1、温馨提示： 此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。第4节光合作用与能量转化一捕获光能的色素和结构一、绿叶中色素的提取和分离1.提取绿叶中的色素:(1)实验原理:绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。(2)实验步骤:2.分离绿叶中的色素:(1)实验原理:各种色素在层析液中溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢。(2)实验步骤:制备滤纸条:若下图代表滤纸条,请在图中用虚线画出对滤纸条的处理,用实线画出铅笔线的位置。提示:画滤液细线:用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔线均匀地画出一条细线,也可用盖玻片蘸取滤液
2、沿铅笔线按压出均匀的细线。待滤液干后,重画12次。分离绿叶中的色素:滤液细线不能触及层析液。(3)实验结果:滤纸条上有4条色素带,每条色素带的颜色不同(填“相同”或“不同”),宽窄不同(填“相同”或“不同”)。3.色素的种类和功能:二、叶绿体的结构适于进行光合作用1.结构:(1)外表:外膜2.功能:进行光合作用的场所。【警示】能进行光合作用的生物不一定有叶绿体,叶绿体是真核细胞光合作用的场所。如有些原核细胞(蓝细菌)虽没有叶绿体,但含叶绿素和藻蓝素也可以进行光合作用。某同学做完绿叶中色素的提取和分离的实验后,在滤纸条上获得了色素带,得到如下结论:滤纸条上的4条色素带颜色不同。滤纸条上颜色为绿色
3、的色素带较窄。菠菜的叶片是绿色与绿叶中叶绿素含量较多有关。如果使用黄色的菠菜叶片,滤纸条上可能只有两条色素带。滤纸条上的较窄色素带的色素主要吸收蓝紫光和红光。你的判断:正确的结论有。1.秋天到了,银杏的叶片由绿色转为金黄色,你知道原因吗?提示:秋季由于绿叶中的叶绿素被分解,使叶片的绿色消失,显示出其他色素的颜色。2.人们用大棚种植蔬菜时,应选择什么颜色的塑料薄膜?原因是什么?提示:选择无色薄膜。原因是光合作用的色素主要吸收红光和蓝紫光,无色薄膜可以让各种颜色的光透过。 教材P100 思考讨论问题:如果将恩格尔曼的实验装置改装如图,水绵周围的好氧细菌分布有何变化?提示:好氧细菌不再分布在叶绿体周
4、围,而是均匀分布在装片上。学习任务一:绿叶中色素的提取和分离请结合绿叶中色素的提取和分离的实验结果探究: (科学探究结果的交流与讨论)1.色素提取与分离实验中的四个试剂及作用:(1)二氧化硅:研磨充分。(2)碳酸钙:防止色素被破坏。(3)无水乙醇:溶解色素。(4)层析液:分离色素。2.收集到滤液颜色过浅的原因:(1)未加二氧化硅:研磨不充分。(2)未加碳酸钙:色素分子被破坏。(3)加入无水乙醇过多:提取液浓度过低。(4)菠菜叶片不新鲜:色素含量降低。探讨:在绿叶中色素的提取和分离实验中,如果研磨时使用清水没有使用无水乙醇,那么收集到的滤液会出现什么结果?试解释原因。提示:滤液颜色很浅甚至无颜色
5、,因为色素不溶于水,无法将色素提取出来。3.滤纸条上的色素带结果分析:(1)滤纸条上色素带重叠不直:滤液细线画的过粗或者不直。(2)滤纸条上没有色素带:没有画滤液细线或者滤液细线浸没到层析液中。探讨:某同学在实验结束后,滤纸条上只有上面两条色素带,请你帮忙分析出现这一现象可能的原因。提示:可能选择了黄色的叶片作为实验材料,叶片中的叶绿素含量很少。4.叶绿体中色素的吸收光谱分析:(1)叶绿体中的色素只吸收可见光,不吸收不可见光。(2)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,也吸收少量其他颜色的光。(3)叶绿体中的色素很少吸收绿光,绿光被反射,所以大多数叶片看起来呈绿色。【易错陷阱】
