5.4 光合作用与能量转化 第1课时 捕获光能的色素和结构（提升讲义）生物人教版2019必修1

第5章 细胞的能量供应和利用 第4节 光合作用与能量转化（第一课时） （必会知识+难点强化+必刷好题，三层提升） 必会知识一 绿叶中色素的提取与分离 1．实验原理： （1）色素的提取：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂(无水乙醇或丙酮)中，因此，可以用无水乙醇等有机溶剂来提取叶绿体中的色素。 （2）色素的分离：根据绿叶中色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，从而在扩散过程中将色素分离开来。（提醒：纸层析法） 2．实验步骤： （1）提取步骤 ①称取绿叶、剪碎。 ②研磨：加二氧化硅，增大摩擦，使研磨更加充分；加碳酸钙，防止色素被破坏；加无水乙醇，溶解色素。 ③过滤：用单层尼龙布过滤。 ④收集滤液：及时用棉塞将试管口塞严。 （2）分离步骤： ①制备滤纸条：一端剪去两角，目的是使扩散均匀，防止出现弧形色素带。 ②画滤液细线：细、直、匀，待滤液干后重复一两次。 ③色素分离：将滤纸条插入层析液中，层析液不能触及滤液细线，目的是防止色素溶解在层析液中。 3．实验结果分析： 绿叶中色素的种类 色素种类 色素含量 扩散速度 溶解度 胡萝卜素 最少 最快 最大 类胡萝卜素 (含量约占1/4) 叶黄素 较少 较快 较大 叶绿素a 最多 较慢 较小 叶绿素 (含量约占3/4) 叶绿素b 较多 最慢 最小 [例1]羽衣甘蓝的叶色丰富多变，是冬季重要的观叶植物。某同学将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样，先后置于层析液和蒸馏水中进行层析，过程及结果如图所示。已知1～5代表不同类型的色素。下列分析正确的是（    ） A．5种类型的色素都能溶解在层析液中 B．色素3的条带颜色为黄绿色 C．液泡中含有大量自由水，所以色素5可能存在于植物的液泡中 D．5种类型的色素都能捕获和转化光能 【答案】C 【详解】A、只有色素1、2、3、4能溶解在层析液中，A错误； B、色素3是叶绿素a，条带颜色为蓝绿色，B错误； C、色素5溶于水，而液泡中有很多自由水，所以色素5可能存在于植物的液泡中，C正确； D、只有色素1、2、3、4是叶绿体中的色素，才能捕获和转化光能，D错误。 故选C。 [例2]下列关于“叶绿体色素的提取和分离”实验描述中，不属于实验目的的是（　　） A．了解各种色素的吸收光谱 B．用纸层析法分离色素 C．提取高等植物叶绿体中的色素 D．验证叶绿体中所含色素的种类 【答案】A 【详解】A、了解各种色素的吸收光谱需要通过分光光度法测定，而本实验仅通过纸层析法分离色素并观察颜色，未涉及吸收光谱的测定，A符合题意； B、纸层析法是本实验的核心方法，用于分离不同色素，B不符合题意； C、实验通过研磨叶片、溶解色素等步骤提取叶绿体中的色素，C不符合题意； D、通过观察滤纸条上的色素带种类和颜色，可直接验证叶绿体中色素的种类，D不符合题意。 故选A。 [例3]某兴趣小组利用色素的提取和分离技术，设计实验验证：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。下列说法错误的是（　　） A．将暗处生长的韭菜幼苗等分为两组，一组光照，一组暗处理 B．提取色素时加入碳酸钙是为了避免色素被破坏 C．分离色素时滤液细线不能触及层析液，否则色素会被溶解 D．暗处理组缺少自下而上的第3、4条色素带 【答案】D 【详解】A、实验需设置光照组和暗处理组，初始状态相同的韭菜幼苗分组合理，可排除无关变量干扰，A正确； B、碳酸钙在提取色素时用于中和细胞中的有机酸，防止叶绿素分解，B正确； C、滤液细线若触及层析液，色素会溶解于层析液而无法分离，C正确； D、暗处理组叶绿素合成受阻且原有叶绿素可能分解，导致上而下第3条（叶绿素a）、第4条（叶绿素b）色素带变浅（或缺少），D错误。 故选D。 [例4]用新鲜菠菜叶进行“叶绿体中色素的提取和分离”的实验，下图序号甲～丁表示实验的几个主要操作步骤。请回答下列问题： (1)实验操作步骤的先后顺序是 （用序号和箭头表示） 。步骤乙和丙中液体的颜色分别是 。 (2)步骤甲沿铅笔线画一条细且直的滤液细线，待滤液干后，再 。 (3)步骤丙操作时需要注意，滤液细线不能 层析液。 (4)下图为步骤丙结束时滤纸条上出现的四条色素带示意图，其分布情况正确的是 。 【答案】(1)乙→丁→甲→丙 无色和无色 (2)重画一到两次 (3)触及 (4)A 【分析】色素提取步骤： 1、取材：新鲜的绿叶。 2、研磨：向研钵中加入少许二氧化硅 （作用：有助于研磨得充分）、碳酸钙（作用：可防止研磨中色素被破坏）。 3、过滤并收集滤液 。 【详解】（1）甲表示画滤液细线，乙表示提取色素，丙表示分离色素，丁表示过滤，则实验操作步骤的先后顺序是乙→丁→甲→丙；步骤乙与步骤丙所使用的液体分别为无水乙醇和层析液，颜色分别是无色和无色。 （2）画滤液细线的步骤为：用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线，待滤液干后，重复画1~2次。 （3）将滤纸条轻轻插入层析液中，用棉塞塞紧试管口。注意滤液细线不能触及层析液，是为了防止滤液细线中的色素被层析液溶解。 （4）分离色素的原理是根据色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的在滤纸条上扩散速度最快，而色素带的宽窄取决于色素的含量，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），A正确，BCD错误。 故选A。 必会知识二 色素的分布和作用 1．分布：叶绿体类囊体薄膜上。 2．作用：吸收、传递、转化光能。 3．吸收光谱： 一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。 [例1]图为用分光光度计测定叶片中两类色素吸收不同波长光波的曲线图，A和B分别为何种色素？（　　） A．叶绿素、类胡萝卜素 B．类胡萝卜素、叶绿素 C．叶黄素、叶绿素a D．叶绿素、胡萝卜素 【答案】A 【详解】叶绿素（包括叶绿素a 和叶绿素b）：主要吸收红光（640-660nm 左右）和蓝紫光（430-450nm左右），因此在光谱上呈现两个吸收峰。 类胡萝卜素（包括胡萝卜素和叶黄素）：主要吸收蓝紫光（400-500nm左右），因此在光谱上仅呈现一个吸收峰。曲线A有两个吸收峰，分别对应红光和蓝紫光区域，符合叶绿素的吸收特点。 曲线B只有一个吸收峰，对应蓝紫光区域，符合类胡萝卜素的吸收特点，A正确。 故选A。 [例2]科研人员将某绿色植物叶片色素提取液装入含有碳酸钙粉末的色谱柱中，并用石油醚自上而下淋洗，过程及实验结果如图所示。下列叙述错误的是（    ） A．混合色素可以溶解在石油醚中 B．固定相相当于纸层析法中的滤纸条 C．绿色层的色素主要吸收蓝紫光和红光 D．黄色层的胡萝卜素在石油醚中溶解度最小 【答案】D 【详解】A、石油醚作为流动相洗脱色素，说明混合色素能溶解在石油醚中（若不溶解则无法被洗脱），A正确； B、纸层析法中，滤纸条是固定相，色素在滤纸条上因溶解度差异分离；本实验中 “固定相” 的作用与纸层析的滤纸条类似，B正确； C、绿色层主要含叶绿素（叶绿素 a、叶绿素 b），叶绿素的吸收光谱主要集中在蓝紫光和红光区域，C正确； D、层析法的核心原理是：色素在流动相（石油醚）中溶解度越大，随流动相移动的速度越快。胡萝卜素位于层析结果的最上方（黄色层），说明其在石油醚中溶解度最大（移动最快），而非 “溶解度最小”，D错误。 故选D。 必会知识三 叶绿体的结构和功能 1．叶绿体的结构 （1）双层膜：外膜、内膜 （2）基粒：由类囊体堆叠而成，分布有色素和与光反应有关的酶（提醒：增大膜面积） （3）叶绿体基质：含有与暗反应有关的酶 2．叶绿体的功能——进行光合作用的场所 3．叶绿体功能的实验验证 （1）第一个实验 实验结论：O2是由叶绿体在光照条件下释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。 （2）第二个实验 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。 实验结论： a．叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。 b．叶绿体主要吸收红光和蓝紫光。（提醒：其他光不是不吸，只是吸收的少） [例1]膜蛋白的种类和功能复杂多样，下列叙述正确的是（　　） A．细胞膜内、外侧的蛋白质呈对称分布 B．温度变化会影响膜蛋白的运动速度 C．叶绿体内膜上存在与水裂解有关的酶 D．线粒体外膜上有转运葡萄糖的载体蛋白 【答案】B 【详解】A、细胞膜内外的蛋白质分布不对称，如糖蛋白仅位于外侧，A错误； B、温度影响膜的流动性，进而影响膜蛋白运动速度，B正确； C、水裂解发生在叶绿体类囊体膜，而非内膜，C错误； D、葡萄糖在细胞质基质分解，线粒体不转运葡萄糖，D错误。 故选B。 [例2]植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSI和PSII光复合体，PSII光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSII光复合体上的蛋白质LHCII，通过与PSII结合或分离来增强或减弱对光能的捕获（如图所示）。LHCⅡ与PSII的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是（    ） A．叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSII光复合体对光能的捕获降低 B．Mg2+含量减少会导致PSII光复合体对光能的捕获减弱 C．弱光下LHCⅡ与PSII结合，利于对光能的捕获 D．PSII光复合体分解水可以产生H+、电子和O2 【答案】A 【详解】A、LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化，叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ与PSⅡ分离减少，PSIⅡ光复合体对光能的捕获增强，A错误； B、Mg2+是叶绿素的组成成分，其含量减少会导致PSⅡ光复合体上的叶绿素含量减少，导致对光能的捕获减弱 ，B正确； C、弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，增强对光能的捕获，C正确； D、PSⅡ光复合体能吸收光能，并分解水，水的光解产生H+、电子和O2，D正确。 