2023年高考生物一轮复习（全国版） 第3单元 第5课时　捕获光能的色素和结构

第5课时捕获光能的色素和结构目标要求实验：叶绿体色素的提取和分离。1．绿叶中色素的提取和分离(1)实验原理(2)实验步骤(3)实验结果色素种类色素颜色色素含量溶解度扩散速度胡萝卜素橙黄色最少最高最快叶黄素黄色较少较高较快叶绿素a蓝绿色最多较低较慢叶绿素b黄绿色较多最低最慢(4)实验出现异常现象的原因分析异常现象原因分析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，提取液浓度太低(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2.叶绿体中色素的吸收光谱分析由图可以看出：源于必修1P99“图5－10”、“与社会的联系”及P100“拓展题”(1)从叶绿素吸收光谱图可知：叶绿素a在红光部分的吸收带较叶绿素b偏向长波方面，且吸收光谱带比叶绿素b宽，叶绿素b在蓝紫光部分的吸收光谱带比叶绿素a宽(填“宽”或“窄”)。(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，有利于提高植物的捕光能力，是对弱光环境的一种适应。(3)植物工厂里为什么不用发绿光的光源？提示这种波长的光不能被光合色素吸收，因此不能用于光合作用中合成有机物。(4)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。这种现象与光能的捕获有关吗？请根据材料作答。材料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水层及主要存在的光绿藻叶绿素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，反射绿光浅水层存在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，反射红黄光中水层存在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，反射红光深水层存在蓝紫光提示这与光能的捕获有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光，藻类本身的颜色是它们“反射”的光。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(2)叶绿体的功能源于必修1P100“资料分析”(1)恩格尔曼在选材上有什么巧妙之处？提示选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察；用需氧细菌可以确定释放氧气多的部位。(2)恩格尔曼在实验设计上有什么巧妙之处？提示没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果。考向一实验的基本原理和过程分析1．(2022·潍坊高三模拟)下列有关色素提取和分离实验的说法，正确的是()A．根据绿叶中色素在无水乙醇中溶解度不同，可对色素进行分离B．分离色素时，蓝绿色的色素带距离滤液细线最远C．利用纸层析法可分离4种叶绿体色素D．叶绿体色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸上扩散就越慢答案C解析根据绿叶中色素在层析液中溶解度不同，可对色素进行分离，A错误；分离色素时，橙黄色的色素带(胡萝卜素)距离滤液细线最远，B错误；叶绿体色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸上扩散就越快，D错误。2．如图是某同学用无水乙醇分别提取正常光照和强光照下某种植物等量叶片中的光合色素，然后用层析液进行纸层析得到的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列相关叙述正确的是()A．实验研磨操作中若加入的二氧化硅或碳酸钙过少，都会导致色素条带颜色变深B．实验中对研磨液过滤时，采用滤纸过滤，实验效果更好C．色素分离过程中如果滤液细线触及层析液，会缩短四条色素带间的距离D．与正常光照下相比，该植物强光照下叶片会发黄答案D解析实验研磨操作中若加入的二氧化硅(研磨充分)或碳酸钙(保护叶绿素)过少，都会导致色素条带颜色变浅，A错误；实验中对研磨液过滤时，采用滤纸过滤，会使色素吸附在滤纸上，导致实验失败，B错误；色素分离过程中如果滤液细线触及层析液，会使色素溶解在层析液中，看不到四条色素带，C错误。考向二色素的种类和功能3．(2017·全国Ⅲ，3)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是()A．类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成B．叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制C．光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示D．叶片在640～660nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的答案A解析类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，在红光区不吸收光能，A项错误。