第3章 第5节 第1课时 光合作用概述、光合色素的提取与分离（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（浙科版）

本高中生物学讲义聚焦光合作用将光能转化为化学能的核心知识点，先通过对比细胞呼吸的物质转化（CO₂与H₂O的氧化还原）和能量变化（放能与吸能）引出光合作用过程，再结合叶绿体结构模式图阐述其作为光合作用场所的功能，最后围绕光合色素的提取与分离实验，详解色素种类（叶绿素、类胡萝卜素）、作用及实验原理与步骤。 该资料以任务驱动设计（如探究O₂来源、分析实验操作注意事项）为主线，通过实验原理解析（如层析液分离色素的溶解度差异）、操作细节指导（如剪滤纸条两角、重复画线）和结果分析（色素带分布与含量关系），培养学生科学思维与探究实践能力。课中辅助教师引导学生构建结构与功能观，课后通过判断正误、课时对点练帮助学生强化物质与能量观，有效查漏补缺。

第五节　光合作用将光能转化为化学能 第1课时　光合作用概述、光合色素的提取与分离 [学习目标]　1.说出叶绿体中色素的种类和作用。2.说出叶绿体的结构和功能。3.理解“光合色素的提取与分离”实验的原理，掌握实验步骤和操作方法。 1．光合作用与细胞呼吸的关系 (1)物质方面 ①细胞呼吸：将葡萄糖中的碳氧化为CO2，游离的O2则被还原为H2O中的O。 ②光合作用：将CO2还原为糖，将H2O中的O氧化为O2。 (2)能量方面 ①细胞呼吸是一个放能反应，它将储存在葡萄糖中的化学能释放出来，供细胞利用。 ②光合作用是一个吸能反应，它利用太阳能将二氧化碳转变为糖，并将能量储存在糖分子内。也就是说，光合作用是一个将光能转化为化学能的过程。 2．光合作用在叶绿体中进行 (1)叶绿体结构模式图 (2)结构 决定↓ (3)功能：进行光合作用的场所。 3．活动：光合色素的提取与分离 (1)实验原理 ①色素的提取：绿叶中的光合色素是一类脂溶性物质，可以利用脂溶剂将它们从叶绿体中提取出来。 ②色素的分离：不同色素随层析液(乙醚或石油醚等)在滤纸上的扩散速度不同，溶解度越大，扩散速度越快。 (2)方法步骤 烘干、研磨：将新鲜的菠菜叶烘干、粉碎后，取2 g干粉放入研钵中，加入少许二氧化硅和碳酸钙，再加入2～3 mL 95%的酒精，充分、迅速研磨成匀浆 　↓ 过滤：在一小玻璃漏斗基部放一块单层尼龙布，将研磨液迅速倒入漏斗中。收集滤液到一支试管中，及时用棉塞将试管口塞紧 　↓ 制备滤纸条 　↓ 点样 　↓ 分离色素 　↓ 观察实验结果：滤纸条上出现四条色素带。 (3)光合色素 ①种类 a．叶绿素：包括叶绿素a和叶绿素b，都是含镁的有机分子，它们分别呈现蓝绿色、黄绿色。 b．类胡萝卜素：其中最多的是胡萝卜素和叶黄素，它们都是由碳氢链组成的分子，胡萝卜素为橙色，叶黄素为黄色。 ②作用：在光合作用中，光合色素的作用是吸收可见光，将光能转化为化学能，用于有机物的合成。 判断正误 (1)所有植物细胞中最重要的吸能反应是光合作用(　　) (2)叶绿体中的四种光合色素都是含镁的有机分子(　　) (3)可分别用H218O和C18O2作对比研究光合作用的产物氧气的来源(　　) (4)不具备叶绿体的生物不能进行光合作用(　　) (5)绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快(　　) (6)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(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)× 提示　(1)并不是所有的植物细胞都能进行光合作用。(2)光合色素中的叶绿素是含镁的有机分子，类胡萝卜素不是。(4)不含叶绿体的蓝细菌能进行光合作用。(5)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。(6)植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片吸收的绿光少，反射了绿光。 任务一：关于“光合作用释放的氧来自哪里”的研究 阅读教材P99的小资料，回答下列问题： (1)该实验的自变量是氧同位素标记的物质。 (2)图示中“？”代表的物质：甲组O2，乙组18O2。我们能得出的结论是光合作用释放的O2来自H2O中的O。 