故选A。 [例3]1881年，恩格尔曼把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内，在黑暗中用极细的光束照射水绵，发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中，如果把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光部位：用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，大量需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，下列叙 述中错误的是（    ） A．需氧细菌利用水绵释放的氧气，在线粒体内膜上完成有氧呼吸第三阶段 B．恩格尔曼的实验直接证明叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 C．用极细的光束照射叶绿体，分为光照部位和无光照部位，是一组对照实验 D．叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用 【答案】A 【分析】恩吉尔曼把载有水绵和好氧性细菌的临时装片放在无空气的黑暗环境里，用极细的光束照射水绵。显微镜观察发现，好氧性细菌只集中在叶绿体被光束照射到的部位附近，说明这些部位释放了氧气，即水绵的这些部位进行了光合作用，从而说明光合作用的场所是叶绿体。 【详解】A、需氧细菌属于细菌，是原核生物，没有线粒体，其有氧呼吸过程主要在细胞质基质和细胞膜上进行，A错误； B、恩格尔曼的实验通过观察需氧细菌在水绵表面的分布，直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧，B正确； C、用极细的光束照射水绵的叶绿体，曝光部位是水绵在自然状态下的生长状态，故为对照组，未曝光的部位是人为处理后（黑暗）的条件，故应为实验组，可以更加准确地判断产生氧气的部位是叶绿体，从而得出叶绿体是光合作用的场所的结论，C正确； D、叶绿体中的色素在光合作用中所起的主要作用是吸收可见的太阳光，其中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，D正确。 故选A。 [例4]在探索叶绿体功能的过程中，恩格尔曼设计并完成了两个实验：①把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内，在黑暗中用极细的光束照射水绵，发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中；如果把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光部位。②用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，大量需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。下列叙述错误的是（    ） A．恩格尔曼的实验①直接证明叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 B．根据恩格尔曼的实验②可以推测光合色素主要吸收红光和蓝紫光 C．恩格尔曼的两个实验之间形成相互对照证明叶绿体是光合作用的场所 D．水绵释放的氧气可以供给需氧细菌和水绵自身完成有氧呼吸第三阶段 【答案】C 【分析】恩吉尔曼把载有水绵和好氧性细菌的临时装片放在无空气的黑暗环境里，用极细的光束照射水绵。显微镜观察发现，好氧性细菌只集中在叶绿体被光束照射到的部位附近，说明这些部位释放了氧气，即水绵的这些部位进行了光合作用，从而说明光合作用的场所是叶绿体。 【详解】A、恩格尔曼的实验通过观察需氧细菌在水绵表面的分布，直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧，A正确； B、叶绿体中的色素在光合作用中所起的主要作用是吸收可见的太阳光，其中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，B正确； C、用极细的光束照射水绵的叶绿体，曝光部位是水绵在自然状态下的生长状态，故为对照组，未曝光的部位是人为处理后（黑暗）的条件，故应为实验组，可以更加准确地判断产生氧气的部位是叶绿体，从而得出叶绿体是光合作用的场所的结论，C错误； D、有氧呼吸的第三阶段消耗氧气，所以水绵释放的氧气可以供给需氧细菌和水绵自身完成有氧呼吸第三阶段，D正确。 故选C。 难点知识一 绿叶中色素的提取和分离实验 1．实验：绿叶中色素的提取和分离 （1）实验原理 试剂 原理 提取 无水乙醇 绿叶中的色素溶于有机溶剂无水乙醇 分离 层析液 各种色素在层析液中的溶解度不同，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 ①提取色素：鲜嫩、颜色深绿的叶片（色素含量高）；称取、剪碎；加入SiO2（帮助研磨充分）和CaCO3（保护叶绿素，研磨过程细胞会释放有机酸）、10ml无水乙醇（溶解色素，可以用体积分数为95%的乙醇加适量无水碳酸钠来代替），迅速研磨并用单层尼龙布（防止滤纸吸附色素）过滤，过滤后及时用棉塞将试管塞严 ②制备滤纸条：减去两角（提醒：保证色素带整齐） ③画滤液细线：待滤液干后，重复1—2次（积累更多色素） ④分离绿叶中的色素：滤液线不能触及层析液（不同溶解度的色素扩散速度不同），防止色素溶解在层析液中。 （3）实验结果分析 ①色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有四种色素。 ②色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此种色素含量越多。色素带最宽的是叶绿素a，最窄的是胡萝卜素，叶绿素b的色素带比叶黄素的稍宽。 ③色素带扩散速度与溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越高。 （4）绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析 ①收集到的滤液绿色过浅 1）未加二氧化硅，研磨不充分。 2）使用放置数天的绿叶，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。 ②滤纸条色素带重叠 1）滤纸条未经干燥处理。 2）滤液线未达到细、直、齐的要求。 ③滤纸条上没有色素带 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。 4．藻类中色素种类及光在海水中的分布 藻类 色素种类 含量最多的色素 分布及主要吸收的光 绿藻 叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，反射绿光 浅水层；主要吸收红光和蓝紫光 褐藻 叶绿素a、叶绿素c、胡萝卜素、6种叶黄素 某种叶黄素主要吸收绿光和蓝紫光，反射红黄光 中水层；主要吸收绿光和蓝紫光 红藻 叶绿素a、叶绿素d、胡萝卜素、叶黄素、藻红素、藻蓝素 藻红素主要吸收蓝紫光，反射红光 深水层；主要吸收蓝紫光 命题角度1 绿叶中色素的提取和分离实验过程 在做绿叶中色素的提取和分离实验时，甲、乙、丙三名同学使用相关试剂的情况如下表所示(“+”表示使用，“-”表示未使用) ，其余操作均正常。他们所得的实验结果依次为（    ） 相关试剂 甲 乙- 丙 无水乙醇 一 + + 水 + 一 一 碳酸钙 + + + 二氧化硅 + + 一 A．①②③ B．①③② C．②③① D．③②① 【答案】B 【分析】提取绿叶中的色素，研钵中除了加入剪碎的5g绿叶外，还需放入少许SiO2、CaCO3、无水乙醇。正常情况下纸层析的实验结果为，滤纸条上的4条色素带的颜色，从上往下依次是：橙黄色（胡萝卜素）、黄色（叶黄素）、蓝绿色（叶绿素a）、黄绿色（叶绿素b）。 【详解】甲同学没有加入无水乙醇，因为色素不溶于水，所以得不到色素带，如图中①；乙同学操作正确，所以色素带正常，如图中③；丙同学没加SiO2，研磨不充分，所有色素含量都少，如图中②。因此他们所得的实验结果依次为①③②，B正确，ACD错误。 故选B。 苋菜叶片细胞中除了叶绿体含有色素外，液泡中也含有溶于水但不溶于有机溶剂的花青素（呈现红色）。某探究小组用50%的乙醇提取苋菜叶片中的色素，然后用层析液分离。层析结束后滤纸条上色素带由上到下，叙述正确的是（    ） A．第四条色素带对应的色素在层析液中溶解度最小 B．第一条色素带的带宽比第二条色素带窄 C．第三条色素带对应的色素是呈现黄绿色的叶绿素b D．如果采用圆形滤纸法分离色素，则最外一圈的颜色为红色 【答案】B 【分析】液泡中含有溶于水但不溶于有机溶剂的花青素，不能进行光合作用，用90%的乙醇提取苋菜叶片中的色素时，只能提取到叶绿体中的色素，用层析液分离时，可以得到四条色素带，从上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。 【详解】层析结果会出现5条色素带，自上而下第1条为橙黄色的胡萝卜素，第2条为黄色的叶黄素，以上2种色素主要吸收蓝紫光，其中胡萝卜素的含量最低，故色素带最窄，第3条为蓝绿色的叶绿素a，第4条为黄绿色的叶绿素b，以上2种色素主要吸收红光和蓝紫光。因为花青素溶于水，提取时如使用50%的乙醇可提取到花青素，同时根据花青素不溶于有机溶剂的特性和色素分离的原理，纸层析时，划在滤液细线上的花青素几乎不发生扩散，所以第5条应为红色的花青素，如果采用圆形滤纸法分离色素，则最外一圈的颜色为胡萝卜素（橙黄色），所以B说法正确。故选B。 命题角度2 绿叶中色素的提取和分离实验分析 迁移率是用纸层析法分离混合色素中各种成分的重要指标，也可用于各种色素的鉴定，迁移率=色素移动距离/溶剂移动距离。下表是叶绿体中各种色素的层析结果（部分数据），下列相关叙述错误的是 溶剂移动距离 色素1移动距离 色素2移动距离 色素3移动距离| 色素4移动距离 实验组1 7.8 1.9 实验组2 8.2 1.5 实验组3 8.0 1.4 平均移动距离 8.0 7.6 0.8 迁移率 0.95 0.53 0.10 A．