第1课时 光合作用在叶绿体中进行.docx

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第1课时光合作用在叶绿体中进行

第5节　光合作用将光能转化为化学能

第1课时　光合作用在叶绿体中进行

知识内容

核心素养对接

学业质量水平

1.理解实验“光合色素的提取与分离”的原理和方法，掌握基本操作技能。

2.掌握绿叶中色素的种类和作用，明确叶绿体的结构和功能。

1.生命观念——结构与功能观：

叶绿体的结构尤其是基粒大大扩展了膜面积，与光合作用的功能相适应。

水平一

2.科学探究——实验思路及设计：

科学设计提取和分离色素的实验步骤，注意每个操作步骤的规范性。

水平二

叶绿体、光合色素及作用

1.光合作用的概念

（1）

（2）光合作用的产物除了糖还有氧气

科学家用氧的同位素18O标记的CO2和H2O分别培养小球藻，光照下测定是否产生18O2，结果如图，据图回答：

①A组试管释放的气体是O2，B组试管释放的气体是18O2。

②根据以上实验结果，可得出结论：

光合作用释放的O2来自H2O中的氧。

③该实验技术手段叫同位素标记法。

2.光合作用的场所——叶绿体并非光合作用的必要条件，蓝细菌也能进行光合作用，但没有叶绿体

[典例1]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.①和②具有选择透过性功能

B.③上既有光合色素又有与光合作用有关的酶

C.③和④中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　①②表示叶绿体的双层膜，它们是具有选择透过性的，③为叶绿体的基粒，其上含有进行光合作用的色素和酶，④为叶绿体基质也是进行光合作用的场所，也具有与光合作用有关的酶。

具有与光合作用有关的酶和光合色素而不具有叶绿体的蓝细菌也能进行光合作用。

答案　D

[变式训练1]下列关于光合作用和需氧呼吸分析不合理的是（　　）

A.光合作用是细胞呼吸的逆转

B.细胞呼吸是一个放能反应，光合作用是一个吸能反应

C.小鼠吸入18O2，其尿液中可以检测到H

O

D.给水稻提供14CO2，其叶肉细胞中可检测到14C6H12O6

解析　光合作用在叶绿体中进行，其过程更加复杂，并不是细胞呼吸的逆反应。

答案　A

联想质疑

★植物的光合作用在叶绿体里进行

★叶绿体是“能量转换站”

光合色素的提取与分离（b/b）、色素的种类、

颜色和吸收光谱（a/a）

活动：

光合色素的提取与分离实验　可看作两个实验哦！

（1）实验原理

（2）方法步骤

（3）实验结果及分析

（4）色素的吸收光谱及特点

①植物光合作用利用的光在可见光范围内，太阳光经三棱镜折射后形成不同颜色的光，这就是可见光谱。

②下图为色素的吸收光谱

可以看出：

叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，而几乎不吸收绿光；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。

[典例2]下列关于叶绿体的说法正确的是（　　）

A.植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光

B.叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素

C.叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多

D.叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积

解析　植物主要的吸收峰在蓝紫光区和红光区，绿光吸收最少，反射多，所以叶片呈现绿色，A错误；叶绿素中心元素是镁离子，B正确；叶片黄化，叶绿素减少，叶绿体对红光的吸收减少，C错误；叶绿体内膜光滑，和外膜面积相近，D错误。

答案　B

[变式训练2]关于高等植物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95%的乙醇中

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　叶绿体中的色素能够溶解在包括95%的乙醇在内的有机溶剂中，A正确；叶绿素分子中含有镁元素，可以离子状态由植物的根从土壤中吸收，进而参与叶绿素的合成，B正确；一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光，可见光不包括红外光和紫外光，C错误；叶绿素的合成需要光，黑暗中生长的植物幼苗，因没有光照而导致叶绿素合成受阻，使类胡萝卜素的颜色显现出来，因而叶片呈黄色，D正确。

