人教版高中生物必修一知识讲解，巩固练习（教学资料，补习资料）：10光合作用（一）捕获光能的色素和结构

光合作用（一）捕获光能的色素和结构

【学习目标】
1、简述叶绿体中色素的种类、分布和作用。
2、描述叶绿体的结构、说明叶绿体的功能。
3、重点：理解实验“绿叶中色素的提取和分离”实验的实验原理与方法。
4、难点：绿叶中色素的种类和作用、绿叶中色素的提取和分离。
【要点梳理】　
要点一、实验——绿叶中色素的提取和分离
原理
(1)叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇(或丙酮)中，所以用无水乙醇可提取叶绿体中的色素。
(2)不同的色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的色素分子随层析液在滤纸条上扩散得快，溶解度低的色素分子随层析液在滤纸条上扩散得慢，因而可用层析液将不同色素分离。　　
实验程序【光合作用（一）捕获光能的色素和结构】
实验结果
四种色素被分离出来，它们的位置、颜色及排列顺序如下表：
色素
颜色
吸收光
滤纸上的位置
叶绿素
叶绿素a
蓝绿色
红光
中下层
叶绿素b
黄绿色
蓝紫光
最下层
类胡萝卜素
胡萝卜素
橙黄色
蓝光
最上层
叶黄素
黄色
蓝紫光
中上层
要点诠释：
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，但对其他光也有吸收，只是吸收量少。
结果分析：
①从色素带的宽度可知色素含量的多少依次为：叶绿素a >叶绿素b >叶黄素>胡萝卜素; ②从色素带的位置可知色素在层析夜中溶解度大小依次是：胡萝卜素>叶黄素>叶绿素 a >叶绿素 b； ③在滤纸上相邻两条色素距离最近的是叶绿素a 与叶绿素b ，距离最远的两条色素带是胡萝卜素与叶黄素。
实验中的注意事项
(1)裁取定性滤纸时，注意双手尽量不要接触纸面，以免手上的油脂或其他脏物污染滤纸。
(2)根据烧杯的高度制备滤纸条，让滤纸条长度高出烧杯1cm ，高出的部分做直角弯折。
(3)画滤液细线时，用力要均匀，速度要适中。
(4)研磨要迅速、充分。 a.因为丙酮容易挥发； b.为了使叶绿体完全破裂.从而能提取较多的色素；c.叶绿素极不稳定，能被活细胞中的叶绿素酶水解而被破坏。
(5)制备滤纸条时，要将滤纸条的一端剪去两角,这样可以使色素在滤纸条上扩散均匀,便于观察实验结果。
要点诠释：
（1）为什么色素提取时加丙酮？ （使色素溶于有机溶剂）
（2）为什么加二氧化硅？ （使研磨充分）
（3）为什么加CaCO3? (防止叶绿素受到破坏)
（4）为什么滤纸剪去两角？ （使色素带整齐）
（5）为什么滤液细线画的越细越齐越好？（使色素带整齐）
（6）为什么不要让层析液没及滤液细线？（滤液溶于层析液中不能形成色素带）
（7）为什么色素会在滤纸条上分离开？ （色素溶解度不同）
（8）为什么用培养皿盖上烧杯？ （防止丙酮挥发）
（9）为什么滤纸要避光保存？ （色素见光分解）
（10）为什么试验后洗手？ （接触了有毒的化学药品）
（11）色素带在滤纸上排列先后顺序？ （胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b）
高等植物叶绿体中的色素及功能
要点诠释：
将绿叶中的4种色素溶液，分别放在阳光和三棱镜之间，从连续光谱中可以看到不同波长的光被吸收的情况：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。这些色素吸收的光都可用于光合作用。因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色。因此，温室或大棚种植蔬菜时，应选择蓝紫色的玻璃、塑料薄膜或补充光源。
色素是脂溶性物质，不同色素的溶解度不同，叶绿素中含N、Mg等各种元素，各种色素中叶绿素最多，因此绿叶呈绿色。
（1）根据物理知识，什么颜色的物体透过（反射）什么颜色的光，吸收其他颜色的光，白色物体反射各种色光，黑色物体吸收各种色光。叶绿素a为蓝绿色，反射蓝色、绿色光，吸收其余的色光，同理叶绿素b反射黄色光、绿色光，吸收其他颜色光。
