高中生物人教版 (新课标)必修1《分子与细胞》一 捕获光能的色素和结构同步练习题

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[重难点击] 叶绿体中色素的提取和分离。
一 捕获光能的色素
植物的光合作用离不开光能，光能的捕获离不开色素。结合“绿叶中色素的提取和分离”实验，探究色素的种类和作用。
1.实验：“绿叶中色素的提取和分离”
(1)实验原理
①绿叶中的色素能够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。
②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。因而，色素会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。
(2)实验步骤分析
①提取色素时，加入研钵内的物质：A二氧化硅少许，作用是使研磨得充分；B碳酸钙少许，作用是防止研磨中色素被破坏；C无水乙醇10 mL，作用是溶解色素。
②过滤时，要将糨糊状的研磨液倒入漏斗中，漏斗基部放一块单层尼龙布。
③制备滤纸条时，剪去两角的作用是防止色素带不整齐，画滤液细线的要求是细、齐、直，还要重复画几次。
④色素分离时，加盖的目的是防止层析液挥发；关键应注意层析液不要没及滤液细线，否则滤液细线会被层析液溶解，不能分离。
(3)实验结果(色素带的宽窄代表了色素的含量多少，色素扩散的速度和溶解度成正比)
小贴士 如果得到的色素提取液颜色过浅，可能的原因有：1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无水乙醇过多，色素溶液浓度小。3未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。
2.色素的性质
(1)从图中可以读出：叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大；类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大；叶绿素对绿光吸收量较少，所以叶片呈现绿色。
(2)温室内自然光照射的情况下，给植物人工补充哪些单色光对增产有利？
答案 红光、蓝紫光属于对植物光合作用最有效的光，因此可以补充这两种光达到增产的目的。
归纳提炼
1.影响叶绿素合成的因素
(1)光照：光是叶绿素合成的必要条件，植物在黑暗中叶呈黄色。
(2)温度：低温抑制叶绿素的合成，破坏已有的叶绿素分子，从而使叶片变黄。
(3)镁等无机盐：镁是构成叶绿素的主要成分，缺镁叶片变黄。
2.不同颜色温室大棚的光合效率
(1)无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以无色透明的大棚光合效率最高。
(2)叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低。
活学活用
1.如图表示某同学做“绿叶中色素的分离”实验的改进装置，据图回答：
(1)该实验采用的方法是________法，应将提取到的滤液滴在a、b中的____处，向培养皿中倒入________，棉线灯芯下端应____________中。
(2)实验结果得到四个不同颜色的同心圆(如图)，则1、2、3、4四条带依次表示________、________、__________、__________。若采用的实验材料是秋季的黄叶，四个圆中颜色明显变浅的是__________。
答案 (1)纸层析 a 层析液 浸入层析液 (2)胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 3和4
二 叶绿体的结构和功能
光合色素是分布在叶绿体中的，请结合下面材料探究叶绿体的结构和功能。
1.叶绿体的结构
(1)[1]外膜和[2]内膜使其内部结构与细胞质基质分开，保证了叶绿体相对独立地进行代谢活动。
(2)由[3]类囊体堆叠而成[4]基粒，增大了膜面积。
(3)[3]类囊体的薄膜上分布着能够吸收、传递和转化光能的色素。
(4)[5]叶绿体基质中还含有少量的DNA和RNA。
(5)与光合作用有关的酶分布在类囊体的薄膜上和叶绿体基质中。
2.叶绿体的功能
下图是恩格尔曼的实验示意图，据图思考：
(1)恩格尔曼的实验中好氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中，说明氧气是由叶绿体在光照条件下释放出来的。
(2)在叶绿体的类囊体和基质中，含有多种进行光合作用的酶，说明光合作用的有关生化反应在叶绿体中进行。
(3)据此推断：叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
小贴士 1先选用黑暗并且没有空气的环境，是为排除实验前环境中光线和氧的影响，确保实验的准确性。2先选极细光束，用好氧细菌检测，能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；而后用完全曝光的水绵与之做对照，从而证明了实验结果完全是由光照引起的，氧是由叶绿体释放出来的；叶绿体是光合作用的场所。
