高中生物第5章第4节第1课时捕获光能的色素和结构教案新人教版必修1.docx
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高中生物第5章第4节第1课时捕获光能的色素和结构教案新人教版必修1
捕获光能的色素和结构
一、实验：
绿叶中色素的提取和分离
1．提取绿叶中的色素
（1）原理：
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。
（2）过程：
步骤名称
操作过程
取材
称取5g新鲜绿叶，剪碎，放入研钵中
研磨
加入少许二氧化硅和碳酸钙，再加入10mL无水乙醇，迅速、充分研磨
过滤
漏斗基部放一块单层尼龙布，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤
收集
用小试管收集色素滤液，及时将试管口用棉塞塞严
2.分离绿叶中的色素
（1）原理：
各种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液扩散得快，反之则慢。
因而色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开来。
（2）步骤：
二、绿叶中色素种类、分布及吸收光谱
色素种类
颜色
吸收光谱
分布
叶绿素（约占3/4）
叶绿素a
蓝绿色
主要吸收蓝紫光和红光
叶绿体中的类囊体薄膜上
叶绿素b
黄绿色
类胡萝素
（约占1/4）
胡萝卜素
橙黄色
主要吸收蓝紫光
叶黄素
黄色
三、叶绿体的结构与功能
1．形态：
一般呈扁平的椭球形或球形。
2．结构：
3．功能：
是进行光合作用的场所。
一、绿叶中色素的提取与分离
1．教材问题探讨分析
读教材P97—P98实验内容，讨论回答下列问题：
（1）从绿叶中提取色素的过程中，为何要将绿叶充分研磨？
提示：
为了使叶绿体完全破裂，从而能提取出较多的色素。
（2）为什么要将滤纸条的一端剪去两角？
画滤液细线有什么要求？
在干燥后要重复画一两次，请分析这样做的目的。
提示：
①剪去两角的目的是防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快。
②滤液细线要细、直、齐，可使分离的色素带不重叠。
③重复画线可增加色素含量使分离的色素带清晰，便于观察。
（3）如图是某同学实验所得到的层析结果，据图分析并填写图中自上而下色素的名称、颜色。
提示：
①胡萝卜素 橙黄色 ②叶黄素 黄色 ③叶绿素a 蓝绿色 ④叶绿素b 黄绿色
2．判断下列说法是否正确
（1）叶绿体中的色素既能溶于有机溶剂又能溶解于水中。
（×）
（2）可选用绿色植物任何部位的叶片进行色素的提取与分离。
（×）
（3）向研钵中加入少量的CaCO3和少量的SiO2作用是相同的。
（×）
（4）过滤色素溶液时，漏斗基部应放置多层滤纸。
（×）
（5）层析得到的滤纸条上各种色素带的宽度可说明不同色素含量的多少。
（√）
二、叶绿体的结构与功能
1．教材问题探讨分析
（1）观察教材P99图5－11，阅读相关文字内容，讨论叶绿体与其功能相适应的结构特点有哪些？
提示：
叶绿体中基粒的类囊体薄膜上分布有吸收光能的色素和光合作用相关的酶；在叶绿体的基质中含有与光合作用有关的酶；组成基粒的类囊体薄膜，大大增加了膜面积。
（2）阅读教材P100资料分析内容，讨论并交流下列问题：
试从实验材料选择、对照设置等方面分析恩格尔曼的实验方法有什么巧妙之处？
从该实验还可得出什么结论？
提示：
巧妙之处：
①实验材料选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可确定释放氧气多的部位。
②没有空气的黑暗环境：
排除了氧气和光的干扰。
③用极细的光束点状投射：
叶绿体上可分为获得光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验。
④进行黑暗（局部光照）和曝光对照实验。
明确实验结果完全是由光照引起的等。
结论：
①叶绿体是进行光合作用的场所。
②O2是由叶绿体释放的。
2．判断下列说法是否正确
（1）叶绿体基质中含有少量的DNA、RNA以及少量的色素。
（×）
（2）叶绿素对绿光不吸收，全部被反射，所以叶片呈绿色。
（×）
一、叶片颜色变化
植物叶片呈现的颜色是叶片中各种色素的综合表现，其中主要是绿色的叶绿素和黄色的类胡萝卜素之间的比例。
1．植物叶色正常是绿色的原因：
正常叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量的比例约为3∶1，所以正常叶片总是绿色。
2．秋天植物叶色变黄的原因：
叶绿素不稳定，低温下易被破坏，而类胡萝卜素分子比较稳定，不易被破坏，所以随着天气变冷，叶片逐渐呈现类胡萝卜素的颜色——黄色。
二、实验注意事项