6、绿叶中的色素吸收光的两个误区(1)红外光红光。波长不同,绿叶中的色素吸收的是红光,属于可见光,色素不能吸收红外光。(2)紫外光蓝紫光。波长不同,绿叶中的色素吸收的是蓝紫光,属于可见光,色素不能吸收紫外光。【知识拓展】1.植物中的色素:(1)植物色素包括脂溶性的叶绿体色素和水溶性的细胞液色素,前者存在于叶绿体,与光合作用有关,如叶绿素;后者存在于液泡中,特别与花朵的颜色有关,如花青素属于黄酮类物质。(2)在光合作用中,绝大部分叶绿素的作用是吸收及传递光能,仅极少数叶绿素a分子起转换光能的作用。2.影响叶绿素合成因素的分析:(2020江苏高考)采用新鲜菠菜叶片开展“绿叶中色素的提取和分离”实验,下
7、列叙述错误的是()A.提取绿叶中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(SiO2)有助于色素提取D.画滤液细线时应尽量减少样液扩散【思维流程】【解析】选B。本题主要考查了色素的提取和分离的实验。绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂如无水乙醇中,因而可以用无水乙醇提取绿叶中的色素,A正确;研磨时需要加入碳酸钙(CaCO3),可防止研磨时色素被破坏,B错误;研磨时加入少许石英砂(SiO2)有助于研磨得充分,有利于破碎细胞,使色素释放,C正确;画滤液细线时应尽量减少滤液扩散,要求细、直、齐,才有利于色素均匀地分离,D正确。【素养迁移】(1)实验中加入和没
8、有加入石英砂(SiO2),滤纸条上收集到的色素带有何变化?提示:若没有加入SiO2,研磨不充分,滤纸条上的色素带会变窄。(2)画滤液细线时,如何操作才能减少样液的扩散?提示:画滤液细线时应画得细且直,待滤液干后再重复画12次。【题后反思】滤纸条上色素带的位置与溶解度大小的关系(1)色素在层析液中的溶解度越大,在滤纸条上扩散的速度越快,其位置越靠上。(2)实验装置改进:实验结果:从外到内形成四个色素环,依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。【典题加练】1.利用乙醇提取叶绿体中的色素,设法分离得到各种色素后,将叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素和混合液依次点样在滤纸的1、2、3、4、5位置
9、(如图甲所示),将滤纸点样点以下部分浸入层析液后,最终滤纸条上各色素正确位置应为()【解析】选C。叶绿体中的四种色素,在层析液中的溶解度由小到大依次为叶绿素b叶绿素a叶黄素胡萝卜素。溶解度越大,随层析液在滤纸条上扩散的速度越快,所形成的色素带距离点样处越远,据此可知:滤纸条从下到上的色素名称分别是:叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素,C正确,A、B、D均错误。2.高等植物叶绿体中色素与光合作用有关,有关叶绿体中色素的叙述,错误的是()A.叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中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
10、的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的【解析】选C。提取叶绿体中的色素用的是无水乙醇,因为叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,A正确;根是植物吸收水分和矿质元素的主要器官,构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收,B正确;植物进行光合作用只能吸收可见光,不能吸收红外光和紫外光,C错误;叶绿素的形成需要光,黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的,D正确。学习任务二:叶绿体的结构与功能德国科学家恩格尔曼以水绵为实验材料进行实验,为光合作用的发现做出了突出的贡献。思考:通过该实验可知光合作用的场所和产物是什么?提示:光合作用的场所是叶绿体,产物中有氧气。 (生命观念