归纳提炼
巧记叶绿体的结构与功能
叶绿体有膜两层，基质基粒来组成，
基质液体能流动，有酶多种在其中，
基粒含有类囊体，上有色素酶附着，
吸收光能来产氧，光合作用好场所。
活学活用
2.下面有关叶绿体的叙述，正确的是( )
A.叶绿体的色素都分布在类囊体薄膜上
B.叶绿体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
问题导析 (1)叶绿体的色素只分布在类囊体薄膜上，内膜和外膜无色素分布。
(2)在叶绿体的类囊体和基质中，含有多种与光合作用有关的酶。
答案 A
解析 叶绿体由内外双层膜、类囊体和基质三部分构成。类囊体是一种扁平的囊状结构，在类囊体薄膜上，有进行光合作用必需的色素和酶。许多类囊体堆叠成基粒，基粒之间充满着基质，其中含有与光合作用有关的酶。
当堂检测
1.叶绿体色素的纸层析结果显示，叶绿素b位于层析滤纸的最下端，原因是( )
A.相对分子质量最小
B.相对分子质量最大
C.在层析液中的溶解度最小
D.在层析液中的溶解度最大
答案 C
解析 不同的叶绿体色素在层析液中的溶解度不同，所以不同的色素随层析液在滤纸上扩散的速度也不同，在层析液中溶解度越大的色素，随层析液在滤纸上扩散的速度也就越快；叶绿素b在层析液中溶解度最小，所以叶绿素b位于层析滤纸的最下端。
2.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.加入碳酸钙防止滤液挥发
B.用NaCl溶液提取叶片中的色素
C.用无水酒精或丙酮分离滤液中的色素
D.加入二氧化硅(石英砂)有利于充分研磨
答案 D
解析 碳酸钙的作用是防止色素遭到破坏；二氧化硅是使研磨更充分；无水乙醇用来溶解提取绿叶中的色素，因为色素能溶解在无水乙醇里。
3.将叶绿体色素滤液放在自然光源和三棱镜之间，从棱镜的另一侧，观察连续光谱中明显变暗的区域是( )
A.红光和蓝紫光区 B.黄光和蓝紫光区
C.红光和绿光区 D.黄光和绿光区
答案 A
解析 叶绿体色素主要吸收红光和蓝紫光。
4.在做植物实验的暗室内，为了尽可能地降低植物光合作用的强度，最好安装( )
A.红橙光灯 B.绿光灯
C.白炽灯 D.蓝光灯
答案 B
解析 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。这些色素所吸收的光能，都能用于光合作用。光合作用不吸收或很少吸收绿光，绿光下植物光合作用强度最低，题目中要求“尽可能地降低植物光合作用的强度”，当然就不能使用发红光或蓝紫光的灯，安装绿光灯是安全的。至于白炽灯，物理常识告诉我们，白光是由七色光组成的。
5.德国科学家恩格尔曼以水绵为实验材料，把载有水绵和能运动的好氧细菌的临时装片，放在一定的环境中进行如下实验：
A.把临时装片放在没有空气的黑暗环境中，然后用极细的光束照射水绵，发现细菌只向叶绿体被光束照射的部位集中，如图A所示。
B.把临时装片暴露在光下，细菌则分布在叶绿体的周围，如图B所示。
分析回答问题：
(1)细菌聚集在叶绿体周围是因为光合作用能释放______。
(2)该实验证明了光合作用的场所是____________。其中，_____________________上分布有许多吸收光能的__________________分子，还有多种进行光合作用所必需的酶分布在________________中。
(3)后来恩格尔曼对实验加以改进，将可见光经三棱镜后照到临时装片上，结果发现在______________________光区域细菌特别多。
答案 (1)O2 (2)叶绿体 基粒类囊体的薄膜 色素 基质、基粒 (3)红光和蓝紫
40分钟课时作业
基础过关
知识点一 捕获光能的色素
1.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.液泡中色素吸收的光能用于光合作用
答案 C
解析 红枫叶片含叶绿素，可进行光合作用；红枫叶片呈红色是因液泡中含有色素，液泡中的色素是不能吸收光能进行光合作用的。
2.下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，不正确的是( )
A.可以用无水乙醇提取绿叶中的色素
B.绿叶中色素能够分离的原因是不同色素在层析液中的溶解度不同
C.研钵中加入二氧化硅、碳酸钙和绿叶后直接用杵棒进行研磨，不用作任何处理
D.滤液细线要画得细而直，避免色素带间的部分重叠
答案 C
解析 在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，研磨前要向研钵中加入二氧化硅、碳酸钙和无水乙醇，因此C项不正确。
3.下图为用分光光度计测定叶片中两类色素吸收不同波长光波的曲线图，请判定A和B分别为何种色素( )
A.叶绿素、类胡萝卜素 B.类胡萝卜素、叶绿素
C.叶黄素、叶绿素a D.叶绿素a、叶绿素b
答案 A
解析 叶绿素能吸收短波的蓝紫光和长波的红光，类胡萝卜素主要吸收短波的蓝紫光。
4.某同学在做提取叶绿体中色素的实验时，收集到的色素提取液为淡绿色。分析产生该结果的可能原因是( )
