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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
任务一 捕获光能的色素（探究·实践——
绿叶中色素的提取和分离）
任务二 色素的吸收光谱
任务三 叶绿体的结构适于进行光合作用
一、捕获光能的色素
1.绿叶中色素的种类及分布
(1)种类
蓝绿色
叶绿素
类胡萝卜素
胡萝卜素
黄色
(2)分布：集中分布在________中。
叶绿体
2.色素的吸收光谱
注：(1)一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。
(2)类胡萝卜素不吸收红光；叶绿素和类胡萝卜素对绿光不是不吸收，
只是吸收量较少。
类胡萝卜素
蓝紫光和红光
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
1.形态：呈扁平的______形或____形。
2.结构
椭球
球
内膜
光合作用
色素
光合作用
3.功能:叶绿体是绿色植物进行__________的场所。
光合作用
(1) 乙醇是色素提取液, 层析液是分离液。( )
×
[解析] 无水乙醇是色素提取液，也可以用体积分数为 的乙醇加
入适量无水碳酸钠代替无水乙醇。
(2)不同色素在滤纸条上的扩散速度与其在层析液中的溶解度呈正相
关。( )
√
(3)分离结束后,滤纸条上的颜色自上而下依次是黄绿色、蓝绿色、黄
色和橙黄色。 ( )
×
[解析] 分离结束后,滤纸条上的颜色自上而下依次是橙黄色、黄色、
蓝绿色、黄绿色。
(4)叶绿素和类胡萝卜素都能吸收较多的蓝紫光。( )
√
(5)叶绿素和叶绿素 都含有镁元素。( )
√
(6)叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内。( )
×
[解析] 叶绿体中的色素分布在类囊体的薄膜上。
(7)叶绿体只存在于植物的叶肉细胞中。( )
×
[解析] 叶绿体主要存在于植物的叶肉细胞中，在植物的幼茎细胞中
也有叶绿体。
(8)叶绿体内存在数量众多的类囊体和基粒，大大增加了内膜面积。( )
×
[解析] 数量众多的类囊体和基粒并没有增加内膜面积，而是增加了
类囊体膜的表面积。
任务一 捕获光能的色素(探究·实践——绿叶中色素的提取和分
离)
1.绿叶中色素的提取
(1)原理:绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂__________(也可以用体
积分数为 的乙醇加无水碳酸钠替代)中。
无水乙醇
(2)方法步骤
二氧化硅和碳酸钙
无水乙醇
单层尼龙布
棉塞塞严
2.绿叶中色素的分离
(1)原理
绿叶中不同色素在层析液中的________不同，__________的随层析
液在滤纸上扩散得快，反之则慢。
溶解度
溶解度高
(2)方法步骤
剪去两角
毛细吸管
干
滤液细线
滤液细线
(3)实验结果的观察和分析
滤纸条上出现四条宽度、颜色不同的色素带。
胡萝卜素
最少
最高
最快
黄色
叶绿素
蓝绿色
最多
叶绿素
黄绿色
最低
最慢
3.实验过程中的注意事项及分析
过程 注意事项 操作目的
提取 色素 1 选取新鲜叶片 使滤液中色素含量高
2 研磨充分和保护色素
3 加入无水乙醇 溶解、提取色素
4 迅速、充分研磨 防止乙醇挥发，并充分溶解色素
过程 注意事项 操作目的
提取 色素 5 过滤时，不能用滤 纸，要用单层尼龙布 滤纸可以吸附色素，降低滤液中色
素的含量，使实验效果不明显
6 试管口加棉塞 防止乙醇挥发和色素氧化
分离 色素 1 滤纸预先干燥处理 便于层析液在滤纸条上扩散
2 滤纸条一端剪去两角 保证滤纸条上的滤液细线能水平向
上扩展
3 画滤液细线要细、 齐、直 使分离的色素带平整，不重叠
续表
过程 注意事项 操作目的
分离 色素 4 滤液细线干燥后再画 一到两次 增加滤纸上色素的含量，使分离的
色素带清晰分明
5 滤液细线不能触及层 析液 防止色素直接溶解于层析液中
6 试管加塞 防止层析液挥发
续表
绿叶中色素的提取和分离实验中异常实验现象原因分析
(1)滤纸条上色素带颜色均较浅：①未加二氧化硅，研磨不充分；②
加入无水乙醇的量过多；③实验材料中色素含量较少。
(2)滤纸条上最下面两条色素带过浅：①未加碳酸钙或加入量过少，
叶绿素被破坏；②实验材料(如泛黄的叶片)中叶绿素的含量较少。
(3)滤纸条上色素带重叠：①滤液细线不直；②滤液细线过粗。
(4)滤纸条上看不到色素带：①忘记画滤液细线；②滤液细线接触到
层析液，色素溶解到层析液中。
例1 ［2024·江苏扬州高一期末］ 关于绿叶中色素的提取和分离实
验，叙述正确的是( )
A.用白菜叶进行实验效果较好
B.无水乙醇只能溶解叶绿素，不能溶解其他色素
C.画滤液细线应做到细、齐、直、并重复多次以增加色素含量
D.可使用圆珠笔在滤纸条上画线，确定色素扩散的起始位置
√
[解析] 白菜叶中含有色素较少，因而用白菜叶进行实验效果较差，
A错误；叶绿体色素能溶解到脂溶性溶剂中，如可溶解到无水乙醇中，
不只是叶绿素，类胡萝卜素也能溶解到无水乙醇中，B错误；画滤液
细线应做到细、齐、直、并重复多次以增加色素含量，这样分离得
到的色素带明显，C正确；圆珠笔中的色素可溶解到层析液中，会对
实验结果造成干扰，因而不可使用圆珠笔在滤纸条上画线，D错误。
例2 某同学用绿色菠菜叶和黄化菠菜叶进行了光合色素的提取和分
离实验，实验操作过程相同，分别得到滤纸条甲和乙，如下图所示。
下列叙述错误的是( )
A.研磨时加入 可防止叶绿素被破坏
B.两种菠菜叶中都是胡萝卜素含量最多、扩散最快
C.甲滤纸条上最宽的色素带代表的是叶绿素
D.乙滤纸条上缺少2条色素带的原因是黄化菠菜
叶中缺少叶绿素
√
[解析] 研磨时加入 可防止研磨中叶绿素被
破坏，A正确；绿色菠菜叶中叶绿素 含量最多，
黄化菠菜中叶黄素含量最多，两者都是胡萝卜素
扩散最快，B错误；甲滤纸条上从上到下依次是
胡萝卜素、叶黄素、叶绿素、叶绿素 ，最宽的
色素带代表的是叶绿素 ，C正确；乙滤纸条上缺少的2条色素带分别是
叶绿素和叶绿素 ，说明黄化菠菜叶中缺少叶绿素，D正确。
任务二 色素的吸收光谱
【情境】 植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓
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 灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。
1.植物工厂不用绿色的光源，原因是____________________________。
2.人工光源提供的红光可以被绿叶中的________(填色素)吸收，蓝光
可以被绿叶中的____________________(填色素)吸收。
绿叶中的色素对绿光的吸收少
叶绿素
叶绿素和类胡萝卜素
3.自然环境中，深秋的叶片颜色变黄，此时________(填“红光”或“蓝
紫光”)更有利于植物进行光合作用，原因是_____________________
_________________________________________________。
蓝紫光
深秋的叶片颜色变黄，
叶片中叶绿素大量减少，而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
4.请分析讨论靠人工光源生产蔬菜的好处有哪些？
___________________________________________________________
____________________________________
5.温室或大棚种植蔬菜，应选用什么颜色的玻璃或塑料薄膜？
