第5章 第4节 第1课时 捕获光能的色素和结构（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高一生物必修1 分子与细胞学习笔记（人教版 鲁湘辽黑吉专版）

本讲义聚焦捕获光能的色素和叶绿体结构这一核心知识点，系统梳理色素提取分离实验（原理、步骤及结果分析）、色素种类与吸收光谱，以及叶绿体形态结构（类囊体薄膜扩大膜面积）和功能（恩格尔曼实验证明其为光合作用场所），构建从实验操作到结构功能理解的学习支架。 该资料以探究实践为核心，通过实验步骤细节分析（如提取时碳酸钙防色素破坏、分离时滤液细线画线原则）培养科学思维，结合结构与功能观（叶绿体类囊体结构适应色素分布）强化生命观念。课中助力教师引导学生实验探究，课后通过判断正误、对点练帮助学生查漏补缺，提升知识应用能力。

第4节　光合作用与能量转化 第1课时　捕获光能的色素和结构 [学习目标]　1.通过对光合色素的提取和分离，提升实验探究能力。2.通过分析光合色素的分布与功能、叶绿体的结构与功能，强化结构与功能观。3.主动关注光能或人工补光在农业生产中的应用。 一、捕获光能的色素 1．提取绿叶中的色素 (1)原理：绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。 (2)实验用品及作用 (3)实验步骤 2．分离绿叶中的色素 (1)原理：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。 (2)实验步骤 (3)实验结果及分析 3．色素的吸收光谱 (1)光谱：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。 (2)色素的吸收光谱 判断正误 (1)提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分(　　) (2)绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快(　　) (3)叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光(　　) (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(　　) (5)在干燥滤纸条一端1厘米处用钢笔画一条细的横线(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)× 提示　(1)提取色素时加二氧化硅的目的是使研磨更充分，加碳酸钙的目的是防止研磨中色素被破坏。(2)绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上越宽，溶解度越大的色素在滤纸条上扩散得越快。(3)叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，对其他波段的光也吸收，只是吸收得少。(4)植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片反射了绿光。(5)在干燥滤纸条一端1厘米处用铅笔画一条细的横线。 任务一：分析实验过程及结果 (一)色素的提取 阅读教材P98的“探究·实践”，回答相关问题： 1．色素提取时加入碳酸钙的作用是什么？ 提示　防止研磨中色素被破坏。 2．研磨时应注意什么？原因是什么？ 提示　研磨时要迅速、充分。这样可以保证色素释放得更加充分且挥发量少。 3．过滤时漏斗基部的尼龙布能否用滤纸替代？原因是什么？ 提示　不能用滤纸替代。因为滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的浓度过低。 4．下列因素中可以导致色素提取液颜色过浅的是①②③。 ①未加入二氧化硅或研磨不充分 ②称取绿叶过少或加入的无水乙醇过多 ③未加入碳酸钙或加入过少 (二)色素的分离 1．制备滤纸条时为什么要减去两角？ 提示　减少边缘效应，使滤液同时到达滤液细线，防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快。 2．滤液细线的画线原则是什么？待滤液干后，再重画一到两次的目的是什么？ 提示　画滤液细线的原则是细、直、齐。待滤液干后，再重画一到两次可以增加滤液细线中色素的含量。 3．为何滤液细线不能触及层析液？ 提示　防止色素溶解在层析液中。 4．实验结果分析 离滤液细线最远的条带代表胡萝卜素(填色素名称)，这说明其在层析液中的溶解度最大，扩散的最快；最宽的条带代表叶绿素a，这说明其含量最多。 (三)结合色素的吸收光谱分析实际问题 1．