光合作用（一）捕获光能的色素和结构
【学习目标】
1、简述叶绿体中色素的种类、分布和作用。 2、描述叶绿体的结构、说明叶绿体的功能。
3、重点：理解实验“绿叶中色素的提取和分离”实验的实验原理与方法。 4、难点：绿叶中色素的种类和作用、绿叶中色素的提取和分离。 【要点梳理】
要点一、实验——绿叶中色素的提取和分离 1、 原理
(1)叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇(或丙酮) 中，所以用无水乙醇可提取叶绿体中的色素。
(2)不同的色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的色素分子随层析液在滤纸条上扩散得快，溶解度低的色素分子随层析液在滤纸条上扩散得慢，因而可用层析液将不同色素分离。 2、 实验程序
3、 实验结果
四种色素被分离出来，它们的位置、颜色及排列顺序如下表：
要点诠释：
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，但对其他光也有吸收，只是吸收量少。 结果分析：
①从色素带的宽度可知色素含量的多少依次为：叶绿素a >叶绿素b >叶黄素>胡萝卜素; ②从色素带的位置可知色素在层析夜中溶解度大小依次是：胡萝卜素>叶黄素>叶绿素 a >叶绿素 b； ③在滤纸上相邻两条色素距离最近的是叶绿素a 与叶绿素b ，距离最远的两条色素带是胡萝卜素与叶黄素。
4、 实验中的注意事项
(1)裁取定性滤纸时，注意双手尽量不要接触纸面，以免手上的油脂或其他脏物污染滤纸。 (2)根据烧杯的高度制备滤纸条，让滤纸条长度高出烧杯1cm ，高出的部分做直角弯折。 (3)画滤液细线时，用力要均匀，速度要适中。
(4)研磨要迅速、充分。 a.因为丙酮容易挥发； b.为了使叶绿体完全破裂. 从而能提取较多的色素；c. 叶绿素极不稳定，能被活细胞中的叶绿素酶水解而被破坏。
(5)制备滤纸条时，要将滤纸条的一端剪去两角, 这样可以使色素在滤纸条上扩散均匀, 便于观察实验结果。 要点诠释：
（1）为什么色素提取时加丙酮？ （使色素溶于有机溶剂） （2）为什么加二氧化硅？ （使研磨充分） （3）为什么加CaCO 3? (防止叶绿素受到破坏) （4）为什么滤纸剪去两角？ （使色素带整齐）
（5）为什么滤液细线画的越细越齐越好？（使色素带整齐）
（6）为什么不要让层析液没及滤液细线？（滤液溶于层析液中不能形成色素带） （7）为什么色素会在滤纸条上分离开？ （色素溶解度不同） （8）为什么用培养皿盖上烧杯？ （防止丙酮挥发） （9）为什么滤纸要避光保存？ （色素见光分解）
（10）为什么试验后洗手？ （接触了有毒的化学药品）
（11）色素带在滤纸上排列先后顺序？ （胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a 、叶绿素b ） 5、 高等植物叶绿体中的色素及功能
要点诠释：
将绿叶中的4种色素溶液，分别放在阳光和三棱镜之间，从连续光谱中可以看到不同波长的光被吸收的情况：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。这些色素吸收的光都可用于光合作用。因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色。因此，温室或大棚种植蔬菜时，应选择蓝紫色的玻璃、塑料薄膜或补充光源。
色素是脂溶性物质，不同色素的溶解度不同，叶绿素中含N 、Mg 等各种元素，各种色素中叶绿素最多，因此绿叶呈绿色。
（1）根据物理知识，什么颜色的物体透过（反射）什么颜色的光，吸收其他颜色的光，白色物体反射各种色光，黑色物体吸收各种色光。叶绿素a 为蓝绿色，反射蓝色、绿色光，吸收其余的色光，同理叶绿素b 反射黄色光、绿色光，吸收其他颜色光。
（2）叶绿体中的绝大部分叶绿素a 、全部叶绿素b 、叶黄素、胡萝卜素的功能是吸收、传递光能，少数特殊状态的叶绿素a 吸收转化光能，因此，叶绿体中色素的功能是吸收、传递、转化光能。 除绿色植物外，含叶绿体的非绿色植物如褐藻（海带等）、红藻（紫菜等）等，不含叶绿体的原核生物蓝藻、某些细菌（如绿硫细菌、紫硫细菌）也能进行光合作用，但绿硫细菌、紫硫细菌等的光合作用不放氧。 要点二、叶绿体的结构和功能
1、叶绿体的结构
叶 绿 体
2、叶绿体的功能
（1好氧细菌集中在叶绿体被光速照射的部位 水绵好氧细菌分布于叶绿体所有受光部位。 （2） ①氧气是由叶绿体释放出来的
②叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所
（3）实验巧妙之处
①选用水绵和好氧细菌作为实验材料：水绵具有细而长的叶绿体，而且叶绿体螺旋状分布在细胞中，便于观察研究；用好氧细菌可确定释放氧气多的部位。
