第15讲 捕获光能的色素和结构
[课标要求]
活动:提取和分离叶绿体色素。
考点一 活动:绿叶中色素的提取和分离
1.实验原理
2.实验流程
[思考] 过滤时漏斗基部的单层尼龙布能不能用滤纸代替 为什么
3.实验结果及分析
绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析
能力1 围绕实验原理和操作,考查科学探究能力
1.(2024·吉林白山二模)为验证野生型冀麦(WT)和黄绿突变体冀麦(yg)的幼苗叶片光合色素含量的不同,研究小组做了绿叶中色素的提取和分离实验,下列有关叙述正确的是( )
[A] 实验第一步是取等量WT、yg相同部位叶片进行研磨
[B] 依据各种色素在无水乙醇中溶解度不同来分离色素
[C] 若不加入碳酸钙,实验结果不能显示橙黄色色素带
[D] 对比滤纸上色素带颜色的深浅可比较两者光合色素的含量
2.(2024·云南临沧联考)为探究月季紫红叶片中的色素种类和性质,某实验小组使用不同的试剂作为层析液对该叶片色素提取物进行分离,结果如图,以下分析错误的是( )
[A] 甲组的实验结果说明在该组层析液中各种色素的溶解度差异较大
[B] 色素易溶于无水乙醇,因此无水乙醇适用于色素的分离
[C] 分析甲、乙组实验结果可排除紫红色素属于类胡萝卜素的可能性
[D] 分析丙组实验结果可推测紫红色素可能是位于液泡中的水溶性色素
色素提取与分离的2点提醒
(1)迅速研磨是为了防止乙醇挥发过多,充分研磨是为了充分破坏叶绿体,使色素充分释放。
(2)无水乙醇只能用于提取色素,而不能用于色素的分离。
考点二 捕获光能的色素和结构
1.捕获光能的色素
(1)绿叶中色素的种类和颜色。
(2)叶绿体中色素的吸收光谱。
由图可以看出:
2.叶绿体的结构与功能
(1)叶绿体的结构与功能模型构建。
(2)恩格尔曼对叶绿体功能的实验验证。
①第一个实验。
实验结论:O2是由叶绿体在光照条件下释放出来的, 是光合作用的场所。
②第二个实验。
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。
实验结论:
a.叶绿体能 。
b.叶绿体主要吸收 。
[思考] 从结构与功能观的视角分析叶绿体为什么适于进行光合作用。
1.判断正误
(1)(必修1 P100正文)观察光学显微镜下的叶绿体结构可以看到叶绿体由双层膜包被。( )
(2)(必修1 P100思考·讨论)水绵叶绿体呈螺旋带状分布。( )
(3)(必修1 P101正文拓展)含光合色素的溶液给予适宜的光照,可以通过光合作用放氧。( )
(4)(必修1 P100正文拓展)生物光合作用的场所不一定是叶绿体,没有叶绿体的生物也可以是自养生物。( )
2.规范表达
(1)(必修1 P97问题探讨拓展)有的植物工厂在种植蔬菜等植物时,完全依靠LED灯等人工光源,其中常见的是红色、蓝色和白色的光源,选择这些光源的原因是什么
(2)(必修1 P98正文拓展)入秋后,我国北方大部分树木叶片逐渐变黄,试解释其原因。
恩格尔曼实验设计的四点巧妙之处
(1)实验材料选得妙:实验材料选择水绵和需氧细菌。水绵的叶绿体呈螺旋带状分布,便于观察;利用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。
(2)排除干扰的方法妙:没有空气的黑暗环境,排除了空气中氧气和光的干扰。
(3)观测指标设计得妙:用极细的光束点状投射,叶绿体上可分为获得光照和无光照的部位,相当于一组对照实验。
(4)实验对照设计得妙:进行黑暗(局部光照)和曝光对照实验,明确实验结果完全是由光照引起的。
能力2 围绕叶绿体中色素的种类和作用,考查理解能力
3.(2024·云南昆明模拟)研究者测定了某植物的普通品种(P0)与变异品种(P1)处于发育期时,果皮中叶绿素和类胡萝卜素的含量(单位:mg·g-1),结果如表所示。下列相关叙述错误的是( )
品种 叶绿素a 叶绿素b 总叶绿素 类胡萝卜素
P0 0.117 0.058 0.175 1.019
P1 0.245 0.137 0.382 1.241
[A] 叶绿素、类胡萝卜素的组成元素不完全相同
[B] 叶绿素、类胡萝卜素对红光的吸收能力相同
[C] 据表可知,品种P1的果皮绿色程度更深些
[D] 据表可知,适宜光照条件下品种P1果皮的光合作用能力较强
影响叶绿素合成的三大因素
能力3 围绕叶绿体的结构和功能,考查生命观念
4.(2024·四川广安模拟)图甲为叶绿体结构模式图,图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列相关叙述正确的是( )
[A] 图乙所示结构取自图甲中的①或③
[B] 与光合作用有关的酶全部分布在图乙所示结构上
[C] 图乙所示结构可吸收全部的太阳光
[D] 叶绿体以图甲③的形式扩大膜的面积
考向一 从科学探究的角度,考查叶绿体中色素的提取与分离
1.(2024·广东卷,3)银杏是我国特有的珍稀植物,其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别,下列实验操作正确的是( )
[A] 选择新鲜程度不同的叶片混合研磨
[B] 研磨时用水补充损失的提取液
[C] 将两组滤纸条置于同一烧杯中层析
[D] 用过的层析液直接倒入下水道
2.(2023·江苏卷,12)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是( )
[A] 用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏
[B] 若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但易出现色素带重叠
[C] 该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量
[D] 用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带,花青素位于叶绿素a、b之间
考向二 从科学思维的角度,考查光合色素的种类与功能
3.(2023·全国乙卷,2)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述,错误的是( )
[A] 氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
[B] 叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
[C] 用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
[D] 叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸上扩散得越慢