4．(2022·沈阳市高三模拟)高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。图中②③是两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，正确的是()A．图中②和③主要分布在叶绿体的内膜上B．利用纸层析法分离色素时，③应位于滤纸条的最下端C．植物叶片呈现绿色是由于②③主要吸收绿光D．弱光下②的相对含量增高有利于植物对弱光的利用答案D5．在适宜条件下对黄瓜施以不同氮含量的肥料，测定不同生育期叶片中叶绿素含量，结果如下表所示。由数据可知，下列推测或叙述错误的是()氮含量(kg·hm－2)叶绿素含量(mg·g－1)苗期开花坐果期盛果期末果期1003.387.309.527.121803.387.5311.377.883603.488.0612.318.345403.547.2311.489.62A.叶片中叶绿素含量常用来表征作物的生长状况B．叶绿素含量随着生育期的推进呈现先增加后下降的趋势C．肥料中氮含量越高，越有利于黄瓜叶片中叶绿素的形成D．盛果期叶绿素含量较高可能与有机物在果实中积累有关答案C归纳提升影响叶绿素合成因素的分析重温高考真题演练1．(2021·河北，3)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答案B解析斐林试剂分为甲液和乙液，甲液为质量浓度0.1g/mL的NaOH溶液，乙液为质量浓度0.05g/mL的CuSO4溶液，检测时甲液和乙液等量混合，再与底物混合，在加热条件下与醛基反应，被还原成砖红色的沉淀；双缩脲试剂分为A液和B液，A液为质量浓度0.1g/mL的NaOH溶液，B液为质量浓度0.01g/mL的CuSO4溶液，检测时先加A液，再加B液，目的是为Cu2＋创造碱性环境，A正确；染色质是由DNA和蛋白质构成的，在用甲基绿对DNA进行染色之前，要用盐酸处理，目的是让蛋白质与DNA分离，有利于DNA与甲基绿结合，裸露的DNA没有与蛋白质结合，更容易被甲基绿着色，B错误；分离绿叶中的色素用纸层析法，用到的层析液由20份石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成，C正确；物种丰富度是指群落中物种数目的多少，土壤中的小动物具有较强的活动能力，身体微小，具有避光性，常用取样器取样的方法进行采集，然后统计小动物的种类和数量，推测土壤动物的丰富度，D正确。2．(2019·江苏，17)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藻经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是()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．实验验证了该种蓝藻没有叶绿素b答案D解析研磨时加入CaCO3的目的是防止叶绿素被破坏，故研磨时加入CaCO3过量不会破坏叶绿素，但会影响色素提取液的纯度，A项错误；光合作用色素易溶于有机溶剂不溶于水，故层析液由有机溶剂配制而成，B项错误；层析液易挥发，故层析分离时烧杯上要加盖，C项错误；对照图示结果分析可知，该种蓝藻中没有叶黄素和叶绿素b，D项正确。3．(2020·江苏，6)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答案B解析无水乙醇常作为提取叶绿体色素的溶剂，A项正确；研磨时要加入碳酸钙(CaCO3)，可防止叶绿素被破坏，B项错误；研磨时添加石英砂，有助于使研磨得充分，有助于色素的提取，C项正确；画滤液细线时要做到细、直、齐，减少样液扩散，以保证滤纸条上形成的色素带清晰、整齐，D项正确。4．(2019·海南，9)下列关于高等植物光合作用的叙述，错误的是()A．光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能B．红光照射时，胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素aC．光反应中，将光能转变为化学能需要有ADP的参与D．红光照射时，叶绿素b吸收的光能可用于光合作用答案B解析光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能，但需要利用光反应阶段形成的[H]和ATP，A项正确；胡萝卜素不能吸收红光，B项错误；光反应中，将光能转变为ATP中活跃的化学能，需要有ADP和Pi及ATP合成酶的参与，C项正确。5．(2016·全国Ⅱ，4改编)关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是()A．提取叶绿体中的色素，原理是各种色素在层析液中的溶解度不同B．构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收C．红光和蓝紫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由于叶绿素合成受阻引起的答案A解析提取叶绿体中的色素，原理是各种色素可以溶解在有机溶剂无水乙醇中，A项错误。一、易错辨析1．提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分(×)2．绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快(×)3．叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光(×)4．植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光(×)5．叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素(√)6．秋天叶片变黄，是叶黄素含量增多导致的(×)7．光合作用需要的色素和酶只分布在叶绿体基粒中(×)8．没有叶绿体的生物无法进行光合作用(×)9．植物细胞都含有叶绿体(×)10．在真核细胞内，能进行光合作用的色素分布在叶绿体以及液泡中(×)二、填空默写1．(必修1P98)绿叶中的色素有4种，它们可以归为两大类：叶绿素(含量约占3/4)和类胡萝卜素(含量约占1/4)，其中前者包含叶绿素a(蓝绿色)和叶绿素b(黄绿色)。后者包含胡萝卜素(橙黄色)和叶黄素(黄色)。2．(必修1P99)叶绿素a和叶绿素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。3．(必修1P99)叶绿体是进行光合作用的场所。在它内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体薄膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。课时精练一、选择题1．下列关于叶绿体色素的叙述，不正确的是()A．叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光B．绿叶中叶绿素和类胡萝卜素含量不同C．利用纸层析法可分离叶绿体中的色素D．无水乙醇提取的叶绿体色素不能吸收光能答案D解析无水乙醇提取的叶绿素只要结构没有被破坏，仍可以吸收光能，D错误。2．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．绿叶中的色素只能溶解在无水乙醇中B．与成熟叶相比，幼叶做实验材料得到的叶绿素a、b的条带较窄C．制备滤纸条时用圆珠笔画横线更方便D．若研磨绿叶时没有加入碳酸钙，则提取不到光合色素答案B解析绿叶中的色素能溶解在丙酮、无水乙醇等有机溶剂中，A错误；圆珠笔笔油中有色素，因此制备滤纸条时应该用铅笔画横线，C错误；碳酸钙的作用是防止色素被破坏，因此没有加入碳酸钙会导致层析后滤纸条上的叶绿素带颜色较浅，D错误。3．纸层析法可分离光合色素，以下分离装置示意图中正确的是()答案C4．(2022·济南高三模拟)下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，正确的是()A．提取光合色素时加入SiO2的目的是使研磨充分并保护色素不被破坏B．色素在提取液中的溶解度不同，导致色素带的位置不同C．对研磨液过滤时需要在玻璃漏斗的基部放一层滤纸D．画滤液细线时要等上一次画的滤液线干燥后再进行画线答案D解析取色素时加入SiO2的目的是为了研磨充分，加入碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏，A错误；利用色素在层析液中的溶解度不同的原理来分离色素，从而使色素带的位置不同，B错误；对研磨液过滤时需要在玻璃漏斗的基部放一层尼龙布进行过滤，不能用滤纸过滤，C错误。5．在做提取和分离叶绿体中的光合色素实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“＋”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应为()试剂甲乙丙丁无水乙醇－＋＋＋CaCO3＋＋－＋SiO2＋＋＋－A．①②③④ B．②④①③C．④②③① D．③②①④答案B解析甲同学由于没有加入提取剂无水乙醇，所以提取液中不会出现色素，色素分离的结果是②；乙同学操作正确，色素分离后得到的色素带有四条，与④情况相符；丙同学由于未加CaCO3，所以叶绿素含量减少，所得到的色素带中两条叶绿素带比正常的色素带要窄，对应①；丁同学由于未加SiO2，导致叶片研磨不充分，最终导致各种色素的含量均减少，对应③。故B正确。6．(2022·天津高三期中)在进行光合色素的提取和分离实验时，取一圆形滤纸，在滤纸中央滴一滴色素提取液，再滴一滴层析液，将会得到近似同心的四个色素环，如图。下列说法错误的是()A．通常提取液呈现绿色是因为叶片中叶绿素的含量比类胡萝卜素的高B．提取色素时加入少许CaCO3和SiO2C．若提取的是缺镁叶片中的色素，则最外侧两圈色素环颜色较淡D．最外侧两圈色素环的色素主要吸收蓝紫光答案C解析镁是合成叶绿素的原料，若叶片缺镁，则叶绿素含量少，会使最内侧的两圈色素环颜色较淡，C错误。7．秋季枫树等植物的叶片变为红色，主要是由于花青素增多而叶绿素含量降低所致，实验小组对此进行实验验证：用无水乙醇提取叶片中的色素，用层析液进行分离，结果滤纸条上出现四条色素带，靠近层析液的两条色素带非常窄，下列有关推断不合理的是()A．变窄的是叶黄素和叶绿素aB．低温叶绿素容易被破坏C．滤纸条未显现花青素的原因可能是花青素为水溶性色素D．叶绿素易溶于无水乙醇答案A8．科学家恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现需氧细菌大量聚集在如图所示区域。以下分析正确的是()A．