第3单元　第15讲　叶绿体与捕获光能的色素

第三单元细胞的代谢第15讲叶绿体与捕获光能的色素1.

说出叶绿体中色素的作用；

2.

实验：绿叶中色素的提取和分离。壹实验7绿叶中色素的提取和分离1.

实验原理2．实验步骤附：分离色素的层析装置3．实验结果结果分析：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___。色素带最宽的是____________，最窄的是____________。多叶绿素a胡萝卜素

解

疑

释

惑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研磨不充分；②未加碳酸钙，色素分子被破坏；③使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少；④一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低滤纸条色素带重叠①滤液细线不直；②滤液细线过粗异常现象原因分析滤纸条无色素带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1.(2023·江苏卷)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验的叙述，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B【解析】加入碳酸钙可防止叶绿素被破坏，A不合理；画滤液细线时要待上一次画线干后重复一到两次，若连续多次重复画滤液细线，虽可累积更多的色素，但会造成滤液细线过宽，易出现色素带重叠，B合理；该实验中分离色素的方法是纸层析法，可根据各种色素在滤纸条上呈现的色素带的宽窄来比较判断各色素的相对含量，但无法精确测定绿叶中各种色素含量，C不合理；花青素存在于液泡中，为水溶性色素，层析后位于滤纸条的最下方，D不合理。2.(2024·南京、盐城期末)关于“绿叶中色素的提取和分离”实验，下列叙述正确的是(

)A.将菠菜叶片40～50℃烘干后，再加入SiO2、CaCO3和无水乙醇充分研磨，效果可能更佳B.把新鲜滤液放在光源和分光镜之间，观察到最强吸光区是红外光和蓝紫光C.溶解度大的色素与滤纸结合能力更强D.分离色素时需充分层析30min后，方可取出滤纸条观察色素带A【解析】在提取绿叶中色素时，为了防止叶片中残留水分对结果的影响，将新鲜菠菜叶片40～50℃烘干后，再加入SiO2、CaCO3和无水乙醇充分研磨，效果可能更佳，A正确；叶绿体中的色素主要为叶绿素和类胡萝卜素，其中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，所以把新鲜滤液放在光源与分光镜之间，可以看到光谱中吸收最强的是红光与蓝紫光，B错误；色素在层析液中溶解度越大，层析时与滤纸的结合能力越低，在滤纸上扩散得越快，C错误；分离色素时层析约10min后取出，风干，观察色素带，D错误。3.(2020·江苏卷)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体中色素的提取和分离”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【解析】叶绿体中色素易溶于有机溶剂，常用无水乙醇提取，A正确；研磨时加入CaCO3可以防止色素被破坏，B错误；研磨时加入石英砂(含SiO2)可以使研磨更充分，有利于色素释放，C正确；为了保证分离效果，画滤液细线时应该防止样液扩散，D正确。B贰考点叶绿体及其色素1.

分布：叶绿体_______________上。2.

作用：吸收、传递和______光能。3.

种类及吸收的光谱1叶绿体中的色素类囊体薄膜转化叶绿素a叶绿素b红光和蓝紫叶黄素蓝紫一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。叶绿素和类胡萝卜素对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少(见下图)。1.

叶绿体的结构适于进行光合作用2叶绿体的结构和功能(1)图示叶绿体的结构，图中标号①②分别表示外膜、内膜，③④⑤依次为_________、______、_______________。叶绿体基质中含有水分、无机盐和有机物(如糖类、ATP、蛋白质、核酸等)。(2)吸收光能的色素分布于___，与光合作用有关的酶分布在______。(填标号)(3)类囊体堆叠形成______，不仅扩展了受光面积，还增加了膜面积。类囊体基粒叶绿体基质③③⑤基粒2.

叶绿体的功能思辨小练1.

判断下列说法的正误：(1)能进行光合作用的生物一定含叶绿体。(

)提示：不一定，如蓝细菌不含叶绿体，也能进行光合作用。(2)小麦光合作用需要的色素和酶均分布在叶绿体基粒中。(

)(3)叶绿体内膜的面积远远大于外膜面积。(

)提示：光合作用所需色素分布在类囊体薄膜上，酶分布在叶绿体基质和类囊体薄膜。提示：叶绿体内膜和外膜面积相近。×××2.