4.(2022·湖北卷,11)某植物的2种黄叶突变体表型相似,测定各类植株叶片的光合色素含量(单位:μg·g-1),结果如表。下列有关叙述正确的是( )
植株 类型 叶绿 素a 叶绿 素b 类胡萝 卜素 叶绿素/ 类胡萝卜素
野生型 1 235 519 419 4.19
突变 体1 512 75 370 1.59
突变 体2 115 20 379 0.36
[A] 两种突变体的出现增加了物种多样性
[B] 突变体2比突变体1吸收红光的能力更强
[C] 两种突变体的光合色素含量差异,是由不同基因的突变所致
[D] 叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色
5.(2024·河北卷,19)高原地区蓝光和紫外光较强,常采用覆膜措施辅助林木育苗。为探究不同颜色覆膜对藏川杨幼苗生长的影响,研究者检测了白膜、蓝膜和绿膜对不同光的透过率,以及覆膜后幼苗光合色素的含量,结果如图、表所示。
覆膜处理 叶绿素含量/(mg/g) 类胡萝卜素含量/(mg/g)
白膜 1.67 0.71
蓝膜 2.20 0.90
绿膜 1.74 0.65
回答下列问题。
(1)如图所示,三种颜色的膜对紫外光、蓝光和绿光的透过率有明显差异,其中 光可被位于叶绿体 上的光合色素高效吸收后用于光反应,进而使暗反应阶段的C3还原转化为 和 。与白膜覆盖相比,蓝膜和绿膜透过的 较少,可更好地减弱幼苗受到的辐射。
(2)光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正比,选择适当波长的光可对色素含量进行测定。提取光合色素时,可利用 作为溶剂。测定叶绿素含量时,应选择红光而不能选择蓝紫光,原因是 。
(3)研究表明,覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗在高原环境的生长。根据上述检测结果,其原因为 (答出两点即可)。
第15讲 捕获光能的色素和结构
考点一 活动:绿叶中色素的提取和分离
实验基础·整合
1.有机溶剂(如无水乙醇) 溶解度 快
2.防止色素被破坏 研磨充分 色素 扩散均匀 色素 色素溶解在层析液中
[思考] 不能。因为滤纸的吸附性强,会导致滤液中色素的浓度过低。
3.橙黄色 溶解度
关键能力·提升
能力1
1.A 色素提取和分离实验第一步是取等量WT、yg相同部位叶片进行研磨;依据各种色素在层析液中溶解度不同来分离色素;橙黄色色素带为胡萝卜素,碳酸钙的作用是防止叶绿素被破坏,若不加入碳酸钙,实验结果也能显示橙黄色色素带;对比滤纸上各色素带颜色的宽度可比较两者光合色素的含量。
2.B 甲组色素分离效果较好,各种色素区别较明显,说明在该组层析液中各种色素的溶解度差异较大;色素易溶于无水乙醇,因此无水乙醇适用于色素的提取;甲组类胡萝卜素(包括胡萝卜素和叶黄素)明显分离开来,紫红色存在于滤液细线的位置,乙组实验结果也表现为紫红色处于滤液细线位置,而此时的类胡萝卜素没有分离开来,两组实验结果说明紫红色素不属于类胡萝卜素;丙组实验的层析液是水,此时紫红色素分离开来,说明该色素为水溶性色素,因此,可推测紫红色素可能是位于液泡中的水溶性色素。
考点二 捕获光能的色素和结构
必备知识·梳理
1.(1)蓝绿 黄绿 叶黄素 (2)红光和蓝紫光 蓝紫光
2.(1)叶绿体基质 暗反应 类囊体 色素 光合作用
(2)①叶绿体 ②红光和蓝紫光 吸收光能用于光合作用并释放氧气 红光和蓝紫光
[思考] 在叶绿体内部巨大的膜表面上,分布着许多吸收光能的色素分子,在类囊体膜上和叶绿体基质中,还有许多进行光合作用所必需的酶。
深挖教材
1.(1)× 在光学显微镜下只能观察到叶绿体呈绿色、扁平的椭球形或球形,而要看到叶绿体由双层膜包被,需要使用电子显微镜。
(2)√
(3)× 含光合色素的溶液,缺少光合作用所需的酶、原料和相关结构,即使给予光照,也不能进行光合作用,也不会产生氧气。
(4)√
2.(1)红色光源、蓝色光源发出的分别是红光、蓝光,光合色素对红光、蓝光吸收最多。白光是复合光,含有不同波长的光,光合色素能吸收更多的光。
(2)入秋后,气温逐渐降低,低温可导致叶绿素被破坏,而类胡萝卜素比较稳定,叶片中叶绿素含量减少,类胡萝卜素含量相对增加,导致叶片变黄。
关键能力·提升
能力2
3.B 叶绿素中含有镁元素,类胡萝卜素中不含镁元素,两者的组成元素不完全相同;叶绿素对红光的吸收能力强,类胡萝卜素几乎不吸收红光;品种P1果皮总叶绿素含量占比为0.382÷(0.382+1.241)×100%≈23.5%,品种P0果皮总叶绿素含量占比为0.175÷(0.175+
1.019)×100%≈14.7%,品种P1叶绿素相对含量占比更大,颜色更绿;品种P1果皮的光合色素含量更多,适宜光照条件下品种P1果皮的光合作用能力较强。
能力3
4.D 图乙所示结构含有光合色素,光合色素只分布在叶绿体的类囊体膜上,故图乙所示结构位于图甲中的③;在叶绿体的基质(图甲④)中,也分布有与光合作用有关的酶;光合色素只吸收太阳光中的可见光;③是叶绿体的类囊体,叶绿体以图甲③的形式扩大膜的面积。
研练真题·感悟高考
考向一
1.C 本实验的目的是用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别,应选择新鲜程度不同的叶片分别研磨;色素溶于有机溶剂,提取液为无水乙醇,光合色素不溶于水;由于滤纸条不会相互影响,层析液成分相同,两组滤纸条可以置于同一个烧杯中层析;层析液含有石油醚、丙酮和苯,这些有机溶剂有毒,且挥发性强,所以,用过的层析液不能直接倒入下水道。
2.B 用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏;画滤液细线时要间断画 2~3次,即等上一次干了以后再画下一次,若连续多次重复画滤液细线虽可累积更多的色素,但会造成滤液细线过宽,易出现色素带重叠;该实验中分离色素的方法是纸层析法,可根据各种色素在滤纸条上呈现的色素带的宽窄来比较不同色素的相对含量大小,但该实验不能具体测定绿叶中各种色素含量;花青素存在于液泡中,溶于水、乙醇等极性溶剂,而不易溶于层析液,因此不会随层析液在滤纸条上迁移。
考向二
3.D 叶绿素的元素组成是C、H、O、N、Mg,氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素;光反应的场所是类囊体的薄膜,用于吸收光能的光合色素(叶绿素和类胡萝卜素)存在于叶绿体中类囊体的薄膜上;类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰;叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸上扩散得越快。
