人教版（2019）高中生物学必修1练习--第5章　第4节　第1课时　捕获光能的色素和结构（含解析）

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2026人教版高中生物学必修1
第4节　光合作用与能量转化
第1课时　捕获光能的色素和结构
基础过关练
题组一　绿叶中色素的提取、分离及功能
1.在“绿叶中色素的提取和分离”实验中,以下主要步骤操作正确的是(　　)
A.图中a、b分别表示层析液和体积分数为70%的乙醇
B.步骤②采用定性滤纸过滤,可提高滤液中光合色素的含量
C.步骤③在滤纸条上连续画2~3次滤液细线,分离色素效果更好
D.步骤④将试管固定于铁架台上,可防止b液晃动而触及滤液细线
2.(2025江苏淮安模拟)下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述,正确的是(　　)
A.为提取出更多的色素应保留叶片上的主叶脉
B.层析完毕后应迅速记录结果
C.加入二氧化硅研磨可以保护叶绿素
D.若滤液细线画得太粗,可能会导致滤纸条上的色素带部分重叠
3.(2025河南三门峡期末)某实验小组以新鲜韭黄和韭菜叶为实验材料提取并分离色素。下列相关叙述正确的是(　　)
A.根据不同光合色素在无水乙醇中的溶解度不同,可对色素进行分离
B.研磨操作中若加入的碳酸钙过少,会导致滤纸上的色素带颜色变深
C.提取色素时需一次性加入大量的无水乙醇
D.与韭菜相比,韭黄叶中的色素在滤纸条上可能只分离出远离滤液细线的两条色素带
4.(2025山东烟台一中月考)某生物兴趣小组为了探究光合色素的种类及其功能,对绿叶中的色素进行了提取和分离,所得结果如图所示。下列相关叙述不正确的是(　　)
A.四种色素都能吸收光能用于光合作用
B.色素丁在层析液中的溶解度最大
C.甲和乙主要吸收红外光和蓝紫光
D.乙为叶绿素a,是绿叶中含量最多的色素
5.下面是甲、乙、丙三位同学进行“绿叶中色素的提取和分离”实验的过程,请回答下列问题:
图1
(1)甲同学选用新鲜菠菜的绿色叶片进行实验,滤纸上出现了四条清晰的色素带,如图1所示。甲同学分离色素的方法是　　　　　　　　　　　　　　,滤纸条上色素带位置的不同主要取决于　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。从上到下,叶黄素位于第　　　条色素带。
(2)乙同学改变甲同学所用层析液组成后继续进行实验,在滤纸条上出现了黄、绿两条色素带。他用刀片裁出含色素带的滤纸条,用乙醚分别溶解条带上的色素,浓缩后,在色素溶液与阳光之间放置一块三棱镜,通过分析色素溶液的　　　　　　来判断色素带上色素的种类。
(3)丙同学对甲同学“绿叶中色素的分离”实验进行改进,实验装置如图2所示,该同学应将提取到的滤液滴在　　(填“a”或“b”)处,棉线灯芯下端应浸没在　　　　中。实验最终得到四个不同颜色的同心圆,排列在最内侧的色素是　　　　　(填色素的名称)。
题组二　叶绿体的结构适合进行光合作用
6.(2025山西太原期中)在自然界,植物捕获光能要依靠特定的物质和结构。下列表述正确的是(　　)
A.所有植物细胞中都含有4种色素
B.植物叶片之所以呈现绿色,是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光
C.叶绿体外膜和内膜上也分布着能吸收光能的色素分子
D.恩格尔曼的实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气
7.(2025广东湛江期中)图甲为叶绿体的结构模式图,图乙为图甲中部分结构放大图。下列叙述错误的是(　　)
　
A.图甲④中存在光合作用所需要的酶
B.图甲③大大地扩展了叶绿体的受光面积
C.图乙所示结构属于图甲中的③
D.图甲中的①②和图乙的结构和成分完全相同
8.(易错题)(2024湖北武汉调研考试)叶绿体中的类囊体有两种存在形式。一种是多个垛叠在一起形成基粒;另一种没有发生垛叠,贯穿两个或两个以上的基粒,被称为基质类囊体,如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.两种类囊体相互连接形成了一个连续的膜系统
B.类囊体在叶绿体中的占比会影响叶绿体对光能的捕获和转化
C.图示结构需在电子显微镜下观察
D.生物的光合作用都发生在叶绿体中
9.(2025湖南邵东月考)将水绵(叶绿体呈螺旋带状分布)放在一张载有需氧细菌悬浮液的玻片上,细菌会移向氧浓度高的区域。在黑暗条件下密闭培养一段时间后,观察细菌在不同光照下的分布情况。下列叙述错误的是(　　)
　　
A.用需氧细菌可确定水绵释放氧气多的部位
B.白光下需氧细菌均匀地分布在叶绿体周围
C.水绵叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂中
D.C组的需氧细菌主要分布在蓝、绿光点处
能力提升练
