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人教版 (2019)一 捕获光能的色素和结构第1课时学案设计
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这是一份人教版 (2019)一 捕获光能的色素和结构第1课时学案设计，共14页。
[学习目标] 1.尝试提取绿叶中的色素，简述绿叶中色素的种类及功能。2.说明叶绿体适于进行光合作用的结构特点。
一、捕获光能的色素
1．提取绿叶中的色素
(1)原理：绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。
(2)实验用品及作用
(3)实验步骤
2．分离绿叶中的色素
(1)原理：不同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。
(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
判断正误
(1)提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分( )
(2)绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快( )
(3)叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光( )
(4)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( )
(5)在干燥滤纸条一端1厘米处用钢笔画一条细的横线( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
解析 (1)提取色素时加二氧化硅的目的是使研磨更充分，加碳酸钙的目的是防止研磨中色素被破坏。
(2)绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上越宽，溶解度越大的色素在滤纸条上扩散越快。
(3)叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，对其他波段的光也吸收，只是吸收得少。
(4)植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片反射了绿光。
(5)在干燥滤纸条一端1厘米处用铅笔画一条细的横线。
任务一：分析实验过程及结果
(一)色素的提取
阅读教材P98的“探究·实践”，回答相关问题：
1．已知色素存在于叶片的叶绿体中，提取色素时要破碎细胞及叶绿体，使色素充分释放。在酸性条件下，叶绿素分子卟啉环中的镁离子可以被氢离子取代，导致叶绿素被破坏。试分析色素提取时加入碳酸钙的作用是什么？
提示 色素提取时，研磨叶片会导致液泡中的有机酸释放出来，破坏叶绿素，碳酸钙可以中和酸性物质，保护叶绿素。
2．研磨时应注意什么？原因是什么？
提示 研磨时要迅速、充分。这样可以保证色素释放得更加充分且挥发量少。
3．过滤时漏斗基部的尼龙布能否用滤纸替代？原因是什么？
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。
4．某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，请结合实验步骤分析可能的原因有哪些？
提示 (1)未加入二氧化硅或研磨不充分，色素未能充分提取出来。(2)称取绿叶过少或加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小。(3)未加入碳酸钙或加入过少，部分色素分子被破坏。
(二)色素的分离
1．制备滤纸条时为什么要减去两角？
提示 减少边缘效应，使滤液同时到达滤液细线，防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快。
2．滤液细线的画线原则是什么？待滤液干后，再重画一到两次的目的是什么？
提示 画滤液细线的原则是细、直、齐。待滤液干后，再重画一到两次可以增加滤液细线中色素的含量。
3．为何滤液细线不能触及层析液？
提示 防止色素溶解在层析液中。
4．滤纸条上色素带的分布情况说明了什么？
提示 滤纸条上的色素带分布说明了绿叶中的色素有4种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散得快慢也不同。同时由于 4 种色素的颜色不同，也说明不同色素吸收了不同波长的光。
(三)结合色素的吸收光谱分析实际问题
1．冬季时，为了增加蔬菜的产量，应该选红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜？为什么？
提示 无色。因为太阳光由七色光组成，所以用无色薄膜，植物可以获得更多的光能。
2．阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应选择什么颜色(“蓝紫光和红光”或“白光”)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？
提示 选择蓝紫光和红光。因为在照明灯功率相同的情况下，选用蓝紫光和红光的照明灯补充光源，植物利用光能的效率更高。
知识链接 叶子为什么会变色
新生的树叶通常为绿色，这是由于新生叶子中主要含叶绿素与类胡萝卜素，其中叶绿素含量多(约占3/4)，叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来的缘故。在春季与夏季，植物为了生长会产生大量的叶绿素进行光合作用，所以此时叶子多呈绿色。
树叶变黄是由于树叶中的各种色素在秋季来临之时会发生分解。树叶中的营养会被重新分配给树干与树根，以备过冬。而叶绿素的分解速度比叶黄素等快很多，叶绿素迅速分解完，叶黄素的颜色显露出来。因此秋季树叶多呈黄色。