________________________
可根据不同植物的需求、植物生长发育不同阶段的需求，提供适宜
波长的光；可以更好地控制光照强度。
无色的玻璃或塑料薄膜。
例3 ［2024·重庆黔江区高一月考］ 下图是绿色植物光合作用过程中叶绿
素和类胡萝卜素的吸收光谱图。据图分析下列叙述错误的是 ( )
A.一般情况下，光合作用不能利用波长小于
和波长大于 的光
B.光合色素主要吸收蓝紫光和红光，而绿光
吸收量最少，绿光被反射出来，所以叶片呈
绿色
C.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于
的合成
D.叶片在波长光下释放 是由
叶绿素参与光合作用引起的
√
[解析] 一般情况下，光合作用所利用的
光都是可见光(波长范围大约是
，即光合作用一般不能利用波
长小于和波长大于 的光，
A正确；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，叶绿素和类胡萝卜素对绿光吸收量最少，
绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色，B正确；类胡萝卜素主要吸收
蓝紫光，几乎不吸收红光，所以几乎不能利用红光来合成 ，C 错误；
波长主要是红光区域，该
区域的光可被叶绿素吸收利用，因此叶
片在 波长光下释放 是由
叶绿素参与光合作用引起的，D正确。
任务三 叶绿体的结构适于进行光合作用
【资料1】 阅读教材P100，观察图5-13并结合光合作用需要特定的
物质和结构，回答下列有关问题：
1.光合作用是唯一能够______和转化光能的生物学途径。与光合作用
相关的4种色素分子就分布在叶绿体的____________上。
捕获
类囊体薄膜
2.叶绿体的结构适于进行光合作用，主要表现是通过________堆叠形
成______的方式极大地拓展了受光面积，增加了色素分子和____分
子的分布。
类囊体
基粒
酶
【资料2】 阅读教材P100“思考·讨论”中恩格尔曼的两个实验。
1.实验过程和现象
(1)实验一
被光束照射到
所有受光
(2)实验二
用透过三棱镜的光照射水绵临时装片 大量需氧细菌聚集在______
________区域
红光
和蓝紫光
2.结论：直接证明了__________________________________。结合其
他实验证据，科学家们得出________是光合作用的场所这一结论。
叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧
叶绿体
3.实验设计的巧妙之处分析
序号 实验设计 分析
1 实验材料选择水绵和需 氧细菌 水绵的叶绿体呈__________分布,便
于观察；需氧细菌可确定________
_______
的部位
2 没有空气的黑暗环境 排除了______和________的干扰
3 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______实验
螺旋带状
氧气释放
氧气
其他光
对照
序号 实验设计 分析
4 临时装片暴露在光下的 实验 再一次验证了实验结果
续表
4.延伸思考
(1)叶绿体是细胞进行光合作用的场所，没有叶绿体的细胞一定不能
进行光合作用。判断以上说法是否正确，并举例说明原因。
___________________________________________________________
____________________________
(2)实验在“没有空气的黑暗环境”中进行，水绵进行光合作用所需
的主要来源是________________。
不正确。一些原核细胞,如蓝细菌的细胞中没有叶绿体,但含有叶绿素
和藻蓝素,也能进行光合作用。
水绵的细胞呼吸
［小结］ 叶绿体的结构适于进行光合作用;叶绿体是光合作用的场所。
例4 ［2024·云南大理高一月考］ 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的放大图。下列有关叙述正确的是
( )
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的结构上
C.图甲结构中的色素种类同蓝细菌中的色素种类相同
D.叶绿体以图甲中③堆叠的形式增大光合膜面积
√
[解析] 题图乙所示结构是叶绿体类囊体薄膜，含有光合色素，取自
图甲中③叶绿体基粒中的类囊体，不来自①叶绿体内膜，A错误；与
光合作用有关的酶在图乙类囊体膜上和叶绿体基质中都有分布，B错
误；图甲结构中的色素有叶绿素和类胡萝卜素，而蓝细菌中的色素
有叶绿素和藻蓝素，二者所含色素种类不完全相同，C错误；叶绿体
内含有大量基粒，一个基粒由很多③类囊体堆叠而成，大大增加了
光合膜面积，D正确。
例5 德国科学家恩格尔曼用水绵和需氧细菌做了两个经典实验,对实
验叙述正确的是( )
A.他用同位素示踪法发现光合作用的场所是叶绿体
B.选用水绵作为材料是因为其叶绿体大且呈球形，便于观察
C.他用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,发现需氧细菌大多数聚集
在绿光区域
D.恩格尔曼的实验证明了光合作用放氧部位是叶绿体
√
[解析] 恩格尔曼的实验没有用同位素示踪法,A错误;选用水绵作为材
料是因为其叶绿体呈螺旋带状分布,便于观察,B错误;恩格尔曼用透过
三棱镜的光照射水绵临时装片,发现需氧细菌大多数聚集在红光和蓝
紫光区域,C错误;恩格尔曼的实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合
作用放氧，D正确。
备用习题
1.叶绿素a是由谷氨酸分子经过一系列酶的催化作用，在光照条件下合
成的，其头部含Mg，尾部带有一个亲脂的脂肪链。下列说法错误的是
( )
A.叶绿素a主要吸收蓝紫光和红光
B.叶绿素a含有脂肪链，所以可用无水乙醇提取
C.叶绿素在层析液中溶解度比类胡萝卜素高
D.尾部对于叶绿素分子在类囊体膜上的固定起重要作用
√
[解析] 叶绿素a主要吸收蓝紫光和红光，A正确；叶绿素含有脂肪链，
易溶于有机溶剂，所以可用无水乙醇提取，B正确；根据纸层析法的
结果可知，类胡萝卜素在层析液中的溶解度大于叶绿素，C错误；叶
绿素a的尾部具有亲脂性特点，而生物膜的基本骨架由磷脂双分子层
构成，故叶绿素a的尾部有利于其固定在类囊体膜上，D正确。
2.研究发现，光照较弱时，绿色植物叶肉细胞中的叶绿体会汇集到细
胞顶面(受光面)，以最大限度地吸收光能，保证光合作用的高效率，
这种行为称作积聚响应;而光照强度很高时，叶绿体会移动到细胞侧
面，以避免强光的伤害，这种行为称为躲避响应。下列相关说法错
误的是( )
A.叶绿体在细胞中的移动可能是借助细胞质基质的流动实现的
B.在叶绿体中，捕获光能的色素位于基粒的类囊体薄膜上
C.将光照强度很高的红光改成同等强度的绿光时，叶绿体会出现躲避
响应
D.积聚响应和躲避响应是叶绿体适应环境的表现
√
[解析] 叶绿体在细胞中的移动可能是借助细胞质基质的流动实现的，
A正确;在叶绿体中，捕获光能的色素位于基粒的类囊体薄膜上，B正
确;光合色素对绿光吸收很少，将光照强度很高的红光改成同等强度的
绿光，相当于降低光照强度，会出现积聚响应，C错误;积聚响应和躲
避响应能保证叶绿体正常的结构和功能，是适应环境的表现，D正确。
3.某生物兴趣小组为探究不同环境因素对叶片叶绿素含量的影响进行
了相关实验，实验分组情况及结果如图所示。叶绿素相对含量是通过
色素提取和分离实验测得的。下列叙述错误的是( )
