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(共37张PPT)
课标 要求 1.认识叶绿体的结构适于进行光合作用。
2.实验：叶绿体色素的提取和分离。
第12讲　捕获光能的色素和结构
实验7　叶绿体色素的提取和分离
1.实验原理
无水乙醇
层析液
快
2.实验流程
无水乙醇
尼龙布
1cm
直且均匀
滤液细线
叶黄素
叶绿素b
色素分离
干燥
1.实验操作要点分析
注意事项 操作目的
提取色素 选新鲜绿色的叶片 使滤液中色素含量高
研磨时加无水乙醇 溶解色素
加少量SiO2和CaCO3 研磨充分、保护色素
迅速、充分研磨 防止乙醇过度挥发，充分溶解色素
盛放滤液的试管管口加棉塞 防止乙醇挥发和色素氧化
分离色素 滤纸预先干燥处理 使层析液在滤纸上快速扩散
滤液细线要直、细、匀 使分离出的色素带平整不重叠
滤液细线干燥后再画1～2次 使分离出的色素带清晰分明
滤液细线不触及层析液 防止色素直接溶解到层析液中
2.“绿叶中色素的提取和分离”实验中异常现象分析
异常现象 原因分析
收集到的滤 液绿色过浅 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（正确做法：分次加入少量无水乙醇）；
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏
异常现象 原因分析
滤纸条色 素带重叠 ①滤液细线不直；
②滤液细线过粗
滤纸条无 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
素 养 点 拨
生物材料中某种成分的提取和分离
高中生物教材中，提取和分离的技术与手段主要有纸层析技术、离心技术和电泳技术等，请举例说明有哪些具体应用？
提示：（1）纸层析技术：如叶绿体中色素的提取和分离。　（2）离心技术：①差速离心技术分离各种细胞器，定量分析细胞组分；②密度梯度离心，记录离心后试管中DNA的位置，证明DNA的复制方式；③赫尔希和蔡斯在噬菌体侵染细菌的实验中，经短时间培养后进行搅拌、离心处理，检测放射性，证明遗传物质是DNA。需要注意密度梯度离心的物质是密度有一定差异的，而差速离心适用于混合样品中各沉降系数差别较大的组分。　（3）电泳技术：指混悬于溶液中的样品电荷颗粒，在电场影响下向着与自身带相反电荷的电极移动的现象，如将细胞中的特定蛋白质或核酸分子进行分离纯化。
1.（2020·江苏卷）采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是（　B　）
A.提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂
B.研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏
C.研磨时添加石英砂有助于色素提取
D.画滤液细线时应尽量减少样液扩散
解析： 研磨时加入CaCO3可以防止色素被破坏。
B
2.如图为某次光合作用色素纸层析的实验结果，样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝细菌经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是（　D　）
A.研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素
B.层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液
C.在敞开的烧杯中进行层析时，需通风操作
D.实验验证了该种蓝细菌没有叶绿素b
D
解析： CaCO3可防止色素被破坏，加入过少会导致叶绿素被破坏，A错误；层析液可以由石油醚、丙酮和苯混合而成，也可以用92号汽油代替，不能使用生理盐水或磷酸盐缓冲液，B错误；为了防止层析液挥发，需要用培养皿盖住小烧杯，C错误；滤纸条从上至下依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，蓝细菌第四条色素带缺少，说明蓝细菌没有叶绿素b，D正确。
3.（2022·广州检测）迁移率为色素在滤纸条上移动距离与层析液移动距离的相对比值，是纸层析法分离绿叶中各种色素的重要指标之一。现以菠菜为实验材料进行色素的提取与分离实验并测得各种色素的迁移率，如图。相关叙述正确的是（　A　）
A.提取色素时，可用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠代替无水乙醇
B.画滤液细线时，连续画2～3次可增加色素含量，使实验结果更加明显
C.纸层析分离色素时，色素的迁移率与色素在层析液中的溶解度呈负相关
D.分析实验结果可知，菠菜叶肉细胞的叶绿体中色素1和2的含量较多
A
解析：吸取少量滤液，沿铅笔细线均匀画出一道滤液细线，等滤液干燥后，重复一到两次，B错误；纸层析法分离色素时，色素的迁移率与色素在层析液中的溶解度呈正相关，溶解度越高，扩散距离越大，C错误；分析题图可知，菠菜叶肉细胞的叶绿体中色素1和2迁移率较高，说明其溶解度大，但含量不一定多，D错误。
考点　叶绿体及其色素
1.与光合作用有关的色素种类和分布（填表）
色素种类 叶绿素 （含量约占3/4） 类胡萝卜素 （含量约占1/4） 叶绿素a 叶绿素b 胡萝卜素 叶黄素
颜色 蓝绿色 黄绿色 橙黄色 黄色 分布 叶绿体的类囊体薄膜上 2.叶绿体色素吸收光谱
由图可以看出：
