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第五章 细胞的能量供应和利用
第四节 光合作用与能量转化
一 捕获光能的色素和结构
【学习目标】
1.阐明“绿叶中色素的提取和分离”实验的原理与方法。
2.说出植物捕获光能的色素的种类和作用。
3.说明叶绿体适于进行光合作用的结构特点。
【基础梳理】
一、捕获光能的色素
1. 是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。
2.绿叶中色素的提取和分离实验
（1）提取绿叶中的叶绿素
①实验原理:绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂 中。
②实验步骤:
取材：5g新鲜绿叶，剪去主叶脉，剪碎
↓
研磨：加入二氧化硅和碳酸钙，再加入 无水乙醇
↓
过滤：玻璃漏斗基部放单层尼龙布
↓
收集：试管口用棉塞塞严
（2）分离绿叶中的叶绿素
①实验原理:各种色素在层析液中溶解度 ，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得 ，反之则慢。
②实验步骤:
制备滤纸条：将 的定性滤纸剪成长与宽（直径）略小于试管长与宽的滤纸条，并在一端剪去两角，在距去角一端底部1cm处用铅笔画一条细的横线。
画滤液细线:用 吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线，也可用
蘸取滤液沿铅笔线按压出均匀的细线。待滤液干后，重画1～2次。
③分离绿叶中的色素:滤液细线不能触及 。
③观察实验结果
从上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、 、叶绿素b。
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
1.色素的种类、含量、颜色及吸收光谱
种类 叶绿素（约占 ） 类胡萝卜素（约占 ）
叶绿素a 叶绿素b 胡萝卜素 叶黄素
颜色 蓝绿色 黄绿色 色 黄色
吸收光谱 主要吸收 和蓝紫光 主要吸收 光
2.叶绿体的形态结构、功能及色素的分布
（1）形态：扁平的 或 。
叶绿体由双层膜包被，内部有许多基粒。每个基粒都由一个个圆饼状的 堆叠而成，这些囊状结构称为 。吸收光能的4种色素就分布在 上。基粒与基粒之间充满了 。
（2）叶绿体的功能：进行 的场所。
【拓展延伸】
绿叶中色素的提取和分离实验的异常现象分析
（1）收集到的滤液绿色过浅的原因分析：
①未加石英砂（二氧化硅），研磨不充分。
②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素（叶绿素）太少。
③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
（2）滤纸条色素带重叠：滤液细线画得过粗。
（3）滤纸条看不见色素带：
①忘记画滤液细线。
②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
【课堂练习】
1.下列关于叶绿体内色素提取和分离实验的说法，不正确的是（ ）
A.实验中需要加入SiO2进行研磨，以破碎细胞和叶绿体
B.在研磨过程中加入CaCO3的目的是防止色素被破坏
C.色素分离后在滤纸条上形成的4条色素带，从上至下分别呈橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色
D.色素带的宽度反映了色素在层析液中溶解度的大小
2.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加入的无水乙醇太多
②用丙酮代替无水乙醇
③研磨时没有加入CaCO3
④研磨时没有加入SiO2
⑤选取的叶片的叶脉过多，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.①②③⑦ B.①②④⑤
C.①③④⑤⑥⑦ D.②③④⑤⑥
3.如图甲为叶绿体结构模式图，图乙是图甲中部分结构放大后的示意图。下列相关叙述正确的是（ ）
A.图甲所示结构主要通过内膜向内折叠增大膜面积
B.图乙中的光合色素能有效吸收绿光使植物呈绿色
C.图乙所示的膜结构位于图甲结构中的①或③处
D.提取光合色素时常用无水乙醇作为溶剂
4.从种植于室内普通光照和室外强光光照下的同种植物中分别提取叶片的叶绿体色素，用纸层析法分离，结果如图所示。下列判断正确的是（ ）
A.室内植物叶片偏黄 B.室外植物叶片偏绿