（2）叶绿体中的绝大部分叶绿素a、全部叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素的功能是吸收、传递光能，少数特殊状态的叶绿素a吸收转化光能，因此，叶绿体中色素的功能是吸收、传递、转化光能。
除绿色植物外，含叶绿体的非绿色植物如褐藻（海带等）、红藻（紫菜等）等，不含叶绿体的原核生物蓝藻、某些细菌（如绿硫细菌、紫硫细菌）也能进行光合作用，但绿硫细菌、紫硫细菌等的光合作用不放氧。
要点二、叶绿体的结构和功能
1、叶绿体的结构
2、叶绿体的功能
（1）实验过程： 极细光速照射 好氧细菌集中在叶绿体被光速照射的部位
水绵 黑暗
好氧细菌 无空气 完全曝光 好氧细菌分布于叶绿体所有受光部位。
（2） 实验结论
①氧气是由叶绿体释放出来的
②叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所
（3）实验巧妙之处
①选用水绵和好氧细菌作为实验材料：水绵具有细而长的叶绿体，而且叶绿体螺旋状分布在细胞中，便于观察研究；用好氧细菌可确定释放氧气多的部位。
②将临时装片放在黑暗且没有空气的环境中，排除了环境中光和氧气的影响，从而保证实验的准确性。
③选用极细的光速照射，并用好氧细菌检测，这样就能迅速准确地判断出水绵中释放氧气的部位。
④进行黑暗和曝光的对比实验，从而明确结果完全是由光照引起的。
⑤设置验证实验：将临时装片暴露在光下，再一次验证实验结果。
（4）验证叶绿体功能的其他资料
结构
特点
结论
叶
绿
体
基粒
扩大了内膜表面积，含有吸收光能的色素和光合作用所必须的酶
叶绿体是高等植物进行光合作用的场所
类囊体
基质
含有光合作用所必须的酶
要点诠释：
叶绿体的结构是如何与其功能相适应的？
类囊体是一个个由圆饼状的囊状结构堆叠而成的膜，面积大，其上分布着四种能吸收光能的色素；且基粒、内膜、基质中都分布着与光合作用有关的酶，这些特点都适合于进行光合作用。
【典型例题】　
类型一：各种色素对不同波长光的吸收
例1、某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析（从上至下），与正常叶片相比，实验结果是（ ）
A．光吸收差异显著，色素带缺第2条 B．光吸收差异不显著，色素带缺第2条
C．光吸收差异显著，色素带缺第3条 D．光吸收差异不显著，色素带缺第3条
【答案】B
【解析】叶黄素缺失，则对蓝紫光的吸收减少，对红光的吸收无明显差异，排除A，C项。色素分析带从上往下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，叶黄素缺失则色素分析条带从上往下缺第二条，故D项错误。
【总结升华】本题考查叶绿体中色素的吸收光谱以及色素层析的结果。
【举一反三】：
【变式一】
把叶绿体色素溶液放在自然光源和三棱镜之间，从镜的另一侧观察连续光谱中变暗的主要区域是（ ）
A．红光和蓝紫光区域 　　B．黄光和蓝紫光区域　　 C．绿光和红光　　 D．黄光和绿光区
【答案】A
【解析】叶绿体色素吸收可见太阳光用于光合作用，可见太阳光被三棱镜分色，可以分成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色，叶绿素对可见太阳光有两个吸收高峰，在红光区和蓝紫光区，而类胡萝卜素只有一个吸收高峰，在蓝紫光区，则红光区和蓝紫光区被吸收，故变暗。
【变式二】
红枫是一种木本观赏植物，在生长季节叶片呈红色，下列关于该植物的叙述，正确的是（ ）
A.红枫叶片不含叶绿素 B.红枫叶片呈红色是因为吸收了红光
C.红枫叶片能吸收光能进行光合作用 D.液泡中的色素吸收的光能用于光合作用
【答案】C
【变式三】
阳光通过三棱镜能显示出七种颜色的连续光谱。如果将一瓶叶绿体色素提取液放在光源和三棱镜之间，连续光谱中就会出现一些黑色条带，这些条带应于（ ）
A.绿光区 B.红光区和绿光区 C.蓝紫光区和绿光区 D.红光区和蓝紫光区
【答案】D
类型二：色素的提取与分离实验
例2、在进行“绿叶中色素的提取和分离”实验时不能让层析液没及滤液细线的原因是（ ）
