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
1．说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量。
2．实验：提取和分离叶绿体色素。
知识点1 绿叶中色素的提取和分离
1．提取绿叶中的色素
(1)原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂__________中。
(2)实验用品及作用(连线)
①无水乙醇 a．过滤
②SiO2 b．溶解色素、提取色素
③CaCO3 c．有助于研磨得充分
④单层尼龙布 d．防止研磨中色素被破坏
(3)实验步骤
2．分离绿叶中的色素
(1)实验原理：绿叶中的色素能溶解在层析液中，但不同的色素__________不同，溶解度__________的随层析液在滤纸上扩散得__________，反之则慢。
(2)实验步骤
(3)实验结果及分析
3．色素的吸收光谱
(1)光谱：阳光是由__________组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。
(2)色素的吸收光谱
①吸收范围：可见光的波长是_____________________；一般叶绿体中的色素只吸收__________，对红外光和紫外光不吸收。
②色素功能：叶绿素主要吸收__________，类胡萝卜素主要吸收__________。
1．(P99旁栏思考)植物工厂不用绿光作为补充光源的原因是__________________
____________________________________________________________________。
2．(P99学科交叉)波长小于400 nm的光是紫外光，波长大于760 nm的光是红外光，可见光的波长是400～760 nm。一般情况下，光合作用所利用的光都是________。
基于对绿叶中色素的提取和分离实验的认识，判断下列表述是否正确。
1．色素在层析液中的溶解度越大，在滤纸上的扩散速度越快。 ( )
2．研磨时加入碳酸钙的目的是保护色素。 ( )
3．研磨时加入二氧化硅有利于充分研磨。 ( )
4．分离绿叶中的色素用的是层析液。 ( )
5．色素分离后，滤纸条上从上而下的四条色素带分别是叶黄素、胡萝卜素、叶绿素a和叶绿素b。 ( )
6．绿叶中色素分离的原理是色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。 ( )
实验过程和结果分析
下图是提取和分离绿叶中色素的实验步骤，请分析：
1．提取色素时，加入剪碎的叶片后还需要加入三种物质，若A是二氧化硅，其作用是____________；B是碳酸钙，作用是________________；C是________，作用是溶解色素。
2．制备滤纸条时，剪去两角的目的是___________________________________。
画滤液细线的要求是__________________________________________________。
3．色素分离时，关键应注意层析液不要没及滤液细线，原因是______________
____________________________________________________________________。
4．在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们得到的实验结果对应的图中滤纸条依次为：______________________。
试剂 甲 乙 丙 丁
无水乙醇 － ＋ ＋ ＋
水 ＋ － － －
CaCO3 ＋ ＋ － ＋
SiO2 ＋ ＋ ＋ －
色素的吸收及应用
1．在人工精密控制光照、温度、CO2浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
2．阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色(从“蓝紫光或红光”“白光”中选择)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？
[深化归纳]
绿叶中色素的提取和分离实验的异常现象分析
(1)收集到的滤液中绿色过浅
①未加二氧化硅，研磨不充分。
②使用放置数天的菠菜叶，滤液中色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
(2)滤纸条色素带重叠：滤液细线画得过粗。
(3)滤纸条看不见色素带
①忘记画滤液细线。
②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
(4)滤纸条上色素带不直
①滤纸条未剪去两角，滤液沿两侧扩散过快。
②滤液细线画得不直。
1．如图表示“绿叶中色素的提取和分离”实验中的部分操作过程。下列相关叙述正确的是( )
A．图为提取绿叶中的色素过程，可使用75%的乙醇提取色素
B．向研钵中加入的B是CaCO3，有助于研磨得充分
C．将研磨液进行过滤时，需要在漏斗基部放一块滤纸
D．实验材料A为新鲜的绿叶，经过滤得到的滤液C仍能吸收光能
2．为研究强光照对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用无水乙醇提取叶绿体中的色素，用石油醚混合液进行纸层析，如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( )
A．强光下的幼苗相比正常光照下的绿色更深
B．强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成
C．四种色素在层析液中溶解度大小是Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ<Ⅳ
D．色素分离过程中如果滤液细线触及石油醚混合液，会缩短得到四条色素带的时间