可用菠菜等绿叶蔬菜的叶片作为该实验的材料 B．色素3是叶绿素a，其迁移率为0.2 C．色素4随层析液在滤纸条上的扩散速度最快 D．色素2在滤纸条上移动的距离大约是4.2 【答案】C 【详解】据表格分析，色素3平均移动距离=（1.9+1.5+1.4）/3=1.6；其迁移率=色素移动距离/溶剂移动距离=1.6/8.0=0.20。再根据迁移率的大小确定色素的溶解度的高低，因此色素1表示胡萝卜素，色素2表示叶黄素，色素3表示叶绿素a，色素4表示叶绿素b。 提取与分离色素的实验可用含色素较多的菠菜叶作为实验材料，A正确；根据前面的分析可知，色素3是叶绿素a，其迁移率为0.2，B正确；色素4表示叶绿素b，根据纸层析法原理“四种色素在层析液中溶解度不同，溶液度高的扩散速度快”，结果是胡萝卜素(橙黄色)最快、叶黄素(黄色)次之、之后是叶绿素a(蓝绿色)，最慢的是叶绿素b(黄绿色)，C错误；根据“迁移率=色素移动距离/溶剂移动距离”,色素2在滤纸条上移动的距离=0.53×8.0≈4.2，D正确。 如图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上层析分离的情况，以下叙述正确的是（    ） A．提取色素时加入碳酸钙是为了防止研磨中色素被破坏，加入层析液是为了提取色素 B．若选用同种但失绿变黄的叶片，色素含量可能是（甲＋乙）＜（丙＋丁） C．四种色素都能溶解在层析液中，乙色素的溶解度最大 D．使四种光合色素在滤纸上层析分离的层析液是无水乙醇 【答案】B 【分析】1、分离色素的原理是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。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）。 2、根据题意和图示分析可知：丁为胡萝卜素，丙为叶黄素，乙为叶绿素a，甲为叶绿素b。 【详解】A、提取色素时加入碳酸钙是为了防止研磨中色素被破坏，加入无水乙醇是为了提取色素，A错误； B、根据题意和图示分析可知：丁为胡萝卜素，丙为叶黄素，乙为叶绿素a，甲为叶绿素b。失绿变黄的叶片叶绿素含量较低，所以色素含量可能是（甲+乙）＜（丙+丁），B正确； C、四种色素都能溶解在层析液中，丁扩散距离最远，说明丁（胡萝卜素）色素的溶解度最大，C错误； D、使四种光合色素在滤纸层析分离的层析液不是无水乙醇，是石油醚、丙酮、苯的混合物，D错误。 故选B。 命题角度3 色素的吸收光谱 某同学分别利用韭菜和韭黄（韭菜种子在避光条件下培养而来）进行叶绿体中色素的提取和分离实验，结果如图所示。用分光光度法（一束单色光通过溶液时，溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比）可以测定每组各种光合色素含量。据图分析正确的是（    ） A．用层析液提取色素时，未添加碳酸钙对韭黄造成的影响比韭菜更小 B．避光条件培养对韭黄中类胡萝卜素的含量基本无影响 C．若韭菜叶绿素含量明显下降，但光合速率下降趋势反而变缓，是因为液泡中色素增多 D．用分光光度法测定叶绿素的含量时主要使用绿光波段 【答案】B 【分析】光合色素能溶于有机溶剂，所以可用无水乙醇来提取色素；四种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度越大，随着层析液扩散的速度越快，否则越慢，所以能用层析液将四种色素分离。在光下生长的韭菜能合成叶绿素，因此最后可以分离得到四条色素带（①胡萝卜素、②叶黄素、③叶绿素a、④叶绿素b），而暗处生长的韭黄，不能合成叶绿素，所以最后只能得到两条色素带（胡萝卜素、叶黄素）。 【详解】A、提取色素时用提取液不用层析液。提取色素时，研磨时加碳酸钙主要是防止叶绿素分子被破坏，韭黄中不含叶绿素，因此未添加碳酸钙对韭黄造成的影响更小，层析液是用于分离色素，A错误； B、根据两种叶片色素的分离结果可看出，类胡萝卜素色素带的宽度基本相似，说明避光条件对类胡萝卜素的合成基本上不会造成影响，B正确； C、若韭菜叶绿素含量明显下降，但光合速率下降趋势反而变缓，是由于吸收的光能减少，光反应产生的ATP和NADPH可以充分地用于暗反应C3的还原，液泡中的色素不具有光合作用能力，与此过程无关，C错误； D、叶绿素在红光区和蓝光区各有一个吸收峰，用分光光度法测定光合色素提取液中叶绿素含量时通常选用叶绿素在红光区的吸收峰波长，D错误。 故选B。 图甲是绿叶中色素的吸收光谱图，图乙是绿叶中色素分离的结果。下列叙述正确的是（　　） A．形成图甲中曲线①的色素分别对应图乙中条带1和条带2 B．图甲中曲线②和③对应的色素主要吸收蓝紫光 C．图乙中的条带3在层析液中的溶解度最大 D．秋天植物叶片变黄是因为图乙中的条带3、4转化为1 【答案】A 【分析】分析图甲，①表示类胡萝卜素，主要吸收蓝紫光，②是叶绿素b，③表示叶绿素a，②③统称为叶绿素，主要吸收红光和蓝紫光。分析图乙，条带1是胡萝卜素，条带2是叶黄素，条带3是叶绿素a，条带4是叶绿素b。 【详解】A、图甲中①为类胡萝卜素，对应图乙中的条带1胡萝卜素和条带2叶黄素，A正确； B、②是叶绿素b，③表示叶绿素a，②③统称为叶绿素，主要吸收红光和蓝紫光，B错误； C、溶解度大的色素随层析液在滤纸上扩散的快，位于滤纸条的最上端，条带1在层析液中的溶解度最大，C错误； D、秋天植物叶片变黄是因为图乙中的3、4被分解，叶黄素和胡萝卜素成为主要成分，所以最终叶片变黄，D错误。 故选A。 难点知识二 叶绿体的结构及恩格尔曼实验 1．叶绿体的结构和功能 （1）叶绿体的形态：扁平的椭球形或球形。 （2）叶绿体的结构模式图 ①结构 ↓决定 ②功能：进行光合作用的场所。 ↑证明 ③恩格尔曼的实验：需氧细菌只分布在叶绿体有光束照射的部位。 2．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。 命题角度1 叶绿体的结构和功能 下列事实或依据中，不能支持叶绿体是光合作用的场所这一结论的是（    ） A．类囊体堆叠形成基粒，增大叶绿体的膜面积 B．类囊体的薄膜上分布着许多吸收光能的色素分子 C．叶绿体具有膜结构，能把叶绿体与细胞质基质分隔开 D．类囊体薄膜和叶绿体基质中含有与光合作用有关的酶 【答案】C 【分析】叶绿体是具有双层膜结构的细胞器，是进行光合作用的场所，其类囊体薄膜上分布有光合色素，可吸收、传递和转化光能，且叶绿体的类囊体薄膜上和基质中分布有多种与光合作用有关的酶。 【详解】A、许多类囊体堆叠形成基粒，增大叶绿体的膜面积，为光反应过程所需要的色素和酶的附着提供了广阔的膜面积，因而叶绿体可作为光合作用的场所，不符合题意，A错误； B、类囊体的薄膜上分布着许多吸收光能的色素分子，因而可以作为光反应的场所，不符合题意，B错误； C、叶绿体有双层膜结构，能把叶绿体与细胞质基质分隔开，这不支持叶绿体是光合作用的场所，符合题意，C正确； D、类囊体薄膜和叶绿体基质中含有与光合作用有关的酶，因此叶绿体可以作为光合作用的场所，不符合题意，D错误。 故选C。 图甲是叶绿体结构示意图，①~④代表相关结构；图乙表示绿叶中色素分离的结果，A~D代表4种色素。下列相关叙述错误的是（　　） A．色素C在层析液中的溶解度最大 B．②上与光反应有关的色素对绿光吸收较少 C．②上形成的NADPH和ATP进入④，参与暗反应 D．若用黄化叶片做提取色素实验，则C色素带和D色素带有变化 【答案】A 【分析】分析甲图：①为内膜，②为基粒，③为外膜，④为叶绿体基质。分析乙图：A为胡萝卜素（橙黄色），B为叶黄素（黄色），C为叶绿素a（蓝绿色），D为叶绿素b（黄绿色）。 【详解】A、色素A扩散最快，其在层析液中的溶解度最大，A错误； B、②是类囊体，含有光合色素，主要吸收蓝紫光和红光，对绿光吸收较少，B正确； C、②（类囊体）上形成的NADPH和ATP进入④（叶绿体基质），参与暗反应，C正确； D、黄化叶片中叶绿素分解，若用黄化叶片做提取色素实验，则C（叶绿素a）和D（叶绿素b）色素带消失、变淡或变窄，D正确。 故选A。 命题角度2 恩格尔曼实验 科学家恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现好氧细菌大量聚集在如图所示区域。以下分析不正确的是（    ） A．实验过程中装片需放置在黑暗环境中是为了设置自变量 B．水绵光合作用产生的O2能进入细菌的线粒体与[H]结合生成H2O C．图中细菌分布的差异是水绵在不同区域光合作用强度不同造成的 D．水绵的叶绿体螺旋状分布在细胞中有利于实验的进行 【答案】B 【分析】由图可知好氧菌聚集在红光区和蓝紫光区，这是由于叶绿体中的色素能够利用这两种光进行光合作用产生氧气。 【详解】A、实验过程不同颜色的光为自变量，装片需放置在黑暗环境中是为了设置自变量，A正确； B、细菌属于原核生物，细菌不含有线粒体，B错误； C、图中细菌分布的差异是因为氧气含量不同，也就是水绵不同区域光合作用强度不同造成的，C正确； D、水绵具有细而长的带状叶绿体且螺旋状地分布在细胞中，有利于实验的观察和分析，D正确。 故选B。 德国科学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将棱镜产生的光谱投射到丝状水绵上，并在水绵悬液中放入好氧细菌，观察细菌的聚集情况。他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。这个实验的结论是（    ） A．好氧细菌集中的地方，氧气浓度高，水绵光合作用强 B．好氧细菌集中的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强 C．细菌对不同的光的反应不同，细菌集中的地方，细菌光合作用强 D．好氧细菌的线粒体中大量消耗O2使水绵光合作用速率加快，则该种光有利于光合作用 【答案】A 【分析】恩格尔曼的试验巧妙的利用了好氧性细菌会聚集在氧气含量高的部位，得出了光合作用的场所为叶绿体，产物之一为氧气。该细菌的异化作用的类型为需氧型，水绵的同化方式为自养型。 【详解】A、好氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，说明水绵的该部位光合作用强，A正确； B、好氧细菌聚集多的地方，说明光合作用产生的氧气多，B错误； C、对不同的光的反应不同，细菌聚集多的地方，表明水绵在该部位的光合作用强，C错误； D、水绵主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用并向外释放氧气，使好氧细菌集中在两个区域，细菌是原核生物，细胞中没有线粒体，D错误。 故选A。 