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专题六　光合作用与能量转化
考典12 绿叶中色素的提取和分离
A、五年高考真题（2020-2024）
（五年零考）
1.(2023·全国乙,2,6分,难度★★)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述,错误的是( )
A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
D.叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸上扩散得越慢
2.(2023·江苏,12,2分,难度★★★)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是( )
A.用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏
B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但易出现色素带重叠
C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量
D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带,花青素位于叶绿素a、b之间
3.(2022·天津,3,4分,难度★)下图所示实验方法的应用或原理,不恰当的是( )
实验方法 应用 原理
A.分离绿叶中的色素 B.不同色素在层析液中溶解度不同
C.细菌计数 D.逐步稀释
4.(2022·江苏,5,2分,难度★★)下列有关实验方法的描述,合理的是( )
A.将一定量胡萝卜切碎,加适量水、石英砂,充分研磨,过滤,获取胡萝卜素提取液
B.适当浓度蔗糖溶液处理新鲜黑藻叶装片,可先后观察到细胞质流动与质壁分离现象
C.检测样品中的蛋白质时,须加热使双缩脲试剂与蛋白质发生显色反应
D.用溴麝香草酚蓝水溶液检测发酵液中酒精含量的多少,可判断酵母菌的呼吸方式
5.(2022·湖北,12,2分,难度★★★)某植物的2种黄叶突变体表现型相似,测定各类植株叶片的光合色素含量(单位:μg·g-1),结果如表。下列有关叙述正确的是( )
植林类型 叶绿素a 叶绿素b 类胡萝卜素 叶绿素/ 类胡萝卜素
野生型 1 235 519 419 4.19
突变体1 512 75 370 1.59
突变体2 115 20 379 0.35
A.两种突变体的出现增加了物种多样性
B.突变体2比突变体1吸收红光的能力更强
C.两种突变体的光合色素含量差异,是由不同基因的突变所致
D.叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色
6.(2021·天津,6,4分,难度★★)孟德尔说:“任何实验的价值和效用,取决于所使用材料对于实验目的的适合性。”下列实验材料选择不适合的是( )
A.用洋葱鳞片叶外表皮观察细胞的质壁分离和复原现象
B.用洋葱根尖分生区观察细胞有丝分裂
C.用洋葱鳞片叶提取和分离叶绿体中的色素
D.用洋葱鳞片叶粗提取DNA
7.(2021·河北,3,2分,难度★★)关于生物学实验的叙述,错误的是( )
A.NaOH与CuSO4配合使用在还原糖和蛋白质检测实验中作用不同
B.染色质中的DNA比裸露的DNA更容易被甲基绿着色
C.纸层析法分离叶绿体色素时,以多种有机溶剂的混合物作为层析液
D.利用取样器取样法调查土壤小动物的种类和数量,推测土壤动物的丰富度
8.(2020·江苏,6,2分,难度★)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( )
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
9.(2023·海南,16,10分,难度★★★)海南是我国火龙果的主要种植区之一。由于火龙果是长日照植物,冬季日照时间不足导致其不能正常开花,在生产实践中需要夜间补光,使火龙果提前开花,提早上市。某团队研究了同一光照强度下,不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影响,结果如图。回答下列问题。
(1)光合作用时,火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是　　　　　;用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中,以滤液细线为基准,按照自下而上的次序,该光合色素的色素带位于第　　　　　条。
