17 第二单元 第13讲 捕获光能的色素和结构-【创新教程】2026年高考生物总复习大一轮课件PPT
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教辅
内容正文:
第13讲 捕获光能的色素和结构
第二单元 细胞的能量供应和利用
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第二单元 细胞的能量供应和利用
高考总复习 生物学
构建体系 素养建模
研析考点 层级突破
01
02
探究实践六
03
课时作业
05
真题考法 素养演练
04
第一单元 走近细胞和组成细胞的分子
高考总复习 生物(新教材)
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构建体系 素养建模
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研析考点 层级突破
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探究实践六 绿叶中色素的提取和分离
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课时作业
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第二单元 细胞的能量供应和利用
高考总复习 生物学
知识体系——定内容
核心素养——定能力
生命
观念
运用结构与功能观,分析叶绿体结构适于进行光合作用的特点;通过分析恩格尔曼实验,归纳总结叶绿体的功能
科学
探究
通过“绿叶中色素的提取和分离”实验,培养学生的实验探究能力
社会
责任
通过分析叶绿体色素吸收光谱在农业生产中的应用,养成关心生产生活实际的责任意识
考点1 捕获光能的色素和结构
[必备知识·复盘]
1.捕获光能的色素
(1)叶绿体中色素的种类和颜色
(2)叶绿体中色素的吸收光谱
①吸收光谱实验
在色素溶液与阳光之间,放置一块三棱镜。阳光是由不同波长的光组合成的复合光,在穿过三棱镜时,不同波长的光会分散开,形成不同颜色的光带,称为光谱。分别让不同颜色的光照射色素溶液,就可以得到色素溶液的吸收光谱。
1.测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段。
(2024·贵州卷,3D)(×)
2.利用月季花瓣大量提取叶绿素。
(2024·北京卷,12B)(×)
3.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰。(2023·全国乙卷,2C)(√)
4.叶绿体中只有叶绿素吸收的光能才能用于光合作用。(×)
1.(必修1 P99“学科交叉”改编)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吗?
答案:不能。可见光的波长范围是390~760 nm。不同波长的光,颜色不同。波长小于390 nm的光是紫外光;波长大于760 nm的光是红外光。一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光。
2.(必修1 P99“旁栏思考”)植物工厂里为什么不用发绿光的光源?
答案:绿色光源发出绿色的光,这种波长的光线不能被光合色素吸收,因此无法用于光合作用中制造有机物。
3.(情景探究)如图是绿色植物叶肉细胞中光合色素吸收光谱的示意图,回答以下问题。
(1)Z表示什么色素?在自然光照下呈现什么颜色?有怎样的功能?
提示:Z表示叶绿素a。在自然光照下呈现蓝绿色。主要吸收红光和蓝紫光。
(2)X、Y分别表示什么色素?主要分布的具体部位在哪里?
提示:类胡萝卜素、叶绿素b。叶绿体的类囊体薄膜。
(3)蓝细菌细胞中不含图中任意一种光合色素吗?说明理由。
提示:不是。蓝细菌细胞能进行光合作用,因为其细胞中含有叶绿素和藻蓝素,即蓝细菌细胞中含有图中的Y和Z。
[关键能力·提升]
◆[提升点1] 通过色素的种类和功能考查信息提取能力
1.(2025·河北张家口高三检测)火龙果是长日照植物,冬季日照时间不足导致其不能正常开花,在生产实践中需要夜间补光,使火龙果提前开花,提早上市。某团队研究了同一光照强度下,不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影响,结果如图。下列相关分析正确的是( )
