5-4-1-捕获光能的色素和结构(2019人教版必修1)(解析版).docx

5.4.1 捕获光能的色素和结构
核心知识梳理

知识点(一) 绿叶中色素的提取和分离
1．原理
(1)提取原理：绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。
(2)分离原理：不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。
2．实验用品及作用(连线)

3．实验步骤
(1)色素的提取

(2)色素的分离

4．叶绿体色素的吸收光谱
色素
主要吸收的光
光谱出现峰值的波长
叶
绿
素
叶绿素a
蓝紫光、红光
红光区：663 nm
蓝紫光区：429 nm
叶绿素b
红光区：645 nm
蓝紫光区：453 nm
类胡萝卜素
胡萝卜素
蓝紫光
450 nm左右有两个相邻的峰值
叶黄素

知识点(二) 叶绿体的结构和功能
1．形态：一般呈扁平的椭球形或球形。
2．结构

3．功能：是进行光合作用的场所。
4．叶绿体功能的实验验证
(1)实验者：德国科学家恩格尔曼。
(2)实验过程及现象

(3)实验结论：O2是由叶绿体在光照条件下释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。

课后培优练级练

培优第一阶——基础过关练
1.小明分别对紫藤的绿叶和黄叶进行了叶绿体中色素的提取和分离实验，结果如图。对该实验结果说明合理的是(　　)
A．②是紫藤绿叶的色素分离结果
B．结果②表明叶片研磨不充分
C．紫藤黄叶中缺少叶绿素
D．紫藤黄叶中缺少类胡萝卜素
【答案】C
【解析】紫藤的绿叶中含有4种色素，经提取、分离后可出现4条色素带，应为图①，A错误；如果叶片研磨不充分，则提取到的色素量少，经分离仍有4条色素带，B错误；图②缺少叶绿素a和叶绿素b两条色素带，说明紫藤黄叶中缺少叶绿素，C正确，D错误。
2．下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述中，错误的是(　　)
A．研磨时加入CaCO3可防止叶绿素在酸性条件下分解
B．滤纸条的一端剪去两角的目的是使色素带均匀且比较直
C．画滤液细线时需迅速重复多画几次以增加色素的含量
D．滤纸条上相邻且距离滤液细线最远的两条色素带呈橙黄色和黄色
【答案】C
【解析】将剪碎的绿叶放入研钵后应该依次加入二氧化硅(充分研磨)、碳酸钙(防止色素被破坏)和无水乙醇(提取色素)，A正确；滤纸条的一端剪去两角的目的是使色素带均匀且比较直，防止色素带不整齐，B正确；画滤液细线的要求是细、齐、直，待滤液干后，还要重复画几次，C错误；实验成功后应该可以清晰地看到滤纸条上有四条色素带，从上到下依次是胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶绿素b(黄绿色)，色素带的宽窄与色素含量相关，D正确。
3．下图为叶绿体结构模式图。叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，下面有关叶绿体结构和功能的叙述错误的是(　　)

A．①④分别为外膜和内膜，具有选择透过性的功能特点
B．②为基粒，类囊体的薄膜上含有与光合作用有关的色素和酶
C．③为叶绿体基质，与光合作用无关
D．光合作用的酶分布在②③
【答案】C
【解析】①是叶绿体外膜，②是基粒，③是基质，④是内膜，光反应在基粒的类囊体薄膜上进行，暗反应在基质中进行，所以C选项错误。
4．把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里，然后用极细的光束照射水绵，通过显微镜观察发现，好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射的部位。该实验证明了(　　)
A．叶绿体能产生营养物质　 B．光合作用产生淀粉
C.光合作用释放的O2来自水 D．叶绿体是光合作用的场所
【答案】D
【解析】好氧细菌集中在被光束照射的叶绿体上，说明叶绿体产生O2，即进行了光合作用，所以叶绿体是进行光合作用的场所。
5．德国科学家恩格尔曼利用一种绿藻(这种绿藻具有呈螺旋状的叶绿体)，研究光对光合作用的效应。他将该种绿藻放在一块载有需氧细菌悬浮液的玻片上，这些细菌会移往氧浓度高的区域。他观察细菌在不同光照下的分布情况，结果如图所示。请回答下列问题：