任务二：“光合色素的提取与分离”实验操作的注意事项及结果分析 1．根据光合色素的提取实验，回答下列问题： (1)研磨时加入二氧化硅、碳酸钙和95%的酒精的作用是什么？ 提示　加入二氧化硅是为了使研磨更充分；加入碳酸钙能保护色素(叶绿素)不被有机酸等物质破坏；95%的酒精可以溶解色素。 (2)过滤时为什么用单层尼龙布，而不用定性滤纸？ 提示　定性滤纸会吸附色素，为了减少色素吸附用单层尼龙布。 2．根据光合色素的分离实验，回答下列问题： (1)制备滤纸条时，一端为什么要剪去两角？ 提示　剪去滤纸条的两角可以防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快，而层析液在滤纸条上的扩散速度均衡有利于得到清晰、整齐的色素带。 (2)画滤液细线时的要求是什么？为什么要重复画线？ 提示　要求是细、直、齐。重复画线可增加滤液细线中色素的含量，使分离的色素带清晰，便于观察。 (3)分离色素时，为什么不能让滤液细线触及层析液？ 提示　为了防止滤液细线上的色素溶解到层析液中。 (4)滤纸条上色素带的分布情况说明了什么？ 提示　滤纸条上色素带的分布情况说明了绿叶中的色素有4种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散的速度也不同，胡萝卜素的溶解度最大，扩散速度最快；同时由于4种色素的颜色不同，也说明不同色素吸收了不同波长的光。 任务三：结合光合色素吸收光谱分析实际问题 结合教材P102的小资料，回答下列问题： (1)光合色素的作用是吸收可见光，试分析叶片呈绿色的原因。 提示　叶绿体中的色素主要是叶绿素，叶绿素吸收蓝紫光和红光而几乎不吸收绿光，所以叶片呈绿色。 (2)阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色(选“蓝紫光或红光”或“白光”)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？ 提示　应选择蓝紫光或红光的照明灯。因为在照明灯功率相同的情况下，用发蓝紫光或红光的照明灯，植物利用光能的效率更高。 1.用95%的酒精提取新鲜菠菜绿叶中的色素，经层析液分离后，结果如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．色素带1为胡萝卜素 B．色素带2为蓝绿色 C．色素带3最宽，对应色素含量最高 D．色素带4中的色素在滤纸上的移动速度最慢 答案　B 解析　色素带1扩散速度最快，为胡萝卜素，A正确；色素带2为黄色的叶黄素，B错误；色素带3为叶绿素a，其宽度最宽，代表对应色素含量最高，C正确；色素带4为叶绿素b，扩散距离最近，代表色素在滤纸上的移动速度最慢，D正确。 2．(2024·金华高一期中)下列关于“光合色素的提取与分离”实验的说法，错误的是(　　) A．实验中需要加入SiO2进行研磨，有助于研磨得更充分 B．在研磨过程中加入CaCO3的目的是防止色素被破坏 C．用单层尼龙布进行过滤 D．根据四种色素随提取液在滤纸条上的扩散速度不同而达到分离目的 答案　D 解析　根据四种色素随层析液在滤纸条上的扩散速度不同而达到分离目的，D错误。 课时对点练 [分值：100分] 第1～4题，每题5分；第5～13题，每题6分，共74分。 题组一　叶绿体的结构和功能 1．如图表示叶绿体的结构示意图，下列有关叶绿体结构与功能的叙述，正确的是(　　) A．①是全透性的，②是半透性的 B．所有细胞中的色素均分布在③上 C．③和④中都含有与光合作用有关的酶 D．有叶绿体的细胞才能进行光合作用 答案　C 解析　叶绿体的两层膜(①②)均具有选择透过性，A错误；含有液泡的细胞中，色素可以分布在液泡中，B错误；叶绿体的类囊体(③)和基质(④)中都含有与光合作用有关的酶，C正确；没有叶绿体的细胞也可以进行光合作用，如蓝细菌，D错误。 题点　叶绿体的功能 2．下列有关叶绿体的说法，正确的是(　　) A．叶绿体增大膜面积的方式与线粒体相同 B．叶绿体中的色素不都分布在光合膜上 C．叶绿体的功能不受细胞核调控 D．线粒体产生的CO2被叶绿体利用至少需穿过4层磷脂双分子层 答案　D 解析　叶绿体内的类囊体堆叠形成基粒，增大了细胞内的膜面积，线粒体内膜向内凹陷形成嵴，增大了内膜的表面积，A错误；叶绿体中的色素都分布在光合膜上，B错误；叶绿体的功能受细胞核和叶绿体自身的共同调控，C错误；线粒体产生的CO2被同一细胞的叶绿体利用时穿过的膜层数最少，只需穿过2层线粒体膜和2层叶绿体膜，共4层磷脂双分子层，D正确。 