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备考2024届高考生物一轮复习讲义第三章细胞代谢课时4光合作用与能量转化考点1捕获光能的色素和结构
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考点1 捕获光能的色素和结构
1.绿叶中色素的提取和分离
（1）实验原理及方法
（2）实验步骤
（3）实验结果及分析
（4）实验失败的原因分析
2.叶绿体中的色素及叶绿体的结构
（1）叶绿体中的色素
（2）叶绿体的结构
基础自测
1.提取绿叶中色素的溶剂也可用于提取紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞中的色素。（× ）
2.研磨绿叶时加入少许CaCO3，能够使研磨充分。（× ）
3.绿叶中含量越多的色素，在滤纸条上扩散得越快。（× ）
4.叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素。（ √ ）
5.没有叶绿体，细胞不能进行光合作用。（× ）
6.光合作用需要的色素和酶分别分布在叶绿体基粒和基质中。（× ）
7.植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。（× ）
8.叶绿体内膜上存在与水裂解有关的酶[2022浙江1月，T8C]。（× ）
9.依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离[2021北京，T13C]。（× ）
10.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[2021河北，T3C]。（ √ ）
11.光合作用时，火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是 叶绿素（或叶绿素a、叶绿素b） ；用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中，以滤液细线为基准，按照自下而上的次序，该光合色素的色素带位于第 一和二 条[2023海南，T16（1）]。
情境应用
1.为什么有些蔬菜大棚内悬挂发红色或蓝紫色光的灯管，并且在白天也开灯？为什么不使用发绿色光的灯管作补充光源？
提示 因为光合色素对红光和蓝紫光的吸收最多，补充这两种类型的光，有利于提高蔬菜的产量，而绿色光源发出的是绿光，这种波长的光几乎不能被光合色素吸收，因此无法用于光合作用中提高有机物产量。
2.玉米田里的白化苗长出几片叶子后会死亡，原因是什么？
提示 玉米白化苗中不含叶绿素，不能进行光合作用，待种子中储存的营养物质被消耗尽后，无法产生新的有机物，因此玉米白化苗长出几片叶子后会死亡。
3.蒜黄和韭黄都是黄色的，秋后的绿叶会变黄，贫瘠土壤中生长的植物叶片一般也偏黄，影响这些现象形成的因素分别是什么？
提示 韭黄和蒜黄是在无光的环境下培育的，没有光照不合成叶绿素；秋后温度降低，叶绿素合成少，分解多；贫瘠土壤缺Mg等会影响叶绿素的合成，使叶片变黄。
深度思考
1.在进行纸层析时，若采用圆形滤纸，则结果是什么？
提示 在圆形滤纸上出现4个同心圆，最外面是胡萝卜素，接下来依次是叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。
2.叶绿体类囊体膜上的色素都能转化光能吗？
提示 不是。叶绿体类囊体膜上的色素分为两类：一类具有吸收和传递光能的作用，包括绝大多数的叶绿素a，以及全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素；另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a，其能够捕获（或转化）光能。
3.恩格尔曼实验一的方法有什么巧妙之处？
提示 ①实验材料选择妙：用水绵作实验材料。水绵的叶绿体呈带状，便于观察。②排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境排除了环境中光线和O2的影响，从而确保实验的准确性。③观测指标设计妙：通过需氧细菌的分布，能够准确地判断出水绵细胞中释放O2的部位。④实验对照设计妙：进行黑暗＋极细光束照射和置于光下的对比实验，从而明确实验结果不同完全是由光照引起的。
从“两个角度”把握色素提取液的选取
研透高考 明确方向
命题点1 色素的提取和分离实验的原理和过程分析
1.[2023江苏改编]下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是（B ）
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.研磨时，用体积分数为70％的乙醇溶解色素
解析 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；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各色素的量，但该实验提取和分离色素的方法不能用于测定绿叶中各种色素含量，C错误；研磨时，应用无水乙醇溶解色素，D错误。
2.[2023福州模拟]某研究小组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析（从下至上）。则与正常叶片相比，实验结果是（C ）
A.光吸收差异显著，色素带缺第2条
B.光吸收差异不显著，色素带缺第2条
C.光吸收差异不显著，色素带缺第3条
D.光吸收差异显著，色素带缺第3条
解析 叶黄素缺失突变体叶片不能合成叶黄素，叶黄素主要吸收蓝紫光，进行红光照射时光吸收差异不显著，而层析时缺叶黄素这个条带，自下而上位于第3条，C正确。