4.D 两种突变体与野生型之间并无生殖隔离,仍属于同一物种,只能体现遗传多样性;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,突变体2的叶绿素a和叶绿素b的含量比突变体1少,故突变体2比突变体1吸收红光的能力弱;两种突变体的光合色素含量差异,可能是同一个基因突变方向不同导致的;野生型的叶绿素与类胡萝卜素的比值为4.19,叶绿素含量较高,叶片呈绿色,叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降,叶绿素含量少,不能掩盖类胡萝卜素的颜色,因此叶片呈黄色。
5.【答案】 (1)蓝 类囊体的薄膜 C5 糖类 紫外光
(2)无水乙醇 叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,选择红光可排除类胡萝卜素的干扰
(3)覆盖蓝膜紫外光透过率低,蓝光透过率高,降低紫外光对幼苗的辐射的同时不影响其光合作用;与覆盖白膜和绿膜相比,覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高,有利于幼苗进行光合作用
【解析】 (1)绿色植物的光合色素分布在类囊体的薄膜上。其中叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,因此题述三种光中蓝光可被高效吸收。据题图可知,与白膜覆盖相比,蓝膜和绿膜透过的紫外光较少,可更好地减弱幼苗受到的辐射。(2)绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,所以,可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,为了排除类胡萝卜素的干扰,测定叶绿素含量时,应选择红光而不能选择蓝紫光。(3)据题图可知,与覆盖其他颜色的膜相比,覆盖蓝膜的紫外光透过率低,蓝光透过率高,在降低紫外光对幼苗的辐射的同时不影响其光合作用;据表中数据分析,与覆盖白膜和绿膜相比,覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高,有利于幼苗进行光合作用。(共75张PPT)
第15讲
捕获光能的色素和结构
[课标要求]
活动:提取和分离叶绿体色素。
活动:绿叶中色素的提取和分离
考点一
1.实验原理
有机溶剂(如无水乙醇)
溶解度
快
2.实验流程
防止色素被破坏
研磨充分
色素
扩散均匀
色素
色素溶解在层析液中
[思考] 过滤时漏斗基部的单层尼龙布能不能用滤纸代替 为什么
【提示】 不能。因为滤纸的吸附性强,会导致滤液中色素的浓度过低。
3.实验结果及分析
橙黄色
溶解度
绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析
能力1 围绕实验原理和操作,考查科学探究能力
1.(2024·吉林白山二模)为验证野生型冀麦(WT)和黄绿突变体冀麦(yg)的幼苗叶片光合色素含量的不同,研究小组做了绿叶中色素的提取和分离实验,下列有关叙述正确的是( )
[A] 实验第一步是取等量WT、yg相同部位叶片进行研磨
[B] 依据各种色素在无水乙醇中溶解度不同来分离色素
[C] 若不加入碳酸钙,实验结果不能显示橙黄色色素带
[D] 对比滤纸上色素带颜色的深浅可比较两者光合色素的含量
A
【解析】 色素提取和分离实验第一步是取等量WT、yg相同部位叶片进行研磨;依据各种色素在层析液中溶解度不同来分离色素;橙黄色色素带为胡萝卜素,碳酸钙的作用是防止叶绿素被破坏,若不加入碳酸钙,实验结果也能显示橙黄色色素带;对比滤纸上各色素带颜色的宽度可比较两者光合色素的含量。
2.(2024·云南临沧联考)为探究月季紫红叶片中的色素种类和性质,某实验小组使用不同的试剂作为层析液对该叶片色素提取物进行分离,结果如图,以下分析错误的是( )
[A] 甲组的实验结果说明在该组层析液中各种色素的溶解度差异较大
[B] 色素易溶于无水乙醇,因此无水乙醇适用于色素的分离
[C] 分析甲、乙组实验结果可排除紫红色素属于类胡萝卜素的可能性
[D] 分析丙组实验结果可推测紫红色素可能是位于液泡中的水溶性色素
B
【解析】 甲组色素分离效果较好,各种色素区别较明显,说明在该组层析液中各种色素的溶解度差异较大;色素易溶于无水乙醇,因此无水乙醇适用于色素的提取;甲组类胡萝卜素(包括胡萝卜素和叶黄素)明显分离开来,紫红色存在于滤液细线的位置,乙组实验结果也表现为紫红色处于滤液细线位置,而此时的类胡萝卜素没有分离开来,两组实验结果说明紫红色素不属于类胡萝卜素;丙组实验的层析液是水,此时紫红色素分离开来,说明该色素为水溶性色素,因此,可推测紫红色素可能是位于液泡中的水溶性色素。
归纳总结
色素提取与分离的2点提醒
(1)迅速研磨是为了防止乙醇挥发过多,充分研磨是为了充分破坏叶绿体,使色素充分释放。
(2)无水乙醇只能用于提取色素,而不能用于色素的分离。
考点二
捕获光能的色素和结构
1.捕获光能的色素
(1)绿叶中色素的种类和颜色。
蓝绿
黄绿
叶黄素
(2)叶绿体中色素的吸收光谱。
由图可以看出:
红光和蓝紫光
蓝紫光
2.叶绿体的结构与功能
(1)叶绿体的结构与功能模型构建。
叶绿体基质
暗反应
类囊体
色素
光合作用
(2)恩格尔曼对叶绿体功能的实验验证。
①第一个实验。
实验结论:O2是由叶绿体在光照条件下释放出来的, 是光合作用的场所。
叶绿体
②第二个实验。
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。
实验结论:
a.叶绿体能 。
b.叶绿体主要吸收 。
红光和蓝
紫光
吸收光能用于光合作用并释放氧气
红光和蓝紫光
[思考] 从结构与功能观的视角分析叶绿体为什么适于进行光合作用。
【提示】 在叶绿体内部巨大的膜表面上,分布着许多吸收光能的色素分子,在类囊体膜上和叶绿体基质中,还有许多进行光合作用所必需的酶。
深挖教材
1.判断正误
(1)(必修1 P100正文)观察光学显微镜下的叶绿体结构可以看到叶绿体由双层膜包被。( )
×
【提示】 在光学显微镜下只能观察到叶绿体呈绿色、扁平的椭球形或球形,而要看到叶绿体由双层膜包被,需要使用电子显微镜。
(2)(必修1 P100思考·讨论)水绵叶绿体呈螺旋带状分布。( )
√
(3)(必修1 P101正文)含光合色素的溶液给予适宜的光照,可以通过光合作用放氧。( )
×
【提示】 含光合色素的溶液,缺少光合作用所需的酶、原料和相关结构,即使给予光照,也不能进行光合作用,也不会产生氧气。
(4)(必修1 P100正文拓展)生物光合作用的场所不一定是叶绿体,没有叶绿体的生物也可以是自养生物。( )
√
2.规范表达
(1)(必修1 P97问题探讨拓展)有的植物工厂在种植蔬菜等植物时,完全依靠LED灯等人工光源,其中常见的是红色、蓝色和白色的光源,选择这些光源的原因是什么
【提示】 红色光源、蓝色光源发出的分别是红光、蓝光,光合色素对红光、蓝光吸收最多。白光是复合光,含有不同波长的光,光合色素能吸收更多的光。