1．图表示新鲜菠菜叶中四种色素的相对含量及在滤纸条上的分离情况,下列说法正确的是（　　） A．叶绿体中的四种色素分布在类囊体薄膜上和基质中 B．四种色素均可用有机溶剂无水乙醇溶解并分离 C．四种色素在层析液中溶解度最大的是丁 D．发黄菠菜叶中色素含量显著减少的是丙和丁 【答案】C 【详解】A、在叶绿体中，与光合作用有关的四种色素分布在类囊体薄膜上，A错误； B、叶绿体中的四种色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以用无水乙醇可提取叶绿体中的色素；不同的色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的色素分子随层析液在滤纸条上扩散得快，溶解度低的色素分子随层析液在滤纸条上扩散得慢，因而可用层析液将不同色素分离，B错误； C、溶解度越大，与滤液细线的相对距离越远，四种色素在层析液中溶解度最大的是丁（胡萝卜素），C正确； D、由于叶绿素不稳定容易分解，所以在发黄的菠菜叶中含量显著减少的是甲（叶绿素b）和乙（叶绿素a），D错误。 故选C。 2．下列用新鲜的菠菜叶片进行色素提取、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．为使光合色素充分溶解利于提取，无水乙醇要尽量加多一些 C．未加 SiO2不会影响滤纸条上的色素带条数 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液挥发而消失 【答案】C 【详解】A、CaCO3的作用是防止研磨时叶绿素被细胞液中的有机酸破坏，需在研磨前与叶片、SiO2一同加入，若研磨后加入，叶绿素可能已被破坏，无法发挥保护作用，A错误； B、无水乙醇用于溶解色素，加入过多会导致色素溶液浓度过低，层析时色素带颜色过浅，难以观察，B错误； C、SiO2的作用是使研磨更充分，以提取更多色素。若未加 SiO2，只会减少色素提取量，层析后色素带颜色变浅，但不会影响色素种类和条带数量，C正确； D、叶绿素不稳定，易分解，需及时记录，即不是随溶液挥发而消失，D错误。 故选C。 3．下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，错误的是（　　） A．用盖玻片蘸印法得到的滤液细线细、直、均匀，且操作简单 B．用纸层析法分离色素时，扩散最快的是胡萝卜素且其含量最低 C．若用韭黄进行实验可得到2条色素带，颜色分别为橙黄色和黄色 D．若用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带，花青素位于最上端 【答案】D 【详解】A、盖玻片蘸印法利用盖玻片边缘蘸取滤液，按压在滤纸条上，可得到细、直、均匀的滤液细线，操作简便，A正确； B、纸层析法中，胡萝卜素溶解度最高，扩散最快，含量最低的是胡萝卜素，色素带最窄，B正确； C、韭黄因缺乏光照，叶绿素未形成，仅含类胡萝卜素（胡萝卜素和叶黄素），提取后出现橙黄色和黄色2条带，C正确； D、花青素为水溶性色素，存在于液泡中，而实验使用脂溶性层析液，花青素无法溶解扩散，故滤纸条上仍为4条色素带，D错误。 故选D。 4．海洋中有多种藻类，红藻和蓝细菌的光合色素主要是藻胆素和叶绿素a构成，藻胆素(包括藻蓝素和藻红素)是辅助色素之一，藻胆素与蛋白质紧密结合形成难溶于有机溶剂但可溶于稀盐溶液的各种藻胆蛋白。这些藻胆蛋白最终附着在膜结构上，使不同藻胆素吸收的光能最终都传递给叶绿素a作用中心来参与光反应过程，其结构和传递过程如下图。下列描述正确的是（    ） A．红藻光合色素的吸收光谱和绿藻相比存在明显差别 B．可用无水乙醇来提取红藻中不同的藻胆蛋白，并用层析液进行分离 C．藻胆素吸收的光能可直接用于光反应中ATP 的合成 D．蓝细菌和红藻的藻胆蛋白附着在叶绿体的类囊体薄膜上 【答案】A 【详解】A、红藻的光合色素主要包括藻胆素和叶绿素a，而绿藻的光合色素主要以叶绿素a和b为主，且它们的吸收光谱也有差别，A正确； B、题意显示，藻胆素与蛋白质紧密结合形成难溶于有机溶剂但可溶于稀盐溶液的各种藻胆蛋白，而无水乙醇是一种有机溶剂，因此不能用无水乙醇来提取红藻中不同的藻胆蛋白，B错误； C、题意显示，不同藻胆素吸收的光能最终都传递给叶绿素a作用中心来参与光反应过程，可见藻胆素吸收的光能不能直接用于光反应中ATP 的合成，还需要叶绿素a的作用，C错误； D、蓝细菌为原核生物，细胞中没有叶绿体这一结构，因此其中的色素不会存在于叶绿体的类囊体薄膜上，D错误。 故选A。 5．提取光合色素，进行纸层析分离，对该实验中各种现象的解释，正确的是（    ） A．未见色素带，说明材料可能为黄化叶片 B．色素始终在滤纸上，是因为色素不溶于层析液 C．提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素b D．胡萝卜素距离划线处最远，是因为其在提取液中的溶解度最高 【答案】C 【详解】A、未见色素带，其原因是操作失误，一般选用的是浓绿、幼嫩的叶片，如果是黄化叶片，也可见胡萝卜素和叶黄素的色带，A错误； B、叶绿体中的色素是有机物，能够溶解在有机溶剂层析液中， B错误； C、由于叶绿素（包括叶绿素a和叶绿素b）含量比类胡萝卜素多，所以提取液呈绿色， C正确； D、因为胡萝卜素在层析液中的溶解度最高，在层析液中扩散得最快，所以胡萝卜素距离划线处最远， D错误。 故选C。 6．下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述正确的是（　　） A．在色素的提取过程中需向研钵中加入少量二氧化硅，目的是防止叶绿素被破坏 B．在滤纸条上划出一条滤液细线后紧接着重复划线2～3次，可使最后形成的色素带更清晰 C．叶绿素a在层析液中溶解度最大，分离后在滤纸条上形成的色素带最宽 D．若滤纸条上未见明显的色素带，可能是分离时层析液没过了滤液细线 【答案】D 【详解】A、二氧化硅的作用是使研磨更充分，而防止叶绿素被破坏的是碳酸钙，A错误； B、重复划线需等前一次滤液干燥后进行，否则会导致色素带重叠或扩散，无法清晰分离，B错误； C、叶绿素a含量最高，故其色素带最宽，但叶绿素a的溶解度在层析液中低于类胡萝卜素，C错误； D、若层析液浸没滤液细线，色素会溶解于层析液而无法在滤纸条上分离，导致无色素带，D正确。 故选D。 7．红枫叶肉细胞的液泡中含有水溶性的花青素，会使红枫叶片在特定季节呈红色。为研究红枫春季叶色变化规律，某兴趣小组测定了红枫春季叶色变化过程中叶片的叶绿素、花青素含量，获得花青素与总叶绿素比值如图所示。下列有关叙述正确的是（    ） A．花青素与叶绿素位于类囊体膜，都能吸收转化光能 B．两类色素均能溶于无水乙醇中，可用纸层析法分离 C．随春季时间推移，枫叶中的各色素含量均逐渐下降 D．春季红枫叶片呈红色，预测夏季时叶片会转为绿色 【答案】D 【详解】A、花青素位于液泡中，不在叶绿体；而叶绿素位于叶绿体类囊体膜上，叶绿素可以吸收转化光能，花青素不能，A错误； B、花青素溶于水中，难溶于无水乙醇，而叶绿素易溶于有机溶剂无水乙醇中，叶绿素可用纸层析法分离，花青素不能用纸层析法分离，B错误； C、题图表示花青素与总叶绿素比值随着春季时间推移逐渐下降，表明枫叶中花青素含量可能逐渐下降，而总叶绿素含量可能逐渐上升，C错误； D、 水溶性的花青素，会使红枫叶呈红色，随着春季时间推移，枫叶中花青素含量可能逐渐下降，而总叶绿素含量可能逐渐上升，预测夏季时叶片会转为绿色，D 正确。 故选D。 8．19世纪末，恩格尔曼用一个棱镜将阳光散射成七色光，并使之落在水绵上，再在系统里加入一群好氧性细菌，实验结果如下图，下列叙述正确的是（    ） A．水绵细胞的叶绿体主要吸收红光和蓝紫光，不吸收绿光 B．好氧性细菌利用光合作用产生的氧气最终在线粒体内膜上产生水 C．水绵的叶绿体中含有叶绿素和藻蓝素 D．吸收光能的色素存在于叶绿体的类囊体薄膜上 【答案】D 【分析】恩格尔曼把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在无空气的黑暗环境中，用极细的光线束照射水绵的叶绿体。水绵具有螺旋带状叶绿体，便于实验观察，放在无空气的条件下，可排除空气中的氧气对实验的影响。 【详解】A、水绵为低等植物，它含螺旋带状叶绿体，能进行光合作用，而叶绿体中的色素能够吸收红光和蓝紫光，也能吸收绿光，只是吸收量很少，A错误； B、好氧性细菌为原核生物，无线粒体，但可在细胞质和细胞膜上进行有氧呼吸，B错误； C、水绵细胞内能吸收光能的色素有叶绿素和类胡萝卜素，C错误； D、光合作用的光反应阶段需要色素的参与，类囊体薄膜因其上分布有许多吸收光能的色素分子，所以在此进行光反应，D正确。 故选D。 9．恩格尔曼把载有水绵（具有带状叶绿体）和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境里，然后用极细的光束照射水绵的局部区域，如下图所示。一段时间后，好氧细菌将大量聚集的区域是（    ） A．① B．② C．③ D．④ 【答案】A 【分析】1、用极细的光束照射水绵，好氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中，说明氧气的释放需要光照、产生氧气的场所是叶绿体。 2、黑暗环境下，用极细光束照射水绵，则含有叶绿体的部位会进行光合作用，释放氧气，好氧细菌的生存需要氧气，因而会集中在氧气含量高的部位，故好氧细菌会聚集在①部位。 【详解】A、①处由极细光束和叶绿体，因而会进行光合作用，释放氧气，故好氧细菌会集中在该部位，A正确； B、②处无光照，故不能进行光合作用，好氧细菌不会集中，B错误； C、③处有光照，但无叶绿体，故不能进行光合作用，好氧细菌不会集中，C错误； D、④处既无光照也无叶绿体，故不能进行光合作用，好氧细菌不会集中，D错误。 故选A。 10．恩格尔曼用水绵和需氧细菌做了两个实验，现象分别如图。有关说法不正确的是（　　） A．选择水绵为材料，其叶绿体呈螺旋带状分布是重要因素之一 B．选择需氧细菌是为了证明光合作用释放的氧气来自水的分解 C．实验1可以证明叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气 D．实验2可以证明蓝紫光和红光是光合作用效率较高的光 【答案】B 【分析】恩格尔曼采用水绵、好氧细菌和极细光束进行对照实验，发现光合作用的场所是叶绿体。 