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第10讲　捕获光能的色素和结构
必修1　分子与细胞
第二单元　细胞代谢
课标要求 实验：绿叶中色素的提取和分离。
考点1　捕获光能的色素和结构
一、捕获光能的色素
1．绿叶中色素的种类和颜色
色素的种类 色素的颜色
叶绿素 叶绿素a ______色
叶绿素b ______色
类胡萝卜素 黄色
橙黄色
蓝绿
黄绿
叶黄素
胡萝卜素
2.绿叶中色素的吸收光谱及其分析
由图可以看出：
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
1．叶绿体的结构
光合色素分布于____________上。光合作用的酶分布于______________________________。
类囊体膜
叶绿体基质、类囊体膜
2．叶绿体的功能：进行光合作用的场所。
3．叶绿体中色素的功能：______、______、______光能。
4．叶绿体功能的实验验证
(1)资料1(必修1 P100)
①实验者：德国科学家____________。
②实验结论
叶绿体能____________用于光合作用放___；叶绿体主要吸收__________________。
吸收
传递
转化
恩格尔曼
吸收光能
氧
红光和蓝紫光
(2)资料2(必修1 P101)：在叶绿体的类囊体膜上和基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。该资料说明光合作用的有关生化反应在_________中进行。
(3)总结：在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的____________，在_________________________________中，还有许多进行光合作用所必需的酶。____________是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。
叶绿体
色素分子
类囊体膜上和叶绿体基质
色素和酶
(必修1 P100～101“思考·讨论”)恩格尔曼实验设计的巧妙之处
(1)实验材料用_____________________，水绵的叶绿体呈____________分布，便于观察，用需氧细菌可确定____________的部位。
(2)没有空气的黑暗环境排除了____________的干扰。
(3)用极细的光束照射，叶绿体上可分为_________和_________的部位，相当于一组对比实验。
(4)临时装片____________与完全暴露在光下的实验再一次验证实验结果。
水绵和需氧细菌
螺旋带状
释放氧气
氧气和光
有光照
无光照
局部曝光
1．叶绿素a和b主要吸收红光和蓝紫光。(　　)
2．液泡中色素吸收的光能用于光合作用。(　　)
提示：叶绿体中色素吸收的光能用于光合作用。
3．叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多。(　　)
提示：叶片黄化，说明叶绿体中的叶绿素减少，所以吸收红光减少。
4．光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。(　　)
提示：叶绿体基质中有酶分布，但没有色素。
5．没有叶绿体，细胞不能进行光合作用。(　　)
提示：蓝细菌细胞中没有叶绿体，但含有叶绿素和藻蓝素，能进行光合作用。
√
×
×
×
×
1．一般植物的叶片在春夏季节为绿色，而在秋季呈现黄色。出现这一现象的原因是___________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
春夏季节叶片中的叶绿素含量较多，叶绿素对绿光吸收较少，绿光大部分被反射出来，所以叶片会呈现绿色。而到了秋季，气温降低导致叶绿素被破坏，而类胡萝卜素比较稳定，叶片中主要是类胡萝卜素，故而呈现黄色
2．研究表明，光照会影响韭菜叶绿素的合成，但不会影响类胡萝卜素的合成。请利用色素的提取和分离技术，以暗处生长的韭菜幼苗作为材料，设计实验以验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
实验思路：
将一部分韭菜幼苗置于光照条件下培养(甲组)，另一部分韭菜幼苗置于黑暗条件下培养(乙组)。一段时间后，提取并用纸层析法分离两组韭菜中的色素，比较滤纸条上的色素带。
预期结果：
甲组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带与乙组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带基本一致；甲组滤纸条上有蓝绿色和黄绿色的色素带，乙组滤纸条上没有蓝绿色和黄绿色的色素带。
1．(2025·广东清远模拟)树林中健康的叶片被病虫害影响会导致叶片枯黄或者脱落，吸收光能的能力就会下降。以这种变化为主要原理，可使用航空遥感监测技术监测下列哪种波段的光吸收能力的变化，以了解病虫害的实际症状？(　　)
A．绿光　　　　　　　 B．蓝紫光
C．红外光 D．紫外光
B　[叶绿素主要吸收的是红光和蓝紫光，因此可以通过监测红光和蓝紫光波长的光吸收能力的变化，了解病虫害的实际症状，B正确。]
1
光合色素的种类和作用
√
2．叶绿体是植物进行光合作用的场所，下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是 (　　)