A.图示实验中的自变量光照和温度
B.在低温条件下遮光有利于维持叶
绿素含量
C.为防止叶绿素被破坏，研磨时应
加入适量的碳酸钙
D.分离色素时，第四组滤纸条中第2、3条色素带比其他组的窄
√
[解析] 图示实验是探究光照和温度对叶片叶绿素含量的影响，因此光
照和温度是自变量，A正确；由3、4两组实验的结果可知，在低温（
0℃）条件下，遮光（黑暗）比光照下叶绿素含量高，故在低温条件
下遮光有利于维持叶绿素含量，B正确；研磨时加入碳酸钙可中和从
破损细胞中流出的酸性物质，从而保护叶绿素，C正确；由于第4组叶
绿素含量明显减少，因此分离色素时滤纸条上第3、4（从上到下的顺
序）或第1、2（从下到上的顺序）
两条色素带比其他组的要窄些，D
错误。
4.进行探究实验是获得生物学知识的一种有效方法。某中学兴趣小组
进行了“叶绿体中色素提取和分离”实验，图①～④表示用新鲜菠菜进
行“绿叶中色素的提取和分离”实验的几个主要操作步骤，请回答下列
问题：
(1)图①～④中，实验操作步骤的先后顺序是 。②中加入的物
质有 。
②④①③
无水乙醇、二氧化硅、碳酸钙
[解析] 据图分析，①表示画滤液细线，②表示提取色素，③表示分离
色素，④表示过滤。实验操作步骤的先后顺序是②④①③。②表示提
取色素需要加入无水乙醇、二氧化硅、碳酸钙。
(2)试剂a的颜色是 。图①操作中，为了增加色素量，正确操作
是 。
(3)步骤③中，滤纸条上出现四条色素带，其中最宽的一条色素带中的
色素是 。
无色
待上次划线干了之后重复多次划线
[解析] 试剂a是无色的层析液。图①操作中，为了增加色素量可以待
上次划线干了之后重复多次划线。
叶绿素a
[解析] 其中最宽的一条
色素带中的色素是叶绿
素a。
(4)由于各组操作不同，出现了以下四种不同的层析结果。正确操作
得到的理想结果是 。
图乙
[解析] 得到的四种色素，距离点样处最远的是最少的胡萝卜素，其次
是含量较少的叶黄素，然后是含量最多的叶绿素a，距离最近的是含量
第二多的叶绿素b。故选图乙。
(5)当改变层析液的组成进行分离时，滤纸条上只出现了黄、绿两条色
素带。用乙醚溶解色素带的色素，浓缩后用分析仪检测，可以通过分
析色素溶液的 来判断色素的种类。
吸收光谱
[解析] 不同的色素吸收不同波长的光，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。所以通过分析色素溶液的吸收光谱可判
断色素种类。
(6)若将甲中的滤纸条换成圆形滤纸，层析结果会得到一个近似同心环
的四个色素圈，排列在最外侧的色素带的颜色是 ，其主要吸收
的光是 。
橙黄色
蓝紫光
[解析] 将甲中的滤纸条换成圆形滤纸，层析结果会得到一个近似同心环
的四个色素圈，排列在最外侧的色素带是胡萝卜素，颜色是橙黄色，主
要吸收蓝紫光。
(7)如果想探究菠菜生长过程中色素含量和种类变化，实验设计的主要
思路是
。
选取不同生长时期的菠菜的叶片提取和分离里面的色素比较
含量和种类
[解析] 如果想探究菠菜生长过程中色素含量和种类变化，自变量是菠
菜的生长时期，因变量是色素种类和含量，因此可以选取不同生长时
期的菠菜的叶片提取和分离里面的色素比较含量和种类。
练习册
［ 题，每题2分，共22分］
知识点一 捕获光能的色素和色素的吸收光谱
1.下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，正确的是( )
A.绿叶中色素的提取原理是不同色素在层析液中的溶解度不同
B.加入适量的无水碳酸钠可以除去体积分数为 的乙醇中的水分
C.为防止色素分子被破坏，可在研磨绿叶前加入少量二氧化硅
D.正常情况下，色素分离后滤纸条上最宽的色素带中的色素颜色为
黄绿色
√
[解析] 绿叶中色素的提取原理是色素能溶解在无水乙醇中，绿叶中
色素的分离原理是色素在层析液中的溶解度不同，A错误；加入适量
的无水碳酸钠可以除去体积分数为 的乙醇中的水分，代替无水
乙醇用于提取绿叶中的色素，B正确；二氧化硅的作用是使研磨更充
分，碳酸钙的作用是防止色素分子被破坏，C错误；正常情况下，色
素分离后滤纸条上最宽的色素带中的色素是叶绿素 ，其颜色为蓝绿
色，D错误。
2.［2024·江苏泰州高一期末］如图是新鲜绿
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.水稻成熟时叶片变黄，叶片中色素含量是(丙丁) (甲 乙)
B.提取色素时加入碳酸钙是为了研磨更充分
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，丙和丁主要吸收蓝紫光
√
[解析] 根据扩散距离可知，甲、乙、丙、丁分别为叶绿素 、叶绿素
、叶黄素、胡萝卜素，水稻成熟时，叶片为黄色，其中类胡萝卜素
(丙丁)含量高于叶绿素(甲 乙)，A错误；碳酸钙的作用是防止研磨
中色素被破坏，B错误；四种色素都能溶解在层析液中，乙色素含量
最高，丁色素溶解度最大，C错误；四种色素中，类胡萝卜素(丙和丁)
主要吸收蓝紫光，D正确。
3.［2024·湖南长沙高一月考］如图
表示利用纸层析法分离新鲜菠菜叶
光合色素的示意图。下列相关叙述
正确的是( )
A.①～④对应的色素依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素和叶绿素
B.①和②对应的色素主要吸收蓝紫光和红光
C.实验所用滤纸的干燥度不影响实验
D.没有及时加入 会使各色素带都明显变窄
√
[解析] 由于色素在层析液中溶解度
不同，溶解度最大的扩散的距离最
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 和叶
绿素 ，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，A正确，B错误；实验所用
滤纸的干燥度影响色素扩散速度，故应用干燥的滤纸，C错误；提取色
素时加入是防止研磨中叶绿素被破坏，没有及时加 影响叶
绿素及叶绿素 的含量，D错误。
4.如图表示叶绿体中色素的吸收光谱(颜色深、浅分别表示吸收量多、
少)，下列有关叙述正确的是( )
A.图甲色素主要是分布在层析结果滤纸条自上而下的中间2条色素带
B.图甲、乙分别是叶绿素、类胡萝卜素的吸收光谱
C.图甲、乙分别是叶黄素、胡萝卜素的吸收光谱
D.图乙色素的含量约占总色素的
√
[解析] 图甲的吸收光谱主要在蓝紫光区和红光区，应为叶绿素的吸
收光谱，其分布在层析结果滤纸条自上而下的第三、四条色素带，A
错误；图甲的吸收光谱主要在蓝紫光区和红光区，应为叶绿素的吸
收光谱，图乙的吸收光谱主要在蓝紫光区，应为类胡萝卜素的吸收
光谱，B正确，C错误；图乙色素的含量约占总色素的 ，图甲色
素的含量约占总色素的 ，D错误。
5.如图所示的实验中，试管中色素溶液若是分别来自水稻的叶黄素缺
失突变体叶片和缺镁条件下生长的水稻叶片，则在光屏上形成较明
显暗带的条数分别是( )
A.1、1 B.1、2 C.2、2 D.2、1
√
[解析] 叶黄素缺失的突变体水稻不能合成叶黄素，而试管中叶绿素
主要吸收红光和蓝紫光，胡萝卜素主要吸收蓝紫光，则在光屏上形
成2条较明显暗带；缺镁条件下生长的水稻，叶绿素合成受阻，试管
中的类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，则在光屏上形成1条较明显暗带，
D正确。
6.某中学生物兴趣小组的学生利用小青菜绿叶提取出光合色素溶液，
然后在的室温条件下进行了如下实验，以此来探究 对叶绿素
稳定性的影响。下列对实验的叙述错误的是( )
操作步骤 实验组 ① ② ③ ④
3.0 3.0 3.0 3.0
8.0 7.0 6.0 5.0
10 10 10 10
