高考生物考点之绿叶素中色素的提取和分离

 

1实验原理

(1)提取:绿叶中的色素能够溶于有机溶剂而不溶于水,可用无水乙醇等有机溶剂提取色素。

(2)分离:各种色素在层析液中溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢,从而使各种色素相互分离。

2实验步骤

观察结果:滤纸条上呈现四条颜色、宽度不同的色素带

 

考向一  叶绿体中色素提取与分离的实验分析

 

1.下列与“绿叶中色素的提取和分离”实验有关的叙述,正确的是

A.提取绿叶中的色素时只能用无水乙醇溶解色素

B.研磨叶片后立即加入碳酸钙可防止色素被破坏

C.叶绿素b在层析液中的溶解度小于类胡萝卜素

D.不同绿叶中的色素在滤纸条上的色带顺序不同

【参考答案】C

素a、叶绿素b,D错误。

 

解题必备

绿叶中色素提取和分离实验的异常现象分析

(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析

①未加石英砂(二氧化硅),研磨不充分。

②使用放置数天的叶片,滤液色素(叶绿素)太少。

③一次加入大量的无水乙醇(正确做法:分次加入少量无水乙醇提取色素)。

④未加碳酸钙或加入过少,色素分子被破坏。

(2)滤纸条色素带重叠:滤纸条上的滤液细线接触到层析液。

(3)滤纸条看不见色素带

①忘记画滤液细线或没有提取出色素。

②滤液细线接触到层析液,且时间较长,色素全部溶解到层析液中。

 

2.下列对提取光合色素,进行纸层析分离的实验中各种现象的解释,正确的是

A.未见色素带,原因可能为材料是黄化叶片

B.色素始终在滤纸上,是因为色素不溶于层析液

C.提取液呈绿色是由于其含有叶绿素a和叶绿素b

D.胡萝卜素处于滤纸条最前方,是因为其在提取液中的溶解度最高

【答案】C

【解析】未见色素带,可能的原因是没有提取出色素或滤液细线浸入层析液使色素溶解在层析液里等。若材料为黄化叶片,操作正确应见到胡萝卜素、叶黄素的色素带。色素在层析液中溶解度不同,色素始终在滤纸上,是因为层析液挥发。叶绿素a呈蓝绿色、叶绿素b呈黄绿色,所以光合色素提取液呈绿色。胡萝卜素处于滤纸条最前方,是因为其在层析液中的溶解度最高。

 

考向二  叶绿体中色素提取的实验操作与探究

 

3.中国的饮食讲究“色香味”,颜色会影响消费。小李同学拟研发“绿色”食用色素,他以生长很快的入侵植物水葫芦为材料进行如下实验。

 

根据所学知识和实验结果,请回答下列问题:

(1)提取食用叶绿素的X应该为________________________________________________,原因是_____________________________________________________________________。

(2)表中Y应该为________,原因是____________________________________________。

(3)若用作食品色素,天然叶绿素色素不适用于__________食品,否则________________________。

(4)小李想了解叶绿素产品中是否含有其他色素,请你提供检测方法并写出主要步骤。__________________________________________________________________________________________。

【答案】(1)对人体无害的有机溶剂(食用酒精)   叶绿素溶于有机溶剂,应考虑溶剂对人体的影响

(2)8.0   以1.0作为pH梯度进行实验

(3)酸性  叶绿素被破坏会造成食品失绿而影响品质

(4)纸层析法,其主要步骤:①制备滤纸条,②画滤液细线,③用层析液分离色素,④观察色素带

 

规律总结

实验设计的四大基本原则

(1)单一变量原则:即除自变量(实验变量)以外,应使实验组与对照组的无关变量保持相同且适宜。如生物材料相同(大小、生理状况、年龄、性别等)、实验器具相同(型号、洁净程度等)、实验试剂相同(用量、浓度、使用方法等)和条件相同(保温或冷却、光照或黑暗、搅拌、振荡等)。

(2)对照原则:应设置对照实验,使实验组与对照组的自变量不同(其余因素都相同),以便减小实验误差。

(3)平行重复原则:在实验设计中为了避免实验结果的偶然性,必须对所做实验进行足够次数的重复,以获得多次实验结果的平均值,保证实验结果的准确性。

(4)科学性原则:指在设计实验时必须有充分的科学依据,即实验目的要明确,实验原理要正确,实验研究的材料和实验方法的选择要恰当,整个实验设计的思路和实验方法的确定都不能偏离实验原理、有关的生物学知识及其他领域的基本知识。