A．叶绿体中的色素的合成都需要Mg2＋和光照
B．H2O在光下分解为NADPH和O2的过程发生在基质中
C．CO2的固定过程发生在类囊体薄膜上
D．光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的
D　[只有叶绿素的合成才需要Mg2＋和光照，A错误；水的光解是光反应过程，发生在叶绿体类囊体薄膜上，B错误；CO2的固定发生在暗反应过程中，场所为叶绿体基质，C错误；光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的，D正确。]
2
叶绿体的结构和功能
√
考点2　(探究·实践)绿叶中色素的提取和分离
一、实验原理
二、实验步骤
三、实验结果
绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析
1．(2024·广东卷)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　[本实验目的是用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，选择新鲜程度不同的叶片分开研磨，A错误；色素溶于有机溶剂，提取液为无水乙醇，光合色素不溶于水，B错误；由于滤纸条不会相互影响，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；层析液含有石油醚、丙酮和苯，用过的不能直接倒入下水道，D错误。]
2．某研究小组用四种不同的方法对欧李叶片中的光合色素进行提取，实验结果如图所示。下列分析错误的是(　　)
A．研磨法提取时使用碳酸钙可以防止色素被破坏
B．不同提取剂的提取效果会受到提取方法的影响
C．丙酮和乙醇的混合液提取光合色素的效果最佳
D．四种提取色素的方法都涉及细胞膜结构的破坏
C　[碳酸钙可以中和有机酸，防止色素被破坏，A正确；由图可知，研磨法的提取效果最好，故不同提取剂的提取效果受到提取方法的影响，B正确；根据图表可知丙酮和乙醇的混合液提取光合色素的量在干样浸提法中较少，所以其效果不算最佳，C错误；色素位于细胞内，想提取色素必须破坏细胞膜结构，所以四种提取色素的方法都涉及细胞膜结构的破坏，D正确。]
√课时分层作业(十) 捕获光能的色素和结构
1．(2025·广东清远模拟)紫苏叶片是紫苏合成有机物的主要器官。紫苏叶片呈紫色与其细胞内含有的花青素有关。花青素易溶于水、乙醇等极性溶剂。某同学欲提取紫苏叶片中的色素，下列操作错误的是(　　)
A．实验材料应选取新鲜的紫苏叶片
B．研磨叶片时添加二氧化硅有助于研磨充分
C．研磨叶片时需要添加蒸馏水以溶解叶片中的各种色素
D．研磨液需经单层尼龙布过滤后收集滤液
C　[紫苏叶片呈紫色与其细胞内含有的花青素有关，因此欲提取紫苏叶片中的色素，应选取新鲜的紫苏叶片，A正确；研磨叶片时添加二氧化硅，能破坏细胞结构，有助于研磨充分，B正确；花青素易溶于水、乙醇等极性溶剂，研磨叶片时添加蒸馏水可以溶解叶片中的花青素，但叶绿体中的光合色素不溶于水，C错误；将研磨得到的液体迅速倒入玻璃漏斗(在漏斗基部放一块单层尼龙布)中进行过滤，将滤液收集到试管中，D正确。]
2．某兴趣小组为了探究光照对绿叶中色素合成的影响，将韭菜根分别置于光照和黑暗条件下培养，分别发育成韭菜和韭黄，然后提取和分离二者叶片中的色素，结果如图所示。下列相关叙述错误的是 (　　)
A．类胡萝卜素和叶绿素都主要吸收红光
B．实验结果说明无光照或光照不会影响类胡萝卜素的合成
C．若研磨时未加SiO2，则滤纸条的色素带中叶绿素的宽度可能会变窄
D．海带通常呈现褐色与其光合色素对光能的捕获有关
A　[类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，A错误；两个实验条件下类胡萝卜素含量相同，说明无光照或光照不会影响类胡萝卜素的合成，B正确；SiO2可使研磨更充分，若研磨时未加SiO2，则滤纸条的色素带中叶绿素的宽度可能会变窄，C正确；海带通常呈现褐色与其光合色素对光能的捕获有关，D正确。]
3．下图为正常绿色植物的叶绿素a的吸收光谱、色素总吸收光谱，以及光合作用的作用光谱(作用光谱代表各种波长下植物的光合作用效率)。下列叙述错误的是(　　)
A．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
B．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
C．植物进行光合作用时，C5总量的变化趋势与作用光谱基本一致
D．温度、CO2浓度等因素能影响作用光谱的吸收值
C　[图中横坐标为波长，纵坐标为吸收值，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，A正确；根据曲线可知，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，B正确；植物进行光合作用时，O2释放量的变化趋势与作用光谱基本相同，而由于C5的利用和合成处于动态平衡中，因此C5总量基本不变，C错误；温度、CO2浓度等因素能影响光合作用，从而影响作用光谱的吸收值，D正确。]
4．(2025·广东茂名模拟)某小组做了“探究叶龄对叶片中光合色素含量的影响”的实验，结果如图，下列叙述错误的是(　　)
A．用纸层析法来分离叶片中的光合色素
B．嫩叶与老叶的叶绿体色素总含量相等
C．相同光照强度下嫩叶与老叶光合速率相等