溶液颜色 绿色 绿色 黄绿色 黄绿色
A.酸性环境下的叶绿素可能因稳定性较差而被分解
B.该实验结果表明叶绿素在碱性环境中不会被破坏
C.提取色素时加入碳酸钙可防止研磨中色素被破坏
D.纸层析法分离色素后可得出②④两组出现颜色差异的原因
√
[解析] 酸性环境下色素溶液的颜色由绿色变成黄绿色，说明酸性环
境下的叶绿素可能因稳定性较差而被分解，A正确；题表中在 为8
的环境中，色素溶液的颜色为绿色，但不能说明叶绿素在碱性环境
中不会被破坏，若碱性增强色素可能会被破坏，B错误；碳酸钙能中
和酸，提取色素时加入碳酸钙可防止研磨中色素被破坏，C正确；可
用纸层析法分离各种色素来分析色素的种类，进而分析②④两组出
现颜色差异的原因，D正确。
7.［2024·北京丰台区高一月考］秋季枫树等植物的叶片变为红色，
主要是由花青素增多而叶绿素含量降低所致，实验小组对此进行实
验验证：用有机溶剂提取叶片中色素，用层析液进行分离，结果滤
纸条上出现四条色素带，靠近层析液的两条色素带非常窄，有关推
断不合理的是( )
A.变窄的是叶绿素和叶绿素
B.低温条件下叶绿素容易被破坏
C.滤纸条未显现花青素的原因可能是花青素为水溶性色素
D.通常，红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
√
[解析] 叶片中色素的提取和分离实验中滤纸条上的色素带由上到下
依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素、叶绿素 ，因此变窄的两条色
素带是叶绿素和叶绿素 ，A正确；据题意“秋季枫树等植物的叶片
变为红色，主要是由花青素增多而叶绿素含量降低所致”推测，秋季
温度降低，叶绿素容易被破坏，B正确；如果花青素溶于有机溶剂则
滤纸条上会显现花青素，所以滤纸条未显现花青素的原因可能是花
青素为水溶性色素，花青素不溶于无水乙醇，所以无法提取到花青
素，C正确；一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光，红外光
和紫外光都不是可见光，叶绿体中的色素主要吸收红光、蓝紫光用
于光合作用，D错误。
知识点二 叶绿体的结构适于进行光合作用
8.叶绿体是进行光合作用的场所，下列关于叶绿体的叙述，正确的是
( )
A.叶绿体的内膜附着很多基粒和酶
B.类囊体膜与其他膜结构不同，不属于生物膜
C.基质中含有多种与光合作用有关的酶
D.叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内
√
[解析] 基粒是类囊体薄膜堆叠而成的，增加了生物膜面积，A错误；
细胞生物膜系统是由细胞膜、核膜以及细胞器膜等共同构成的，在
结构和功能上是紧密联系的统一整体，叶绿体的外膜、内膜和类囊
体薄膜都属于叶绿体所含有的膜结构，所以都属于生物膜，B错误；
在叶绿体的类囊体上和基质中含有多种进行光合作用所必需的酶，
其中类囊体上含有光反应需要的酶，叶绿体基质中含有暗反应需要
的酶，C正确；叶绿体的色素分布在类囊体薄膜上，不是分布在类囊
体腔内，D错误。
9.下图为植物细胞内某个细胞器的亚显微结构示意图，相关叙述正确
的是( )
A.图中该结构能发生能量转换
B.①主要由纤维素构成
C.吸收光能的色素主要分布在②上
D.与光合作用有关的酶只位于④中
√
[解析] 题图是叶绿体的结构示意图，叶绿体是光合作用的场所，能
将光能转化为化学能，A正确；①表示叶绿体外膜，主要由脂质和蛋
白质构成，B错误；②表示叶绿体内膜，③表示基粒，吸收光能的色
素主要分布在③的类囊体薄膜上，C错误；④表示叶绿体基质，光合
作用的光反应在类囊体薄膜上进行，依赖于类囊体薄膜上的色素和
酶，暗反应在基质中进行，基质中具有与暗反应有关的酶，D错误。
10.［2025·江苏南京高一期中］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和少量的
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
√
[解析] 图甲④为叶绿体基质，含有暗反应所需的酶，还含有少量
和 ，A正确；③为基粒，类囊体堆叠形成基粒，扩展叶绿体
的受光面积，B正确；图乙表示叶绿体的类囊体膜，对应图甲中的③，
C正确；生物膜功能的复杂程度与蛋白质的种类和数量有关，图甲中
的 (叶绿体的双层膜)与图乙中类囊体薄膜功能不同，结构和成分
相似，但不完全相同，D错误。
11.［教材P100“思考·讨论”拓展］ 科学家恩格尔曼用透过三棱镜的
光照射水绵临时装片,发现需氧细菌大量聚集在如图所示区域。以下
分析不正确的是( )
A.实验过程中装片放置在没有空气的黑暗环境中是为了排除无关变
量的影响
B.本实验的目的是研究光照强度对水绵光合作用强度的影响
C.图中细菌分布的差异是水绵不同区域光合作用强度不同造成的
D.本实验的结果不能证明水绵叶绿体中的胡萝卜素和叶黄素主要吸
收蓝紫光,叶绿素和叶绿素 主要吸收蓝紫光和红光
√
[解析] 空气中含有氧气,需要隔绝,放在
黑暗中是为了排除其他光源的影响,故
实验过程中装片放置在没有空气的黑暗
环境中是为了排除无关变量的影响,A正确;本实验的目的是研究植物光合
作用主要吸收什么颜色的光,B错误;需氧细菌分布在氧气含量高的地方,
题图中细菌分布的差异是水绵不同区域光合作用强度不同造成的,光合作
用强度大的地方含氧量高,分布的需氧细菌多,C正确; 本实验的结果可以
证明水绵光合作用主要吸收红光和蓝紫光,但不能说明各种色素具体吸收
什么光,D正确。
12.(12分)［2024·广东肇庆高一期末］ 如图表示某生物兴趣小组利
用韭菜宿根进行相关实验的流程。请回答：
(1)(4分)该实验中用来提取色素的试剂是__________，分离色素的方
法是__________，色素能在滤纸条上分离的原因是_______________
___________________________________________________________
_________________________________。
无水乙醇
纸层析法
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；溶
解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢
[解析] 光合色素可以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。绿叶中的色素都能溶解在层析液中，但不
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，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢，这样绿叶中的
色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开，这种分离色素的方法
叫纸层析法。
(2)(3分)该实验的结果①：韭菜的色素带有4条，从下到上分别是黄
绿色、蓝绿色、黄色、橙黄色，韭黄的色素带从下到上分别是_____
_________，据此能得出叶绿素的形成需要____的结论。
黄色、
橙黄色
光
[解析] 光下生长的韭菜，其叶绿体中含有四种色素：胡萝卜素
(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素(蓝绿色)、叶绿素 (黄绿色)，避光
生长的韭黄，其叶绿体内只含有两种色素：胡萝卜素、叶黄素，故
韭黄的色素带只有2条，从下到上分别是黄色、橙黄色。分析实验结
果可知，光照条件下，韭菜产生了叶绿素，避光生长条件下，韭黄