11、结构与功能观)1.叶绿体的结构与功能相适应:(1)色素分布在类囊体的薄膜上,叶绿体内有众多的基粒和类囊体,极大地扩展了叶绿体的受光面积。(2)光合作用的酶位于类囊体薄膜和叶绿体基质中。探讨:从叶绿体类囊体薄膜的成分和色素的溶解性的角度分析,叶绿体中的色素为什么分布在类囊体薄膜上?提示:叶绿体中的色素易溶于有机溶剂而不溶于水,类囊体薄膜的主要成分是磷脂,属于脂质,叶绿体基质是以水为基质的液体,因此叶绿体的色素主要分布在类囊体薄膜上。2.恩格尔曼实验的巧妙之处:(1)实验材料的选择:水绵的叶绿体呈螺旋带状,便于观察。用需氧细菌检测光合作用释放氧气较多的部位。(2)对照实验的设计:黑暗(局部曝光)和
12、完全曝光形成对照实验。利用三棱镜进行光的散射,形成不同颜色的光之间相互对照。探讨:炎热晴朗的夏季,成团的水绵为什么会漂浮在水面上?提示:晴朗的夏季光照充足,光合作用释放的氧气较多,使水绵上浮。【易错陷阱】叶绿体和色素的两个误区(1)绿色植物并不是所有细胞都有叶绿体如根尖细胞,只有能进行光合作用的细胞才有叶绿体。(2)植物体的色素不仅仅分布在叶绿体中,液泡中也含有色素,但是只有叶绿体中的色素才参与光合作用。科学家从菠菜叶绿体中提取了可以捕获太阳能的膜状结构,将其与酶等其他物质放入具有多腔室结构的反应器中,结果发现这些反应器能像叶绿体那样工作,创造出了“人工叶绿体”。下列有关叙述错误的是()A.“
13、人工叶绿体”可以利用光能,将二氧化碳转化为有机物B.“人工叶绿体”具有的多腔室结构可以提高光合作用的效率C.从菠菜叶绿体中提取的膜状结构最可能来自叶绿体外膜D.放入生物反应器中的酶可以降低光合作用所需的活化能【思维流程】【解析】选C。“人工叶绿体”可以利用光能,将二氧化碳转化为有机物,A正确;“人工叶绿体”具有的多腔室结构可以使不同的反应互不干扰,提高光合作用的效率,B正确;从菠菜叶绿体中提取的膜状结构最可能来自类囊体薄膜,C错误;放入生物反应器中的酶可以降低光合作用所需的活化能,催化反应的进行,D正确。【题后反思】叶绿体中不同成分的分布和功能(1)色素:吸收、转化、传递光能,分布在叶绿体基粒
14、(类囊体薄膜)上。(2)酶:催化光合作用反应,降低反应的活化能,分布在叶绿体基质中和基粒上。【典题加练】如图为叶绿体结构示意图,下列有关叶绿体结构与功能的叙述错误的是()A.和具有选择透过性B.上既有光合色素又有与光合作用有关的酶C.和上都有与光合作用有关的酶D.有叶绿体的细胞才能进行光合作用【解析】选D。图中结构是叶绿体的外膜,是叶绿体的内膜,都是由磷脂和蛋白质构成的,在功能上具有选择透过性,A正确;是类囊体薄膜,其结构上既有光合色素又有与光合作用有关的酶,B正确;与光合作用光反应有关的酶分布在类囊体薄膜上,与光合作用暗反应有关的酶分布在叶绿体基质中,C正确;有叶绿体的细胞能进行光合作用,但
15、蓝细菌没有叶绿体,也能进行光合作用,D错误。1.(水平1概念检测)光合作用的场所是叶绿体,叶绿体中含有色素和与光合作用有关的酶,基于叶绿体结构与功能关系的理解合理的是_。叶绿体中的色素,只有叶绿素具有吸收光能用于光合作用的功能。新鲜的竹叶是绿色的,主要是因为竹叶中的叶绿体吸收了绿光。高等绿色植物的细胞中都含有叶绿体。叶绿体内含有少量的DNA。叶绿体的基质和基粒中含有完全相同的光合作用的酶。【解析】选。叶绿体中的色素都具有吸收光能用于光合作用的功能,错误;新鲜的竹叶是绿色的,主要是因为竹叶中的叶绿体不吸收绿光,反射了绿光,错误; 高等绿色植物的细胞中能进行光合作用的细胞才有叶绿体,如根细胞等没有
16、叶绿体,错误;叶绿体内含有少量的DNA,正确;叶绿体的基质和基粒中含有酶,但是酶的种类不同,催化的反应不同,错误。2.(水平1)已知在层析液中溶解度越大的色素在滤纸条上扩散的速度越快。从新鲜菠菜叶片中提取的色素,在层析液中溶解度最大的色素颜色是()A.黄绿色B.蓝绿色 C.黄色D.橙黄色【解析】选D。用纸层析法分离色素,滤纸条上的色素带及颜色自上而下依次是: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),则胡萝卜素扩散速度最快,在层析液中溶解度最大,呈橙黄色。3.(水平1)在“绿叶中色素的提取和分离”的实验中,加入碳酸钙的目的是()A.溶解色素B.使研磨更加充分C.
