高中生物配套课件：5.4.1捕获光能的色素和结构（人教版必修1）

(共60张PPT)
1.从绿叶中提取色素的过程中，为何要将绿叶充分研磨？
提示：为了使叶绿体完全破裂，从而能提取出较多的色素。
2.实验操作时，为什么要将滤纸条的一端剪去两角？画滤液细线有什么要求？在干燥后要重复画一两次，请分析这样做的目的？
提示：(1)剪去两角的目的是防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快。
(2)滤液细线要细、直、齐，可使分离的色素带不重叠。
(3)重复画线可增加色素含量使分离的色素带清晰，便于观察。
3.层析分离后，有三个同学实验失败，请探讨他们失败的可能原因。
(1)甲同学由于纸层析分离色素时操作不当，导致滤纸条上没有出现色素带。
提示：①忘记画滤液细线；
②层析时滤液细线触及层析液。
(2)乙同学滤纸条上出现4条不清晰的色素带。
提示：①选择实验材料时，没有选择新鲜、浓绿的叶片，这样导致色素种类不全或含量不够；
②在提取时未充分、迅速研磨叶片，导致研磨过程中提取到的色素较少；
③在做色素分离时，层析液没及了滤液细线，使色素含量减少。
(3)丙同学的滤纸条上只在上端出现两条色素带。
提示：选取叶片不当，为非绿色叶片或叶绿素已被分解，只含胡萝卜素和叶黄素的叶片。
实验中的注意事项
(1)选材：应选取鲜嫩、颜色深绿的叶片，以保证含有较多的色素。
(2)提取色素：研磨要迅速、充分，且加入各物质的量要成比例，以保证提取较多的色素。
(3)制备滤纸条：剪去两角，以保证色素在滤纸条上扩散均匀、整齐，否则会形成弧形色素带。
(4)画滤液细线：用力要均匀，快慢要适中。滤液细线要细、直、齐，且干燥后重复画一两次，使滤液细线既含有较多的色素，又使各种色素扩散的起点相同。
(5)色素分离：滤液细线不要触及层析液，否则滤液细线中的色素分子将溶解到层析液中，滤纸条上将得不到色素带或色素带不清晰。
口诀记忆四条色素带
胡黄a、b向前走；
橙黄蓝黄颜色留；
叶绿素a、b手拉手；
蓝绿黄绿排在后；
胡萝卜素最纤细；
叶绿素a最宽厚。
【特别提醒】①液泡中的色素是水溶性色素，而叶绿体中的色素是脂溶性色素，因此提取叶绿体中色素要用有机溶剂，如无水乙醇、丙酮、苯等。
②在滤纸条上，相邻两条色素带间距离最宽的是胡萝卜素和叶黄素，相邻两条色素带间距离最窄的是叶绿素a和叶绿素b。
典例 请回答下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的问题：
(1)甲同学利用新鲜的玉米绿色叶片进行实验，纸层析后在滤纸条上出现了四条清晰的色素带，其中呈黄绿色的色素带为
__________。
(2)该同学改变层析液组成成分后继续进行实验，滤纸条上只出现了黄、绿两条色素带。他用刀片裁出带有色素带的滤纸条，用乙醚分别溶解条带上的色素，浓缩后用一分析仪器检测，通过分析色素溶液的_______来判断条带的色素种类。
(3)乙同学在实验过程中将画有滤液细线的滤纸条(已重复几次画线)插入层析液，几分钟后取出观察，发现滤纸条上无色素分带现象，而用同一滤液做实验的丙同学的滤纸条上却色素分带明显。乙同学实验失败的原因可能是__________。
(4)实验结束几天后，乙、丙两同学发现部分预留叶片已变黄。乙同学认为这是由于叶片中某些色素降解所造成的，丙同学则认为是某些色素含量增加所致。根据所学知识，你将如何设计实验来判断两个同学的观点是否正确？
各种色素对光的吸收情况不同，可根据色素的吸收光谱来分析绿叶中色素的种类。
【规范解答】(1)在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，滤纸条上出现的四条色素带从上到下分别是：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，颜色分别是橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色，因此呈黄绿色的色素带为叶绿素b。
(2)由于不同色素对不同波长的光吸收情况不同，因此可根据色素的吸收光谱来判断色素的种类。
(3)乙同学制作的滤纸条上无色素带，可能是由于层析液没及滤液细线，滤液细线中的色素溶解到层析液中。
(4)通过设计对照实验来探究发黄的叶片中某些色素是否因降解而减少，某些色素含量是否增加。对照组选取正常未发黄的叶片，实验组选取已变黄的叶片，通过提取分离这两种叶片中的色素，比较各种色素的含量，得出结论。
答案：(1)叶绿素b (2)吸收光谱 (3)滤液细线中的色素溶解于层析液