【详解】A、恩格尔曼选择水绵和好氧细菌进行实验，是因为水绵的叶绿体呈螺旋式带状分布，便于观察，而好氧细菌可确定释放氧气多的部位，A正确； B、实验通过观察好氧细菌的分布来确定氧气产生的位置，B错误； C、实验1中需氧细菌集中分布在有光束照射的叶绿体部位，可以证明叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气，C正确； D、实验2需氧细菌多集中分布在红光和蓝紫光区域，故可以证明蓝紫光和红光是光合作用效率较高的光，D正确。 故选B。 11．I：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。 Ⅱ：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，利用黑白瓶法测得结果为初始溶氧量为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Ⅱ结果分析，细菌X主要密集分布在波长为400—450nm和650—700nm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水绵的临时装片； 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。 【答案】（1）水绵细胞中的叶绿体分布呈带状，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—700nm）和蓝紫光（400—450nm）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—700nm的光区 【解析】光合作用是指绿色植物通过叶绿体利用光能将水和二氧化碳转变为储存能量的有机物，同时释放氧气的过程。光合作用可以分为光反应和暗反应两个阶段。影响光合作用的主要环境因素有光照强度、温度和二氧化碳浓度等。恩格尔曼的实验证明了光合作用的场所是叶绿体，氧气是光合作用过程中释放的，恩格尔曼的改进实验说明了光合色素主要吸收红光和蓝紫光。 【详解】（1）水绵细胞中的叶绿体分布呈带状，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）白瓶溶氧量的变化（B-A）表示净光合作用释放的氧气量，黑瓶溶氧量的变化（A-C）表示呼吸速率消耗的氧，总光合速率=净光合速率+呼吸速率=（B-C）/M。 （3）水绵光合色素主要吸收红光（650—700nm）和蓝紫光（400—450nm）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红光和蓝紫光照射的区域。 （4）实验目的是验证类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，所以可让自然光透过装有类胡萝卜素提取液的试管，由于蓝紫光被吸收，使水绵主要吸收红光进行光合作用，在650—700nm光区产生氧气相对较多，细菌X在此区域密集分布，所以与对照组相比，若实验组细菌X主要密集分布在波长为650—700nm的光区，则可验证类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。 12．1880年恩格尔曼把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有氧气的黑暗环境中，然后用极细的光束照射水绵。他发现好氧细菌只向被光束照射到的部位集中；如果临时装片暴露在光下，细菌则分布在所有受光的部位。请回答下列问题： （1）恩格尔曼的实验设计非常巧妙，试从实验材料的角度进行分析 ①水绵的 ，便于观察。 ②可通过观察 准确判定光合作用进行的部位。 （2）在研究不同光质与光合作用的关系时，恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的好氧细菌聚集在M 光区域（填光的类型）。某同学对好氧细菌聚集在M光区域有如下两种解释：①好氧细菌趋氧引起的；②好氧细菌趋M光区域引起的。请你补充实验排除解释②，要求简要写出实验思路和预期结果。 实验思路： 。 预期结果： 。 【答案】（1）叶绿体呈带状（且螺旋状分布） 好氧细菌的（集中）分布 （2）红光和蓝紫 把载有有死水绵和好氧细菌的临时装片放在没有氧气的黑暗环境中，之后用透过三棱镜的光（M光/红光和蓝紫光）照射临时装片，一段时间后观察装片中好氧细菌分布情况 好氧细菌均匀地分布在死水绵周围 【分析】1、用极细的光束照射水绵，好氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中，说明氧气的释放需要光照、产生氧气的场所是叶绿体。 2、绿色植物的光合作用是指绿色植物在细胞的叶绿体里，利用光能，把二氧化碳和水合成有机物，释放氧气，同时把光能转化成化学能储存在制造的有机物中的过程。 【详解】（1）①用水绵作为实验材料是因为水绵的叶绿体呈螺旋式带状分布，便于观察； ②水绵进行光合作用产生氧气，好氧细菌因需氧而集中在水绵产生氧气部位，故可通过观察好氧细菌的分布判断水绵光合作用的部位； （2）叶绿体主要吸收红光与蓝紫光进行光合作用，故好氧细菌会聚集在红光和蓝紫光区域； 该实验要排除好氧菌趋M光区域的可能性，实验设计中要排除氧气对实验结果的干扰，故设置以下实验： 实验思路：把载有有死水绵和好氧细菌的临时装片放在没有氧气的黑暗环境中，之后用透过三棱镜的光（M光/红光和蓝紫光）照射临时装片，一段时间后观察装片中好氧细菌分布情况 由于需要实验预期结果满足好氧细菌不具有趋M光区域的性质，故有以下推断： 预测结果：好氧细菌均匀地分布在死水绵周围 13．盐胁迫是指土壤或生长介质中盐分含量过高对植物造成的一种非生物胁迫。植物在盐胁迫下需要通过多种生理和生化机制来适应和缓解这种压力。回答下列问题： (1)实验室通常用 提取色素。研究人员使用光谱分析仪测量叶绿素含量时，通过检测叶绿素对特定波长的吸收峰值来计算叶绿素含量，一般选择红光，而不是蓝紫光，其原因是 。 (2)研究人员进一步测定了该种植物幼苗生长过程中的生物量变化，结果如图1所示。不同浓度的盐胁迫是否均会造成该种植物生长受到抑制? （填“是”或“否”），判断依据是 。 (3)盐胁迫还会影响根细胞中可溶性糖的含量，因此研究人员测定了该种植物甲、乙两个品系的根细胞中可溶性糖的含量，结果如图2所示。据图2分析，在一定的盐浓度范围内，甲、乙品系的根细胞中的可溶性糖含量均有不同程度的增加，其意义是 。两个品系中更适应盐胁迫环境的是 品系。 【答案】(1) 无水乙醇 叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，选择红光测定叶绿素含量，能够尽可能排除类胡萝卜素对检测的影响 (2) 否 盐浓度为100mmol⋅L-1时，实验组植物幼苗的生物量明显高于对照组 (3) 可溶性糖含量增加可以提高细胞液的渗透压，从而提高根细胞的吸水能力 甲 【分析】光合作用的过程，根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应（碳反应）两个阶段。 【详解】（1）在提取色素时通常选用无水乙醇来做提取试剂，由于叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，因此选择红光测定叶绿素含量，能够尽可能排除类胡萝卜素对检测的影响。 （2）不同浓度的盐胁迫并不都是造成该种植物生长受到抑制，因为盐浓度为100mmol⋅L-1时，实验组植物幼苗的生物量明显高于对照组。 （3）在一定的盐浓度范围内，甲、乙品系的根细胞中的可溶性糖含量均有不同程度的增加，随着可溶性糖含量的增加可以提高细胞液的渗透压，进而提高根细胞的吸水能力，因而提高了植物对抗盐胁迫的能力；根据图示，甲品系中可溶性糖随盐胁迫的程度上升而上升，而乙品系表现为更高浓度的盐胁迫会导致可溶性糖含量下降，因而可判断两个品系中更适应盐胁迫环境的是甲。 14．为提高水稻产量和磷肥利用率，科研人员开展相关研究。请分析回答下列问题： (1)水稻的叶绿素主要分布在叶肉细胞的叶绿体的 上。水稻叶肉细胞中的叶绿素主要吸收 光，实验中分离叶绿素常采用 法。 (2)农作物将光合作用产生的有机物运输至籽粒中，并以淀粉形式储存，称为“籽粒灌浆”，籽粒灌浆情况直接决定农作物产量。研究人员分别检测野生型（WT）和P基因缺失突变型（pho）水稻籽粒重量和有机物合成量，结果如图1和图2所示。据图1可知， 型籽粒重量低且增长缓慢；结合图2结果推测，P蛋白的作用可能是 。 (3)研究表明，P基因在籽粒胚乳高表达。据推测，P蛋白可能是一种磷的转运蛋白，且参与内运和外排两个过程。为进一步确认P蛋白的作用机制，科研人员进行了下列实验： ①科研人员分别测定WT和pho水稻胚乳细胞中磷的含量，若pho胚乳细胞中的磷含量明显 （填“低于”或“高于”）WT胚乳细胞中的磷含量，则可作为P蛋白参与磷的外排过程的证据之一，且以外排作用为主。 ②已知 ADP - 葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）催化胚乳细胞中葡萄糖和磷的利用，最终合成淀粉。科研人员检测 WT 和 pho 水稻胚乳细胞中 AGPase 的表达量和 AGPase 的活性，结果如图 3 和图 4 所示。基于俩图结果表明，pho 水稻胚乳细胞中异常含量的磷既 AGPase 的基因表达，也会 AGPase 的活性。（两空均选填“抑制”或“促进”） ③在正常水稻籽粒灌浆时，磷和葡萄糖等被运入胚乳细胞中，用于淀粉的合成，生成淀粉的同时又会产生磷。基于上述研究分析，该过程产生的“无用”的磷需要被 ，确保 AGPase 能正常催化，这种机制可保证胚乳细胞持续合成淀粉。 【答案】(1) 类囊体薄膜 红光和蓝紫 纸层析 (2) P基因缺失突变 促进葡萄糖合成淀粉 (3) 高于 抑制 抑制 P蛋白及时运出胚乳细胞 【分析】1、分析图1：横坐标（自变量）为时间，纵坐标（因变量）为籽粒重量，根据结果可知，和WT相比，pho籽粒重量低且增长缓慢； 2、分析图2：横坐标（自变量）为水稻品种，纵坐标（因变量）为葡萄糖含量和淀粉含量，根据结果可知，pho组的葡萄糖含量高于WT组，而淀粉含量低于WT组； 3、分析图3：WT组的AGPase的条带比pho组的粗，说明pho组的AGPase的表达量低于WT组； 4、分析图4：横坐标（自变量）为磷的浓度，纵坐标（因变量）为AGPase相对活性，根据结果可知，随着磷浓度的升高，AGPase相对活性降低。 【详解】（1）叶绿体中的色素分布在类囊体薄膜上，所以水稻的叶绿素主要分布在叶肉细胞的叶绿体的类囊体薄膜上。