資源簡介

生物學 必修1［RJ］（不定項）
人教生物必修1知識梳理及訓練
5.4 光合作用與能量轉化
第1課時　捕獲光能的色素和結構
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知識點1　捕獲光能的色素
1.光合作用意義：太陽光能的輸入、捕獲和轉化，是生物圈得以維持運轉的基礎。光合作用是唯一能夠捕獲和轉化光能的生物學途徑。
2.葉片呈現綠色的原因：葉片中有綠色的色素。
3.實驗：綠葉中色素的提取和分離
（1）實驗原理
實驗 原理
提取色素 綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中；色素存在于細胞內，需要先破碎細胞才能釋放出色素
分離色素 綠葉中色素都能溶解在層析液中，但不同的色素溶解度不同；溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快，反之則慢。因而色素就會隨著層析液在濾紙上的擴散而分開
（2）實驗步驟
①提取色素
②分離色素
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1.制備濾紙條時，在濾紙條一端剪去兩角的目的？
提示：防止出現邊緣效應造成兩邊色素擴散得快，保證色素帶整齊。
2.鉛筆畫一條細線的目的？重復畫線的目的？
提示：保證毛細吸管畫的濾液細線直、齊。增加色素含量，使現象明顯。
（3）觀察結果
濾紙條上色素帶有四條，如下圖所示：
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結果分析：
①色素帶的條數與色素種類有關，四條色素帶說明有四種色素。
②色素帶的寬窄與色素含量有關，色素帶越寬說明此種色素含量越多。色素含量由多到少排列為葉綠素a>葉綠素b>葉黃素>胡蘿卜素。
③色素帶擴散速度與色素在層析液中的溶解度有關，擴散速度越快說明溶解度越高。溶解度最高的是胡蘿卜素。
4.綠葉中色素的吸收光譜
（1）光譜：陽光是由不同波長的光組合成的復合光，在穿過三棱鏡時，不同波長的光會分散開，形成不同顏色的光帶，稱為光譜。
（2）吸收光譜：分別讓不同顏色的光照射色素溶液，就可以得到色素溶液的吸收光譜。
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知識拓展
1.影響葉綠素合成的因素
（1）光照：光是葉綠素合成的必要條件。
（2）溫度：低溫抑制葉綠素的合成，破壞已有的葉綠素分子，從而使葉片變黃。
（3）鎂等無機鹽：鎂是構成葉綠素的重要成分，缺鎂葉片變黃。
2.不同顏色溫室大棚的光合效率
（1）在農業生產中，溫室大棚應使用無色透明的塑料薄膜或玻璃，因為它們能讓所有的光都透過，效果最好。
（2）若為大棚內植物補充光照，應選擇補充紅光或藍紫光，因為相同強度的紅光或藍紫光，比白光的光合作用強度要高。
（3）葉綠素對綠光吸收最少，因此使用綠色塑料薄膜或玻璃的溫室大棚光合效率最低。
知識點2　葉綠體的結構適于進行光合作用
1.葉綠體的結構
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2.葉綠體功能的實驗驗證
（1）實驗者：德國科學家恩格爾曼。
（2）實驗過程及現象
②緊接著又做了一個實驗：他用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片，發現大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區域。
（3）實驗結論
①葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧。
②葉綠體主要吸收紅光和藍紫光。
（4）實驗設計的巧妙之處
①實驗材料用水綿和需氧細菌，水綿的葉綠體呈螺旋帶狀分布，便于觀察，用需氧細菌可確定釋放氧氣的部位。
②沒有空氣的黑暗環境排除了氧氣和光的干擾。
③用極細的光束照射，葉綠體上可分為有光照和無光照的部位，相當于一組對比實驗。