答案　C

科学探究——绿叶中色素的提取与分离实验

下图是提取和分离绿叶中色素的实验步骤，请分析：

（1）提取色素时，加入剪碎的叶片后还需要加入三种物质，若A是二氧化硅，B、C分别是什么？

A、B、C各起什么作用？

提示　A是二氧化硅，作用是使研磨更充分；B是碳酸钙，作用是防止研磨中色素被破坏；C是95%的乙醇，作用是溶解色素。

（2）某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，可能的原因有哪些？

提示　研磨不充分，色素未能充分提取出来；称取绿叶过少或加入95%的乙醇过多，色素溶液浓度小；未加碳酸钙或加入过少，部分色素分子被破坏等；绿叶不新鲜，色素被分解。

（3）制备滤纸条时，剪去两角的作用是什么？

画滤液细线有什么要求？

提示　防止色素带不整齐。

画滤液细线的要求是细、齐、直，待滤液干后还要重复画3～4次。

（4）色素分离时，关键应注意层析液不能触及滤液细线，为什么？

提示　若层析液触及滤液细线，则滤液细线中的色素会被层析液溶解，不能分离得到色素带。

[典例3]（2020·辽宁沈阳高一检测）如图是对菠菜叶片叶绿体色素分离的结果示意图。

下列相关分析正确的是（　　）

A.a操作的目的是方便层析液的吸附

B.b铅笔细线能够促进色素的层析

C.如果c、d带宽减小一定是忘记添加碳酸钙

D.色素f在层析液中的溶解度最大

解析　题图中a操作即剪去滤纸条的两角，其目的是防止层析液在滤纸条两边扩散过快，导致得到的色素带不整齐，A错误；b铅笔细线能够使得滤液细线画得细而直，得到的色素带比较整齐，便于观察，B错误；c、d带对应的色素分别为叶绿素b、叶绿素a，二者带宽减小说明滤液中叶绿素含量减少，原因可能是忘记添加碳酸钙，也可能是叶片不新鲜，叶绿素含量少，C错误；色素f是胡萝卜素，在层析液中的溶解度最大，扩散最快，位于滤纸条的最上方，D正确。

答案　D

[变式训练3]甲、乙、丙、丁四位同学在利用新鲜绿色菠菜叶为实验材料，用层析法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于操作不同，而得到了以下四种不同的层析结果。

下列分析错误的是（　　）

A.甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液

B.乙可能是因为研磨时加入95%的乙醇过多

C.丙可能是正确操作得到的理想结果

D.丁可能是因为研磨时未加入CaCO3

解析　叶绿体中的色素易溶于酒精等有机溶剂，难溶于水，所以甲可能是用蒸馏水作提取液和层析液的结果；乙中每种色素都有，但含量很少，可能是95%的乙醇过多，色素浓度太低导致的；丙中每种色素都有，但是胡萝卜素和叶黄素含量较多，叶绿素a和叶绿素b含量较少，这不应该是正确操作得到的理想结果；丁中叶绿素a和叶绿素b含量很少，可能是研磨时未加入CaCO3破坏了叶绿素，因为与类胡萝卜素相比，叶绿素更易受到破坏。