而树叶变红则是因为当温度低于7 ℃时，树叶中会生成花青素。花青素是植物花瓣中主要的显色物质，如玫瑰、牡丹等。
在树叶落地后，树叶中的各种色素会逐渐降解，这时残留于叶中“单宁”的颜色——褐色便呈现出来，因此落叶最后呈褐色。
1．某同学在进行“绿叶中色素的提取和分离”实验时，进行了以下操作：①将5 g新鲜菠菜叶片剪碎放入研钵中，加入无水乙醇后直接进行研磨；②将预备好的滤纸条一端剪去两角，在距这一端1 cm处用钢笔画一条横线；③为增强实验效果，将滤液细线画粗些；④将滤纸条画有滤液细线的一端朝下，轻轻插入层析液中，让滤液细线浸入层析液中。该同学的操作有误的是( )
A．① B．①②
C．①②③ D．①②③④
答案 D
解析 将5 g新鲜完整的菠菜叶，剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中，加入无水乙醇、二氧化硅和碳酸钙以后，迅速研磨，①错误；将预备好的滤纸条一端剪去两角，在距这一端1 cm处用铅笔画一条横线，不能用钢笔画线，②错误；用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线，为增强实验效果，待滤液干后，可将滤液细线重复画一到两次，但是不能画得太粗，③错误；将滤纸条画有滤液细线的一端朝下，轻轻插入层析液中，但是滤液细线不能浸入层析液中，④错误。因此，以上操作都是错误的，故选D。
2．某实验小组利用新鲜的绿叶为材料，进行绿叶中色素的提取与分离实验，实验结果如图所示。请回答下列问题：
(1)分离绿叶中的色素常用纸层析法，该方法的原理是__________________________________
_______________________________________________________________________________。
A、B是滤纸条上的标记，根据实验现象可知层析液最先所处的位置是________(填“A”或“B”)处。
(2)在色素的提取与分离过程中，偶然发现某植株缺失第Ⅲ条色素带。缺失第Ⅲ条色素带的植株不能合成________，导致对________光的吸收能力明显减弱。
答案 (1)光合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 A (2)叶黄素 蓝紫
解析 (2)图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素。叶黄素主要吸收蓝紫光，缺失第Ⅲ条色素带的植株不能合成叶黄素，导致对蓝紫光的吸收能力明显减弱。
二、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．叶绿体的结构模式图
(1)结构eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(外表：①双层膜,内部\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(②基质,③基粒：由类囊体堆叠而成))))
↓决定
(2)功能：进行光合作用的场所。
↑证明
(3)恩格尔曼的实验：需氧细菌只分布在叶绿体被光束照射的部位。
3．叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础
(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。
任务二：分析叶绿体的功能
1．实验选择水绵和需氧细菌作为实验材料的优点是：水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。
2．为何要除去小室中原有的空气？
提示 选用没有空气的环境，可排除空气中氧气的干扰。
3．在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处？
提示 用极细光束照射，使叶绿体形成有光和无光部位，相当于一组对比实验。
4．为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？
提示 和黑暗条件下用极细光束照射进行对照，进一步明确实验结果完全是由光照射到叶绿体引起的。
5．由此实验能得出什么结论？
提示 叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。
6．在恩格尔曼的第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？
提示 这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放较多氧气，适于需氧细菌在此区域分布。
7．综合上述分析，你认为叶绿体具有什么功能？
提示 叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。
3.如图为叶绿体的结构示意图，下列叙述不正确的是( )
A．①具有选择透过性
B．吸收光能的色素分布在②上
C．与光合作用有关的酶只分布在③中
D．叶绿体具有双层膜
答案 C
4.德国科学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的吸收光谱。他将三棱镜产生的散射光投射到丝状水绵体上，并在水绵悬液中放入需氧细菌，观察细菌的聚集情况(如图所示)。他由实验结果得出光合作用在红光区和蓝紫光区最强。这个实验的思路是( )
A．细菌对不同的光反应不一，细菌聚集多的地方，细菌光合作用强
B．需氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强
C．需氧细菌聚集多的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强
D．需氧细菌大量消耗O2，使水绵的光合速率大幅度加快
答案 B