 

4.在a、b、c 3个研钵中分别加入2 g剪碎的新鲜菠菜绿叶,并用3种不同方法按下表所示添加试剂,经过研磨、提取、过滤得到了3种不同颜色的溶液,有深绿色、黄绿色和几乎无色3种情况,下列选项中说法错误的是

   组别

试剂

a b c
二氧化硅 加入 加入 加入
碳酸钙 不加 加入 加入
乙醇(3 mL) 加入 不加 加入
蒸馏水(3 mL) 不加 加入 不加

A.a组处理会造成滤液呈黄绿色,因为部分叶绿素会被破坏

B.b组处理会造成滤液几乎呈无色,因为叶绿素不会溶解于蒸馏水中

C.c组处理会造成滤液呈深绿色,经分离会得到4条色素带,其中第三条的颜色为蓝绿色

D.a组与b组相互对照,可以证明叶绿体中的色素易溶于乙醇

【答案】D

 

1.在“绿叶中色素的提取和分离”实验中,为防止色素被破坏,提取色素时需要加入

A.二氧化硅

B.盐酸

C.碳酸钙

D.丙酮

 

2.下列关于光合色素的叙述中,正确的是

A.构成叶绿素的镁可由植物的根从土壤中吸收

B.光合色素分布于叶绿体内膜和细胞质基质中

C.光合色素只吸收红光和蓝紫光用于水的光解

D.植物叶片黄化,叶绿体对红光的吸收会增加

 

3.叶绿体中色素的提取和分离的实验目的是

A.观察各种色素的吸收光谱

B.验证叶绿体中色素的种类和各种色素的颜色

C.用纸层析法将色素进行分离

D.提取叶绿体中的叶绿素

 

4.下列关于叶绿体中色素的提取和分离的叙述,正确的是

A.无机溶剂不能用于提取色素

B.研磨时加入SiO2目的是保护色素

C.第一次画完滤液细线后应立即再画第二次

D.叶绿素b在层析液中的溶解度最大

 

5.用纸层析法分离叶绿体中的色素,扩散最快和条带最宽的分别为

A.叶绿素a;胡萝卜素

B.胡萝卜素;叶绿素a

C.类胡萝卜素;叶绿素a

D.叶黄素;胡萝卜素

 

6.利用无水乙醇提取出叶绿体中的色素,设法分离得到各种色素后,并将叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素和混合液依次点样在滤纸的1、2、3、4、5位置(如图所示),当滤纸下方浸入层析液后,滤纸条上各色素的正确位置应为

 

7.为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响,某同学用无水乙醇提取绿叶中的色素,并进行纸层析,如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。有关叙述错误的是

A.强光照可能抑制叶绿素的合成,促进类胡萝卜素的合成

B.没有无水乙醇,可用95%的乙醇加入适量无水碳酸钠

C.Ⅲ、Ⅳ色素条带间距小,说明两种色素的溶解度差异小

D.操作中如果滤液细线触及层析液,会缩短得到四条色素带的时间

 

8.迁移率是用纸层析法分离混合色素中各种成分的重要指标,也可用于各种色素的鉴定,迁移率=色素移动距离/溶剂移动距离。下表是叶绿体中各种色素的层析结果(部分数据),下列相关叙述错误的是

  溶剂移动距离 色素1移动距离 色素2移动距离 色素3移动距离| 色素4移动距离
实验组1 7.8     1.9  
实验组2 8.2     1.5  
实验组3 8.0     1.4  
平均移动距离 8.0 7.6     0.8
迁移率   0.95 0.53   0.10

A.可用菠菜等绿叶蔬菜的叶片作为该实验的材料

B.色素3是叶绿素a,其迁移率为0.2

C.色素4随层析液在滤纸条上的扩散速度最快

D.色素2在滤纸条上移动的距离大约是4.2

 

9.甲、乙、丙、丁四位同学,利用新鲜绿色菠菜叶为实验材料,用纸层析法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时,由于操作不同,而得到了以下四种不同的层析结果。下列分析错误的是