答案　C

　相关实验误差分析

收集到的滤液绿色过浅

原因

①未加石英砂（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95%的乙醇，提取浓度太低（正确做法：

分次加入少量95%的乙醇）

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

原因

①滤液细线不直；②滤液细线过粗

滤纸条无色素带

原因

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

联想质疑

★①加入二氧化硅是为了研磨充分，使色素充分提取出来，

②加入95%乙醇，是为了溶解绿叶中的色素，

③加入碳酸钙是为了防止色素分子被破坏。

④迅速研磨是为了防止乙醇挥发。

★滤纸条边缘的溶液运动速度快，中间的溶液运动速度慢，为了跑出平齐的色素带，要剪去滤纸条两角。

★滤液细线不能触及层析液。

★我们看到的叶片颜色是叶片反射出来光的颜色。

★恩吉尔曼实验

★北方的秋天，叶绿素受气温下降等因素的影响，逐渐分解、消失，而类胡萝卜素则比较稳定，所以秋天叶子变黄。

课堂小结

随堂检测

1.光合作用的实质是（　　）

A.把CO2转换成ATP

B.产生化学能贮存在有机物中

C.把光能转变成化学能，储存在ATP中

D.把无机物转化成有机物，把光能转变成化学能

解析　光合作用的实质是将无机物转化为有机物，将光能转变为化学能。

答案　D

2.（2019·杭州重点中学高一检测）把新鲜的叶绿素溶液放在光源与分光镜之间，在光谱中可以看到最强的吸收区在（　　）

A.绿光部分B.红光和蓝紫光部分

C.黄光部分D.黄橙光部分

解析　光谱中绿光几乎不被叶绿素吸收，A错误；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、D错误。

答案　B

3.下面有关叶绿体的叙述，正确的是（　　）

A.叶绿体色素都分布在类囊体膜上

B.叶绿体的色素分布在外膜和内膜上

C.光合作用的酶只分布在叶绿体基质中

D.光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上

解析　叶绿体是由内外双层膜、类囊体和基质三部分构成的。

类囊体是一种扁平的囊状结构，在类囊体膜上，有进行光合作用必需的色素和酶。

许多类囊体堆叠而成为基粒，基粒之间充满着基质，其中含有与光合作用有关的酶。

答案　A

4.叶绿体色素的纸层析结果显示，叶绿素b位于层析滤纸的最下端，原因是（　　）

A.分子量最小

B.分子量最大

C.在提取液中的溶解度最大

D.在层析液中的溶解度最小

解析　纸层析法分离色素原理是色素在层析液中的溶解度不同，随着层析液扩散的速度不同，溶解度越大，扩散的速度越快，其色素带距离滤液细线越远，反之则越近。

叶绿体色素的纸层析结果显示叶绿素b位于层析滤纸的最下端，说明叶绿素b在层析液中的溶解度最小。

答案　D

5.（2019·杭州西湖高一月考）在“光合色素的提取与分离”实验中，所用试剂和作用不相符的是（　　）

A.碳酸钙—保护叶肉细胞B.二氧化硅—研磨充分

C.95%酒精—溶解色素D.层析液—分离色素

解析　研磨时加碳酸钙是防止研磨中色素被破坏，A错误；在叶绿体色素的提取和分离实验中，加入少许二氧化硅的作用是使研磨得充分，B正确；加入95%酒精的作用是溶解色素，C正确；各种色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素，D正确。

答案　A

6.如图1表示某同学做“绿叶中色素的分离”实验的改进装置，据图回答下列问题：

（1）该实验采用的方法是________法，应将提取到的滤液滴在a、b中的________处，向培养皿中倒入________，棉线灯芯下端应________中。

（2）实验结果得到四个不同颜色的同心圆（如图2），则1、2、3、4四条带依次表示________、________、________、________。

若采用的实验材料是秋季的黄叶，四个圆中颜色明显变浅的是________。

答案　

（1）纸层析　a　层析液　浸入层析液

（2）胡萝卜素　叶黄素　叶绿素a　叶绿素b　3和4

课时作业

（时间：

30分钟）

知识点1　叶绿体、光合色素及作用

1.下列关于叶绿体的叙述中，正确的是（　　）

A.植物细胞均含有叶绿体

B.叶绿体基质、线粒体基质和细胞溶胶的功能和所含化合物均相同

C.叶绿体中所含色素分布在叶绿体类囊体和基质中

D.叶绿体的类囊体膜中发生光反应

答案　D

2.（2019·嘉兴三中检测）研磨绿叶时要加入95%酒精，目的是（　　）

A.使各种色素溶解其中

B.防止色素分子被破坏

C.补充研磨过程中减少的液体

D.只为了使叶绿素溶解其中

解析　叶绿体中色素溶于有机溶剂而不溶于水，所以一般用95%酒精或丙酮来提取色素，A正确；加入碳酸钙的目的是保护色素，防止色素分子被破坏，B错误；研磨过程中不需要补充溶液，C错误；叶绿体中含有2大类色素，包括叶绿素和类胡萝卜素，D错误。

答案　A

3.叶绿体是绿色植物进行光合作用的细胞器，光能的吸收发生在叶绿体的（　　）

A.内膜上B.类囊体膜上

C.叶绿体基质中D.任何部位

解析　吸收光能的色素仅分布在叶绿体的类囊体膜上，其他部位没有吸收光能的色素。

答案　B

4.（2019·桐乡高一期末）下列关于光合色素的叙述正确的是（　　）

A.叶绿素不吸收绿光从而呈绿色

B.吸收光谱的纵坐标为光的波长

C.类胡萝卜素的颜色只有橙色和黄色

D.类胡萝卜素可存在于叶片外的器官中

解析　叶绿体中的色素分布在类囊体薄膜上，分为叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色）、叶黄素（黄色）、胡萝卜素（橙色），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。

叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，几乎不吸收绿光，不能说完全不吸收，绿光被反射回来，而使叶片呈现绿色，A错误；吸收光谱的横坐标为光的波长，B错误；类胡萝卜素主要包括橙色的胡萝卜素和黄色的叶黄素，此外还含有其他颜色的色素，C错误；类胡萝卜素可存在于叶片外的器官中，如胡萝卜的根部细胞，D正确。