(2)(必修1 P98正文拓展)入秋后,我国北方大部分树木叶片逐渐变黄,试解释其原因。
【提示】 入秋后,气温逐渐降低,低温可导致叶绿素被破坏,而类胡萝卜素比较稳定,叶片中叶绿素含量减少,类胡萝卜素含量相对增加,导致叶片变黄。
恩格尔曼实验设计的四点巧妙之处
(1)实验材料选得妙:实验材料选择水绵和需氧细菌。水绵的叶绿体呈螺旋带状分布,便于观察;利用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。
(2)排除干扰的方法妙:没有空气的黑暗环境,排除了空气中氧气和光的干扰。
(3)观测指标设计得妙:用极细的光束点状投射,叶绿体上可分为获得光照和无光照的部位,相当于一组对照实验。
(4)实验对照设计得妙:进行黑暗(局部光照)和曝光对照实验,明确实验结果完全是由光照引起的。
能力2 围绕叶绿体中色素的种类和作用,考查理解能力
3.(2024·云南昆明模拟)研究者测定了某植物的普通品种(P0)与变异品种(P1)处于发育期时,果皮中叶绿素和类胡萝卜素的含量(单位:mg·g-1),结果如表所示。
品种 叶绿素a 叶绿素b 总叶绿素 类胡萝卜素
P0 0.117 0.058 0.175 1.019
P1 0.245 0.137 0.382 1.241
下列相关叙述错误的是( )
[A] 叶绿素、类胡萝卜素的组成元素不完全相同
[B] 叶绿素、类胡萝卜素对红光的吸收能力相同
[C] 据表可知,品种P1的果皮绿色程度更深些
[D] 据表可知,适宜光照条件下品种P1果皮的光合作用能力较强
B
【解析】 叶绿素中含有镁元素,类胡萝卜素中不含镁元素,两者的组成元素不完全相同;叶绿素对红光的吸收能力强,类胡萝卜素几乎不吸收红光;品种P1果皮总叶绿素含量占比为0.382÷(0.382+1.241)×100%≈23.5%,品种P0果皮总叶绿素含量占比为0.175÷(0.175+1.019)×100%≈14.7%,品种P1叶绿素相对含量占比更大,颜色更绿;品种P1果皮的光合色素含量更多,适宜光照条件下品种P1果皮的光合作用能力较强。
归纳总结
影响叶绿素合成的三大因素
能力3 围绕叶绿体的结构和功能,考查生命观念
4.(2024·四川广安模拟)图甲为叶绿体结构模式图,图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列相关叙述正确的是( )
[A] 图乙所示结构取自图甲中的①或③
[B] 与光合作用有关的酶全部分布在图乙所示结构上
[C] 图乙所示结构可吸收全部的太阳光
[D] 叶绿体以图甲③的形式扩大膜的面积
D
【解析】 图乙所示结构含有光合色素,光合色素只分布在叶绿体的类囊体膜上,故图乙所示结构位于图甲中的③;在叶绿体的基质(图甲④)中,也分布有与光合作用有关的酶;光合色素只吸收太阳光中的可见光;③是叶绿体的类囊体,叶绿体以图甲③的形式扩大膜的面积。
考向一 从科学探究的角度,考查叶绿体中色素的提取与分离
1.(2024·广东卷,3)银杏是我国特有的珍稀植物,其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别,下列实验操作正确的是( )
[A] 选择新鲜程度不同的叶片混合研磨
[B] 研磨时用水补充损失的提取液
[C] 将两组滤纸条置于同一烧杯中层析
[D] 用过的层析液直接倒入下水道
研练真题·感悟高考
C
【解析】 本实验的目的是用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别,应选择新鲜程度不同的叶片分别研磨;色素溶于有机溶剂,提取液为无水乙醇,光合色素不溶于水;由于滤纸条不会相互影响,层析液成分相同,两组滤纸条可以置于同一个烧杯中层析;层析液含有石油醚、丙酮和苯,这些有机溶剂有毒,且挥发性强,所以,用过的层析液不能直接倒入下水道。
2.(2023·江苏卷,12)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是
( )
[A] 用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏
[B] 若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但易出现色素带重叠
[C] 该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量
[D] 用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带,花青素位于叶绿素a、b之间
B
【解析】 用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏;画滤液细线时要间断画2～3 次,即等上一次干了以后再画下一次,若连续多次重复画滤液细线虽可累积更多的色素,但会造成滤液细线过宽,易出现色素带重叠;该实验中分离色素的方法是纸层析法,可根据各种色素在滤纸条上呈现的色素带的宽窄来比较不同色素的相对含量大小,但该实验不能具体测定绿叶中各种色素含量;花青素存在于液泡中,溶于水、乙醇等极性溶剂,而不易溶于层析液,因此不会随层析液在滤纸条上迁移。
考向二 从科学思维的角度,考查光合色素的种类与功能
3.(2023·全国乙卷,2)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述,错误的是( )
[A] 氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
[B] 叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
[C] 用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
[D] 叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸上扩散得
越慢
D
【解析】 叶绿素的元素组成是C、H、O、N、Mg,氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素;光反应的场所是类囊体的薄膜,用于吸收光能的光合色素(叶绿素和类胡萝卜素)存在于叶绿体中类囊体的薄膜上;类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰;叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸上扩散得越快。
4.(2022·湖北卷,11)某植物的2种黄叶突变体表型相似,测定各类植株叶片的光合色素含量(单位:μg·g-1),结果如表。