(4)从预留的叶片中挑选出足量的、分量相等、大小相近的已变黄的叶片和绿色鲜嫩的叶片为实验材料，在相同条件下，再次进行绿叶中色素的提取和分离实验，测定和记录实验结果，比较这两种叶片中各种色素的组成及含量后，得出结论。
第(4)小题中，实验的单一变量为不同颜色的叶片，其余的无关变量必须遵循等量且适宜的原则。
【拓展延伸】(1)第(4)小题中，对叶片发黄的原因，乙同学认为是某些色素降解造成的，丙同学认为是某些色素含量增加造成的，他们认为的这些色素分别是什么？
提示：乙同学认为叶片发黄是叶绿素降解造成的，丙同学认为叶片发黄是类胡萝卜素增加造成的。
(2)若甲同学制备的色素提取液呈淡绿色，请分析可能的原因。
提示：①研磨不充分，色素未能充分提取出来。
②称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素浓度小。
③未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。
1.阅读教材P100［资料分析］，探究下列问题。
(1)为什么恩格尔曼选择水绵和好氧细菌作为实验材料？
提示：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，这样做的目的是什么？
提示：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，相对于原来的黑暗环境起什么作用？
提示：对照作用。
2.思考叶绿体与其功能相适应的结构特点有哪些？
提示：(1)基粒和类囊体极大地扩大了受光面积。
(2)在类囊体薄膜上分布着与光合作用光反应有关的酶和色素，在基质中分布着与光合作用暗反应有关的酶。
1.叶绿体的分布
植物的叶肉细胞和幼嫩茎的表皮细胞，并非所有植物细胞都有叶绿体，如植物的根尖细胞。
2.绿色植物中光合色素的分布及功能
(1)分布：只存在于基粒类囊体薄膜上。
(2)功能：吸收、传递光能(四种色素)和转化光能(少量特殊状态的叶绿素a)。
典例 如图为正常绿色植物的叶绿素a的吸收光谱、叶绿体色素总吸收光谱以及光合作用的作用光谱(作用光谱代表各种波长下植物的光合作用效率)。以下对该图的分析错误的是
A.图示表明叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光
B.总吸收光谱代表叶绿体4种色素对光能的吸收值
C.图示表明只有叶绿素a吸收的光能才能用于光合作用
D.总吸收光谱与光合作用的作用光谱基本一致，说明叶绿体色素吸收的光能都能参加光合作用
叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，随着波长由400 nm～700 nm依次对应的光的颜色是紫→蓝→青→绿→黄→橙→红。
【解题关键】
【规范解答】选C。本题考查叶绿体中色素的吸收光谱。图示中，叶绿素a的吸收值有两个波峰，主要集中于红光和蓝紫光区域。叶绿体中含有4种色素，各种色素都能吸收光，因此总吸收光谱是指叶绿体色素的总吸收值。图示中，作用光谱的变化趋势与总吸收光谱非常相似，说明色素吸收的光都可用于光合作用。
【变式备选】(2011·太原高一检测)如图
是在“绿叶中色素的提取和分离”实验中得到
的四条色素带，若将其置于暗室中，并用红光
照射，色素带呈暗色的是( )
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
【解析】选C。叶绿素a和叶绿素b吸收红光和蓝紫光。图中③是叶绿素a，④是叶绿素b。
1.用纸层析法分离叶绿体中的色素时，四种色素扩散速度最快和最慢的分别是( )
A.叶绿素a；胡萝卜素 B.叶绿素b；胡萝卜素
C.胡萝卜素；叶绿素a D.胡萝卜素；叶绿素b
【解析】选D。在色素分离过程中，由于各种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的色素在滤纸条上扩散得快；溶解度低的色素在滤纸条上扩散得慢。故由上至下的色素带分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。
2.叶绿体色素溶液中的四种色素之间之所以能分离，主要原因是( )
A.开始扩散的时间不同
B.色素在滤液中的载体不同
C.色素在滤液中的数量不同
D.色素随层析液扩散的速度不同
【解析】选D。叶绿体中的四种色素在滤纸条上能够分开的原因是四种色素在层析液中的溶解度不同，这样各色素随层析液扩散的速度就不同。
3.提取和分离叶绿体色素的正确顺序是( )
A.进行纸层析→制取滤液→在滤纸条上画线→将实验材料剪碎后研磨
B.制取滤液→进行纸层析→在滤纸条上画线→将实验材料剪碎后研磨