A.火龙果植株主要吸收红光和蓝光的光合色素是类胡萝卜素
B.火龙果植株中能够吸收红光和蓝光的色素存在于液泡中
C.据图可知,三种补光光源中最佳的是红光+蓝光
D.该研究的自变量是不同光源
解析:C [火龙果植株主要吸收红光和蓝光的光合色素是叶绿素,A错误;火龙果植株中能够吸收红光和蓝光的色素存在于叶绿体类囊体薄膜上,B错误;根据实验结果可知,红光+蓝光平均花朵数多于红、蓝光单光源,因此三种补光光源中效果最佳的是红光+蓝光,C正确;该实验探究同一光照强度下,不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影响,可知自变量为补光光源的种类和补光的时间,D错误。]
2.(2025·江苏泗阳高三第一次调研)研究发现,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”。在适当遮光条件下,叶绿素a与叶绿素b的比值会降低,以适应环境。如图为绿叶中色素的吸收光谱,其中②表示叶绿素b,③表示叶绿素a。下列叙述错误的是( )
A.叶片在640~660 nm波长光下释放氧气主要是由叶绿素参与光合作用引起的
B.利用纸层析法分离色素时,②对应的条带离画线处最近
C.由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后,短时间内叶绿体中C3的量增加
D.弱光下②的相对含量增高有利于植物对弱光的利用
解析:C [只有叶绿素能吸收640~660 nm波长光,此波长下,释放氧气是叶绿素吸收、传递、转化光能引起的,A正确;叶绿素b的溶解度最低,扩散速度最慢,利用纸层析法分离色素时,②叶绿素b对应的条带离画线处最近,B正确;由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后,光照增强,色素吸收的光能增多,光反应增强,ATP和NADPH增多,短时间内C3的量减少,C错误;②叶绿素b弱光下含量增高,可能有利于植物对弱光的利用,D正确。]
◆[提升点2] 通过叶绿体的结构考查获取信息能力
3.(2025·安阳市调研)叶绿体是植物进行光合作用的场所,下列关于叶绿体结构与功能的叙述,正确的是( )
A.叶绿体中的色素的合成都需要Mg2+和光照
B.H2O在光下分解为NADPH和O2的过程发生在叶绿体基质中
C.CO2的固定过程发生在类囊体薄膜上
D.光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的
解析:D [只有叶绿素的合成才需要Mg2+和光照,A错误;水的光解是光反应过程,发生在叶绿体类囊体薄膜上,B错误;CO2的固定发生在暗反应过程中,场所为叶绿体基质,C错误;光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的,D正确。]
2.实验步骤
(1)提取色素
①研磨:
操作图解
添加物质
作用
无水乙醇
溶解色素
二氧化硅
研磨充分
碳酸钙
保护色素
②过滤:用 单层尼龙布 过滤→收集滤液。
(2)分离色素
主要操作
操作要点
操作目的
制备滤纸条
一端剪去两角
保证色素在滤纸上扩散均匀、整齐
画滤液
细线
用毛细管吸取色素滤液,沿铅笔线均匀画一条滤液细线
滤液细线要细、直、齐,使各色素扩散的起点相同
待滤液干后,再画1~2次
使滤液细线上有较多的色素
层析
层析液不能触及滤液细线,否则色素会溶解在层析液中,而不会沿滤纸条向上扩散
3.实验结果分析
色素种类
色素颜色
色素含量
溶解度
扩散速度
a
胡萝卜素
橙黄色
最少
最大
最快
b
叶黄素
黄色
较少
较大
较快
c
叶绿素a
蓝绿色
最多
较小
较慢
d
叶绿素b
黄绿色
较多
最小
最慢
影响色素带颜色深浅的“四大”因素
(1)未加SiO2,研磨不充分。
(2)未加CaCO3或加入过少,叶绿素分子被破坏。
(3)菠菜叶放置时间长,滤液色素少。
(4)一次加入无水乙醇过多,色素浓度低。
3.色素带扩散速度与溶解度的相关性说明了什么问题?
答案:扩散速度越快说明溶解度越高。
1.色素带的条数与色素种类的相关性说明了什么问题?
答案:四条色素带说明含有四种色素(即色素带数等于色素种类数)。
2.色素带的宽窄与色素含量的相关性说明了什么问题?