3．下图表示不同色素的吸收光谱，下列相关叙述错误的是( )
A．由图可推知，M含量较少
B．由图可知，Q、N是叶绿素
C．提取色素时加入碳酸钙可防止M分解
D．补充 500～600 nm光照对农作物增产无益
知识点2 叶绿体的结构适于进行光合作用
1．叶绿体的形态：一般呈扁平的__________或__________。
2．叶绿体的结构(如图)
(1)结构
(2)功能：进行__________的场所。
(3)恩格尔曼的实验：需氧细菌只向__________被光束照射到的部位集中。
叶绿体中有如此众多基粒的意义是什么？
3．叶绿体捕获光能、进行光合作用的物质基础
(1)在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的__________。
(2)在__________和__________，还有许多进行光合作用所必需的酶。
基于对叶绿素结构与功能的认识，判断下列表述是否正确。
1．叶绿体中的色素吸收可见光用于光合作用。 ( )
2．吸收光能的有关色素分布在叶绿体的内膜上。 ( )
3．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。 ( )
4．叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光。 ( )
分析叶绿体的功能
材料1 德国科学家恩格尔曼在1881年做了探究叶绿体功能的实验。(如图所示)
材料2 下图是恩格尔曼实验装置改装示意图。
1．实验1中，需氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中，如果把装置放在光下，细菌则分布在所有受光的部位。该实验可以得出什么结论？
2．据实验1设计一个对照实验，验证需氧细菌聚集在水绵被光束照射的部位不是由于细菌趋光而引起的。要求简要写出实验设计思路。
3．观察实验3的装置示意图，光线通过叶绿体色素提取液后照射玻片上的水绵，一段时间后，水绵周围需氧细菌分布无显著变化，请分析其原因。
[深化归纳]
1．叶绿体结构与功能的适应
(1)叶绿体基质和类囊体上含有与光合作用有关的酶。
(2)类囊体薄膜上分布有捕获光能的色素，且类囊体堆叠成基粒，增大了叶绿体内部的膜面积，为酶和色素提供了更多的附着位点。
2．恩格尔曼实验——实验设计的“四妙”
(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，便于观察；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多和光照少的部位，相当于一组对照实验。
(4)实验对照设计得妙：进行黑暗和曝光对照实验，明确实验结果完全是由光照引起的。
4．叶绿体结构模式图如图甲所示，图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列叙述正确的是( )
A．图甲中生物膜面积的增大主要依靠内膜向内腔折叠成嵴
B．图乙来自图甲中的③，上面只有色素分子而没有酶分子
C．叶绿体的结构，需用光学显微镜观察
D．恩格尔曼实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧
5．1881年，恩格尔曼利用载有水绵和需氧细菌的临时装片进行实验，实验组在黑暗中用极细光束照射，对照组放置在光下，以分析叶绿体的功能。下列叙述错误的是( )
A．可用需氧细菌在临时装片中的分布确定叶绿体释放氧气多的部位
B．需氧细菌用空气中的O2进行有氧呼吸，为水绵光合作用提供CO2
C．极细光束照射到的部分和未照射到的部分可以构成一组对照实验
D．将临时装片完全暴露在光下，可以进一步验证实验组所得出的结果
1．无水乙醇能提取绿叶中的色素，原理是绿叶中的色素能溶解在无水乙醇等有机溶剂中。
2．层析液可分离色素，原理是不同的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。
3．二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。
4．层析后滤纸条自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。
5．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。
6．参与光合作用的色素分布于叶绿体的类囊体薄膜上，而与光合作用有关的酶则分布于类囊体薄膜和叶绿体基质中。
1．(链接P98探究·实践)下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验中原理和步骤的叙述，错误的是( )
A．提取色素时加入二氧化硅使研磨更充分
B．常用无水乙醇提取光合色素
C．色素在层析液中溶解度不同，溶解度越高扩散得越快
D．研磨液过滤时，需要在玻璃漏斗的基部放一层滤纸
2．(链接P99图5-12)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是( )
A．类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光合作用
B．叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C．光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D．叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
3．(链接P100图5-13)叶绿体一般呈扁平的椭球形或球形，通过电子显微镜能观察到叶绿体的亚显微结构，如图所示。下列相关叙述正确的是( )
A．d具有选择透过性
B．吸收光能的色素分布在c上
C．与光合作用有关的酶只分布在a中
D．叶绿体具有双层膜——叶绿体外膜和类囊体薄膜