D．不同时期的叶绿素含量变化比类胡萝卜素的大
C　[各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，所以可用纸层析法来分离叶片中的光合色素，A正确；嫩叶中色素含量为6＋2＝8，老叶中色素含量为5＋3＝8，所以嫩叶与老叶的叶绿体色素总含量相等，B正确；嫩叶与老叶的叶绿素和类胡萝卜素含量都不同，所以相同光照强度下嫩叶与老叶光合速率不一定相等，C错误；不同发育阶段叶绿素含量的变化为6→12→5，类胡萝卜素的含量变化为2→4→3，所以不同时期的叶绿素含量变化比类胡萝卜素的大，D正确。]
5．为探究酸雨对毛竹光合作用的影响，科研人员用不同浓度的溶液(模拟酸雨，SO和NO按一定比例配制而成)处理毛竹，下表是不同pH酸雨对叶绿素含量(mg/g)影响的结果。下列有关说法不正确的是(　　)
项目 15天 45天 75天
对照 2.98 2.87 2.98
pH 5.6 2.87 2.99 3.45
pH 4.0 2.87 2.76 1.97
pH 2.5 2.82 2.17 1.64
A．光反应与类囊体薄膜上的光合色素和膜蛋白有关
B．绿叶中色素的提取和分离常用无水乙醇作溶剂
C．当酸雨pH小于4时，毛竹光合速率会降低的原因可能跟色素含量的降低有关
D．当使用pH为5.6的溶液处理时，叶绿素含量上升的原因可能是该溶液为植物提供了更多的无机盐
B　[酶的化学本质是蛋白质，光合色素和与光反应有关的酶就分布在类囊体薄膜上，因此光反应与类囊体薄膜上的光合色素和膜蛋白有关，A正确；绿叶中色素的提取时常用无水乙醇作提取液，分离时常用层析液，B错误；据表格可知，当酸雨pH小于4时，叶绿素含量变化明显，据此推测毛竹光合速率会降低的原因可能跟色素含量的降低有关，C正确；据表格可知，当使用pH为5.6的溶液处理时，叶绿素含量上升的原因可能是该溶液为植物提供了更多的无机盐，D正确。]
6．1880年，德国科学家恩格尔曼把载有水绵和好氧细菌X的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探究叶绿体的功能。某实验小组根据恩格尔曼在探究叶绿体的功能实验的基础上进一步开展探究实验，将载有水绵和好氧细菌X的临时装片放置在密闭且透明的小室中，再用自然光透过三棱镜照射临时装片，细菌X在不同光区的聚集情况如下图所示。请回答下列问题：
(1)恩格尔曼选用水绵和好氧细菌作实验材料探究叶绿体的功能是取得成功的重要原因之一，理由是__________________________________________________ ____________________________________________________________________。
首先将临时装片放在没有空气的黑暗环境中，目的是____________________________________________________________________。
(2)假如要测培养液中水绵等生产者单位时间内的总光合作用速率，利用黑白瓶法测得初始溶氧量为A，经M小时光照后，白瓶溶氧量为B，黑瓶溶氧量为C，则总光合作用速率为：________。
(3)根据实验结果分析，细菌X主要密集分布在波长为400～450 nm和650～700 nm的光区，原因是___________________________________________________
____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(4)有另外的实验小组从绿叶中提取了类胡萝卜素，请设计一组实验来验证类胡萝卜素主要吸收蓝紫光(用以上实验为对照组，补充完整以下实验方案)
实验步骤：在三棱镜之前放置装有足够量________的试管，再用自然光透过试管和三棱镜照射载有水绵和好氧细菌的临时装片；
预期结果：与对照组相比，若___________________________________________
____________________________________________________________________，
则可验证类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
解析：(1)水绵细胞中的叶绿体呈螺旋带状分布，自然形成对照；好氧细菌聚集的部位代表氧气丰富，指示光合作用的场所。将临时装片放在没有空气的黑暗环境中，使好氧细菌X均匀分布，避免对实验结果造成干扰。(2)总光合速率＝(白瓶溶氧量－黑瓶溶氧量)/光照时间。(3)水绵光合色素主要吸收红光(650～700 nm)和蓝紫光(400～450 nm)进行光合作用，在这些光区产生的氧气相对较多，所以好氧细菌主要密集分布在此区。(4)自然光透过装有类胡萝卜素提取液的试管时，蓝紫光被吸收，使水绵主要吸收红光进行光合作用，在650～700 nm光区产生氧气相对较多，细菌X在此区域密集分布。
答案：(1)水绵细胞中的叶绿体呈螺旋带状分布，自然形成对照；好氧细菌聚集的部位代表氧气丰富，指示光合作用的场所　使好氧细菌X均匀分布
(2)(B－C)/M　(3)水绵光合色素主要吸收红光(650～700 nm)和蓝紫光(400～450 nm)进行光合作用，在这些光区产生的氧气相对较多，所以好氧细菌主要密集分布在这些光区　(4)类胡萝卜素提取液　实验组细菌X主要密集分布在波长为650～700 nm的光区