A.甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液

B.乙可能是因为研磨时加入无水乙醇过多

C.丙可能是正确操作得到的理想结果

D.丁可能是因为研磨时未加入CaCO3

 

10.下面是甲、乙、丙三位同学进行“绿叶中色素的提取和分离”实验的过程,请根据问题回答:

(1)甲同学选用新鲜菠菜的绿色叶片进行实验,在滤纸上出现了四条清晰的色素带,如图所示。甲同学分离色素的方法是________________,滤纸条上色素带位置的不同主要取决于_________________________________________。从上到下数,叶黄素位于第________条色素带。

(2)乙同学改变甲同学所用层析液组成后继续进行实验,在滤纸条上出现了黄、绿两条色素带。他用刀片裁出含色素带的滤纸条,用乙醚分别溶解条带上的色素,浓缩后用一光学分析仪器检测,通过分析色素溶液的_____________来判断色带上色素种类。

(3)丙同学对甲同学“绿叶中色素的分离”实验进行改进,实验装置如图所示。该同学应将提取到的滤液滴在________处(填“a”或“b”),棉线灯芯下端应浸没在_______________________中。实验结果得到四个不同颜色的同心圆,排列在最内侧的色素是______________(填色素的名称)。

 

11.(2017·天津卷)叶绿体中的色素为脂溶性,液泡中紫红色的花青苷为水溶性。以月季成熟的紫红色叶片为材料,下列实验无法达到目的的是

A.用无水乙醇提取叶绿体中的色素

B.用水做层析液观察花青苷的色素带

C.用质壁分离和复原实验探究细胞的失水与吸水

D.用光学显微镜观察表皮细胞染色体的形态和数目

 

12.(2016·新课标II卷)关于高等植物叶绿体中色素的叙述,错误的是

A.叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中

B.构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收

C.通常,红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用

D.黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的

 

1.【答案】C

【解析】提取绿叶中的色素时,不需要盐酸,加入二氧化硅可以使研磨充分,加入碳酸钙可防止叶绿素被破坏,丙酮可用于提取色素,选C。

 

2.【答案】A

【解析】构成叶绿素的镁属于矿质元素,根是植物吸收水分和矿质元素的主要器官,构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收,A项正确;

光合色素分布于叶绿体的类囊体薄膜上,B项错误;

光合色素主要吸收红光和蓝紫光,但对其他色光也能少量吸收,其中对绿光吸收最少,C项错误;

叶片黄化说明叶绿素少或无,导致类胡萝卜素的颜色显现,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,剩下的类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,因此叶片黄化,叶绿体对红光的吸收会下降或无法吸收,D项错误。

 

3.【答案】B

 

4.【答案】A

【解析】由于叶绿体中的色素不溶于水,只溶于有机溶剂,所以用无机溶剂不能提取光合色素,A正确;

研磨时加入SiO2的目的是使研磨更充分,B错误;

第一次画完滤液细线后应等滤液干燥后再画第二次,C错误;

叶绿素b在层析液中的溶解度最小,胡萝卜素溶解度最大,D错误。

 

5.【答案】B

【解析】在叶绿体色素中,含量最多的是叶绿素a。分离色素的原理是:四种色素在层析液中的溶解度不同,溶解度大的色素分子随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢,因而不同色素分子可以在滤纸上通过扩散而分开。正常情况下纸层析的实验结果为,滤纸条上的4条色素带从上往下依次是:胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。可见,用纸层析法分离叶绿体中的色素,扩散最快和条带最宽的分别为胡萝卜素、叶绿素a,B正确,A、C、D均错误。

 

6.【答案】B

【解析】1位置上的叶绿素b溶解度最低,在滤纸条的最下面;2位置上的叶绿素a溶解度排第三,从上到下,居于第三位;3位置上的叶黄素溶解度排第二,在滤纸条上的第二位;4位置上的胡萝卜素溶解度最高,在滤纸条的最上面;5位置上的混合液形成四个点。

 