4．(链接P100思考·讨论)图①②是光合作用探索历程中恩格尔曼的实验示意图，下列有关叙述错误的是( )
A．实验材料选择了水绵和需氧细菌
B．实验①在没有空气的黑暗环境下进行
C．整个实验过程中设置了多处对照
D．实验证明了叶绿体中能产生淀粉
5．某实验小组的同学为了探究菠菜叶中色素的种类与含量，将新鲜菠菜绿叶中的色素进行分离，提取光合色素，开展了相关实验，请根据右图，回答以下问题：
(1)本实验中提取色素所用试剂为______________________。
(2)在菠菜叶研磨的过程中，学生分别加入了二氧化硅和____________________
_____________________________________________________________，这样做的目的是_____________________________________________________。
(3)在用滤纸条分离绿叶中色素的实验中，所用的分离方法称为_______________法，选用此法的原理是______________________________________，实验结果如上图所示，从下到上第三条色素带的名字是___________________。
(4)另一实验小组也进行了此实验，但分离得到的色素带的颜色较浅，其原因可能是________。
a．提取时画滤液的细线接触层析液
b．实验选用菠菜叶不够新鲜
c．在对菠菜进行研磨时加入的无水乙醇过少
d．在对菠菜进行研磨时未加二氧化硅
(5)有同学查阅资料得知，植物体内叶绿素含量的多少与不同的植物种类有关。现欲探究菠菜、芹菜、菜心三种不同蔬菜体内的叶绿素含量的多少，请你简要写出实验的主要思路：___________________________________________________
____________________________________________________________________。
12/12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
1．说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量。
2．实验：提取和分离叶绿体色素。
知识点1 绿叶中色素的提取和分离
1．提取绿叶中的色素
(1)原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。
(2)实验用品及作用(连线)
①无水乙醇 a．过滤
②SiO2 b．溶解色素、提取色素
③CaCO3 c．有助于研磨得充分
④单层尼龙布 d．防止研磨中色素被破坏
提示：①—b ②—c ③—d ④—a
(3)实验步骤
2．分离绿叶中的色素
(1)实验原理：绿叶中的色素能溶解在层析液中，但不同的色素溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。
(2)实验步骤
观察与记录：滤纸条上有四条色素带。
(3)实验结果及分析
3．色素的吸收光谱
(1)光谱：阳光是由不同波长的光组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。
(2)色素的吸收光谱
①吸收范围：可见光的波长是400～760_nm；一般叶绿体中的色素只吸收可见光，对红外光和紫外光不吸收。
②色素功能：叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
1．(P99旁栏思考)植物工厂不用绿光作为补充光源的原因是__________________
____________________________________________________________________。
提示：绿色光源发出绿色的光，这种波长的光线几乎不能被光合色素吸收，无法用于光合作用中制造有机物
2．(P99学科交叉)波长小于400 nm的光是紫外光，波长大于760 nm的光是红外光，可见光的波长是400～760 nm。一般情况下，光合作用所利用的光都是________。
提示：可见光
基于对绿叶中色素的提取和分离实验的认识，判断下列表述是否正确。
1．色素在层析液中的溶解度越大，在滤纸上的扩散速度越快。 (√)
2．研磨时加入碳酸钙的目的是保护色素。 (√)
3．研磨时加入二氧化硅有利于充分研磨。 (√)
4．分离绿叶中的色素用的是层析液。 (√)
5．色素分离后，滤纸条上从上而下的四条色素带分别是叶黄素、胡萝卜素、叶绿素a和叶绿素b。 (×)
提示：色素分离后，滤纸条上从上而下的四条色素带分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。
6．绿叶中色素分离的原理是色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。 (×)
提示：绿叶中色素分离的原理是色素在层析液中的溶解度不同。
实验过程和结果分析
下图是提取和分离绿叶中色素的实验步骤，请分析：
1．提取色素时，加入剪碎的叶片后还需要加入三种物质，若A是二氧化硅，其作用是____________；B是碳酸钙，作用是________________；C是________，作用是溶解色素。
提示：有助于研磨得充分 防止研磨中色素被破坏 无水乙醇
2．制备滤纸条时，剪去两角的目的是___________________________________。
画滤液细线的要求是__________________________________________________。
提示：防止色素带不整齐 细、齐、直，还要重复画几次
3．色素分离时，关键应注意层析液不要没及滤液细线，原因是______________
____________________________________________________________________。
提示：防止滤液细线中的色素被层析液溶解，不能在滤纸条上扩散