未产生叶绿素，据此能得出叶绿素的形成需要光的结论。
(3)(2分)对韭黄和韭菜滤液吸收光谱进行比较，结果②显示它们吸收
光谱最明显的差异出现在__________。若在缺镁条件下完成该实验，
两组实验的结果①和结果②__________。
红光区域
差异不大
[解析] 叶绿素和叶绿素 主要吸收红光和蓝紫光，胡萝卜素和叶黄素
主要吸收蓝紫光，因此结果②显示它们吸收光谱最明显的差异出现在
红光区域。镁是叶绿素合成的原料，缺镁会使叶绿素分子的合成受阻，
因此若在缺镁条件下完成该实验，两组实验的结果差异不大。
(4)(3分)每分子叶绿素含有一个，可被、 等置换。韭菜
滤液用质量分数为的 处理一段时间后，其颜色与研磨时未加
_______________的颜色相似，呈现黄褐色。实验室常用含 的试
剂处理叶片，可形成铜代叶绿素，能长时间保持叶片标本的绿色，
其原因是________________________。
碳酸钙
铜代叶绿素比叶绿素稳定
[解析] 在提取色素的过程中通常加入碳酸钙以防止研磨中叶绿素被
破坏，若韭菜滤液用质量分数为的 处理一段时间后，叶绿素
被破坏，则据此可推测，韭菜滤液用质量分数为的 处理一段
时间后，其颜色与研磨时未加碳酸钙 的颜色相似，呈现黄褐
色。通过铜代叶绿素能长时间保持叶片标本的绿色可推测，铜代叶
绿素比叶绿素稳定。
【预习梳理】
一、1.(1)①3/4 ②蓝绿色 ③叶绿素b ④类胡萝卜素
⑤1/4 ⑥胡萝卜素 ⑦黄色 (2)叶绿体
2.①类胡萝卜素 ②蓝紫光和红光
二、1.椭球 球
2.②内膜 ③光合作用 ④色素 光合作用
3.光合作用
【预习检测】
(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)√ (6)× (7)× (8)×
【任务活动】
任务一
1.(1)无水乙醇
(2)二氧化硅和碳酸钙 无水乙醇 单层尼龙布 棉塞塞严
2.(1)溶解度 溶解度高
(2)剪去两角 1 cm 毛细吸管 干 滤液细线 滤液细线
(3)胡萝卜素 最少 最高 最快 黄色 叶绿素a 蓝绿色 最多 叶绿素b 黄绿色 最低 最慢
反馈评价
例1 C 例2 B
任务二
[情境]
1.绿叶中的色素对绿光的吸收少
2.叶绿素 叶绿素和类胡萝卜素
3.蓝紫光 深秋的叶片颜色变黄,叶片中叶绿素大量减少,而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
4.可根据不同植物的需求、植物生长发育不同阶段的需求,提供适宜波长的光;可以更好地控制光照强度。
5.无色的玻璃或塑料薄膜。
反馈评价
例3 C
任务三
[资料1]
1.捕获 类囊体薄膜
2.类囊体 基粒 酶
[资料2]
1.(1)被光束照射到 所有受光 (2)红光和蓝紫光
2.叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 叶绿体
3.螺旋带状 氧气释放 氧气 其他光 对照
4.(1)不正确。一些原核细胞,如蓝细菌的细胞中没有叶绿体,但含有叶绿素和藻蓝素,也能进行光合作用。
(2)水绵的细胞呼吸
反馈评价
例4 D 例5 D
【练习册】
1.B 2.D 3.A 4.B 5.D 6.B 7.D 8.C 9.A 10.D 11.B
12.(1)无水乙醇 纸层析法 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;溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢
(2)黄色、橙黄色 光
(3)红光区域 差异不大
(4)碳酸钙(CaCO3) 铜代叶绿素比叶绿素稳定第4节 第1课时 捕获光能的色素和结构
【预习梳理】
一、1.(1)①3/4 ②蓝绿色 ③叶绿素b ④类胡萝卜素
⑤1/4 ⑥胡萝卜素 ⑦黄色
(2)叶绿体
2.①类胡萝卜素 ②蓝紫光和红光
二、1.椭球 球
2.②内膜 ③光合作用 ④色素 光合作用
3.光合作用
【预习检测】
(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)√ (6)× (7)× (8)×
[解析] (1)无水乙醇是色素提取液,也可以用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠代替无水乙醇。
(3)分离结束后,滤纸条上的颜色自上而下依次是橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色。
(6)叶绿体中的色素分布在类囊体的薄膜上。
(7)叶绿体主要存在于植物的叶肉细胞中,在植物的幼茎细胞中也有叶绿体。
(8)数量众多的类囊体和基粒并没有增加内膜面积,而是增加了类囊体膜的表面积。
【任务活动】
任务一
1.(1)无水乙醇
(2)二氧化硅和碳酸钙 无水乙醇 单层尼龙布 棉塞塞严
2.(1)溶解度 溶解度高
(2)剪去两角 1 cm 毛细吸管 干 滤液细线 滤液细线
(3)胡萝卜素 最少 最高 最快 黄色 叶绿素a 蓝绿色 最多 叶绿素b 黄绿色 最低 最慢
反馈评价
例1 C [解析] 白菜叶中含有色素较少,因而用白菜叶进行实验效果较差,A错误;叶绿体色素能溶解到脂溶性溶剂中,如可溶解到无水乙醇中,不只是叶绿素,类胡萝卜素也能溶解到无水乙醇中,B错误;画滤液细线应做到细、齐、直、并重复多次以增加色素含量,这样分离得到的色素带明显,C正确;圆珠笔中的色素可溶解到层析液中,会对实验结果造成干扰,因而不可使用圆珠笔在滤纸条上画线,D错误。
例2 B [解析] 研磨时加入CaCO3可防止研磨中叶绿素被破坏,A正确;绿色菠菜叶中叶绿素a含量最多,黄化菠菜中叶黄素含量最多,两者都是胡萝卜素扩散最快,B错误;甲滤纸条上从上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,最宽的色素带代表的是叶绿素a,C正确;乙滤纸条上缺少的2条色素带分别是叶绿素a和叶绿素b,说明黄化菠菜叶中缺少叶绿素,D正确。
任务二
[情境] 1.绿叶中的色素对绿光的吸收少
2.叶绿素 叶绿素和类胡萝卜素
3.蓝紫光 深秋的叶片颜色变黄,叶片中叶绿素大量减少,而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
4.可根据不同植物的需求、植物生长发育不同阶段的需求,提供适宜波长的光;可以更好地控制光照强度。
5.无色的玻璃或塑料薄膜。
反馈评价
例3 C [解析] 一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光(波长范围大约是400~760 nm),即光合作用一般不能利用波长小于400 nm和波长大于760 nm的光,A正确;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,叶绿素和类胡萝卜素对绿光吸收量最少,绿光被反射出来,所以叶片呈现绿色,B正确;类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,几乎不吸收红光,所以几乎不能利用红光来合成ATP,C错误;640~660 nm波长主要是红光区域,该区域的光可被叶绿素吸收利用,因此叶片在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。
任务三
[资料1] 1.捕获 类囊体薄膜
2.类囊体 基粒 酶
[资料2] 1.(1)被光束照射到 所有受光
(2)红光和蓝紫光
2.叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 叶绿体