④臨時裝片完全暴露在光下的實驗再一次驗證實驗結果。
知識歸納
（1）并不是所有的植物細胞都含有葉綠體，只有進行光合作用的植物細胞才含有葉綠體。
（2）色素不只是分布于葉綠體中，也可分布于液泡中，如花青素，但是液泡中的色素不能用于光合作用。
（3）葉綠體不是細胞進行光合作用的唯一場所，如藍細菌細胞沒有葉綠體，它進行光合作用的場所是細胞質。
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INCLUDEPICTURE "\\\\楊楠\\楊楠\\課件\\295生物（新必修1導學案（不定項版\\本節聚焦.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "\\\\楊楠\\楊楠\\課件\\295生物（新必修1導學案（不定項版\\本節聚焦.TIF" \* MERGEFORMAT
1.植物依靠哪些色素捕獲光能？
答案　葉綠素（葉綠素a、葉綠素b）、類胡蘿卜素（胡蘿卜素、葉黃素）。
2.葉綠體的結構有哪些適于進行光合作用的特點？
答案　類囊體堆疊成基粒，大大增加了膜面積；類囊體膜上和葉綠體基質中存在許多進行光合作用所必需的酶，類囊體膜上分布著許多吸收光能的色素分子。
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1.（目標1）下列有關葉綠體色素提取和分離的實驗，敘述不正確的是（　　）
A.新鮮的深綠色葉片可用于色素的提取和分離
B.加酒精研磨的新鮮葉片，過濾后可得到色素提取液
C.色素在濾紙條上分離的原理是不同色素在層析液中的溶解度不同，擴散的速度不同
D.畫有色素濾液的細線浸入層析液中，利于溶解的色素分離
答案　D
2.（目標2）秋季的北京香山，黃櫨、紅楓、銀杏等樹種的葉片由綠變紅或變黃，一時間層林盡染，分外妖嬈。低溫造成葉肉細胞中含量下降最顯著的色素是（　　）
A.葉綠素 B.葉黃素
C.胡蘿卜素 D.花青素
答案　A
3.（目標3）恩格爾曼用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片，驚奇地發現大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區域，該實驗能得出的結論主要是（　?。?br/>A.需氧細菌沒有線粒體也能進行有氧呼吸
B.光合作用釋放氧氣的部位是葉綠體的類囊體
C.葉綠素主要吸收紅光和藍紫光
D.葉綠體主要吸收紅光和藍紫光用于光合作用，釋放氧氣
答案　D
解析　該實驗中恩格爾曼用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片，發現需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區域，說明紅光和藍紫光部位有氧氣產生，而氧氣是光合作用的產物，所以該實驗主要說明葉綠體主要吸收紅光和藍紫光用于光合作用，并釋放氧氣，D正確。
4.（不定項）（目標1）下列有關“綠葉中色素的提取和分離”實驗的敘述，錯誤的是（　?。?br/>A.擴散速度最慢的是葉綠素b，呈藍綠色
B.色素帶最寬、最窄的分別是葉綠素a和葉黃素
C.此實驗主要探究綠葉中色素的種類
D.研磨時加二氧化硅充分破壞葉綠體，以獲得更多的色素
答案　AB
解析　葉綠素b呈黃綠色，A錯誤；色素帶最寬的是葉綠素a，最窄的是胡蘿卜素，B錯誤。
5.（不定項）（目標3）如圖為葉綠體結構示意圖，下列敘述正確的是（　?。?br/>A.①具有選擇透過性
B.吸收光能的色素分布在②上
C.與光合作用有關的酶分布在②③中
D.葉綠體具有雙層膜
答案　ABCD
解析　葉綠體是由雙層膜構成的，它們具有選擇透過性，A、D正確；吸收光能的色素分布在類囊體薄膜上，即②上，B正確；與光合作用有關的酶分布在類囊體薄膜上和葉綠體基質中，C正確。