植物工厂采用补光形式增加光合作用效率，但为什么不用发绿光的光源？_____________________________________________________________________提示：绿光几乎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。1考向1叶绿体中的色素

(2023·全国乙卷)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D【解析】叶绿素的元素组成是C、H、O、N、Mg，A正确；光反应的场所是类囊体的薄膜，需要光合色素吸收光能，B正确；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，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，C正确；叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越快，D错误。(2024·姜堰中学)韭菜是一种多年生宿根蔬菜，属于百合科。它具有特殊的强烈气味，根茎横卧，鳞茎狭圆锥形，簇生。如图表示用韭菜宿根进行的相关对照实验流程。下列叙述错误的是(

)A.色素在滤纸条上分离的原因是不同色素在层析液中的溶解度不同B.在做提取韭黄色素的实验时，不加碳酸钙对滤液颜色的影响不大C.两组实验的结果②中吸收光谱最明显的差异出现在蓝紫光区域D.若在缺镁条件下完成该实验，两组实验的结果①和结果②差异不大C【解析】分离色素的原理是四种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的色素分子随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，因而不同色素分子可以在滤纸上通过扩散而分开，A正确；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，不加碳酸钙对滤液颜色的影响不大，B正确；两组实验的结果②的差异在于叶绿素，韭菜中含有叶绿素，韭黄中不含叶绿素，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，故两组实验的结果②中吸收光谱最明显的差异出现在红光区域，C错误；镁元素是叶绿素合成的原料，缺镁元素会使叶绿素分子的合成受阻，因此若在缺镁元素条件下完成该实验，两组实验的结果①和②差异不大，D正确。2考向2叶绿体的结构与功能

(2023·全国甲卷)某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中，给该叶绿体悬浮液照光后糖产生。回答下列问题：(1)叶片是分离制备叶绿体的常用材料，若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离，可以采用的方法是_______________(答出1种即可)。叶绿体中光合色素分布在_____________________上，其中类胡萝卜素主要吸收_________(填“蓝紫光”“红光”或“绿光”)。差速离心法类囊体(薄)膜蓝紫光(2)将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下悬浮液中不能产生糖，原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________________。悬液中具有类囊体膜以及叶绿体基质中与暗反应相关的酶，但黑暗条件下光反应无法进行，暗反应没有光反应提供的原料ATP和NADPH，所以无法形成糖类(3)叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在，简要写出实验思路和预期结果。_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________思路：将生长状况良好且相同的植物叶片分为甲、乙两组，甲组放置在有光条件下，乙组放置在其他环境相同的黑暗状态下，一段时间后，用差速离心法提取出甲、乙两组的叶绿体，制作成匀浆，分别加入碘液后观察。结果：甲组匀浆出现蓝色(，有淀粉产生)；乙组无蓝色出现(，无淀粉产生)。【解析】(1)植物细胞器的分离方法可用差速离心法，叶绿体中的光合色素分布在类囊体膜上，光合色素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。(2)光合作用光反应和暗反应同时进行，黑暗条件下无光，光反应不能进行，无法为暗反应提供原料ATP和NADPH，故暗反应无法进行，产物不能生成。(3)要验证叶绿体中有光合作用产物淀粉，需要将叶绿体提取出来并检测其中的淀粉。叁配套精练一、单项选择题1.

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．叶绿体有双层膜，对物质具有很强的选择透过性B．许多类囊体堆叠形成基粒，增大叶绿体的膜面积C．类囊体的薄膜上分布着许多吸收光能的色素分子D．类囊体薄膜和叶绿体基质中含有与光合作用有关的酶【解析】叶绿体有双层膜，其膜结构具有生物活性，因而对物质具有很强的选择透过性，但这并不支持叶绿体是光合作用的场所。A2.(2024·苏州期中)下图是蒲公英某种细胞器的电镜照片，下列有关叙述正确的是(

)A．结构①有两层生物膜，内膜面积比外膜面积大B．该细胞器与光合作用有关，是植物细胞的“养料制造车间”C．结构③中含少量的DNA，能与某些蛋白质相结合形成染色质D．在蒲公英的叶表皮细胞和叶肉细胞都存在该种细胞器B【解析】①为叶绿体的膜结构，结构①有两层生物膜，由于内膜不向内折叠，内膜与外膜面积相差不大，A错误；该细胞器是叶绿体，与光合作用有关，是植物细胞的“养料制造车间”，B正确；结构③中含少量的DNA，叶绿体中无染色质，染色质存在于细胞核中，C错误；叶表皮细胞无叶绿体，D错误。3.

