太多 　②未加CaCO3　 ③未加SiO2
④使用放置了两天的菠菜叶　 ⑤只画了一次滤液细线
A.2种 B.3种 C.4种 D.5种
3.下列关于叶绿素的叙述,错误的是（　 　）
A.叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素
B.被叶绿素吸收的光可用于光合作用
C.叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同
D.植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光
4.如图为用分光光度计测定叶片中两类色素吸收不同波长光波的曲线图,请判定A和B分别为何种色素

A.叶绿素、类胡萝卜素 B.类胡萝卜素、叶绿素
C.叶黄素、叶绿素a D.叶绿素a、叶绿素b
5.叶绿体是植物进行光合作用的细胞器,下列关于叶绿体及色素的叙述错误的是（　 　）
A.植物细胞都有叶绿体,叶绿素普遍分布于植物的每个细胞中
B.与光合作用有关的酶分布于类囊体和基质中
C.叶绿体内有许多类囊体,极大地扩大了受光面积
D.叶绿体中的色素分布于类囊体上,且都能吸收蓝紫光
6．下列是关于“色素的提取和分离实验”的相关问题，请回答：
（1）提取色素所用的溶剂是______，原理是____________。
（2）选择正确的实验材料是成功的关键，实验中最好选取______的叶子提取色素。研磨过程中需要加入__________________。
（3）分离色素时，需要特别注意____________，否则滤纸条上就没有色素。
（4）滤纸条上色素带的颜色从上到下依次是__________________。如果所用叶片较老，则滤纸条上从上到下第____________条色素带会变得不明显。

7．下列有关叶绿体色素的提取、分离及功能验证实验中，叙述正确的是（　　）
A．叶绿体色素之所以能够在滤纸上分离开的原因是不同的色素分子大小不同
B．实验中要注意不能让层析液没及滤液细线，目的是避免色素扩散进入层析液中
C．将叶绿体色素提取液装入试管，让一束白光穿过该滤液后再经三棱镜对光进行色散，光谱的颜色明显减弱的是绿光
D．提取的叶绿素溶液，给予适宜的温度、光照和CO2可进行光合作用
8.某科研人员为了研究石油醚、苯、丙酮在分离色素中的各自功能,分别用标准层析液（石油醚∶丙酮∶苯=20∶2∶1）、石油醚、苯、丙酮等4种液体来分离菠菜叶中的叶绿体色素。分离时间为140秒,实验结果如图所示。下列分析有误的是（　 　）

A.标准层析液组为对照组,其他三组为实验组
B.层析液中石油醚的功能是分离菠菜叶中的胡萝卜素
C.层析液中丙酮的功能是分离菠菜叶中的叶黄素
D.层析液中苯的功能是分离菠菜叶中的叶绿素a和叶绿素b
9.下图表示叶绿体中色素的吸收光谱（颜色深、浅分别表示吸收量多、少）。甲、乙两图分别是（　　）

A．胡萝卜素、叶绿素的吸收光谱
B．叶绿素、胡萝卜素的吸收光谱
C．叶黄素、叶绿素的吸收光谱
D．叶黄素、胡萝卜素的吸收光谱
10.关于提取和分离叶绿体色素实验:
（1）某同学在做“提取和分离叶绿体色素”实验时,操作情况如下表述:
①将5 g新鲜完整的菠菜叶,放在研钵中,加入适宜无水乙醇、二氧化硅、碳酸钙以后,迅速研磨
②用毛细吸管吸取少量滤液,沿滤纸上的铅笔线处小心均匀地画出一条滤液细线,并连续迅速地重复画2～3次。
③把画好细线的滤纸条插入层析液中,并不断摇晃,以求加快色素在滤纸条上的扩散。
实验结果失败,请指出其错误并改正:
①　 。 
②　 。 
③　 。 
（2）某兴趣小组同学想探究蔬菜不同叶片在叶绿素含量上的区别,选择了新鲜菠菜的“绿叶”“嫩黄叶”做提取和分离叶绿体色素”实验,色素层析结果如图,请根据实验结果回答:
①绿叶组的滤纸条是　　　　（填字母）,判断依据是　 　。 
②嫩黄叶组的滤纸条是　　　　（填字母）,判断依据是　 　。 

11.(2016·全国卷Ⅱ，4)关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是(　　)
A.叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中
B.构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
C.通常，红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D.黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的
12.（2016·江苏卷，17）下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述，正确的是（　　）
A.应该在研磨叶片后立即加入CaCO3，防止酸破坏叶绿素
B.即使菜叶剪碎不够充分，也可以提取出4种光合作用色素
C.为获得10 mL提取液，研磨时一次性加入10 mL乙醇研磨效果最好
D.层析完毕后应迅速记录结果，否则叶绿素条带会很快随溶液挥发消失
13.(2015·江苏卷，21)为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，下图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是(多选)(　　)
A.强光照导致了该植物叶绿素含量降低
B.类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照
C.色素Ⅲ、Ⅳ吸收光谱的吸收峰波长不同
D.画滤液线时，滤液在点样线上只能画一次