冬季时，为了增加蔬菜的产量，应该选红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜？为什么？ 提示　选用无色的大棚塑料薄膜。因为太阳光由七色光组成，所以用无色的大棚塑料薄膜，植物可以获得更多的光能。 2．阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应选择什么颜色(“蓝紫光和红光”或“白光”)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？ 提示　选择蓝紫光和红光。因为在照明灯功率相同的情况下，选用蓝紫光和红光的照明灯补充光源，植物利用光能的效率更高。 知识链接　叶子为什么会变色 新生的树叶通常为绿色，这是由于新生树叶中主要含叶绿素与类胡萝卜素，其中叶绿素含量多(约占3/4)，叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来。在春季与夏季，植物为了生长会产生大量的叶绿素进行光合作用，所以此时树叶多呈绿色。 树叶变黄是由于树叶中的各种色素在秋季来临之时会发生分解。树叶中的营养会被重新分配给树干与树根，以备过冬。而叶绿素的分解速度比叶黄素等快很多，叶绿素迅速分解完，叶黄素的颜色显露出来。因此秋季树叶多呈黄色。 而树叶变红则是因为当温度低于7 ℃时，树叶中会生成花青素。花青素是植物花瓣中主要的显色物质，如玫瑰、牡丹等。 在树叶落地后，树叶中的各种色素会逐渐降解，这时残留于树叶中“单宁”的颜色——褐色便呈现出来，因此落叶最后呈褐色。 1．关于“绿叶中色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是(　　) A．研磨时加入适量二氧化硅，有助于提高滤液中色素的浓度 B．可用干燥定性滤纸置于玻璃漏斗基部进行过滤，收集滤液 C．可用盖玻片蘸取滤液，沿铅笔细线按压出均匀的色素细线 D．层析后出现的色素带，其位置、颜色和宽窄蕴含不同信息 答案　B 解析　漏斗基部应该放一块单层尼龙布进行过滤，收集滤液，滤纸对色素有吸附作用，不能用滤纸过滤，B错误。 2．(不定项)(2025·沈阳高一检测)为研究光照强度对幼苗光合色素的影响，用纸层析法对正常光照和强光照条件下生长的植物叶片中的光合色素进行分离，结果如图所示(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是(　　) A．色素Ⅳ在提取液中的溶解度最低 B．色素Ⅰ、Ⅱ主要吸收可见光中的蓝紫光和红光 C．强光照可提高类胡萝卜素含量，降低叶绿素含量 D．色素Ⅰ的颜色为橙黄色、色素Ⅳ的颜色为蓝绿色 答案　C 解析　色素在层析液中溶解度越低，则在滤纸条上扩散速度越慢，位于滤纸条下端，由此可推知色素Ⅳ在层析液中的溶解度最低，A错误；滤纸条上的色素带从上到下依次是Ⅰ胡萝卜素、Ⅱ叶黄素、Ⅲ叶绿素a、Ⅳ叶绿素b，色素Ⅰ、Ⅱ属于类胡萝卜素，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，B错误；与正常光照相比，强光照下，Ⅰ胡萝卜素、Ⅱ叶黄素含量增加，Ⅲ叶绿素a含量降低，因此可推知强光照可提高类胡萝卜素含量，降低叶绿素含量，C正确；Ⅰ胡萝卜素的颜色为橙黄色，Ⅳ叶绿素b的颜色为黄绿色，D错误。 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 1．叶绿体的结构 (1)形态：一般呈扁平的椭球形或球形。 (2)结构： (3)功能：进行光合作用的场所。 2．恩格尔曼的实验 (1)实验方法和现象 实验 实验方法 现象 实验一 把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内，在黑暗中用极细的光束照射水绵 细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中 把上述装置放在光下 细菌分布在叶绿体所有受光的部位 实验二 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片 大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域 (2)实验结论：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。 任务二：分析叶绿体的功能 1．实验选择水绵和需氧细菌作为实验材料的优点：水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。 2．为何要除去小室中原有的空气？ 