2023年新人教版高考生物一轮复习：捕获光能的色素和结构

第5课时捕获光能的色素和结构

工课标要求：！1.说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变

为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。2.活动：提取和分离绿叶中的色素。

■梳理归纳夯实必备知识

1.绿叶中色素的提取和分离

(1)实验原理

提取f有机溶剂(如无水乙醇)能溶解色素

分离色素在层析液中溶解度不同,在滤

纸条上扩散的速度不同

(2)实验步骤

二氧化硅:研磨充分

T研，磨卜剪碳酸钙：保护色素

无水乙醇：溶解色素

、中的色素^——Bp

U收「滤液)

:制备滤纸条Z一端剪去两角：使扩散均可1

(画滤液细装I细、齐、直(待干后重复一而灰R

(3)实验结果

—色素种类色素颜色色素含量溶解度扩散速度

一

胡萝卜素橙黄色最少最iWi最快

叶黄素黄色较少较高较快

叶绿素蓝绿色最多较低较慢

F2a

\_/叶绿素b黄绿色较多最低最慢

(4)实验出现异常现象的原因分析

异常现象原因分析

收集到的滤①未加二氧化硅,研磨不充分；

液绿色过浅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，提取液浓度太低(正确做法：分次加入少量

无水乙醇)；

⑷未加碳酸钙或加入过少,色素分子被破坏

滤纸条色素①滤液细线不直；

带重叠②滤液细线过粗

滤纸条无色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

素带解到层析液中

2.叶绿体中色素的吸收光谱分析

由图可以看出:

可见光的波长范围大约是400~760nm

一般叶绿体中的色素只吸收亘见光,

对红外光和紫外光不吸收

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

■教材隐性知识・

源于必修1P99”图5—12”、“旁栏思考”及P101“拓展应用”

(1)从叶绿素吸收光谱图可知：叶绿素a在红光部分的吸收带较叶绿素b偏向长波方面，且吸

收光谱带比叶绿素b宽，叶绿素b在蓝紫光部分的吸收光谱带比叶绿素a宽(填“宽”或

“窄”)。

⑵研究表明：在遮光条件下，以蓝紫光为主的散光占比增加。请预测：在适当遮光的条件下

叶片(比如同一植物底层叶片)中叶绿素a/b隆低，弱光下的吸收能力增强,有利于提高植物的

捕光能力，是对弱光环境的一种适应。

(3)植物工厂里为什么不用发绿光的光源？

提示这种波长的光不能被光合色素吸收，因此不能用于光合作用中合成有机物。

(4)海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依

次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？请根据材料作答。

材料藻类中色素种类及光在海水中的分布

藻类色素种类含量最多的色素水层及主要存在的光

叶绿素a、叶绿素b、胡叶绿素主要吸收红光和

绿藻浅水层存在红光和蓝紫光

萝卜素、叶黄素蓝紫光，反射绿光

叶绿素a、叶绿素c、胡某种叶黄素主要吸收绿

褐藻中水层存在绿光和蓝紫光

萝卜素、6种叶黄素光和蓝紫光，反射红黄光

叶绿素a、叶绿素d、胡

藻红素主要吸收蓝紫光，

红藻萝卜素、叶黄素、藻红素、深水层存在蓝紫光

反射红光

藻蓝素

提示这与光能的捕获有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光，藻类本身的颜色是它们“反

射”的光。

3.叶绿体的结构适于进行光合作用

(1)叶绿体的结构模式图

(2)叶绿体的功能

产①处鹿、②内膜

结构-「③叶绿体基质:含有与暗反应有关

内部的酶

决定L④基粒：由类囊体堆叠而成,分布有

色素和与光反应有关的酶

6^)——进行光合作用的场所

极细光束照射水绵：需氧细菌只

证据厂集中分布在叶绿体被光束照射到

的部位

恩格尔曼完全曝光：需氧细菌分布在叶绿

@体所有受光的部位

用透过三棱镜的光照射水绵：大

'-量的需氧细菌聚集在红光和蓝

紫光区域

■教材隐性知识

源于必修1P101“讨论”

(1)恩格尔曼在选材上有什么巧妙之处?