1.【答案】D
【解析】色素的提取实验中加入二氧化硅（石英砂）的作用是使得研磨更充分,加入碳酸钙的作用为保护色素不被破坏;用无水乙醇或丙酮等有机溶剂提取色素。
2.【答案】D
【解析】无水乙醇加入量过多,会造成乙醇中的叶绿素含量浓度小,导致色素带颜色浅;不加CaCO3,研磨时会使叶绿素遭到破坏,提取到的叶绿素少,导致色素带颜色浅;未加SiO2导致研磨得不充分,使色素带颜色浅;菠菜叶失绿,导致色素带颜色浅;画滤液细线次数少,导致色素带颜色浅。
3.【答案】D
【解析】镁是合成叶绿素a和叶绿素b的必需元素;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,用于光合作用的光反应过程;叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同;叶绿素不能有效地吸收绿光,绿光被反射出去,使植物呈现绿色。
4.【答案】A
【解析】根据图中吸收波峰分析色素A吸收红光和蓝紫光,表示叶绿素;色素B吸收波峰只有蓝紫光,则表示类胡萝卜素。
5.【答案】A
【解析】植物的根尖细胞没有叶绿体,因此植物的根尖细胞中没有叶绿素分布。
6．【答案】（1）无水乙醇（丙酮） 色素是有机物，易溶于有机溶剂中
（2）新鲜嫩绿 SiO2、CaCO3和无水乙醇
（3）不能让滤液细线触及层析液
（4）橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色 三和四
【解析】（1）色素是有机物，易溶于有机溶剂中，所以常用无水乙醇或丙酮来提取色素。（2）实验中最好选取新鲜嫩绿的叶子提取色素。研磨过程中需要加入SiO2、CaCO3和无水乙醇，否则将得不到色素或色素较少。（3）分离色素时，不能让滤液细线触及层析液，否则色素就会溶解在层析液中。（4）老叶片中叶绿素含量降低。
7.【答案】B　
【解析】不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的色素在滤纸上扩散的速度快，故叶绿体色素能够在滤纸上分离开；实验中不能让层析液没及滤液细线，否则滤液细线中的色素会扩散进入层析液中；叶绿体色素对绿光吸收最少，白光穿过该滤液后再经三棱镜对光进行色散，则绿光强度基本不变；光合作用需要多种色素的参与，且需叶绿体类囊体薄膜上多种酶的参与，因此仅仅有叶绿素，光合作用是无法进行的。
8.【答案】C
【解析】与对照组相比,使用丙酮的实验组四种色素在层析液中几乎没有分离开来,说明丙酮可以溶解色素,但是不能分离色素。
9.【答案】B
【解析】叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，在光谱上有两个吸收区域；胡萝卜素主要吸收蓝紫光，在光谱上有一个吸收区域，据此可作出正确判断。
10.【答案】（1）①不应该用完整叶片，而应将叶片剪去主叶脉、剪碎
②不应该连续迅速重复画线,而应待滤液细线干燥后再重复画线
③不应该摇晃,以免层析液没及滤液细线
（2）①A　叶绿素a带和叶绿素b带较宽
②B　叶绿素a带和叶绿素b带较窄
【解析】（1）①应将5 g新鲜菠菜叶将叶片剪去主叶脉、剪碎放在研钵中,加入适宜无水乙醇、二氧化硅、碳酸钙以后,迅速研磨。
②用毛细吸管吸取少量滤液,沿滤纸上的铅笔线处小心均匀地画出一条滤液细线,不应该连续迅速重复画线,而应待滤液细线干燥后再重复画线。
③把画好细线的滤纸条插入层析液中,不应该摇晃,以免层析液没及滤液细线。
（2）某兴趣小组同学想探究蔬菜不同叶片在叶绿素含量上的区别,选择了新鲜菠菜的“绿叶”“嫩黄叶”做“提取和分离叶绿体色素”实验,色素层析结果如图,请根据实验结果回答:
①绿叶组的滤纸条是叶绿素a带和叶绿素b带较宽。 
②嫩黄叶组的滤纸条是叶绿素a带和叶绿素b带较窄。
11.【答案】C
【解析】　叶绿体中的色素能够溶解在包括无水乙醇在内的有机溶剂中，A正确；叶绿素分子中含有镁元素，可以离子状态由植物的根从土壤中吸收，进而参与叶绿素的合成，B正确；一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光，可见光不包括红外光和紫外光，C错误；叶绿素的合成需要光，黑暗中生长的植物幼苗，因没有光照而导致叶绿素合成受阻，使类胡萝卜素的颜色显现出来，因而叶片呈黄色，D正确。
12.【答案】B　
【解析】CaCO3可防止酸破坏叶绿素，应在研磨时加入，A错误；即使菜中叶剪碎不够充分，但色素并没有减少，也可提取出4种光合作用色素，B正确；由于研磨时乙醇挥发，故为获得10 mL提取液，研磨时加入多于10 mL乙醇，C错误；叶绿素条带不会随层析液挥发消失，D错误。
13.【答案】ABC　
【解析】本题主要考查光合色素的提取与分离，意在考查生物实验的相关知识，考查理解能力和综合运用所学知识分析问题的能力，难度较大。A项对，由图示可知，强光下，Ⅲ、Ⅳ表示的叶绿素色素带变窄，说明叶绿体含量降低；B项对，类胡萝卜素可保护叶绿素免受强光降解；C项对，Ⅲ是叶绿素a，Ⅳ是叶绿素b，都是主要吸收蓝紫光和红光，但吸收光谱的吸收峰波长不同；D项错，画滤液线时，滤液在点样线上画2－3次。