（1）色素的功能：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　 。（注意：对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少）
（2）色素吸收光的范围：可见光的波长范围大约是400～760 nm，一般叶绿体中的色素只吸收 　可见光　 ，对红外光和紫外光不吸收。
红光和蓝紫光　
蓝紫
光　
可见光　
3.叶绿体的结构适于进行光合作用
（1）叶绿体的结构模式图
光反应
暗反应
（2）叶绿体的功能
外膜
叶绿体基质
暗反应
类囊体
色素
光反应
光合作用
被光束照射到
所有受光
方 法 规 律
恩格尔曼实验中变量的分析
实验 自变量相关设置 因变量 观察指标 无关变量
恩格尔曼水绵和好氧细菌实验 对照组：完全暴露在光下； 实验组：黑暗环境下用极细光束照射 好氧细菌分布情况 水绵与好氧细菌的临时装片处于密闭环境中
恩格尔曼三棱镜照射水绵和好氧细菌实验 对照组：正常光源照射；实验组：黑暗环境下光线经三棱镜后照射 好氧细菌分布情况 水绵与好氧细菌的临时装片处于密闭环境中
诊断·加强
1.判断下列说法的正误：
（1）植物中的色素都分布在叶绿体中。 （　×　）
提示：色素不只分布于叶绿体中，液泡中也含有色素，如花青素，但是液泡中的色素不能用于光合作用。
（2）叶绿体是细胞进行光合作用的唯一场所。 （　×　）
提示：蓝细菌细胞没有叶绿体，也能进行光合作用。
（3）光合作用需要的色素分布在叶绿体基粒和基质中。 （　×　）
×　
×　
×　
（6）（2019·海南卷）红光照射时，叶绿素b吸收的光能可用于光合作用。
（ 　√　）
√
（4）类囊体堆叠形成基粒，增大了叶绿体内膜的面积，为光合作用所需的酶提供了广阔的附着点。 （　√　）
（5）（2019·海南卷）红光照射时，胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a。
（　×　）
√　
×
2.链接必修1教材P99“图5－12”。
（1）正常绿色植物呈现绿色的原因有：①叶绿素含量 　多　 ；②叶绿体色素 　吸收绿光很少，反射绿光多　 。
（2）研究表明：在遮光条件下，以蓝紫光为主的散光占比增加。请预测：在适当遮光的条件下，叶片（比如同一植物底层叶片）中叶绿素a/b 　降低　 ，弱光下的吸收能力 　增强　 ，有利于提高植株的捕光能力，是对弱光环境的一种适应。
多　
吸收
绿光很少，反射绿光多　
降低　
增强　
（2021·广东卷）与野生型拟南芥WT相比，突变体t1和t2在正常光照条件下，叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同（图1），造成叶绿体相对受光面积的不同（图2），进而引起光合速率差异，但叶绿素含量及其他性状基本一致。
图1
图2
A.t2比t1具有更高的光饱和点（光合速率不再随光照强度增加而增加时的光照强度）
B.t1比t2具有更低的光补偿点（光合作用吸收的CO2与呼吸作用释放的CO2等量时的光照强度）
C.三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关
D.三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大
在不考虑叶绿体运动的前提下，下列叙述错误的是（　D　）
图1
图2
D
解析： 由图1可见，t1较多的叶绿体分布在叶肉细胞中照光侧，由此可推断，t2比t1具有更高的光饱和点，t1比t2具有更低的光补偿点，A、B正确；通过题干信息可知，三者的叶绿素含量及其他性状基本一致，由此推测，三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关，C正确；在一定光照强度下，三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大，但是超过光饱和点后，再增大光照强度，三者光合速率的差异不再变化，D错误。
（2022·辽宁卷节选）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：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 　类胡萝卜素　 。在细胞中，这些光合色素分布在 　叶绿体的类囊体薄膜/类囊体薄膜　 。
类胡萝卜素　
叶绿体的类囊体薄膜/类囊体薄膜　
（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 　下层阳光少，需要大量叶绿素来捕获少量的阳光　 。
规范长难句——解释此空原因时，要写出影响叶绿素合成的环境因素——阳光与叶绿素含量的关系，答题时要构建起“阳光”与“叶绿素”的因果桥梁。
下层阳光少，需
要大量叶绿素来捕获少量的阳光　

考向1　捕获光能的色素及吸收光谱
1.（2018·全国Ⅱ卷）下列关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是（　C　）
A.叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中
B.构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
C.通常，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叶绿素合成受阻引起的
C