提示选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察；用需氧细菌可以确定释

放氧气多的部位。

⑵恩格尔曼在实验设计上有什么巧妙之处？

提示没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上有光照多

和光照少的部位，相当于一组对比实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果。

■考向突破强化关键能力

考向一实验的基本原理和过程分析

1.（2022•潍坊高三模拟）下列有关色素提取和分离实验的说法，正确的是（）

A.根据绿叶中色素在无水乙醇中溶解度不同，可对色素进行分离

B.分离色素时，蓝绿色的色素带距离滤液细线最远

C.利用纸层析法可分离4种叶绿体色素

D.叶绿体色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸上扩散就越慢

答案C

解析根据绿叶中色素在层析液中溶解度不同，可对色素进行分离，A错误；分离色素时，

橙黄色的色素带（胡萝卜素）距离滤液细线最远，B错误；叶绿体色素在层析液中的溶解度越

高，在滤纸上扩散就越快，D错误。

2.如图是某同学用无水乙醇分别提取正常光照和强光照下某种植物等量叶片中的光合色素,

然后用层析液进行纸层析得到的结果（I、II、III、IV为色素条带）。下列相关叙述正确的是

（）

A.实验研磨操作中若加入的二氧化硅或碳酸钙过少，都会导致色素条带颜色变深

B.实验中对研磨液过滤时，采用滤纸过滤，实验效果更好

C.色素分离过程中如果滤液细线触及层析液，会缩短四条色素带间的距离

D.与正常光照下相比，该植物强光照下叶片会发黄

答案D

解析实验研磨操作中若加入的二氧化硅（研磨充分）或碳酸钙（保护叶绿素）过少，都会导致色

素条带颜色变浅，A错误；实验中对研磨液过滤时，采用滤纸过滤，会使色素吸附在滤纸上，

导致实验失败，B错误；色素分离过程中如果滤液细线触及层析液，会使色素溶解在层析液

中，看不到四条色素带，C错误。

考向二色素的种类和功能

3.（2017•全国ni,3）植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应（如

02的释放）来绘制的。下列叙述错误的是（）

A.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成

B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制

C.光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示

D.叶片在640~660nm波长光下释放。2是由叶绿素参与光合作用引起的

答案A

解析类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，在红光区不吸收光能，A项错误。

4.（2022•大庆市高三模拟）高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下，叶绿素a

和叶绿素b之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现，在适当遮光条件

下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。图中②③是两种叶绿素的吸收光谱。下列

关于叶绿素的叙述，正确的是（）

A.图中②和③主要分布在叶绿体的内膜上

B.利用纸层析法分离色素时，③应位于滤纸条的最下端

C.植物叶片呈现绿色是由于②③主要吸收绿光

D.弱光下②的相对含量增高有利于植物对弱光的利用

答案D

5.在适宜条件下对黄瓜施以不同氮含量的肥料，测定不同生育期叶片中叶绿素含量，结果如

下表所示。由数据可知，下列推测或叙述错误的是（）

叶绿素含量（mg-g-1）

氮含量(kg・hnT2)