图甲是叶绿体结构示意图，图乙是叶绿体中色素的分离结果(①②代表叶绿体结构，A～D代表4种色素)，下列相关叙述正确的是(

)

甲

乙A．图乙中的色素位于图甲的结构②上B．图乙的A、B所示色素主要吸收红光C．分离色素的原理是不同色素在层析液中的溶解度不同D．镁元素缺乏不会影响C、D两种色素的含量C【解析】图乙中的色素位于图甲的结构①类囊体薄膜上，A错误；图乙的A、B所示色素分别代表胡萝卜素、叶黄素，主要吸收蓝紫光，B错误；分离色素的原理是不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度越大随层析液在滤纸上扩散得越快，C正确；镁元素是叶绿素的组成元素，缺乏会影响C(叶绿素a)、D(叶绿素b)两种色素的含量，D错误。4.(2024·泰州期末)黑藻是一种叶片薄且叶绿体较大的水生植物，常用作实验材料。下列有关叙述正确的是(

)A．黑藻是具有中心体的多年生沉水草本植物B．黑藻叶可直接制成装片观察叶绿体的形态C．宜用无水乙醇作层析液从黑藻叶片中提取色素D．不同的黑藻细胞胞质环流方向、速率保持一致【解析】黑藻是高等植物，没有中心体，A错误；黑藻叶非常薄，可直接制成装片观察叶绿体的形态，B正确；宜用无水乙醇作提取液从黑藻叶片中提取色素，C错误；不同的黑藻细胞代谢速率不同，则胞质环流方向、速率也不同，D错误。B5.(2024·泰州期末)纸层析法分离叶绿体色素时，可用迁移率(Rf)来鉴定色素的种类，迁移率＝色素移动距离/溶剂移动距离。下表是叶绿体中色素层析结果(部分数据)。相关叙述正确的是(

)

溶剂色素1色素2色素3色素4实验组17.8？？1.9？实验组28.2？？1.5？实验组38.0？？1.4？平均移动距离/cm8.07.6？？0.8迁移率/Rf无0.950.53？0.10BA．该实验所用的层析液中包含苯、丙酮、无水乙醇等成分B．色素3的迁移率(Rf)为0.2，若植物体缺镁，该色素含量会减少C．色素1和2主要吸收红光和蓝紫光，色素3和4主要吸收蓝紫光D．根尖细胞中不含叶绿素及相关基因，不能作为提取色素的材料【解析】该实验所用的层析液由20份在60～90℃下分馏出来的石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成，A错误；根据实验1、2、3三组数据可求出，色素3平均移动距离为(1.9＋1.5＋1.4)/3＝1.6，溶剂平均移动距离为8.0，所以Rf值为1.6/8.0＝0.2，根据Rf的大小可知，色素3是叶绿素a，其化学元素组成有镁，若植物体缺镁，该色素含量会减少，B正确；根据Rf的大小可知，色素1是胡萝卜素，色素2是叶黄素，色素3是叶绿素a，色素4是叶绿素b，叶绿素(3和4)主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素(1和2)主要吸收蓝紫光，C错误；根尖细胞中不含叶绿素，不能作为提取色素的材料，但是含有相关基因，D错误。6.

