
實(shí)驗(yàn)7 葉綠體色素的提取和分離
2.“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)中異常現(xiàn)象分析
? 素 養(yǎng) 點(diǎn) 撥生物材料中某種成分的提取和分離高中生物教材中,提取和分離的技術(shù)與手段主要有紙層析技術(shù)、離心技術(shù)和電泳技術(shù)等,請(qǐng)舉例說(shuō)明有哪些具體應(yīng)用?
提示:(1)紙層析技術(shù):如葉綠體中色素的提取和分離?!。?)離心技術(shù):①差速離心技術(shù)分離各種細(xì)胞器,定量分析細(xì)胞組分;②密度梯度離心,記錄離心后試管中DNA的位置,證明DNA的復(fù)制方式;③赫爾希和蔡斯在噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)中,經(jīng)短時(shí)間培養(yǎng)后進(jìn)行攪拌、離心處理,檢測(cè)放射性,證明遺傳物質(zhì)是DNA。需要注意密度梯度離心的物質(zhì)是密度有一定差異的,而差速離心適用于混合樣品中各沉降系數(shù)差別較大的組分?!。?)電泳技術(shù):指混懸于溶液中的樣品電荷顆粒,在電場(chǎng)影響下向著與自身帶相反電荷的電極移動(dòng)的現(xiàn)象,如將細(xì)胞中的特定蛋白質(zhì)或核酸分子進(jìn)行分離純化。
1.(2020·江蘇卷)采用新鮮菠菜葉片開(kāi)展“葉綠體色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn),下列敘述錯(cuò)誤的是( B?。?br/>解析: 研磨時(shí)加入CaCO3可以防止色素被破壞。
2.如圖為某次光合作用色素紙層析的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,樣品分別為新鮮菠菜葉和一種藍(lán)細(xì)菌經(jīng)液氮冷凍研磨后的乙醇提取液。下列敘述正確的是( D )
解析: CaCO3可防止色素被破壞,加入過(guò)少會(huì)導(dǎo)致葉綠素被破壞,A錯(cuò)誤;層析液可以由石油醚、丙酮和苯混合而成,也可以用92號(hào)汽油代替,不能使用生理鹽水或磷酸鹽緩沖液,B錯(cuò)誤;為了防止層析液揮發(fā),需要用培養(yǎng)皿蓋住小燒杯,C錯(cuò)誤;濾紙條從上至下依次為胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b,藍(lán)細(xì)菌第四條色素帶缺少,說(shuō)明藍(lán)細(xì)菌沒(méi)有葉綠素b,D正確。
3.(2022·廣州檢測(cè))遷移率為色素在濾紙條上移動(dòng)距離與層析液移動(dòng)距離的相對(duì)比值,是紙層析法分離綠葉中各種色素的重要指標(biāo)之一。現(xiàn)以菠菜為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行色素的提取與分離實(shí)驗(yàn)并測(cè)得各種色素的遷移率,如圖。相關(guān)敘述正確的是( A?。?br/>解析:吸取少量濾液,沿鉛筆細(xì)線(xiàn)均勻畫(huà)出一道濾液細(xì)線(xiàn),等濾液干燥后,重復(fù)一到兩次,B錯(cuò)誤;紙層析法分離色素時(shí),色素的遷移率與色素在層析液中的溶解度呈正相關(guān),溶解度越高,擴(kuò)散距離越大,C錯(cuò)誤;分析題圖可知,菠菜葉肉細(xì)胞的葉綠體中色素1和2遷移率較高,說(shuō)明其溶解度大,但含量不一定多,D錯(cuò)誤。
1.與光合作用有關(guān)的色素種類(lèi)和分布(填表)
2.葉綠體色素吸收光譜
(1)色素的功能:葉綠素主要吸收? 紅光和藍(lán)紫光 ?,類(lèi)胡蘿卜素主要吸收? 藍(lán)紫光 ?。(注意:對(duì)其他波段的光并非不吸收,只是吸收量較少)?
(2)色素吸收光的范圍:可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍大約是400~760 nm,一般葉綠體中的色素只吸收? 可見(jiàn)光 ?,對(duì)紅外光和紫外光不吸收。?