题组　捕获光能的色素及结构
1.(2025辽宁沈阳月考)如图是绿色植物和藻类中常见的光合色素的吸收光谱。某学生使用长条滤纸,以石油醚∶丙酮=9∶1为展开剂进行光合色素的层析分离实验,分别计算了甲、乙、丙三种色素的Rf值(Rf值=滤纸上色素移动上升的距离/滤纸上展开剂移动上升的距离),Rf值由大到小的顺序是(　　)
A.甲、丙、乙　　　　　　B.丙、乙、甲
C.乙、丙、甲　　　　　　D.甲、乙、丙
2.(创新题)(新情境·双向纸层析法分离色素)(2025湖北武汉月考)羽衣甘蓝因其耐寒性和叶色丰富多变的特点,成为冬季重要的观叶植物。某同学将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样,先后置于层析液和蒸馏水中进行层析,过程及结果如图所示。已知1、2、3、4、5代表不同类型的色素。下列分析正确的是(　　)
A.分离后的色素3对应的颜色为黄绿色
B.色素1、2、3、4分布于叶绿体中,色素5可能分布于植物的液泡中
C.色素1、2主要吸收红光和蓝紫光,色素3、4主要吸收蓝紫光
D.可以使用体积分数为95%的乙醇和适量无水碳酸钠对色素1、2、3、4进行分离
3.(2025湖南长沙开学考试)为对“绿叶中色素的提取和分离”实验进行深入探究,某兴趣小组选用酒精水浴加热的方法来提取色素,并探究了水浴温度对实验的影响。以下是色素提取的相关实验步骤:
①取四支大试管并编号,每组称取2 g新鲜菠菜叶,用剪刀剪碎后放入大试管底部。
②取不同水浴锅,将温度分别设定为30 ℃、50 ℃、70 ℃、90 ℃。
③四支大试管中各加入2 mL无水乙醇和少量碳酸钙,塞好棉塞,用试管夹夹住大试管分别放入上述水浴锅中,保温4 min后取出试管,过滤。
④每支试管取适量滤液,使用分光光度计分别于663 nm、646 nm和470 nm波长处测定吸光度。根据所测得的吸光度计算出提取液中叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的浓度及含量,所得实验数据如下表。请分析回答下列问题:
温度 单位鲜重的菠菜绿叶中各色素含量(mg/g)
叶绿素a 叶绿素b 类胡萝卜素
30 ℃ 1.658 1.137 0.305
50 ℃ 2.192 1.206 0.355
70 ℃ 2.418 1.302 0.426
90 ℃ 2.395 1.247 0.385
(1)若实验中吸光度的测定数值过大,反而增大了实验误差,改进措施是　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)由实验数据可知,在　　　温度条件下提取到的色素含量相对较高,原因可能是在该温度条件下,一方面叶肉细胞中的色素释放比较彻底,另一方面　　　　　　　　。
(3)该兴趣小组利用下图所示的改进装置进行色素的分离实验,则离试管口最近的色素带为　　　　　　(填色素名称),该改进装置的优点有　　　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　等。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.D 2.D 3.D 4.C 6.D 7.D 8.D 9.D
1.D　利用无水乙醇(a)提取色素;色素可溶解在层析液中,利用层析液(b)分离色素,A错误。滤纸易吸附色素,步骤②可采用单层尼龙布过滤,B错误。画滤液细线时,应待第一次画的滤液干后,再重画一到两次,不是连续画线,C错误。若b液触及滤液细线,滤液细线上的色素会溶解到层析液中而不能在滤纸上扩散,D正确。
2.D　主叶脉中几乎不含色素,为提取出更多的色素应剪去主叶脉,A错误;层析完毕后应待色素带稳定后再记录结果,B错误;二氧化硅能够使研磨充分,碳酸钙能够保护叶绿素,C错误;若滤液细线画得太粗,会导致色素含量较多,在滤纸条上扩散时可能会使色素带部分重叠,D正确。
3.D　根据不同色素在层析液中的溶解度不同,可对色素进行分离,溶解度高的色素随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢,A错误。碳酸钙可防止研磨时色素被破坏,研磨操作中若加入的碳酸钙过少,会导致色素带颜色变浅,B错误。提取色素时一次性加入大量的无水乙醇会导致提取液浓度太低,收集到的滤液绿色过浅,C错误。韭黄叶细胞中可能不含叶绿素(叶绿体a和叶绿素b),则韭黄叶中的色素纸层析后,滤纸条上可能只有两条色素带,分别为橙黄色(胡萝卜素)和黄色(叶黄素);与叶绿素相比,胡萝卜素和叶黄素在层析液中溶解度大,距离滤液细线远,D正确。
4.C　不同色素在层析液中的溶解度不同,色素在层析液中的溶解度越大,随层析液在滤纸上扩散得越快(与滤液细线的距离越远)(易错点),丁在层析液中的溶解度最大,B正确。结合题图可推断甲为叶绿素b,乙为叶绿素a(含量最多),丙为叶黄素,丁为胡萝卜素,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,不吸收红外光,4种色素都可以吸收光能用于光合作用,A、D正确,C错误。