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．提取色素时研磨要迅速、充分的原因：
无水酒精易挥发；为了使叶绿体完全破裂，从而能提取到较多的色素；叶绿素极不稳定，会在活细胞中的叶绿素水解酶作用下水解。
3．制备滤纸条：
剪取两角，以保证色素在滤纸条上扩散均匀、整齐，便于观察实验结果，否则，会形成弧形色素带。
4．画滤液细线要细而直，且干燥后重复画2～3次以增加色素含量。
5．色素分离：
滤液细线不要触及层析液，否则色素将溶解到层析液中，导致色素带不清晰。
三、实验试剂的作用
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．研磨时加入的二氧化硅可使研磨更充分。
4．碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏。
[特别提醒]
绿叶中色素提取分离实验异常现象分析
（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使用放置数天的菠菜叶，滤液色素（叶绿素）太少。
③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低。
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：
滤纸细线画得过粗。
（3）滤纸条看不见色素带：
①忘记画滤液细线。
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。
[例1] （新课标全国卷Ⅱ）关于叶绿素的叙述，错误的是（ ）
A．叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素
B．被叶绿素吸收的光可用于光合作用
C．叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同
D．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光
[解析] 叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素，A项正确。
叶绿素a和叶绿素b吸收的光能可用于光合作用的光反应，B项正确。
在红光区叶绿素a的吸收峰值高于叶绿素b，C项正确。
植物呈现绿色是由于叶绿素吸收绿光最少，绿光被反射出来，D项错误。
[答案] D
[例2] （江苏高考）关于叶绿体中色素的提取和分离实验的操作，正确的是（ ）
A．使用定性滤纸过滤研磨液
B．将干燥处理过的定性滤纸条用于层析
C．在画出一条滤液细线后紧接着重复画线2～3次
D．研磨叶片时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素
[解析] 在提取绿叶中色素时，漏斗基部放单层尼龙布进行过滤，A项错误；纸层析法分离滤液中色素时，需用干燥的定性滤纸，B项正确；画出一条滤液细线后需等滤液干后再重复画线2～3次，C项错误；研磨叶片时应用无水乙醇溶解色素，D项错误。
[答案] B
[网络构建]
填充：
①叶绿素a、叶绿素b ②胡萝卜素、叶黄素 ③类囊体 ④类囊体
⑤DNA
[关键语句]
1．无水乙醇能提取绿叶中的色素，层析液可分离色素。
2．用无水乙醇提取色素的原理是色素能溶解在无水乙醇中。
3．不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。
4．二氧化硅有助于研磨充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。
5．层析后滤纸条上自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。
6．叶绿素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。
7．色素分布于叶绿体类囊体薄膜上，而与光合作用有关的酶则分布于类囊体薄膜和叶绿体基质中。
1．在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时，研磨绿叶不需要加入（ ）
A．乙醇 B．层析液
C．二氧化硅D．碳酸钙
解析：
选B 在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，研磨绿叶之前，需要加入少量的二氧化硅、碳酸钙及10mL无水乙醇，层析液是在分离色素时加入到烧杯中的试剂。
2．关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，不正确的是（ ）
A．可以用无水乙醇提取叶绿体中的色素
B．叶绿体中色素能够分离的原因是不同色素在层析液中的溶解度不同