7．高等植物的光合作用依赖光合色素。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”。研究发现，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。下图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，正确的是(　　)
A．图中①和②主要分布在叶绿体的内膜上
B．利用纸层析法分离色素时，②应位于滤纸条的最下端
C．植物叶片呈现绿色是由于①②主要吸收绿光
D．弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用
D　[图中①(叶绿素b)、②(叶绿素a)主要分布在叶绿体的类囊体薄膜上，A错误；利用纸层析法分离色素时，①(叶绿素b)应位于滤纸条的最下端，B错误；植物叶片呈现绿色是由于①②吸收绿光最少，绿光被反射出来，C错误；在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境，故弱光下①(叶绿素b)的相对含量增高有利于植物对弱光的利用，D正确。]
8．为研究光合色素提取实验中二氧化硅颗粒大小(目值越大，表示颗粒越细)对叶绿素提取量的影响，某研究小组利用新鲜的菠菜叶片进行了一系列的色素提取与定量测定实验，实验结果如下表。下列有关叙述错误的是 (　　)
叶绿素种类 二氧化硅颗粒大小/目
0 20 50 100 200
叶绿素a/(mg·g－1) 0.25 0.53 0.61 0.48 0.47
叶绿素b/(mg·g－1) 0.16 0.08 0.09 0.11 0.12
A．提取色素利用的原理是光合色素易溶于有机溶剂
B．加入二氧化硅对叶绿素a和叶绿素b的提取均有益
C．据表可知，用50目的二氧化硅提取得到的叶绿素总量最多
D．若叶片研磨过程中未加入碳酸钙，则表中数据均减小
B　[提取色素利用了光合色素易溶于有机溶剂的原理，A正确；与不加二氧化硅相比，加入二氧化硅对提取叶绿素a有益，对叶绿素b的提取则无益，B错误；据表可知，用50目的二氧化硅提取叶绿素时，提取到的叶绿素(叶绿素a和叶绿素b)总量最多，C正确；加入碳酸钙可防止叶绿素被破坏，若叶片研磨过程中未加入碳酸钙，则表中数据均减小，D正确。]
9．为研究高光照强度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色素，用层析液进行纸层析，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．高光照强度导致了该植物胡萝卜素的含量降低
B．叶绿素含量增加有利于该植物抵御高光照强度
C．色素Ⅲ、Ⅳ吸收光谱的吸收峰波长有差异
D．画滤液线时，滤液在点样线上只能画一次
C　[Ⅰ为胡萝卜素，Ⅱ为叶黄素，Ⅲ为叶绿素a，Ⅳ为叶绿素b，由图可知，高光照强度导致了该植物胡萝卜素的含量升高，A错误；据图可知，与正常光照强度相比，高光照强度叶绿素含量降低，说明叶绿素含量降低有利于该植物抵御高光照强度，B错误；Ⅲ为叶绿素a，Ⅳ为叶绿素b，吸收光谱的吸收峰波长有差异，C正确；画滤液线时，滤液在点样线上需要重复画几次，D错误。]
10．(2022·辽宁卷)浒苔是形成绿潮的主要藻类。绿潮时浒苔堆积在一起，形成大量的“藻席”，造成生态灾害。为研究浒苔疯长与光合作用的关系，进行如下实验：
Ⅰ.光合色素的提取、分离和含量测定
(1)在“藻席”的上、中、下层分别选取浒苔甲为实验材料，提取、分离色素，发现浒苔甲的光合色素种类与高等植物相同，包括叶绿素和____________。在细胞中，这些光合色素分布在____________。
(2)测定三个样品的叶绿素含量，结果见下表。
样品 叶绿素a/(mg·g－1) 叶绿素b/(mg·g－1)
上层 0.199 0.123
中层 0.228 0.123
下层 0.684 0.453
数据表明，取自“藻席”下层的样品叶绿素含量最高，这是因为___________________________________________________________________。
Ⅱ.光合作用关键酶Y的粗酶液制备和活性测定
(3)研究发现，浒苔细胞质基质中存在酶Y，参与CO2的转运过程，利于对碳的固定。
酶Y粗酶液制备：定时测定光照强度并取一定量的浒苔甲和浒苔乙，制备不同光照强度下样品的粗酶液，流程如图1。
粗酶液制备过程保持低温，目的是防止酶降解和________。研磨时加入缓冲液的主要作用是________稳定。离心后的________为粗酶液。
(4)酶Y活性测定：取一定量的粗酶液加入到酶Y活性测试反应液中进行检测，结果如图2。
在图2中，不考虑其他因素的影响，浒苔甲酶Y活性最高时的光照强度为________μmol·m－2·s－1(填具体数字)，强光照会________浒苔乙酶Y的活性。
解析：Ⅰ.(1)浒苔甲的光合色素种类与高等植物相同，高等植物的光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素。在细胞中，这些光合色素分布在叶绿体类囊体的薄膜上。(2)由于下层阳光少，需要大量叶绿素来捕获少量的阳光，故取自“藻席”下层的样品叶绿素含量最高。Ⅱ.(3)粗酶液制备过程保持低温，目的是防止酶降解和酶变性。缓冲液是一种能在加入少量酸或碱时抵抗pH改变的溶液，故研磨时加入缓冲液的主要作用是维持pH的稳定。离心之后，酶主要分布在上清液中。(4)分析题图数据，在图2中，不考虑其他因素的影响，浒苔甲酶Y活性最高时的光照强度为1 800 μmol·m－2·s－1，中午强光照时浒苔乙酶Y活性最低，说明强光照会抑制浒苔乙酶Y的活性。