(2)本次实验结果表明,三种补光光源中最佳的是　　　　　　　,该光源的最佳补光时间是　　　　　小时/天,判断该光源是最佳补光光源的依据是　 　。
(3)现有可促进火龙果增产的三种不同光照强度的白色光源,设计实验方案探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度(简要写出实验思路)。
10.(2020·浙江,27,7分,难度★★)以洋葱和新鲜菠菜为材料进行实验。回答下列问题:
(1)欲判断临时装片中的洋葱外表皮细胞是否为活细胞,可在盖玻片的一侧滴入质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液,用吸水纸从另一侧吸水,重复几次后,可根据是否发生　　　　　　　　　　现象来判断。
(2)取新鲜菠菜叶片烘干粉碎,提取光合色素时,若甲组未加入碳酸钙,与加入碳酸钙的乙组相比,甲组的提取液会偏　　　色。分离光合色素时,由于不同色素在层析液中的溶解度不同及在滤纸上的吸附能力不同,导致4种色素随层析液在滤纸条上的　　　 　　　不同而出现色素带分层的现象。若用不同波长的光照射叶绿素a提取液,测量并计算叶绿素a对不同波长光的吸收率,可绘制出该色素的　　　　　　　　。
(3)在洋葱根尖细胞分裂旺盛时段,切取根尖制作植物细胞有丝分裂临时装片时,经染色后,　　　　　　　　有利于根尖细胞的分散。制作染色体组型图时,通常选用处于有丝分裂　　　期细胞的染色体,原因是　 　。
B、二年山东一模试题（2024-2025）
（二年零考）
C、山东考题原创预测
【命题趋势】
1. 情境融合：结合农业监测、生态治理、镉污染等实际问题，体现学以致用。
2. 图表与数据分析：通过图表和表格考查信息提取能力。
3. 实验探究：以科研实验为背景，覆盖实验设计、结果分析和拓展应用，全面考查科学思维。
（一）单项选择题
1.（生态治理）为治理入侵植物水葫芦，科研人员尝试将其叶片加工为“绿色”食用色素。实验步骤中，正确的操作组合是（ ）
① 研磨时加入SiO 和CaCO
② 用蒸馏水替代无水乙醇提取色素
③ 滤液细线需干燥后重复画2~3次
④ 层析液液面需浸没滤液细线
A. ①③ B. ①④ C. ②③ D. ③④
2.（农业生产）某蔬菜大棚为提高产量，需监测叶片光合色素含量变化。技术人员提取新鲜菠菜叶色素时，发现滤液颜色偏黄。下列原因分析错误的是（ ）
A. 研磨时未加入二氧化硅，导致细胞破碎不充分
B. 使用久置叶片，叶绿素分解导致含量降低
C. 加入过量无水乙醇，色素浓度过低
D. 未添加碳酸钙，叶绿素被液泡中的酸性物质破坏
3.（实验操作）某同学进行色素分离实验时，滤纸条上出现重叠的色素带。最可能的操作失误是（ ）
A. 滤液细线触及层析液
B. 滤液细线未重复画多次
C. 未用棉塞密封层析装置
D. 层析液液面超过滤液线
4.（科研图表）下图为两种光照条件下某植物叶片的色素层析结果（Ⅰ：自然光，Ⅱ：遮光处理）。据图分析，正确的是（ ）
A. 遮光促进类胡萝卜素合成，提高光保护能力
B. Ⅰ中叶绿素a含量最高，与自然光利于其合成有关
C. Ⅱ中胡萝卜素带最宽，说明其溶解度最大
D. 实验表明光照强度不影响色素种类，仅影响含量
5.涝渍处理对某植物光合色素含量的影响如图所示，下列说法错误的是（ ）
A. 长期涝渍处理导致植物根系的无氧呼吸增强易造成烂根
B. 涝渍处理相同天数对该植物各种光合色素的影响程度相同
C. 涝渍处理可能通过影响根对Mg2+的吸收导致叶绿素含量下降
D. 分离该植物叶片中的不同色素利用了它们在层析液中的溶解度不同
（二）不定项选择题（每题3分，少选得1分，错选不得分）
6.（情境：数据分析）研究人员测定不同pH对叶绿素稳定性的影响，结果如下表：
pH 处理时间（h） 溶液颜色
7.0 24 绿色
5.0 24 黄褐色
9.0 24 黄绿色
据表分析正确的是（ ）
A. 酸性环境破坏叶绿素结构最显著
B. 碱性条件可能抑制叶绿素酶活性
C. 食品工业中宜选择中性环境保存叶绿素
D. 叶绿素在pH=7.0时完全不被分解
（三）非选择题
7.（情境：科研探究）某团队研究镉污染对水稻光合色素的影响，实验步骤如下：
Ⅰ. 取镉污染土壤种植的水稻叶片5g，剪碎后加入石英砂、碳酸钙和无水乙醇研磨；
Ⅱ. 用尼龙布过滤研磨液，收集滤液；
Ⅲ. 用毛细吸管蘸取滤液，在干燥滤纸条上画细线，重复3次；
Ⅳ. 将滤纸条置于层析液中，观察色素带。
（1）步骤Ⅰ中碳酸钙的作用是______，若未加入会导致______色素带变窄。