17、分离色素D.防止色素被破坏【解析】选D。在“绿叶中色素的提取和分离”的实验中,溶解色素的是无水乙醇或丙酮,A错误;实验中加入二氧化硅的目的是使研磨更加充分,B错误;分离色素的是层析液,C错误;加入碳酸钙的目的是防止色素被破坏,D正确。4.(水平2教材改编题)下列关于高等植物细胞内色素的叙述错误的是()A.所有植物细胞中都只含有4种色素B.有的植物细胞的液泡中也含有一定量的色素C.叶绿体的类囊体有巨大的膜面积,色素就位于膜上D.植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两大类【解析】选A。植物细胞叶绿体内有4种色素,液泡中可能有花青素等色素,A错误;有的植物的液泡也含有一定的色素,主要是花青
18、素,B正确;真核细胞光合色素都存在于叶绿体的类囊体薄膜上,C正确;植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两大类,D正确。【补偿训练】(水平1、2)如图是“绿叶中色素的提取和分离”实验的部分材料和用具。据图回答问题。(1)图中步骤加入研钵内的物质为:A_10 mL,作用是_;B_少许,作用是使绿叶研磨充分;C_少许,作用是_。(2)图中步骤将研磨液迅速倒入漏斗中,漏斗基部放有_。(3)图中步骤剪去两角的作用是_,画滤液细线的要求是_。(4)图中步骤中加盖的目的是_;色素带最宽的是_。【解析】(1)步骤研磨时需加入无水乙醇10 mL,作用是溶解色素;二氧化硅少许,作用是使绿叶研磨充分;碳酸
19、钙少许,作用是防止色素被破坏。 (2)步骤为过滤,漏斗基部放有单层尼龙布。(3)步骤剪去两角的作用是防止层析液在滤纸条两端扩散过快,导致色素带扩散不整齐;画滤液细线的要求是细、直,防止色素带重叠,且在干燥以后重复12次,以增加色素含量。(4)步骤为层析,加盖的目的是防止层析液挥发;层析后色素带最宽的是含量最高的叶绿素a。答案:(1)无水乙醇溶解色素二氧化硅碳酸钙防止色素被破坏 (2)单层尼龙布(3)防止色素带扩散不整齐细、直(4)防止层析液挥发叶绿素a【能力挑战题组】1.南宋诗人杨万里在晓出净慈寺送林子方一诗中用“接天莲叶无穷碧,映日荷花别样红”描绘了六月西湖的绮丽景色。与诗句中“碧”和“红”
20、两种颜色相关的细胞结构分别是()A.叶绿体内质网B.溶酶体染色体C.线粒体叶绿体D.叶绿体液泡【解析】选D。“碧”是指叶片中的绿色色素,它位于叶绿体中;“红”是指花中的色素,它位于液泡中。2.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02050100200叶绿素a/(mgg-1)0.250.530.610.480.47叶绿素b/(mgg-1)0.160.080.090.110.12A.提取色素的原理是光合色素易溶于有
21、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.在该实验的几种二氧化硅中,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【解析】选B。提取光合色素是利用了光合色素易溶于有机溶剂的原理,可用无水乙醇来提取,A正确;由表格数据可知,加入二氧化硅会使叶绿素b的含量减少,故对叶绿素b的提取无益,B错误;据表可知,用20目的二氧化硅提取得到的叶绿素总量为0.53+0.08=0.61,用50目的二氧化硅提取得到的叶绿素总量为0.61+0.09=0.70,用100目的二氧化硅提取得到的叶绿素总量为0.48+0.11=0.59,用200目的二氧化硅提取得