4．在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们得到的实验结果对应的图中滤纸条依次为：______________________。
试剂 甲 乙 丙 丁
无水乙醇 － ＋ ＋ ＋
水 ＋ － － －
CaCO3 ＋ ＋ － ＋
SiO2 ＋ ＋ ＋ －
提示：②④①③
色素的吸收及应用
1．在人工精密控制光照、温度、CO2浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
提示：用人工光源生产蔬菜，可以避免由于自然环境中光照强度不足导致光合作用强度低而造成减产；人工光源的强度和不同色光是可以调控的，可以根据植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。
2．阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色(从“蓝紫光或红光”“白光”中选择)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？
提示：蓝紫光或红光。在照明灯功率相同的情况下，选用蓝紫光或红光的照明灯补充光源，植物利用光能的效率更高。
[深化归纳]
绿叶中色素的提取和分离实验的异常现象分析
(1)收集到的滤液中绿色过浅
①未加二氧化硅，研磨不充分。
②使用放置数天的菠菜叶，滤液中色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
(2)滤纸条色素带重叠：滤液细线画得过粗。
(3)滤纸条看不见色素带
①忘记画滤液细线。
②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
(4)滤纸条上色素带不直
①滤纸条未剪去两角，滤液沿两侧扩散过快。
②滤液细线画得不直。
1．如图表示“绿叶中色素的提取和分离”实验中的部分操作过程。下列相关叙述正确的是( )
A．图为提取绿叶中的色素过程，可使用75%的乙醇提取色素
B．向研钵中加入的B是CaCO3，有助于研磨得充分
C．将研磨液进行过滤时，需要在漏斗基部放一块滤纸
D．实验材料A为新鲜的绿叶，经过滤得到的滤液C仍能吸收光能
D [提取色素常用的有机溶剂是无水乙醇，也可用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来代替，A错误。向研钵中加入CaCO3可防止研磨中色素被破坏；向研钵中加入二氧化硅有助于研磨得充分，B错误。将研磨液进行过滤时，漏斗基部放一块单层尼龙布，不能放滤纸，因为滤纸会吸附色素，C错误。实验材料A为新鲜的绿叶，经过滤得到的滤液C中含有光合色素，仍能吸收光能，D正确。]
2．为研究强光照对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用无水乙醇提取叶绿体中的色素，用石油醚混合液进行纸层析，如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( )
A．强光下的幼苗相比正常光照下的绿色更深
B．强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成
C．四种色素在层析液中溶解度大小是Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ<Ⅳ
D．色素分离过程中如果滤液细线触及石油醚混合液，会缩短得到四条色素带的时间
B [根据题图来看：强光照导致该植物叶绿素含量降低，绿色变浅，A错误；强光照和正常光照相比，叶绿素含量明显降低，类胡萝卜素含量增加，可见强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成，B正确；四种色素在层析液中溶解度大小是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ，C错误；色素分离过程中如果滤液细线触及石油醚混合液，色素会溶解在其中，结果是难以得到四条色素带，D错误。]
3．下图表示不同色素的吸收光谱，下列相关叙述错误的是( )
A．由图可推知，M含量较少
B．由图可知，Q、N是叶绿素
C．提取色素时加入碳酸钙可防止M分解
D．补充 500～600 nm光照对农作物增产无益
C [根据叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，可推知M为类胡萝卜素(约占1/4)，含量较少，Q、N是叶绿素(约占3/4)，A、B正确；提取色素时加入碳酸钙可防止研磨中叶绿素被破坏，C错误；叶绿素和类胡萝卜素在500～600 nm 光照时吸收光能极少，所以补充500～600 nm光照对农作物增产无益，D正确。]
知识点2 叶绿体的结构适于进行光合作用
1．叶绿体的形态：一般呈扁平的椭球形或球形。
2．叶绿体的结构(如图)
(1)结构
(2)功能：进行光合作用的场所。
(3)恩格尔曼的实验：需氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中。
叶绿体中有如此众多基粒的意义是什么？
提示：增加膜面积，有利于吸收光能。
3．叶绿体捕获光能、进行光合作用的物质基础
(1)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。
(2)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。
基于对叶绿素结构与功能的认识，判断下列表述是否正确。
1．叶绿体中的色素吸收可见光用于光合作用。 (√)
2．吸收光能的有关色素分布在叶绿体的内膜上。 (×)
提示：吸收光能的色素分布在类囊体的薄膜上。
3．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。 (×)
提示：叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，对绿光吸收最少。绿光因吸收少被反射，我们便看到植物呈绿色。