题点　叶绿体的结构 题组二　光合色素的提取与分离 3.在进行“光合色素的提取与分离”实验时，取一圆形滤纸片，在滤纸中央滴一滴色素提取液，再滴一滴层析液，将会得到如图近似同心的四个色素环。下列说法正确的是(　　) A．④在层析液中的溶解度最高 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和红光 答案　B 解析　由图示分析可知，①(胡萝卜素)扩散得最快，其溶解度最高，A错误；提取色素时加入少许SiO2可使研磨更充分，加入少许CaCO3可保护色素，B正确；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；最外侧两圈色素环是胡萝卜素和叶黄素，主要吸收蓝紫光，D错误。 题点　光合色素的提取和分离的实验原理及步骤 4．(2025·杭州高一阶段检测)如图是新鲜绿叶四种光合色素在滤纸上分离的情况，以下说法正确的是(　　) A．提取色素时加入二氧化硅的目的是使研磨充分并保护色素 B．若选用同种但变黄的叶片，色素含量可能是(甲＋乙)<(丙＋丁) C．四种色素都能溶解在层析液中，甲色素的溶解度最大 D．滤纸条上的色素会随层析液的挥发而很快消失 答案　B 解析　提取色素时加入二氧化硅的目的是使研磨充分，而为保护色素应加入碳酸钙，A错误；图示丁为胡萝卜素，丙为叶黄素，乙为叶绿素a，甲为叶绿素b，变黄的叶片叶绿素含量较低，所以色素含量可能是(甲＋乙)＜(丙＋丁)，B正确；四种色素都能溶解在层析液中，丁扩散距离最远，丁(胡萝卜素)的溶解度最大，C错误；滤纸条上的色素消失是因为色素会见光分解，D错误。 题点　光合色素的提取和分离的实验结果分析 5．(2024·台州高一期末)在“光合色素的提取与分离”活动中，分离色素时滤纸的使用比较关键。下列叙述错误的是(　　) A．滤纸应预先干燥 B．滤纸条一端要剪去两角 C．滤纸上的滤液细线要浸入层析液 D．待滤纸条干燥后观察滤纸条上的色素带 答案　C 解析　如果滤液细线浸入层析液中，可导致滤纸条上的色素溶解在层析液中，无法分离出色素，C错误。 题点　光合色素的提取和分离的实验原理及步骤 6．(2025·温州高一期末)如图甲～丁表示用新鲜菠菜进行“光合色素的提取与分离”实验的几个主要操作步骤，下列有关叙述正确的是(　　) A．实验操作步骤的先后顺序是乙→丁→丙→甲 B．步骤甲为增加滤纸条上色素的含量需连续画3至4次滤液细线 C．步骤乙应向滤液中加入少许碳酸钙，以防止色素被破坏 D．步骤丙中的滤纸条上最上面的一条色素带的颜色是蓝绿色 答案　C 解析　据图分析，甲表示画滤液细线，乙表示提取色素，丙表示分离色素，丁表示过滤，则实验操作步骤的先后顺序是乙→丁→甲→丙，A错误；为了增加滤纸上色素的量，在进行步骤甲时，需要画3至4次滤液细线，但是需要等到上次滤液干了之后进行，不能连续操作，B错误；乙表示提取色素，步骤乙应向滤液中加入少许碳酸钙，以防止色素被破坏，C正确；步骤丙中的滤纸条上最上面一条色素带是胡萝卜素，其颜色是橙色，D错误。 题点　光合色素的提取和分离的实验原理及步骤 题组三　光合色素的种类和作用 7．如图为叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱，其中甲、乙的色素名称最可能为(　　) A．类胡萝卜素、叶绿素b B．叶绿素a、叶绿素b C．类胡萝卜素、叶绿素a D．叶绿素a、类胡萝卜素 答案　D 8．下列关于叶绿体内光合色素的叙述，正确的是(　　) A．光合色素是一类水溶性物质 B．光合色素中含量最多的色素是叶绿素b C．光合色素吸收的光能可转化为化学能 D．植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例不变 答案　C 解析　光合色素是一类脂溶性物质，可以利用脂溶剂将它们从叶绿体中提取出来，A错误；光合色素中含量最多的色素是叶绿素a，B错误；植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例是变化的，如叶片衰老后，叶绿素的含量降低，类胡萝卜素的含量升高，D错误。 9．