答案　D

知识点2　光合色素的提取与分离、色素的种类、颜色和吸收光谱

5.在“光合色素的提取和分离实验”中，收集到的滤液绿色过浅，其原因可能是（　　）

①未加石英砂，研磨不充分　②一次加入大量的95%的乙醇提取　③分次加入少量95%的乙醇提取　④使用放置数天的菠菜叶

A.①②③B.②③④

C.①③④D.①②④

解析　叶绿体色素的滤液绿色过浅的原因，包括外因和内因两部分。

内因如植物种类不同、叶片衰老程度或叶片久置未见光等；外因如研磨不充分，叶绿素没有释放出来，或加入的提取液太多，过度稀释了滤液等。

答案　D

6.某研究组获得了叶黄素缺失的水稻，将其叶片进行红光照射时光吸收测定和色素层析条带分析（从上至下），与正常叶片相比，实验结果是（　　）

A.光吸收差异显著，色素带缺第2条

B.光吸收差异不显著，色素带缺第3条

C.光吸收差异显著，色素带缺第3条

D.光吸收差异不显著，色素带缺第2条

解析　叶绿体色素有四种，经纸层析法得到的色素带从上至下依次是胡萝卜素、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，而叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，所以将叶黄素缺失突变体叶片，进行红光照射测定光吸收差异不显著，而色素带缺叶黄素这个条带，位于第2条。

答案　D

7.如图表示叶绿体色素提取和分离实验中纸层析的结果，据图判断用作实验材料的叶片颜色为（　　）

A.红色B.黄色

C.绿色D.紫色

解析　在叶绿体色素提取和分离实验中，滤纸条上的四条色素带距点样处的距离由近及远分别是：

叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，由图可知，叶绿素含量比类胡萝卜素含量少，用作实验材料的叶片应为黄色。

答案　B

8.下列关于色素提取与分离实验的叙述中，错误的是（　　）

A.加入碳酸钙是防止色素被破坏

B.加入二氧化硅有利于破坏叶肉细胞

C.加入95%的乙醇的目的是溶解色素

D.滤纸条上的滤液细线中色素越少，越有利于色素分离

解析　加入碳酸钙是为了防止研磨过程中叶绿体中的色素被破坏，A正确；在提取色素的过程中加入二氧化硅有利于破坏叶肉细胞，使研磨充分，B正确；叶绿体中的色素都能溶解于有机溶剂中，所以加入95%的乙醇的目的是溶解色素，C正确；滤纸条上的滤液细线中色素越多越有利于色素的分离，使实验现象越明显，D错误。

答案　D

9.用纸层析法分离叶绿体色素时，滤纸条最上端的色素名称和颜色分别是（　　）

A.叶绿素a蓝绿色B.叶绿素b黄绿色

C.胡萝卜素、橙色D.叶黄素、黄色

解析　用纸层析法分离叶绿体色素时，滤纸条从上到下的色素带依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，所以滤纸条最上端的色素是胡萝卜素，其颜色是橙色。

答案　C

10.（2019·嘉兴期中）在“光合色素的提取和分离”实验中，如果没有95%乙醇和菠菜叶片，要使提取液中色素含量丰富，可以用来替代的实验试剂和材料分别是（　　）

A.NaCl溶液和新鲜青菜叶B.丙酮和新鲜韭菜叶

C.蒸馏水和大白菜叶D.酒精和大白菜叶

解析　氯化钠溶液不能提取色素，A错误；丙酮等有机溶剂能提取色素，韭菜叶和菠菜叶中含有色素较多，B正确；蒸馏水属于无机溶剂，不能提取色素，大白菜中含有色素较少，C、D错误。

答案　B

11.从种植于室内普通光照和室外强光光照下的同种植物分别提取叶片的叶绿体色素，用纸层析法分离，结果如图，下列判断正确的是（　　）

A.室内植物叶片偏黄

B.室外植物叶片偏绿

C.室外植物叶片胡萝卜素含量＞叶黄素含量

D.室内植物叶片叶绿素a含量＞叶绿素b含量

解析　提取叶片的叶绿体色素，用纸层析法分离，滤纸条上从上到下四条色素带分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b，室内植物叶片偏绿，A错误；室外植物叶片偏黄，B错误；室外植物叶片胡萝卜素含量＜叶黄素含量，C错误；室内植物叶片叶绿素a含量＞叶绿素b含量，D正确。