答案：Ⅰ.(1)类胡萝卜素　叶绿体类囊体的薄膜上
(2)下层阳光少，需要大量叶绿素来捕获少量的阳光　Ⅱ.(3)酶变性　维持pH　上清液　(4)1 800　抑制
21世纪教育网(www.21cnjy.com)第10讲　捕获光能的色素和结构
　实验：绿叶中色素的提取和分离。
考点1　捕获光能的色素和结构
一、捕获光能的色素
1．绿叶中色素的种类和颜色
色素的种类 色素的颜色
叶绿素 叶绿素a 蓝绿色
叶绿素b 黄绿色
类胡萝卜素 叶黄素 黄色
胡萝卜素 橙黄色
2.绿叶中色素的吸收光谱及其分析
由图可以看出：
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
1．叶绿体的结构
光合色素分布于类囊体膜上。光合作用的酶分布于叶绿体基质、类囊体膜。
2．叶绿体的功能：进行光合作用的场所。
3．叶绿体中色素的功能：吸收、传递、转化光能。
4．叶绿体功能的实验验证
(1)资料1(必修1 P100)
①实验者：德国科学家恩格尔曼。
②实验结论
叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧；叶绿体主要吸收红光和蓝紫光。
(2)资料2(必修1 P101)：在叶绿体的类囊体膜上和基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。该资料说明光合作用的有关生化反应在叶绿体中进行。
(3)总结：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，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。色素和酶是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。
(必修1 P100～101“思考·讨论”)恩格尔曼实验设计的巧妙之处
(1)实验材料用水绵和需氧细菌，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的部位。
(2)没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰。
(3)用极细的光束照射，叶绿体上可分为有光照和无光照的部位，相当于一组对比实验。
(4)临时装片局部曝光与完全暴露在光下的实验再一次验证实验结果。
1．叶绿素a和b主要吸收红光和蓝紫光。(　√　)
2．液泡中色素吸收的光能用于光合作用。(　×　)
提示：叶绿体中色素吸收的光能用于光合作用。
3．叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多。(　×　)
提示：叶片黄化，说明叶绿体中的叶绿素减少，所以吸收红光减少。
4．光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。(　×　)
提示：叶绿体基质中有酶分布，但没有色素。
5．没有叶绿体，细胞不能进行光合作用。(　×　)
提示：蓝细菌细胞中没有叶绿体，但含有叶绿素和藻蓝素，能进行光合作用。
1．一般植物的叶片在春夏季节为绿色，而在秋季呈现黄色。出现这一现象的原因是春夏季节叶片中的叶绿素含量较多，叶绿素对绿光吸收较少，绿光大部分被反射出来，所以叶片会呈现绿色。而到了秋季，气温降低导致叶绿素被破坏，而类胡萝卜素比较稳定，叶片中主要是类胡萝卜素，故而呈现黄色。
2．研究表明，光照会影响韭菜叶绿素的合成，但不会影响类胡萝卜素的合成。请利用色素的提取和分离技术，以暗处生长的韭菜幼苗作为材料，设计实验以验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
实验思路：将一部分韭菜幼苗置于光照条件下培养(甲组)，另一部分韭菜幼苗置于黑暗条件下培养(乙组)。一段时间后，提取并用纸层析法分离两组韭菜中的色素，比较滤纸条上的色素带。
预期结果：甲组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带与乙组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带基本一致；甲组滤纸条上有蓝绿色和黄绿色的色素带，乙组滤纸条上没有蓝绿色和黄绿色的色素带。
光合色素的种类和作用
1．(2025·广东清远模拟)树林中健康的叶片被病虫害影响会导致叶片枯黄或者脱落，吸收光能的能力就会下降。以这种变化为主要原理，可使用航空遥感监测技术监测下列哪种波段的光吸收能力的变化，以了解病虫害的实际症状？(　　)
A．绿光　　　　　　　 B．蓝紫光
C．红外光 D．紫外光
B　[叶绿素主要吸收的是红光和蓝紫光，因此可以通过监测红光和蓝紫光波长的光吸收能力的变化，了解病虫害的实际症状，B正确。]
叶绿体的结构和功能
2．叶绿体是植物进行光合作用的场所，下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是 (　　)
A．叶绿体中的色素的合成都需要Mg2＋和光照
B．H2O在光下分解为NADPH和O2的过程发生在基质中
C．CO2的固定过程发生在类囊体薄膜上
D．光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的
