第4单元 第11课时 捕获光能的色素和结构(教师用书Word)-【高考领航】2027年高考生物大一轮复习学案

该高中生物学讲义围绕“捕获光能的色素和结构”高考核心考点，涵盖绿叶中色素提取分离实验（中频）及色素、叶绿体结构功能（高频），按实验原理-操作-结果分析、色素种类-吸收光谱-叶绿体功能的逻辑架构知识，通过考点梳理、实验方法指导、真题训练突破难点，体现复习系统性与针对性。 资料以科学思维和探究实践为导向，创新设计实验异常分析（如滤液细线未干重复画线致色素带模糊）和恩格尔曼实验设计辨析，结合2024-2025年真题分层训练，帮助学生高效掌握考点，为教师把控复习节奏、提升学生应考能力提供有力支持。

第11课时　捕获光能的色素和结构 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：绿叶中色素的提取和分离。 考情 分析 考点 考题统计 考频等级 1.活动：绿叶中色素的提取和分离 2025·山东卷，13；2025·河北卷，5；2025·黑吉辽内蒙古卷，11；2024·贵州卷，3；2024·广东卷，3 中频 2.捕获光能的色素和结构 2025·黑吉辽内蒙古卷，10；2025·甘肃卷，17；2025·江苏卷，21；2025·山东卷，21；2024·湖北卷，4；2024·河北卷，19 高频 考点一　活动：绿叶中色素的提取和分离 问题 怎样进行绿叶中色素的提取和分离？ 1.绿叶中色素的提取和分离的原理 [细节拾遗]　(必修1 P98探究·实践)提取色素时若没有无水乙醇怎么办？ 提示：可以用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来代替。 2．实验的操作步骤 3．实验结果分析 [诊断辨析] (1)提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分。(必修1 P98探究·实践)(×) 提示：提取色素时加碳酸钙的目的是防止研磨时色素被破坏。 (2)在画出一条滤液细线后紧接着重复画线两到三次。(必修1 P99探究·实践)(×) 提示：等滤液细线干后再重复画一到两次。 (3)将小麦色素提取液滴加到滤纸条，然后将色素滴加部位浸入层析液进行层析。(2025·河北卷)(×) 提示：在进行色素层析时，色素滴加部位不能浸入层析液，否则色素会溶解在层析液中，无法在滤纸条上进行层析分离。 (4)分离菠菜叶中的色素时，因层析液有挥发性，需在通风好的条件下进行。(2025·黑吉辽内蒙古卷)(√) 实验异常现象分析 考向　绿叶中色素的提取和分离 1．(2024·广东卷，3)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，应选择新鲜程度不同的叶片分开研磨，A错误；光合色素是脂溶性的物质，不溶于水而溶于无水乙醇，常用无水乙醇作为提取液提取光合色素，B错误；两组滤纸条在同一烧杯中层析可以保持无关变量一致，减少实验误差，C正确；层析液中含有毒性的挥发性物质，不可直接倒入下水道，D错误。 2．(2026·辽宁本溪模拟)如图所示以菠菜绿叶为材料，分离光合色素得到的滤纸条上的色素位置分布。若换用其他材料，下列相关说法错误的是(　　) A．若使用黑藻叶片，图中四条色素带均会出现 B．若使用发菜叶片，会出现与图中色素带不重合的新带 C．若使用洋葱鳞片叶，图中所有色素带均不会出现 D．若使用韭黄叶片，只会出现与图中1、2相同的色素带 解析：D　黑藻属于真核生物，含有叶绿体，能进行光合作用，所以图中四条色素带均会出现，A正确；发菜属于原核生物，没有叶绿体，所含色素与绿叶中的不同，会出现与图中色素带不重合的带，B正确；洋葱鳞片叶细胞没有叶绿体，不能进行光合作用，所以图中所有色素带均不会出现，C正确；韭黄在生长过程中没有接受光照，不能合成叶绿素，所以不会出现与图中1(叶绿素b)、2(叶绿素a)相同的色素带，D错误。 考点二　捕获光能的色素和结构 问题1 叶绿体中色素的种类和颜色是什么？色素的吸收光谱是怎样的？ 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 [细节拾遗]　(必修1 P99图5－12)叶绿素a和叶绿素b在红光区和蓝紫光区吸收光能的差异是叶绿素a在红光区的吸收峰值大于叶绿素b的吸收峰值，在蓝紫光区的吸收峰值小于叶绿素b的吸收峰值，且吸收峰值均位于红光区和蓝紫光区的外侧。 问题2 叶绿体的结构是怎样适应其功能的？恩格尔曼设计了怎样的实验对叶绿体的功能进行了验证？ 1.叶绿体的结构与功能 2．恩格尔曼对叶绿体功能的实验验证 (1)第一个实验 实验结论：O2是由叶绿体在光照条件下释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。 (2)第二个实验 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。 实验结论：叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧；叶绿体主要吸收红光和蓝紫光。 (3)恩格尔曼实验设计的4点巧妙之处 ①实验材料选得妙：实验材料选择水绵和需氧细菌。水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察；利用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。 ②排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境，排除了空气中氧气和光的干扰。 ③观测指标设计得妙：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实验对照设计得妙：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。 [诊断辨析] (1)叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，对其他波段的可见光并非不吸收，只是吸收量较少。(必修1 P99正文)(√) (2)生物光合作用的场所不一定是叶绿体，没有叶绿体的生物也可以是自养型生物。(必修1 P100正文)(√) (3)叶绿体中的色素主要分布在叶绿体内膜上，酶分布于类囊体膜上和叶绿体基质中。(必修1 P101正文)(×) 提示：叶绿体中的色素主要分布在叶绿体类囊体膜上，酶分布于类囊体膜上和叶绿体基质中。 (4)恩格尔曼的实验直接证明了叶绿体是光合作用的场所。(必修1 P101正文)(×) 提示：恩格尔曼的实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。结合其他的实验证据，科学家们得出叶绿体是光合作用的场所这一结论。 突破色素的吸收光谱及应用 海南是我国火龙果的主要种植区之一、由于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。 (1)实验结果表明，三种补光光源中最佳的是红光＋蓝光，该光源的最佳补光时间是6小时/天，判断该光源是最佳补光光源的依据是不同的补光时间条件下，红光＋蓝光光源组平均花朵数均最多。 (2)现有可促进火龙果增产的三种不同光照强度的白色光源，设计实验方案探究成花诱导完成后提高火龙果产量的最适光照强度(简要写出实验思路)：将生长状况相同的火龙果分三组，分别用三种不同光照强度的白色光源对火龙果进行夜间补光6小时，其他条件相同且适宜，一段时间后观察记录每组平均花朵数。 (3)一般植物的叶片在春夏季节为绿色，而在秋季呈现黄色。出现这一现象的原因是什么？ 提示：春夏季节叶片中的叶绿素含量较多，叶绿素对绿光吸收较少，绿光大部分被反射出来，所以叶片会呈现绿色。而到了秋季，叶片中主要是类胡萝卜素，故而呈现黄色。 [归纳提升] 1．塑料大棚中“塑料颜色”与“补光类型”的选择 (1)为提高光能利用率，塑料大棚栽培时常选择“无色塑料”以便透过各色光，这是因为太阳的全色光透过时各种颜色的光均可被作物吸收(对黄绿色吸收较少)。 (2)阴天或夜间给温室大棚“人工补光”时，宜选择植物吸收利用效率最高的“红光或蓝紫光”灯泡。因为若利用白炽灯，则其发出的光中“黄绿光”利用率极低，从节省能源(节电、节省成本)的角度讲，用红灯泡、蓝紫灯泡效率最高。 2．影响叶绿素合成因素的分析 考向1　捕获光能的色素及其分析 1．(2026·河北保定模拟)科学家将色素溶液与阳光之间放置一块三棱镜，分别让不同颜色的光照射色素溶液，得到色素溶液的吸收光谱如下图所示，①②③代表不同色素。下列说法正确的是(　　) A．①在红光区吸收的光能可转化为ATP中的化学能 B．②为蓝绿色，③为黄绿色，二者均含有Mg2+ C．纸层析法分离色素时，②处于滤纸条最下端 D．种植蔬菜大棚时可使用蓝紫色或红色的塑料薄膜 解析：C　由图可知，①是类胡萝卜素，②是叶绿素b，③是叶绿素a。类胡萝卜素不吸收红光，A错误；叶绿素b为黄绿色，叶绿素a为蓝绿色，二者均含有Mg2+，B错误；叶绿素b在层析液中的溶解度最低，随层析液在滤纸条上扩散的速度最慢，故纸层析法分离色素时，处于滤纸条最下端的是叶绿素b，C正确；蔬菜大棚使用的塑料薄膜应该是无色透明的，以提高太阳光中的可见光的利用率，D错误。 2．某植物的两种黄叶突变体表型相似，测定各类植株叶片的光合色素含量(单位：μg·g-1)，结果如下表。下列有关叙述正确的是(　　) 植株类型 叶绿素a 叶绿素b 类胡萝卜素 叶绿素/类胡萝卜素 野生型 1235 519 419 4.19 突变体1 512 75 370 1.59 突变体2 115 20 379 0.35 A．两种突变体的出现增加了物种多样性 B．突变体2比突变体1吸收红光的能力更强 C．两种突变体的光合色素含量差异，是由不同基因的突变所致 D．叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色 解析：D　两种突变体的出现增加了遗传(基因)多样性，但并无生殖隔离，仍为同一物种，A错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，由表中两种突变体的叶绿素、类胡萝卜素的含量可判断，突变体1比突变体2吸收红光的能力更强，B错误；根据题干信息可知，两种黄叶突变体的表型相似，表中两种突变体的光合色素含量有差异，可能是同一基因突变方向不同导致的，所以不能确定是由不同基因的突变所致，C错误；分析表中数据可知，与野生型相比，黄叶突变体的叶绿素与类胡萝卜素的比值都大幅度下降，由此可推断，叶绿素含量少，不能掩盖类胡萝卜素的颜色，导致突变体的叶片呈黄色，D正确。 