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INCLUDEPICTURE "\\\\楊楠\\楊楠\\課件\\295生物（新必修1導學案（不定項版\\題型5-4-1.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "\\\\楊楠\\楊楠\\課件\\295生物（新必修1導學案（不定項版\\題型5-4-1.TIF" \* MERGEFORMAT
[例1]　在做“綠葉中色素的提取和分離”實驗時，甲、乙、丙、丁四位同學對相關試劑的使用情況如下表所示（“＋”表示使用，“－”表示未使用），其余操作均正常，他們所得的實驗結果依次應為（　?。?br/>甲 乙 丙 丁
無水乙醇 － ＋ ＋ ＋
水 ＋ － － －
CaCO3 ＋ ＋ － ＋
SiO2 ＋ ＋ ＋ －
A.①②③④ B.②④①③
C.④②③① D.③②①④
解題分析　由表可知，甲同學加的溶劑為水，而不是有機溶劑無水乙醇，色素不溶于水，因而提取不到葉綠體中的色素，所得結果應為②；乙同學的操作正確，應為④，即自上而下依次出現胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a和葉綠素b，且葉綠素a和葉綠素b的含量較多；丙同學盡管使用了有機溶劑無水乙醇，可以提取到色素，但由于未加CaCO3，葉綠素可能會被破壞，因而下邊的兩條色素帶比正常的窄，應為①；丁同學未加SiO2，可能研磨不充分，導致各種色素的提取量均少于正常水平，應為③。
答案　B
[例2]　科研人員發現了一種色素缺失的豌豆變異植株，提取其色素并進行了紙層析分離，結果如圖（圖中數字代表正常植株的色素帶位置）。以下關于該變異植株的敘述正確的是（　?。?br/>A.缺失葉綠素b，植株對藍紫光、紅光的吸收能力減弱
B.缺失胡蘿卜素，植株對藍紫光的吸收能力減弱
C.缺失葉綠素a，植株對紅光的吸收能力減弱
D.缺失葉黃素，植株對藍紫光的吸收能力減弱
解題分析　根據題意并分析圖示可知，①是胡蘿卜素、③是葉綠素a、④是葉綠素b；圖中缺失的是葉黃素。葉綠素a和葉綠素b主要吸收紅光和藍紫光；胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光。該變異植株缺失葉黃素，因此對藍紫光的吸收能力減弱，D正確。
答案　D
知識拓展
　　實驗異?，F象分析
（1）濾紙條未見色素帶的原因：①忘記畫濾液細線；②濾液細線接觸到層析液，使得色素溶解于層析液中；③用水進行綠葉中色素的提取。
（2）濾液綠色過淺的原因：①未加二氧化硅，研磨不充分；②取材不好，葉片不夠新鮮，不是濃綠色；③加入無水乙醇過多，提取液濃度太低；④未加CaCO3或加入過少，色素分子被破壞。
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[例3]　如圖為水綿結構模式圖。恩格爾曼進行光合作用實驗時，把載有水綿和需氧細菌的臨時裝片放在沒有空氣的黑暗環境里，然后用極細的光束對水綿細胞的不同部位（如a處）做點狀投射，發現水中的需氧細菌明顯聚集在葉綠體被光投射處；若將裝片完全暴露在光下，需氧細菌則分布在葉綠體所有受光部位。此實驗證明了（　?。?br/>A.氧氣是由水分解來的
B.氧氣是葉綠體釋放出來的，葉綠體是光合作用的場所
C.光合作用能產生淀粉
D.光合作用需以二氧化碳為原料
解題分析　需氧細菌分布在氧氣較多的地方，實驗中需氧細菌分布在葉綠體受光的部位，則此實驗證明了氧氣是葉綠體釋放出來的，葉綠體是光合作用的場所。
答案　B
[例4]　（不定項）科學家恩格爾曼用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片，發現好氧細菌大量聚集在如圖所示區域。以下分析正確的是（　　）
A.實驗過程中裝片需放置在黑暗環境中是為了設置自變量
B.水綿光合作用產生的O2能進入細菌的線粒體與[H]結合生成H2O
C.圖中細菌分布的差異是水綿在不同區域光合作用強度不同造成的
D.水綿的葉綠體螺旋狀分布在細胞中有利于實驗的進行
解題分析　細菌為原核生物，無線粒體，B錯誤。
答案　ACD