某实验小组用新鲜菠菜为材料进行“绿叶中色素的提取和分离”实验，得到的实验结果如图所示(A、B是滤纸条上的标记)。下列叙述正确的是(

)A．第Ⅱ条色素带表示的色素呈蓝绿色，其含量最多B．第Ⅳ条色素带表示的色素在层析液中的溶解度最低C．若植物缺失第Ⅲ条色素带，则对红光的吸收明显减少D．将滤纸条放入层析液时，层析液的液面应该没过B处A【解析】图中第Ⅱ条色素带表示叶绿素a，呈蓝绿色，其含量最多，A正确；第Ⅳ条色素带扩散距离最远，说明其在层析液中的溶解度最高，B错误；第Ⅲ条色素带表示叶黄素，叶黄素主要吸收蓝紫光，不吸收红光，缺失叶黄素会导致植株对蓝紫光吸收能力减弱，C错误；层析液的液面应低于滤纸条上的滤液细线，防止色素溶解到层析液中，即层析液的液面应该低于画线处，D错误。7.(2024·南京、盐城一模)叶绿素a(C55H72O5N4Mg)头部和尾部分别具有亲水性和亲脂性。下列相关叙述正确的是(

)A．叶绿素a的尾部主要嵌在叶绿体的内膜中B．镁元素在植物体内主要以叶绿素a等化合物的形式存在C．常用无水乙醇作层析液分离出绿叶中的叶绿素aD．叶绿素a呈蓝绿色，合成时需要光照和适宜温度D【解析】叶绿素主要分布在类囊体膜上，尾部具有亲脂性特点，而生物膜的基本支架是磷脂双分子层，故叶绿素a的尾部可能嵌在类囊体薄膜中，A错误；镁元素在细胞中主要以离子的形式存在，B错误；用无水乙醇可以提取叶绿体中的色素，而层析液是用来分离叶绿体中的色素的，C错误；叶绿素a呈蓝绿色，合成时需要酶催化，故需要适宜温度，光合色素的合成需要光照，D正确。8.(2024·高邮开学考)为探究十字花科植物羽衣甘蓝的叶片中所含色素种类，某兴趣小组做了如下的色素分离实验：将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样，先置于用石油醚、丙酮和苯配制成的层析液中层析分离，然后再置于蒸馏水中进行层析，过程及结果如下图所示，图中1、2、3、4、5代表不同类型的色素。分析错误的是(

)A．色素1、2、3、4难溶于水，易溶于有机溶剂，色素5易溶于水B．色素1、2、3、4可能分布在叶绿体中，色素5可能存在于液泡中C．色素1和2主要吸收蓝紫光，色素3和4主要吸收蓝紫光和红光D．色素1在层析液中的溶解度最小，色素4在层析液中溶解度最大D【解析】色素1、2、3、4在层析液中具有不同的溶解度，推测是光合色素，光合色素易溶于有机溶剂，分布在叶绿体中；根据在蒸馏水中的层析结果说明，色素5可以溶解在蒸馏水中，推测其可能是存在于植物液泡中的色素，A、B正确。色素1、2、3、4是光合色素，依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，C正确。根据层析的结果，色素1距离起点最远，说明色素1在层析液中的溶解度最大，而色素4距离起点最近，说明色素4在层析液中的溶解度最小，D错误。9.(2024·南通二调)南通某中学利用层析柱进行色素的分离、收集实验。各种色素在层析柱填充物硅胶上的吸附力不同，当使用层析液分离时，吸附力强的组分在层析柱中移动速度慢，反之则快。相关叙述错误的是(

)A．层析液应该从层析柱的上端滴入，从下端流出B．叶黄素的吸附力最强，在层析柱中移动的速度最慢C．色素从上到下依次是叶黄素、叶绿素b、叶绿素a、胡萝卜素D．本实验的主要原理是色素在层析液中的溶解度不同D【解析】色素提取液在硅胶柱上方，层析液应该从层析柱的上端滴入，从下端流出，以便于色素的分离，A正确；由图可知，叶黄素(黄色)位于最上端，根据“吸附力强的组分在层析柱中移动速度慢，反之则快”，说明叶黄素在层析柱中吸附力最强，移动的速度最慢，B正确；根据色素的颜色可判断，从上到下依次是叶黄素、叶绿素b、叶绿素a、胡萝卜素，C正确；由题意可知，本实验的主要原理是色素在层析柱填充物硅胶上的吸附力不同，D错误。10.