C．研钵中加入二氧化硅、碳酸钙和绿叶后直接用杵棒进行研磨，不用作任何处理
D．滤液细线要画得细而直，避免色素带间的部分重叠
解析：
选C 叶绿体中色素不溶于水而溶于有机溶剂无水乙醇，因此可用无水乙醇提取色素；分离色素是利用了各种色素在层析液中的溶解度的不同，随层析液在滤纸条上扩散速度不同而停留在不同位置上；提取色素研磨时，需要向研钵内加入少量的二氧化硅、碳酸钙、10mL无水乙醇及绿叶，并迅速研磨；在滤纸条上画滤液细线时，一定要细、直、齐，防止层析后色素带重叠。
3．在进行“绿叶中色素提取和分离”的实验时，不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．滤纸上的滤液细线会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．滤纸上的几种色素会混合起来不分散
解析：
选C 叶绿体中的各种色素能够溶于有机溶剂，若在层析时，层析液没及滤纸条上的滤液细线，色素就会溶解在层析液中，导致层析后得不到色素带。
4．某同学从杨树叶片中提取并分离得到4种色素样品，经测定得到下列吸收光谱图，其中属于叶绿素b的是（ ）
解析：
选A 植物叶绿体中的色素分为叶绿素和类胡萝卜素，其中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，400nm～500nm为蓝紫光区，600nm～700nm为红光区，因为叶绿素b是叶绿素的一种，所以答案选A。
5.下面是“绿叶中色素的提取和分离”实验的部分材料和用具。
据图回答：
（1）图中步骤①加入研钵内的物质为：
A________10mL，作用是________；B_________少许，作用是使研磨充分；C________少许，作用是________。
（2）图中步骤②将研磨液倒入漏斗中，漏斗基部放有________________。
（3）图中步骤③剪去两角的作用是，画滤液细线的要求是_____________________________________________________。
（4）图中步骤④中加盖的目的是____________；色素带最宽的是____________，扩散速度最快的是____________。
（5）秋天，北方树叶大都由绿变黄，其原因是占四种色素总量3/4的______和______分解，从而显示出________和________的颜色。
解析：
（1）研磨时需要加入3种物质：
10mL无水乙醇，作用是溶解色素；二氧化硅可以增大摩擦力，使细胞和叶绿体破碎以便充分研磨；细胞研磨破碎后，会溢出有机酸，为防止叶绿素被破坏，研磨时需要加入少许碳酸钙来中和有机酸。
（2）过滤研磨液时，漏斗基部通常使用单层尼龙布而不能用滤纸，因为色素可吸附在滤纸上。
（3）剪去滤纸两角的作用是防止两边色素扩散过快。
画滤液细线的要求是细、齐、直。
（4）4种色素在层析液中溶解度不同导致各种色素在滤纸条上的扩散速度不同，从而达到分离色素的目的。
由于层析液有毒，且可以挥发，所以要加盖。
色素带的宽度不同是由各种色素含量不同造成的，且色素的含量越多，色素带越宽。
一般植物叶片中叶绿素a含量最多，所以叶绿素a的色素带最宽。
（5）叶绿素不稳定，易分解，而叶黄素和胡萝卜素较稳定，故秋天树叶由绿变黄。
答案：
（1）无水乙醇 溶解色素 二氧化硅 碳酸钙 防止色素被破坏
（2）单层尼龙布 （3）防止色素带扩散不整齐 细、齐、直 （4）防止层析液挥发 叶绿素a 胡萝卜素 （5）叶绿素a 叶绿素b 胡萝卜素 叶黄素
（时间：
45分钟；满分：
100分）
一、选择题（每小题5分，共50分）
1．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
解析：
选B 叶绿体中的色素分布在类囊体薄膜上。
2．如图是叶片中两类色素的吸收光谱，试判定甲和乙分别为何种色素（ ）
A．叶绿素a、叶绿素bB．类胡萝卜素、叶绿素
C．叶黄素、叶绿素aD．叶绿素、类胡萝卜素
解析：
选D 根据图中曲线可知，甲有两个吸收峰值，分别位于蓝紫光区和红光区，乙只有一个吸收峰值，位于蓝紫光区，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，甲为叶绿素，乙为类胡萝卜素。
3．把叶绿素提取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
解析：
选A 叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光。
4．用菠菜叶进行“绿叶中色素的提取和分离”的实验，滤液经层析后，色素带在滤纸条上的分布顺序是（ ）
解析：
选A 由于四种色素在层析液中溶解度的不同，造成其扩散速度不同。
溶解度最大的是胡萝卜素，它扩散的距离最远，其次是叶黄素，而叶绿素的溶解度小，所以叶绿素a和叶绿素b分别扩散在第三和第四条色素带上。