INCLUDEPICTURE "\\\\楊楠\\楊楠\\課件\\295生物（新必修1導學案（不定項版\\課時作業.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "\\\\楊楠\\楊楠\\課件\\295生物（新必修1導學案（不定項版\\課時作業.TIF" \* MERGEFORMAT
[單項選擇題]
INCLUDEPICTURE "\\\\楊楠\\楊楠\\課件\\295生物（新必修1導學案（不定項版\\圓點.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "\\\\楊楠\\楊楠\\課件\\295生物（新必修1導學案（不定項版\\圓點.TIF" \* MERGEFORMAT 知識點一　捕獲光能的色素
1.提取光合色素，進行紙層析分離。對該實驗現象或操作的解釋，正確的是（　　）
A.未見分離后的色素帶，說明材料可能是黃化葉片
B.用無水乙醇提取色素，加入CaCO3是為了使研磨更充分
C.提取液呈綠色是由于含有葉綠素且多于類胡蘿卜素
D.胡蘿卜素在濾紙上擴散最快，是因為其在提取液中的溶解度最高
答案　C
解析　材料若是黃化葉片，則分離后應含有胡蘿卜素、葉黃素的色素帶，未見分離后的色素帶可能是濾液細線接觸到層析液，用水進行色素的提取等原因，A錯誤；用無水乙醇提取色素，加入CaCO3是為了保護色素，加入二氧化硅是為了研磨更充分，B錯誤；根據色素分離的原理可知，胡蘿卜素在濾紙上擴散最快，是因為其在層析液中的溶解度最高，D錯誤。
2.為研究光照強度對移栽幼苗光合色素的影響，某同學用乙醇提取葉綠體色素，用石油醚進行紙層析，如圖為紙層析的結果（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為色素條帶）。下列敘述不正確的是（　?。?br/>A.若用黃葉提取分離色素，則濾紙條上最下面兩條色素帶可能消失
B.強光照導致了該植物葉綠素含量降低，類胡蘿卜素含量增加
C.畫濾液線時，濾液在點樣線上只畫一次，層析時濾液細線不能浸沒在層析液中
D.色素Ⅲ、Ⅳ吸收光譜的吸收峰值不同，相鄰色素帶距離最小的是葉綠素a與葉綠素b
答案　C
解析　在分離色素實驗中，畫濾液細線時，需要重復畫線，以增加色素量，C錯誤。
3.如圖表示葉綠體中色素吸收光能的情況。據圖判斷，以下說法不正確的是 （　?。?br/>A.由圖可知，類胡蘿卜素主要吸收400～500 nm波長的光
B.用450 nm波長的光比600 nm波長的光更有利于提高光合作用強度
C.由550 nm波長的光轉為670 nm波長的光后，葉綠體吸收利用的光能減少
D.土壤中缺乏鎂時，植物對420～470 nm波長的光的利用量顯著減少
答案　C
解析　由圖可知，由550 nm波長的光轉為670 nm波長的光后，葉綠體吸收利用的光能增多，C錯誤。
4.將長勢相同的四株植物，分別置于不同顏色的玻璃罩內，在同一環境中，接受相同水肥和光照，經過一段時間后，長勢最好和最差的依次是（　?。?br/>①紅色透明罩?、诰G色透明罩　③藍色透明罩 ④無色透明罩
A.④③ B.②①
C.④② D.③①
答案　C
解析　無色透明罩可允許各種顏色的單色光透過，而有色透明罩只允許與透明罩顏色相同的一種單色光透過。在白光下，植物長勢最好，在綠光下植物長勢最差。
5.利用無水乙醇提取出葉綠體中的色素，設法分離得到各種色素后，并將葉綠素b、葉綠素a、葉黃素、胡蘿卜素和混合液依次點樣在濾紙的1、2、3、4、5位置（如圖所示），當濾紙下方浸入層析液后，濾紙條上各色素正確位置應為（　?。?br/>答案　B
解析　在層析液中四種色素的溶解度從大到小的順序依次是胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b。色素溶解度越大，隨層析液在濾紙上擴散的速度越快，反之則慢，因此將葉綠素b、葉綠素a、葉黃素、胡蘿卜素依次點樣在濾紙的1、2、3、4，層析后，在濾紙上的位置從低到高依次是1、2、3、4?；旌弦褐泻?種色素，擴散后在濾紙條上形成4條色素帶。故選B。