C.室外植物叶片胡萝卜素含量>叶黄素含量 D.室内植物叶片叶绿素a含量>叶绿素b含量
5.为探究不同时间北方某乔木叶片中光合色素含量的变化情况，某实验小组进行了相关实验，结果如图所示。下列有关叙述错误的是（ ）
A.叶绿素和类胡萝卜素都能够吸收蓝紫光
B.若研磨时不加二氧化硅，则滤纸条上各色素带均变窄
C.7~11月份，植株中叶绿素含量与类胡萝卜素的含量呈负相关
D.调查期间，影响叶片叶绿素含量下降的主要因素可能是光照和温度
6.图甲～丁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，请据图回答下列问题：
（1）图甲～丁中，实验操作步骤的先后顺序是_______（填序号）。
（2）观察图中试剂a的颜色是_______，图甲步骤为增加滤液细线上色素含量，需要_______。
（3）步骤丙中，滤纸条上出现四条色素带，那么最上面一条色素带的色素名称是_______。
（4）在该实验的操作过程中，有同学按下列方法操作，其中不合理的有_______（在a～d中选择填空）。
a．用蒸馏水替代无水乙醇提取色素 b．在充分研磨叶片后立即加入碳酸钙
c．用定性滤纸替代尼龙布过滤研磨液 d．沿铅笔线连续数次画
【答案以及解析】
1.答案：D
解析：色素提取实验中需要加入SiO2进行研磨，以破碎细胞和叶绿体，使得色素释放出来，A正确；研磨过程中加入CaCO3的目的是防止叶绿素被破坏，B正确；滤纸条从上到下依次是胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色），C正确；色素带的宽度反映了色素的含量，D错误。
2.答案：C
解析：加入的无水乙醇太多，色素的浓度降低，则色素带颜色较淡，①正确；无水乙醇和丙酮都能提取色素，使用两种溶剂得到的结果基本相同，②错误；研磨时没有加入CaCO3，会使部分色素被破坏，③正确；研磨时没有加入SiO2，可能会导致研磨不充分，色素没有充分提取，④正确；选取的叶片的叶脉过多，叶肉细胞过少，则同质量的绿叶中所含色素少，⑤正确；在画滤液细线时，应等滤液干燥后再重复画一到两次，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，部分色素已经被破坏，叶片中所含色素少，会导致色素带颜色较淡，⑦正确；故符合题意的有①③④⑤⑥⑦，C正确。
3.答案：D
解析：图甲结构为叶绿体，其主要靠囊状结构，即类囊体来增大膜面积，A错误；图乙中的光合色素吸收绿光最少，绿光被反射出来使植物呈绿色，B错误；图乙所示膜结构上含有光合色素，所以是图甲中③类囊体薄膜的放大图，C错误；叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，因此常用无水乙醇作为提取试剂，D正确。
4.答案：D
解析：图中从上往下的色素带依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。对照图示结果可知，室外强光下叶绿素的含量明显低于室内普通光照，故室内植物叶片偏绿，室外植物叶片偏黄，A错误、B错误；图中显示，室外和室内植物叶片都是叶黄素含量大于胡萝卜素含量，室内植物叶片叶绿素a含量大于叶绿素b含量，，C错误、D正确。
5.答案：C
解析：叶绿素主要吸收蓝紫光和红橙光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，A正确；若研磨时不加二氧化硅，使得研磨不充分，则滤纸条上各色素带均变窄，B正确；分析曲线可知，7~11月份，植株中叶绿素含量与类胡萝卜素的含量不呈负相关，C错误；叶绿素的合成需要光，且寒冷时叶绿素分子易被破坏，因此调查期间，影响叶片叶绿素含量下降的主要因素可能是光照和温度，D正确。
6.答案：（1）乙、丁、甲、丙
（2） 无色；重复画线
（3）胡萝卜素
（4）abcd
解析：（1）图甲～丁中，实验操作步骤的先后顺序是乙、丁、甲、丙。
（2）观察图中试剂a为无水乙醇，颜色是无色。图甲步骤为增加滤液细线上色素含量，需要重复画线。
（3）步骤丙中，滤纸条上出现四条色素带，那么最上面一条色素带的色素名称是胡萝卜素。
（4）色素为脂溶性，不溶于水，a错误；碳酸钙可以保护叶绿素不被细胞中的有机酸溶解，需要在研磨时加入，b错误；定性滤纸过滤，会让色素等吸附在滤纸上，导致实验现象不明显，c错误；沿铅笔线数次画滤液细线可以增大色素附着量，但连续画可能会使色素扩散，导致起点不一致，影响实验结果的观察，应该等吹干了再画，不能连续划线，d错误。故选abcd。
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