课题23：捕获光能的色素和结构
【课标要求】光合作用的基本过程。
【考向瞭望】综合考查光合作用和细胞呼吸各阶段的物质变化及其相互联系。
【知识梳理】一、捕获光能的色素（“绿叶中色素的提取和分离”的实验分析）
（一）原理解读：1、色素的提取：可以用无水乙醇（或丙酮）作溶剂提取绿叶中的色素，而不能用水，因为叶绿体中的色素不能溶于水。2、色素的分离：利用色素在层析液中的溶解度不同进行分离，溶解度大的在滤纸上扩散得快，反之则慢。
（二）实验流程图示：1、提取色素：（1）称取绿叶；（2）剪碎；（3）研磨：加入少许SiO2、CaCO3和10mL无水乙醇；（4）过滤：漏斗基部放一块单层尼龙布；（5）收集滤液。2、制备滤纸条：（1）长与宽略小于试管，在一端剪去两角；（2）在距剪去两角的一端1cm处画铅笔线。3、画滤液细线：（1）沿铅笔线画一条直且均匀的滤液细线；（2）干燥后，再画一两次。4、色素分离：将滤液条插入有3mL层析液的试管中，有滤液细线的一端朝下。5、观察结果：滤纸条上色素带有四条，如图。
（三）色素的吸收光谱：叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
（四）实验中几种化学试剂的作用：1、无水乙醇用于提取绿叶中的色素。2、层析液用于分离绿叶中的色素。3、二氧化硅可增加杵棒与研钵间的摩擦力，破坏细胞结构，使研磨充分。4、碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏。
（五）实验中的注意事项：1、选材：应选取鲜嫩、颜色深绿的叶片，以保证含有较多的色素。2、提取色素：研磨要迅速、充分，且加入各物质的量要成比例，以保证提取较多的色素和色素浓度适宜。3、画滤液细线：用力要均匀，快慢要适中。滤液细线要细、直，且干燥后重复画一两次，使滤液细线既有较多的色素，又使各色素扩散的起点相同。4、色素分离：滤液细线不要触及层析液，否则滤液细线中的色素分子将溶解到层析液中，滤纸条上得不到色素带。
（六）色素提取液呈淡黄绿色的原因分析：1、研磨不充分，色素未能充分提取出来。2、称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小。3、未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。
（七）不同颜色温室大棚的光合速率：1、无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以用无色透明的大棚光合效率最高。2、叶绿素对绿光吸收量少，因此绿色塑料大棚光合速率最低。
（八）影响叶绿素合成的因素：1、光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。2、温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。3、必需元素：叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶变黄。
二、叶绿体的结构和功能：（一）结构：一般呈扁平的椭球形或球形，外表有双层膜，内部的许多基粒是由囊状结构堆叠而成的。（二）色素和酶的分布：吸收光能的色素分布于类囊体的薄膜上，与光合作用有关的酶分布在类囊体的薄膜上和基质中。（三）功能：进行光合作用的场所。
【思考感悟】正常植物的叶为什么呈绿色？秋冬季有些植物叶变黄的原因是什么？
叶绿体中叶绿素的含量多，对绿色吸收量最小，绿光被反射出来，所以呈绿色。秋冬季，植物叶中的叶绿素分子易被破坏，而类胡萝卜素较稳定，所以显示出类胡萝卜素的颜色。
【基础训练】1、下列有关叶绿体的说法正确的是（ D ）
A、叶绿体增大膜面积的方式与线粒体相同
B、叶绿体中的色素都分布在类囊体薄膜上，酶都分布在基质中
C、叶绿体产生的O2除供自身利用外，还可被线粒体利用
D、线粒体产生的CO2被叶绿体利用至少需穿过4层磷脂双分子层
2、提取和分离绿叶中色素的实验中，正确的操作顺序应该是（ D ）
①进行纸层析；②制取滤液；③在滤纸条上画线；④将实验材料剪碎、研磨。
A、①②③④ B、②①③④ C、④③②① D、④②③①
3、在植物绿色叶片中含有较多的叶绿素。人们已经知道叶绿素的形成需要较高的温度，需要必需矿质元素，是否一定需要光呢？某校生物小组的同学准备对这一问题进行探究。请你选择实验室里提供的材料，帮助他们设计出最佳的实验方法步骤，预测可能的实验结果，并分别得出相应的结论。
（1）实验目的：探究光的有无对叶绿素形成的影响。
（2）材料用品：生物实验室里常用器材和药品，数量充足的发芽率为90%以上的某植物种子等。
（3）实验步骤：
①取两个大培养皿，铺上适量的卫生纸（或滤纸），倒入适量的清水，将等量的某植物种子分别放入两个培养皿中，并编号为甲、乙。
②将甲组放在有光照的环境中，乙组放在黑暗的环境中。在培养过程中，使两组所处的温度、水分、空气状况适宜且相同。
③数天后（长出幼叶时），观察比较甲、乙两组幼苗的颜色情况。
（4）可能的实验结果及相应的结论：
①若甲组植物幼苗正常（绿色），乙组植物幼苗异常（黄白色），则说明光是植物叶绿素形成的必要条件之一。
②若甲组和乙组植物幼苗都正常（绿色或两组叶片相似），则说明该植物叶绿素的形成不受光的影响。
③若甲组植物的幼苗异常（黄白色），乙组植物的幼苗正常（绿色），则说明光抑制该植物叶绿素的形成。
【高考模拟】4、（2005广东高考）温室栽培可不受季节、地域限制，为植物的生长发育提供最适宜的条件，有利于提高作物品质和产量。在封闭的温室内栽培农作物，以下哪种措施不能提高作物产量（ D ）
A、增加室内CO2浓度 B、增大室内昼夜温差
C、增加光照强度 D、采用绿色玻璃盖顶
5、（2008广东文基70）黑暗条件下生长的水稻幼苗缺少的光合色素有（ A ）
A、叶绿素a与叶绿素b B、叶绿素a与叶黄素
C、叶绿素b与胡萝卜素 D、叶绿素a与胡萝卜素
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