3.葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用
(1)葉綠體的結(jié)構(gòu)模式圖
恩格爾曼實(shí)驗(yàn)中變量的分析
1.判斷下列說(shuō)法的正誤:
(1)植物中的色素都分布在葉綠體中。( × )
提示:色素不只分布于葉綠體中,液泡中也含有色素,如花青素,但是液泡中的色素不能用于光合作用。
(2)葉綠體是細(xì)胞進(jìn)行光合作用的唯一場(chǎng)所。( ×?。?br/>提示:藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞沒(méi)有葉綠體,也能進(jìn)行光合作用。
(3)光合作用需要的色素分布在葉綠體基粒和基質(zhì)中。( × )
(6)(2019·海南卷)紅光照射時(shí),葉綠素b吸收的光能可用于光合作用。( √?。?br/>(4)類(lèi)囊體堆疊形成基粒,增大了葉綠體內(nèi)膜的面積,為光合作用所需的酶提供了廣闊的附著點(diǎn)。( √?。?br/>(5)(2019·海南卷)紅光照射時(shí),胡蘿卜素吸收的光能可傳遞給葉綠素a。
2.鏈接必修1教材P99“圖5-12”。(1)正常綠色植物呈現(xiàn)綠色的原因有:①葉綠素含量? 多 ?;②葉綠體色素? 吸收綠光很少,反射綠光多 ?。?(2)研究表明:在遮光條件下,以藍(lán)紫光為主的散光占比增加。請(qǐng)預(yù)測(cè):在適當(dāng)遮光的條件下,葉片(比如同一植物底層葉片)中葉綠素a/b? 降低 ?,弱光下的吸收能力? 增強(qiáng) ?,有利于提高植株的捕光能力,是對(duì)弱光環(huán)境的一種適應(yīng)。?
綠光很少,反射綠光多
? (2021·廣東卷)與野生型擬南芥WT相比,突變體t1和t2在正常光照條件下,葉綠體在葉肉細(xì)胞中的分布及位置不同(圖1),造成葉綠體相對(duì)受光面積的不同(圖2),進(jìn)而引起光合速率差異,但葉綠素含量及其他性狀基本一致。
在不考慮葉綠體運(yùn)動(dòng)的前提下,下列敘述錯(cuò)誤的是( D )
解析: 由圖1可見(jiàn),t1較多的葉綠體分布在葉肉細(xì)胞中照光側(cè),由此可推斷,t2比t1具有更高的光飽和點(diǎn),t1比t2具有更低的光補(bǔ)償點(diǎn),A、B正確;通過(guò)題干信息可知,三者的葉綠素含量及其他性狀基本一致,由此推測(cè),三者光合速率的高低與葉綠素的含量無(wú)關(guān),C正確;在一定光照強(qiáng)度下,三者光合速率的差異隨光照強(qiáng)度的增加而變大,但是超過(guò)光飽和點(diǎn)后,再增大光照強(qiáng)度,三者光合速率的差異不再變化,D錯(cuò)誤。
? (2022·遼寧卷節(jié)選)滸苔是形成綠潮的主要藻類(lèi)。綠潮時(shí)滸苔堆積在一起,形成大量的“藻席”,造成生態(tài)災(zāi)害。為研究滸苔瘋長(zhǎng)與光合作用的關(guān)系,進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):光合色素的提取、分離和含量測(cè)定。
?。?)在“藻席”的上、中、下層分別選取滸苔甲為實(shí)驗(yàn)材料,提取、分離色素,發(fā)現(xiàn)滸苔甲的光合色素種類(lèi)與高等植物相同,包括葉綠素和? 類(lèi)胡蘿卜素 ?。在細(xì)胞中,這些光合色素分布在? 葉綠體的類(lèi)囊體薄膜/類(lèi)囊體薄膜 ?。?
葉綠體的類(lèi)囊體薄膜/類(lèi)囊體薄膜
(2)測(cè)定三個(gè)樣品的葉綠素含量,結(jié)果見(jiàn)下表。
數(shù)據(jù)表明,取自“藻席”下層的樣品葉綠素含量最高,這是因?yàn)? 下層陽(yáng)光少,需要大量葉綠素來(lái)捕獲少量的陽(yáng)光 ?。?