（2）步骤Ⅲ中需待滤液线干燥后再重复画线的目的是______。若滤液线触及层析液，会导致______。
（3）实验结果发现污染组叶绿素总含量显著低于对照组，推测镉污染可能______（促进/抑制）叶绿素合成。为验证该结论，可进一步检测______（填指标）。
（4）若将镉污染叶片用于观察细胞质壁分离，______（能/不能）观察到紫红色液泡，原因是______。
【附】2015-2019年高考
1.(2016·江苏,17,2分,难度★)下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述,正确的是( )
A.应该在研磨叶片后立即加入CaCO3,防止酸破坏叶绿素
B.即使菜叶剪碎不够充分,也可以提取出4种光合作用色素
C.为获得10 mL提取液,研磨时一次性加入10 mL乙醇研磨效果最好
D.层析完毕后应迅速记录结果,否则叶绿素条带会很快随溶剂挥发消失
2.(2015·江苏,21,3分,难度★★)(多选)为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响,某同学用乙醇提取叶绿体色素,用石油醚进行纸层析,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.强光照导致了该植物叶绿素含量降低
B.类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照
C.色素Ⅲ、Ⅳ吸收光谱的吸收峰波长不同
D.画滤液线时,滤液在点样线上只能画一次
3.(2019·浙江,30,7分,难度★★)回答与光合作用有关的问题。
(1)在“探究环境因素对光合作用的影响”活动中,正常光照下,用含有0.1%CO2的溶液培养小球藻一段时间。当用绿光照射该溶液,短期内小球藻细胞中3-磷酸甘油酸的含量会　　　　　。为3-磷酸甘油酸还原成三碳糖提供能量的物质是　。
若停止CO2供应,短期内小球藻细胞中RuBP的含量会　　　　　。研究发现 Rubisco酶是光合作用过程中的关键酶,它催化CO2被固定的反应,可知该酶存在于叶绿体　　　　　中。
(2)在“光合色素的提取与分离”活动中,提取新鲜菠菜叶片的色素并进行分离后,滤纸条自上而下两条带中的色素合称为　　　　　　　　。分析叶绿素a的吸收光谱可知,其主要吸收可见光中的　　　　　　　　光。环境条件会影响叶绿素的生物合成,如秋天叶片变黄的现象主要与　　　　　抑制叶绿素的合成有关。
参考答案与详细解析
考典12 绿叶中色素的提取和分离
A、五年高考真题（2020-2024）
（五年零考）
1.(2023·全国乙,2,6分,难度★★)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述,错误的是 (D)
A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰
D.叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸上扩散得越慢
解析 叶绿素中含有氮元素和镁元素,所以氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素,A项正确。叶绿体中的色素分布在其类囊体薄膜上,B项正确。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,所以其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰,C项正确。叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸条上扩散得越快,D项错误。
2.(2023·江苏,12,2分,难度★★★)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是 (B)
A.用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏
B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但易出现色素带重叠
C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量
D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带,花青素位于叶绿素a、b之间