在做“光合色素的提取与分离”实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得到的实验结果依次应为(　　) 试剂 甲 乙 丙 丁 95%的酒精 － ＋ ＋ ＋ 水 ＋ － － － CaCO3 ＋ ＋ － ＋ SiO2 ＋ ＋ ＋ － A．①②③④ B．②④①③ C．④②③① D．③②①④ 答案　B 解析　甲同学由于没有加入95%的酒精，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，色素分离后得到四条正常的色素带，色素分离的结果是④；丙同学由于未加CaCO3，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，色素的分离结果是①；丁同学由于未加SiO2，导致叶片研磨不充分，最终导致各种色素的含量均减少，色素的分离结果是③。 题点　光合色素的提取和分离的实验结果分析 10．(2024·绍兴高一期末)羽衣甘蓝因其耐寒性和叶色丰富多变的特点，成为冬季重要的观叶植物。将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样，先后置于层析液和蒸馏水中进行层析，过程及结果如图所示。已知1、2、3、4、5代表不同类型的色素。下列分析正确的是(　　) A．色素4在层析液中的溶解度最大 B．用发黄叶片色素1、2可能缺失 C．缺Mg会影响色素1和2的含量 D．色素5可能存在于植物的液泡中 答案　D 解析　色素1距离起点最远，说明其在层析液中的溶解度最大，A错误；根据在层析液中的层析结果，说明色素1、2、3、4依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，发黄叶片缺乏叶绿素，因此色素3、4可能缺失，B错误；Mg只参与构成叶绿素，故缺Mg会影响色素3和4的含量，C错误；根据在蒸馏水中的分离结果说明，色素5可以溶解在蒸馏水中，推测其可能是存在于植物液泡中的色素，D正确。 题点　光合色素的提取和分离的实验结果分析 (2024·宁波高一期末)阅读下列材料，完成第11、12小题。 某科研团队探究高温对生菜光合色素含量的影响，实验结果如图所示。 11．在实验过程中，需要控制可能影响实验结果的变量，以保证实验结果的准确性和可靠性。下列操作不需要各组间保持一致的是(　　) A．提取色素的绿叶质量 B．加入95%的酒精的体积 C．设定生菜生长的温度 D．密封光合色素提取液 答案　C 解析　本实验探究高温对生菜光合色素含量的影响，温度是自变量，光合色素的含量是因变量，无关变量在实验中应该相同且适宜，提取色素的绿叶质量、加入95%的酒精的体积需要保持一致，并且都需要密封光合色素提取液；温度是自变量，所以设定生菜生长的温度不能一致，C符合题意。 题点　光合色素的提取和分离的实验原理及步骤 12．由实验结果图分析可知(　　) A．高温会使生菜光合色素种类变少 B．高温对生菜光合色素含量没有影响 C．持续高温会减少对光的吸收 D．持续高温不影响生成糖的量 答案　C 解析　与常温相比，高温条件下，叶绿素和类胡萝卜素含量较少，但仍然是这两类色素，因此高温不会使光合色素的种类变少，会使叶绿素含量、类胡萝卜素含量减少，A、B不符合题意；高温使光合色素含量减少，因此持续高温的环境下，植物对光的吸收会减少，进而影响光合作用生成糖的量，C符合题意，D不符合题意。 题点　光合色素的提取和分离的实验结果分析 13．(2025·宁波余姚中学高一期中)“看万山红遍，层林尽染”描写出了秋天缤纷的色彩。下列叙述正确的是(　　) A．植物的色素只存在于液泡中 B．用清水可以将紫鸭跖草叶片中的所有色素提取并分离 C．秋天银杏叶片变黄的原因是低温造成叶绿素含量降低 D．枫树、爬山虎等植物叶片变红后捕获光能的能力增强 答案　C 解析　植物细胞中，光合色素存在于叶绿体中，不存在于液泡中，A错误；叶绿体中的色素溶于脂溶剂而不溶于水，因此不能用清水提取紫鸭跖草叶片叶绿体中的色素，B错误；枫树、爬山虎等植物叶片变红是由于叶绿素和类胡萝卜素减少，液泡中的花青素的颜色显现出来，捕获光能的能力减弱，D错误。 题点　叶绿体中色素的种类和作用 14．(12分)新型保健食品螺旋藻是一种蓝细菌，通常认为它是光合自养型生物。近年来人们发现螺旋藻也能利用有机碳进行混合营养生长，且光合速率得到提高。