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6.為探究葉綠體吸收光能后是否有氧氣產生，某學者設計了以下實驗：制作載有水綿和需氧細菌的臨時裝片，用極細光束照射水綿，并放在顯微鏡下觀察。下列關于該實驗的分析，錯誤的是（　?。?br/>A.在光束照射到水綿之前，應該加三棱鏡將混合光分解成不同波長的光
B.臨時裝片應放置在沒有空氣的黑暗環境中
C.用需氧細菌起指示作用
D.水綿細胞內呈螺旋帶狀分布的葉綠體有利于實驗現象的觀察
答案　A
[不定項選擇題]
7.北京的秋天呈現出繽紛的色彩，有綠色、黃色、紅色、紫色等。下列敘述正確的是（　　）
A.植物繽紛的色彩是葉綠體和液泡中各種色素的比例不同造成的
B.用清水可以將紫鴨跖草葉片中的所有色素提取并分離
C.秋天銀杏葉片變黃的原因是低溫造成葉綠素含量降低
D.楓樹、爬山虎等植物葉片變紅后捕獲光能的能力增強
答案　AC
解析　植物細胞中存在色素的細胞器有葉綠體和液泡，葉綠體色素包括葉綠素a、葉綠素b、葉黃素和胡蘿卜素，植物繽紛的色彩是葉綠體和液泡中各種色素的比例不同造成的，A正確；葉綠體色素不溶于水，因此不能用清水提取所有色素，B錯誤；葉綠素在低溫下易被分解，秋天銀杏葉片變黃的原因是低溫造成葉綠素含量降低，C正確；楓樹、爬山虎等植物葉片變紅后葉綠素含量降低，捕獲光能的能力減弱，D錯誤。
8.下列用鮮菠菜進行色素提取、分離實驗的敘述，錯誤的是（　　）
A.葉片充分研磨后應立即加入少許碳酸鈣，防止色素被破壞
B.畫濾液細線時應迅速地重復畫線，保證濾紙條上有足量的色素
C.即使菜葉剪碎不夠充分，也可以提取出4種光合色素
D.距離濾液細線由近到遠的色素帶顏色依次是黃綠色、藍綠色、橙黃色、黃色
答案　ABD
解析　葉片在研磨時，加入少許碳酸鈣，防止色素被破壞，A錯誤；畫濾液細線時，應待濾液干后再重畫一到兩次，B錯誤；菜葉剪碎不夠充分，可能使葉片研磨不夠充分，導致提取到的色素較少，但色素沒有被破壞，故仍可以提取出4種光合色素，只是色素帶較窄、顏色較淺，C正確；距離濾液細線由近到遠的色素帶顏色依次是黃綠色、藍綠色、黃色、橙黃色，D錯誤。
[非選擇題]
9.下面是甲、乙、丙三位同學進行“綠葉中色素的提取和分離”實驗的過程，請據圖回答下列問題：
（1）甲同學選用新鮮菠菜的綠色葉片進行實驗，在濾紙上出現了四條清晰的色素帶，如圖1所示。甲同學分離色素的方法是　　　　，濾紙條上色素帶位置的不同主要取決于　　　　　　　　　　　　　　　　。從上往下數，葉黃素位于第　　　　條色素帶。
（2）乙同學改變甲同學所用層析液組成后繼續進行實驗，在濾紙條上出現了黃、綠兩條色素帶。他用刀片裁出含色素帶的濾紙條，用乙醚分別溶解條帶上的色素，濃縮后用一光學分析儀器檢測，通過分析色素溶液的　　　　來判斷色素帶上的色素種類。
（3）丙同學對甲同學所做的“綠葉中色素的分離”實驗進行改進，實驗裝置如圖2所示。該同學應將提取到的濾液滴在　　　?。ㄌ睢癮”或“b”）處，棉線燈芯下端應浸沒在　　　　中。實驗結果得到四個不同顏色的同心圓，排列在最內側的色素是　　　?。ㄌ钌氐拿Q）。
答案?。?）紙層析法　色素在層析液中溶解度的大小　2
（2）吸收光譜
（3）a　層析液　葉綠素b
10.為研究城市環境污染和某植物生命活動的關系，研究者測定了不同污染程度下該植物葉片光合色素的含量，獲得的數據處理成下面的柱狀圖。請分析回答下列問題：
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（1）提取葉片中光合色素時常使用　　　 　　　　來提取色素。研磨時為使　　　　　　　　，還可加入少許二氧化硅。
（2）紙層析法是分離葉片光合色素的簡便方法。若研究者用該方法能否獲得上述實驗數據？為什么？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）據圖可知，污染程度的加劇使　　　　（色素類型）的含量減少。
答案?。?）無水乙醇（或有機溶劑）　研磨更充分
（2）否。利用紙層析法只能在濾紙上觀察到分離的色素帶，不能定量分析色素
（3）葉綠素（或葉綠素a和葉綠素b）
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