为探究叶绿体吸收光能后是否有氧气产生，某学者设计了以下实验：制作载有水绵和需氧细菌的临时装片，用极细光束照射水绵，同时放在显微镜下观察。下列关于该实验的分析，错误的是(

)A．在光束照射到水绵之前，应该加三棱镜将混合光分解成连续光谱B．临时装片应放置在没有空气的黑暗环境中C．需氧细菌起指示作用D．水绵的带状叶绿体有利于设置对照实验A【解析】本实验的目的是验证叶绿体在光照下能够产生氧气，而与光照的颜色种类没有关系，不需要用三棱镜将混合光分解成连续光谱，A错误；为了防止空气和光照对实验结果产生影响，应该将装置放在没有空气的黑暗环境中，B正确；需氧细菌的分布密疏可表示氧气产生的多少，水绵的带状叶绿体便于观察，有利于设置对照实验，C、D正确。二、多项选择题11.(2024·海安期初监测)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy或DCIP替代NADP＋作为电子受体，测定相对放氧量，实验结果如下表所示(Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性)。相关叙述正确的有(

)AB叶绿体类型叶绿体A：双层膜结构完整叶绿体B：双层膜局部受损，类囊体略有损伤叶绿体C：双层膜瓦解，类囊体松散，但未断裂叶绿体D：所有膜结构解体破裂成颗粒或片段实验一：以Fecy为电子受体时放氧量100167.0425.1281.3实验二：以DCIP为电子受体时放氧量100106.7471.1109.6A．叶绿体完整的双层膜对以Fecy为电子受体时的相对放氧量有明显阻碍作用B．叶绿体C表明在无双层膜阻碍、类囊体松散条件下，更有利于光合色素吸收光能C．以DCIP为电子受体进行实验，叶绿体A～D的ATP产生效率先增后减D．叶绿体内产生的ATP不仅可用于CO2固定，还用于DNA复制和基因表达等过程【解析】比较叶绿体B和叶绿体A的实验一、实验二数据，说明叶绿体完整的双层膜对以Fecy为电子受体时的相对放氧量有明显阻碍作用，A正确；光合色素吸收光能越多，光反应速率越大，叶绿体C的光反应速率最高，说明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下，更有利于光合色素吸收光能，B正确；ATP的合成依赖于水光解的电子传递等，叶绿体A、B、C、D类囊体薄膜的受损程度依次增大，因此以DCIP为电子受体进行实验，ATP的产生效率逐渐降低，C错误；叶绿体内产生的ATP通常用于暗反应，DNA复制和基因表达所需能量通常来自呼吸作用，且CO2的固定不消耗ATP，D错误。12.(2024·镇江期末)植物学家茨维特将植物色素提取液装入含有碳酸钙粉末的层析柱中，并用层析液自上而下淋洗，出现如图所示的实验结果。下列叙述错误的有(

)A．层析柱中CaCO3可固定并保护色素B．条带1中的色素主要吸收蓝紫光C．条带2和3中色素的颜色是黄色和蓝绿色D．条带4中的色素在层析液中溶解度最大BC【解析】碳酸钙的作用是防止提取液中的叶绿素被破坏，还能通过吸附作用将色素固定在柱中，防止色素在层析过程中被层析液冲走，A正确；各色素随层析液扩散速度不同，溶解度大，扩散速度快，溶解度小，扩散速度慢，4条色带分别是：1叶绿素b、2叶绿素a、3叶黄素、4胡萝卜素，叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，B错误；条带2是叶绿素a，条带3是叶黄素，颜色分别是蓝绿色、黄色，C错误；条带4是胡萝卜素，溶解度最大，扩散速度最快，D正确。13.

光敏蛋白(PSP)是我国科学家设计的感光物质，在光照条件下能够将CO2直接还原，使电子传递效率和CO2还原效率明显提高。研究人员利用PSP模拟光合系统的部分过程已获得成功。下列叙述错误的是(

)A．光合色素主要分布在类囊体薄膜上，而光敏色素分布在植物的各个部位B．光合色素和PSP均是可用无水乙醇提取的蛋白质C．PSP的功能与自然光合系统中光合色素、NADPH相似D．光敏色素和光合色素主要吸收红光和蓝紫光BD【解析】用无水乙醇提取绿叶中的光合色素，但不能提取光敏蛋白，B错误；在光照条件下，