命题点2 色素的种类和功能分析
3.[2023全国乙改编]植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素及其吸收光谱的叙述，错误的是（D ）
A.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C.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
D.叶片在640～660nm波长光下释放O2是由类胡萝卜素参与光合作用引起的
解析 叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制，A正确；叶绿体中吸收光能的色素（叶绿素和类胡萝卜素）分布在类囊体薄膜上，B正确；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，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，C正确；波长为640～660nm的光是红光，叶绿素可吸收红光参与光合作用，类胡萝卜素不吸收红光，D错误。
命题变式
[题干拓展型]科学家在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图所示，①②③代表不同色素。下列说法正确的是（C ）
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Mg
C.纸层析法分离色素时，②处于滤纸条最下端
D.土壤缺镁时，植物叶片对420～470nm波长光的利用量增加
解析 由图可知，①是类胡萝卜素，②是叶绿素b，③是叶绿素a。类胡萝卜素在红光区的吸收值为0，即不吸收红光，A错误；叶绿素b为黄绿色，叶绿素a为蓝绿色，二者均含有Mg，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率最慢，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；镁是组成叶绿素的重要元素，土壤缺镁时，叶绿素合成减少，植物叶片对420～470nm波长光的利用量减少，D错误。
命题点3 叶绿体的结构和功能
4.图甲为叶绿体结构模式图，图乙所示结构是图甲的部分放大图。下列有关叙述正确的是（D ）
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.吸收光能的色素分布在①②③的薄膜上
D.叶绿体以图甲中③的形式扩大膜面积
解析 图甲表示叶绿体的结构，①是叶绿体内膜，②是叶绿体外膜，③是类囊体，④是叶绿体基质，吸收光能的色素分布在③（类囊体）的薄膜上，图乙所示结构是类囊体的薄膜，来自③，A、C错误。光合作用所需的酶分布在类囊体薄膜上和叶绿体基质中，B错误。叶绿体内含有大量基粒，一个基粒由很多类囊体堆叠而成，以此扩大膜面积，D正确。
5.将叶绿体悬浮液置于阳光下，一段时间后发现有氧气放出。下列相关说法正确的是（A ）
A.离体叶绿体在自然光下能将水分解产生氧气
B.若将叶绿体置于红光下，则不会有氧气产生
C.若将叶绿体置于蓝紫光下，则不会有氧气产生
D.水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量
解析 叶绿体是光合作用的场所，在自然光下，叶绿体能进行光合作用将水分解产生氧气，A正确；叶绿体中的光合色素能吸收红光和蓝紫光，因此会产生氧气，B、C错误；水在叶绿体中分解产生氧气需要光能，但不需要ATP提供能量，D错误。课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
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.实验：提取和分离叶绿体色素
捕获光能的色素和结构
2023：江苏T12、辽宁T21（1）（2）、海南T16（1）、全国乙T2、全国甲T29、浙江1月T23（1）；
2022：湖北T12、辽宁T22Ⅰ、山东T21（1）、江苏T5A；
2021：天津T6C；
2020：江苏T6、浙江7月T27（2）、山东T3D；
2019：浙江4月T30（2）、江苏T17、海南T9BD
1.生命观念——结构与功能观：叶绿体的结构与功能相适应；物质与能量观：通过光合作用过程合成有机物，储存能量。
2.科学思维——分类与比较：比较光反应与暗反应，掌握光合作用的过程；比较光合作用与细胞呼吸，形成知识间的联系
光合作用的过程
2023：天津T9、湖南T17、湖北T8、全国甲T29（2）（3）、全国乙T29、浙江1月T23（2）；
2022：江苏T20（1）、全国甲T29（1）、山东T21（2）（3）；
2021：天津T15、山东T16CD和T21、湖南T18、广东T12、江苏T20、辽宁T22、重庆T6；
2020：北京T19（1）、天津T5、山东T21、江苏T27；
2019：全国ⅠT3、江苏T28
命题分析预测
1.光合作用是高考的必考点，在每年的高考中都占有较大的比重。主要以光合作用相关实验、曲线等形式进行考查，侧重考查色素的组成和功能、色素的提取和分离、光合作用中物质和能量的变化等，还常将光合作用与细胞呼吸的原理相结合，考查二者之间的联系等。
2.预计2025年高考命题仍将借助图、表格等将光合作用与细胞呼吸相结合，使试题实验化，考查考生运用所学知识解决实际问题的能力
异常现象
原因分析
收集到的滤液绿色过浅
①未加[12] 二氧化硅 ，研磨不充分；
②使用放置数天的绿色叶，滤液色素（叶绿素）太少；
③一次加入大量的无水乙醇，提取液浓度太低（正确做法：分次加入少量无水乙醇）；
④未加[13] 碳酸钙 或加入过少，色素分子被破坏