研究人员以醋酸盐作为补充有机碳源，研究其对钝顶螺旋藻光合色素含量的影响。实验结果如表。 不同醋酸钠浓度下螺旋藻中主要色素含量/(mg·g－1) 色素 醋酸钠浓度/(g·L－1) 0 1.0 2.5 5.0 叶黄素＋玉米黄质 0.93 1.59 1.51 1.38 胡萝卜素 1.08 2.01 1.87 1.82 叶绿素a 11.31 21.37 19.86 18.67 请回答下列问题： (1)提取光合色素时可以用________作为提取液。 (2)本实验的因变量为_________________________________________________________。 (3)(8分)由表格数据可知：_____________________________________________________ ________________________________________________________________________，其中对________的影响最为显著。据此推测，补充醋酸盐之所以能提高螺旋藻的光合速率，是因为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)95%的酒精　(2)光合色素含量　(3)一定浓度醋酸钠，有利于提高螺旋藻光合色素含量　叶绿素a　光合色素增加，能吸收更多光能进行光合作用 解析　(1)光合色素为一类脂溶性物质，可以用脂溶剂95%的酒精提取。(2)根据实验目的，自变量为不同浓度醋酸钠，因变量为光合色素含量。(3)据表格分析，与对照组相比，一定浓度醋酸钠有利于提高螺旋藻光合色素含量。补充一定浓度醋酸钠，叶绿素a含量变化最大。光合作用要依赖色素吸收光能作为动力，故光合色素含量上升有利于光合作用。 题点　光合色素的提取和分离的实验结果分析 15．(14分)如图1表示某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行的相关实验流程。请分析回答下列问题： (1)纸层析法分离色素的原理是__________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)纸层析法分离色素的“结果①”如图2所示，其中共有的色素带的颜色是_____________，据此能得出的结论是_______________________________。 (3)将等量刚制备的韭菜和韭黄色素滤液放在阳光与三棱镜之间，“结果②”吸收光谱最明显的差异出现在________光区域。将制得的韭菜滤液在强光下曝光1～2 h，再重复上述实验，其结果与韭黄滤液的实验结果基本一致，其原因是_______________________________。 (4)每分子叶绿素含有一个Mg2＋，可被H＋、Cu2＋等置换。韭菜滤液用5%的HCl处理一段时间后，其颜色与研磨时未加____________的颜色相似，呈现黄褐色。实验室常用含Cu2＋的试剂处理叶片，可形成铜代叶绿素，能长时间保持叶片标本的绿色，其原因是_____________ ______________________________________________________________________________。 答案　(1)色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的随层析液在滤纸上扩散得快　(2)橙色、黄色　叶绿素的形成需要光　(3)红　叶绿素不稳定，在强光下易分解　(4)碳酸钙(CaCO3)　铜代叶绿素比叶绿素稳定 解析　(1)根据各光合色素随层析液在滤纸条上的扩散速度不同，溶解度大的扩散速度快，溶解度小的扩散速度慢，从而分离色素。(2)滤纸条从上到下依次是胡萝卜素(最窄)、叶黄素、叶绿素a(最宽)、叶绿素b，据题图可知，图2中共有的色素带的颜色是橙色和黄色，说明叶绿素的形成需要光。(3)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，由于韭黄色素滤液中缺少叶绿素，所以它们的吸收光谱最明显的差异出现在红光区域。韭菜滤液在强光下曝光1～2 h后，由于叶绿素不稳定，会被分解，所以重复上述实验，其结果与韭黄滤液的实验结果基本一致。 题点　光合色素的提取和分离的实验结果分析 学科网（北京）股份有限公司 $