解析 用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏,A不合理。若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但也会造成滤液细线过宽,易出现色素带重叠,B合理。该实验用有机溶剂(无水乙醇)提取色素,用纸层析法分离色素,可以根据色素带的宽度来定性描述各种色素的含量,但并不能准确地测定色素含量,C不合理。花青素存在于液泡中,溶于水不易溶于有机溶剂,若用红色苋菜叶进行实验一般提取不到花青素,仍会得到4条色素带,D不合理。
3.(2022·天津,3,4分,难度★)下图所示实验方法的应用或原理,不恰当的是(C)
实验方法 应用 原理
A.分离绿叶中的色素 B.不同色素在层析液中溶解度不同
C.细菌计数 D.逐步稀释
解析 用平板划线法逐步稀释后培养可获得单菌落,但不能用于细菌计数。
4.(2022·江苏,5,2分,难度★★)下列有关实验方法的描述,合理的是 (B)
A.将一定量胡萝卜切碎,加适量水、石英砂,充分研磨,过滤,获取胡萝卜素提取液
B.适当浓度蔗糖溶液处理新鲜黑藻叶装片,可先后观察到细胞质流动与质壁分离现象
C.检测样品中的蛋白质时,须加热使双缩脲试剂与蛋白质发生显色反应
D.用溴麝香草酚蓝水溶液检测发酵液中酒精含量的多少,可判断酵母菌的呼吸方式
解析 胡萝卜素提取的实验流程:胡萝卜→粉碎→干燥→萃取→过滤→浓缩→胡萝卜素,A项错误;黑藻叶片是成熟的植物细胞,适当浓度蔗糖溶液处理新鲜黑藻叶装片,可以在显微镜下通过观察叶绿体的运动情况来观察细胞质的流动,之后提高蔗糖溶液浓度也可以观察到质壁分离现象,B项正确;双缩脲试剂与蛋白质发生显色反应,不需要加热,C项错误;溴麝香草酚蓝水溶液可检测酵母菌细胞呼吸产生的二氧化碳,颜色由蓝变绿再变黄,需用酸性的重铬酸钾溶液来检测酒精的存在,D项错误。
5.(2022·湖北,12,2分,难度★★★)某植物的2种黄叶突变体表现型相似,测定各类植株叶片的光合色素含量(单位:μg·g-1),结果如表。下列有关叙述正确的是 (D)
植林类型 叶绿素a 叶绿素b 类胡萝卜素 叶绿素/ 类胡萝卜素
野生型 1 235 519 419 4.19
突变体1 512 75 370 1.59
突变体2 115 20 379 0.35
A.两种突变体的出现增加了物种多样性
B.突变体2比突变体1吸收红光的能力更强
C.两种突变体的光合色素含量差异,是由不同基因的突变所致
D.叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色
解析 两种突变体与野生型植物之间并无生殖隔离,仍属同一物种,A项错误;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,突变体2的叶绿素a和叶绿素b的含量比突变体1少,故突变体2比突变体1吸收红光的能力弱,B项错误;两种突变体的光合色素含量差异,可能是同一个基因突变方向不同导致的,C项错误;叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降,叶绿素含量减少,不能掩盖类胡萝卜素的颜色,此时叶片呈黄色,D项正确。
6.(2021·天津,6,4分,难度★★)孟德尔说:“任何实验的价值和效用,取决于所使用材料对于实验目的的适合性。”下列实验材料选择不适合的是 (C)
A.用洋葱鳞片叶外表皮观察细胞的质壁分离和复原现象
B.用洋葱根尖分生区观察细胞有丝分裂
C.用洋葱鳞片叶提取和分离叶绿体中的色素
D.用洋葱鳞片叶粗提取DNA
解析 洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡为紫色,便于观察细胞的质壁分离和复原现象,A项正确;洋葱根尖分生区细胞分裂旺盛,可以用来观察细胞有丝分裂,B项正确;洋葱鳞片叶不含叶绿体,不能用来提取和分离叶绿体中的色素,C项错误;洋葱鳞片叶细胞有细胞核且颜色浅,可以用来粗提取DNA,D项正确。
7.(2021·河北,3,2分,难度★★)关于生物学实验的叙述,错误的是 (B)
A.NaOH与CuSO4配合使用在还原糖和蛋白质检测实验中作用不同
B.染色质中的DNA比裸露的DNA更容易被甲基绿着色
C.纸层析法分离叶绿体色素时,以多种有机溶剂的混合物作为层析液
D.利用取样器取样法调查土壤小动物的种类和数量,推测土壤动物的丰富度
解析 检测还原糖时,NaOH和CuSO4混合后形成Cu(OH)2,Cu(OH)2被还原糖还原成砖红色的Cu2O,检测蛋白质时,先加入NaOH营造碱性环境,Cu2+可以与肽键反应生成紫色物质,A项正确;染色质中的DNA与蛋白质结合在一起,不容易被甲基绿着色,B项错误;层析液是由石油醚、丙酮、苯混合而成的,C项正确;调查土壤中小动物类群的丰富度,用取样器取样法,D项正确。