苗期开花坐果期盛果期末果期

1003.387.309.527.12

1803.387.5311.377.88

3603.488.0612.318.34

5403.547.2311.489.62

A.叶片中叶绿素含量常用来表征作物的生长状况

B.叶绿素含量随着生育期的推进呈现先增加后下降的趋势

C.肥料中氮含量越高，越有利于黄瓜叶片中叶绿素的形成

D.盛果期叶绿素含量较高可能与有机物在果实中积累有关

答案C

工归纳提升：！影响叶绿素合成因素的分析

是影响叶绿素合成的主要条件，一般

（光照）―।植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而

［叶片发黄______________________

温度可影响与叶绿素合成有关的酶的

唱更L活性，进而影响叶绿素的合成

「白、叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏

必?一|N、Mg将导致叶绿素无法合成,叶片

E变黄

重温高考真题演练

1.（2021・辽宁，2）植物工厂是通过光调控和通风控温等措施进行精细管理的高效农业生产系

统，常采用无土栽培技术。下列有关叙述错误的是（）

A.可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度

B.应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同

C.合理控制昼夜温差有利于提高作物产量

D.适时通风可提高生产系统内的CO2浓度

答案B

解析为保证植物的根能够正常吸收水分，该系统应控制培养液的浓度小于植物根部细胞的

细胞液浓度，B错误。

2.（2019・江苏，17）如图为某次光合作用色素纸层析的实验结果，样品分别为新鲜菠菜叶和一

种蓝细菌经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是（）

菠菜蓝细菌

A.研磨时加入CaCCh过量会破坏叶绿素

B.层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液

C.在敞开的烧杯中进行层析时，需通风操作

D.实验验证了该种蓝细菌没有叶绿素b

答案D

解析研磨时加入CaCO3的目的是防止叶绿素被破坏，故研磨时加入CaCO3过量不会破坏叶

绿素，但会影响色素提取液的纯度，A项错误；光合作用色素易溶于有机溶剂不溶于水，故

层析液由有机溶剂配制而成，B项错误；层析液易挥发，故层析分离时烧杯上要加盖，C项

错误；对照图示结果分析可知，该种蓝细菌中没有叶黄素和叶绿素b,D项正确。

3.（2020・江苏，6）采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验，下列叙述错误

的是（）

A.提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂

B.研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏

C.研磨时添加石英砂有助于色素提取

D.画滤液细线时应尽量减少样液扩散

答案B

解析无水乙醇常作为提取叶绿体色素的溶剂，A项正确；研磨时要加入碳酸钙（CaCCh）,可

防止叶绿素被破坏，B项错误；研磨时添加石英砂，有助于使研磨得充分，有助于色素的提

取，C项正确；画滤液细线时要做到细、直、齐，减少样液扩散，以保证滤纸条上形成的色

素带清晰、整齐，D项正确。

4.（2019・海南，9）下列关于高等植物光合作用的叙述，错误的是（）

A.光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能

B.红光照射时，胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a

C.光反应中，将光能转变为化学能需要有ADP的参与

D.红光照射时，叶绿素b吸收的光能可用于光合作用

答案B

解析光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能，但需要利用光反应阶段形成的NADPH和

ATP,A项正确；胡萝卜素不能吸收红光，B项错误；光反应中，将光能转变为ATP中活跃

的化学能，需要有ADP和Pi及ATP合成酶的参与，C项正确。

5.（2016•全国II,4改编）关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是（）

A.提取叶绿体中的色素，原理是各种色素在层析液中的溶解度不同

B.构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收

C.红光和蓝紫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

答案A

解析提取叶绿体中的色素，原理是各种色素可以溶解在有机溶剂无水乙醇中，A项错误。

五分钟查落实

一、易错辨析

1.提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分（X）

2.绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快（X）

3.叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光（X）

4.植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光（X）

5.叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素（V）

6.秋天叶片变黄，是叶黄素含量增多导致的（X）

7.光合作用需要的色素和酶只分布在叶绿体基粒中（X）

8.没有叶绿体的生物无法进行光合作用（X）

9.植物细胞都含有叶绿体（X）

10.在真核细胞内，能进行光合作用的色素分布在叶绿体以及液泡中（X）

二、填空默写

1.（必修1P98）绿叶中的色素有4种，它们可以归为两大类：叶绿素（含量约占3/4）和类胡萝

卜素（含量约占1卜）.其中前者包含叶绿素a（蓝绿色）和叶绿素b（黄绿色）。后者包含胡萝卜素（橙

黄色）和叶黄素（黄色）。

2.（必修1P99）叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收篮紫

光。

3.（必修1Pim）叶绿体是进行光合作用的场所。在它内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收