②将临时装片放在黑暗且没有空气的环境中，排除了环境中光和氧气的影响，从而保证实验的准确性。 ③选用极细的光速照射，并用好氧细菌检测，这样就能迅速准确地判断出水绵中释放氧气的部位。 ④进行黑暗和曝光的对比实验，从而明确结果完全是由光照引起的。 ⑤设置验证实验：将临时装片暴露在光下，再一次验证实验结果。 （4）验证叶绿体功能的其他资料 要点诠释：
叶绿体的结构是如何与其功能相适应的？
类囊体是一个个由圆饼状的囊状结构堆叠而成的膜，面积大，其上分布着四种能吸收光能的色素；且基粒、内膜、基质中都分布着与光合作用有关的酶，这些特点都适合于进行光合作用。 【典型例题】
类型一：各种色素对不同波长光的吸收
例1、某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射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2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3条
【解析】叶黄素缺失，则对蓝紫光的吸收减少，对红光的吸收无明显差异，排除A ，C 项。色素分析带从上往下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a 、叶绿素b ，叶黄素缺失则色素分析条带从上往下缺第二条，故D 项错误。 【总结升华】本题考查叶绿体中色素的吸收光谱以及色素层析的结果。 【举一反三】： 【变式一】
把叶绿体色素溶液放在自然光源和三棱镜之间，从镜的另一侧观察连续光谱中变暗的主要区域是（ ） A ．红光和蓝紫光区域 B ．黄光和蓝紫光区域 C．绿光和红光 D．黄光和绿光区 【答案】A
【解析】叶绿体色素吸收可见太阳光用于光合作用，可见太阳光被三棱镜分色，可以分成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色，叶绿素对可见太阳光有两个吸收高峰，在红光区和蓝紫光区，而类胡萝卜素只有一个吸收高峰，在蓝紫光区，则红光区和蓝紫光区被吸收，故变暗。 【变式二】
红枫是一种木本观赏植物，在生长季节叶片呈红色，下列关于该植物的叙述，正确的是（ ） A. 红枫叶片不含叶绿素 B.红枫叶片呈红色是因为吸收了红光
C. 红枫叶片能吸收光能进行光合作用 D.液泡中的色素吸收的光能用于光合作用 【答案】C 【变式三】
阳光通过三棱镜能显示出七种颜色的连续光谱。如果将一瓶叶绿体色素提取液放在光源和三棱镜之间，连续光谱中就会出现一些黑色条带，这些条带应于（ ）
A. 绿光区 B.红光区和绿光区 C.蓝紫光区和绿光区 D.红光区和蓝紫光区 【答案】D
类型二：色素的提取与分离实验
例2、在进行“绿叶中色素的提取和分离”实验时不能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、滤纸上的几种色素混合起来不分散 【答案】C
【解析】分离色素时，一定不要让滤纸条上的滤液细线触及到层析液，这是因为色素极容易溶解在层析液中，从而影响实验结果。
【总结升华】本题考查学生对实验的理解以及注意事项。 【举一反三】： 【变式一】
“绿叶中色素的提取和分离”实验主要说明了（ ） A、色素分布在叶绿体类囊体的薄膜上 B、叶绿素的含量是类胡萝卜的4倍
C、叶绿体中色素的种类和各种色素的颜色 D、四中色素扩散速度不同 【答案】C 【变式二】
用纸层析法能够将叶绿体的四种色素分开的原因是（ ） A、四种色素随层析液在滤纸上扩散速度不同 B、四种色素随滤液在滤纸上扩散速度不同 C、四种色素随滤液在滤纸上渗透速度不同 D、四种色素随层析液在滤纸上渗透速度不同
【变式三】
如果没有丙酮和菠叶菜，要保证分离后色素带清晰，可以用来代替的最佳实验材料是（ ） A、酒精和麦苗 B、酒精和大白菜 C、蒸馏水和大白菜 D、蒸馏水和麦苗 【答案】A
类型三：捕获光能的场所——叶绿体
例3、叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，下面有关叶绿体的叙述正确的是（ ）
A ．叶绿体中的色素都分在囊状结构的膜上 B ．叶绿体中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 【答案】A
【解析】叶绿体中的色素都分布在囊状结构的薄膜上，但是酶的分布比较广泛，因为在叶绿体的各个部位几乎都存在各种化学反应，而几乎每一个化学反应都需要酶来催化，所以光合作用有关的酶在叶绿体上各有分布。 【举一反三】： 【变式一】
吸收光能的色素分布在（ ）
A. 叶绿体的外膜上 B. 类囊体的薄膜上 C. 叶绿体的内膜上 D. 叶绿体的基质中 【答案】B