8.(2020·江苏,6,2分,难度★)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 叶绿体中的色素易溶于有机溶剂,故可用无水乙醇作为溶剂来提取,A项正确;研磨时加入CaCO3而非CaO,B项错误;研磨时加入石英砂,有助于研磨更加充分,有助于色素的提取,C项正确。为了得到整齐的色素带,滤液细线应尽量细、齐,D项正确。
9.(2023·海南,16,10分,难度★★★)海南是我国火龙果的主要种植区之一。由于火龙果是长日照植物,冬季日照时间不足导致其不能正常开花,在生产实践中需要夜间补光,使火龙果提前开花,提早上市。某团队研究了同一光照强度下,不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影响,结果如图。回答下列问题。
(1)光合作用时,火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是　　　　　;用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中,以滤液细线为基准,按照自下而上的次序,该光合色素的色素带位于第　　　　　条。
(2)本次实验结果表明,三种补光光源中最佳的是　　　　　　　,该光源的最佳补光时间是　　　　　小时/天,判断该光源是最佳补光光源的依据是　 　。
(3)现有可促进火龙果增产的三种不同光照强度的白色光源,设计实验方案探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度(简要写出实验思路)。
答案 (1)叶绿素　1和2　(2)红光和蓝光　6　与单纯使用红光或蓝光补光相比,红光+蓝光补光时火龙果的平均花朵数最多　(3)将成花诱导完成后长势相同的火龙果植株(成花数目大致相同)随机均分成A、B、C三组,分别置于三种不同光照强度的白色光源中,照射相同且适宜的时间,一段时间后观察并记录各组植株所结火龙果的数量,数量最多的一组的光照强度则为最适光照强度。
解析 (1)叶绿体中的色素有叶绿素和类胡萝卜素,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。纸层析法分离叶绿体中的色素,在滤纸条上从下而上依次为叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素,所以叶绿素位于第1、2条。
(2)由题图可知,在三种补光措施中,火龙果在红光+蓝光补光要比只用红光或只用蓝光时平均花朵数多,且在补光6小时/天时效果最好。
(3)由题分析可知,本实验的自变量为三种不同光照强度的白色光源,因变量为火龙果的果实产量,因此可将成花诱导完成后长势相同的火龙果均分为三组,分别施加不同光照强度的白色光源,照射相同且适宜的时间,一段时间后观察并记录各组植株所结火龙果的数量。
10.(2020·浙江,27,7分,难度★★)以洋葱和新鲜菠菜为材料进行实验。回答下列问题:
(1)欲判断临时装片中的洋葱外表皮细胞是否为活细胞,可在盖玻片的一侧滴入质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液,用吸水纸从另一侧吸水,重复几次后,可根据是否发生　　　　　　　　　　现象来判断。
(2)取新鲜菠菜叶片烘干粉碎,提取光合色素时,若甲组未加入碳酸钙,与加入碳酸钙的乙组相比,甲组的提取液会偏　　　色。分离光合色素时,由于不同色素在层析液中的溶解度不同及在滤纸上的吸附能力不同,导致4种色素随层析液在滤纸条上的　　　 　　　不同而出现色素带分层的现象。若用不同波长的光照射叶绿素a提取液,测量并计算叶绿素a对不同波长光的吸收率,可绘制出该色素的　　　　　　　　。
(3)在洋葱根尖细胞分裂旺盛时段,切取根尖制作植物细胞有丝分裂临时装片时,经染色后,　　　　　　　　有利于根尖细胞的分散。制作染色体组型图时,通常选用处于有丝分裂　　　期细胞的染色体,原因是　 　。
答案 (1)质壁分离
(2)黄　移动速率　吸收光谱
(3)轻压盖玻片　中　中期的染色体缩短到最小的程度,最便于观察和研究