光能的色素分子,在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酸。

课时精练

一、选择题

1.下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，正确的是（）

A.绿叶中的色素只能溶解在无水乙醇中

B.与成熟叶相比，幼叶做实验材料得到的叶绿素a、b的条带较窄

C.制备滤纸条时用圆珠笔画横线更方便

D.若研磨绿叶时没有加入碳酸钙，则提取不到光合色素

答案B

解析绿叶中的色素能溶解在丙酮、无水乙醇等有机溶剂中，A错误；圆珠笔笔油中有色素，

因此制备滤纸条时应该用铅笔画横线，C错误；碳酸钙的作用是防止色素被破坏，因此没有

加入碳酸钙会导致层析后滤纸条上的叶绿素带颜色较浅，D错误。

2.纸层析法可分离光合色素，以下分离装置示意图中正确的是（）

助g

ABCD

答案C

3.（2022•济南市历城第二中学高三模拟）下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述,

正确的是（）

A.提取光合色素时加入SiO2的目的是使研磨充分并保护色素不被破坏

B.色素在提取液中的溶解度不同，导致色素带的位置不同

C.对研磨液过滤时需要在玻璃漏斗的基部放一层滤纸

D.画滤液细线时要等上一次画的滤液线干燥后再进行画线

答案D

解析取色素时加入SiO2的目的是为了研磨充分，加入碳酸钙可防止研磨过程中色素被破

坏，A错误；利用色素在层析液中的溶解度不同的原理来分离色素，从而使色素带的位置不

同，B错误；对研磨液过滤时需要在玻璃漏斗的基部放一层尼龙布进行过滤，不能用滤纸过

滤，C错误。

4.在做提取和分离叶绿体中的光合色素实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用

情况如下表所示（“+”表示使用，“一”表示未使用），其余操作均正常，他们所得的实验

结果依次应为（）

试剂甲乙丙T

无水乙醇一+++

一

CaCO3+++

一

SiO2+++

——__

—

\_/\_/

①②③④

A.①②③④B.②④①③

C.④②③①D.③②①④

答案B

解析甲同学由于没有加入提取剂无水乙醇，所以提取液中不会出现色素，色素分离的结果

是②；乙同学操作正确，色素分离后得到的色素带有四条，与④情况相符；丙同学由于未加

CaCCh,所以叶绿素含量减少，所得到的色素带中两条叶绿素带比正常的色素带要窄，对应

①；丁同学由于未加SiCh,导致叶片研磨不充分，最终导致各种色素的含量均减少，对应③。

故B正确。

5.（2022•天津和平耀华中学高三期中）在进行光合色素的提取和分离实验时，取一圆形滤纸,

在滤纸中央滴一滴色素提取液，再滴一滴层析液，将会得到近似同心的四个色素环，如图。

下列说法错误的是（）

①

②

③

④

A.通常提取液呈现绿色是因为叶片中叶绿素的含量比类胡萝卜素的高

B.提取色素时加入少许CaCO3和SiO2

C.若提取的是缺镁叶片中的色素，则最外侧两圈色素环颜色较淡

D.最外侧两圈色素环的色素主要吸收蓝紫光

答案C

解析镁是合成叶绿素的原料，若叶片缺镁，则叶绿素含量少，会使最内侧的两圈色素环颜

色较淡，C错误。

6.（2022・长沙第一中学高三期中）秋季枫树等植物的叶片变为红色，主要是由于花青素增多而

叶绿素含量降低所致，实验小组对此进行实验验证：用无水乙醇提取叶片中色素，用层析液

进行分离，结果滤纸条上出现四条色素带，靠近层析液的两条色素带非常窄，下列有关推断

不合理的是（）

A.变窄的是叶黄素和叶绿素a

B.低温叶绿素容易被破坏

C.滤纸条未显现花青素的原因可能是花青素为水溶性色素

D.叶绿素易溶于无水乙醇

答案A

7.下图表示叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱。下列说法正确的是（）

A.土壤中缺乏镁时，植物新叶对420nm〜470nm左右波长的光的利用量比老叶更少

B.用纸层析法分离色素后得到的色素带的宽度，反映了色素在层析液中溶解度的大小

C.叶绿素和类胡萝卜素吸收的不同波长的光都可以用于光合作用，且在转化光能过程中会

引起叶绿体基质pH发生变化

D.用不同波长的光照射植物叶片，得到的光合作用产物完全相同

答案C

8.科学家恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现需氧细菌大量聚集在如图所示