光合作用（一）捕获光能的色素和结构
【学习目标】
1、简述叶绿体中色素的种类、分布和作用。 2、描述叶绿体的结构、说明叶绿体的功能。
3、重点：理解实验“绿叶中色素的提取和分离”实验的实验原理与方法。 4、难点：绿叶中色素的种类和作用、绿叶中色素的提取和分离。 【要点梳理】
要点一、实验——绿叶中色素的提取和分离 1、 原理
(1)叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇(或丙酮) 中，所以用无水乙醇可提取叶绿体中的色素。
(2)不同的色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的色素分子随层析液在滤纸条上扩散得快，溶解度低的色素分子随层析液在滤纸条上扩散得慢，因而可用层析液将不同色素分离。 2、 实验程序
3、 实验结果
四种色素被分离出来，它们的位置、颜色及排列顺序如下表：
要点诠释：
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，但对其他光也有吸收，只是吸收量少。 结果分析：
①从色素带的宽度可知色素含量的多少依次为：叶绿素a >叶绿素b >叶黄素>胡萝卜素; ②从色素带的位置可知色素在层析夜中溶解度大小依次是：胡萝卜素>叶黄素>叶绿素 a >叶绿素 b； ③在滤纸上相邻两条色素距离最近的是叶绿素a 与叶绿素b ，距离最远的两条色素带是胡萝卜素与叶黄素。
4、 实验中的注意事项
(1)裁取定性滤纸时，注意双手尽量不要接触纸面，以免手上的油脂或其他脏物污染滤纸。 (2)根据烧杯的高度制备滤纸条，让滤纸条长度高出烧杯1cm ，高出的部分做直角弯折。 (3)画滤液细线时，用力要均匀，速度要适中。
(4)研磨要迅速、充分。 a.因为丙酮容易挥发； b.为了使叶绿体完全破裂. 从而能提取较多的色素；c. 叶绿素极不稳定，能被活细胞中的叶绿素酶水解而被破坏。
(5)制备滤纸条时，要将滤纸条的一端剪去两角, 这样可以使色素在滤纸条上扩散均匀, 便于观察实验结果。 要点诠释：
（1）为什么色素提取时加丙酮？ （使色素溶于有机溶剂） （2）为什么加二氧化硅？ （使研磨充分） （3）为什么加CaCO 3? (防止叶绿素受到破坏) （4）为什么滤纸剪去两角？ （使色素带整齐）
（5）为什么滤液细线画的越细越齐越好？（使色素带整齐）
（6）为什么不要让层析液没及滤液细线？（滤液溶于层析液中不能形成色素带） （7）为什么色素会在滤纸条上分离开？ （色素溶解度不同） （8）为什么用培养皿盖上烧杯？ （防止丙酮挥发） （9）为什么滤纸要避光保存？ （色素见光分解）
（10）为什么试验后洗手？ （接触了有毒的化学药品）
（11）色素带在滤纸上排列先后顺序？ （胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a 、叶绿素b ） 5、 高等植物叶绿体中的色素及功能
要点诠释：
将绿叶中的4种色素溶液，分别放在阳光和三棱镜之间，从连续光谱中可以看到不同波长的光被吸收的情况：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。这些色素吸收的光都可用于光合作用。因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色。因此，温室或大棚种植蔬菜时，应选择蓝紫色的玻璃、塑料薄膜或补充光源。
色素是脂溶性物质，不同色素的溶解度不同，叶绿素中含N 、Mg 等各种元素，各种色素中叶绿素最多，因此绿叶呈绿色。
（1）根据物理知识，什么颜色的物体透过（反射）什么颜色的光，吸收其他颜色的光，白色物体反射各种色光，黑色物体吸收各种色光。叶绿素a 为蓝绿色，反射蓝色、绿色光，吸收其余的色光，同理叶绿素b 反射黄色光、绿色光，吸收其他颜色光。
（2）叶绿体中的绝大部分叶绿素a 、全部叶绿素b 、叶黄素、胡萝卜素的功能是吸收、传递光能，少数特殊状态的叶绿素a 吸收转化光能，因此，叶绿体中色素的功能是吸收、传递、转化光能。 除绿色植物外，含叶绿体的非绿色植物如褐藻（海带等）、红藻（紫菜等）等，不含叶绿体的原核生物蓝藻、某些细菌（如绿硫细菌、紫硫细菌）也能进行光合作用，但绿硫细菌、紫硫细菌等的光合作用不放氧。 要点二、叶绿体的结构和功能
1、叶绿体的结构
叶 绿 体
2、叶绿体的功能
（1好氧细菌集中在叶绿体被光速照射的部位 水绵好氧细菌分布于叶绿体所有受光部位。 （2） ①氧气是由叶绿体释放出来的
②叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所
（3）实验巧妙之处
①选用水绵和好氧细菌作为实验材料：水绵具有细而长的叶绿体，而且叶绿体螺旋状分布在细胞中，便于观察研究；用好氧细菌可确定释放氧气多的部位。