C.将实验材料剪碎后研磨→在滤纸条上画线→制取滤液→进行纸层析
D.将实验材料剪碎后研磨→制取滤液→在滤纸条上画线→进行纸层析
【解析】选D。提取和分离叶绿体色素的正确操作是：将实验材料剪碎、研磨，然后制备滤液，在干燥的滤纸条上画滤液细线，最后进行纸层析。
4.(2011·长葛高一检测)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.叶绿体中的色素分布在其外膜和内膜上
B.叶绿体中的色素都分布在类囊体薄膜上
C.光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上
D.光合作用的酶只分布在叶绿体的基质中
【解析】选B。叶绿体中含有与光合作用有关的色素和酶，色素只分布在类囊体薄膜上，而酶分布在类囊体薄膜上和叶绿体基质中。
5.下列对“绿叶中色素的提取和分离”实验中各种现象的解释，正确的是( )
A.未见色素带，说明材料可能为黄化叶片
B.色素始终在画滤液细线处，是因为色素不溶于层析液
C.提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素b
D.叶绿素b处于滤纸条最上方，是因为其在提取液中的溶解度最高
【解析】选C。纸层析分离后,未见色素带的原因有多种,如忘记画滤液细线、滤液细线触及层析液、色素全部溶解到层析液中等；材料为黄化叶片时，如果操作正确，也能得到胡萝卜素、叶黄素两条色素带,所以A项不正确。纸层析法分离色素的原理是不同色素在层析液中的溶解度不同,随层析液在滤纸条上扩散速度不同而分开,色素始终在画滤液细线处,可能是因为层析液已挥发,所以B项不正确。四条色素带从上往下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,颜色依次是橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色,所以提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素b。胡萝卜素在层析液中溶解度最高，所以扩散速度最快，位于滤纸条最上方。
一、选择题(本题包括6小题，每小题4分，共24分)
1.在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，正确的是( )
A.用质量分数为15%的盐酸和体积分数为95%的酒精溶液的混合液(1∶1)进行解离，使细胞分散开来
B.可以用93号汽油作层析液
C.研磨时要加入碳酸钙，以防止叶绿体被破坏
D.研磨液用滤纸过滤后，盛放滤液的小试管要及时用棉塞塞紧
【解析】选B。光合色素的提取和分离不需要解离,A错。研磨时叶绿体会被破坏，加入碳酸钙是为了保护色素不被破坏，C错。研磨液过滤时要用单层尼龙布而不能用滤纸，滤纸容易吸附色素，D错。实验中若无层析液可以用93号汽油代替，色素分子随汽油在滤纸条上的扩散速度不同，也会分离开。
2.(2011·乌鲁木齐高一检测)1915年、1930年、1965年三个年度的诺贝尔奖都授予了有关叶绿素研究方面的科学家，下列有关叶绿素的说法正确的是( )
A.叶绿素在高等植物体内有两种，叶绿素a呈黄绿色，叶绿素b呈蓝绿色
B.叶绿体的类囊体薄膜和基质中均含有与光合作用有关的色素和酶
C.绿叶中色素的提取和分离实验中，在滤纸条上叶绿素a比叶绿素b扩散得快
D.叶绿素只吸收蓝紫光
【解析】选C。叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色。只有叶绿体的类囊体薄膜上含有与光合作用有关的色素，基质中没有。叶绿素主要吸收蓝紫光和红光。叶绿素a在层析液中的溶解度大于叶绿素b，因此在滤纸条上叶绿素a比叶绿素b扩散得快。
3.(2011·泉州高一检测)如图
表示某同学做“绿叶中色素的
提取和分离”实验的改进装置，
下列与之有关的叙述中，错误
的是( )
A.应向培养皿中倒入层析液
B.应将滤液滴在a处，而不能滴在b处
C.实验结果应是得到四个不同颜色的同心圆(近似圆形)
D.实验得到的若干个同心圆中，最小的一个呈橙黄色
【解析】选D。培养皿中倒入层析液，色素滤液滴在a处，实验结果是得到四个不同颜色的同心圆，由内到外依次是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素和胡萝卜素，故最小的一个圆呈现黄绿色。
4.(2011·青岛高一检测)下列是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况，以下说法正确的是( )
A.提取色素时加入碳酸钙是为了防止滤液挥发
