高考生物一轮复习必修1第三单元细胞的能量供应和利用第12讲捕获光能的色素和结构学案

第12讲捕获光能的色素和结构【课标要求】活动：绿叶中色素的提取和分离。1．绿叶中色素的提取和分离实验（1）实验原理。（2）实验步骤。[易错提醒]胡萝卜素含量最少，其色素带最窄，在层析液中溶解度最大，所以扩散最快；叶绿素a的含量最多，其色素带最宽。2．叶绿体的结构与功能（1）叶绿体的结构模式图。（2）叶绿体的功能。3．叶绿体中色素的吸收光谱分析由图可以看出：[易错提醒]植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素（叶绿素）对绿光吸收最少，绿光被反射出来。植物的液泡中也含有色素，但其中的色素不参与光合作用。[答案自填]1.（1）有机溶剂层析液（2）使研磨充分保护色素溶解色素使扩散均匀滤液细线橙黄色蓝绿色2.（1）光反应暗反应（2）外膜叶绿体基质暗反应类囊体色素光反应光合作用光束照射所有受光3.400～760可见光红光和蓝紫光蓝紫光1．绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析2．塑料大棚中“塑料颜色”与“补光类型”的选择（1）为提高光能利用率，塑料大棚栽培时常选择“无色塑料”以便透过各色光，这是因为太阳的全色光透过时各种颜色的光均可被作物吸收（对黄绿色吸收较少）。（2）阴天或夜间给温室大棚“人工补光”时，宜选择植物吸收利用率最高的“红光或蓝紫光”灯泡。因为若利用白炽灯，则其发出的光中“黄绿光”利用率极低，从节省能源（节电、节省成本）的角度讲，用红灯泡、蓝紫灯泡效率最高。3．影响叶绿素合成因素的分析考向1绿叶中色素的提取和分离1．（2024·湛江高三质检）下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细菌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纸层析时，需通风操作D．实验验证了该种蓝细菌没有叶绿素b解析：选D。研磨时加入CaCO3能防止叶绿素被破坏，A项错误；层析液由有机溶剂配制而成，B项错误；层析液易挥发，进行纸层析时烧杯上要加盖，C项错误；分析题图可知，该种蓝细菌中没有叶黄素和叶绿素b，D项正确。2．（2024·广州高三模拟）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，实验结果如下表所示。下列有关叙述错误的是（）二氧化硅颗粒大小/目02050100200叶绿素种类叶绿素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，则表中数据均会减小解析：选B。提取色素的原理是光合色素易溶于有机溶剂无水乙醇，A项正确；据题表可知，与不加二氧化硅（对照组）相比，加入二氧化硅能够增加叶绿素a的含量，减少叶绿素b的含量，所以加入二氧化硅对提取叶绿素a有益，对叶绿素b的提取无益，B项错误；据题表可知，用50目的二氧化硅提取叶绿素时，提取得到的叶绿素总量（叶绿素a的量＋叶绿素b的量＝0.70mg·g－1）最多，C项正确；碳酸钙可防止叶绿素被破坏，若在研磨过程中未加入碳酸钙，则题表中数据均会减小，D项正确。考向2叶绿体的结构适于进行光合作用3．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。下图是①②两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①和②主要分布在叶绿体的内膜上B．利用层析法分离色素时，②应位于滤纸条的最下端C．植物叶片呈现绿色是由于①②主要吸收绿光D．弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用解析：选D。题图中①（叶绿素b）、②（叶绿素a）主要分布在叶绿体的类囊体薄膜上，A项错误；利用层析法分离色素时，①（叶绿素b）应位于滤纸条的最下端，B项错误；植物叶片呈现绿色是由于①②吸收绿光最少，绿光被反射出来，C项错误；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，故弱光下①（叶绿素b）的相对含量增高有利于植物对弱光的利用，D项正确。4．（2023·高考全国卷甲）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有糖产生。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”）。（2）将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下在该悬浮液中不能产生糖，原因是__________________________________________。（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。答案：（1）差速离心法类囊体薄膜蓝紫光（2）黑暗条件下不能进行光反应，不能生成ATP和NADPH，因此不能还原C3，不能生成糖类（3）实验思路：将叶绿体用无水乙醇脱色，用适量碘液处理，观察叶绿体的颜色变化。预期结果：叶绿体变蓝色。高考真题体验[学生用书P67]1．（2020·高考江苏卷）采用新鲜菠菜叶片开展“绿叶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．研磨时添加二氧化硅有助于色素提取D．画滤液细线时应尽量减少样液扩散解析：选B。研磨时加入CaCO3可以防止叶绿素被破坏，B项错误。2．（2022·湖北选择考）某植物的2种黄叶突变体表型相似，测定各类植株叶片的光合色素含量（单位：μg·g－1），结果如下表所示。下列有关叙述正确的是（）植株类型叶绿素a叶绿素b类胡萝卜素叶绿素/类胡萝卜素野生型12355194194.19突变体1512753701.59突变体2115203790.36A.2种突变体的出现增加了物种多样性B．突变体2比突变体1吸收红光的能力更强C．2种突变体的光合色素含量差异是由不同基因的突变所致D．叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色解析：选D。