第3单元 第10课时 捕获光能的色素和结构及探索光合作用的经典实验(教师用书Word)-【高考领航】2027年高考生物大一轮复习学案（创新版）

该高中生物学讲义聚焦“捕获光能的色素和结构”及“探索光合作用的经典实验”核心考点，以高频考点“色素提取分离”为重点，按“实验操作-原理分析-结构功能-经典探究”逻辑架构知识，通过考点梳理（实验原理步骤、结构功能）、方法指导（异常现象分析、实验设计）、真题训练（2025-2023年高考及模拟题解析），系统突破复习难点。 资料采用“实验-原理-探究”三维整合策略，融入科学思维（对比分析CaCO3与SiO2作用差异）和探究实践（设计韭菜与韭黄色素对比实验），配合分层练习（基础落实、高考演练）与即时反馈，高效提升学生实验分析及知识迁移能力，为教师提供考点考频与教学环节设计参考，助力精准把控复习节奏。

第10课时　捕获光能的色素和结构及探索光合作用的经典实验 课标 要求 1.实验：绿叶中色素的提取和分离。2.叶绿体的结构与探索光合作用的经典实验 考情 分析 考点 考题统计 考频等级 1.捕获光能的色素和结构 2025·山东卷，13；2025·贵州卷，3；2024·广东卷，3；2024·甘肃卷，17；2024·贵州卷，3；2024·河北卷，19；2023·全国乙卷，2；2023·海南卷，6；2023·江苏卷，12；2023·广东卷，18；2023·全国甲卷，29 高频 2.探索光合作用的经典实验 2025·江苏卷，21 低频 考点一　活动：绿叶中色素的提取和分离 1．绿叶中色素的提取和分离 (1)实验原理 试剂 原理 提取 无水乙醇 绿叶中的色素溶于有机溶剂，而不溶于水 分离 层析液 各种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 提醒：提取色素时若没有无水乙醇，也可以用体积分数为95%的乙醇加适量无水碳酸钠来代替。 (2)实验步骤 (3)实验结果及分析 ①色素带的宽窄与色素含量有关，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。 ②相邻两条色素带之间距离最远的是胡萝卜素和叶黄素，最近的是叶绿素a和叶绿素b。 ③色素带扩散速度与溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越高。 2．色素的吸收光谱 (1)叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。 (2)叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大。 (1)分离提取液中的光合色素可采用纸层析法。(2024·贵州卷)(√) (2)研磨时用水补充损失的提取液。(2024·广东卷)(×) 提示：光合色素不溶于水，应用无水乙醇。 (3)叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢。(2023·全国乙卷)(×) 提示：溶解度越高扩散得越快。 (4)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。(2023·江苏卷)(×) 提示：防止叶绿素被破坏。 (5)纸层析法分离叶绿体色素时，以多种有机溶剂的混合物作为层析液。(经典高考题)(√) (6)依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离。(经典高考题)(×) 提示：依据在层析液中的溶解度不同。 如图表示某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行色素提取和吸收光谱实验，分析回答有关问题： (1)在做提取韭黄色素实验时，不加碳酸钙对滤液颜色的影响不大(填“大”或“不大”)，原因是研磨时加碳酸钙主要是防止叶绿素分子被破坏，韭黄中不含叶绿素，因此不加碳酸钙对滤液颜色的影响不大。 (2)“结果②”中吸收光谱最明显的差异出现在红光区段。 (3)某实验小组得到的韭菜色素提取液颜色过浅，可能的原因是什么？ 提示：研磨不充分，色素未能充分提取出来；称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小；未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。 (4)该实验能说明光照会影响韭菜叶绿素的合成，但不会影响类胡萝卜素的合成。请说明得出这一结论的依据。 提示：比较两组实验的结果①，韭菜组中有橙黄色、黄色、蓝绿色和黄绿色四条色素带，而韭黄组只有橙黄色、黄色两条色素带。 [思维升华]　实验异常现象分析 考向一　提取和分离叶绿体色素实验 1．(2025·山东卷，13)“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　烘干会使叶片过度失水，导致细胞结构破坏，色素可能分解或变性，烘干会影响色素提取效率，B错误。 2．(2026·山西太原模拟)某同学在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时，为了确定无水乙醇、CaCO3和SiO2的作用，进行了4组实验来验证，结果如图所示，第④组是进行了正确操作的对照组。下列针对实验结果的相关分析，不正确的是(　　) A．①可能是由于未加CaCO3而得到的实验结果 B．②可能是由于用水取代了无水乙醇而得到的实验结果 C．③可能是由于未加SiO2而得到的实验结果 D．①可能是滤液细线触及层析液而得到的实验结果 解析：D　与④相比，①中叶绿素含量明显偏低，可能是由于未加CaCO3，部分叶绿素被破坏，A正确；光合色素不溶于水，但能溶于有机溶剂，②中没有色素带，可能是由于用水取代了无水乙醇不能提取到色素，B正确；与④相比，③中所有色素带都偏窄，可能是由于未加SiO2，研磨不充分，提取到的色素较少，C正确；若滤液细线触及层析液，则滤液细线中的色素会被层析液溶解，而不能在滤纸条上扩散，不会出现①所示结果，D错误。 