滤纸条色素带重叠
①滤液细线不直；
②滤液细线过粗
滤纸条无色素带
滤液细线接触到[14] 层析液 ，且时间较长，色素全部溶解到层析液中
考点1 捕获光能的色素和结构
1.绿叶中色素的提取和分离
（1）实验原理及方法
（2）实验步骤
（3）实验结果及分析
（4）实验失败的原因分析
2.叶绿体中的色素及叶绿体的结构
（1）叶绿体中的色素
（2）叶绿体的结构
基础自测
1.提取绿叶中色素的溶剂也可用于提取紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞中的色素。（× ）
2.研磨绿叶时加入少许CaCO3，能够使研磨充分。（× ）
3.绿叶中含量越多的色素，在滤纸条上扩散得越快。（× ）
4.叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素。（ √ ）
5.没有叶绿体，细胞不能进行光合作用。（× ）
6.光合作用需要的色素和酶分别分布在叶绿体基粒和基质中。（× ）
7.植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。（× ）
8.叶绿体内膜上存在与水裂解有关的酶[2022浙江1月，T8C]。（× ）
9.依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离[2021北京，T13C]。（× ）
10.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[2021河北，T3C]。（ √ ）
11.光合作用时，火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是 叶绿素（或叶绿素a、叶绿素b） ；用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中，以滤液细线为基准，按照自下而上的次序，该光合色素的色素带位于第 一和二 条[2023海南，T16（1）]。
情境应用
1.为什么有些蔬菜大棚内悬挂发红色或蓝紫色光的灯管，并且在白天也开灯？为什么不使用发绿色光的灯管作补充光源？
提示 因为光合色素对红光和蓝紫光的吸收最多，补充这两种类型的光，有利于提高蔬菜的产量，而绿色光源发出的是绿光，这种波长的光几乎不能被光合色素吸收，因此无法用于光合作用中提高有机物产量。
2.玉米田里的白化苗长出几片叶子后会死亡，原因是什么？
提示 玉米白化苗中不含叶绿素，不能进行光合作用，待种子中储存的营养物质被消耗尽后，无法产生新的有机物，因此玉米白化苗长出几片叶子后会死亡。
3.蒜黄和韭黄都是黄色的，秋后的绿叶会变黄，贫瘠土壤中生长的植物叶片一般也偏黄，影响这些现象形成的因素分别是什么？
提示 韭黄和蒜黄是在无光的环境下培育的，没有光照不合成叶绿素；秋后温度降低，叶绿素合成少，分解多；贫瘠土壤缺Mg等会影响叶绿素的合成，使叶片变黄。
深度思考
1.在进行纸层析时，若采用圆形滤纸，则结果是什么？
提示 在圆形滤纸上出现4个同心圆，最外面是胡萝卜素，接下来依次是叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。
2.叶绿体类囊体膜上的色素都能转化光能吗？
提示 不是。叶绿体类囊体膜上的色素分为两类：一类具有吸收和传递光能的作用，包括绝大多数的叶绿素a，以及全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素；另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a，其能够捕获（或转化）光能。
3.恩格尔曼实验一的方法有什么巧妙之处？
提示 ①实验材料选择妙：用水绵作实验材料。水绵的叶绿体呈带状，便于观察。②排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境排除了环境中光线和O2的影响，从而确保实验的准确性。③观测指标设计妙：通过需氧细菌的分布，能够准确地判断出水绵细胞中释放O2的部位。④实验对照设计妙：进行黑暗＋极细光束照射和置于光下的对比实验，从而明确实验结果不同完全是由光照引起的。
从“两个角度”把握色素提取液的选取
研透高考 明确方向
命题点1 色素的提取和分离实验的原理和过程分析
1.[2023江苏改编]下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是（B ）
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.研磨时，用体积分数为70％的乙醇溶解色素
解析 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；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各色素的量，但该实验提取和分离色素的方法不能用于测定绿叶中各种色素含量，C错误；研磨时，应用无水乙醇溶解色素，D错误。
2.[2023福州模拟]某研究小组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析（从下至上）。则与正常叶片相比，实验结果是（C ）
A.光吸收差异显著，色素带缺第2条
B.光吸收差异不显著，色素带缺第2条
C.光吸收差异不显著，色素带缺第3条
D.光吸收差异显著，色素带缺第3条
解析 叶黄素缺失突变体叶片不能合成叶黄素，叶黄素主要吸收蓝紫光，进行红光照射时光吸收差异不显著，而层析时缺叶黄素这个条带，自下而上位于第3条，C正确。
命题点2 色素的种类和功能分析
3.[2023全国乙改编]植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素及其吸收光谱的叙述，错误的是（D ）
