第4节能量之源光与光合作用(精)

第4节能量之源──光与光合作用

一捕获光能的色素和结构

认知·探索

▲问题导思

1．为什么春夏两季植物的叶子翠绿醉人，而深秋树叶则金黄斑斓呢？

叶绿体中的色素分为两大类：叶绿素和类胡萝卜素。叶绿素又分为两类：叶绿素a，呈蓝绿色；叶绿素b，呈黄绿色。类胡萝卜素也分为两类：胡萝卜素，呈橙黄色；叶黄素，呈黄色。由于叶绿素含量约占总量的四分之三，而类胡萝卜素仅占四分之一，所以通常植物的叶子总是翠绿醉人的。这是由于叶绿素掩盖了类胡萝卜素颜色的缘故。但是，叶绿素很容易被破坏。秋天叶绿素会因为“忍受”不了气温下降等因素的影响而分解消失；胡萝卜素和叶黄素则比较稳定，终于在没有叶绿素干扰时“重见天日”。

2．请在完成“绿叶中色素的提取和分离”实验过程中思考以下问题：

（1）想一想，下列试剂的作用是什么？

无水乙醇——提取色素二氧化硅——研磨得充分

层析液——分离色素碳酸钙——防止叶绿素被破坏

（2）过滤研磨液时，能否用滤纸过滤？为什么？

不能。因为滤纸会将部分滤液吸收掉，得不到足够的滤液。

（3）收集到试管中的滤液，为什么要用棉塞将试管口塞严？

防止溶解色素的无水乙醇挥发。

（4）为什么要将定性滤纸减去两角？

剪去两角，目的是防止两边色素在滤纸条上扩散过快，不均匀，便于观察实验结果。（5）分离绿叶中的色素时，为什么不能让滤液细线触及层析液？

因为色素会溶解于层析液中，而不会沿层析液向上扩散、分离，这会使实验效果极差，甚至不发生分离，导致实验无效，影响实验效果。

3．滤纸条上的滤液细线经层析后，形成四条色素带，在滤纸条上的相对位置如下图所示：产生这种现象的原因是什么？

四种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的色素随层析液在滤纸上扩散快，反之则慢。四种色素带的宽窄不同，是因为色素含量不同的缘故。

4．为什么说叶绿体的结构是与它进行光合作用这一功能相适应？

（1）叶绿体具有双层膜，可以控制物质进出。

（2）叶绿体基质中分布有几个到几十个由类囊体垛叠而成的基粒，增大了叶绿体内的膜面积，利于化学反应的进行。

（3）叶绿体基粒分布有进行光合作用必需的色素和酶，为光合作用的进行做好了物质上的准备。

▲知识拓展

1．黄栌、枫树“霜叶红于二月花”的原因，不是叶片中叶绿体的色素造成的，是由于叶绿素分解时，叶中的糖分大量转变成红色的花青素造成的。因秋天温度降低，植物体内积累较多糖分以适应寒冷，体内的可溶性糖多了，就形成较多的花青素储存于液泡中。而花青素类似于酸碱指示剂，从碱性到酸性会呈现从蓝色到红色颜色渐变，具体而言是，pH=7－8 时呈淡紫色；pH<3时，呈红色；pH>11则呈蓝色。由于秋天时液泡中花青素增多，且细胞液pH值又偏酸性，因此叶子就变红了。

2．我们平常吃的韭黄和蒜黄是怎么培育出来的吗？

叶绿素是光合色素中最重要的一类色素。绿色植物的叶绿体中有四种色素，绿色植物只在光下才能合成叶绿素。韭黄、蒜黄是在黑暗条件下培育出来的，因为植物此时不能合成叶绿素，只能长成黄化苗，而黄化苗的薄壁细胞比较多，所以吃起来比较嫩，口感比韭菜、蒜苗好一些。但要注意，植物不能长期处于无光条件下，这个道理应该明白。

3．要做好《绿叶中色素的提取和分离》实验，应注意哪些问题？

①实验材料应选颜色深的植物叶片, 如菠菜叶、棉花叶等。叶片颜色深，色素含量高，实验效果也好。如选用大白菜的叶片作实验材料，几乎得不到实验结果。

②画滤液细线时，一定滤液细线要齐、细、颜色深，这样可以防止色素带之间的重叠。画线时一般要重复多次，使滤液细线上的色素多一些，分离后的色素带更加清晰。但一次画完后，必须待其干后再画第二次，以确保滤液细线较细。在研磨时要加少许二氧化硅，目的是为了研磨得充分，有利于色素的提取；加少许碳酸钙的目的是为了防止研磨过程中，由于pH值的改变，使色素遭到破坏。

③层析液是石油醚、丙酮、苯等有机溶剂的混合液，具有挥发性且有毒，要注意密闭。实验应在通风条件下进行，实验结束时及时用肥皂洗手。

4．线粒体和叶绿体

①线粒体和叶绿体，这两种细胞器，各具有特定的结构和功能。结构是功能的基础，功能和结构协调统一。

②线粒体和叶绿体虽有相同的结构名称，两者都与能量的转换密切相关，但两者又是两种完全不同的能量转换器。线粒体是化能转换器（有机物中稳定的化学能→活泼可转移的化学能），叶绿体是光能转换器（光能→有机物中稳定的化学能）

③线粒体和叶绿体还都含有少量的遗传物质DNA和RNA，这是其它许多细胞器所没有的。

▲例题演示

例1 在做植物实验的暗室中，为了尽可地降低植物光合作用的强度，最好安装（）。

A、红光灯

B、紫光灯

C、白炽灯

D、绿光灯

解析叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，因此在红光和蓝紫光的照射下，光合作用最强。白炽灯各种波段的光都有，其光合作用强度比单色光进行的光合作用的强度高。

答案 C

例2叶绿素不溶于( )。

A B C D

解析本题考核叶绿素的理化性质的知识。课文中细胞部分和光合作用部分均没有提到叶绿素能溶解于哪些溶剂中。但是在“叶绿体中色素的提取和分离”实验的方法步骤中指出，用无水乙醇提取包括叶绿素在内的光合色素，这就说明了叶绿素能溶于有机溶剂无水乙醇而不溶于水；进行色素分离所用的层析液由石油醚、丙酮和苯配成，四种光合色素随着层析液在滤纸上扩散，由于扩散速度不同而可达到使四种色素分离的目的。只有溶于该溶剂中的物质才能随着溶剂的扩散而扩散。这说明叶绿素可溶解于石油醚、无水乙醇和苯中。根据上述分析，可以得出结论，叶绿素溶解于石油醚、无水乙醇和苯，而不溶于水。

答案 A

例3 分别在A、B、C三个研钵中加2克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，即：深绿色、黄绿色（或褐色）、几乎无色。

试回答：（1）A处理得到的溶液颜色是，原因是。

（2）B处理得到的溶液颜色是，原因是。

（3）C处理得到的溶液颜色是，原因是。

(4) 如果将C处理得到的溶液放在光源和三棱镜之间，连续光谱中光区域就会出现一些黑色条带。