A、滤纸上几种色素会扩散不均匀而影响实验结果
B、滤纸上的滤液细线变粗而使色素太分散
C、色素会溶解在层析液中而使实验失败
D、滤纸上的几种色素混合起来不分散
【答案】C
【解析】分离色素时，一定不要让滤纸条上的滤液细线触及到层析液，这是因为色素极容易溶解在层析液中，从而影响实验结果。
【总结升华】本题考查学生对实验的理解以及注意事项。
【举一反三】：
【变式一】
“绿叶中色素的提取和分离”实验主要说明了（ ）
A、色素分布在叶绿体类囊体的薄膜上
B、叶绿素的含量是类胡萝卜的4倍
C、叶绿体中色素的种类和各种色素的颜色
D、四中色素扩散速度不同
【答案】C
【变式二】
用纸层析法能够将叶绿体的四种色素分开的原因是（ ）
A、四种色素随层析液在滤纸上扩散速度不同
B、四种色素随滤液在滤纸上扩散速度不同
C、四种色素随滤液在滤纸上渗透速度不同
D、四种色素随层析液在滤纸上渗透速度不同
【答案】A
【变式三】
如果没有丙酮和菠叶菜，要保证分离后色素带清晰，可以用来代替的最佳实验材料是（ ）
A、酒精和麦苗 B、酒精和大白菜
C、蒸馏水和大白菜 D、蒸馏水和麦苗
【答案】A
类型三：捕获光能的场所——叶绿体
例3、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．叶绿体中的色素都分在囊状结构的膜上
B．叶绿体中的色素分布在外膜和内膜上
C．光合作用的酶只分布在叶绿体基质中
D．光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上
【答案】A
【解析】叶绿体中的色素都分布在囊状结构的薄膜上，但是酶的分布比较广泛，因为在叶绿体的各个部位几乎都存在各种化学反应，而几乎每一个化学反应都需要酶来催化，所以光合作用有关的酶在叶绿体上各有分布。
【举一反三】：
【变式一】
吸收光能的色素分布在（ ）
A. 叶绿体的外膜上 B. 类囊体的薄膜上
C. 叶绿体的内膜上 D. 叶绿体的基质中
【答案】B
【巩固练习】
单项选择题：
1.对绿色开花植物光合作用最有效的一组光是 （ ）
A. 红光和黄绿光 B. 黄光和蓝紫光 C. 红光和橙光 D. 红光和蓝紫光
2.通过纸层析分离叶绿体色素，结果在滤纸条上出现四条色素带，从上到下依次为（??? ）
A.胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b
B.胡萝卜素、叶绿素a、叶绿素b、叶黄素
C.叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素
D.叶黄素、叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素
3.下列关于"叶绿体色素提取和分离"的实验描述中，不属于实验要求的是?（??? ）
?A.提取高等植物叶绿体中的色素?? ?B.用纸层析法分离色素
?C.了解各种色素的吸收光谱????? ? D.验证叶绿体中所含色素的种类
4.用纸层析法将色素进行分离,在滤纸条上出现的最窄的一条色素带的颜色是?（??? ）
　?A.黄色 ?B.橙黄色??? ?C.黄绿色???? ?D.蓝绿色
5.提取叶绿体中的色素时要加丙酮，其原因是???（??? ）
A.让色素溶解????????????????? ?B.防止叶绿素被破坏
C.便于将叶片研磨成匀浆??????? ?D.促使叶绿体中色素分离
6.在叶绿体色素的提取和分离实验中，在滤纸条上扩散速度最快的色素是?（??? ）
?A.叶绿素a??? ?B.叶绿素b??? ?C.胡萝卜素??? ?D.叶黄素
7.绿色植物的光合作用中，叶绿素是???（??? ）
?A.光合作用的原料?B.光合作用的产物?C.能量转换器??? ?D.氢的接受器
8.将几株相同的天竺葵放在不同的光下生长，其他条件都相同，一段时间后，生长状态最差的应是（??? ）
?A.蓝紫光下的天竺葵???????? ?B.黄绿光下的天竺葵
C.红橙光下的天竺葵???????????D.红光下的天竺葵
9. 下列作用不属于叶绿素的功能的是???（??? ）
?A.吸收光能 ??B.利用光能使水分解?