(1)描述B情况下细菌的分布情况如何？______________________。如此分布是因为光合作用释放_________________________________________
(2)该实验证实了光合作用的场所是________，吸收光能的色素分布在_______________，催化反应的酶分布在_____________________________________________________。
(3)恩格尔曼进行装置C的实验，其目的是____________，在____________区域的细菌特别多。
【答案】(1)细菌集中在叶绿体周围　O2　(2)叶绿体
类囊体的薄膜上　类囊体上和叶绿体基质中
(3)探究不同颜色的光对光合作用的影响　红光和蓝光
【解析】(1)白光的光质较为均匀，需氧细菌主要分布在能进行光合作用产生O2的叶绿体周围。(2)通过螺旋状的叶绿体与需氧细菌的关系可以看出进行光合作用的场所是叶绿体，吸收光能的色素分布在叶绿体的类囊体簿膜上，而酶有的分布在类囊体上，有的分布在叶绿体的基质中。(3)在C实验中，自变量是光质，主要有红、绿、蓝三区，而在红光和蓝光区域的需氧细菌远远多于绿光区域。

培优第二阶——拓展培优练
1.把绿叶的色素提取液放在光源与三棱镜之间,在连续可见光谱中出现暗带,暗带在光谱中分布的区域是 (　　)
A.绿光区　　　　　　　　
B.蓝紫光区
C.红光区和蓝紫光区
D.黄光区
【答案】C
【解析】光源通过三棱镜会被分散成连续的七色光谱:红橙黄绿青蓝紫。因为绿叶中的叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,因此导致连续可见光谱中红光区和蓝紫光区明显变暗,C正确。
2.提取和分离叶绿体中色素的正确顺序应该是(　　)
A.进行纸层析→制取滤液→在滤纸条上画线→将实验材料研磨
B.制取滤液→进行纸层析→在滤纸条上画线→制取滤液→再画线
C.将实验材料剪碎、研磨→在滤纸条上画线→制取滤液→进行纸层析
D.将实验材料剪碎、研磨→制取滤液→在滤纸条上画线→进行纸层析
【答案】D
【解析】叶绿体中色素的提取和分离实验操作的顺序是将实验材料剪碎、研磨→制取滤液→在滤纸条上画线→进行纸层析。
3.某研究小组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析(从上至下),与正常叶片相比,实验结果是(　　)
A.光吸收差异显著,色素带缺第二条
B.光吸收差异不显著,色素带缺第二条
C.光吸收差异显著,色素带缺第三条
D.光吸收差异不显著,色素带缺第三条
【答案】B
【解析】叶黄素吸收蓝紫光,色素层析后,位于滤纸条上从上至下的第二条色素带。
4.线粒体和叶绿体都是与能量代谢有关的细胞器。下列相关叙述错误的是(　　)
A.两者都能产生ATP,但形成ATP所需能量的来源不同
B.线粒体和叶绿体均为双层膜结构,其中所含酶的种类相同
C.两者都含有磷脂DNA和多种酶,而叶绿体中还含有色素
D.线粒体内膜向内折叠形成嵴,叶绿体囊状结构堆叠成基粒
【答案】B
【解析】两者都能产生ATP,但形成ATP所需能量的来源不同,光合作用的能源来自光能,细胞呼吸则来自有机物中的化学能,A正确;两者进行的生命活动不同,所以发生的生化反应就不同,酶的种类也不同,B错误;线粒体和叶绿体都含有DNA、RNA、酶,叶绿体中还含有色素,C正确;两者都有增大膜面积的方式,线粒体内膜向内折叠形成嵴,叶绿体类囊体堆叠形成基粒,D正确。
5.将叶绿体悬浮液置于阳光下,一段时间后发现有氧气放出。下列相关说法正确的是 (　　)
A.离体叶绿体在自然光下能将水分解产生氧气
B.若将叶绿体置于红光下,则不会有氧气产生
C.若将叶绿体置于蓝紫光下,则不会有氧气产生
D.水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量
【答案】A
【解析】将叶绿体悬浮液置于阳光下,一段时间后发现有氧气放出,说明离体叶绿体在自然光下能将水分解产生氧气,A项正确;叶绿素主要吸收红光、蓝紫光,若将叶绿体置于红光或蓝紫光下,则会有氧气产生,B项、C项错误;水在叶绿体中分解产生氧气,需要光能,同时产生ATP,D项错误。
6.如图是恩格尔曼研究光合作用的相关实验,用极细光束照射水绵的①处,发现需氧细菌在此处聚集。下列有关叙述正确的是 (　　)