解析 细菌不能进行光合作用，该实验中能进行光合作用的是水绵，A错误；该实验的设计思路是需氧细菌需要O2，水绵光合作用强的部位，产生的O2多，在O2含量多的地方需氧细菌的数量多，B正确、C错误；水绵光合速率的快慢与需氧细菌大量消耗O2无明显关系，D错误。
题组一 捕获光能的色素
1．(2023·河北沧州高一期末)用新鲜菠菜叶片进行绿叶中色素的提取和分离实验。下列叙述正确的是( )
A．提取绿叶中色素的原理是四种色素的溶解度不同
B．可以用无水乙醇作为层析液进行四种色素的分离
C. SiO2有利于破坏叶肉细胞
D．层析完毕后应迅速记录结果，否则色素带会挥发消失
答案 C
解析 提取绿叶中色素的原理是色素易溶于有机溶剂，分离色素的原理是色素在层析液中的溶解度不同，A错误；可以用无水乙醇作为提取液提取色素，无水乙醇不能作为层析液使用，B错误；层析完毕后应迅速记录结果，否则叶绿素条带会因色素分解而消失，但不会因挥发而消失，D错误。
2．下列分离绿叶中色素的装置，正确的是( )
答案 A
解析 在放置滤纸条时，一定注意的是滤液细线不能没入层析液中；层析液易挥发一定要加盖。
3．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．步骤①为获得10 mL提取液，一次性加入10 mL a液研磨效果最好
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
答案 D
解析 由于研磨时乙醇会挥发，故为获得10 mL提取液，研磨时应加入多于10 mL的乙醇，A错误；步骤②采用单层尼龙布过滤，可提高滤液中光合色素的含量，B错误；画滤液细线用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线，待滤液干后，再重画一到两次，不是连续画线，C错误。
4．(2023·江苏盐城高一期末)如图是纸层析法分离绿叶中的色素得到的色素带，下列说法正确的是( )
A．a带呈橙黄色，其在层析液中的溶解度最高
B．c带最宽，其中色素主要吸收红光和蓝绿光
C．越幼嫩的叶子，c和d带的宽度越大
D．在提取色素时加碳酸钙的目的是保护a、b带中的色素
答案 A
解析 c带为叶绿素a，含量最多，所以宽度最宽，其中色素主要吸收红光和蓝紫光，B错误；色素带的宽度越大，色素越多，太幼嫩的叶子，叶绿素的含量较低，c和d带的宽度不大，C错误；在提取色素时加碳酸钙的目的是防止研磨中色素被破坏，其中主要是为了保护叶绿素a和叶绿素b，即图中的c和d，D错误。
5．如图表示叶绿体中色素吸收光能的情况。据图判断，以下说法不正确的是( )
A．由图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500 nm波长的光
B．用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度
C．由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，叶绿体吸收利用的光能减少
D．土壤中缺乏镁时，植物对420～470 nm波长的光的利用量显著减少
答案 C
解析 由题图可知，由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，叶绿体吸收利用的光能增多，C错误。
6.利用无水乙醇提取出叶绿体中的色素，设法分离得到各种色素后，并将叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素和混合液依次点样在滤纸的1、2、3、4、5位置(如图所示)，当滤纸下方浸入层析液后，滤纸条上各色素正确位置应为( )
答案 B
解析 在层析液中四种色素的溶解度从大到小的顺序依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。色素溶解度越大，随层析液在滤纸上扩散的速度越快，反之则慢，因此将叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素依次点样在滤纸的1、2、3、4，从低到高依次是1、2、3、4。混合液中含4种色素，扩散后在滤纸条上形成4条色素带。故选B。
题组二 叶绿体的结构适于进行光合作用
7．如图为叶绿体亚显微结构模式图，下列关于其结构与功能的叙述，正确的是( )
A．叶绿体分布在植物体的所有细胞中
B．叶绿素在高等植物体内主要有两种，叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色
C．同线粒体一样，叶绿体的内膜极大地扩展了受光面积
D．吸收光能的色素都分布在①外膜上
答案 B
解析 植物细胞不都含有叶绿体，如根尖细胞不含叶绿体，A错误；同线粒体不一样，叶绿体的内膜没有扩大受光面积，而是叶绿体通过类囊体堆叠形成基粒，极大地扩展了受光面积，C错误；吸收光能的色素都分布在③(类囊体薄膜)上，D错误。
8．恩格尔曼用极细的光束照射载有水绵和需氧细菌的临时装片①，将临时装片②暴露在光下，结果如图所示。下列关于该实验的叙述错误的是( )
A．实验开始前，临时装片都要先进行通气处理
B．该对照实验可以证明叶绿体是进行光合作用的场所
C．临时装片中的需氧细菌的聚集位置说明光合产物中有氧气
D．用透过三棱镜的光束照射临时装片①，会得到与该图示不同的结果
答案 A
解析 实验开始前，临时装片都要先进行隔绝空气处理，A错误。
9．在“绿叶中色素的提取和分离”实验中得到的色素带颜色较浅，分析其原因可能是( )
①加入的提取液太多 ②用体积分数为95%的乙醇加入无水碳酸钠代替无水乙醇 ③研磨时没有加入碳酸钙 ④研磨时没有加入二氧化硅 ⑤取的叶片叶脉过多，叶肉细胞过少 ⑥画滤液细线的次数少 ⑦使用放置数天的菠菜叶
A．①③⑦ B．②④⑤
C．①③④⑤⑥⑦ D．②③④⑤⑥
答案 C