D　[只有叶绿素的合成才需要Mg2＋和光照，A错误；水的光解是光反应过程，发生在叶绿体类囊体薄膜上，B错误；CO2的固定发生在暗反应过程中，场所为叶绿体基质，C错误；光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的，D正确。]
考点2　(探究·实践)绿叶中色素的提取和分离
一、实验原理
二、实验步骤
三、实验结果
绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析
1．(2024·广东卷)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　[本实验目的是用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，选择新鲜程度不同的叶片分开研磨，A错误；色素溶于有机溶剂，提取液为无水乙醇，光合色素不溶于水，B错误；由于滤纸条不会相互影响，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；层析液含有石油醚、丙酮和苯，用过的不能直接倒入下水道，D错误。]
2．某研究小组用四种不同的方法对欧李叶片中的光合色素进行提取，实验结果如图所示。下列分析错误的是(　　)
A．研磨法提取时使用碳酸钙可以防止色素被破坏
B．不同提取剂的提取效果会受到提取方法的影响
C．丙酮和乙醇的混合液提取光合色素的效果最佳
D．四种提取色素的方法都涉及细胞膜结构的破坏
C　[碳酸钙可以中和有机酸，防止色素被破坏，A正确；由图可知，研磨法的提取效果最好，故不同提取剂的提取效果受到提取方法的影响，B正确；根据图表可知丙酮和乙醇的混合液提取光合色素的量在干样浸提法中较少，所以其效果不算最佳，C错误；色素位于细胞内，想提取色素必须破坏细胞膜结构，所以四种提取色素的方法都涉及细胞膜结构的破坏，D正确。]
课时分层作业(十)
1．(2025·广东清远模拟)紫苏叶片是紫苏合成有机物的主要器官。紫苏叶片呈紫色与其细胞内含有的花青素有关。花青素易溶于水、乙醇等极性溶剂。某同学欲提取紫苏叶片中的色素，下列操作错误的是(　　)
A．实验材料应选取新鲜的紫苏叶片
B．研磨叶片时添加二氧化硅有助于研磨充分
C．研磨叶片时需要添加蒸馏水以溶解叶片中的各种色素
D．研磨液需经单层尼龙布过滤后收集滤液
C　[紫苏叶片呈紫色与其细胞内含有的花青素有关，因此欲提取紫苏叶片中的色素，应选取新鲜的紫苏叶片，A正确；研磨叶片时添加二氧化硅，能破坏细胞结构，有助于研磨充分，B正确；花青素易溶于水、乙醇等极性溶剂，研磨叶片时添加蒸馏水可以溶解叶片中的花青素，但叶绿体中的光合色素不溶于水，C错误；将研磨得到的液体迅速倒入玻璃漏斗(在漏斗基部放一块单层尼龙布)中进行过滤，将滤液收集到试管中，D正确。]
2．某兴趣小组为了探究光照对绿叶中色素合成的影响，将韭菜根分别置于光照和黑暗条件下培养，分别发育成韭菜和韭黄，然后提取和分离二者叶片中的色素，结果如图所示。下列相关叙述错误的是 (　　)
A．类胡萝卜素和叶绿素都主要吸收红光
B．实验结果说明无光照或光照不会影响类胡萝卜素的合成
C．若研磨时未加SiO2，则滤纸条的色素带中叶绿素的宽度可能会变窄
D．海带通常呈现褐色与其光合色素对光能的捕获有关
A　[类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，A错误；两个实验条件下类胡萝卜素含量相同，说明无光照或光照不会影响类胡萝卜素的合成，B正确；SiO2可使研磨更充分，若研磨时未加SiO2，则滤纸条的色素带中叶绿素的宽度可能会变窄，C正确；海带通常呈现褐色与其光合色素对光能的捕获有关，D正确。]
3．下图为正常绿色植物的叶绿素a的吸收光谱、色素总吸收光谱，以及光合作用的作用光谱(作用光谱代表各种波长下植物的光合作用效率)。下列叙述错误的是(　　)
A．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
B．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
C．植物进行光合作用时，C5总量的变化趋势与作用光谱基本一致
D．温度、CO2浓度等因素能影响作用光谱的吸收值
C　[图中横坐标为波长，纵坐标为吸收值，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，A正确；根据曲线可知，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，B正确；植物进行光合作用时，O2释放量的变化趋势与作用光谱基本相同，而由于C5的利用和合成处于动态平衡中，因此C5总量基本不变，C错误；温度、CO2浓度等因素能影响光合作用，从而影响作用光谱的吸收值，D正确。]
4．(2025·广东茂名模拟)某小组做了“探究叶龄对叶片中光合色素含量的影响”的实验，结果如图，下列叙述错误的是(　　)
A．用纸层析法来分离叶片中的光合色素
B．嫩叶与老叶的叶绿体色素总含量相等
C．相同光照强度下嫩叶与老叶光合速率相等
D．不同时期的叶绿素含量变化比类胡萝卜素的大
C　[各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，所以可用纸层析法来分离叶片中的光合色素，A正确；嫩叶中色素含量为6＋2＝8，老叶中色素含量为5＋3＝8，所以嫩叶与老叶的叶绿体色素总含量相等，B正确；嫩叶与老叶的叶绿素和类胡萝卜素含量都不同，所以相同光照强度下嫩叶与老叶光合速率不一定相等，C错误；不同发育阶段叶绿素含量的变化为6→12→5，类胡萝卜素的含量变化为2→4→3，所以不同时期的叶绿素含量变化比类胡萝卜素的大，D正确。]