7.【答案】D

【解析】分析题图:滤纸条从上到下依次是:Ⅰ胡萝卜素、Ⅱ叶黄素、Ⅲ叶绿素a(最宽)、Ⅳ叶绿素b(第2宽),色素带的宽窄与色素含量相关。根据题图来看:强光照和正常光照相比,叶绿素含量降低,类胡萝卜素含量增加,故强光照可能抑制叶绿素的合成,促进类胡萝卜素的合成,A正确;

无水碳酸钠可以吸收少量水分,没有无水乙醇,可用95%的乙醇加入适量无水碳酸钠,B正确;

四种色素在层析液中溶解度大小是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ,溶解度越大,在滤纸条上扩散速度越快,所以两种色素的溶解度间距小,说明它们的溶解度差异小,反之亦然,C正确;

色素分离过程中如果滤液线触及层析液,色素会溶解在层析液,最后得不到四条色素带,D错误。

 

8.【答案】C

【解析】据表格分析,色素3平均移动距离=(1.9+1.5+1.4)/3=1.6;其迁移率=色素移动距离/溶剂移动距离=1.6/8.0=0.20。再根据迁移率的大小确定色素的溶解度的高低,因此色素1表示胡萝卜素,色素2表示叶黄素,色素3表示叶绿素a,色素4表示叶绿素b。提取与分离色素的实验可用含色素较多的菠菜叶作为实验材料,A正确;

根据前面的分析可知,色素3是叶绿素a,其迁移率为0.2,B正确;

色素4表示叶绿素b,根据纸层析法原理“四种色素在层析液中溶解度不同,溶液度高的扩散速度快”,结果是胡萝卜素(橙黄色)最快、叶黄素(黄色)次之、之后是叶绿素a(蓝绿色),最慢的是叶绿素b(黄绿色),C错误;

根据“迁移率=色素移动距离/溶剂移动距离”,色素2在滤纸条上移动的距离=0.53×8.0≈4.2,D正确。

 

9.【答案】C

【解析】叶绿体中的色素不溶于水,易溶于酒精等有机溶剂,若用蒸馏水作提取液和层析液,则层析结果中不应含有色素,结果如甲所示,A项正确;

若研磨时加入的无水乙醇过多,会使提取液浓度降低,层析后4种色素的含量均减少,结果如乙所示,B项正确;

绿叶中叶绿素(近点样处的两条色素带)含量应多于类胡萝卜素(远点样处的两条色素带),而丙中叶绿素明显较少,不是正确操作得到的理想结果,C项错误;

若研磨时未加入CaCO3,会使叶绿素被有机酸破坏,层析后叶绿素含量减少,结果如丁所示,D项正确。

 

10.【答案】(1)纸层析法    色素在层析液中溶解度的大小    2

(2)吸收光谱

(3)a     层析液     叶绿素b

【解析】叶绿体色素提取的实验原理是叶绿体色素在层析液中的溶解度不同,分子量小的溶解度高,随层析液在滤纸上扩散得快,溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢。所以用层析法来分离四种色素。实验结果:最后滤纸条上将分离出四条色素带,颜色从上往下分别是橙黄色、黄色、蓝绿色和黄绿色,四种色素分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。

(1)图示滤纸条上出现了四条色素带,说明甲同学分离色素的方法是纸层析法,其原理是不同的色素在层析液中溶解度不同,因此沿着滤纸条扩散的速度也不同;滤纸条上从上到下第2条是黄色的叶黄素。

(2)不同的色素吸收不同的光谱,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,所以可以通过分析色素溶液的吸收光谱来判断条带的色素种类。

(3)据图分析,根据纸层析法的原理,同学将提取到的滤液滴在a处,棉线灯芯下端应浸没在层析液中,a处的色素沿着滤纸向四周扩散,从内到外形成的色素带依次是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素和胡萝卜素,因此排列在最内侧的色素是叶绿素b。

 

11.【答案】D

【解析】由于叶绿体中色素为脂溶性,可用无水乙醇提取,A正确;

花青苷为水溶性,可用水做层析液观察花青苷的色素带,B正确;

月季成熟的紫红色叶片含有紫红色的大液泡,可发生质壁分离和复原,则可用质壁分离和复原实验探究细胞的失水与吸水,C正确;

表皮细胞高度分化,不能分裂,不能用光学显微镜观察其染色体的形态和数目,D错误。

 

12.【答案】C

 

 

 

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