答案:色素带越宽说明此种色素含量越多。色素带最宽的是叶绿素a,最窄的是胡萝卜素,叶绿素b的色素带比叶黄素的稍宽。
1.(2024·广东高考)银杏是我国特有的珍稀植物,其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别,下列实验操作正确的是( )
A.选择新鲜程度不同的叶片混合研磨
B.研磨时用水补充损失的提取液
C.将两组滤纸条置于同一烧杯中层析
D.用过的层析液直接倒入下水道
解析:C [本实验目的是用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别,选择新鲜程度相同的叶片分开研磨,A错误;色素溶于有机溶剂,提取液为无水乙醇,光合色素不溶于水,B错误;由于滤纸条不会相互影响,层析液的成分相同,两组滤纸条可以置于同一个烧杯中层析,C正确;用过的层析液含有石油醚、丙酮和苯,不能直接倒入下水道,D错误。]
2.(2023·江苏高考)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是( )
A.用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏
B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但易出现色素带重叠
C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量
D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带,花青素位于叶绿素a、b之间
解析:B [用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏,A错误;画滤液细线时要间断画2~3次,即等上一次干了以后再画下一次,若连续多次重复画滤液细线虽可累积更多的色素,但会造成滤液细线过宽,易出现色素带重叠,B正确;该实验中分离色素的方法是纸层析法,可根据各种色素在滤纸条上呈现的色素带的宽窄来比较判断各种色素的含量,但该实验不能具体测定绿叶中各种色素含量,C错误;花青素存在于液泡中,溶于水不易溶于有机溶剂,故若得到5条色素带,距离滤液细线最近的色素带为花青素,应在叶绿素b的下方,D错误。]
3下列有关叶绿体中色素提取与分离实验及创新改进的说法中,不合理的是( )
A.设计一个对照实验,一组在研磨前加CaCO3,另一组不加,然后按规定步骤研磨,观察现象,可探究CaCO3加与不加对实验的影响
B.秋季使用黄色或红色叶片做实验材料可以证明叶片中不含叶绿素
C.把滤液细线画的宽一点做层析可以探究滤液细线的宽度对实验的影响
D.用不同量的绿叶作实验,实验不同浓度的滤液对实验结果的影响可探究实验中绿叶的量是否需要准确称量及绿叶纯度对实验的影响
解析:B [探究CaCO3加与不加对实验的影响实验中,自变量为是否加CaCO3,因此一组在研磨前加CaCO3,另一组不加,然后按规定步骤研磨,观察实验现象,A正确;植物细胞叶绿体中含有叶绿素和类胡萝卜素,而红色叶片的颜色是因为液泡中的花青素,与叶绿体中的色素无关,B错误;把滤液细线画的宽一点做层析,与正常宽度做对比,可以探究滤液细线的宽度对实验的影响,C正确;用不同量的绿叶作实验,实验不同浓度的滤液对实验结果的影响可探究实验中绿叶的量是否需要准确称量及绿叶纯度对实验的影响,D正确。]
4.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
解析:C [菠菜等绿叶蔬菜的叶片含有大量的色素,可作为该实验的材料,A正确;据表格分析,色素3平均移动距离=(1.9+1.5+1.4)÷3=1.6,迁移率=色素移动距离/溶剂移动距离=1.6÷8.0=0.2,通过比较迁移率可知色素3为叶绿素a,B正确;色素4表示叶绿素b,溶解度最低,扩散速度最慢,C错误;据表格分析,色素2平均移动距离=0.53×8.0=4.24,D正确。]
[真题研析]——浸润素养
[例] (2024·贵州高考)为探究不同光照强度对叶色的影响,取紫鸭跖草在不同光照强度下,其他条件相同且适宜,分组栽培,一段时间后获取各组光合色素提取液,用分光光度法(一束单色光通过溶液时,溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比)分别测定每组各种光合色素含量。下列叙述错误的是( )
A.叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素
B.分离提取液中的光合色素可采用纸层析法
C.光合色素相对含量不同可使叶色出现差异
D.测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段
[关键信息点]
①
探究不同光照强度对叶色的影响(叶绿素形成受光照影响)