植株 类型 叶绿 素a 叶绿 素b 类胡萝卜素 叶绿素/类胡萝卜素
野生型 1 235 519 419 4.19
突变体1 512 75 370 1.59
突变体2 115 20 379 0.36
下列有关叙述正确的是( )
[A] 两种突变体的出现增加了物种多样性
[B] 突变体2比突变体1吸收红光的能力更强
[C] 两种突变体的光合色素含量差异,是由不同基因的突变所致
[D] 叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色
D
【解析】 两种突变体与野生型之间并无生殖隔离,仍属于同一物种,只能体现遗传多样性;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,突变体2的叶绿素a和叶绿素b的含量比突变体1少,故突变体2比突变体1吸收红光的能力弱;两种突变体的光合色素含量差异,可能是同一个基因突变方向不同导致的;野生型的叶绿素与类胡萝卜素的比值为4.19,叶绿素含量较高,叶片呈绿色,叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降,叶绿素含量少,不能掩盖类胡萝卜素的颜色,因此叶片呈黄色。
5.(2024·河北卷,19)高原地区蓝光和紫外光较强,常采用覆膜措施辅助林木育苗。为探究不同颜色覆膜对藏川杨幼苗生长的影响,研究者检测了白膜、蓝膜和绿膜对不同光的透过率,以及覆膜后幼苗光合色素的含量,结果如图、表所示。
覆膜处理 叶绿素含量/ (mg/g) 类胡萝卜素含
量/(mg/g)
白膜 1.67 0.71
蓝膜 2.20 0.90
绿膜 1.74 0.65
回答下列问题。
(1)如图所示,三种颜色的膜对紫外光、蓝光和绿光的透过率有明显差异,其中 光可被位于叶绿体 上的光合色素高效吸收后用于光反应,进而使暗反应阶段的C3还原转化为 和 。与白膜覆盖相比,蓝膜和绿膜透过的 较少,可更好地减弱幼苗受到的辐射。
蓝
类囊体的薄膜
C5
糖类
紫外光
【解析】 (1)绿色植物的光合色素分布在类囊体的薄膜上。其中叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,因此题述三种光中蓝光可被高效吸收。据题图可知,与白膜覆盖相比,蓝膜和绿膜透过的紫外光较少,可更好地减弱幼苗受到的辐射。
(2)光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正比,选择适当波长的光可对色素含量进行测定。提取光合色素时,可利用 作为溶剂。测定叶绿素含量时,应选择红光而不能选择蓝紫光,原因是
。
无水乙醇
叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,选择红光可排除类胡萝卜素的干扰
叶绿素a和
【解析】 (2)绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,所以,可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,为了排除类胡萝卜素的干扰,测定叶绿素含量时,应选择红光而不能选择蓝紫光。
(3)研究表明,覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗在高原环境的生长。根据上述检测结果,其原因为
(答出两点即可)。
对幼苗的辐射的同时不影响其光合作用;与覆盖白膜和绿膜相比,覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高,有利于幼苗进行光合作用
覆盖蓝膜紫外光透过率低,蓝光透过率高,降低紫外光
【解析】 (3)据题图可知,与覆盖其他颜色的膜相比,覆盖蓝膜的紫外光透过率低,蓝光透过率高,在降低紫外光对幼苗的辐射的同时不影响其光合作用;据表中数据分析,与覆盖白膜和绿膜相比,覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高,有利于幼苗进行光合作用。
(时间:30分钟 满分:36分)
基础强化练
选择题:1～6题,每题2分。
1.(色素的提取和分离|2024·深圳二模)某兴趣小组合作完成“绿叶中色素的提取和分离”实验,主要步骤包括:色素的提取→滤纸条制备→画滤液细线→色素的分离。下列叙述正确的是( )
[A] 色素的提取:用无水乙醇和层析液进行色素提取
[B] 滤纸条制备:滤纸条一端剪去两角并在另一端底部画细线
[C] 画滤液细线:防止滤液细线过粗一般只画一次
[D] 色素的分离:离滤液细线最远的色素吸收蓝紫光
D
【解析】 光合色素易溶于有机溶剂,常用无水乙醇提取光合色素;制备滤纸条时,将干燥的定性滤纸条一端剪去两角,并在距此端底部1 cm处用铅笔画一条细横线;为保证更多的光合色素沉积在滤液细线处,画滤液细线时,应用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔线均匀画一条直的滤液细线,待滤液干后,再重复画一到两次;色素在层析液中的溶解度不同,随着层析液扩散的速度不同,距离滤液细线最远的为溶解度最大的胡萝卜素,胡萝卜素吸收蓝紫光。
2.(色素提取|2024·福州模拟)分别在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个研钵中加2 g剪碎的新鲜菠菜绿叶,并按如表所示添加试剂,经研磨、过滤得到3种不同颜色的溶液(深绿色、黄绿色、几乎无色),则Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个研钵中的溶液颜色分别是( )
D
处理 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
SiO2(少量) + + +
CaCO3(少量) - + +
无水乙醇(10 mL) + - +
蒸馏水(10 mL) - + -
注:“+”表示添加;“-”表示不添加。
[A] 几乎无色、黄绿色、深绿色 [B] 深绿色、几乎无色、黄绿色
[C] 黄绿色、深绿色、几乎无色 [D] 黄绿色、几乎无色、深绿色
【解析】 由题中表格可知,研钵Ⅰ中未加入CaCO3,从而导致研磨过程中部分叶绿素被破坏,因而提取液呈黄绿色;研钵Ⅱ中加入蒸馏水,而未加入无水乙醇,由于光合色素不溶于蒸馏水,因此研钵Ⅱ中的溶液几乎无色;研钵Ⅲ中加入了CaCO3、SiO2和无水乙醇,未加入蒸馏水,可得到正常的提取液,故溶液呈深绿色。
3.(色素分离|2024·深圳调研)如图是对菠菜叶片叶绿体色素分离的结果示意图。下列相关分析正确的是( )
[A] a的操作目的是方便层析液的吸附
[B] b选用铅笔细线能够促进色素的层析
[C] 如果c、d带宽减小,一定是忘记添加碳酸钙
[D] 色素f在层析液中的溶解度最大
D