解析 加入的提取液太多，色素的比例小，则色素带颜色较浅，①正确；体积分数为95%的乙醇加入无水碳酸钠可以代替无水乙醇，不会导致色素带颜色较浅，②错误；研磨时没有加入碳酸钙，使部分色素被破坏，③正确；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，④正确；取的叶片叶脉过多，叶肉细胞过少，绿叶中所含色素少，⑤正确；在画滤液细线时，应等滤液干燥后再重画一到两次，画滤液细线次数太少，会使滤纸上的色素量少，也会导致滤纸条上色素带颜色较浅，⑥正确；使用放置数天的菠菜叶，使部分色素被破坏，叶片中所含色素少，⑦正确。
10．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表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得到的实验结果依次应为( )
A．①②③④ B．②④①③
C．④②③① D．③②①④
答案 B
解析 甲同学由于没有加入无水乙醇，所以提取液中不会出现色素，色素分离的结果是②；乙同学操作正确，色素分离后得到四条正常的色素带，色素分离的结果是④；丙同学由于未加CaCO3，所以叶绿素含量减少，所得到的色素带中两条叶绿素带比正常的色素带要窄，色素的分离结果是①；丁同学由于未加SiO2，导致叶片研磨不充分，最终导致各种色素的含量均减少，色素的分离结果是③。
11．(2023·安徽淮南高一期末)某同学对菠菜叶中提取的色素进行分离，相关结果如图所示。下列相关叙述不正确的是( )
A．色素带甲在层析液中的溶解度最低
B．色素带丁的颜色为橙黄色
C．不同色素带的宽度是相同的
D．发黄的叶片中色素带甲和乙会变窄
答案 C
解析 溶解度高，扩散速度快；溶解度低，扩散速度慢，故色素带甲在层析液中的溶解度最低，A正确；色素带的宽窄与色素含量有关，不同色素带的宽度是不同的，C错误。
12．(2023·江苏南京高一期末)下列关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是( )
A．植物工厂中的适宜光源组合为红光和蓝紫光
B．构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
C．红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D．黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的
答案 C
解析 一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光，红外光和紫外光不可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用，C错误。
13．(2023·河北石家庄高一期末)“看万山红遍，层林尽染”描写出了秋天缤纷的色彩。下列叙述正确的是( )
A．植物的色素只存在于液泡中
B．用清水可以将紫鸭跖草叶片中的所有色素提取并分离
C．秋天银杏叶片变黄的原因是低温造成叶绿素含量降低
D．枫树、爬山虎等植物叶片变红后捕获光能的能力增强
答案 C
解析 植物细胞中，叶绿素存在于叶绿体中，不存在于液泡中，A错误；叶绿体中的色素溶于有机溶剂而不溶于水，因此不能用清水提取紫鸭跖草叶片叶绿体中的色素，B错误；叶绿素在低温下易被分解，秋天银杏叶片变黄的原因是低温造成叶绿素含量降低，C正确；枫树、爬山虎等植物叶片变红是由于叶绿素和类胡萝卜素减少，液泡中的花青素的颜色显现出来，捕获光能的能力减弱，D错误。
14．如图是甲、乙、丙三位同学进行“绿叶中色素的提取和分离”实验的过程，请据图回答下列问题：
(1)甲同学选用新鲜菠菜的绿色叶片进行实验，在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____________________________________。从上往下数，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，浓缩后用一光学分析仪器检测，通过分析色素溶液的____________来判断色素带上的色素种类。
(3)丙同学对甲同学所做的“绿叶中色素的提取和分离”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。实验结果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)。
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
15．(2023·青海西宁高一期末)某同学用菠菜叶做色素的提取和分离实验的过程中，用纸层析法分离色素，在滤纸条分离出5条色素带，计算出每条色素带的迁移率如图1所示。可以确定最下面的两条色素带分别为叶绿素a和叶绿素b，但上方还有三条色素带。为了弄清这些色素带的成分，该同学做了β-胡萝卜素和叶黄素的标准品迁移率的对比，结果如图2所示。请回答下列问题：
(1)实验中可以用__________提取菠菜叶中的色素，纸层析法分离色素的原理是________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)菠菜叶中的光合色素主要分布在叶绿体的__________上，色素带的迁移率与____________________________有关。
(3)叶绿素a的颜色是__________，叶绿素主要吸收__________光。
(4)根据图2实验结果可以推测β-胡萝卜素和叶黄素分别对应图1中色素带________和_______________________________________________________________________________。
答案 (1)无水乙醇 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 (2)类囊体薄膜 色素在层析液中的溶解度 (3)蓝绿色 蓝紫光和红 (4)1 2试剂