5．（海南高考）关于叶绿素提取的叙述，错误的是（ ）
A．菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料
B．加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏
C．用乙醇提取的叶绿体色素中无胡萝卜素
D．研磨时加入石英砂可使叶片研磨更充分
解析：
选C 菠菜绿叶含大量的色素，易于研磨，是提取色素的良好材料。
加入少许CaCO3的目的是中和液泡破坏后释放的酸性物质，防止研磨中色素被破坏。
叶绿体中的色素有叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素等，四种色素均溶于乙醇。
研磨加石英砂的目的是使研磨更充分。
6．在叶绿体色素的提取和分离实验中，收集到的滤液绿色过浅，其原因不可能是（ ）
A．未加石英砂，研磨不充分
B．一次加入大量的丙酮提取
C．分次加入少量丙酮提取
D．使用放置数天的菠菜叶
解析：
选C 实验中收集到的滤液绿色过浅，一方面可能是绿叶放置时间过长，叶绿素分解了或研磨得不充分；另一方面可能是加入的溶剂过多，不会是分次加入少量丙酮提取所致。
7．（上海高考）如图表示叶绿体色素提取和分离实验中纸层析的结果，据图判断用作实验材料的叶片颜色为（ ）
A．红色 B．黄色 C．绿色 D．紫色
解析：
选B 在叶绿体色素提取和分离实验中，滤纸条上的四条色素带距点样处的距离由近及远分别是：
叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，由图可知，叶绿素含量比类胡萝卜素含量少，用作实验材料的叶片应为黄色。
8．叶绿体色素的纸层析结果显示，叶绿素b位于层析滤纸的最下端，原因是（ ）
A．相对分子质量最小
B．相对分子质量最大
C．在层析液中的溶解度最小
D．在层析液中的溶解度最大
解析：
选C 色素分离的原理是根据不同色素在层析液中溶解度不同，溶解度大的随层析液扩散得快，溶解度小的随层析液扩散得慢，层析时随层析液在滤纸上的扩散而分离开。
9．某班学生完成对新鲜菠菜叶进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于各组操作不同，出现了以下四种不同的层析结果。
下列分析错误的是（ ）
A．甲可能是因为研磨时未加入SiO2
B．乙可能是因为研磨时未加入CaCO3
C．丙可能是误用蒸馏水作提取液和层析液
D．丁是正确操作得到的理想结果
解析：
选D 色素的提取和分离实验中，SiO2可使菠菜叶研磨充分，CaCO3可防止叶绿素受到破坏，未加入SiO2和CaCO3时，会发生甲、乙图示的现象；丙图中色素含量基本为零，可能是误用蒸馏水作提取液和层析液的结果；丁图显示含量最高的是叶黄素，实际上正常绿色叶片中叶绿素a和叶绿素b多。
10．如图为叶绿体结构示意图，下列有关叶绿体结构与功能的叙述错误的是（ ）
A．①和②具有选择透过性功能
B．③上既有光合色素又有与光合作用有关的酶
C．③和④中都有与光合作用有关的酶
D．有叶绿体的细胞才能进行光合作用
解析：
选D ①②表示叶绿体的双层膜，它们是具有选择透过性的，③为叶绿体的基粒，其上含有进行光合作用的色素和酶，④中基质也是进行光合作用的场所，也具有与光合作用有关的酶，所以色素和光合作用的酶是进行光合作用的需要条件。
具有上述条件而不具有叶绿体的蓝藻也能进行光合作用。
二、非选择题（共50分）
11．（9分）美国科学家恩格尔曼利用一种绿藻（这种绿藻具有呈螺旋状的叶绿体）研究光对光合作用的效应。
他将该种绿藻放在一张载有细菌悬浮液的玻片上，这些细菌会移向氧浓度高的区域。
他观察细菌在不同光照下的分布情况，结果如下图所示：
（1）描述B情况下细菌的分布情况如何：
____________________________________，如此分布是因为光合作用释放了________。
（2）该实验证实了光合作用的场所是________，吸收光能的色素和催化反应的酶分别分布在______________、______________。
（3）恩格尔曼进行装置C的实验，其目的是什么？
，在________光点的细菌特别多。
解析：
（1）白光的光质较为均匀，好氧细菌主要分布在能进行光合作用产生O2的叶绿体周围。
（2）通过螺旋状的叶绿体与好氧细菌的关系可以看出进行光合作用的位置在叶绿体上，色素分布在叶绿体的类囊体的薄膜上，而酶有的分布在类囊体上，有的分布在叶绿体的基质中。
（3）在C实验中的自变量是光质，主要有红、绿、蓝三区，而在红光和蓝光光点的好氧细菌远远多于绿光光点。
答案：
（1）细菌集中在叶绿体周围 O2
（2）叶绿体 类囊体的薄膜上 类囊体上和基质中
（3）找出不同颜色的光对光合作用的影响 红光和蓝光