規(guī)范長(zhǎng)難句——解釋此空原因時(shí),要寫(xiě)出影響葉綠素合成的環(huán)境因素——陽(yáng)光與葉綠素含量的關(guān)系,答題時(shí)要構(gòu)建起“陽(yáng)光”與“葉綠素”的因果橋梁。
要大量葉綠素來(lái)捕獲少量的陽(yáng)光
考向1 捕獲光能的色素及吸收光譜
1.(2018·全國(guó)Ⅱ卷)下列關(guān)于高等植物葉綠體中色素的敘述,錯(cuò)誤的是( C?。?br/>解析: 葉綠體中的色素是有機(jī)物,可溶于無(wú)水乙醇中,A正確;Mg2+是構(gòu)成葉綠素的成分,可由植物的根從土壤中吸收,B正確;一般情況下,光合作用所利用的光都是可見(jiàn)光,葉綠體中的色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光,C錯(cuò)誤;葉綠素的合成需要光照,黑暗中生長(zhǎng)的植物幼苗葉片呈黃色是葉綠素合成受阻引起的,D正確。
影響葉綠素合成因素的分析
考向2 葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能
2.(2022·深圳二模)如圖是葉綠體局部結(jié)構(gòu)模式圖,下列敘述錯(cuò)誤的是( C?。?br/>解析:①為類(lèi)囊體薄膜,其上分布著色素和有關(guān)酶,是光反應(yīng)的場(chǎng)所,其中可發(fā)生水的光解并產(chǎn)生氧氣,A、B正確;②為葉綠體基質(zhì),是暗反應(yīng)的場(chǎng)所,其中不能進(jìn)行ATP的合成,而且還要消耗ATP,C錯(cuò)誤,D正確。
?鏈接必修1教材 P98“探究·實(shí)踐”。
(1)提取色素的原理是? 綠葉中的色素能夠溶解在有機(jī)溶劑無(wú)水乙醇中 ?,分離色素的原理是? 色素在層析液中的溶解度不同,溶解度越高,隨層析液在濾紙上擴(kuò)散的速度越快 ?。?
?鏈接必修1教材P99。
(2)葉綠體中4種色素對(duì)光的吸收差別在于:
? 葉綠素a、b主要吸收藍(lán)紫光和紅光,胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍(lán)紫光 ?。?
綠葉中的色素能夠溶解在有機(jī)溶劑無(wú)水乙醇中
色素在層析液中的溶解度不同,溶解度越高,隨層析液在濾紙上擴(kuò)散
葉綠素a、b主要吸收藍(lán)紫光和紅光,胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍(lán)紫光
?鏈接必修1教材P99旁欄思考題。
(3)植物工廠(chǎng)里不用發(fā)綠光的光源,原因是? 這種波長(zhǎng)的光很少被光合色素吸收,因此不能驅(qū)動(dòng)合成有機(jī)物 ?。?
?鏈接必修1教材P101。
(4)恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)直接證明了? 葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧 ?。?
這種波長(zhǎng)的光很少被光合色素吸收,
因此不能驅(qū)動(dòng)合成有機(jī)物
葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧
?鏈接必修1教材P98~99“探究·實(shí)踐”。
(1)濾液細(xì)線(xiàn)要細(xì)、直、勻,是為了使各色素?cái)U(kuò)散的起點(diǎn)相同,分離出的? 色素帶平整不重疊 ?。干燥后重復(fù)畫(huà)一到兩次是為了? 增加色素總量 ?,使分離出的色素帶清晰分明。?
(2)綠葉中色素分離實(shí)驗(yàn)結(jié)果中,從濾紙條上色素帶的位置可知,各種色素在層析液中溶解度的高低依次為:? 胡蘿卜素>葉黃素>葉綠素a>葉綠素b ?(用“>”連接)。從色素帶的寬度可知,各種色素的含量大小一般情況下為:? 葉綠素a>葉綠素b>葉黃素>胡蘿卜素 ?(用“>”連接)。?
胡蘿卜素>葉黃素>葉綠素a>葉綠素b
綠素b>葉黃素>胡蘿卜素
?鏈接必修1教材P100~101“思考·討論”。
(3)分析教材恩格爾曼的實(shí)驗(yàn),會(huì)發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)方法的巧妙之處有:①巧選實(shí)驗(yàn)材料:水綿的葉綠體呈? 螺旋式帶狀 ?,便于觀(guān)察,用好氧細(xì)菌可確定釋放氧氣多的部位;②巧妙排除了干擾因素:沒(méi)有空氣的黑暗環(huán)境排除了? 氧氣和光 ?的干擾;③巧妙設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn):用極細(xì)的光束照射,葉綠體上可分為? 光照多和光照少 ?的部位,相當(dāng)于一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)(照光處理與不照光形成對(duì)照);通過(guò)臨時(shí)裝片暴露在光下的實(shí)驗(yàn)再一次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果(黑暗與完全曝光形成對(duì)照),等等。?
(4)恩格爾曼用透過(guò)三棱鏡的光照射水綿臨時(shí)裝片,這一實(shí)驗(yàn)說(shuō)明葉綠體主要吸收? 紅光和藍(lán)紫光 ?用于光合作用,放出? 氧氣 ?。?
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