提示　选用没有空气的环境，可排除空气中氧气的干扰。 3．在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处？ 提示　用极细光束照射，使叶绿体形成有光和无光部位，相当于一组对比实验。 4．为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？ 提示　和黑暗条件下用极细光束照射进行对照，进一步明确实验结果完全是由光照射到叶绿体引起的。 5．由此实验能得出什么结论？ 提示　叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。 6．在恩格尔曼的第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？ 提示　这是因为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，叶绿体会释放较多氧气，适于需氧细菌在此区域分布。 7．综合上述分析，你认为叶绿体具有什么功能？ 提示　叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。 3.如图为叶绿体的结构示意图，下列叙述不正确的是(　　) A．①具有选择透过性 B．吸收光能的色素分布在②上 C．与光合作用有关的酶只分布在③中 D．叶绿体具有双层膜 答案　C 4.(2024·青岛高一质检)德国科学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的吸收光谱。他将三棱镜产生的散射光投射到丝状水绵体上，并在水绵悬液中放入需氧细菌，观察细菌的聚集情况(如图所示)。他由实验结果得出光合作用在红光区和蓝紫光区最强。这个实验的思路是(　　) A．细菌对不同的光反应不一，细菌聚集多的地方，细菌光合作用强 B．需氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强 C．需氧细菌聚集多的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强 D．需氧细菌大量消耗O2，使水绵的光合速率大幅度加快 答案　B 解析　细菌不能进行光合作用，该实验中能进行光合作用的是水绵，A错误；该实验的设计思路是需氧细菌需要O2，水绵光合作用强的部位，产生的O2多，在O2含量多的地方需氧细菌的数量多，B正确，C错误。 课时对点练 [分值：100分] 第1～5题，每题6分；第6～11题，每题8分，共78分。 题组一　捕获光能的色素 1．用新鲜菠菜叶片进行绿叶中色素的提取和分离实验。下列叙述正确的是(　　) A．提取绿叶中色素的原理是四种色素的溶解度不同 B．可以用无水乙醇作为层析液进行四种色素的分离 C. SiO2有利于破坏叶肉细胞 D．层析完毕后应迅速记录结果，否则色素带会挥发消失 答案　C 解析　提取绿叶中色素的原理是色素易溶于有机溶剂，分离色素的原理是色素在层析液中的溶解度不同，A错误；可以用无水乙醇作为提取液提取色素，无水乙醇不能作为层析液使用，B错误；层析完毕后应迅速记录结果，否则叶绿素条带会因色素分解而消失，但不会因挥发而消失，D错误。 题点　绿叶中色素提取和分离的实验原理及步骤 2．在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，下列主要步骤操作正确的是(　　) A．步骤①为获得10 mL提取液，一次性加入10 mL a液研磨效果最好 B．步骤②采用定性滤纸过滤，可提高滤液中光合色素的含量 C．步骤③在滤纸条上连续画2～3次滤液细线，分离色素效果更好 D．步骤④将试管固定于铁架台上，可防止b液晃动而触及滤液细线 答案　D 解析　由于研磨时乙醇会挥发，故为获得10 mL提取液，研磨时应加入多于10 mL的乙醇，且分多次加入，A错误；步骤②采用单层尼龙布过滤，可提高滤液中光合色素的含量，B错误；画滤液细线用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线，待滤液干后，再重画一到两次，而不是连续画线，C错误。 题点　绿叶中色素提取和分离的实验原理及步骤 3．(2024·枣庄高一检测)将绿叶中的色素提取并分离后，实验结果如图所示。下列相关叙述错误的是(　　) A．提取色素要加入无水乙醇、二氧化硅和碳酸钙 B．分离色素时需注意滤液细线不能触及层析液 C．色素1和2主要吸收蓝紫光和红光 D．色素4在层析液中溶解度最小 答案　C 解析　滤纸条自上而下分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，色素1和2主要吸收蓝紫光，C错误。 