A.细菌在①处聚集进行光合作用
B结构②的色素只有藻蓝素和叶绿素
C.该实验说明O2是光合作用的产物
D.水绵产生的有机物可以直接被细菌利用
【答案】C
【解析】需氧细菌在①处聚集,这是因为进行光合作用产生O2,A错误;水绵是真核生物,结构②即叶绿体,其所含色素为类胡萝卜素和叶绿素,B错误;需氧细菌集中在①处,由此说明O2是光合作用的产物,C正确;该实验只能说明水绵进行光合作用产生O2被细菌利用,但不能说明产生的有机物被细菌利用,D错误。
7.在叶绿体色素的提取和分离实验中,收集到的滤液绿色过浅,其原因可能是(　　)
①未加二氧化硅,研磨不充分　
②一次加入大量的无水乙醇提取
③分次加入少量的无水乙醇提取
④使用放置数天的菠菜叶
A.①②③　　B.②③④　　C.①③④　　D.①②④
【答案】D
【解析】未加二氧化硅,导致研磨不充分,使色素的提取量减少,①正确;一次加入大量的无水乙醇,使色素提取液浓度降低,②正确;分次加入少量无水乙醇不影响色素的提取,③错误;放置数天的菠菜叶叶片发黄,叶绿素含量减少,色素提取量也会减少,④正确。
8.如图所示为某科研人员研究不同遮光处理对白桦光合作用生理特性的影响结果。

(1)叶片中叶绿素含量是维持植物正常光合作用的主要指标,叶绿素主要存在于白桦叶片的____________(具体部位),通过研究图中的结果发现白桦叶绿素含量随____________而增加,提高了白桦在弱光环境下的捕光能力。研究发现植物体内的叶绿素处于不断地合成和分解中。请从该角度去解释叶绿素含量增加的原因:_______________________。 
(2)叶绿素b/叶绿素a的值可作为植物利用弱光能力的判断指标,研究人员发现遮光处理提高了白桦叶绿素b/叶绿素a的值。通过____________实验可以验证该结论。你的实验依据是_____________________________________。 
【答案】(1)叶绿体类囊体薄膜　遮光程度的增加　叶绿素的合成量变化不大,分解量减少(或叶绿素的合成量增加,分解量变化不大或叶绿素的合成量增加,分解量减少)
2)绿叶中色素的提取和分离　遮光组滤纸条上黄绿色的色素带宽度与蓝绿色的色素带宽度的比值大于非遮光组
【解析】(1)叶绿素主要存在于白桦叶片的叶绿体类囊体薄膜上。叶绿素具有捕获光能的作用,图示横轴表示不同遮光处理,纵轴表示叶绿素含量,从图中分析可知,随着遮光程度的增加,白桦叶绿素含量逐渐增加,这说明随着光照强度的减弱,叶绿素能提高白桦在弱光环境下的捕光能力。植物体内的叶绿素处于不断地合成和分解中,这说明植物体内的叶绿素含量是其合成量与分解量的差值,因此叶绿素含量增加的原因是叶绿素的合成量变化不大,分解量减少 (或叶绿素的合成量增加,分解量变化不大或叶绿素的合成量增加,分解量减少)。(2)通过绿叶中色素的提取和分离实验,观察比较滤纸条上蓝绿色条带(叶绿素a)和黄绿色条带(叶绿素b)的宽度可确定叶绿素a和叶绿素b的含量,从而确定遮光处理是否提高了叶绿素b/叶绿素a的值。遮光处理提高了白桦叶绿素b/叶绿素a的值,这说明遮光组滤纸条上黄绿色的色素带宽度与蓝绿色的色素带宽度的比值大于非遮光组。

培优第三阶——高考沙场点兵
1.（2020江苏卷）采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是（ ）
A. 提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂
B. 研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏
C. 研磨时添加石英砂有助于色素提取
D. 画滤液细线时应尽量减少样液扩散
【答案】B
【解析】叶绿素的提取和分离实验的原理：无水乙醇能溶解绿叶中的各种光合色素；不同色素在层析液中的溶解度不同，因而在滤纸上随层析液的扩散速度也有差异。A、绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，因而可以用无水乙醇提取绿叶中的色素，A正确；B、研磨时需要加入碳酸钙（CaCO3），可防止研磨时色素被破坏，B错误；C、研磨时加入少许石英砂（SiO2）有助于充分研磨，利于破碎细胞使色素释放，C正确；D、画滤液细线时应尽量减少滤液扩散，要求细、直、齐，才有利于色素均匀地分离，D正确。故选B。
2.（2019海南卷）下列关于高等植物光合作用的叙述，错误的是（ ）
A. 光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能
B. 红光照射时，胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a
C. 光反应中，将光能转变为化学能需要有ADP的参与
D. 红光照射时，叶绿素b吸收的光能可用于光合作用
【答案】B
【解析】叶绿体中的色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素，前者包括叶绿素a和叶绿素b，主要吸收红光和蓝紫光；后者包括胡萝卜素和叶黄素，主要吸收蓝紫光。光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能，但需要利用光反应阶段形成的[H]和ATP，A正确；胡萝卜素不能吸收红光，B错误；光反应中，将光能转变为ATP中活跃的化学能，需要有ADP和Pi及ATP合成酶的参与，C正确；红光照射时，叶绿素b吸收的光能可用于光合作用，光能可以转变为ATP中活跃的化学能，D正确。故选B。