3.螺旋带状 氧气释放 氧气 其他光 对照
4.(1)不正确。一些原核细胞,如蓝细菌的细胞中没有叶绿体,但含有叶绿素和藻蓝素,也能进行光合作用。
(2)水绵的细胞呼吸
反馈评价
例4 D [解析] 题图乙所示结构是叶绿体类囊体薄膜,含有光合色素,取自图甲中③叶绿体基粒中的类囊体,不来自①叶绿体内膜,A错误;与光合作用有关的酶在图乙类囊体膜上和叶绿体基质中都有分布,B错误;图甲结构中的色素有叶绿素和类胡萝卜素,而蓝细菌中的色素有叶绿素和藻蓝素,二者所含色素种类不完全相同,C错误;叶绿体内含有大量基粒,一个基粒由很多③类囊体堆叠而成,大大增加了光合膜面积,D正确。
例5 D [解析] 恩格尔曼的实验没有用同位素示踪法,A错误;选用水绵作为材料是因为其叶绿体呈螺旋带状分布,便于观察,B错误;恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,发现需氧细菌大多数聚集在红光和蓝紫光区域,C错误;恩格尔曼的实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧,D正确。第4节 第1课时 捕获光能的色素和结构
1.B [解析] 绿叶中色素的提取原理是色素能溶解在无水乙醇中,绿叶中色素的分离原理是色素在层析液中的溶解度不同,A错误;加入适量的无水碳酸钠可以除去体积分数为95%的乙醇中的水分,代替无水乙醇用于提取绿叶中的色素,B正确;二氧化硅的作用是使研磨更充分,碳酸钙的作用是防止色素分子被破坏,C错误;正常情况下,色素分离后滤纸条上最宽的色素带中的色素是叶绿素a,其颜色为蓝绿色,D错误。
2.D [解析] 根据扩散距离可知,甲、乙、丙、丁分别为叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素,水稻成熟时,叶片为黄色,其中类胡萝卜素(丙+丁)含量高于叶绿素(甲+乙),A错误;碳酸钙的作用是防止研磨中色素被破坏,B错误;四种色素都能溶解在层析液中,乙色素含量最高,丁色素溶解度最大,C错误;四种色素中,类胡萝卜素(丙和丁)主要吸收蓝紫光,D正确。
3.A [解析] 由于色素在层析液中溶解度不同,溶解度最大的扩散的距离最远,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,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,A正确,B错误;实验所用滤纸的干燥度影响色素扩散速度,故应用干燥的滤纸,C错误;提取色素时加入CaCO3是防止研磨中叶绿素被破坏,没有及时加CaCO3影响叶绿素a及叶绿素b的含量,D错误。
4.B [解析] 图甲的吸收光谱主要在蓝紫光区和红光区,应为叶绿素的吸收光谱,其分布在层析结果滤纸条自上而下的第三、四条色素带,A错误;图甲的吸收光谱主要在蓝紫光区和红光区,应为叶绿素的吸收光谱,图乙的吸收光谱主要在蓝紫光区,应为类胡萝卜素的吸收光谱,B正确,C错误;图乙色素的含量约占总色素的1/4,图甲色素的含量约占总色素的3/4,D错误。
5.D [解析] 叶黄素缺失的突变体水稻不能合成叶黄素,而试管中叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,胡萝卜素主要吸收蓝紫光,则在光屏上形成2条较明显暗带;缺镁条件下生长的水稻,叶绿素合成受阻,试管中的类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,则在光屏上形成1条较明显暗带,D正确。
6.B [解析] 酸性环境下色素溶液的颜色由绿色变成黄绿色,说明酸性环境下的叶绿素可能因稳定性较差而被分解,A正确;题表中在pH为8的环境中,色素溶液的颜色为绿色,但不能说明叶绿素在碱性环境中不会被破坏,若碱性增强色素可能会被破坏,B错误;碳酸钙能中和酸,提取色素时加入碳酸钙可防止研磨中色素被破坏,C正确;可用纸层析法分离各种色素来分析色素的种类,进而分析②④两组出现颜色差异的原因,D正确。
7.D [解析] 叶片中色素的提取和分离实验中滤纸条上的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,因此变窄的两条色素带是叶绿素a和叶绿素b,A正确;据题意“秋季枫树等植物的叶片变为红色,主要是由花青素增多而叶绿素含量降低所致”推测,秋季温度降低,叶绿素容易被破坏,B正确;如果花青素溶于有机溶剂则滤纸条上会显现花青素,所以滤纸条未显现花青素的原因可能是花青素为水溶性色素,花青素不溶于无水乙醇,所以无法提取到花青素,C正确;一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光,红外光和紫外光都不是可见光,叶绿体中的色素主要吸收红光、蓝紫光用于光合作用,D错误。
8.C [解析] 基粒是类囊体薄膜堆叠而成的,增加了生物膜面积,A错误;细胞生物膜系统是由细胞膜、核膜以及细胞器膜等共同构成的,在结构和功能上是紧密联系的统一整体,叶绿体的外膜、内膜和类囊体薄膜都属于叶绿体所含有的膜结构,所以都属于生物膜,B错误;在叶绿体的类囊体上和基质中含有多种进行光合作用所必需的酶,其中类囊体上含有光反应需要的酶,叶绿体基质中含有暗反应需要的酶,C正确;叶绿体的色素分布在类囊体薄膜上,不是分布在类囊体腔内,D错误。
9.A [解析] 题图是叶绿体的结构示意图,叶绿体是光合作用的场所,能将光能转化为化学能,A正确;①表示叶绿体外膜,主要由脂质和蛋白质构成,B错误;②表示叶绿体内膜,③表示基粒,吸收光能的色素主要分布在③的类囊体薄膜上,C错误;④表示叶绿体基质,光合作用的光反应在类囊体薄膜上进行,依赖于类囊体薄膜上的色素和酶,暗反应在基质中进行,基质中具有与暗反应有关的酶,D错误。
10.D [解析] 图甲④为叶绿体基质,含有暗反应所需的酶,还含有少量DNA和RNA,A正确;③为基粒,类囊体堆叠形成基粒,扩展叶绿体的受光面积,B正确;图乙表示叶绿体的类囊体膜,对应图甲中的③,C正确;生物膜功能的复杂程度与蛋白质的种类和数量有关,图甲中的①②(叶绿体的双层膜)与图乙中类囊体薄膜功能不同,结构和成分相似,但不完全相同,D错误。
11.B [解析] 空气中含有氧气,需要隔绝,放在黑暗中是为了排除其他光源的影响,故实验过程中装片放置在没有空气的黑暗环境中是为了排除无关变量的影响,A正确;本实验的目的是研究植物光合作用主要吸收什么颜色的光,B错误;需氧细菌分布在氧气含量高的地方,题图中细菌分布的差异是水绵不同区域光合作用强度不同造成的,光合作用强度大的地方含氧量高,分布的需氧细菌多,C正确;本实验的结果可以证明水绵光合作用主要吸收红光和蓝紫光,但不能说明各种色素具体吸收什么光,D正确。
12.(1)无水乙醇 纸层析法 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;溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢
(2)黄色、橙黄色 光
(3)红光区域 差异不大
(4)碳酸钙(CaCO3) 铜代叶绿素比叶绿素稳定