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，因此水稻叶肉细胞中的叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，分离色素时采用纸层析法，故实验中分离叶绿素常采用纸层析法。 （2）据图1可知，相对于WT，P基因缺失突变型（pho）籽粒重量低且增长缓慢；结合图2结果，P基因缺失突变（pho）组葡萄糖含量高于WT，而淀粉含量低于WT，由此推测P蛋白的作用可能是促进葡萄糖转化为淀粉。 （3）①研究表明，P基因在籽粒胚乳高表达。据推测，P蛋白可能是一种磷的转运蛋白，且参与内运和外排两个过程。若以外排作用为主，则pho不能将磷外排出来，导致胚乳中磷含量增多，则pho胚乳细胞中的磷含量明显高于WT胚乳细胞中的磷含量。 ②已知ADP-葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）催化胚乳细胞中葡萄糖和磷的利用，最终合成淀粉。根据图3pho组的AGPase含量明显低于WT组；图4，随着磷浓度的提高，AGPase相对活性越来越低，说明pho水稻胚乳细胞中异常含量的磷既抑制AGPase的基因表达，也抑制AGPase的活性。 ③在正常水稻籽粒灌浆时，磷和葡萄糖等被运入胚乳细胞中，用于淀粉的合成，生成淀粉的同时又会产生磷。根据图4磷浓度高会抑制AGPase的活性，所以为保证胚乳细胞持续合成淀粉，该过程产生的“无用”的磷需要被P蛋白及时运出胚乳细胞，确保AGPase能正常催化。 15．中国的饮食讲究“色、香、味”，颜色会影响消费者对食品的综合评价。某同学拟研究“绿色”食用色素，并以水葫芦为材料进行系列实验： (1)制备叶绿素粗产品：按照“绿色叶片→提取液→过滤液→浓缩液→叶绿素粗产品”的流程进行操作。对绿色叶片进行研磨时，需加入二氧化硅和碳酸钙，这两种试剂的作用分别是 、 。 (2)探究pH对叶绿素稳定性的影响：取一些叶绿素粗产品，配成一定浓度的溶液，于室温（约25℃）下进行如下实验。 组号 叶绿素溶液/mL 调pH至 处理时间/min 溶液颜色 ① 3.0 8.0 10 绿色 ② 3.0 7.0 X 绿色 ③ 3.0 6.0 10 黄绿色 ④ 3.0 5.0 10 黄褐色 注：叶绿素被破坏后变成黄褐色。 ①该实验的自变量是 ，表中X处数值是 ，原因是 。 ②根据实验结果可知，天然叶绿素不能添加至 （从“碱性”“中性”“酸性”中选填）食品中，原因是 。 (3)该同学欲探究叶绿素粗产品中是否含有其他色素，设计了如下表所示实验思路。 实验步骤 操作细节 制备色素溶液 将5mg叶绿素粗产品用5mL① 溶解。 制备滤纸条 将干燥的定性滤纸剪成恰好能置于层析管中的滤纸条，将滤纸条的一端剪去两角，在这一端离边缘1cm处用铅笔画一条细横线。 画滤液细线 用盖玻片边缘蘸取色素溶液，印在滤纸条上细横线处。待溶液干后，重复1到2次。 ② 取适量层析液倒入层析管，将滤纸条剪角的一端朝下插入滤液中，随后用胶塞塞紧层析管管口。注意滤液细线不能③ 。 观察实验结果 在迁移速度最快的色素到达滤纸上沿之前将滤纸条取出，观察色素带的颜色、条数和④ 。 结果分析 若在叶绿素a色素带和叶绿素b色素带的上方出现2条颜色分别为⑤ 的色素带，则说明还有叶黄素和胡萝卜素。 【答案】(1)充分研磨 保护色素 (2)不同的pH 10 处理时间为无关变量，应该保持一致 酸性 酸性环境会破坏叶绿素 (3)无水乙醇 分离色素 触及滤液细线 位置 橙黄色和黄色 【分析】光合色素可以溶解在无水乙醇中，故可以用无水乙醇提取色素；不同的色素在层析液中溶解度不同，故可以用层析液分离色素。 【详解】（1）二氧化硅可以让研磨更充分，碳酸钙可以保护色素，防止色素被破坏。 （2）①本实验目的为探究pH对叶绿素稳定性的影响，自变量是不同的pH，因变量是溶液颜色，处理时间是无关变量，应该保持一致，故X表示10。 ②根据实验结果可知，在酸性环境下，叶绿素会被破坏，故不能将天然叶绿素添加到酸性食品中。 （3）色素可以溶解在无水乙醇中，故应该将5mg叶绿素粗产品用5mL无水乙醇溶解。不同的色素在层析液中的溶解度不同，可以用层析液分离色素。②应该为分离色素，注意滤液细线不能触及层析液，否则会导致实验失败。可以通过观察色素带的颜色、数目、宽度和位置来判断色素的种类和含量。胡萝卜素和叶黄素在层析液中的溶解度较高，随层析液移动较快，会出现在滤纸条的上方，胡萝卜素呈橙黄色，叶绿素呈黄色。 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第5章 细胞的能量供应和利用 第4节 光合作用与能量转化（第一课时） （必会知识+难点强化+必刷好题，三层提升） 必会知识一 绿叶中色素的提取与分离 1．实验原理： （1）色素的提取：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂(无水乙醇或丙酮)中，因此，可以用无水乙醇等有机溶剂来提取叶绿体中的色素。 （2）色素的分离：根据绿叶中色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，从而在扩散过程中将色素分离开来。（提醒：纸层析法） 2．实验步骤： （1）提取步骤 ①称取绿叶、剪碎。 ②研磨：加二氧化硅，增大摩擦，使研磨更加充分；加碳酸钙，防止色素被破坏；加无水乙醇，溶解色素。 ③过滤：用单层尼龙布过滤。 ④收集滤液：及时用棉塞将试管口塞严。 （2）分离步骤： ①制备滤纸条：一端剪去两角，目的是使扩散均匀，防止出现弧形色素带。 ②画滤液细线：细、直、匀，待滤液干后重复一两次。 ③色素分离：将滤纸条插入层析液中，层析液不能触及滤液细线，目的是防止色素溶解在层析液中。 3．实验结果分析： 绿叶中色素的种类 色素种类 色素含量 扩散速度 溶解度 胡萝卜素 最少 最快 最大 类胡萝卜素 (含量约占1/4) 叶黄素 较少 较快 较大 叶绿素a 最多 较慢 较小 叶绿素 (含量约占3/4) 叶绿素b 较多 最慢 最小 [例1]羽衣甘蓝的叶色丰富多变，是冬季重要的观叶植物。某同学将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样，先后置于层析液和蒸馏水中进行层析，过程及结果如图所示。已知1～5代表不同类型的色素。下列分析正确的是（    ） A．5种类型的色素都能溶解在层析液中 B．色素3的条带颜色为黄绿色 C．液泡中含有大量自由水，所以色素5可能存在于植物的液泡中 D．5种类型的色素都能捕获和转化光能 [例2]下列关于“叶绿体色素的提取和分离”实验描述中，不属于实验目的的是（　　） A．了解各种色素的吸收光谱 B．用纸层析法分离色素 C．提取高等植物叶绿体中的色素 D．验证叶绿体中所含色素的种类 [例3]某兴趣小组利用色素的提取和分离技术，设计实验验证：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。下列说法错误的是（　　） A．将暗处生长的韭菜幼苗等分为两组，一组光照，一组暗处理 B．提取色素时加入碳酸钙是为了避免色素被破坏 C．分离色素时滤液细线不能触及层析液，否则色素会被溶解 D．暗处理组缺少自下而上的第3、4条色素带 [例4]用新鲜菠菜叶进行“叶绿体中色素的提取和分离”的实验，下图序号甲～丁表示实验的几个主要操作步骤。请回答下列问题： (1)实验操作步骤的先后顺序是 （用序号和箭头表示） 。步骤乙和丙中液体的颜色分别是 。 (2)步骤甲沿铅笔线画一条细且直的滤液细线，待滤液干后，再 。 (3)步骤丙操作时需要注意，滤液细线不能 层析液。 (4)下图为步骤丙结束时滤纸条上出现的四条色素带示意图，其分布情况正确的是 。 必会知识二 色素的分布和作用 1．分布：叶绿体类囊体薄膜上。 2．作用：吸收、传递、转化光能。 3．吸收光谱： 一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。 [例1]图为用分光光度计测定叶片中两类色素吸收不同波长光波的曲线图，A和B分别为何种色素？（　　） A．叶绿素、类胡萝卜素 B．类胡萝卜素、叶绿素 C．叶黄素、叶绿素a D．叶绿素、胡萝卜素 [例2]科研人员将某绿色植物叶片色素提取液装入含有碳酸钙粉末的色谱柱中，并用石油醚自上而下淋洗，过程及实验结果如图所示。下列叙述错误的是（    ） A．混合色素可以溶解在石油醚中 B．固定相相当于纸层析法中的滤纸条 C．绿色层的色素主要吸收蓝紫光和红光 D．黄色层的胡萝卜素在石油醚中溶解度最小 必会知识三 叶绿体的结构和功能 1．叶绿体的结构 （1）双层膜：外膜、内膜 （2）基粒：由类囊体堆叠而成，分布有色素和与光反应有关的酶（提醒：增大膜面积） （3）叶绿体基质：含有与暗反应有关的酶 2．叶绿体的功能——进行光合作用的场所 3．叶绿体功能的实验验证 （1）第一个实验 实验结论：O2是由叶绿体在光照条件下释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。 （2）第二个实验 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。 实验结论： a．叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。 b．叶绿体主要吸收红光和蓝紫光。（提醒：其他光不是不吸，只是吸收的少） [例1]膜蛋白的种类和功能复杂多样，下列叙述正确的是（　　） A．细胞膜内、外侧的蛋白质呈对称分布 B．温度变化会影响膜蛋白的运动速度 C．叶绿体内膜上存在与水裂解有关的酶 D．线粒体外膜上有转运葡萄糖的载体蛋白 [例2]植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSI和PSII光复合体，PSII光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSII光复合体上的蛋白质LHCII，通过与PSII结合或分离来增强或减弱对光能的捕获（如图所示）。LHCⅡ与PSII的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是（    ） A．叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSII光复合体对光能的捕获降低 B．Mg2+含量减少会导致PSII光复合体对光能的捕获减弱 C．弱光下LHCⅡ与PSII结合，利于对光能的捕获 D．