4．叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光。 (√)
分析叶绿体的功能
材料1 德国科学家恩格尔曼在1881年做了探究叶绿体功能的实验。(如图所示)
材料2 下图是恩格尔曼实验装置改装示意图。
1．实验1中，需氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中，如果把装置放在光下，细菌则分布在所有受光的部位。该实验可以得出什么结论？
提示：氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
2．据实验1设计一个对照实验，验证需氧细菌聚集在水绵被光束照射的部位不是由于细菌趋光而引起的。要求简要写出实验设计思路。
提示：把载有死水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内，在黑暗中用极细的光束照射临时装片，一段时间后观察装片中需氧细菌分布情况(或将实验组中的水绵换成等量死亡的水绵，其他条件与实验组相同)。
3．观察实验3的装置示意图，光线通过叶绿体色素提取液后照射玻片上的水绵，一段时间后，水绵周围需氧细菌分布无显著变化，请分析其原因。
提示：光线通过叶绿体色素提取液后，红光和蓝紫光被吸收，水绵光合作用微弱，产生O2较少，因此需氧细菌分布无显著变化。
[深化归纳]
1．叶绿体结构与功能的适应
(1)叶绿体基质和类囊体上含有与光合作用有关的酶。
(2)类囊体薄膜上分布有捕获光能的色素，且类囊体堆叠成基粒，增大了叶绿体内部的膜面积，为酶和色素提供了更多的附着位点。
2．恩格尔曼实验——实验设计的“四妙”
(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，便于观察；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多和光照少的部位，相当于一组对照实验。
(4)实验对照设计得妙：进行黑暗和曝光对照实验，明确实验结果完全是由光照引起的。
4．叶绿体结构模式图如图甲所示，图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列叙述正确的是( )
A．图甲中生物膜面积的增大主要依靠内膜向内腔折叠成嵴
B．图乙来自图甲中的③，上面只有色素分子而没有酶分子
C．叶绿体的结构，需用光学显微镜观察
D．恩格尔曼实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧
D [由题意可知，图甲表示叶绿体结构模式图，叶绿体中，叶绿体基粒由类囊体堆叠形成，增大了膜面积，A错误；图乙中含有光合色素，来自图甲中的③结构，上面除了色素分子外，也有与光合作用有关的酶，B错误；叶绿体的结构，需用电子显微镜观察，C错误；恩格尔曼利用需氧细菌和水绵的叶绿体(螺旋带状分布)证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧，D正确。]
5．1881年，恩格尔曼利用载有水绵和需氧细菌的临时装片进行实验，实验组在黑暗中用极细光束照射，对照组放置在光下，以分析叶绿体的功能。下列叙述错误的是( )
A．可用需氧细菌在临时装片中的分布确定叶绿体释放氧气多的部位
B．需氧细菌用空气中的O2进行有氧呼吸，为水绵光合作用提供CO2
C．极细光束照射到的部分和未照射到的部分可以构成一组对照实验
D．将临时装片完全暴露在光下，可以进一步验证实验组所得出的结果
B [需氧细菌会集中在氧气多的地方，故可用需氧细菌在临时装片中的分布确定叶绿体释放氧气多的部位，A正确；恩格尔曼的实验需要排除空气中O2的影响，故需氧细菌不能用空气中的O2进行有氧呼吸，B错误；用极细的光束照射水绵的叶绿体，曝光部位是水绵在自然状态下的生长状态，故为对照组，未曝光的部位是人为处理后(黑暗)的条件，故应为实验组，可以更加准确地判断产生氧气的部位是叶绿体，从而得出叶绿体是光合作用的场所的结论，C正确；如将装片完全曝光，则好氧型细菌集中在叶绿体所有受光部位周围，则可进一步对实验结果进行验证：好氧细菌只集中在叶绿体照光部位，说明这些部位释放了氧气，即水绵的这些部位进行了光合作用，从而说明光合作用的场所是叶绿体，D正确。]
1．无水乙醇能提取绿叶中的色素，原理是绿叶中的色素能溶解在无水乙醇等有机溶剂中。
2．层析液可分离色素，原理是不同的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。
3．二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。
4．层析后滤纸条自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。
5．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。
6．参与光合作用的色素分布于叶绿体的类囊体薄膜上，而与光合作用有关的酶则分布于类囊体薄膜和叶绿体基质中。
1．(链接P98探究·实践)下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验中原理和步骤的叙述，错误的是( )
A．提取色素时加入二氧化硅使研磨更充分
B．常用无水乙醇提取光合色素
C．色素在层析液中溶解度不同，溶解度越高扩散得越快
D．研磨液过滤时，需要在玻璃漏斗的基部放一层滤纸
D [提取色素时加入二氧化硅有助于研磨得充分，A正确；光合色素可以溶解在有机溶剂无水乙醇中，常用无水乙醇提取光合色素，B正确；不同色素在层析液中溶解度不同，溶解度越高扩散得越快，C正确；滤纸会吸附色素，研磨液过滤时需要在玻璃漏斗的基部放一块单层尼龙布，不能用滤纸，D错误。]
2．(链接P99图5-12)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是( )