题点　绿叶中色素提取和分离的实验结果分析 4．(2025·娄底高一阶段检测)某实验小组用如图所示装置分离绿叶中的光合色素，其中点样处连接棉线，Ⅰ～Ⅳ为一段时间后分离形成的色素带。下列叙述错误的是(　　) A．研磨过程中未加SiO2可能会导致图中的色素带颜色变浅 B．图中色素带Ⅳ是叶绿素a，其含量最多 C．图中色素带Ⅰ在层析液中的溶解度最高，主要吸收蓝紫光 D．应在通风良好的条件下分离色素，以减少吸入层析液中有毒的挥发性物质 答案　B 解析　色素带Ⅳ中的色素是叶绿素b，B错误。 题点　绿叶中色素提取和分离的实验结果分析 5．(2024·泰安高一期末)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 解析　图中②叶绿素b和③叶绿素a主要分布在叶绿体的类囊体薄膜上，A错误；利用纸层析法分离色素时，②叶绿素b应位于滤纸条的最下端，B错误；植物叶片呈现绿色是由于②③吸收绿光最少，反射绿光，C错误；由题干信息“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”可知，弱光下②叶绿素b的相对含量增高有利于植物对弱光的利用，D正确。 题点　叶绿体中色素的种类和作用 题组二　叶绿体的结构适于进行光合作用 6．图甲为叶绿体结构模式图，图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列相关叙述正确的是(　　) A．图乙所示结构取自图甲中的①或③ B．与光合作用有关的酶全部分布在图乙所示结构上 C．图乙所示的结构可吸收全部的太阳光 D．叶绿体以图甲③的形式扩大膜的面积 答案　D 解析　图乙所示结构含有光合色素，为叶绿体的类囊体薄膜，对应于图甲中的③，A错误；在叶绿体基质(④)中，也分布有与光合作用有关的酶，B错误；光合色素只能吸收太阳光中的可见光，C错误；③是叶绿体的类囊体，叶绿体通过类囊体堆叠形成基粒以扩大膜面积，D正确。 题点　叶绿体的结构 7．德国科学家恩格尔曼利用一极细小光束，照射在水绵上，结果发现有光照且有叶绿体的部位有大量的需氧细菌聚集。该实验不能证明的是(　　) A．光合作用的过程是在叶绿体上进行的 B．光合作用的过程中有氧气释放出来 C．光合作用的过程中，CO2是必需的原料 D．光合作用的过程中必须要有光照 答案　C 解析　需氧细菌聚集在氧气释放多的部位，恩格尔曼利用一极细光束照射在水绵上，发现经极细光束照射且有叶绿体的部位有大量需氧细菌聚集，说明光合作用的过程中必须有光照，光合作用的过程中有氧气产生，并且是在叶绿体上进行的。实验中没有提到二氧化碳，不能说明光合作用的过程中CO2是必需的原料。 题点　叶绿体的功能 8．恩格尔曼用极细的光束照射载有水绵和需氧细菌的临时装片①，将临时装片②暴露在光下，结果如图所示。下列关于该实验的叙述，错误的是(　　) A．实验开始前，临时装片都要先进行通气处理 B．该对照实验可以证明叶绿体是进行光合作用的场所 C．临时装片中的需氧细菌的聚集位置说明光合产物中有氧气 D．用透过三棱镜的光束照射临时装片①，会得到与该图示不同的结果 答案　A 解析　实验开始前，临时装片都要先进行隔绝空气处理，A错误。 题点　叶绿体的功能 9．某同学对菠菜叶中提取的色素进行分离，相关结果如图所示。下列相关叙述不正确的是(　　) A．色素带甲在层析液中的溶解度最低 B．色素带丁的颜色为橙黄色 C．不同色素带的宽度是相同的 D．发黄的叶片中色素带甲和乙会变窄 答案　C 解析　溶解度高，扩散速度快；溶解度低，扩散速度慢，故色素带甲在层析液中的溶解度最低，A正确；色素带的宽窄与色素含量有关，不同色素带的宽度是不同的，C错误。 题点　绿叶中色素提取和分离的实验结果分析 10．(不定项)下列关于高等植物叶绿体中色素的叙述，正确的是(　　) A．植物工厂中的适宜光源组合为红光和蓝紫光 B．构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收 C．红外光和紫外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叶绿素合成受阻引起的 答案　ABD 解析　一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光，红外光和紫外光不可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用，C错误。 题点　叶绿体中色素的种类和作用 11．(不定项)(2025·大庆高一期末)十字花科植物羽衣甘蓝具有极强的耐寒性，叶片形态美观多变，色彩绚丽如花，是冬季重要的观叶植物。