解析 (1)质壁分离是指植物的细胞壁和原生质层(细胞膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质成分)分开。判断细胞死活的方法有:质壁分离实验,染色剂染色排除法。对于植物细胞,通常应用质壁分离实验来判断。(2)绿叶中色素的提取过程中需要加入碳酸钙,以防止叶绿素被破坏,而类胡萝卜素的颜色偏黄色。色素的分离的依据是不同色素在层析液中的溶解度不同而在滤纸条上的移动速率不同,进而能够分层。分离出来的色素在滤纸条上从上到下的顺序依次为: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)。以某种物质对不同波长光的吸收率为纵坐标,以波长为横坐标作图,所得的曲线,就是该物质的吸收光谱。色素对不同波长光的吸收率,称作色素的吸收光谱。(3)利用洋葱根尖制作临时装片观察细胞有丝分裂时,最后按压盖玻片有利于细胞分散开来,便于观察。因为处于中期的染色体缩短到最小程度,最便于观察和研究,所以制作染色体组型图时,应选择处于有丝分裂中期的细胞。
B、二年山东一模试题（2024-2025）
（二年零考）
C、山东考题原创预测
【命题趋势】
1. 情境融合：结合农业监测、生态治理、镉污染等实际问题，体现学以致用。
2. 图表与数据分析：通过图表和表格考查信息提取能力。
3. 实验探究：以科研实验为背景，覆盖实验设计、结果分析和拓展应用，全面考查科学思维。
（一）单项选择题
1.（生态治理）为治理入侵植物水葫芦，科研人员尝试将其叶片加工为“绿色”食用色素。实验步骤中，正确的操作组合是（ ）
① 研磨时加入SiO 和CaCO
② 用蒸馏水替代无水乙醇提取色素
③ 滤液细线需干燥后重复画2~3次
④ 层析液液面需浸没滤液细线
A. ①③ B. ①④ C. ②③ D. ③④
答案：A
解析：在研磨水葫芦叶片提取色素时，加入 SiO （石英砂）有助于研磨得更充分，使细胞中的色素能够更好地释放出来；加入 CaCO 可以防止研磨过程中色素被破坏，①正确。色素不溶于水，而溶于有机溶剂，所以应该用无水乙醇等有机溶剂来提取色素，不能用蒸馏水替代，②错误。画滤液细线时，干燥后重复画 2 - 3 次，这样可以增加滤液细线上的色素含量，使分离出的色素带更清晰，③正确。层析时，层析液液面不能浸没滤液细线，否则滤液细线上的色素会溶解在层析液中，导致实验失败，④错误。
2.（农业生产）某蔬菜大棚为提高产量，需监测叶片光合色素含量变化。技术人员提取新鲜菠菜叶色素时，发现滤液颜色偏黄。下列原因分析错误的是（ ）
A. 研磨时未加入二氧化硅，导致细胞破碎不充分
B. 使用久置叶片，叶绿素分解导致含量降低
C. 加入过量无水乙醇，色素浓度过低
D. 未添加碳酸钙，叶绿素被液泡中的酸性物质破坏
答案：A
解析：研磨时未加入二氧化硅，会使研磨不充分，提取的色素量会减少，但一般不会导致滤液颜色明显偏黄，A符合题意。使用久置叶片，叶绿素会分解，叶绿素含量降低，而类胡萝卜素相对稳定，所以滤液中叶绿素的含量减少，类胡萝卜素的颜色相对突出，会导致滤液颜色偏黄，B不符合题意。加入过量无水乙醇，会使色素溶液被稀释，色素浓度过低，从而使滤液颜色变浅，可能会呈现出偏黄的颜色，C不符合题意。碳酸钙的作用是中和液泡破裂后释放的酸性物质，保护叶绿素不被破坏。未添加碳酸钙，叶绿素容易被液泡中的酸性物质破坏，导致叶绿素含量减少，滤液颜色偏黄，D不符合题意。
3.（实验操作）某同学进行色素分离实验时，滤纸条上出现重叠的色素带。最可能的操作失误是（ ）
A. 滤液细线触及层析液
B. 滤液细线未重复画多次
C. 未用棉塞密封层析装置
D. 层析液液面超过滤液线
答案：D
解析：滤液细线触及层析液，会导致色素直接溶解在层析液中，无法在滤纸条上形成色素带，而不是出现重叠的色素带，A不符合题意。滤液细线未重复画多次，会使滤纸上的色素含量较少，导致分离出的色素带颜色较浅，但不会出现色素带重叠的现象，B不符合题意。未用棉塞密封层析装置，可能会导致层析液挥发，但这对色素分离的结果影响不大，一般不会造成色素带重叠，C不符合题意。层析液液面超过滤液线，会使色素随着层析液在滤纸上的扩散速度不一致，从而导致色素带重叠，这是出现重叠色素带最可能的操作失误原因，D符合题意。
4.（科研图表）下图为两种光照条件下某植物叶片的色素层析结果（Ⅰ：自然光，Ⅱ：遮光处理）。据图分析，正确的是（ ）
A. 遮光促进类胡萝卜素合成，提高光保护能力
B. Ⅰ中叶绿素a含量最高，与自然光利于其合成有关
C. Ⅱ中胡萝卜素带最宽，说明其溶解度最大
D. 实验表明光照强度不影响色素种类，仅影响含量
答案：B
解析：据图可知，遮光处理后（Ⅱ），类胡萝卜素的含量相对自然光（Ⅰ）下并没增加，A错误。在色素层析结果图中，Ⅰ中叶绿素a的色素带最宽，说明其含量最高。自然光条件下，植物接受的光照充足，利于叶绿素a的合成，B正确。胡萝卜素在层析液中溶解度最大，所以在滤纸上扩散速度最快，位于滤纸条的最上方，但胡萝卜素带不是最宽的，C错误。图中显示，自然光和遮光处理下，色素的种类都是四种，但是含量有所不同。然而，并不能绝对地说光照强度仅影响含量，在其他实验条件下，光照强度也可能会影响色素的种类，D错误。