B.水稻在收获时节,叶片中色素的含量是(甲+乙)<(丙+丁)
C.四种色素都能溶解在层析液中,乙色素的溶解度最大
D.四种色素中,丙和丁主要吸收红光
【解析】选B。新鲜叶片中,含量最多的是叶绿素a(乙),其次是叶绿素b(甲),含量最少的是胡萝卜素(丁),丙是叶黄素。光合色素提取时加碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏。水稻在收获时节,颜色变黄是由于叶绿素(甲+乙)含量少于类胡萝卜素(丙+丁)。胡萝卜素(丁)在层析液中的溶解度最大。叶黄素和胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
5.分别在①、②、③三个研钵中加入5 g剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表所示添加试剂，经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液，即：深绿色、黄绿色(或褐色)、几乎无色。
经以上过程处理①、②、③得到的溶液的颜色依次是( )
A.深绿色、黄绿色(或褐色)、几乎无色
B.黄绿色(或褐色)、深绿色、几乎无色
C.几乎无色、深绿色、黄绿色(或褐色)
D.黄绿色(或褐色)、几乎无色、深绿色
【解析】选D。在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，在研钵中加入二氧化硅可以使研磨充分，加入少量碳酸钙可以防止研磨过程中色素被破坏，加入无水乙醇等有机溶剂可溶解色素。①中未加碳酸钙，可能使色素遭到破坏而呈黄绿色(或褐色)；②中未加无水乙醇，根本没有提取出色素，几乎呈无色；③中各物质(蒸馏水除外)均加了，能获取深绿色溶液。
6.(2011·深圳高一检测)有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，正确的是(多选)( )
A.此实验主要验证叶绿体中色素的种类和各种色素的颜色
B.色素含量最多的为叶绿素a
C.扩散速度最慢的是叶绿素b，呈蓝绿色
D.研磨时加碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏
【解析】选A、B、D。在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，实验的目的是验证叶绿体中色素的种类和颜色；扩散速度最慢的是叶绿素b,呈黄绿色。色素含量最多的为叶绿素a，其色素带最宽。研磨时加碳酸钙，可防止色素被破坏。
二、非选择题(共26分)
7.下面是“绿叶中色素的提取和分离”实验的部分材料和用具。据图回答：
(1)图中步骤①加入研钵内的物质为：A_______10 mL，作用是_______；B_______少许，作用是使研磨充分；C_______少许，作用是__________。
(2)图中步骤②将研磨液倒入漏斗中，漏斗基部放有_____。
(3)图中步骤③剪去两角的作用是_________，画滤液细线的要求是____________________________________________。
(4)图中步骤④中加盖的目的是__________；色素带最宽的是__________，扩散速度最快的是____________。
(5)秋天，北方树叶大都由绿变黄，其原因是占四种色素总量3/4的______和______分解，从而显示出______和_______的颜色。
【解析】(1)研磨时需要加入3种物质：10 mL无水乙醇，作用是溶解色素；二氧化硅可以增大摩擦力，使细胞和叶绿体破碎以便充分研磨；细胞研磨破碎后，会溢出有机酸，为防止叶绿素被破坏，研磨时需要加入少许碳酸钙来中和有机酸。
(2)过滤研磨液时，漏斗基部通常使用单层尼龙布而不能用滤纸，因为色素可吸附在滤纸上。
(3)剪去滤纸两角的作用是防止两边色素扩散过快。画滤液细线的要求是细、齐、直。
(4)4种色素在层析液中溶解度不同导致各种色素在滤纸条上的扩散速度不同，从而达到分离色素的目的。由于层析液有毒，且可以挥发，所以要加盖。色素带的宽度不同是由各种色素含量不同造成的，且色素的含量越多，色素带越宽。一般植物叶片中叶绿素a含量最多，所以叶绿素a的色素带最宽。
(5)叶绿素不稳定，易分解，而叶黄素和胡萝卜素较稳定，故秋天树叶由绿变黄。
答案：(1)无水乙醇 溶解色素 二氧化硅 碳酸钙
防止色素被破坏 (2)单层尼龙布
(3)防止色素带扩散不整齐 细、齐、直
(4)防止层析液挥发 叶绿素a 胡萝卜素
(5)叶绿素a 叶绿素b 胡萝卜素 叶黄素