①研磨不充分，色素未能充分提取出来 ②无水乙醇加入量太多，稀释了色素提取液 ③无水乙醇加得太少，色素未提取出来 ④未加CaCO3粉末，叶绿素分子已被破坏
A.①②④ B.①③④ C.③④ D.①②
答案 A
解析 ③中如果无水乙醇加得太少，只要研磨充分，提取液依然是浓绿色，只不过是浓绿色提取液的量少而已。但是①研磨不充分、④色素被破坏都能使提取出的色素分子减少，②是加入的溶剂量太多；三者均会导致提取液颜色变淡。
5.如图是纸层析法分离叶绿体中色素的装置图，层析后会得到不同的色素带，在暗室内用红光照射四条色素带，可以看到较暗的是( )
A.①②
B.②③
C.③④
D.①④
答案 C
解析 四条色素带自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b，其中胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，用红光照射，叶绿素a和叶绿素b吸收红光较多，因此③、④呈暗色。
知识点二 叶绿体的结构
6.关于叶绿体中的类囊体的正确叙述是( )
A.叶绿体中的一个个基粒就是一个个类囊体
B.全部光合色素都分布在类囊体的双层薄膜上
C.组成各基粒的类囊体之间没有结构上的联系
D.基粒和类囊体极大地扩大了光合作用的反应面积
答案 D
7.下列关于叶绿体基粒的说法中，正确的是( )
①每个叶绿体基粒含有几个到几十个类囊体 ②基粒的薄膜上有进行光合作用的色素 ③基粒附着在内膜的突起——嵴上 ④与光合作用有关的酶全都分布在基粒上
A.①② B.③④ C.①③ D.②④
答案 A
解析 叶绿体中的基粒是由几个或几十个类囊体堆叠形成的结构；与光合作用有关的酶不仅分布在基粒上，而且还分布在叶绿体基质中。
8.叶绿体是植物进行光合作用的细胞器。下列关于叶绿体及色素的叙述中，正确的是( )
A.植物细胞都有叶绿体，叶绿体普遍分布在植物体的所有细胞中
B.叶绿素在高等植物体内有两种，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.叶绿体中的色素只吸收红光和蓝紫光进行光合作用
答案 B
解析 不是所有的植物细胞都有叶绿体。一般地讲，叶绿体分布在绿色植物的绿色部分，主要存在于叶肉细胞中。叶绿体中的色素分为两大类：叶绿素和类胡萝卜素。其中，叶绿素又包括蓝绿色的叶绿素a和黄绿色的叶绿素b；类胡萝卜素包括橙黄色的胡萝卜素和黄色的叶黄素。叶绿体的内膜光滑，其内部的基粒和类囊体一方面扩大了膜面积，供色素和酶分布；另一方面极大地扩展了受光面积。叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，并非不吸收其他颜色的光，只不过吸收量较少。
能力提升
9.下列是关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的几种说法，其中正确的是( )
A.色素提取的原理是色素在层析液中的溶解度不同
B.研磨叶片时加CaCO3的作用是使研磨更加充分
C.色素分离的结果可以用下图表示(1、2、3、4分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b)
D.层析液可用93号汽油代替
答案 D
解析 色素提取的原理是色素能溶解于有机溶剂无水乙醇中，而分离的原理是色素在层析液中的溶解度不同；研磨叶片时加入CaCO3的目的是为了防止对色素分子的破坏；色素分离的结果如选项C中的图所示，1、2、3、4分别表示的是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素；93号汽油在化学性质上与层析液相似。
10.将长势相同的四株植物，分别置于不同颜色的玻璃罩内，在同一环境中，接受相同水肥和光照，经过一段时间后，长势最好和最差的依次是( )
①红色透明罩 ②绿色透明罩 ③蓝色透明罩 ④无色透明罩
A.④③ B.②①
C.④② D.③①
答案 C
解析 无色透明罩可允许各种颜色的单色光透过，而有色透明罩只允许与透明罩颜色相同的一种单色光透过。在白光下，植物长势最好，在绿光下植物长势最差。
11.如图表示叶绿体色素提取分离实验中纸层析的结果，据图判断，用作实验材料的叶片颜色为( )
A.红色 B.黄色
C.绿色 D.紫色
答案 B
解析 在叶绿体色素提取和分离实验中，滤纸条上的四条色素带距点样处的距离由近及远分别是：叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，由图可知，叶绿素含量比类胡萝卜素含量少，用作实验材料的叶片应呈黄色。B选项正确。
12.下图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况，以下说法不正确的是( )
A.叶绿体中甲、乙、丙、丁四种色素都分布在类囊体薄膜上
B.衰老叶片中甲、乙色素的含量显著减少
C.甲、乙、丙、丁四种色素均可溶于有机溶剂
D.丙、丁两种色素主要吸收红光和蓝紫光
答案 D