实验过程中装片需放置在没有空气的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H2OC．图中细菌分布的差异是水绵不同区域光合作用强度不同造成的D．水绵叶绿体产生的ATP直接为核DNA复制提供能量答案C解析由图可知，需氧细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。实验过程中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，而没有空气是为了排除无关变量的影响，A错误；细菌不含有线粒体，B错误；水绵叶绿体产生的ATP只能供暗反应使用，D错误。9．(2022·河南高三月考)科学家在色素溶液与阳光之间放置一块三棱镜，得到色素溶液的吸收光谱如图所示，①②③代表不同色素。下列有关说法正确的是()A．①主要吸收红光，吸收的光能可转化为ATP中的化学能B．②的颜色为蓝绿色，③的颜色为黄绿色，二者均含有MgC．用纸层析法分离色素时，②处于滤纸条的最下端D．土壤中缺乏Mg时，植物叶片对420～470nm波长光的利用量会增多答案C解析由图可知，①是类胡萝卜素，主要吸收蓝紫光，A错误；叶绿素b(②)为黄绿色，叶绿素a(③)为蓝绿色，二者均含有Mg，B错误；叶绿素b在层析液中的溶解度最低，随层析液在滤纸条上扩散的速率最慢，故用纸层析法分离色素时，处于滤纸条的最下端，C正确；Mg是组成叶绿素的重要元素，土壤中缺乏Mg时，植物叶片对420～470nm波长光的利用量会减少，D错误。10．将韭菜的宿根均分为甲、乙两组，甲组种植在黑暗环境中，乙组种植在自然环境中，在其他条件相同且适宜的情况下培养一段时间后，甲组长出的幼苗(韭黄)呈黄色，乙组长出的幼苗(韭菜)呈绿色。然后，利用甲、乙两组的幼苗进行色素的提取和分离实验，甲组的滤纸条上只有2条色素带(橙黄色和黄色)，乙组的滤纸条上有4条色素带。下列相关叙述错误的是()A．该实验可以初步证明叶绿素的合成离不开光照B．提取色素时，利用了光合色素易溶于有机溶剂的特性C．乙组的滤纸条上中间的两条色素带的颜色(从上至下)为黄色和蓝绿色D．将甲组幼苗转移至光下，其根细胞内合成ATP的场所会增多答案D解析将甲组幼苗转移至光下，地上部分的颜色会逐渐变成绿色，但根细胞内没有叶绿体，合成ATP的场所依然是细胞质基质和线粒体，D错误。11．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，实验结果如下表。下列有关叙述错误的是()二氧化硅叶绿素种类颗粒大小/目02050100200叶绿素a(mg·g－1)0.250.530.610.480.47叶绿素b(mg·g－1)0.160.080.090.110.12A.提取色素利用的原理是光合色素易溶于有机溶剂B．加入二氧化硅对叶绿素a和叶绿素b的提取均有益C．据表可知，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，则表中数据均减小答案B解析由表格数据可知，与不加二氧化硅相比，加入二氧化硅对提取叶绿素a有益，对叶绿素b的提取则无益，B错误。12．通常情况下，光合作用依赖叶绿素a来收集、转化可见光，用于光合作用。研究发现某些蓝藻在近红外光环境下生长时，含有叶绿素a的光合系统会失效，而含有叶绿素f的光合系统会启动。进一步研究发现，叶绿素f能吸收、转化红外光，用于光合作用。下列有关叙述正确的是()A．培养蓝藻研究光合作用时，需提供葡萄糖作为碳源B．叶绿素f主要分布在蓝藻叶绿体类囊体薄膜上C．叶绿素f能够吸收、转化红外光，体现了蓝藻对环境的适应D．在正常光照条件下，蓝藻会同时吸收可见光和红外光进行光合作用答案C解析蓝藻属于自养生物，能够自己合成有机物，故培养蓝藻研究光合作用时，不需要提供葡萄糖作为碳源，A错误；蓝藻为原核生物，无叶绿体，B错误；在正常光照条件下，光合作用依赖叶绿素a来收集、转化可见光，而不利用红外光，D错误。二、非选择题13．海洋中的真核藻类，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依次是浅、中、深。自然状态下，它们都能通过光合作用制造有机物。回答下列问题：(1)绿藻叶绿体中的光合色素可对光能进行捕获，吸收的光能主要有两方面用途：一是________________________________，二是________________________________。(2)CO2是光合作用的原料之一，红藻正常生长过程中，其光合作用固定的CO2来自于_______________________________________________________________________________________________________________________________(回答2点即可)。(3)进一步研究表明，三种藻类在海水中的垂直分布情况，与它们对光能捕获的差异有关，结果如下表。请利用以下提供的实验器材，设计实验验证上述说法(要求：写出简要实验思路)：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。不同藻类绿藻褐藻红藻主要吸收的光质红光、蓝紫光黄光、绿光蓝光可选择的实验材料和器具有：水绵(绿藻)、海带(褐藻)、紫菜(红藻)、需氧细菌、三棱镜、发光器、蒸馏水、载玻片、盖玻片、显微镜等。答案(1)将水分解为O2和[H]促成ADP和Pi合成ATP(2)海水环境中的CO2、细胞呼吸释放的CO2(3