5.涝渍处理对某植物光合色素含量的影响如图所示，下列说法错误的是（ ）
A. 长期涝渍处理导致植物根系的无氧呼吸增强易造成烂根
B. 涝渍处理相同天数对该植物各种光合色素的影响程度相同
C. 涝渍处理可能通过影响根对Mg2+的吸收导致叶绿素含量下降
D. 分离该植物叶片中的不同色素利用了它们在层析液中的溶解度不同
【答案】B
【解析】
【分析】叶绿体色素的提取和分离实验：
①提取色素原理：色素能溶解在酒精或丙酮等有机溶剂中，所以可用无水乙醇等提取色素。
②分离色素原理：各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素。溶解度大，扩散速度快；溶解度小，扩散速度慢。
③各物质作用：无水乙醇或丙酮：提取色素；层析液：分离色素；二氧化硅：使研磨得充分；碳酸钙：防止研磨中叶绿素被破坏。
④结果：滤纸条从上到下依次是：胡萝卜素（最窄）、叶黄素、叶绿素a（最宽）、叶绿素b（第2宽），色素带的宽窄与色素含量相关。
【详解】A、长期涝渍时，土壤中氧气含量不足，植物根系会进行无氧呼吸。无氧呼吸产生酒精等物质，酒精对植物细胞有毒害作用，易造成烂根，A正确；
B、从图中可以明显看出，随着涝渍处理天数的增加，叶绿素 a、叶绿素 b 和类胡萝卜素含量的变化趋势和幅度并不相同。例如在处理前期，叶绿素 a 含量下降幅度相对较大，而类胡萝卜素含量下降相对较缓，B错误；
C、Mg2+是合成叶绿素的必需元素，涝渍处理可能会使土壤通气性变差，影响根细胞的呼吸作用，进而影响根对Mg2+的主动运输吸收，导致叶绿素合成原料不足，从而使叶绿素含量下降，C正确；
D、在分离植物叶片中的不同色素时，采用的纸层析法的原理就是不同色素在层析液中的溶解度不同。溶解度高的色素随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，从而使不同色素在滤纸上分离开来，D正确。
故选B。
（二）不定项选择题（每题3分，少选得1分，错选不得分）
6.（情境：数据分析）研究人员测定不同pH对叶绿素稳定性的影响，结果如下表：
pH 处理时间（h） 溶液颜色
7.0 24 绿色
5.0 24 黄褐色
9.0 24 黄绿色
据表分析正确的是（ ）
A. 酸性环境破坏叶绿素结构最显著
B. 碱性条件可能抑制叶绿素酶活性
C. 食品工业中宜选择中性环境保存叶绿素
D. 叶绿素在pH=7.0时完全不被分解
答案：ABC
解析：据表可知，pH=5.0（酸性环境）时，溶液颜色变为黄褐色，与初始的绿色差异最大，说明酸性环境对叶绿素结构的破坏最为显著，A 正确。pH=9.0（碱性条件）时，溶液颜色为黄绿色，相比 pH=5.0 的酸性条件，叶绿素的破坏程度较小，可能是碱性条件抑制了叶绿素酶的活性，使得叶绿素分解较慢，B 正确。
pH=7.0（中性环境）时，24 小时后溶液颜色仍为绿色，说明在中性环境中叶绿素相对最稳定，所以食品工业中宜选择中性环境保存叶绿素，C 正确。虽然 pH=7.0 时，24 小时后溶液颜色为绿色，但不能说明叶绿素在 pH=7.0 时完全不被分解，有可能只是分解速度非常缓慢，在 24 小时内没有明显的颜色变化，D 错误。
（三）非选择题
7.（情境：科研探究）某团队研究镉污染对水稻光合色素的影响，实验步骤如下：
Ⅰ. 取镉污染土壤种植的水稻叶片5g，剪碎后加入石英砂、碳酸钙和无水乙醇研磨；
Ⅱ. 用尼龙布过滤研磨液，收集滤液；
Ⅲ. 用毛细吸管蘸取滤液，在干燥滤纸条上画细线，重复3次；
Ⅳ. 将滤纸条置于层析液中，观察色素带。
（1）步骤Ⅰ中碳酸钙的作用是______，若未加入会导致______色素带变窄。
（2）步骤Ⅲ中需待滤液线干燥后再重复画线的目的是______。若滤液线触及层析液，会导致______。
（3）实验结果发现污染组叶绿素总含量显著低于对照组，推测镉污染可能______（促进/抑制）叶绿素合成。为验证该结论，可进一步检测______（填指标）。
（4）若将镉污染叶片用于观察细胞质壁分离，______（能/不能）观察到紫红色液泡，原因是______。
答案：（1）防止叶绿素被破坏；叶绿素a和叶绿素b
（2）积累更多色素，使分离效果更明显；色素溶解到层析液中，无法形成色素带
（3）抑制；叶绿素合成相关酶的活性或叶绿素前体物质含量
（4）不能；水稻叶片细胞的液泡通常无色
解析：（1）在研磨过程中，细胞被破坏，液泡中的有机酸等物质会释放出来，而叶绿素在酸性条件下容易被破坏，碳酸钙可中和这些酸性物质，保护色素。若未加入碳酸钙，叶绿素会受到破坏，尤其是叶绿素 a 和叶绿素 b，会导致叶绿素 a 和叶绿素 b的色素带变窄。