②将临时装片放在黑暗且没有空气的环境中，排除了环境中光和氧气的影响，从而保证实验的准确性。 ③选用极细的光速照射，并用好氧细菌检测，这样就能迅速准确地判断出水绵中释放氧气的部位。 ④进行黑暗和曝光的对比实验，从而明确结果完全是由光照引起的。 ⑤设置验证实验：将临时装片暴露在光下，再一次验证实验结果。 （4）验证叶绿体功能的其他资料 要点诠释：
叶绿体的结构是如何与其功能相适应的？
类囊体是一个个由圆饼状的囊状结构堆叠而成的膜，面积大，其上分布着四种能吸收光能的色素；且基粒、内膜、基质中都分布着与光合作用有关的酶，这些特点都适合于进行光合作用。 【典型例题】
类型一：各种色素对不同波长光的吸收
例1、某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射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2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3条
【解析】叶黄素缺失，则对蓝紫光的吸收减少，对红光的吸收无明显差异，排除A ，C 项。色素分析带从上往下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a 、叶绿素b ，叶黄素缺失则色素分析条带从上往下缺第二条，故D 项错误。 【总结升华】本题考查叶绿体中色素的吸收光谱以及色素层析的结果。 【举一反三】： 【变式一】
把叶绿体色素溶液放在自然光源和三棱镜之间，从镜的另一侧观察连续光谱中变暗的主要区域是（ ） A ．红光和蓝紫光区域 B ．黄光和蓝紫光区域 C．绿光和红光 D．黄光和绿光区 【答案】A
【解析】叶绿体色素吸收可见太阳光用于光合作用，可见太阳光被三棱镜分色，可以分成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色，叶绿素对可见太阳光有两个吸收高峰，在红光区和蓝紫光区，而类胡萝卜素只有一个吸收高峰，在蓝紫光区，则红光区和蓝紫光区被吸收，故变暗。 【变式二】
红枫是一种木本观赏植物，在生长季节叶片呈红色，下列关于该植物的叙述，正确的是（ ） A. 红枫叶片不含叶绿素 B.红枫叶片呈红色是因为吸收了红光
C. 红枫叶片能吸收光能进行光合作用 D.液泡中的色素吸收的光能用于光合作用 【答案】C 【变式三】
阳光通过三棱镜能显示出七种颜色的连续光谱。如果将一瓶叶绿体色素提取液放在光源和三棱镜之间，连续光谱中就会出现一些黑色条带，这些条带应于（ ）
A. 绿光区 B.红光区和绿光区 C.蓝紫光区和绿光区 D.红光区和蓝紫光区 【答案】D
类型二：色素的提取与分离实验
例2、在进行“绿叶中色素的提取和分离”实验时不能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、滤纸上的几种色素混合起来不分散 【答案】C
【解析】分离色素时，一定不要让滤纸条上的滤液细线触及到层析液，这是因为色素极容易溶解在层析液中，从而影响实验结果。
【总结升华】本题考查学生对实验的理解以及注意事项。 【举一反三】： 【变式一】
“绿叶中色素的提取和分离”实验主要说明了（ ） A、色素分布在叶绿体类囊体的薄膜上 B、叶绿素的含量是类胡萝卜的4倍
C、叶绿体中色素的种类和各种色素的颜色 D、四中色素扩散速度不同 【答案】C 【变式二】
用纸层析法能够将叶绿体的四种色素分开的原因是（ ） A、四种色素随层析液在滤纸上扩散速度不同 B、四种色素随滤液在滤纸上扩散速度不同 C、四种色素随滤液在滤纸上渗透速度不同 D、四种色素随层析液在滤纸上渗透速度不同
【变式三】
如果没有丙酮和菠叶菜，要保证分离后色素带清晰，可以用来代替的最佳实验材料是（ ） A、酒精和麦苗 B、酒精和大白菜 C、蒸馏水和大白菜 D、蒸馏水和麦苗 【答案】A
类型三：捕获光能的场所——叶绿体
例3、叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，下面有关叶绿体的叙述正确的是（ ）
A ．叶绿体中的色素都分在囊状结构的膜上 B ．叶绿体中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 【答案】A
【解析】叶绿体中的色素都分布在囊状结构的薄膜上，但是酶的分布比较广泛，因为在叶绿体的各个部位几乎都存在各种化学反应，而几乎每一个化学反应都需要酶来催化，所以光合作用有关的酶在叶绿体上各有分布。 【举一反三】： 【变式一】
吸收光能的色素分布在（ ）
A. 叶绿体的外膜上 B. 类囊体的薄膜上 C. 叶绿体的内膜上 D. 叶绿体的基质中 【答案】B