2种突变体与野生型是同一物种，所以突变体出现并没有增加物种多样性，而是因为基因的不同，增加了遗传（基因）多样性，A项错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，题表中数据显示，突变体1的叶绿素（包括叶绿素a和叶绿素b）含量明显高于突变体2，故突变体1比突变体2吸收红光的能力强，B项错误；2种突变体的光合色素含量存在差异，其光合色素含量均低于野生型，且2种突变体的表型相似，因此二者可能是由相同基因发生不同方向的突变所致，C项错误；分析题表数据可知，与野生型相比，黄叶突变体的叶绿素/类胡萝卜素的值都大幅度下降，叶绿素呈绿色，类胡萝卜素大多呈黄色，由此可推断，叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅度下降可导致突变体的叶片呈黄色，D项正确。3．（2023·海南选择考）海南是我国火龙果的主要种植区之一。由于火龙果是长日照植物，冬季日照时间不足导致其不能正常开花，在生产实践中需要夜间补光，使火龙果提前开花，提早上市。某团队研究了同一光照强度下，不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影响，结果如图所示。回答下列问题：（1）光合作用时，火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是；用层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中，以滤液细线为基准，按照自下而上的次序，该光合色素的色素带位于第条。（2）本次实验结果表明，三种补光光源中最佳的是，该光源的最佳补光时间是小时·天－1，判断该光源是最佳补光光源的依据是_______________________________________________。（3）现有可促进火龙果增产的三种不同光照强度的白色光源，设计实验方案探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度（简要写出实验思路）。答案：（1）叶绿素1、2（2）红光＋蓝光6在不同的补光时间内，补光光源为红光＋蓝光的组获得的平均花朵数均最多，有利于促进火龙果成花（3）将成花诱导完成后的火龙果植株（成花数目相同）随机均分成A、B、C三组，分别置于三种不同光照强度的白色光源中照射相同且适宜的时间，一段时间后观察并记录各组植株所结火龙果的产量，产量最高的为最适光照强度。课时跟踪练[学生用书P14（单独成册）]1.在进行绿叶中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，如右图所示。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．分离色素时应在通风好的条件下进行C．若提取的是缺镁叶片中的色素，则最外侧两圈色素环的颜色较淡D．最外侧两圈色素环的色素主要吸收蓝紫光解析：选C。绿叶所含色素中叶绿素含量多，约占3/4，所以提取液通常呈现绿色，A项正确；为减少吸入层析液中有毒性的挥发性物质，分离色素时应在通风好的条件下进行，B项正确；镁是合成叶绿素的原料，若叶片缺镁，则叶绿素含量少，会使最内侧两圈色素环的颜色较淡，C项错误；最外侧两圈色素环由外到内依次是胡萝卜素和叶黄素，主要吸收蓝紫光，D项正确。2.某同学用绿色菠菜叶和黄化菠菜叶进行了光合色素的提取和分离实验，实验操作过程相同，分别得到滤纸条甲和乙，如右图所示。下列叙述正确的是（）A．分离色素利用了光合色素易溶于有机溶剂无水乙醇的原理B．滤纸条甲与乙上的色素带不会随着层析液的挥发而消失C．滤液细线若没入层析液的液面将得到宽度变窄的色素带D．滤纸条乙缺少2条色素带的原因是未加碳酸钙解析：选B。分离色素利用了光合色素随层析液在滤纸条上扩散速度不同的原理，A项错误；滤纸条甲与乙上的色素带不会随着层析液的挥发而消失，B项正确；层析液是有机溶剂，滤液细线若没入层析液的液面将导致色素溶解在层析液中，因此将得到颜色较浅的色素带或得不到色素带，C项错误；滤纸条乙缺少2条色素带的原因是黄化菠菜叶不含叶绿素，D项错误。3．（2024·惠州高三期末）在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，某同学提取的滤液经层析后结果如下图所示。造成该现象可能的解释是（）A．研磨时未加入二氧化硅B．研磨时未加入碳酸钙C．画滤液细线的次数不够D．提取时未加入无水乙醇解析：选B。若研磨时未加入二氧化硅，研磨不充分，会导致4种色素的含量均减少，但不会出现只有叶绿素b与叶绿素a的相对含量明显减少的现象，A项不符合题意；若研磨时未加入碳酸钙，叶绿素分子被破坏，会导致叶绿素b与叶绿素a的相对含量明显减少的现象，B项符合题意；若画滤液细线的次数不够，点样处积累的色素浓度低，会导致层析时4种色素的含量均减少，但不会出现只有叶绿素b与叶绿素a的相对含量明显减少的现象，C项不符合题意；若提取时未加入无水乙醇，无法提取出色素，会导致滤纸条上不出现色素带，D项不符合题意。4．下图为正常绿叶的叶绿素a的吸收光谱、色素总吸收光谱以及光合作用的作用光谱（作用光谱代表不同波长下植物的光合作用效率）。由图中信息分析，下列叙述错误的是（）A．色素的吸收光谱可以通过测量对不同波长光的吸收值来绘制，作用光谱可以通过测量不同波长相应的O2释放量来绘制B．总吸收光谱与叶绿素a吸收光谱曲线不吻合，说明绿叶中还含有其他吸收光能的色素C．总吸收光谱与作用光谱表现出高度一致性，说明绿叶中色素吸收的光能几乎都能用于光合作用D．总吸收光谱与作用光谱在450～500nm波长处出现较大差异，说明在此波长范围内其他色素对能量的转换效率比叶绿素对能量的转换效率高答案：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示作物的生长状况B．盛果期叶绿素含量较高可能与有机物在果实中积累有关C．肥料中氮和镁的含量越高，越有利于黄瓜叶片中叶绿素的形成D．叶绿素含量与光照有关，随着生育期的推进呈现先增加后减少的趋势答案：C6．（2023·深圳二模）某研究小组用四种不同的方法对欧李叶片中