考向二　光合色素的种类和功能 3．(2026·江苏泰州统考)叶绿体内的类囊体薄膜上色素可以分为两类：一类是绝大多数的叶绿素a以及全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素，主要是完成吸收和传递光能的作用；另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a，这种叶绿素a能够捕获光能，并将受光能激发的电子传送给相邻的电子受体。下列相关叙述错误的是(　　) A．通常用无水乙醇提取叶绿体内的色素 B．叶黄素和胡萝卜素主要吸收红光和蓝紫光 C．处于特殊状态的叶绿素a实现了光能的转变 D．植物生长过程中缺P会导致光合速率下降 解析：B　叶绿体中的色素能溶于有机溶剂，因此实验中常用无水乙醇提取叶绿体中的色素，A正确；叶黄素和胡萝卜素主要吸收蓝紫光，B错误；由题意可知，少数处于特殊状态的叶绿素a能捕获光能，将光能转换为电能，实现了光能的转变，C正确；植物生长过程中缺P会影响ATP和NADPH等的合成，使光合速率下降，D正确。 4．(2026·湖北武汉模拟)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”。如图为叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱。在遮光条件下，以蓝紫光为主的散光占利用光能百分比增加，叶绿素a/叶绿素b的值会降低。下列叙述错误的是(　　) A．可以使用无水乙醇提取绿叶中的色素 B．①表示类胡萝卜素，主要吸收蓝紫光 C．②表示叶绿素a，遮光条件下部分叶绿素a转化成叶绿素b D．③表示叶绿素a，强光条件下部分叶绿素b转化成叶绿素a 解析：C　色素属于有机物，易溶于有机溶剂无水乙醇，可以使用无水乙醇提取绿叶中的色素，A正确；根据吸收光谱，①只吸收蓝紫光，属于类胡萝卜素，B正确；根据吸收光谱，曲线③表示叶绿素a，②表示叶绿素b，遮光条件下部分叶绿素a转化成叶绿素b，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，强光条件下部分叶绿素b转化成叶绿素a，C错误，D正确。 考点二　叶绿体的结构和功能及探索光合作用的经典实验 1．叶绿体的结构和功能 (1)叶绿体的结构模式图 图示叶绿体的结构，图中标号①②表示外膜、内膜，③④⑤依次为类囊体、基粒、叶绿体基质。叶绿体基质中含有水分、无机盐和有机物(如糖类、ATP、蛋白质、核酸等)。吸收光能的色素分布于③(填标号)，与光合作用有关的酶分布在③⑤(填标号)。 (2)叶绿体功能的实验验证 ①恩格尔曼实验在实验材料的选取上的巧妙之处是选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状分布，便于观察；用需氧细菌可以确定释放氧气多的部位。 ②恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行，原因是排除氧气和极细光束外的其他光的干扰。 ③在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，原因是水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于需氧细菌在此区域分布。 ④通过上述实验，可得出的结论是叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。 2．探索光合作用原理的其他实验 (1)叶绿体内膜上存在与水光解有关的酶。(经典高考题)(×) 提示：水的光解是在叶绿体类囊体薄膜上。 (2)叶绿体的类囊体膜上分布着光合色素和蛋白质。(经典高考题)(√) (3)蓝细菌没有叶绿体也能进行光合作用。(经典高考题)(√) (4)希尔实验说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水。(×) 提示：希尔的实验只能说明水的光解产生氧气，不能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水，还可能来自其他物质。 (5)卡尔文等探究CO2中碳在光合作用中的转化途径采用了同位素示踪法。(√) 光合作用原理的探索 得益于纸层析法的发明和放射性同位素的研究，卡尔文及其同事用CO2饲养单细胞小球藻，观察光合作用过程中碳的转化和去向，从而揭示了光合作用暗反应的过程。如图为卡尔文等研究的主要流程，请回答下列问题： (1)卡尔文等用14CO2处理小球藻不同时间，随后用沸腾的乙醇杀死细胞，目的是什么？ 提示：目的是终止反应，溶解有机物。 (2)随后通过双向纸层析分离小球藻中的有机物。点样处位于滤纸的左下角；双向纸层析是第一次层析后，将滤纸旋转90°进行第二次层析的方法；层析液中溶解度越大的物质在滤纸上扩散得越快。据图分析两次层析过程中使用了不同(填“相同”或“不同”)的层析液，判断依据是什么？ 提示：有的斑点在水平方向上的扩散距离无明显差异，而在垂直方向上差异明显。 (3)对代谢物纸层析的原理是什么？与单向纸层析相比，双向纸层析的优点是什么？ 提示：原理：在层析液中溶解度越大的物质，在滤纸上扩散得越快，反之则越慢。 优点：将第一次层析重叠或距离较近的物质通过第二次层析彻底分离。 (4)下图为小球藻同化14CO2不同时间的放射自显影图。根据实验结果请对“尿苷二磷酸葡萄糖、磷酸丙糖、PGA(C3)”三种物质出现的先后顺序进行排序PGA→磷酸丙糖→尿苷二磷酸葡萄糖。 考向一　叶绿体的结构 1．(2025·黑吉辽内蒙古卷，10)黑暗条件下，叶绿体内膜的载体蛋白NTT顺浓度梯度运输ATP、ADP和Pi的过程示意图如下。