区域。以下分析正确的是（）

水绵叶绿体

770nm560nm390nm

A.实验过程中装片需放置在没有空气的黑暗环境中是为了设置自变量

B.水绵光合作用产生的02能进入细菌的线粒体与［H］结合生成H2O

C.图中细菌分布的差异是水绵不同区域光合作用强度不同造成的

D.水绵叶绿体产生的ATP直接为核DNA复制提供能量

答案C

解析由图可知，需氧细菌聚集在红光区和蓝紫光区，这是由于叶绿体中的色素能够利用这

两种光进行光合作用产生氧气。实验过程中不同颜色的光为自变量，装片需放置在黑暗环境

中是为了设置自变量，而没有空气是为了排除无关变量的影响，A错误；细菌不含有线粒体，

B错误；水绵叶绿体产生的ATP只能供暗反应使用，D错误。

9.“绿叶中色素的提取和分离”实验中，某同学提取的滤液经层析后结果如图所示。造成该

现象可能的解释是（）

色素相对含量

一口口

,距离，

点样处

A.研磨时未加入SiCh

B.研磨时未加入CaCCh

C.画滤液细线的次数不够

D.提取时未加入无水乙醇

答案B

解析研磨时未加入SiCh,研磨不充分，会导致4种色素的含量均减少，但不会出现只有叶

绿素b与叶绿素a的相对含量明显减少的现象，A错误；研磨时未加入CaCCh,叶绿素分子

被破坏，会导致叶绿素b与叶绿素a的相对含量明显减少，B正确；画滤液细线的次数不够，

点样处积累的色素浓度低，会导致层析时4种色素的相对含量均减少，但不会出现只有叶绿

素b与叶绿素a的相对含量明显减少的现象，C错误；提取时未加入无水乙醇，无法提取出

色素，会导致滤纸条上看不见色素带，D错误。

10.为探究pH对叶绿素稳定性的影响,某科研小组进行了如表实验。下列叙述错误的是（）

组号叶绿素溶液/mLPH处理时间/min溶液颜色

①3.08.010绿色

②3.07.010绿色

③3.06.010黄绿色

3.05.010黄褐色

A.叶绿素可用无水乙醇提取

B.该实验设置了四个实验组，是一个对比实验

C.该实验说明叶绿素在酸性条件下不稳定，在碱性条件下稳定

D.由该实验结果推测，酸雨可能会造成藻类植物光合作用能力下降

答案C

解析根据色素易溶于有机溶剂的特点，在提取色素时可以加入无水乙醇进行色素的提取，

A正确；该实验设置了四个实验组，每个实验之间形成对照关系，是一个对比实验，B正确；

根据表中数据可知，在pH为7或8的环境中，色素溶液的颜色均为绿色，但这不能说明叶

绿素在碱性环境中稳定，碱性增强时色素可能会被破坏，C错误；根据实验结果可知，酸性

环境下色素溶液的颜色由绿色变成黄绿色或黄褐色，说明色素在酸性条件下可能因稳定性较

差而被分解，导致含量降低，因此酸雨可能会造成藻类植物光合作用能力下降，D正确。

11.通常情况下，光合作用依赖叶绿素a来收集、转化可见光，用于光合作用。研究发现某

些蓝细菌在近红外光环境下生长时，含有叶绿素a的光合系统会失效，而含有叶绿素f的光

合系统会启动。进一步研究发现，叶绿素f能吸收、转化红外光，用于光合作用。下列有关

叙述正确的是（）

A.培养蓝细菌研究光合作用时，需提供葡萄糖作为碳源

B.叶绿素f主要分布在蓝细菌叶绿体类囊体薄膜上

C.叶绿素f能够吸收、转化红外光，体现了蓝细菌对环境的适应

D.在正常光照条件下，蓝细菌会同时吸收可见光和红外光进行光合作用

答案C

解析蓝细菌属于自养生物，能够自己合成有机物，故培养蓝细菌研究光合作用时，不需要

提供葡萄糖作为碳源，A错误；蓝细菌为原核生物，无叶绿体，B错误；在正常光照条件下，

光合作用依赖叶绿素a来收集、转化可见光，而不利用红外光，D错误。

12.如图为正常绿叶的叶绿素a的吸收光谱、色素总吸收光谱以及光合作用的作用光谱（作用

光谱代表不同波长下植物的光合作用效率）。由图中信息分析，下列叙述不正确的是（）

总吸收光

作用光

叶绿素慧

一

/nm

波长

700

00650

506

05

5050

4004

不

过测量

可以通

用光谱

，作

绘制

值来

吸收

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波长

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B.总

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叶中

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性，说

一致

高度

现出

谱表