A．类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光合作用
B．叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C．光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D．叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
A [类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，所以其在蓝紫光区吸收的光能可用于光合作用，A错误；叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，其吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制，B正确；由于作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应来绘制的，因此可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示，C正确；根据吸收光谱可知，叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的，D正确。]
3．(链接P100图5-13)叶绿体一般呈扁平的椭球形或球形，通过电子显微镜能观察到叶绿体的亚显微结构，如图所示。下列相关叙述正确的是( )
A．d具有选择透过性
B．吸收光能的色素分布在c上
C．与光合作用有关的酶只分布在a中
D．叶绿体具有双层膜——叶绿体外膜和类囊体薄膜
A [题图中结构d是叶绿体外膜，在功能上具有选择透过性，A正确；题图中结构c是叶绿体内膜，结构b是基粒，基粒由类囊体堆叠而成，吸收光能的色素分布于类囊体薄膜上，B错误；题图中结构a是叶绿体基质，与光合作用有关的酶有的分布在叶绿体基质中，有的还分布在类囊体薄膜上，C错误；叶绿体具有双层膜——叶绿体外膜和内膜，不是类囊体薄膜，D错误。]
4．(链接P100思考·讨论)图①②是光合作用探索历程中恩格尔曼的实验示意图，下列有关叙述错误的是( )
A．实验材料选择了水绵和需氧细菌
B．实验①在没有空气的黑暗环境下进行
C．整个实验过程中设置了多处对照
D．实验证明了叶绿体中能产生淀粉
D [水绵细胞中的叶绿体呈螺旋带状，用极细的光束照射后，根据需氧细菌分布的情况可判断光合作用(可产生氧气)的部位，A正确；实验①中的需氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中，据此可判断是在没有空气(排除氧气的干扰)的黑暗环境下进行的，B正确；实验①中光束照射和未照射的部分形成对照，实验①在没有空气的黑暗环境中用极细的光束照射和实验②完全暴露在光下形成对照，C正确；本实验可证明氧是由叶绿体释放出来的、叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所、光合作用需要光等，而不能证明叶绿体中能否产生淀粉，D错误。]
5．某实验小组的同学为了探究菠菜叶中色素的种类与含量，将新鲜菠菜绿叶中的色素进行分离，提取光合色素，开展了相关实验，请根据右图，回答以下问题：
(1)本实验中提取色素所用试剂为______________________。
(2)在菠菜叶研磨的过程中，学生分别加入了二氧化硅和__________________________________________________________________________，这样做的目的是
____________________________________________________________________。
(3)在用滤纸条分离绿叶中色素的实验中，所用的分离方法称为_______________法，选用此法的原理是______________________________________，实验结果如上图所示，从下到上第三条色素带的名字是___________________。
(4)另一实验小组也进行了此实验，但分离得到的色素带的颜色较浅，其原因可能是________。
a．提取时画滤液的细线接触层析液
b．实验选用菠菜叶不够新鲜
c．在对菠菜进行研磨时加入的无水乙醇过少
d．在对菠菜进行研磨时未加二氧化硅
(5)有同学查阅资料得知，植物体内叶绿素含量的多少与不同的植物种类有关。现欲探究菠菜、芹菜、菜心三种不同蔬菜体内的叶绿素含量的多少，请你简要写出实验的主要思路：___________________________________________________
____________________________________________________________________。
[解析] (1)叶绿体色素能溶解到有机溶剂中，因此，本实验中提取色素所用试剂为有机溶剂，通常用的是无水乙醇。(2)在菠菜叶研磨的过程中，学生分别加入了二氧化硅和碳酸钙，其中加入前者的目的是保证研磨充分，加入后者的目的是保护色素，防止绿叶中的色素被破坏。(3)在用滤纸条分离绿叶中色素的实验中，所用的分离方法称为纸层析法，该方法的原理是利用不同色素在层析液中溶解度不同，进而不同色素在滤纸上扩散的速度不同，溶解度高的扩散得快，溶解度低的扩散得慢，因而能将各种不同的色素分离开来，图中从下到上第三条色素带的名字是叶黄素。(4)层析时，层析液没过滤液细线，使色素溶解在层析液中，则不会出现色素带，不符合题意，a错误；实验选用菠菜叶不够新鲜，导致色素被分解，因而层析得到的色素带较浅，b正确；在对菠菜进行研磨时加入的无水乙醇过少，色素的比例较大，则可能导致色素带颜色较深，c错误；研磨时没有加入二氧化硅，导致研磨不充分，色素没有充分提取，因而色素带较浅，d正确。(5)通过进行色素提取与分离实验可以获得叶绿体色素，且通过纸层析法能够分离色素，且根据色素带的宽窄可判断色素含量的多少，为此，设计实验如下：取等量且适量生长状况良好且相似的菠菜、芹菜、菜心的叶进行色素提取，利用纸层析法进行分离，重复多次实验，观察滤纸条上色素带深浅和宽窄，通过比较得出相应的结论。