PSII光复合体分解水可以产生H+、电子和O2 [例3]1881年，恩格尔曼把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内，在黑暗中用极细的光束照射水绵，发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中，如果把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光部位：用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，大量需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，下列叙 述中错误的是（    ） A．需氧细菌利用水绵释放的氧气，在线粒体内膜上完成有氧呼吸第三阶段 B．恩格尔曼的实验直接证明叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 C．用极细的光束照射叶绿体，分为光照部位和无光照部位，是一组对照实验 D．叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用 [例4]在探索叶绿体功能的过程中，恩格尔曼设计并完成了两个实验：①把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内，在黑暗中用极细的光束照射水绵，发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中；如果把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光部位。②用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，大量需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。下列叙述错误的是（    ） A．恩格尔曼的实验①直接证明叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 B．根据恩格尔曼的实验②可以推测光合色素主要吸收红光和蓝紫光 C．恩格尔曼的两个实验之间形成相互对照证明叶绿体是光合作用的场所 D．水绵释放的氧气可以供给需氧细菌和水绵自身完成有氧呼吸第三阶段 难点知识一 绿叶中色素的提取和分离实验 1．实验：绿叶中色素的提取和分离 （1）实验原理 试剂 原理 提取 无水乙醇 绿叶中的色素溶于有机溶剂无水乙醇 分离 层析液 各种色素在层析液中的溶解度不同，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 ①提取色素：鲜嫩、颜色深绿的叶片（色素含量高）；称取、剪碎；加入SiO2（帮助研磨充分）和CaCO3（保护叶绿素，研磨过程细胞会释放有机酸）、10ml无水乙醇（溶解色素，可以用体积分数为95%的乙醇加适量无水碳酸钠来代替），迅速研磨并用单层尼龙布（防止滤纸吸附色素）过滤，过滤后及时用棉塞将试管塞严 ②制备滤纸条：减去两角（提醒：保证色素带整齐） ③画滤液细线：待滤液干后，重复1—2次（积累更多色素） ④分离绿叶中的色素：滤液线不能触及层析液（不同溶解度的色素扩散速度不同），防止色素溶解在层析液中。 （3）实验结果分析 ①色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有四种色素。 ②色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此种色素含量越多。色素带最宽的是叶绿素a，最窄的是胡萝卜素，叶绿素b的色素带比叶黄素的稍宽。 ③色素带扩散速度与溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越高。 （4）绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析 ①收集到的滤液绿色过浅 1）未加二氧化硅，研磨不充分。 2）使用放置数天的绿叶，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。 ②滤纸条色素带重叠 1）滤纸条未经干燥处理。 2）滤液线未达到细、直、齐的要求。 ③滤纸条上没有色素带 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。 4．藻类中色素种类及光在海水中的分布 藻类 色素种类 含量最多的色素 分布及主要吸收的光 绿藻 叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，反射绿光 浅水层；主要吸收红光和蓝紫光 褐藻 叶绿素a、叶绿素c、胡萝卜素、6种叶黄素 某种叶黄素主要吸收绿光和蓝紫光，反射红黄光 中水层；主要吸收绿光和蓝紫光 红藻 叶绿素a、叶绿素d、胡萝卜素、叶黄素、藻红素、藻蓝素 藻红素主要吸收蓝紫光，反射红光 深水层；主要吸收蓝紫光 命题角度1 绿叶中色素的提取和分离实验过程 在做绿叶中色素的提取和分离实验时，甲、乙、丙三名同学使用相关试剂的情况如下表所示(“+”表示使用，“-”表示未使用) ，其余操作均正常。他们所得的实验结果依次为（    ） 相关试剂 甲 乙- 丙 无水乙醇 一 + + 水 + 一 一 碳酸钙 + + + 二氧化硅 + + 一 A．①②③ B．①③② C．②③① D．③②① 苋菜叶片细胞中除了叶绿体含有色素外，液泡中也含有溶于水但不溶于有机溶剂的花青素（呈现红色）。某探究小组用50%的乙醇提取苋菜叶片中的色素，然后用层析液分离。层析结束后滤纸条上色素带由上到下，叙述正确的是（    ） A．第四条色素带对应的色素在层析液中溶解度最小 B．第一条色素带的带宽比第二条色素带窄 C．第三条色素带对应的色素是呈现黄绿色的叶绿素b D．如果采用圆形滤纸法分离色素，则最外一圈的颜色为红色 命题角度2 绿叶中色素的提取和分离实验分析 迁移率是用纸层析法分离混合色素中各种成分的重要指标，也可用于各种色素的鉴定，迁移率=色素移动距离/溶剂移动距离。下表是叶绿体中各种色素的层析结果（部分数据），下列相关叙述错误的是 溶剂移动距离 色素1移动距离 色素2移动距离 色素3移动距离| 色素4移动距离 实验组1 7.8 1.9 实验组2 8.2 1.5 实验组3 8.0 1.4 平均移动距离 8.0 7.6 0.8 迁移率 0.95 0.53 0.10 A．可用菠菜等绿叶蔬菜的叶片作为该实验的材料 B．色素3是叶绿素a，其迁移率为0.2 C．色素4随层析液在滤纸条上的扩散速度最快 D．色素2在滤纸条上移动的距离大约是4.2 如图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上层析分离的情况，以下叙述正确的是（    ） A．提取色素时加入碳酸钙是为了防止研磨中色素被破坏，加入层析液是为了提取色素 B．若选用同种但失绿变黄的叶片，色素含量可能是（甲＋乙）＜（丙＋丁） C．四种色素都能溶解在层析液中，乙色素的溶解度最大 D．使四种光合色素在滤纸上层析分离的层析液是无水乙醇 命题角度3 色素的吸收光谱 某同学分别利用韭菜和韭黄（韭菜种子在避光条件下培养而来）进行叶绿体中色素的提取和分离实验，结果如图所示。用分光光度法（一束单色光通过溶液时，溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比）可以测定每组各种光合色素含量。据图分析正确的是（    ） A．用层析液提取色素时，未添加碳酸钙对韭黄造成的影响比韭菜更小 B．避光条件培养对韭黄中类胡萝卜素的含量基本无影响 C．若韭菜叶绿素含量明显下降，但光合速率下降趋势反而变缓，是因为液泡中色素增多 D．用分光光度法测定叶绿素的含量时主要使用绿光波段 图甲是绿叶中色素的吸收光谱图，图乙是绿叶中色素分离的结果。下列叙述正确的是（　　） A．形成图甲中曲线①的色素分别对应图乙中条带1和条带2 B．图甲中曲线②和③对应的色素主要吸收蓝紫光 C．图乙中的条带3在层析液中的溶解度最大 D．秋天植物叶片变黄是因为图乙中的条带3、4转化为1 难点知识二 叶绿体的结构及恩格尔曼实验 1．叶绿体的结构和功能 （1）叶绿体的形态：扁平的椭球形或球形。 （2）叶绿体的结构模式图 ①结构 ↓决定 ②功能：进行光合作用的场所。 ↑证明 ③恩格尔曼的实验：需氧细菌只分布在叶绿体有光束照射的部位。 2．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。 命题角度1 叶绿体的结构和功能 下列事实或依据中，不能支持叶绿体是光合作用的场所这一结论的是（    ） A．类囊体堆叠形成基粒，增大叶绿体的膜面积 B．类囊体的薄膜上分布着许多吸收光能的色素分子 C．叶绿体具有膜结构，能把叶绿体与细胞质基质分隔开 D．类囊体薄膜和叶绿体基质中含有与光合作用有关的酶 图甲是叶绿体结构示意图，①~④代表相关结构；图乙表示绿叶中色素分离的结果，A~D代表4种色素。下列相关叙述错误的是（　　） A．色素C在层析液中的溶解度最大 B．②上与光反应有关的色素对绿光吸收较少 C．②上形成的NADPH和ATP进入④，参与暗反应 D．若用黄化叶片做提取色素实验，则C色素带和D色素带有变化 命题角度2 恩格尔曼实验 科学家恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现好氧细菌大量聚集在如图所示区域。以下分析不正确的是（    ） A．实验过程中装片需放置在黑暗环境中是为了设置自变量 B．水绵光合作用产生的O2能进入细菌的线粒体与[H]结合生成H2O C．图中细菌分布的差异是水绵在不同区域光合作用强度不同造成的 D．水绵的叶绿体螺旋状分布在细胞中有利于实验的进行 德国科学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将棱镜产生的光谱投射到丝状水绵上，并在水绵悬液中放入好氧细菌，观察细菌的聚集情况。他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。这个实验的结论是（    ） A．好氧细菌集中的地方，氧气浓度高，水绵光合作用强 B．好氧细菌集中的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强 C．细菌对不同的光的反应不同，细菌集中的地方，细菌光合作用强 D．好氧细菌的线粒体中大量消耗O2使水绵光合作用速率加快，则该种光有利于光合作用 1．