[解析] (1)光合色素可以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。绿叶中的色素都能溶解在层析液中,但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,溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢,这样绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开,这种分离色素的方法叫纸层析法。(2)光下生长的韭菜,其叶绿体中含有四种色素: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),避光生长的韭黄,其叶绿体内只含有两种色素:胡萝卜素、叶黄素,故韭黄的色素带只有2条,从下到上分别是黄色、橙黄色。分析实验结果可知,光照条件下,韭菜产生了叶绿素,避光生长条件下,韭黄未产生叶绿素,据此能得出叶绿素的形成需要光的结论。(3)叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,因此结果②显示它们吸收光谱最明显的差异出现在红光区域。镁是叶绿素合成的原料,缺镁会使叶绿素分子的合成受阻,因此若在缺镁条件下完成该实验,两组实验的结果差异不大。(4)在提取色素的过程中通常加入碳酸钙以防止研磨中叶绿素被破坏,若韭菜滤液用质量分数为5%的HCl处理一段时间后,叶绿素被破坏,则据此可推测,韭菜滤液用质量分数为5%的HCl处理一段时间后,其颜色与研磨时未加碳酸钙(CaCO3)的颜色相似,呈现黄褐色。通过铜代叶绿素能长时间保持叶片标本的绿色可推测,铜代叶绿素比叶绿素稳定。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
一、捕获光能的色素
1.绿叶中色素的种类及分布
(1)种类
绿叶中的色素
(2)分布:集中分布在 中。
2.色素的吸收光谱
注:(1)一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光。
(2)类胡萝卜素不吸收红光;叶绿素和类胡萝卜素对绿光不是不吸收,只是吸收量较少。
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
1.形态:呈扁平的 形或 形。
2.结构
3.功能:叶绿体是绿色植物进行 的场所。
(1)75%乙醇是色素提取液,层析液是分离液。 ( )
(2)不同色素在滤纸条上的扩散速度与其在层析液中的溶解度呈正相关。 ( )
(3)分离结束后,滤纸条上的颜色自上而下依次是黄绿色、蓝绿色、黄色和橙黄色。 ( )
(4)叶绿素和类胡萝卜素都能吸收较多的蓝紫光。 ( )
(5)叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素。 ( )
(6)叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内。 ( )
(7)叶绿体只存在于植物的叶肉细胞中。 ( )
(8)叶绿体内存在数量众多的类囊体和基粒,大大增加了内膜面积。 ( )
任务一 捕获光能的色素(探究·实践——绿叶中色素的提取和分离)
1.绿叶中色素的提取
(1)原理:绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂 (也可以用体积分数为95%的乙醇加无水碳酸钠替代)中。
(2)方法步骤
取材:称取5g绿色叶片
↓
研磨:剪碎叶片,放入研钵中,加少许 ,并加入5~10mL 迅速研磨
过滤:漏斗基部放一块 ,将研磨液迅速倒入玻璃漏斗进行过滤
收集:用试管收集色素滤液,及时将试管口用
2.绿叶中色素的分离
(1)原理
绿叶中不同色素在层析液中的 不同, 的随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢。
(2)方法步骤
制备滤纸条
画滤液细线
色素分离
观察结果
(3)实验结果的观察和分析
滤纸条上出现四条宽度、颜色不同的色素带。
3.实验过程中的注意事项及分析
过程 注意事项 操作目的
提取色素 1 选取新鲜叶片 使滤液中色素含量高
2 加入少许SiO2和CaCO3 研磨充分和保护色素
3 加入无水乙醇 溶解、提取色素
4 迅速、充分研磨 防止乙醇挥发,并充分溶解色素
提取色素 5 过滤时,不能用滤纸,要用单层尼龙布 滤纸可以吸附色素,降低滤液中色素的含量,使实验效果不明显
6 试管口加棉塞 防止乙醇挥发和色素氧化
分离色素 1 滤纸预先干燥处理 便于层析液在滤纸条上扩散
2 滤纸条一端 剪去两角 保证滤纸条上的滤液细线能水平向上扩展
3 画滤液细线要细、齐、直 使分离的色素带平整,不重叠
4 滤液细线干燥后再画一到两次 增加滤纸上色素的含量,使分离的色素带清晰分明
5 滤液细线不能触及层析液 防止色素直接溶解于层析液中
6 试管加塞 防止层析液挥发
绿叶中色素的提取和分离实验中
异常实验现象原因分析
(1)滤纸条上色素带颜色均较浅:①未加二氧化硅,研磨不充分;②加入无水乙醇的量过多;③实验材料中色素含量较少。
(2)滤纸条上最下面两条色素带过浅:①未加碳酸钙或加入量过少,叶绿素被破坏;②实验材料(如泛黄的叶片)中叶绿素的含量较少。
(3)滤纸条上色素带重叠:①滤液细线不直;②滤液细线过粗。
(4)滤纸条上看不到色素带:①忘记画滤液细线;②滤液细线接触到层析液,色素溶解到层析液中。
例1[2024·江苏扬州高一期末]关于绿叶中色素的提取和分离实验,叙述正确的是 ( )
A.用白菜叶进行实验效果较好
B.无水乙醇只能溶解叶绿素,不能溶解其他色素
C.画滤液细线应做到细、齐、直、并重复多次以增加色素含量
D.可使用圆珠笔在滤纸条上画线,确定色素扩散的起始位置
例2某同学用绿色菠菜叶和黄化菠菜叶进行了光合色素的提取和分离实验,实验操作过程相同,分别得到滤纸条甲和乙,如下图所示。下列叙述错误的是 ( )
A.研磨时加入CaCO3可防止叶绿素被破坏
B.两种菠菜叶中都是胡萝卜素含量最多、扩散最快
C.甲滤纸条上最宽的色素带代表的是叶绿素a
D.乙滤纸条上缺少2条色素带的原因是黄化菠菜叶中缺少叶绿素
任务二 色素的吸收光谱
【情境】植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳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。
1.植物工厂不用绿色的光源,原因是 。
2.人工光源提供的红光可以被绿叶中的 (填色素)吸收,蓝光可以被绿叶中的 (填色素)吸收。
3.自然环境中,深秋的叶片颜色变黄,此时 (填“红光”或“蓝紫光”)更有利于植物进行光合作用,原因是
。
4.请分析讨论靠人工光源生产蔬菜的好处有哪些
5.温室或大棚种植蔬菜,应选用什么颜色的玻璃或塑料薄膜
例3[2024·重庆黔江区高一月考]下图是绿色植物光合作用过程中叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱图。据图分析下列叙述错误的是 ( )
A.一般情况下,光合作用不能利用波长小于400nm和波长大于760nm的光
B.光合色素主要吸收蓝紫光和红光,而绿光吸收量最少,绿光被反射出来,所以叶片呈绿色
C.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于ATP的合成
D.叶片在640~660nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
任务三 叶绿体的结构适于进行光合作用
【资料1】阅读教材P100,观察图5 13并结合光合作用需要特定的物质和结构,回答下列有关问题:
1.光合作用是唯一能够 和转化光能的生物学途径。与光合作用相关的4种色素分子就分布在叶绿体的 上。
2.叶绿体的结构适于进行光合作用,主要表现是通过 堆叠形成 的方式极大地拓展了受光面积,增加了色素分子和 分子的分布。
【资料2】阅读教材P100“思考·讨论”中恩格尔曼的两个实验。
1.实验过程和现象
(1)实验一
(2)实验二
用透过三棱镜的光照射水绵临时装片大量需氧细菌聚集在 区域