5.答案　(1)纸层析法　色素在层析液中溶解度的大小　2　(2)吸收光谱　(3)a　层析液　叶绿素b
解析　(1)图1所示分离色素的方法为纸层析法;分离色素的原理是色素在层析液中的溶解度不同,溶解度大的随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢。色素带由上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。(2)不同色素吸收光的种类不同,可以通过分析色素溶液的吸收光谱来判断色素带上色素的种类,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。(3)将提取到的滤液滴在滤纸中央(a处),棉线灯芯下端应浸没在层析液中。棉线灯芯吸取层析液到达点样处,色素在层析液中的溶解度越大,在滤纸上扩散得越快,得到的圆越大。实验最终得到四个不同颜色的同心圆,排列在最内侧的色素是溶解度最小的叶绿素b。如下图所示:
6.D　不是所有植物细胞中都含有4种色素,如有些植物的液泡中还含有一些决定花颜色的色素等,A错误;植物叶片之所以呈现绿色,是因为叶片中的光合色素几乎不吸收绿光,B错误;吸收光能的色素分子分布在类囊体膜上,而不在叶绿体的内外膜上,C错误;恩格尔曼用水绵和好氧细菌在黑暗和无空气的环境中进行实验,证明了叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用放氧,D正确。
7.D　④(叶绿体基质)中含有光合作用所需的酶,A正确;③(基粒)由类囊体堆叠而成,吸收光能的4种色素分布在类囊体膜(乙)上,增大了叶绿体的受光面积,B、C正确;生物膜的功能与膜上蛋白质的种类和数量有关,图甲中的①②(叶绿体的双层膜)与图乙所示类囊体膜的功能不同,膜的结构和成分相似,但不完全相同,D错误。
8.D　类囊体上的光合色素可对光能进行捕获和转化,类囊体在叶绿体中的占比高时,叶绿体对光能的捕获和转化的能力强,B正确;叶绿体内的精细结构,借助电子显微镜才能观察清楚,C正确;生物的光合作用不一定发生在叶绿体中,如蓝细菌(无叶绿体)含叶绿素和藻蓝素,同时具有与光合作用有关的酶,也能进行光合作用(易错点),D错误。
9.D　水绵光合作用释放氧气,需氧细菌进行有氧呼吸需要氧气,用需氧细菌可确定水绵释放氧气多的部位,A正确;白光下水绵叶绿体产生氧气较均匀,需氧细菌均匀地分布在叶绿体周围,B正确;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,C组水绵在蓝光点和红光点区域释放的氧气较多,该区域聚集的需氧细菌较多,D错误。
能力提升练
1.C　
题图解读　根据题图中不同色素的吸收光谱可知,甲为叶绿素b、乙为类胡萝卜素、丙为叶绿素a。
色素分离原理:色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的色素随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢;不同色素在层析液中的溶解度大小关系:类胡萝卜素>叶绿素a>叶绿素b。据此可知,不同色素在展开剂中上升距离的大小关系:类胡萝卜素>叶绿素a>叶绿素b,即Rf值由大到小的顺序是乙、丙、甲,C正确。
2.B　
题图解读　第一次使用层析液分离色素,色素1、2、3、4被分离出来,它们是光合色素(能溶解在层析液中),据色素在滤纸上的扩散距离可知,1是胡萝卜素,2是叶黄素,3是叶绿素a,4是叶绿素b。
　　第二次使用蒸馏水分离,色素5被分离出来,说明色素5溶于水。
色素3(叶绿素a)对应的颜色为蓝绿色,A错误;光合色素(色素1、2、3、4)分布于叶绿体中,水溶性色素5可能分布于植物的液泡中,B正确;类胡萝卜素(色素1、2)主要吸收蓝紫光,叶绿素(色素3、4)主要吸收红光和蓝紫光,C错误;可用无水乙醇提取绿叶中的色素,也可用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来代替无水乙醇对光合色素进行提取,而分离色素使用的是层析液,D错误。
归纳提升
色素提取液的选取依据
3.答案　(1)将滤液稀释后再进行吸光度的测定　(2)70 ℃　色素未被大量破坏　(3)叶绿素b　密封好,有毒物质(层析液)挥发少　注射器控制层析液的量,有效避免层析液触及滤液细线
解析　(1)实验中吸光度的测定数值过大,说明提取液中色素含量过高,增大了实验误差,改进措施是将滤液稀释后再进行吸光度的测定。(2)色素含量高的原因,可从色素来源和去路两个角度进行分析。(3)叶绿素b在层析液中的溶解度最低,扩散最慢,则离试管口最近的色素带为叶绿素b。
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