解析： 叶绿体中的色素是有机物，可溶于无水乙醇中，A正确；Mg2＋是构成叶绿素的成分，可由植物的根从土壤中吸收，B正确；一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光，叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，C错误；叶绿素的合成需要光照，黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是叶绿素合成受阻引起的，D正确。
归 纳 总 结
影响叶绿素合成因素的分析
考向2　叶绿体的结构和功能
2.（2022·深圳二模）如图是叶绿体局部结构模式图，下列叙述错误的是（　C　）
A.结构①中分布着光合作用相关的色素和酶
B.水光解产生氧气的过程发生在结构①中
C.与ATP合成相关的酶分布在结构①和②中
D.CO2转化为C3的过程发生在结构②中
解析：①为类囊体薄膜，其上分布着色素和有关酶，是光反应的场所，其中可发生水的光解并产生氧气，A、B正确；②为叶绿体基质，是暗反应的场所，其中不能进行ATP的合成，而且还要消耗ATP，C错误，D正确。
C
课堂小结与延伸
叶绿素a和叶绿素b
类囊体
基质
光合作用的场所
链接必修1教材 P98“探究·实践”。
（1）提取色素的原理是 　绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中　 ，分离色素的原理是 　色素在层析液中的溶解度不同，溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散的速度越快　 。
链接必修1教材P99。
（2）叶绿体中4种色素对光的吸收差别在于：
　叶绿素a、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　 。
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中　
色素在层析液中的溶解度不同，溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散
的速度越快　
叶绿素a、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　
链接必修1教材P99旁栏思考题。
（3）植物工厂里不用发绿光的光源，原因是 　这种波长的光很少被光合色素吸收，因此不能驱动合成有机物　 。
链接必修1教材P101。
（4）恩格尔曼的实验直接证明了 　叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧　 。
这种波长的光很少被光合色素吸收，
因此不能驱动合成有机物　
叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧　
链接必修1教材P98～99“探究·实践”。
（1）滤液细线要细、直、匀，是为了使各色素扩散的起点相同，分离出的 　色素带平整不重叠　 。干燥后重复画一到两次是为了 　增加色素总量　 ，使分离出的色素带清晰分明。
（2）绿叶中色素分离实验结果中，从滤纸条上色素带的位置可知，各种色素在层析液中溶解度的高低依次为： 　胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a＞叶绿素b　 （用“＞”连接）。从色素带的宽度可知，各种色素的含量大小一般情况下为： 　叶绿素a＞叶绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素　 （用“＞”连接）。
色素带
平整不重叠　
增加色素总量　
胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a＞叶绿素b　
叶绿素a＞叶
绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素　
链接必修1教材P100～101“思考·讨论”。
（3）分析教材恩格尔曼的实验，会发现该实验方法的巧妙之处有：①巧选实验材料：水绵的叶绿体呈 　螺旋式带状　 ，便于观察，用好氧细菌可确定释放氧气多的部位；②巧妙排除了干扰因素：没有空气的黑暗环境排除了 　氧气和光　 的干扰；③巧妙设计对照实验：用极细的光束照射，叶绿体上可分为 　光照多和光照少　 的部位，相当于一组对比实验（照光处理与不照光形成对照）；通过临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果（黑暗与完全曝光形成对照），等等。
（4）恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，这一实验说明叶绿体主要吸收 　红光和蓝紫光　 用于光合作用，放出 　氧气　 。
螺旋式带状　
氧气和光　
光照多和光照少　
红光和蓝紫光　
氧气　
链接必修1教材P101“拓展应用”T1。
（5）海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。分析原因：这种现象与 　光能　 捕获有关，即不同颜色的藻类吸收不同 　波长　 的光。如红藻含有大量的藻红素和藻青素，这些红色素主要吸收较短波长的 　蓝绿光　 ，红光不被吸收而反射，所以看到的藻类呈红色。
光能　
波长　
蓝绿光　

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