[答案] (1)无水乙醇 (2)碳酸钙 保证研磨充分，防止绿叶中的色素被破坏 (3)纸层析 不同色素在层析液中溶解度不同 叶黄素 (4)b、d (5)取等量且适量生长状况良好且相似的菠菜、芹菜、菜心的叶进行色素提取，利用纸层析法进行分离，重复多次实验，观察滤纸条上色素带深浅和宽窄，根据实验结果得出结论
课时分层作业(19) 捕获光能的色素和结构
题组一 绿叶中色素的提取和分离
1．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
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开研磨，A错误；光合色素溶于有机溶剂不溶于水，提取液为无水乙醇，不能用水补充提取液，B错误；由于滤纸条不会相互影响，所用层析液的成分相同，两组滤纸条可以置于同一个烧杯中层析，C正确；用过的层析液含有石油醚等易燃有毒物质，不能直接倒入下水道，D错误。]
2．甲、乙两位同学分别用不同的叶片材料进行“叶片中色素的提取与分离”实验，通过纸层析法得到的实验结果如图所示，图①对应甲同学的实验结果，图②对应乙同学的实验结果。下列关于对这两位同学实验结果的评价，正确的是( )
A．图①中四条色素带从上到下依次是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素
B．乙同学的层析结果中缺少两条色素带，该叶片可能是初冬的银杏树叶
C．若用新鲜菠菜叶作为材料却得到和乙同学相同的结果，可能是未加二氧化硅所致
D．若用新鲜菠菜叶为材料，用无水乙醇作为层析液，可以得到和甲同学相同的纸层析结果
B [图①中四条色素带从下到上依次是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，A错误；乙同学的层析结果中缺少两条叶绿素的色素带，可能是因为叶片取材于冬天的银杏树叶，而低温会促使叶绿素分解，B正确；若用新鲜的菠菜叶片为材料进行实验得到和乙同学相同的结果，说明叶绿素被破坏，原因是研磨时没有加入碳酸钙来保护色素，C错误；在“绿叶中色素的提取与分离”实验中，无水乙醇用于提取色素，不能作为层析液，D错误。]
题组二 捕获光能的色素
3．植物的叶片不透光，多数叶片呈绿色。下列关于高等植物叶绿体中色素的叙述，不正确的是( )
A．植物呈绿色是由于叶绿素能有效吸收绿光
B．叶绿体中的色素与液泡中的色素性质及功能均不相同
C．构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
D．叶绿素和类胡萝卜素在蓝紫光区的吸收峰值不同
A [植物呈绿色是由于叶绿体色素对绿光吸收最少，反射最多，A错误；叶绿体中的色素是脂溶性的，部分色素可吸收、传递和转换光能，液泡中的色素是水溶性的，不具有利用光能的作用，B正确；构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收，C正确；叶绿素和类胡萝卜素在蓝紫光区的吸收峰值不同，D正确。]
4．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”。如图为叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱。在适当遮光条件下，以蓝紫光为主的散光占比增加，叶绿素a/叶绿素b的值会降低。下列叙述错误的是( )
A．可以使用无水乙醇提取绿叶中的色素
B．①表示类胡萝卜素，主要吸收蓝紫光
C．②表示叶绿素a，遮光条件下部分叶绿素a转化成叶绿素b
D．③表示叶绿素a，强光条件下部分叶绿素b转化成叶绿素a
C [绿叶中的光合色素，易溶于有机溶剂，可以使用无水乙醇提取绿叶中的色素，A正确；根据吸收光谱，①主要吸收蓝紫光，表示类胡萝卜素，③表示叶绿素a，②表示叶绿素b，遮光条件下叶绿素a/叶绿素b的值会降低，部分叶绿素a转化成叶绿素b，强光条件下部分叶绿素b会转化成叶绿素a，B、D正确，C错误。]
5．绿叶中捕获光能的色素存在于叶绿体中，下列相关说法中，错误的是( )
A．相应的色素包括胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b
B．叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同
C．绿叶中叶绿素和类胡萝卜素含量相同
D．提取色素时选用无水乙醇，分离色素时采用层析液
C [绿叶中的光合色素有4种，分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，A正确；叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同，B正确；绿叶中叶绿素和类胡萝卜素含量不同，C错误；叶绿体中的色素易溶于有机溶剂，故可用无水乙醇提取色素，四种色素在层析液中的溶解度不同导致其在滤纸上的扩散速度不同，故可用层析液分离色素，D正确。]
题组三 叶绿体的结构适于进行光合作用
6．下列事实或依据中，不能支持叶绿体是光合作用的场所这一结论的是( )
A．类囊体堆叠形成基粒，增大叶绿体的膜面积
B．类囊体的薄膜上分布着许多吸收光能的色素分子
C．叶绿体具有膜结构，能把叶绿体与细胞质基质分隔开
D．类囊体薄膜和叶绿体基质中含有与光合作用有关的酶
C [许多类囊体堆叠形成基粒，增大叶绿体的膜面积，为光反应过程所需要的色素和酶的附着提供了广阔的膜面积，因而叶绿体可作为光合作用的场所，A不符合题意；类囊体的薄膜上分布着许多吸收光能的色素分子，因而叶绿体可以作为光合作用的场所，B不符合题意；叶绿体有双层膜结构，能把叶绿体与细胞质基质分隔开，这是细胞器膜的功能，不支持叶绿体是光合作用的场所，C符合题意；类囊体薄膜和叶绿体基质中含有与光合作用有关的酶，因此叶绿体可以作为光合作用的场所，D不符合题意。]