5．为探究酸雨对毛竹光合作用的影响，科研人员用不同浓度的溶液(模拟酸雨，SO和NO按一定比例配制而成)处理毛竹，下表是不同pH酸雨对叶绿素含量(mg/g)影响的结果。下列有关说法不正确的是(　　)
项目 15天 45天 75天
对照 2.98 2.87 2.98
pH 5.6 2.87 2.99 3.45
pH 4.0 2.87 2.76 1.97
pH 2.5 2.82 2.17 1.64
A．光反应与类囊体薄膜上的光合色素和膜蛋白有关
B．绿叶中色素的提取和分离常用无水乙醇作溶剂
C．当酸雨pH小于4时，毛竹光合速率会降低的原因可能跟色素含量的降低有关
D．当使用pH为5.6的溶液处理时，叶绿素含量上升的原因可能是该溶液为植物提供了更多的无机盐
B　[酶的化学本质是蛋白质，光合色素和与光反应有关的酶就分布在类囊体薄膜上，因此光反应与类囊体薄膜上的光合色素和膜蛋白有关，A正确；绿叶中色素的提取时常用无水乙醇作提取液，分离时常用层析液，B错误；据表格可知，当酸雨pH小于4时，叶绿素含量变化明显，据此推测毛竹光合速率会降低的原因可能跟色素含量的降低有关，C正确；据表格可知，当使用pH为5.6的溶液处理时，叶绿素含量上升的原因可能是该溶液为植物提供了更多的无机盐，D正确。]
6．1880年，德国科学家恩格尔曼把载有水绵和好氧细菌X的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探究叶绿体的功能。某实验小组根据恩格尔曼在探究叶绿体的功能实验的基础上进一步开展探究实验，将载有水绵和好氧细菌X的临时装片放置在密闭且透明的小室中，再用自然光透过三棱镜照射临时装片，细菌X在不同光区的聚集情况如下图所示。请回答下列问题：
(1)恩格尔曼选用水绵和好氧细菌作实验材料探究叶绿体的功能是取得成功的重要原因之一，理由是__________________________________________________ ____________________________________________________________________。
首先将临时装片放在没有空气的黑暗环境中，目的是____________________________________________________________________。
(2)假如要测培养液中水绵等生产者单位时间内的总光合作用速率，利用黑白瓶法测得初始溶氧量为A，经M小时光照后，白瓶溶氧量为B，黑瓶溶氧量为C，则总光合作用速率为：________。
(3)根据实验结果分析，细菌X主要密集分布在波长为400～450 nm和650～700 nm的光区，原因是___________________________________________________
____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(4)有另外的实验小组从绿叶中提取了类胡萝卜素，请设计一组实验来验证类胡萝卜素主要吸收蓝紫光(用以上实验为对照组，补充完整以下实验方案)
实验步骤：在三棱镜之前放置装有足够量________的试管，再用自然光透过试管和三棱镜照射载有水绵和好氧细菌的临时装片；
预期结果：与对照组相比，若___________________________________________
____________________________________________________________________，
则可验证类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
解析：(1)水绵细胞中的叶绿体呈螺旋带状分布，自然形成对照；好氧细菌聚集的部位代表氧气丰富，指示光合作用的场所。将临时装片放在没有空气的黑暗环境中，使好氧细菌X均匀分布，避免对实验结果造成干扰。(2)总光合速率＝(白瓶溶氧量－黑瓶溶氧量)/光照时间。(3)水绵光合色素主要吸收红光(650～700 nm)和蓝紫光(400～450 nm)进行光合作用，在这些光区产生的氧气相对较多，所以好氧细菌主要密集分布在此区。(4)自然光透过装有类胡萝卜素提取液的试管时，蓝紫光被吸收，使水绵主要吸收红光进行光合作用，在650～700 nm光区产生氧气相对较多，细菌X在此区域密集分布。
答案：(1)水绵细胞中的叶绿体呈螺旋带状分布，自然形成对照；好氧细菌聚集的部位代表氧气丰富，指示光合作用的场所　使好氧细菌X均匀分布
(2)(B－C)/M　(3)水绵光合色素主要吸收红光(650～700 nm)和蓝紫光(400～450 nm)进行光合作用，在这些光区产生的氧气相对较多，所以好氧细菌主要密集分布在这些光区　(4)类胡萝卜素提取液　实验组细菌X主要密集分布在波长为650～700 nm的光区
7．高等植物的光合作用依赖光合色素。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”。研究发现，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。下图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，正确的是(　　)
A．图中①和②主要分布在叶绿体的内膜上