解析 解答此题必须理解坐标图的含义，甲、乙、丙、丁依次为叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素。A选项考查色素的分布，B选项考查色素在不同叶片中的含量，C选项考查色素的提取原理，D选项中甲和乙才是主要吸收红光和蓝紫光的两种色素。
13.如图为叶绿体结构示意图，请据图回答下列问题：
(1)叶绿体主要存在于植物的________细胞里，是植物进行____________的细胞器。
(2)具有选择透过性功能的结构是[ ]__________和[ ]________。
(3)吸收光能的色素分布在[ ]__________上；与光合作用有关的酶分布在[ ]__________上和[ ]_____________中。
答案 (1)叶肉 光合作用 (2)① 外膜 ② 内膜
(3)③ 类囊体的薄膜 ③ 类囊体的薄膜 ④ 叶绿体基质
14.某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验，在下列操作中均有失误。
(1)将5克绿色叶片剪碎放在研钵中，加入SiO2和CaCO3，再加入5 mL石油醚，进行迅速充分的研磨。
(2)在预备好的滤纸条上，距剪去两角的一端1 cm处用圆珠笔画一条横线。
(3)用毛细吸管吸取少量滤液，沿横线处小心均匀地画出一条滤液细线，紧接着重复画2～3次。
(4)将层析液倒入烧杯中，然后，将滤纸条画有滤液细线的一端朝下，轻轻插入到层析液中。注意一定要让层析液没及滤纸上的滤液细线。
请改正每一步操作中的失误。
(1)_______________________________________________________________________。
(2)_______________________________________________________________________。
(3)_______________________________________________________________________。
(4)_______________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)溶解色素的溶剂用无水乙醇 (2)在距剪去两角的一端画线时应该用铅笔，而不能用圆珠笔，以防因有油质和颜色而影响实验结果 (3)画完一条滤液细线后，等干燥后才能画另一条滤液细线，不能紧接着画滤液细线 (4)在层析过程中，注意不要让层析液没及滤纸条上的滤液细线，以防滤液细线上的色素溶解在层析液中，影响实验效果
个性拓展
15.为了研究叶绿素合成所需的条件，有人设计了如下实验。
实验步骤：
①配制培养基：1号(含蔗糖、水、植物必需的各种矿质元素等)、2号(不含Mg，其他成分与1号相同)。
②小麦种子用清水浸泡后消毒，在无菌条件下，将种子的胚剥离，去掉胚乳。
③在无菌条件下，将胚接种在培养基上。培养两周后，观察幼苗的颜色。如表所示：
请分析回答下列问题：
(1)上表包含了多组对照实验，请列出每组对照实验并写出相应的结论：
①甲组与乙组对照表明____________________________________________________
________________________________________________________________________。
②甲组与丙组对照表明____________________________________________________
________________________________________________________________________。
③甲组与丁组对照表明____________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)培养基中的各种矿质元素以离子形式被胚细胞吸收，其吸收具有________性。
(3)实验中为何不采用完整种子萌发的方法，而是去掉胚乳，将胚接种在不同的培养基上萌发？
____________________________________________________________________。
答案 (1)①Mg是合成叶绿素所必需的一种矿质元素
②叶绿素的合成需要光照 ③叶绿素的合成需要适宜的温度 (2)选择 (3)种子的胚乳中可能含有一定量的Mg，会影响实验结果
解析 通过上述实验结果可知，甲组为对照组，甲组与乙组的培养基不同，乙组的培养基中不含Mg，甲、乙对照可得出Mg是合成叶绿素的必需条件的结论；甲组与丙组相比较不同的是有无光照，在没有光照的条件下，不能形成叶绿素，所以光照是合成叶绿素必需的条件；甲组与丁组相比较不同的是温度，甲的温度较为适宜，而丁组的温度稍低，所以合成的叶绿素较少。 组别
项目
甲
乙
丙
丁
培养基
1号
2号
1号
1号
培养瓶数目
5
5
5
5
每瓶接
种数目
10
10
10
10
培养条件
光照 16 h/d25 ℃
光照16 h/d25 ℃
黑暗25 ℃
光照16 h/d10 ℃
幼苗颜色
绿色
黄色
黄色
黄绿色