为探究其叶片中所含色素种类，某兴趣小组做了如图所示的色素分离实验：将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样，先置于用石油醚、丙酮和苯配制成的层析液中层析分离，然后再置于蒸馏水中进行层析，过程及结果如图所示。图中1、2、3、4、5代表不同类型的色素。下列有关分析错误的是(　　) A．色素1在层析液中的溶解度最低，色素4在层析液中的溶解度最高 B．色素1、2、3、4难溶于水，易溶于有机溶剂，色素5易溶于水 C．色素1、2、3、4可能分布在叶绿体中，色素5可能存在于液泡中 D．色素1和2主要吸收蓝紫光和红光，色素3和4主要吸收蓝紫光 答案　AD 解析　根据5种色素的层析结果可知，色素1、2、3、4难溶于水，易溶于有机溶剂，色素5易溶于水，B正确；色素1、2、3、4溶于有机溶剂，可能分布在叶绿体中，色素5溶解在水中，可能存在于液泡中，C正确；色素1和2为类胡萝卜素，主要吸收蓝紫光，色素3和4为叶绿素，主要吸收蓝紫光和红光，D错误。 题点　绿叶中色素提取和分离的实验结果分析 12．(10分)(2024·聊城高一阶段检测)1881年恩格尔曼把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中，然后用极细的光束照射水绵。他发现细菌只向被光束照射的部位集中；如果临时装片暴露在光下，细菌则分布在所有受光的部位。请回答下列问题： (1)用水绵作为实验材料是因为水绵有螺旋式带状分布的______________，便于观察。 (2)本实验的自变量是______________，因变量为需氧细菌所集中的位置，根据单一变量原则，曝光环境中的一组实验也应该是在__________的环境中。 (3)在研究不同光质与光合作用的关系时，恩格尔曼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。某同学对需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域有如下两种解释：①需氧细菌趋氧引起的；②需氧细菌趋红光和蓝紫光引起的。请你补充实验排除解释②。要求简要写出实验思路和预期结果。 实验思路：_______________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 预期结果：_______________________________________________________________。 答案　(1)叶绿体　(2)光照的有无　没有空气 (3)用等量的死水绵制成临时装片，将其放在密闭且透明的小室中暗处理一段时间，之后用透过三棱镜的光照射临时装片。一段时间后观察装片中需氧细菌分布情况　需氧细菌均匀地分布在死水绵周围 题点　叶绿体的功能 13．(12分)(2024·河北，19节选)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。回答下列问题： 覆膜处理 叶绿素含量/(mg·g－1) 类胡萝卜素含量/(mg·g－1) 白膜 1.67 0.71 蓝膜 2.20 0.90 绿膜 1.74 0.65 (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。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)。 答案　(1)蓝　类囊体薄膜　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；与覆盖白膜和绿膜相比，覆盖蓝膜时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 解析　(1)植物的光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，主要吸收红光和蓝紫光，因此题述三种光中蓝光可被高效吸收。据柱形图分析可知，与白膜覆盖相比，蓝膜覆盖和绿膜覆盖透过的紫外光较少，可以更好地减弱幼苗受到的辐射。(2)光合色素提取的原理是绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂中，所以可以用无水乙醇作为溶剂提取光合色素。根据色素的吸收光谱，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，两者都可以吸收蓝紫光，测定叶绿素的含量时，选择红光而不选择蓝紫光，可以避免类胡萝卜素对实验结果的影响。 题点　叶绿体中色素的种类和作用 学科网（北京）股份有限公司 $