甲
乙
丙
丁
无水乙醇
－
＋
＋
＋
水
＋
－
－
－
CaCO3
＋
＋
－
＋
SiO2
＋
＋
＋
－
[学习目标] 1.尝试提取绿叶中的色素，简述绿叶中色素的种类及功能。2.说明叶绿体适于进行光合作用的结构特点。
一、捕获光能的色素
1．提取绿叶中的色素
(1)原理：绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。
(2)实验用品及作用
(3)实验步骤
2．分离绿叶中的色素
(1)原理：不同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。
(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
判断正误
(1)提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分( )
(2)绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快( )
(3)叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光( )
(4)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( )
(5)在干燥滤纸条一端1厘米处用钢笔画一条细的横线( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
解析 (1)提取色素时加二氧化硅的目的是使研磨更充分，加碳酸钙的目的是防止研磨中色素被破坏。
(2)绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上越宽，溶解度越大的色素在滤纸条上扩散越快。
(3)叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，对其他波段的光也吸收，只是吸收得少。
(4)植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片反射了绿光。
(5)在干燥滤纸条一端1厘米处用铅笔画一条细的横线。
任务一：分析实验过程及结果
(一)色素的提取
阅读教材P98的“探究·实践”，回答相关问题：
1．已知色素存在于叶片的叶绿体中，提取色素时要破碎细胞及叶绿体，使色素充分释放。在酸性条件下，叶绿素分子卟啉环中的镁离子可以被氢离子取代，导致叶绿素被破坏。试分析色素提取时加入碳酸钙的作用是什么？
提示 色素提取时，研磨叶片会导致液泡中的有机酸释放出来，破坏叶绿素，碳酸钙可以中和酸性物质，保护叶绿素。
2．研磨时应注意什么？原因是什么？
提示 研磨时要迅速、充分。这样可以保证色素释放得更加充分且挥发量少。
3．过滤时漏斗基部的尼龙布能否用滤纸替代？原因是什么？
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。
4．某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，请结合实验步骤分析可能的原因有哪些？
提示 (1)未加入二氧化硅或研磨不充分，色素未能充分提取出来。(2)称取绿叶过少或加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小。(3)未加入碳酸钙或加入过少，部分色素分子被破坏。
(二)色素的分离
1．制备滤纸条时为什么要减去两角？
提示 减少边缘效应，使滤液同时到达滤液细线，防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快。
2．滤液细线的画线原则是什么？待滤液干后，再重画一到两次的目的是什么？
提示 画滤液细线的原则是细、直、齐。待滤液干后，再重画一到两次可以增加滤液细线中色素的含量。
3．为何滤液细线不能触及层析液？
提示 防止色素溶解在层析液中。
4．滤纸条上色素带的分布情况说明了什么？
提示 滤纸条上的色素带分布说明了绿叶中的色素有4种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散得快慢也不同。同时由于 4 种色素的颜色不同，也说明不同色素吸收了不同波长的光。
(三)结合色素的吸收光谱分析实际问题
1．冬季时，为了增加蔬菜的产量，应该选红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜？为什么？
提示 无色。因为太阳光由七色光组成，所以用无色薄膜，植物可以获得更多的光能。
2．阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应选择什么颜色(“蓝紫光和红光”或“白光”)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？
提示 选择蓝紫光和红光。因为在照明灯功率相同的情况下，选用蓝紫光和红光的照明灯补充光源，植物利用光能的效率更高。
知识链接 叶子为什么会变色
新生的树叶通常为绿色，这是由于新生叶子中主要含叶绿素与类胡萝卜素，其中叶绿素含量多(约占3/4)，叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来的缘故。在春季与夏季，植物为了生长会产生大量的叶绿素进行光合作用，所以此时叶子多呈绿色。
树叶变黄是由于树叶中的各种色素在秋季来临之时会发生分解。树叶中的营养会被重新分配给树干与树根，以备过冬。而叶绿素的分解速度比叶黄素等快很多，叶绿素迅速分解完，叶黄素的颜色显露出来。因此秋季树叶多呈黄色。
而树叶变红则是因为当温度低于7 ℃时，树叶中会生成花青素。花青素是植物花瓣中主要的显色物质，如玫瑰、牡丹等。
在树叶落地后，树叶中的各种色素会逐渐降解，这时残留于叶中“单宁”的颜色——褐色便呈现出来，因此落叶最后呈褐色。