【解析】 题图中a的操作即剪去滤纸条的两个角,其目的是防止层析液在滤纸条两边扩散过快,导致得到的色素带不整齐;b选用铅笔细线能够使滤液细线画得细而直,得到的色素带比较整齐,便于观察;c、d带对应的色素分别为叶绿素b、叶绿素a,二者带宽减小说明滤液中叶绿素含量减少,原因可能是忘记添加碳酸钙导致叶绿素被破坏,也可能是菠菜叶片不新鲜,叶绿素含量少;色素f是胡萝卜素,在层析液中的溶解度最大,扩散最快,位于滤纸条的最上方。
4.(叶龄对色素含量的影响|2024·茂名二模)某小组做了“探究叶龄对叶片中光合色素含量的影响”的实验,结果如图,下列叙述错误的是( )
[A] 用纸层析法来分离叶片中的光合色素
[B] 嫩叶与老叶的叶绿体中色素总含量相等
[C] 相同光照强度下嫩叶与老叶光合速率相等
[D] 不同时期的叶绿素含量变化幅度比类胡萝卜素的大
C
【解析】 各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同,从而分离色素,所以用纸层析法来分离叶片中的光合色素;嫩叶的叶绿体中色素含量为6+2=8,老叶的叶绿体中色素含量为5+3=8,所以嫩叶与老叶的叶绿体中色素总含量相等;嫩叶与老叶的叶绿素和类胡萝卜素含量都不同,所以相同光照强度下嫩叶与老叶光合速率不一定相等;不同发育阶段叶绿素含量的变化为 6→12→5,类胡萝卜素的含量变化为2→4→3,所以不同时期的叶绿素含量变化幅度比类胡萝卜素的大。
5.(叶绿体结构|2024·重庆模拟)如图为某真核细胞内两种具有双层膜细胞器的结构(部分)示意图,有关分析错误的是( )
[A] 图a表示线粒体,其内膜向内腔折叠,增大了膜面积
[B] 图b表示叶绿体,其内具有少量的DNA和RNA
[C] 图a、b中内、外膜化学成分无明显差异
[D] 图a、b代表的细胞器均与能量转化有关
C
【解析】 图a中,内膜向内腔折叠形成嵴,增大了膜面积,可以判断图a为线粒体。图b含有基粒,表示叶绿体,其内具有少量的DNA和RNA。线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所,含有与有氧呼吸有关的酶,与线粒体外膜的成分有明显差异;而叶绿体的内、外膜成分相似。图a、b代表的细胞器(线粒体与叶绿体)均与能量转化有关。
6.(色素的提取和分离|2024·天津一模)下图表示利用纸层析法分离新鲜菠菜叶中光合色素的实验示意图。下列相关叙述正确的是( )
[A] 实验所用吸水纸的干燥度不影响实验的结果
[B] ①和②对应的色素主要吸收蓝紫光和红光
[C] ①～④对应的色素依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b
[D] 若在研磨叶片时没有加入二氧化硅,则得不到任何色素环
C
【解析】 实验所用吸水纸的干燥度影响实验的结果,故应用干燥的吸水纸;溶解度最大的最先在滤纸上层析,扩散的距离最远,根据色素在滤纸上扩散的距离,可以判断①～④对应的色素依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b,其中①和②主要吸收蓝紫光;在研磨时没有加入二氧化硅,则研磨不充分,结果各条色素带均会变窄颜色变浅。
选择题:7～9题,每题4分。
7.(叶绿体中色素的种类|2025·福州期中)研究发现,不同环境条件下,叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化,这种转化称为“叶绿素循环”。在适当遮光条件下,叶绿素a与叶绿素b的比值会降低,以适应环境。如图为绿叶中色素的吸收光谱,其中②表示叶绿素b,③表示叶绿素a。
能力提升练
下列叙述错误的是( )
[A] 叶片在640～660 nm波长光下释放氧气主要是由叶绿素参与光合作用引起的
[B] 利用纸层析法分离色素时,②对应的条带离画线处最近
[C] 由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后,短时间内叶绿体中C3的量增加
[D] 弱光下②的相对含量增高有利于植物对弱光的利用
C
【解析】 ①代表的类胡萝卜素对640～660 nm波长的光没有吸收值,而叶绿素能吸收该波长的光,因此在该波长下,叶片释放氧气是叶绿素吸收、传递、转化光能引起的;叶绿素b在滤纸条上的扩散速度最慢,利用纸层析法分离色素时,②叶绿素b对应的条带离画线处最近;由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后,光照增强,色素吸收的光能增多,光反应增强,ATP和NADPH增多,短时间内C3的量减少;由题意可知,叶绿素a与叶绿素b的比值降低有利于植物适应遮光环境,故②叶绿素b弱光下含量增高,有利于植物对弱光的利用。
8.(色素分离|2024·吉林三模)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,层析后滤纸条的结果如图(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是( )
[A] 强光照导致了该植物叶绿素含量降低,类胡萝卜素含量增加
[B] 层析液一般可以用石油醚,原理是溶解度高的色素在滤纸条上的扩散速度慢
[C] 色素Ⅰ比色素Ⅳ吸收的可见光的波长长
[D] 画滤液细线时,滤液在点样线上只能画一次
A
【解析】 题图所示表明强光照下叶绿素宽度变窄,类胡萝卜素宽度变宽,说明此时叶绿素含量降低,类胡萝卜素含量增加;层析液一般可以用石油醚,原理是溶解度高的色素在滤纸条上的扩散速度快;色素Ⅰ(胡萝卜素,吸收蓝紫光)比色素Ⅳ(叶绿素b,吸收蓝紫光和红光)吸收的可见光的波长短;在分离色素实验中,画滤液细线时,需要重复画线,增加色素量,但操作应在前一次画线晾干后再进行重复操作。
9.(探究温度对红色素提取量的影响|2024·成都模拟)为探究和开发天然食用色素,某研究小组取等量相同品种的红枣,用某种溶剂提取红枣中水溶性的红色素,用紫外光谱仪测定不同温度下提取液的吸光度(吸光度越大,红色素含量越高),实验结果如图所示。下列分析不合理的是( )
[A] 取等量相同品种的红枣保证单一变量原则
[B] 提取红色素的较适宜温度在60～80 ℃之间
[C] 提取红枣中红色素的溶剂不能用于提取光合色素
[D] 实验目的是探究温度对红枣中红色素合成的影响
D
【解析】 实验过程中应保持无关变量一致,保证单一变量原则,取等量相同品种的红枣是保证单一变量原则;分析题图可知,用某种溶剂提取红枣中水溶性的红色素,在70 ℃时吸光度最高,说明在60～80 ℃之间,提取红色素温度较适宜;光合色素是脂溶性色素,红枣中红色素是水溶性的,提取红枣中红色素的溶剂不能用于提取光合色素;题图中自变量是温度,因变量是提取液的吸光度,因此实验目的是探究温度对红枣中红色素提取量的影响。