?C.利用光能合成ATP? D.固定和还原二氧化碳
10.一位科学家做了如下实验：将水绵（丝状绿藻）放在暗处，一束白光通过棱镜再投射到水绵的叶绿体上，这时好氧性细菌将明显聚集在?（??? ）
A. 红光的投影区域内 B. 红光和绿光的投影区域内
C. 红光和蓝紫光的投影区域内 D. 黄光和橙光的投影区域内
11.下列哪项是光合作用、有氧呼吸、无氧呼吸共有的现象：?（??? ）
A. 在植物体内随时进行 B. 分解葡萄糖 C. 产生ATP D. 在线粒体内发生
非选择题
1.在圆形滤纸的中央，点上叶绿体色素的提取液进行层析，随着层析液从滤纸的中央向四周扩散，形成四个色素环带，排在最里圈的色素是 。
2.在做“叶绿体中色素的提取和分离”实验时，向研钵中加入SiO2的目的是???? ，加入CaC03的目的是 ；在盛有层析液的烧杯上盖上培养皿盖的目的是
，在滤纸条上扩散速度最慢的色素带是? ，其颜色是 。
3. 仔细阅读下图，回答下列问题：
　　　　　　
　　（1）根据图写出详细的实验方案。





　　（2）某同学在做“叶绿体中色素的提取分离”实验时，操作情况如下所述，结果实验失败，请指出其错误所在：
　 　①将5g新鲜完整的菠菜叶，放人研钵中，加人丙酮、石英砂、CaC03后，迅速研磨。
　 　②用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线处均匀地划出一条滤液细线,并连续迅速地重复划2～3次。
　 　③把划好细线的滤纸条插入层析液中，并不断摇晃，以求加快色素在滤纸条上的扩散。几分钟以后取出观察，发现在滤纸条上无色素分带现象，而其他用同一滤液作实验的同学的滤纸条上却色素带明显。
其实验失败的原因最可能是


4.中国的饮食讲究“色香味”，颜色会影响消费。小李同学拟研发“绿色”食用色素，他以生长很快的入侵植物水葫芦为材料进行如下实验。
I.提取叶绿素
II.探究pH对叶绿素稳定性的影响
取一些叶绿素粗产品，配成一定浓度的溶液，于室温（约25℃）下进行实验，方法和结果如下表。
实验组号
叶绿素溶液（mL）
调pH至
处理时间（min）
溶液颜色
①
3.0
Y
10
绿色
②
3.0
7.0
10
绿色
③
3.0
6.0
10
黄绿色
④
3.0
5.0
10
黄褐色
注：叶绿素被破坏后变成黄褐色。
根据所学知识和实验结果，请回答：
（1）提取食用叶绿素的X应该为 ，原因是 。
（2）表中Y应该为 ，原因是 。
（3）若用作食品色素，天然叶绿素色素不适用于 食品，否则 。
【答案与解析】
一、单选题
1【答案】D
【解析】叶绿体中的色素主要吸收红橙光和蓝紫光。
2【答案】A
【解析】纸层析法分离叶绿体色素，在滤纸条上出现四条色素带的颜色是橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色，代表的色素分别是：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、和叶绿素b
3【答案】C
【解析】“了解各种色素的吸收光谱”不属于“"叶绿体色素提取和分离”里的内容。