其他条件均适宜，下列叙述正确的是(　　) A．ATP、ADP和Pi通过NTT时，无需与NTT结合 B．NTT转运ATP、ADP和Pi的方式为主动运输 C．图中进入叶绿体基质的ATP均由线粒体产生 D．光照充足，NTT运出ADP的数量会减少甚至停止 解析：D　载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，说明ATP、ADP和Pi通过NTT时，需要与载体蛋白NTT结合，A错误；NTT转运ATP、ADP和Pi是顺浓度梯度运输，不消耗能量，该运输方式符合协助扩散的特点，B错误；图中进入叶绿体基质的ATP可以由线粒体产生，也可以由在细胞质基质发生的细胞呼吸第一阶段产生，C错误；光照充足时，光合色素吸收光能，促使叶绿体内的ADP和Pi反应形成ATP，通过NTT运出的ADP数量会减少甚至停止，D正确。 考向二　光合作用的探究历程 2．(2026·湖南张家界模拟)1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究了光合作用中产生的氧气的来源，实验部分过程及结果如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．18O具有放射性，是不稳定的同位素，可用于示踪物质运行和变化规律 B．另一组实验及结果图应为：将H218O换成H2O，CO2换成C18O2，其余不变 C．该实验的预期结论是光合作用产生的O2中的氧全部来自水 D．实验中小球藻的细胞内含有藻蓝素和叶绿素，没有完整的叶绿体 解析：C　18O不具有放射性，是稳定的同位素，A错误；另一组实验及结果图应为：将H218O换成H2O、CO2换成C18O2、18O2换成O2，其余不变，B错误；小球藻是真核生物，具有完整的叶绿体，含有叶绿素和类胡萝卜素，D错误。 3．(2026·吉林长春模拟)如图所示，将草酸铁(含Fe3＋)加入含有离体叶绿体的溶液中，除去空气并给予适宜的光照后，溶液颜色发生变化并产生氧气。在相同条件下，不添加草酸铁时，则不产生氧气。下列有关论述正确的是(　　) A．可通过差速离心法提取叶绿体并置于蒸馏水中保存 B．相较于蓝紫光，绿光照射使叶绿体释放氧气量更大 C．颜色变化是由于Fe3＋被还原，Fe3＋相当于叶绿体基质内的NADH D．实验说明离体叶绿体在适当条件下可发生水的光解并释放氧气 解析：D　可通过差速离心法提取叶绿体但是不能置于蒸馏水中保存，否则会吸水涨破，A错误；相较于绿光，叶绿体对蓝紫光吸收量大，用蓝紫光照射使叶绿体释放氧气量更大，B错误；NADH是呼吸作用中的还原剂，颜色变化是由于Fe3＋被还原，Fe3＋不是还原剂，C错误。 一、基础落实 1．判断有关叙述的正误 (1)植物叶片呈现绿色是因为含有绿色的色素，黄化叶片和白化叶片不含叶绿素。(必修1 P97正文)(√) (2)未加入CaCO3，叶绿素会被破坏。(必修1 P98～99探究·实践)(√) (3)色素可以用无水乙醇进行分离。(必修1 P98～99探究·实践)(×) 提示：色素用无水乙醇提取。 (4)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图5－12)(√) 2．(必修1 P97问题探讨)有的植物工厂在种植蔬菜等植物时，完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源，选择这些光源的原因是红色光源、蓝色光源发出的分别是红光、蓝光，光合色素对红光、蓝紫光吸收最多；白光是复合光，含有不同波长的光，光合色素能吸收更多的光。 二、高考演练 1．(2024·贵州卷，3)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。 2．(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，选择新鲜程度相同的绿叶和黄叶分开研磨，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。 3．(2023·江苏卷，12)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不合理；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合理；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不合理；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不合理。 4．(2023·全国甲卷，29节选)某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中，给该叶绿体悬浮液照光后糖产生。回答下列问题： (1)将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下悬浮液中不能产生糖，原因是___________________。 (2)叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在，简要写出实验思路和预期结果。 答案：(1)悬浮液中具有类囊体膜、叶绿体基质以及暗反应相关的酶，但黑暗条件下，光反应无法进行，暗反应没有光反应提供的ATP和NADPH，所以无法形成糖类　(2)实验思路：将生长状况良好且相同的植物叶片分为甲、乙两组，两组植物应均进行饥饿处理(置于黑暗中一段时间消耗有机物)，甲组放置在有光环境中，乙组放置在其他条件相同的黑暗环境中，一段时间后，用差速离心法提取出甲、乙两组的叶绿体，脱绿后制作成匀浆，分别加入碘液后观察。预期结果：甲组匀浆出现蓝色，有淀粉产生；乙组无蓝色出现，无淀粉产生。 学科网（北京）股份有限公司 $