答案　D

12.叶绿体是植物进行光合作用的细胞器。

下列关于叶绿体及色素的叙述，错误的是（　　）

A.植物细胞都有叶绿体，叶绿素分布于叶绿体的外膜和内膜上

B.与光合作用有关的酶分布于类囊体和基质中

C.叶绿体内有许多类囊体，极大地扩大了受光面积

D.叶绿体中的色素分布于类囊体膜上，且都能吸收蓝紫光

解析　根细胞等植物细胞不含叶绿体；叶绿素等色素只分布在叶绿体类囊体膜上，A错误。

答案　A

13.图中①代表新鲜菠菜叶的光合色素纸层析结果，则图②所示结果最有可能来自于（　　）

A.水培的洋葱叶B.生长的柳树幼叶

C.培养的衣藻D.秋冬的银杏落叶

解析　图②滤纸条上的色素带不完整，只有胡萝卜素、叶黄素。

秋冬的银杏落叶呈黄色（或橙黄色），这是由于低温破坏了叶绿素，因此叶片中几乎不含叶绿素。

其他选项中的材料中都含有充足的四种色素。

答案　D

14.在进行“光合色素提取与分离”的实验时，不让层析液没及滤液细线的原因是（　　）

A.滤纸上几种色素会扩散不均匀而影响实验结果

B.滤纸上的滤液细线会变粗而使色素太分散

C.色素会溶解在层析液中而使实验失败

D.滤纸上的几种色素会混合起来不分散

解析　叶绿体中的各种色素能够溶于有机溶剂，若在层析时，层析液没及滤纸条上的滤液细线，色素就会溶解在层析液中，导致层析后得不到色素带。

答案　C

15.（2019·嘉兴三中检测）已知在层析液中溶解度越大的色素在滤纸上扩散的速度越快，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是（　　）

A.叶绿素aB.叶绿素b

C.叶黄素D.胡萝卜素

解析　用纸层析法分离色素，滤纸条上的色素带自上而下依次是：

胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b，则胡萝卜素与滤液细线距离最远，故胡萝卜素在层析液中溶解度最大。

答案　D

16.如图显示新鲜菠菜叶的光合色素纸层析结果，下列叙述正确的是（　　）

A.色素带①是叶绿素a

B.寒冷时，色素带④较色素带②更易被破坏

C.色素带③的扩散速度小于②

D.色素带③和④属于类胡萝卜素

解析　色素带②是叶绿素a，A错误；寒冷时，叶绿素容易被破坏而使叶片呈黄色，所以色素带②较色素带④更易被破坏，B错误；色素带③在②的上方，其扩散速度明显大于②，C错误；色素带①②属于叶绿素，色素带③和④属于类胡萝卜素，D正确。

答案　D

17.某同学从杨树叶片中提取并分离得到4种色素样品，经测定得到下列吸收光谱图，其中属于叶绿素b的是（　　）

解析　植物叶绿体中的色素分为叶绿素和类胡萝卜素，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，400nm～500nm为蓝紫光区，600nm～700nm为红光区，叶绿素b是叶绿素的一种，A正确。

答案　A

18.分别在A、B、C三个研钵中加入5g剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表所示添加试剂，经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液，并进行色素分离实验，其中一种溶液色素分离结果如图所示。

请回答下列问题：

处理

A

B

C

二氧化硅（少量）

＋

＋

＋

碳酸钙（少量）

－

＋

＋

95%的乙醇（10mL）

＋

－

＋

蒸馏水（10mL）

－

＋

－

（注：

“＋”表示添加，“－”表示不加）

（1）图中乙色素表示________，该图所表示的实验结果属于________处理得到的溶液。

（2）若利用A处理得到的溶液进行纸层析，得到的实验结果与图示结果________（填“相同”或“不同”），理由是____________________________。

（3）进行色素分离实验中，层析时关键应注意_____________________________

_________________________________________________________________。

解析　

（1）根据图示中色素含量以及扩散距离，可知甲为叶绿素b、乙为叶绿素a、丙为叶黄素、丁为胡萝卜素，在色素提取过程中，碳酸钙的作用是保护色素，95%的乙醇的作用是提取色素，可知C处理为正确操作。

（2）如果在研磨过程中不加碳酸钙，导致部分叶绿素被破坏，则分离得到的叶绿素会比较少，实验结果与正确操作不同。

（3）如果让滤液细线触及层析液，那么色素会溶解在层析液中，从而无法实现色素的分离。

答案　

（1）叶绿素a　C

（2）不同　未加碳酸钙，部分叶绿素被破坏，图中甲、乙对应色素含量减少（3）不要让滤液细线触及层析液