图表示新鲜菠菜叶中四种色素的相对含量及在滤纸条上的分离情况,下列说法正确的是（　　） A．叶绿体中的四种色素分布在类囊体薄膜上和基质中 B．四种色素均可用有机溶剂无水乙醇溶解并分离 C．四种色素在层析液中溶解度最大的是丁 D．发黄菠菜叶中色素含量显著减少的是丙和丁 2．下列用新鲜的菠菜叶片进行色素提取、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．为使光合色素充分溶解利于提取，无水乙醇要尽量加多一些 C．未加 SiO2不会影响滤纸条上的色素带条数 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液挥发而消失 3．下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，错误的是（　　） A．用盖玻片蘸印法得到的滤液细线细、直、均匀，且操作简单 B．用纸层析法分离色素时，扩散最快的是胡萝卜素且其含量最低 C．若用韭黄进行实验可得到2条色素带，颜色分别为橙黄色和黄色 D．若用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带，花青素位于最上端 4．海洋中有多种藻类，红藻和蓝细菌的光合色素主要是藻胆素和叶绿素a构成，藻胆素(包括藻蓝素和藻红素)是辅助色素之一，藻胆素与蛋白质紧密结合形成难溶于有机溶剂但可溶于稀盐溶液的各种藻胆蛋白。这些藻胆蛋白最终附着在膜结构上，使不同藻胆素吸收的光能最终都传递给叶绿素a作用中心来参与光反应过程，其结构和传递过程如下图。下列描述正确的是（    ） A．红藻光合色素的吸收光谱和绿藻相比存在明显差别 B．可用无水乙醇来提取红藻中不同的藻胆蛋白，并用层析液进行分离 C．藻胆素吸收的光能可直接用于光反应中ATP 的合成 D．蓝细菌和红藻的藻胆蛋白附着在叶绿体的类囊体薄膜上 5．提取光合色素，进行纸层析分离，对该实验中各种现象的解释，正确的是（    ） A．未见色素带，说明材料可能为黄化叶片 B．色素始终在滤纸上，是因为色素不溶于层析液 C．提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素b D．胡萝卜素距离划线处最远，是因为其在提取液中的溶解度最高 6．下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述正确的是（　　） A．在色素的提取过程中需向研钵中加入少量二氧化硅，目的是防止叶绿素被破坏 B．在滤纸条上划出一条滤液细线后紧接着重复划线2～3次，可使最后形成的色素带更清晰 C．叶绿素a在层析液中溶解度最大，分离后在滤纸条上形成的色素带最宽 D．若滤纸条上未见明显的色素带，可能是分离时层析液没过了滤液细线 7．红枫叶肉细胞的液泡中含有水溶性的花青素，会使红枫叶片在特定季节呈红色。为研究红枫春季叶色变化规律，某兴趣小组测定了红枫春季叶色变化过程中叶片的叶绿素、花青素含量，获得花青素与总叶绿素比值如图所示。下列有关叙述正确的是（    ） A．花青素与叶绿素位于类囊体膜，都能吸收转化光能 B．两类色素均能溶于无水乙醇中，可用纸层析法分离 C．随春季时间推移，枫叶中的各色素含量均逐渐下降 D．春季红枫叶片呈红色，预测夏季时叶片会转为绿色 8．19世纪末，恩格尔曼用一个棱镜将阳光散射成七色光，并使之落在水绵上，再在系统里加入一群好氧性细菌，实验结果如下图，下列叙述正确的是（    ） A．水绵细胞的叶绿体主要吸收红光和蓝紫光，不吸收绿光 B．好氧性细菌利用光合作用产生的氧气最终在线粒体内膜上产生水 C．水绵的叶绿体中含有叶绿素和藻蓝素 D．吸收光能的色素存在于叶绿体的类囊体薄膜上 9．恩格尔曼把载有水绵（具有带状叶绿体）和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境里，然后用极细的光束照射水绵的局部区域，如下图所示。一段时间后，好氧细菌将大量聚集的区域是（    ） A．① B．② C．③ D．④ 10．恩格尔曼用水绵和需氧细菌做了两个实验，现象分别如图。有关说法不正确的是（　　） A．选择水绵为材料，其叶绿体呈螺旋带状分布是重要因素之一 B．选择需氧细菌是为了证明光合作用释放的氧气来自水的分解 C．实验1可以证明叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气 D．实验2可以证明蓝紫光和红光是光合作用效率较高的光 11．I：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。 Ⅱ：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，利用黑白瓶法测得结果为初始溶氧量为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Ⅱ结果分析，细菌X主要密集分布在波长为400—450nm和650—700nm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水绵的临时装片； 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。 12．1880年恩格尔曼把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有氧气的黑暗环境中，然后用极细的光束照射水绵。他发现好氧细菌只向被光束照射到的部位集中；如果临时装片暴露在光下，细菌则分布在所有受光的部位。请回答下列问题： （1）恩格尔曼的实验设计非常巧妙，试从实验材料的角度进行分析 ①水绵的 ，便于观察。 ②可通过观察 准确判定光合作用进行的部位。 （2）在研究不同光质与光合作用的关系时，恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的好氧细菌聚集在M 光区域（填光的类型）。某同学对好氧细菌聚集在M光区域有如下两种解释：①好氧细菌趋氧引起的；②好氧细菌趋M光区域引起的。请你补充实验排除解释②，要求简要写出实验思路和预期结果。 实验思路： 。 预期结果： 。 13．盐胁迫是指土壤或生长介质中盐分含量过高对植物造成的一种非生物胁迫。植物在盐胁迫下需要通过多种生理和生化机制来适应和缓解这种压力。回答下列问题： (1)实验室通常用 提取色素。研究人员使用光谱分析仪测量叶绿素含量时，通过检测叶绿素对特定波长的吸收峰值来计算叶绿素含量，一般选择红光，而不是蓝紫光，其原因是 。 (2)研究人员进一步测定了该种植物幼苗生长过程中的生物量变化，结果如图1所示。不同浓度的盐胁迫是否均会造成该种植物生长受到抑制? （填“是”或“否”），判断依据是 。 (3)盐胁迫还会影响根细胞中可溶性糖的含量，因此研究人员测定了该种植物甲、乙两个品系的根细胞中可溶性糖的含量，结果如图2所示。据图2分析，在一定的盐浓度范围内，甲、乙品系的根细胞中的可溶性糖含量均有不同程度的增加，其意义是 。两个品系中更适应盐胁迫环境的是 品系。 14．为提高水稻产量和磷肥利用率，科研人员开展相关研究。请分析回答下列问题： (1)水稻的叶绿素主要分布在叶肉细胞的叶绿体的 上。水稻叶肉细胞中的叶绿素主要吸收 光，实验中分离叶绿素常采用 法。 (2)农作物将光合作用产生的有机物运输至籽粒中，并以淀粉形式储存，称为“籽粒灌浆”，籽粒灌浆情况直接决定农作物产量。研究人员分别检测野生型（WT）和P基因缺失突变型（pho）水稻籽粒重量和有机物合成量，结果如图1和图2所示。据图1可知， 型籽粒重量低且增长缓慢；结合图2结果推测，P蛋白的作用可能是 。 (3)研究表明，P基因在籽粒胚乳高表达。据推测，P蛋白可能是一种磷的转运蛋白，且参与内运和外排两个过程。为进一步确认P蛋白的作用机制，科研人员进行了下列实验： ①科研人员分别测定WT和pho水稻胚乳细胞中磷的含量，若pho胚乳细胞中的磷含量明显 （填“低于”或“高于”）WT胚乳细胞中的磷含量，则可作为P蛋白参与磷的外排过程的证据之一，且以外排作用为主。 ②已知 ADP - 葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）催化胚乳细胞中葡萄糖和磷的利用，最终合成淀粉。科研人员检测 WT 和 pho 水稻胚乳细胞中 AGPase 的表达量和 AGPase 的活性，结果如图 3 和图 4 所示。基于俩图结果表明，pho 水稻胚乳细胞中异常含量的磷既 AGPase 的基因表达，也会 AGPase 的活性。（两空均选填“抑制”或“促进”） ③在正常水稻籽粒灌浆时，磷和葡萄糖等被运入胚乳细胞中，用于淀粉的合成，生成淀粉的同时又会产生磷。基于上述研究分析，该过程产生的“无用”的磷需要被 ，确保 AGPase 能正常催化，这种机制可保证胚乳细胞持续合成淀粉。 15．中国的饮食讲究“色、香、味”，颜色会影响消费者对食品的综合评价。某同学拟研究“绿色”食用色素，并以水葫芦为材料进行系列实验： (1)制备叶绿素粗产品：按照“绿色叶片→提取液→过滤液→浓缩液→叶绿素粗产品”的流程进行操作。对绿色叶片进行研磨时，需加入二氧化硅和碳酸钙，这两种试剂的作用分别是 、 。 (2)探究pH对叶绿素稳定性的影响：取一些叶绿素粗产品，配成一定浓度的溶液，于室温（约25℃）下进行如下实验。 组号 叶绿素溶液/mL 调pH至 处理时间/min 溶液颜色 ① 3.0 8.0 10 绿色 ② 3.0 7.0 X 绿色 ③ 3.0 6.0 10 黄绿色 ④ 3.0 5.0 10 黄褐色 注：叶绿素被破坏后变成黄褐色。 ①该实验的自变量是 ，表中X处数值是 ，原因是 。 ②根据实验结果可知，天然叶绿素不能添加至 （从“碱性”“中性”“酸性”中选填）食品中，原因是 。 (3)该同学欲探究叶绿素粗产品中是否含有其他色素，设计了如下表所示实验思路。 实验步骤 操作细节 制备色素溶液 将5mg叶绿素粗产品用5mL① 溶解。 制备滤纸条 将干燥的定性滤纸剪成恰好能置于层析管中的滤纸条，将滤纸条的一端剪去两角，在这一端离边缘1cm处用铅笔画一条细横线。 画滤液细线 用盖玻片边缘蘸取色素溶液，印在滤纸条上细横线处。待溶液干后，重复1到2次。 ② 取适量层析液倒入层析管，将滤纸条剪角的一端朝下插入滤液中，随后用胶塞塞紧层析管管口。注意滤液细线不能③ 。 观察实验结果 在迁移速度最快的色素到达滤纸上沿之前将滤纸条取出，观察色素带的颜色、条数和④ 。 结果分析 若在叶绿素a色素带和叶绿素b色素带的上方出现2条颜色分别为⑤ 的色素带，则说明还有叶黄素和胡萝卜素。 2 学科网（北京）股份有限公司 $