22、到的叶绿素总量为0.47+0.12=0.59,故用50目的二氧化硅提取得到的叶绿素总量最多,C正确;碳酸钙可保护叶绿素,防止叶绿素在酸性条件下被分解,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。3.如图是新鲜菠菜叶中的光合色素纸层析的结果,下列有关叙述正确的是()A.生存环境中缺镁,受影响的是色素带中的色素B.低温对色素带中色素的破坏率最高C.纸层析法的原理是光合色素易溶于无水乙醇D.四条色素带中的色素都可以吸收红光【解析】选A。色素带是叶绿素,而镁元素是叶绿素的组成成分,所以镁元素缺乏影响色素带的含量,A正确;寒冷时,叶绿素容易被破坏而使叶片呈黄色,所以低温对色素带和中色素的破坏
23、率最高,B错误;纸层析法的原理是光合色素在层析液中的溶解度不同,导致其随层析液在滤纸上扩散速度不同;光合色素提取的原理是光合色素不溶于水而易溶于无水乙醇,C错误;叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光,叶黄素和胡萝卜素主要吸收蓝紫光,D错误。新型色素叶绿素f研究人员在澳大利亚赫伦岛海滩岩石表面之下几毫米处发现了含有叶绿素f的蓝细菌,它们在缺少可见光的条件下也可以借助近红外光生长。当一些蓝细菌在近红外光下生长时,常见的工作系统关闭了,取而代之的是叶绿素f的系统。在荫蔽或者光线较暗的条件下,叶绿素f在光合作用中起着关键作用,利用低能量的近红外光来进行复杂的化学反应,这就是“超越红色极限”的光合作用
24、。(1)将你学过的光合作用知识与本文中介绍的新知识进行比较,将不同之处填入表中。叶绿素种类相应的功能教材知识本文知识(2)本项研究最有意义的发现是()A.存在一种新的叶绿素叶绿素fB.具有叶绿素f的生物中没有其他叶绿素C.叶绿素f可作为关键色素转换光能D.叶绿素f在光合作用中起辅助作用(3)请结合本文,帮助科技馆工作人员写一篇介绍蓝细菌的光合作用的科普文。【解析】(1)教材中的叶绿素包含叶绿素a和叶绿素b,而本文提到的叶绿素为叶绿素f。相应的功能:教材中叶绿素有吸收和转化光能的作用,主要吸收红光和蓝紫光,而本文中的叶绿素f可以利用近红外光。(2)本项研究最有意义的发现是叶绿素f可作为关键色素转
25、换光能,故选C。(3)通过分析文章,叶绿素是进行光合作用的主要色素。在高等植物和绿藻细胞中含有叶绿素a、b,能吸收、利用可见光中的红光和蓝紫光的能量,合成有机物。某些蓝细菌中除含有叶绿素a、b外,还含有叶绿素f,可吸收、利用近红外光的能量,合成有机物。答案:(1)叶绿素种类相应的功能教材知识叶绿素a、叶绿素b吸收、利用红光、蓝紫光本文知识叶绿素f吸收、利用近红外光(2)C(3)蓝细菌没有叶绿体,但其内部的光合片层上具有参与光合作用的色素和酶。某些蓝细菌中除含有叶绿素a、b外,还含有叶绿素f,可吸收、利用近红外光的能量,合成有机物。【拓展阅读】仿生树叶哈佛大学化学家Daniel Nocera团队与哈佛医学院合成生物学家Pamela Silver的小组,将化学与生物学技术完美结合,成功地复制、甚至是改进了这一奇妙的过程,最终打造出一个人工光合作用装置“仿生树叶”。探究:(1)“仿生树叶”可以吸收光能,类似绿色植物中的什么物质?判断依据是什么?提示: 光合色素。叶绿体中的色素具有吸收、传递、转化光能的作用。(2)“仿生树叶”中是否发生了能量转化?提示:是,光能转化为有机物中的化学能。关闭Word文档返回原板块