7．为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与需氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给予一定的条件，这些条件是( )
A．光照、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液
B．光照、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液
C．黑暗、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液
D．黑暗、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液
B [水绵中的叶绿体通过光合作用释放氧气，光合作用需要光照和CO2，NaHCO3稀溶液可提供CO2，装片中不能有空气，否则需氧细菌会在装片中均匀分布，无法根据需氧细菌的聚集情况来确定叶绿体是否有放氧功能。]
8．某实验小组的同学在做“绿叶中色素的提取与分离”实验时，纸层析后得到了四种不同的结果，其中对所得结果分析错误的是( )
选项 实验结果 分析
A 滤纸条上未出现色素带 可能是层析液没过了滤液细线或用水代替了无水乙醇
B 与正常条带比，滤纸条上最下面两条条带变窄 可能使用的叶片不够新鲜
C 滤纸条上条带正常 最下面两条色素带颜色从上到下依次为蓝绿色和黄绿色
D 与正常条带比，滤纸条上每条条带均变窄 可能未加碳酸钙或提取时加入无水乙醇过多
D [滤纸条上没有出现色素带，可能是层析液没过了滤液细线，使色素溶解在了层析液中，也可能是用水代替了无水乙醇，没有提取到光合色素，A正确；滤纸条上最下面两条条带变窄，说明提取的滤液中叶绿素含量减少，可能是使用的叶片不够新鲜或者没加CaCO3，B正确；滤纸条上色素带颜色从上到下依次是橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色，C正确；与正常条带比，滤纸条上每条条带均变窄，可能是未加二氧化硅，使研磨不充分，或者提取时加入无水乙醇过多，使色素溶液的浓度减小，D错误。]
9．为探究不同环境因素对某植物叶片中叶绿素含量的影响进行了相关实验，结果如图所示。下列叙述正确的是( )
A．本实验的自变量是叶绿素相对含量
B．由图中曲线可知，经低温和暗处理的该植物叶片中叶绿素相对含量下降最为明显
C．纸层析法分离上述叶片色素提取液，第4组由上到下第一、二条色素带会明显变窄
D．若在光照、低温条件下，适度升温或遮光处理均可减少该植物叶片中的叶绿素损失
D [分析曲线图可知，本实验的自变量为光照强度、温度，因变量为叶绿素相对含量，A错误；由图中曲线对比可知，曲线4(经低温和光照处理)的该植物叶片中叶绿素相对含量下降最为明显，B错误；纸层析法分离题述叶片色素提取液，第4组叶绿素相对含量较少，因此由上到下第三、四条色素带会明显变窄，C错误；曲线4与其他曲线对比可知，若在光照、低温条件下，适度升温或遮光处理均可减少该植物叶片中的叶绿素损失，D正确。]
10．(13分)海南是我国火龙果的主要种植区之一。由于火龙果是长日照植物，冬季日照时间不足导致其不能正常开花，在生产实践中需要夜间补光，使火龙果提前开花，提早上市。某团队研究了同一光照强度下，不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影响，结果如图。
回答下列问题。
(1)光合作用时，火龙果植株能同时吸收红光和蓝紫光的光合色素是_____________；用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中，以滤液细线为基准，按照自下而上的次序，该光合色素的色素带位于第_____________条。
(2)本次实验结果表明，三种补光光源中最佳的是_____________，该光源的最佳补光时间是_____________小时/天，判断该光源是最佳补光光源的依据是_________________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)现有可促进火龙果增产的三种不同光照强度的白色光源，设计实验方案探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度(简要写出实验思路)。
____________________________________________________________________。
[解析] (1)火龙果植株能同时吸收红光和蓝紫光的光合色素是叶绿素a和叶绿素b，二者统称为叶绿素；用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中，以滤液细线为基准，按照自下而上的次序，该光合色素的色素带位于第一条和第二条。(2)根据实验结果，三种补光光源中最佳的是红光＋蓝光，因为在不同补光时间条件下，红光＋蓝光组平均花朵数都最多，该光源的最佳补光时间是6小时/天。(3)本实验探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度，所以应设置三组长势相同且成花诱导完成的火龙果植株，经不同光照强度的白光处理相同时间到果实成熟时(其他条件相同且适宜)，分别测量三组火龙果产量，产量最高的组对应的光照强度为最适光照强度。
[答案] (除标注外，每空2分，共13分)(1)叶绿素(或叶绿素a和叶绿素b) 一和二 (2)红光＋蓝光 6 不同的补光时间条件下，红光＋蓝光光源组平均花朵数均最多 (3)三组长势相同，成花诱导完成的火龙果植株，经不同光照强度的白光处理相同时间到果实成熟时(其他条件相同且适宜)，分别测量不同组火龙果产量，产量最高的组的光照对应最适光照强度(3分)
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