考向2　叶绿体的结构及功能探究 3．(2026·江苏无锡模拟)图1为叶绿体结构模式图，图2是从图1中取出的部分结构放大图。下列相关叙述正确的是(　　) A．图2所示结构取自图1中的①或③ B．与光合作用有关的酶全部分布在图2所示结构上 C．图2所示的结构可吸收全部的太阳光 D．叶绿体以图1③的形式扩大膜的面积 解析：D　图2所示结构含有光合色素，光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，对应于图1中的③，A错误；在叶绿体的基质(图1④)中，也分布有与光合作用有关的酶，B错误；一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光，C错误；③是叶绿体的类囊体，叶绿体以图1③的形式扩大膜的面积，D正确。 4．(2026·湖北宜昌模拟)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。以下分析错误的是(　　) A．实验过程中装片需放置在黑暗环境中是为了设置自变量 B．需氧细菌聚集多的原因是光合作用制造的有机物多 C．图中细菌分布的差异是水绵在不同区域光合作用强度不同造成的 D．水绵的叶绿体呈螺旋状分布在细胞中有利于实验的进行 解析：B　该实验中光照为自变量，氧气为无关变量，故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和无关变量，A正确；需氧细菌聚集多的原因是氧气多，B错误；图中细菌分布的差异是由于水绵不同区域光合作用强度不同造成的，C正确；水绵的叶绿体呈螺旋状分布在细胞中有利于实验的进行，便于实验结果的观察，D正确。 角度1　考查绿叶中色素的提取和分离 1．[(2025·山东卷，13)链接必修1 P99探究·实践]“绿叶中色素的提取和分离”实验操作中要注意“干燥”，下列说法错误的是(　　) A．应使用干燥的定性滤纸 B．绿叶需烘干后再提取色素 C．重复画线前需等待滤液细线干燥 D．无水乙醇可用加入适量无水碳酸钠的95%乙醇替代 解析：B　提取绿叶中色素用的是新鲜的绿叶，若进行烘干处理会破坏其中的色素，B错误。 2．[(2024·贵州卷，3)链接必修1 P98探究·实践]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 解析：D　叶片研磨时加入碳酸钙可以防止研磨中色素被破坏，A正确；绿叶中的色素不止一种，不同的色素在层析液中的溶解度不同，它们在滤纸条上扩散的速度也不同，故可以采用纸层析法分离提取液中的色素，B正确；绿叶中不同色素呈现不同颜色，叶绿素a为蓝绿色，叶绿素b为黄绿色，胡萝卜素为橙黄色，叶黄素为黄色，光合色素相对含量不同可使叶色出现差异，如叶绿素含量/类胡萝卜素含量的值高时，叶片呈绿色，该值低时叶片发黄，C正确；叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，因此使用蓝紫光波段测定的为叶绿素和类胡萝卜素的总含量，D错误。 角度2　考查色素的吸收光谱及应用分析 3．[(2024·河北卷，19)链接必修1 P99正文]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)叶绿体由双层膜包被，内部有许多基粒。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的4种色素就分布在类囊体薄膜上。其中叶绿素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蓝紫光。这4种色素吸收的光波长有差别，但是都可以用于光合作用。光合色素吸收的光能用于暗反应阶段，在这一阶段，一些接受能量并被还原的C3，在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类；另一些接受能量并被还原的C3，经过一系列变化，又形成C5。据图可知，与白膜覆盖相比，蓝膜和绿膜透过的紫外光较少，可更好地减弱幼苗受到的辐射。(2)绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。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蓝紫光，为了排除类胡萝卜素的干扰，测定叶绿素含量时，应选择红光而不能选择蓝紫光。(3)据图可知，与覆盖其他色的膜相比，覆盖蓝膜的紫外光透过率低，蓝光透过率高，在降低紫外光对幼苗的辐射的同时不影响其光合作用；据表中数据分析，与覆盖白膜和绿膜比，覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高，有利于幼苗进行光合作用。 答案：(1)蓝　类囊体薄膜　C5　糖类　紫外光　(2)无水乙醇　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蓝紫光，选择红光可排除类胡萝卜素的干扰　(3)覆盖蓝膜紫外光透过率低，蓝光透过率高，降低紫外光对幼苗的辐射的同时不影响其光合作用；与覆盖白膜和绿膜比，覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高，有利于幼苗进行光合作用 学科网（北京）股份有限公司 $