②
分光光度法测色素含量(吸光度与吸光物质浓度有关)
解析:D [提取光合色素时加入碳酸钙可以防止色素被破坏,A正确;由于不同色素在层析液中溶解度不同,因此在滤纸上的扩散速度不同,从而达到分离的效果,这是纸层析法,B正确;不同光合色素颜色不同,因此光合色素相对含量不同可使叶色出现差异 ,叶绿素多使叶片呈现绿色,而秋季类胡萝卜素增多使叶片呈黄色,C正确;叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收蓝紫光,所以不能用蓝紫光波段测定叶绿素含量,D错误。]
[真题品悟]——厚积素养
[考向1] 绿叶中色素的提取和分离
1.(2024·北京高考)五彩缤纷的月季装点着美丽的京城,其中变色月季“光谱”备受青睐。“光谱”月季变色的主要原因是光照引起花瓣细胞液泡中花青素的变化。下列利用“光谱”月季进行的实验,难以达成目的的是( )
A.用花瓣细胞观察质壁分离现象
B.用花瓣大量提取叶绿素
C.探索生长素促进其插条生根的最适浓度
D.利用幼嫩茎段进行植物组织培养
解析:B [花瓣细胞含有中央大液泡,液泡中含有花青素,因此可用花瓣细胞观察质壁分离现象,A不符合题意;花瓣含花青素,而不含叶绿素,因此不能用花瓣提取叶绿素,B符合题意;生长素能促进月季的茎段生根,可利用月季的茎段为材料来探索生长素促进其插条生根的最适浓度,C不符合题意;月季的幼嫩茎段能分裂,能利用幼嫩茎段的外植体进行植物组织培养,D不符合题意。]
2.(2024·浙江6月选考)原产热带的观赏植物一品红,花小,顶部有像花瓣一样的红色叶片,下部叶片绿色。回答下列问题。
(1)科学研究一般经历观察现象、提出问题、查找信息、作出假设、验证假设等过程。
①某同学观察一品红的叶片颜色,提出了问题:红叶是否具有光合作用能力。
②该同学检索文献获得相关资料:植物能通过光合作用合成淀粉。检测叶片中淀粉的方法,先将叶片浸入沸水处理;再转入热甲醇处理;然后将叶片置于含有少量水的培养皿内并展开,滴加碘-碘化钾溶液(或碘液),观察颜色变化。
③结合上述资料,作出可通过实验验证的假设:
________________________________________________________________________________________________________________________。
④为验证假设进行实验。请完善分组处理,并将支持假设的预期结果填入表格。
分组处理
预期结果
绿叶+光照
变蓝
绿叶+黑暗
不变蓝
ⅰ______
ⅱ______
ⅲ______
ⅳ______
⑤分析:检测叶片淀粉的方法中,叶片浸入沸水处理的目的是_____________。热甲醇处理的目的是__________________________。
(2)对一品红研究发现,红叶和绿叶的叶绿素含量分别为0.02 g(Chl)·m-2和0.20 g(Chl)·m-2,红叶含有较多的水溶性花青素。在不同光强下测得的qNP值和电子传递速率(ETR)值分别如图甲、乙所示。qNP值反映叶绿体通过热耗散的方式去除过剩光能的能力;ETR值反映光合膜上电子传递的速率,与光反应速率呈正相关。花青素与叶绿素的吸收光谱如图丙所示。
①分析图甲可知,在光强500~2 000 μmol·m-2·s-1范围内,相对于绿叶,红叶的__________________________________________________
______________________________________________________________
__________________________________能力较弱。分析图乙可知,在光强800~2 000 μmol·m-2·s-1范围内,红叶并未出现类似绿叶的光合作用被____________现象。结合图丙可知,强光下,贮藏于红叶细胞_________内的花青素可通过____________方式达到保护叶绿体的作用。
②现有实验证实,生长在高光强环境下的一品红,红叶叶面积大,颜色更红。综合上述研究结果可知,在强光环境下,红叶具有较高花青素含量和较大叶面积,其作用除了能进行光合作用外,还有保护____________的功能。一品红的花小,不受关注,但能依赖花瓣状的红叶吸引______________,完成传粉。
解析:(1)根据实验的问题,提出假设:红叶具有光合作用能力。
为探究红叶是否像绿叶一样具有光合作用的能力,需分别设置绿叶+光照、绿叶+黑暗、红叶+光照、红叶+黑暗四个小组。若假设红叶具有光合作用能力成立,则红叶+光照组中,溶液变蓝;红叶+黑暗组中,溶液不变蓝。整个实验步骤中,先用沸水处理叶片,将细胞杀死,溶解细胞中的花青素;再将叶片转移到热甲醇溶液中,溶解细胞中的叶绿素,以免影响后续实验结果的观察。