（2）待滤液线干燥后再重复画线的目的是增加色素量，使分离后的色素带更清晰。如果不干燥就重复画线，会导致滤液线过宽，色素扩散不均匀，影响分离效果。若滤液线触及层析液，会导致色素直接溶解在层析液中，无法进行层析分离，最终在滤纸条上看不到清晰的色素带。
（3）实验结果发现污染组叶绿素总含量显著低于对照组，推测镉污染可能抑制叶绿素合成。因为如果是促进叶绿素合成，那么污染组的叶绿素含量应该高于对照组，而实际情况是低于对照组。为验证该结论，可进一步检测叶绿素合成相关酶的活性。如果这些酶的活性降低，说明镉污染可能是通过抑制酶的活性来影响叶绿素的合成；或者检测叶绿素合成前体物质的含量，如果前体物质积累，说明可能是合成过程受阻，进而验证镉污染对叶绿素合成的抑制作用。
（4）若将镉污染叶片用于观察细胞质壁分离，不能观察到紫红色液泡。原因是水稻叶片细胞的液泡通常无色，不像紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞那样具有紫红色液泡。即使镉污染可能对细胞造成一定影响，但细胞本身没有紫红色液泡这一结构基础，所以无法观察到紫红色液泡。
【附】2015-2019年高考
1.(2016·江苏,17,2分,难度★)下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述,正确的是 (B)
A.应该在研磨叶片后立即加入CaCO3,防止酸破坏叶绿素
B.即使菜叶剪碎不够充分,也可以提取出4种光合作用色素
C.为获得10 mL提取液,研磨时一次性加入10 mL乙醇研磨效果最好
D.层析完毕后应迅速记录结果,否则叶绿素条带会很快随溶剂挥发消失
解析 应在研磨叶片时加入CaCO3,防止破坏叶绿素,A项错误;菜叶剪碎不够充分,不利于研磨,光合色素释放不充分,但仍可提取到部分色素,B项正确;乙醇会挥发,故研磨时应加入多于10 mL的乙醇,C项错误;叶绿素条带不会随层析液挥发消失,D项错误。
2.(2015·江苏,21,3分,难度★★)(多选)为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响,某同学用乙醇提取叶绿体色素,用石油醚进行纸层析,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(ABC)
A.强光照导致了该植物叶绿素含量降低
B.类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照
C.色素Ⅲ、Ⅳ吸收光谱的吸收峰波长不同
D.画滤液线时,滤液在点样线上只能画一次
解析 提取叶绿体中的色素后,画滤液线时,滤液在点样线上应多画几次,以利于积累较多的色素,实验效果明显,D项错误。
3.(2019·浙江,30,7分,难度★★)回答与光合作用有关的问题。
(1)在“探究环境因素对光合作用的影响”活动中,正常光照下,用含有0.1%CO2的溶液培养小球藻一段时间。当用绿光照射该溶液,短期内小球藻细胞中3-磷酸甘油酸的含量会　　　　　。为3-磷酸甘油酸还原成三碳糖提供能量的物质是　。
若停止CO2供应,短期内小球藻细胞中RuBP的含量会　　　　　。研究发现 Rubisco酶是光合作用过程中的关键酶,它催化CO2被固定的反应,可知该酶存在于叶绿体　　　　　中。
(2)在“光合色素的提取与分离”活动中,提取新鲜菠菜叶片的色素并进行分离后,滤纸条自上而下两条带中的色素合称为　　　　　　　　。分析叶绿素a的吸收光谱可知,其主要吸收可见光中的　　　　　　　　光。环境条件会影响叶绿素的生物合成,如秋天叶片变黄的现象主要与　　　　　抑制叶绿素的合成有关。
答案 (1)增加　ATP和NADPH　增加　基质
(2)类胡萝卜素　蓝紫光和红　低温
解析 (1)从正常光照改成绿光后,光反应阶段减弱,消耗3-磷酸甘油酸减少,故3-磷酸甘油酸含量增加。光反应的产物ATP和NADPH中含有大量能量,供碳反应利用。若停止CO2供应,发生在叶绿体基质中的碳反应减弱,RuBP消耗减少,故其含量会增加。(2)在“光合色素的提取和分离”实验中,四种色素由于在层析液中的溶解度不同,而沿滤纸条扩散的速度不同,由上而下依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,胡萝卜素和叶黄素合称为类胡萝卜素。叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光。由题意知,秋天叶片变黄,说明低温抑制了叶绿素的合成。

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