4【答案】B
【解析】纸层析法将色素进行分离,在滤纸条上出现的最窄的一条色素带是胡萝卜素所在的色素带，颜色是橙黄色。
5【答案】A
【解析】提取叶绿体中的色素时要加丙酮，让色素溶解。选A。
6【答案】C
【解析】在叶绿体色素的提取和分离实验中，在滤纸条上扩散速度最快的色素是胡萝卜素，在滤纸的顶端，溶解度大，扩散得最快。选C。
7【答案】C
【解析】光合作用过程中，叶绿体中的色素要吸收、传递、转化光能，可以看做是能量转换器。选C。
8【答案】B
【解析】植物生长是靠叶片内的叶绿体吸收光，从而进行光合作用将二氧化碳为有机物而生长的，而叶绿体对绿光的吸收能力最弱，所以选B。
9【答案】D
【解析】固定二氧化碳和还原C3发生在叶绿体的基质中。所以选D。
10【答案】C
【解析】叶绿体中的色素主要吸收红橙光和蓝紫光，水绵在光照下进行光合作用释放氧气，所以好氧细菌将集中在红橙光和蓝紫光的投影区域。所以选C。
11【答案】C
【解析】植物光合作用、无氧呼吸、有氧呼吸都会产生ATP。
二、非选择题：
1【答案】叶绿素b
【解析】最里面的颜色是黄绿色，是叶绿素b的颜色，说明在层析液里的溶解度最小。
2【答案】为了使研磨充分；防止在研磨过程中，叶绿素受到破坏；防止层析液挥发 叶绿素b 黄绿色
【解析】向研钵中加入SiO2的目的是使研磨充分，加入CaC03的目的是防止在研磨过程中，叶绿素受到破坏；在盛有层析液的烧杯上盖上培养皿盖的目的是防止层析液挥发，在滤纸条上扩散速度最慢的色素带是叶绿素b，其颜色是黄绿色。
3【答案】
（1)叶绿体中色素的提取和分离实验方案：
①将5g菠菜叶片剪碎入研钵中，并加少许Si02（研磨充分），CaC03（防止叶绿素破坏）和2mL丙酮（色素易溶于丙酮，可提取色素）。
②在漏斗基部塞少许脱脂棉，将糊状研磨液倒入漏斗轻轻挤压，将滤液收集到小试管中，管口塞棉塞，防止丙酮挥发。
③将干燥的定性滤纸，顺纸纹剪成长1Ocm，宽1cm的长条，剪去两角（防止两边层析色素扩散过快，）在距这端lcm处用铅笔画一横线。用毛细吸管吸取滤液，在滤纸条上沿铅笔线画线，要整齐、细匀（色素带扩散均匀、平直），干后重复3次（色素重叠、含量多，层析色素带效果明显）
④将滤纸条上端打折后，轻轻挂靠在盛有3mL层析液的烧杯内壁上，注意插入层析液的下端，一定不要让层析液没及滤液细线（否则色素溶于层析液，层析失败）。之后在烧杯口上盖上培养皿盖（防止挥发）。由于四种色素随层析液的扩散速度不同，胡萝卜素（橙黄色）扩散速度最快，色素带最窄，位于最上方，往下依次是叶黄素（黄色）、叶绿素a(蓝绿色、色素带最宽），叶绿素b(黄绿色）滤纸条夹于书中，避光保存。用肥皂将手洗净。
　(2)解错：
①未去除粗叶脉和将叶剪碎，这样降低了叶绿素的提取率；
②上一次滤液细线未干燥，即进行下一次画线，使滤液线过粗或线上色素量较低；
③由于摇晃，层析液接触滤液细线，溶解了色素。
4【答案】
（1）二氧化硅（SiO2） 使研磨更加充分
（2）8.0 以1.0作为pH梯度进行实验
（3） pH小于6.0 叶绿素会由于酸性pH值而被破坏