A.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C.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
D.叶片在640～660nm波长光下释放O2是由类胡萝卜素参与光合作用引起的
解析 叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制，A正确；叶绿体中吸收光能的色素（叶绿素和类胡萝卜素）分布在类囊体薄膜上，B正确；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，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，C正确；波长为640～660nm的光是红光，叶绿素可吸收红光参与光合作用，类胡萝卜素不吸收红光，D错误。
命题变式
[题干拓展型]科学家在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图所示，①②③代表不同色素。下列说法正确的是（C ）
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Mg
C.纸层析法分离色素时，②处于滤纸条最下端
D.土壤缺镁时，植物叶片对420～470nm波长光的利用量增加
解析 由图可知，①是类胡萝卜素，②是叶绿素b，③是叶绿素a。类胡萝卜素在红光区的吸收值为0，即不吸收红光，A错误；叶绿素b为黄绿色，叶绿素a为蓝绿色，二者均含有Mg，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率最慢，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；镁是组成叶绿素的重要元素，土壤缺镁时，叶绿素合成减少，植物叶片对420～470nm波长光的利用量减少，D错误。
命题点3 叶绿体的结构和功能
4.图甲为叶绿体结构模式图，图乙所示结构是图甲的部分放大图。下列有关叙述正确的是（D ）
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.吸收光能的色素分布在①②③的薄膜上
D.叶绿体以图甲中③的形式扩大膜面积
解析 图甲表示叶绿体的结构，①是叶绿体内膜，②是叶绿体外膜，③是类囊体，④是叶绿体基质，吸收光能的色素分布在③（类囊体）的薄膜上，图乙所示结构是类囊体的薄膜，来自③，A、C错误。光合作用所需的酶分布在类囊体薄膜上和叶绿体基质中，B错误。叶绿体内含有大量基粒，一个基粒由很多类囊体堆叠而成，以此扩大膜面积，D正确。
5.将叶绿体悬浮液置于阳光下，一段时间后发现有氧气放出。下列相关说法正确的是（A ）
A.离体叶绿体在自然光下能将水分解产生氧气
B.若将叶绿体置于红光下，则不会有氧气产生
C.若将叶绿体置于蓝紫光下，则不会有氧气产生
D.水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量
解析 叶绿体是光合作用的场所，在自然光下，叶绿体能进行光合作用将水分解产生氧气，A正确；叶绿体中的光合色素能吸收红光和蓝紫光，因此会产生氧气，B、C错误；水在叶绿体中分解产生氧气需要光能，但不需要ATP提供能量，D错误。课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
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.实验：提取和分离叶绿体色素
捕获光能的色素和结构
2023：江苏T12、辽宁T21（1）（2）、海南T16（1）、全国乙T2、全国甲T29、浙江1月T23（1）；
2022：湖北T12、辽宁T22Ⅰ、山东T21（1）、江苏T5A；
2021：天津T6C；
2020：江苏T6、浙江7月T27（2）、山东T3D；
2019：浙江4月T30（2）、江苏T17、海南T9BD
1.生命观念——结构与功能观：叶绿体的结构与功能相适应；物质与能量观：通过光合作用过程合成有机物，储存能量。
2.科学思维——分类与比较：比较光反应与暗反应，掌握光合作用的过程；比较光合作用与细胞呼吸，形成知识间的联系
光合作用的过程
2023：天津T9、湖南T17、湖北T8、全国甲T29（2）（3）、全国乙T29、浙江1月T23（2）；
2022：江苏T20（1）、全国甲T29（1）、山东T21（2）（3）；
2021：天津T15、山东T16CD和T21、湖南T18、广东T12、江苏T20、辽宁T22、重庆T6；
2020：北京T19（1）、天津T5、山东T21、江苏T27；
2019：全国ⅠT3、江苏T28
命题分析预测
1.光合作用是高考的必考点，在每年的高考中都占有较大的比重。主要以光合作用相关实验、曲线等形式进行考查，侧重考查色素的组成和功能、色素的提取和分离、光合作用中物质和能量的变化等，还常将光合作用与细胞呼吸的原理相结合，考查二者之间的联系等。
2.预计2025年高考命题仍将借助图、表格等将光合作用与细胞呼吸相结合，使试题实验化，考查考生运用所学知识解决实际问题的能力
异常现象
原因分析
收集到的滤液绿色过浅
①未加[12] 二氧化硅 ，研磨不充分；
②使用放置数天的绿色叶，滤液色素（叶绿素）太少；
③一次加入大量的无水乙醇，提取液浓度太低（正确做法：分次加入少量无水乙醇）；
④未加[13] 碳酸钙 或加入过少，色素分子被破坏
滤纸条色素带重叠
①滤液细线不直；
②滤液细线过粗
滤纸条无色素带
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