10.(12分)(施肥对叶绿素含量的影响|2025·兰州联考)在农作物的不同生长期施加复合肥,对农作物的产量有不同的影响。实验人员为研究这种影响,进行了相关实验。回答下列问题。
(1)某种复合肥中氮和磷的比例为4∶1,氮、磷元素是组成农作物细胞的
(填“大量”或“微量”)元素。同时含有这两种元素的有机物有
(答出2种)等。
大量
ATP、NADPH、核酸
(2)实验人员以品种A水稻为实验材料,在不同时期施加复合肥,测定实验组的叶绿素含量和增产量(实验组和对照组的差值),结果如图1、2所示。
注:1亩=666.67 m2
①叶绿素主要吸收 光,常用
(填试剂)来提取。实验结果表明,施加含氮和磷的复合肥后,不同时期实验组的叶绿素含量均高于对照组的,这可能是因为
。
蓝紫光和红
无水乙醇(或体积分数为95%的乙醇加入适量
无水碳酸钠)
水稻吸收复合肥中的氮元素后用于
叶绿素的合成
【解析】 (2)①叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b,主要吸收蓝紫光和红光;复合肥是一种含有氮、磷、钾中两种或两种以上营养元素的化肥,施加复合肥后,不同时期实验组的叶绿素含量均高于对照组的,说明添加复合肥后细胞中叶绿素合成量增加,可能是因为水稻吸收复合肥中的氮元素后用于叶绿素的合成。
②据图2分析,在 期施加复合肥,品种A水稻的增产量最大。
分蘖
【解析】 ②对比不同时期施加复合肥后品种A的增产量,在分蘖期施肥的增产量最大。
(3)请设计实验比较复合肥对品种A、B不同时期的影响,写出简要的思路:
。
在上述实验条件下栽培品种B,测定各时期品种B的叶绿素含量和增产量,
然后与品种A的进行比较
【解析】 (3)由于已经有了复合肥对品种A不同时期影响的相关数据,因此要比较复合肥对品种A、B不同时期的影响,还需要在相同实验条件下,将实验材料换为品种B,重复上述实验过程(含实验组和对照组),即在上述实验条件下栽培品种B,测定各时期品种B的叶绿素含量和增产量,然后与品种A的进行比较。第15讲 捕获光能的色素和结构
(时间:30分钟 满分:36分)
基础强化练
选择题:1~6题,每题2分。
1.(色素的提取和分离|2024·深圳二模)某兴趣小组合作完成“绿叶中色素的提取和分离”实验,主要步骤包括:色素的提取→滤纸条制备→画滤液细线→色素的分离。下列叙述正确的是( )
[A] 色素的提取:用无水乙醇和层析液进行色素提取
[B] 滤纸条制备:滤纸条一端剪去两角并在另一端底部画细线
[C] 画滤液细线:防止滤液细线过粗一般只画一次
[D] 色素的分离:离滤液细线最远的色素吸收蓝紫光
2.(色素提取|2024·福州模拟)分别在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个研钵中加2 g剪碎的新鲜菠菜绿叶,并按如表所示添加试剂,经研磨、过滤得到3种不同颜色的溶液(深绿色、黄绿色、几乎无色),则Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个研钵中的溶液颜色分别是( )
处理 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
SiO2(少量) + + +
CaCO3(少量) - + +
无水乙醇(10 mL) + - +
蒸馏水(10 mL) - + -
注:“+”表示添加;“-”表示不添加。
[A] 几乎无色、黄绿色、深绿色
[B] 深绿色、几乎无色、黄绿色
[C] 黄绿色、深绿色、几乎无色
[D] 黄绿色、几乎无色、深绿色
3.(色素分离|2024·深圳调研)如图是对菠菜叶片叶绿体色素分离的结果示意图。下列相关分析正确的是( )
[A] a的操作目的是方便层析液的吸附
[B] b选用铅笔细线能够促进色素的层析
[C] 如果c、d带宽减小,一定是忘记添加碳酸钙
[D] 色素f在层析液中的溶解度最大
4.(叶龄对色素含量的影响|2024·茂名二模)某小组做了“探究叶龄对叶片中光合色素含量的影响”的实验,结果如图,下列叙述错误的是( )
[A] 用纸层析法来分离叶片中的光合色素
[B] 嫩叶与老叶的叶绿体中色素总含量相等
[C] 相同光照强度下嫩叶与老叶光合速率相等
[D] 不同时期的叶绿素含量变化幅度比类胡萝卜素的大
5.(叶绿体结构|2024·重庆模拟)如图为某真核细胞内两种具有双层膜细胞器的结构(部分)示意图,有关分析错误的是( )
[A] 图a表示线粒体,其内膜向内腔折叠,增大了膜面积
[B] 图b表示叶绿体,其内具有少量的DNA和RNA
[C] 图a、b中内、外膜化学成分无明显差异
[D] 图a、b代表的细胞器均与能量转化有关
6.(色素的提取和分离|2024·天津一模)下图表示利用纸层析法分离新鲜菠菜叶中光合色素的实验示意图。下列相关叙述正确的是( )
[A] 实验所用吸水纸的干燥度不影响实验的结果
[B] ①和②对应的色素主要吸收蓝紫光和红光
[C] ①~④对应的色素依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b
[D] 若在研磨叶片时没有加入二氧化硅,则得不到任何色素环
能力提升练
选择题:7~9题,每题4分。
7.(叶绿体中色素的种类|2025·福州期中)研究发现,不同环境条件下,叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化,这种转化称为“叶绿素循环”。在适当遮光条件下,叶绿素a与叶绿素b的比值会降低,以适应环境。如图为绿叶中色素的吸收光谱,其中②表示叶绿素b,③表示叶绿素a。下列叙述错误的是( )
[A] 叶片在640~660 nm波长光下释放氧气主要是由叶绿素参与光合作用引起的
[B] 利用纸层析法分离色素时,②对应的条带离画线处最近
[C] 由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后,短时间内叶绿体中C3的量增加
[D] 弱光下②的相对含量增高有利于植物对弱光的利用
8.(色素分离|2024·吉林三模)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,层析后滤纸条的结果如图(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是( )
[A] 强光照导致了该植物叶绿素含量降低,类胡萝卜素含量增加
[B] 层析液一般可以用石油醚,原理是溶解度高的色素在滤纸条上的扩散速度慢
[C] 色素Ⅰ比色素Ⅳ吸收的可见光的波长长
[D] 画滤液细线时,滤液在点样线上只能画一次
9.(探究温度对红色素提取量的影响|2024·成都模拟)为探究和开发天然食用色素,某研究小组取等量相同品种的红枣,用某种溶剂提取红枣中水溶性的红色素,用紫外光谱仪测定不同温度下提取液的吸光度(吸光度越大,红色素含量越高),实验结果如图所示。下列分析不合理的是( )