2.结论:直接证明了 。结合其他实验证据,科学家们得出 是光合作用的场所这一结论。
3.实验设计的巧妙之处分析
序号 实验设计 分析
1 实验材料选择水绵和需氧细菌 水绵的叶绿体呈 分布,便于观察;需氧细菌可确定 的部位
2 没有空气的黑暗环境 排除了 和 的干扰
3 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 实验
4 临时装片暴露在光下的实验 再一次验证了实验结果
4.延伸思考
(1)叶绿体是细胞进行光合作用的场所,没有叶绿体的细胞一定不能进行光合作用。判断以上说法是否正确,并举例说明原因。
(2)实验在“没有空气的黑暗环境”中进行,水绵进行光合作用所需CO2的主要来源是 。
[小结]叶绿体的结构适于进行光合作用;叶绿体是光合作用的场所。
例4[2024·云南大理高一月考]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的放大图。下列有关叙述正确的是 ( )
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的结构上
C.图甲结构中的色素种类同蓝细菌中的色素种类相同
D.叶绿体以图甲中③堆叠的形式增大光合膜面积
例5德国科学家恩格尔曼用水绵和需氧细菌做了两个经典实验,对实验叙述正确的是 ( )
A.他用同位素示踪法发现光合作用的场所是叶绿体
B.选用水绵作为材料是因为其叶绿体大且呈球形,便于观察
C.他用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,发现需氧细菌大多数聚集在绿光区域
D.恩格尔曼的实验证明了光合作用放氧部位是叶绿体第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
[1~11题,每题2分,共22分]
知识点一 捕获光能的色素和色素的吸收光谱
1.下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述,正确的是 ( )
A.绿叶中色素的提取原理是不同色素在层析液中的溶解度不同
B.加入适量的无水碳酸钠可以除去体积分数为95%的乙醇中的水分
C.为防止色素分子被破坏,可在研磨绿叶前加入少量二氧化硅
D.正常情况下,色素分离后滤纸条上最宽的色素带中的色素颜色为黄绿色
2.[2024·江苏泰州高一期末] 如图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.水稻成熟时叶片变黄,叶片中色素含量是(丙+丁)<(甲+乙)
B.提取色素时加入碳酸钙是为了研磨更充分
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,丙和丁主要吸收蓝紫光
3.[2024·湖南长沙高一月考] 如图表示利用纸层析法分离新鲜菠菜叶光合色素的示意图。下列相关叙述正确的是 ( )
A.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
B.①和②对应的色素主要吸收蓝紫光和红光
C.实验所用滤纸的干燥度不影响实验
D.没有及时加入CaCO3会使各色素带都明显变窄
4.如图表示叶绿体中色素的吸收光谱(颜色深、浅分别表示吸收量多、少),下列有关叙述正确的是( )
A.图甲色素主要是分布在层析结果滤纸条自上而下的中间2条色素带
B.图甲、乙分别是叶绿素、类胡萝卜素的吸收光谱
C.图甲、乙分别是叶黄素、胡萝卜素的吸收光谱
D.图乙色素的含量约占总色素的3/4
5.如图所示的实验中,试管中色素溶液若是分别来自水稻的叶黄素缺失突变体叶片和缺镁条件下生长的水稻叶片,则在光屏上形成较明显暗带的条数分别是( )
A.1、1 B.1、2 C.2、2 D.2、1
6.某中学生物兴趣小组的学生利用小青菜绿叶提取出光合色素溶液,然后在30 ℃的室温条件下进行了如下实验,以此来探究pH对叶绿素稳定性的影响。下列对实验的叙述错误的是 ( )
操作步骤 实验组
① ② ③ ④
色素溶液/mL 3.0 3.0 3.0 3.0
pH 8.0 7.0 6.0 5.0
处理时间/min 10 10 10 10
溶液颜色 绿色 绿色 黄绿色 黄绿色
A.酸性环境下的叶绿素可能因稳定性较差而被分解
B.该实验结果表明叶绿素在碱性环境中不会被破坏
C.提取色素时加入碳酸钙可防止研磨中色素被破坏
D.纸层析法分离色素后可得出②④两组出现颜色差异的原因
7.[2024·北京丰台区高一月考] 秋季枫树等植物的叶片变为红色,主要是由花青素增多而叶绿素含量降低所致,实验小组对此进行实验验证:用有机溶剂提取叶片中色素,用层析液进行分离,结果滤纸条上出现四条色素带,靠近层析液的两条色素带非常窄,有关推断不合理的是 ( )
A.变窄的是叶绿素 a 和叶绿素 b
B.低温条件下叶绿素容易被破坏
C.滤纸条未显现花青素的原因可能是花青素为水溶性色素
D.通常,红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
知识点二 叶绿体的结构适于进行光合作用
8.叶绿体是进行光合作用的场所,下列关于叶绿体的叙述,正确的是 ( )
A.叶绿体的内膜附着很多基粒和酶
B.类囊体膜与其他膜结构不同,不属于生物膜
C.基质中含有多种与光合作用有关的酶
D.叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内
9.下图为植物细胞内某个细胞器的亚显微结构示意图,相关叙述正确的是 ( )
A.图中该结构能发生能量转换
B.①主要由纤维素构成
C.吸收光能的色素主要分布在②上
D.与光合作用有关的酶只位于④中
10.[2025·江苏南京高一期中] 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和少量的DNA
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
11.[教材P100“思考·讨论”拓展] 科学家恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,发现需氧细菌大量聚集在如图所示区域。以下分析不正确的是( )
A.实验过程中装片放置在没有空气的黑暗环境中是为了排除无关变量的影响
B.本实验的目的是研究光照强度对水绵光合作用强度的影响
C.图中细菌分布的差异是水绵不同区域光合作用强度不同造成的
D.本实验的结果不能证明水绵叶绿体中的胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光
12.(12分)[2024·广东肇庆高一期末] 如图表示某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行相关实验的流程。请回答:
(1)(4分)该实验中用来提取色素的试剂是 ,分离色素的方法是 ,色素能在滤纸条上分离的原因是 。
(2)(3分)该实验的结果①:韭菜的色素带有4条,从下到上分别是黄绿色、蓝绿色、黄色、橙黄色,韭黄的色素带从下到上分别是 ,据此能得出叶绿素的形成需要 的结论。
(3)(2分)对韭黄和韭菜滤液吸收光谱进行比较,结果②显示它们吸收光谱最明显的差异出现在 。若在缺镁条件下完成该实验,两组实验的结果①和结果② 。
(4)(3分)每分子叶绿素含有一个Mg2+,可被H+、Cu2+等置换。韭菜滤液用质量分数为5%的HCl处理一段时间后,其颜色与研磨时未加 的颜色相似,呈现黄褐色。实验室常用含Cu2+的试剂处理叶片,可形成铜代叶绿素,能长时间保持叶片标本的绿色,其原因是 。