(2)分析图甲可知,自变量为光照强度和叶片颜色,因变量为qNP值,当光照强度为500~2 000 μmol·m-2·s-1范围内时,红叶的qNP值较小,即红叶中叶绿体通过热耗散的方式去除过剩光能的能力较弱。
分析图乙可知,随着光照强度的增加,绿叶的ETR值增大,当光照强度超过800 μmol·m-2·s-1时,ETR值减小,即随着光照强度增加,绿叶光合速率先增大后减小,推出光照强度超过一定范围时,绿叶的光合作用反而被抑制。而根据图示可知,在光照强度为500~2 000 μmol·m-2·s-1范围内时,红叶并未出现光合作用被抑制的情况。
红叶中叶绿体通过热耗散的方式去除过剩光能的能力较低,结合图丙可知,储藏在细胞液泡中的花青素可通过吸收多余光能(蓝光、绿光)的方式,从而保护叶绿体不受强光损伤。
大量研究表明,花青素具有缓解叶片中光氧化损伤的潜力,主要通过屏蔽叶绿体过多的高能量量子和清除活性氧物质。综合上述研究结果可知,在强光环境下,大面积的红叶细胞中富含花青素,能有效保护叶绿体不受强光损伤。一品红的花小,不受关注,但能依赖花瓣状的红叶吸引昆虫(蜜蜂、蝴蝶等),为其完成传粉工作。
答案:(1)③红叶具有光合作用能力 ④红叶+光照 变蓝 红叶+黑暗 不变蓝 ⑤杀死红叶细胞,溶解花青素,以免影响实验结果的观察 溶解叶绿素,以免影响实验结果的观察
(2)①叶绿体通过热耗散的方式去除过剩光能 抑制 液泡 吸收过剩光能的 ②叶绿体 昆虫(蜜蜂、蝴蝶等)
3.(2024·河北高考)高原地区蓝光和紫外光较强,常采用覆膜措施辅助林木育苗。为探究不同颜色覆膜对藏川杨幼苗生长的影响,研究者检测了白膜、蓝膜和绿膜对不同光的透过率,以及覆膜后幼苗光合色素的含量,结果如图、表所示。
覆膜处理
叶绿素含量(mg/g)
类胡萝卜素含量(mg/g)
白膜
1.67
0.71
蓝膜
2.20
0.90
绿膜
1.74
0.65
回答下列问题:
(1)如图所示,三种颜色的膜对紫外光、蓝光和绿光的透过率有明显差异,其中________光可被位于叶绿体________上的光合色素高效吸收后用于光反应,进而使暗反应阶段的C3还原转化为________和________。与白膜覆盖相比,蓝膜和绿膜透过的________较少,可更好地减弱幼苗受到的辐射。
(2)光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正比,选择适当波长的光可对色素含量进行测定。提取光合色素时,可利用________________________作为溶剂。测定叶绿素含量时,应选择红光而不能选择蓝紫光,原因是______________________________________
_____________________________________________________________。
(3)研究表明,覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗在高原环境的生长。根据上述检测结果,其原因为______________________________________
______________________________________________________________
________________________________________________。(答出两点即可)
解析:(1)位于叶绿体类囊体薄膜上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光。光反应产生的NADPH和ATP参与暗反应的C3还原过程,使C3转化为(CH2O)和C5。分析图形,蓝膜与绿膜对紫外光的透过率低于白膜,减弱了紫外光对幼苗的辐射。
(2)无水乙醇可作为提取光合色素的试剂。类胡萝卜素和叶绿素都能吸收蓝紫光,而叶绿素还能吸收红光,因此测定叶绿素含量时应选择红光,以避免类胡萝卜素对实验的干扰。
(3)分析表格,蓝膜覆盖下藏川杨幼苗的叶绿素含量和类胡萝卜素含量均高于白膜和绿膜,光合色素含量高,吸收的光能较多,藏川杨幼苗的光合速率较强。分析柱形图,蓝膜覆盖下蓝光透过率高于白膜和绿膜,有利于植物进行光合作用;蓝膜覆盖下紫外光的透过率低于白膜和绿膜,减弱了对幼苗的伤害,有利于幼苗生长。故覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗在高原环境的生长。
答案:(1)蓝 类囊体薄膜 (CH2O)(或糖类) C5 紫外光
(2)无水乙醇 叶绿素和类胡萝卜素都能吸收蓝紫光,选择红光可以避免类胡萝卜素对实验的干扰 (3)蓝膜覆盖下蓝光透过率高于白膜和绿膜,有利于藏川杨幼苗进行光合作用;蓝膜覆盖下叶绿素含量和类胡萝卜素的含量均高于白膜和绿膜,藏川杨幼苗光合速率较强;蓝膜覆盖下紫外光的透过率低于白膜和绿膜,减弱了对幼苗的伤害
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