12．（12分）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。
处理
A
B
C
SiO2（少量）
＋
＋
＋
CaCO3（少量）
－
＋
＋
95%乙醇（10毫升）
＋
－
＋
蒸馏水（10毫升）
－
＋
－
注：
“＋”代表加入该物质，“－”代表未加入该物质。
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________________________________________________________________________。
解析：
观察表中A、B、C三个研钵的处理与结果的关系。
（1）因为A中未加CaCO3，使其中的部分叶绿素受到破坏，所以溶液颜色为黄绿色。
（2）B中加入了SiO2和CaCO3，研磨出的叶绿素等色素不能溶解于蒸馏水中，故溶液几乎无色。
（3）C中加入了SiO2和CaCO3，研磨出的叶绿素等色素能溶解于有机溶剂乙醇中，故溶液为深绿色。
答案：
（1）黄绿色 部分叶绿素受到破坏
（2）几乎无色 叶绿素不溶于水 （3）深绿色 大量叶绿素溶于乙醇中
13．（14分）请回答下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的问题：
（1）甲同学利用新鲜的玉米绿色叶片进行实验，在滤纸上出现了四条清晰的色素带，其中呈黄绿色的色素带为__________________。
（2）该同学改变层析液组成后继续进行实验，滤纸条上只出现了黄、绿两条色素带。
他用刀片裁出带有色素带的滤纸条，用乙醚分别溶解条带上的色素，浓缩后用一分析仪器检测，通过分析色素溶液的________来判断条带的色素种类。
（3）乙同学在实验过程中将画有滤液细线的滤纸条（已重复几次画线）插入层析液，几分钟后取出观察，发现滤纸条上无色素分带现象，而用同一滤液做实验的丙同学的滤纸条上却色素分带明显。
乙同学实验失败的原因可能是_________________________________________。
（4）若选用在缺Mg的营养液中长期培养的玉米叶片作实验材料，层析后滤纸条上只出现了两条色素带，其原因是_______________________________________________________。
（5）实验结束几天后，乙、丙两同学发现部分预留叶片已变黄。
乙同学认为这是由于叶片中某些色素降解所造成的，丙同学则认为是某些色素含量增加所致。
根据所学知识，你将如何设计实验来判断乙、丙两个同学的观点是否正确？
_______________________________________________________________________________。
解析：
（1）叶绿素b呈黄绿色。
（2）不同色素溶液的吸收光谱不同，以此可区分不同的色素。
（3）若层析液触及滤液细线，则色素会溶解在层析液中，滤纸条上不能得到色素带。
（4）缺Mg将导致无法合成叶绿素，但却不影响类胡萝卜素的合成。
（5）可通过比较色素带的有无和宽度来判断。
答案：
（1）叶绿素b
（2）吸收光谱 （3）层析液触及滤液细线 （4）缺Mg植物不能合成叶绿素 （5）从预留的叶片中挑选出足量的、分量相等、大小相近的已变黄的叶片和绿色鲜嫩的叶片为实验材料，在相同条件下，再次进行叶片中色素的提取和分离实验，测定和记录实验结果，比较这两种叶片中各种色素的组成及含量后，得出结论
14．（15分）（广东高考）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。
Ⅰ.提取叶绿素：
―→
―→
―→
Ⅱ.探究pH对叶绿素稳定性的影响：
取一些叶绿素粗产品，配成一定浓度的溶液，于室温（约25℃）下进行实验，方法和结果如表所示。
实验组号
叶绿素溶
液（mL）
调pH至
处理时间
（min）
溶液颜色
①
3.0
Y
10
绿色
②
3.0
7.0
10
绿色
③
3.0
6.0
10
黄绿色
④
3.0
5.0
10
黄褐色
注：
叶绿素被破坏后变成黄褐色。
根据所学知识和实验结果，请回答：
（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）小李想了解叶绿素粗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。
解析：
（1）色素不溶水，只溶于有机溶剂。
但是有机溶剂大多有毒，所以应选择对人体无害的有机溶剂。
（2）分析题中表格不难得出Y等于8.0，原因是pH是该实验的自变量，④到①pH逐渐增大且相邻两组的pH相差1，所以①组的pH应该为8.0。
（3）从表中信息可知，酸性条件下天然叶绿素色素容易被破坏造成食品失绿而影响品质。
（
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