[A] 取等量相同品种的红枣保证单一变量原则
[B] 提取红色素的较适宜温度在60~80 ℃之间
[C] 提取红枣中红色素的溶剂不能用于提取光合色素
[D] 实验目的是探究温度对红枣中红色素合成的影响
10.(12分)(施肥对叶绿素含量的影响|2025·兰州联考)在农作物的不同生长期施加复合肥,对农作物的产量有不同的影响。实验人员为研究这种影响,进行了相关实验。回答下列
问题。
(1)某种复合肥中氮和磷的比例为4∶1,氮、磷元素是组成农作物细胞的 (填“大量”或“微量”)元素。同时含有这两种元素的有机物有 (答出2种)等。
(2)实验人员以品种A水稻为实验材料,在不同时期施加复合肥,测定实验组的叶绿素含量和增产量(实验组和对照组的差值),结果如图1、2所示。
注:1亩=666.67 m2
①叶绿素主要吸收 光,常用 (填试剂)来提取。实验结果表明,施加含氮和磷的复合肥后,不同时期实验组的叶绿素含量均高于对照组的,这可能是因为 。
②据图2分析,在 期施加复合肥,品种A水稻的增产量最大。
(3)请设计实验比较复合肥对品种A、B不同时期的影响,写出简要的思路:
。
第15讲 捕获光能的色素和结构
1.D 光合色素易溶于有机溶剂,常用无水乙醇提取光合色素;制备滤纸条时,将干燥的定性滤纸条一端剪去两角,并在距此端底部1 cm处用铅笔画一条细横线;为保证更多的光合色素沉积在滤液细线处,画滤液细线时,应用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔线均匀画一条直的滤液细线,待滤液干后,再重复画一到两次;色素在层析液中的溶解度不同,随着层析液扩散的速度不同,距离滤液细线最远的为溶解度最大的胡萝卜素,胡萝卜素吸收蓝紫光。
2.D 由题中表格可知,研钵Ⅰ中未加入CaCO3,从而导致研磨过程中部分叶绿素被破坏,因而提取液呈黄绿色;研钵Ⅱ中加入蒸馏水,而未加入无水乙醇,由于光合色素不溶于蒸馏水,因此研钵Ⅱ中的溶液几乎无色;研钵Ⅲ中加入了CaCO3、SiO2和无水乙醇,未加入蒸馏水,可得到正常的提取液,故溶液呈深绿色。
3.D 题图中a的操作即剪去滤纸条的两个角,其目的是防止层析液在滤纸条两边扩散过快,导致得到的色素带不整齐;b选用铅笔细线能够使滤液细线画得细而直,得到的色素带比较整齐,便于观察;c、d带对应的色素分别为叶绿素b、叶绿素a,二者带宽减小说明滤液中叶绿素含量减少,原因可能是忘记添加碳酸钙导致叶绿素被破坏,也可能是菠菜叶片不新鲜,叶绿素含量少;色素f是胡萝卜素,在层析液中的溶解度最大,扩散最快,位于滤纸条的最上方。
4.C 各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同,从而分离色素,所以用纸层析法来分离叶片中的光合色素;嫩叶的叶绿体中色素含量为6+2=8,老叶的叶绿体中色素含量为5+3=8,所以嫩叶与老叶的叶绿体中色素总含量相等;嫩叶与老叶的叶绿素和类胡萝卜素含量都不同,所以相同光照强度下嫩叶与老叶光合速率不一定相等;不同发育阶段叶绿素含量的变化为 6→12→5,类胡萝卜素的含量变化为2→4→3,所以不同时期的叶绿素含量变化幅度比类胡萝卜素的大。
5.C 图a中,内膜向内腔折叠形成嵴,增大了膜面积,可以判断图a为线粒体。图b含有基粒,表示叶绿体,其内具有少量的DNA和RNA。线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所,含有与有氧呼吸有关的酶,与线粒体外膜的成分有明显差异;而叶绿体的内、外膜成分相似。图a、b代表的细胞器(线粒体与叶绿体)均与能量转化有关。
6.C 实验所用吸水纸的干燥度影响实验的结果,故应用干燥的吸水纸;溶解度最大的最先在滤纸上层析,扩散的距离最远,根据色素在滤纸上扩散的距离,可以判断①~④对应的色素依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b,其中①和②主要吸收蓝紫光;在研磨时没有加入二氧化硅,则研磨不充分,结果各条色素带均会变窄颜色变浅。
7.C ①代表的类胡萝卜素对640~660 nm波长的光没有吸收值,而叶绿素能吸收该波长的光,因此在该波长下,叶片释放氧气是叶绿素吸收、传递、转化光能引起的;叶绿素b在滤纸条上的扩散速度最慢,利用纸层析法分离色素时,②叶绿素b对应的条带离画线处最近;由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后,光照增强,色素吸收的光能增多,光反应增强,ATP和NADPH增多,短时间内C3的量减少;由题意可知,叶绿素a与叶绿素b的比值降低有利于植物适应遮光环境,故②叶绿素b弱光下含量增高,有利于植物对弱光的利用。
8.A 题图所示表明强光照下叶绿素宽度变窄,类胡萝卜素宽度变宽,说明此时叶绿素含量降低,类胡萝卜素含量增加;层析液一般可以用石油醚,原理是溶解度高的色素在滤纸条上的扩散速度快;色素Ⅰ(胡萝卜素,吸收蓝紫光)比色素Ⅳ(叶绿素b,吸收蓝紫光和红光)吸收的可见光的波长短;在分离色素实验中,画滤液细线时,需要重复画线,增加色素量,但操作应在前一次画线晾干后再进行重复操作。
9.D 实验过程中应保持无关变量一致,保证单一变量原则,取等量相同品种的红枣是保证单一变量原则;分析题图可知,用某种溶剂提取红枣中水溶性的红色素,在70 ℃时吸光度最高,说明在60~80 ℃之间,提取红色素温度较适宜;光合色素是脂溶性色素,红枣中红色素是水溶性的,提取红枣中红色素的溶剂不能用于提取光合色素;题图中自变量是温度,因变量是提取液的吸光度,因此实验目的是探究温度对红枣中红色素提取量的影响。
10.【答案】 (除标注外,每空2分)
(1)大量(1分) ATP、NADPH、核酸
(2)蓝紫光和红(1分) 无水乙醇(或体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠)(1分) 水稻吸收复合肥中的氮元素后用于叶绿素的合成 分蘖
(3)在上述实验条件下栽培品种B,测定各时期品种B的叶绿素含量和增产量,然后与品种A的进行比较(3分)
【解析】 (2)①叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b,主要吸收蓝紫光和红光;复合肥是一种含有氮、磷、钾中两种或两种以上营养元素的化肥,施加复合肥后,不同时期实验组的叶绿素含量均高于对照组的,说明添加复合肥后细胞中叶绿素合成量增加,可能是因为水稻吸收复合肥中的氮元素后用于叶绿素的合成。②对比不同时期施加复合肥后品种A的增产量,在分蘖期施肥的增产量最大。(3)由于已经有了复合肥对品种A不同时期影响的相关数据,因此要比较复合肥对品种A、B不同时期的影响,还需要在相同实验条件下,将实验材料换为品种B,重复上述实验过程(含实验组和对照组),即在上述实验条件下栽培品种B,测定各时期品种B的叶绿素含量和增产量,然后与品种A的进行比较。