1．某同学在进行“绿叶中色素的提取和分离”实验时，进行了以下操作：①将5 g新鲜菠菜叶片剪碎放入研钵中，加入无水乙醇后直接进行研磨；②将预备好的滤纸条一端剪去两角，在距这一端1 cm处用钢笔画一条横线；③为增强实验效果，将滤液细线画粗些；④将滤纸条画有滤液细线的一端朝下，轻轻插入层析液中，让滤液细线浸入层析液中。该同学的操作有误的是( )
A．① B．①②
C．①②③ D．①②③④
答案 D
解析 将5 g新鲜完整的菠菜叶，剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中，加入无水乙醇、二氧化硅和碳酸钙以后，迅速研磨，①错误；将预备好的滤纸条一端剪去两角，在距这一端1 cm处用铅笔画一条横线，不能用钢笔画线，②错误；用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线，为增强实验效果，待滤液干后，可将滤液细线重复画一到两次，但是不能画得太粗，③错误；将滤纸条画有滤液细线的一端朝下，轻轻插入层析液中，但是滤液细线不能浸入层析液中，④错误。因此，以上操作都是错误的，故选D。
2．某实验小组利用新鲜的绿叶为材料，进行绿叶中色素的提取与分离实验，实验结果如图所示。请回答下列问题：
(1)分离绿叶中的色素常用纸层析法，该方法的原理是__________________________________
_______________________________________________________________________________。
A、B是滤纸条上的标记，根据实验现象可知层析液最先所处的位置是________(填“A”或“B”)处。
(2)在色素的提取与分离过程中，偶然发现某植株缺失第Ⅲ条色素带。缺失第Ⅲ条色素带的植株不能合成________，导致对________光的吸收能力明显减弱。
答案 (1)光合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 A (2)叶黄素 蓝紫
解析 (2)图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素。叶黄素主要吸收蓝紫光，缺失第Ⅲ条色素带的植株不能合成叶黄素，导致对蓝紫光的吸收能力明显减弱。
二、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．叶绿体的结构模式图
(1)结构eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(外表：①双层膜,内部\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(②基质,③基粒：由类囊体堆叠而成))))
↓决定
(2)功能：进行光合作用的场所。
↑证明
(3)恩格尔曼的实验：需氧细菌只分布在叶绿体被光束照射的部位。
3．叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础
(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。
任务二：分析叶绿体的功能
1．实验选择水绵和需氧细菌作为实验材料的优点是：水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。
2．为何要除去小室中原有的空气？
提示 选用没有空气的环境，可排除空气中氧气的干扰。
3．在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处？
提示 用极细光束照射，使叶绿体形成有光和无光部位，相当于一组对比实验。
4．为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？
提示 和黑暗条件下用极细光束照射进行对照，进一步明确实验结果完全是由光照射到叶绿体引起的。
5．由此实验能得出什么结论？
提示 叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。
6．在恩格尔曼的第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？
提示 这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放较多氧气，适于需氧细菌在此区域分布。
7．综合上述分析，你认为叶绿体具有什么功能？
提示 叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。
3.如图为叶绿体的结构示意图，下列叙述不正确的是( )
A．①具有选择透过性
B．吸收光能的色素分布在②上
C．与光合作用有关的酶只分布在③中
D．叶绿体具有双层膜
答案 C
4.德国科学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的吸收光谱。他将三棱镜产生的散射光投射到丝状水绵体上，并在水绵悬液中放入需氧细菌，观察细菌的聚集情况(如图所示)。他由实验结果得出光合作用在红光区和蓝紫光区最强。这个实验的思路是( )
A．细菌对不同的光反应不一，细菌聚集多的地方，细菌光合作用强
B．需氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强
C．需氧细菌聚集多的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强
D．需氧细菌大量消耗O2，使水绵的光合速率大幅度加快
答案 B
解析 细菌不能进行光合作用，该实验中能进行光合作用的是水绵，A错误；该实验的设计思路是需氧细菌需要O2，水绵光合作用强的部位，产生的O2多，在O2含量多的地方需氧细菌的数量多，B正确、C错误；水绵光合速率的快慢与需氧细菌大量消耗O2无明显关系，D错误。