B．利用纸层析法分离色素时，②应位于滤纸条的最下端
C．植物叶片呈现绿色是由于①②主要吸收绿光
D．弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用
D　[图中①(叶绿素b)、②(叶绿素a)主要分布在叶绿体的类囊体薄膜上，A错误；利用纸层析法分离色素时，①(叶绿素b)应位于滤纸条的最下端，B错误；植物叶片呈现绿色是由于①②吸收绿光最少，绿光被反射出来，C错误；在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境，故弱光下①(叶绿素b)的相对含量增高有利于植物对弱光的利用，D正确。]
8．为研究光合色素提取实验中二氧化硅颗粒大小(目值越大，表示颗粒越细)对叶绿素提取量的影响，某研究小组利用新鲜的菠菜叶片进行了一系列的色素提取与定量测定实验，实验结果如下表。下列有关叙述错误的是 (　　)
叶绿素种类 二氧化硅颗粒大小/目
0 20 50 100 200
叶绿素a/(mg·g－1) 0.25 0.53 0.61 0.48 0.47
叶绿素b/(mg·g－1) 0.16 0.08 0.09 0.11 0.12
A．提取色素利用的原理是光合色素易溶于有机溶剂
B．加入二氧化硅对叶绿素a和叶绿素b的提取均有益
C．据表可知，用50目的二氧化硅提取得到的叶绿素总量最多
D．若叶片研磨过程中未加入碳酸钙，则表中数据均减小
B　[提取色素利用了光合色素易溶于有机溶剂的原理，A正确；与不加二氧化硅相比，加入二氧化硅对提取叶绿素a有益，对叶绿素b的提取则无益，B错误；据表可知，用50目的二氧化硅提取叶绿素时，提取到的叶绿素(叶绿素a和叶绿素b)总量最多，C正确；加入碳酸钙可防止叶绿素被破坏，若叶片研磨过程中未加入碳酸钙，则表中数据均减小，D正确。]
9．为研究高光照强度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色素，用层析液进行纸层析，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．高光照强度导致了该植物胡萝卜素的含量降低
B．叶绿素含量增加有利于该植物抵御高光照强度
C．色素Ⅲ、Ⅳ吸收光谱的吸收峰波长有差异
D．画滤液线时，滤液在点样线上只能画一次
C　[Ⅰ为胡萝卜素，Ⅱ为叶黄素，Ⅲ为叶绿素a，Ⅳ为叶绿素b，由图可知，高光照强度导致了该植物胡萝卜素的含量升高，A错误；据图可知，与正常光照强度相比，高光照强度叶绿素含量降低，说明叶绿素含量降低有利于该植物抵御高光照强度，B错误；Ⅲ为叶绿素a，Ⅳ为叶绿素b，吸收光谱的吸收峰波长有差异，C正确；画滤液线时，滤液在点样线上需要重复画几次，D错误。]
10．(2022·辽宁卷)浒苔是形成绿潮的主要藻类。绿潮时浒苔堆积在一起，形成大量的“藻席”，造成生态灾害。为研究浒苔疯长与光合作用的关系，进行如下实验：
Ⅰ.光合色素的提取、分离和含量测定
(1)在“藻席”的上、中、下层分别选取浒苔甲为实验材料，提取、分离色素，发现浒苔甲的光合色素种类与高等植物相同，包括叶绿素和____________。在细胞中，这些光合色素分布在____________。
(2)测定三个样品的叶绿素含量，结果见下表。
样品 叶绿素a/(mg·g－1) 叶绿素b/(mg·g－1)
上层 0.199 0.123
中层 0.228 0.123
下层 0.684 0.453
数据表明，取自“藻席”下层的样品叶绿素含量最高，这是因为___________________________________________________________________。
Ⅱ.光合作用关键酶Y的粗酶液制备和活性测定
(3)研究发现，浒苔细胞质基质中存在酶Y，参与CO2的转运过程，利于对碳的固定。
酶Y粗酶液制备：定时测定光照强度并取一定量的浒苔甲和浒苔乙，制备不同光照强度下样品的粗酶液，流程如图1。
粗酶液制备过程保持低温，目的是防止酶降解和________。研磨时加入缓冲液的主要作用是________稳定。离心后的________为粗酶液。
(4)酶Y活性测定：取一定量的粗酶液加入到酶Y活性测试反应液中进行检测，结果如图2。
在图2中，不考虑其他因素的影响，浒苔甲酶Y活性最高时的光照强度为________μmol·m－2·s－1(填具体数字)，强光照会________浒苔乙酶Y的活性。
解析：Ⅰ.(1)浒苔甲的光合色素种类与高等植物相同，高等植物的光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素。在细胞中，这些光合色素分布在叶绿体类囊体的薄膜上。(2)由于下层阳光少，需要大量叶绿素来捕获少量的阳光，故取自“藻席”下层的样品叶绿素含量最高。Ⅱ.(3)粗酶液制备过程保持低温，目的是防止酶降解和酶变性。缓冲液是一种能在加入少量酸或碱时抵抗pH改变的溶液，故研磨时加入缓冲液的主要作用是维持pH的稳定。离心之后，酶主要分布在上清液中。(4)分析题图数据，在图2中，不考虑其他因素的影响，浒苔甲酶Y活性最高时的光照强度为1 800 μmol·m－2·s－1，中午强光照时浒苔乙酶Y活性最低，说明强光照会抑制浒苔乙酶Y的活性。
答案：Ⅰ.(1)类胡萝卜素　叶绿体类囊体的薄膜上
(2)下层阳光少，需要大量叶绿素来捕获少量的阳光　Ⅱ.(3)酶变性　维持pH　上清液　(4)1 800　抑制
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