题组一 捕获光能的色素
1．(2023·河北沧州高一期末)用新鲜菠菜叶片进行绿叶中色素的提取和分离实验。下列叙述正确的是( )
A．提取绿叶中色素的原理是四种色素的溶解度不同
B．可以用无水乙醇作为层析液进行四种色素的分离
C. SiO2有利于破坏叶肉细胞
D．层析完毕后应迅速记录结果，否则色素带会挥发消失
答案 C
解析 提取绿叶中色素的原理是色素易溶于有机溶剂，分离色素的原理是色素在层析液中的溶解度不同，A错误；可以用无水乙醇作为提取液提取色素，无水乙醇不能作为层析液使用，B错误；层析完毕后应迅速记录结果，否则叶绿素条带会因色素分解而消失，但不会因挥发而消失，D错误。
2．下列分离绿叶中色素的装置，正确的是( )
答案 A
解析 在放置滤纸条时，一定注意的是滤液细线不能没入层析液中；层析液易挥发一定要加盖。
3．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．步骤①为获得10 mL提取液，一次性加入10 mL a液研磨效果最好
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
答案 D
解析 由于研磨时乙醇会挥发，故为获得10 mL提取液，研磨时应加入多于10 mL的乙醇，A错误；步骤②采用单层尼龙布过滤，可提高滤液中光合色素的含量，B错误；画滤液细线用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线，待滤液干后，再重画一到两次，不是连续画线，C错误。
4．(2023·江苏盐城高一期末)如图是纸层析法分离绿叶中的色素得到的色素带，下列说法正确的是( )
A．a带呈橙黄色，其在层析液中的溶解度最高
B．c带最宽，其中色素主要吸收红光和蓝绿光
C．越幼嫩的叶子，c和d带的宽度越大
D．在提取色素时加碳酸钙的目的是保护a、b带中的色素
答案 A
解析 c带为叶绿素a，含量最多，所以宽度最宽，其中色素主要吸收红光和蓝紫光，B错误；色素带的宽度越大，色素越多，太幼嫩的叶子，叶绿素的含量较低，c和d带的宽度不大，C错误；在提取色素时加碳酸钙的目的是防止研磨中色素被破坏，其中主要是为了保护叶绿素a和叶绿素b，即图中的c和d，D错误。
5．如图表示叶绿体中色素吸收光能的情况。据图判断，以下说法不正确的是( )
A．由图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500 nm波长的光
B．用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度
C．由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，叶绿体吸收利用的光能减少
D．土壤中缺乏镁时，植物对420～470 nm波长的光的利用量显著减少
答案 C
解析 由题图可知，由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，叶绿体吸收利用的光能增多，C错误。
6.利用无水乙醇提取出叶绿体中的色素，设法分离得到各种色素后，并将叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素和混合液依次点样在滤纸的1、2、3、4、5位置(如图所示)，当滤纸下方浸入层析液后，滤纸条上各色素正确位置应为( )
答案 B
解析 在层析液中四种色素的溶解度从大到小的顺序依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。色素溶解度越大，随层析液在滤纸上扩散的速度越快，反之则慢，因此将叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素依次点样在滤纸的1、2、3、4，从低到高依次是1、2、3、4。混合液中含4种色素，扩散后在滤纸条上形成4条色素带。故选B。
题组二 叶绿体的结构适于进行光合作用
7．如图为叶绿体亚显微结构模式图，下列关于其结构与功能的叙述，正确的是( )
A．叶绿体分布在植物体的所有细胞中
B．叶绿素在高等植物体内主要有两种，叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色
C．同线粒体一样，叶绿体的内膜极大地扩展了受光面积
D．吸收光能的色素都分布在①外膜上
答案 B
解析 植物细胞不都含有叶绿体，如根尖细胞不含叶绿体，A错误；同线粒体不一样，叶绿体的内膜没有扩大受光面积，而是叶绿体通过类囊体堆叠形成基粒，极大地扩展了受光面积，C错误；吸收光能的色素都分布在③(类囊体薄膜)上，D错误。
8．恩格尔曼用极细的光束照射载有水绵和需氧细菌的临时装片①，将临时装片②暴露在光下，结果如图所示。下列关于该实验的叙述错误的是( )
A．实验开始前，临时装片都要先进行通气处理
B．该对照实验可以证明叶绿体是进行光合作用的场所
C．临时装片中的需氧细菌的聚集位置说明光合产物中有氧气
D．用透过三棱镜的光束照射临时装片①，会得到与该图示不同的结果
答案 A
解析 实验开始前，临时装片都要先进行隔绝空气处理，A错误。
9．在“绿叶中色素的提取和分离”实验中得到的色素带颜色较浅，分析其原因可能是( )
①加入的提取液太多 ②用体积分数为95%的乙醇加入无水碳酸钠代替无水乙醇 ③研磨时没有加入碳酸钙 ④研磨时没有加入二氧化硅 ⑤取的叶片叶脉过多，叶肉细胞过少 ⑥画滤液细线的次数少 ⑦使用放置数天的菠菜叶
A．①③⑦ B．②④⑤
C．①③④⑤⑥⑦ D．②③④⑤⑥
答案 C
解析 加入的提取液太多，色素的比例小，则色素带颜色较浅，①正确；体积分数为95%的乙醇加入无水碳酸钠可以代替无水乙醇，不会导致色素带颜色较浅，②错误；研磨时没有加入碳酸钙，使部分色素被破坏，③正确；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，④正确；取的叶片叶脉过多，叶肉细胞过少，绿叶中所含色素少，⑤正确；在画滤液细线时，应等滤液干燥后再重画一到两次，画滤液细线次数太少，会使滤纸上的色素量少，也会导致滤纸条上色素带颜色较浅，⑥正确；使用放置数天的菠菜叶，使部分色素被破坏，叶片中所含色素少，⑦正确。
10．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表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得到的实验结果依次应为( )
A．①②③④ B．②④①③
C．④②③① D．③②①④
答案 B
解析 甲同学由于没有加入无水乙醇，所以提取液中不会出现色素，色素分离的结果是②；乙同学操作正确，色素分离后得到四条正常的色素带，色素分离的结果是④；丙同学由于未加CaCO3，所以叶绿素含量减少，所得到的色素带中两条叶绿素带比正常的色素带要窄，色素的分离结果是①；丁同学由于未加SiO2，导致叶片研磨不充分，最终导致各种色素的含量均减少，色素的分离结果是③。
11．(2023·安徽淮南高一期末)某同学对菠菜叶中提取的色素进行分离，相关结果如图所示。下列相关叙述不正确的是( )
A．色素带甲在层析液中的溶解度最低
B．色素带丁的颜色为橙黄色
C．不同色素带的宽度是相同的
D．发黄的叶片中色素带甲和乙会变窄
答案 C
解析 溶解度高，扩散速度快；溶解度低，扩散速度慢，故色素带甲在层析液中的溶解度最低，A正确；色素带的宽窄与色素含量有关，不同色素带的宽度是不同的，C错误。
12．(2023·江苏南京高一期末)下列关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是( )
A．植物工厂中的适宜光源组合为红光和蓝紫光
B．构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
C．红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D．黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的
答案 C
解析 一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光，红外光和紫外光不可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用，C错误。
13．(2023·河北石家庄高一期末)“看万山红遍，层林尽染”描写出了秋天缤纷的色彩。下列叙述正确的是( )
A．植物的色素只存在于液泡中
B．用清水可以将紫鸭跖草叶片中的所有色素提取并分离
C．秋天银杏叶片变黄的原因是低温造成叶绿素含量降低
D．枫树、爬山虎等植物叶片变红后捕获光能的能力增强
答案 C
解析 植物细胞中，叶绿素存在于叶绿体中，不存在于液泡中，A错误；叶绿体中的色素溶于有机溶剂而不溶于水，因此不能用清水提取紫鸭跖草叶片叶绿体中的色素，B错误；叶绿素在低温下易被分解，秋天银杏叶片变黄的原因是低温造成叶绿素含量降低，C正确；枫树、爬山虎等植物叶片变红是由于叶绿素和类胡萝卜素减少，液泡中的花青素的颜色显现出来，捕获光能的能力减弱，D错误。
14．如图是甲、乙、丙三位同学进行“绿叶中色素的提取和分离”实验的过程，请据图回答下列问题：
(1)甲同学选用新鲜菠菜的绿色叶片进行实验，在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____________________________________。从上往下数，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，浓缩后用一光学分析仪器检测，通过分析色素溶液的____________来判断色素带上的色素种类。
(3)丙同学对甲同学所做的“绿叶中色素的提取和分离”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。实验结果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)。
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
15．(2023·青海西宁高一期末)某同学用菠菜叶做色素的提取和分离实验的过程中，用纸层析法分离色素，在滤纸条分离出5条色素带，计算出每条色素带的迁移率如图1所示。可以确定最下面的两条色素带分别为叶绿素a和叶绿素b，但上方还有三条色素带。为了弄清这些色素带的成分，该同学做了β-胡萝卜素和叶黄素的标准品迁移率的对比，结果如图2所示。请回答下列问题：
(1)实验中可以用__________提取菠菜叶中的色素，纸层析法分离色素的原理是________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)菠菜叶中的光合色素主要分布在叶绿体的__________上，色素带的迁移率与____________________________有关。
(3)叶绿素a的颜色是__________，叶绿素主要吸收__________光。
(4)根据图2实验结果可以推测β-胡萝卜素和叶黄素分别对应图1中色素带________和_______________________________________________________________________________。
答案 (1)无水乙醇 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 (2)类囊体薄膜 色素在层析液中的溶解度 (3)蓝绿色 蓝紫光和红 (4)1 2试剂
甲
乙
丙
丁
无水乙醇
－
＋
＋
＋
水
＋
－
－
－
CaCO3
＋
＋
－
＋
SiO2
＋
＋
＋
－
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