資源簡介

第14講　捕獲光能的色素和結構
一、選擇題
1.（2025·海南三亞高三質檢）下列有關“綠葉中色素的提取和分離”實驗的敘述，正確的是（　　）
A.提取色素時加入二氧化硅的目的是加速研磨并保護葉綠素不被破壞
B.畫濾液細線時要等上一次濾液線干燥后再進行畫線
C.對研磨液過濾時需要在玻璃漏斗的基部放一層濾紙
D.分離色素時，濾液細線浸入層析液中會導致色素帶變淺
2.（2025·重慶南開中學）下列關于葉綠體的敘述，正確的是（　　）
A.葉綠體的外膜、內膜極大地擴展了受光面積
B.葉綠體基質中NADP＋能形成NADPH
C.類囊體薄膜上的光合色素都可以吸收藍紫光
D.類囊體薄膜中的酶可催化CO2的固定和還原
3.（2025·陜西寶雞高三聯考）下圖甲～丁表示用新鮮菠菜進行“綠葉中色素的提取和分離”實驗的幾個主要操作步驟，有關敘述錯誤的是（　　）
A.實驗操作步驟的先后順序是乙→丁→甲→丙
B.步驟甲為增加濾紙上色素的量需連續畫3至4次濾液細線
C.步驟乙應向濾液中加入少許碳酸鈣，以防止葉綠素被破壞
D.步驟丙中的濾紙條上最上面的一條色素帶的顏色是橙黃色
4.（2025·河北唐山模擬）分別在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個研缽中加2 g剪碎的新鮮菠菜綠葉，并按如表所示添加試劑，經研磨、過濾得到3種不同顏色的溶液（深綠色、黃綠色、幾乎無色），則Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個研缽中的溶液顏色分別是（　　）
處理 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
SiO2（少量） ＋ ＋ ＋
CaCO3（少量） － ＋ ＋
無水乙醇（10 mL） ＋ － ＋
蒸餾水（10 mL） － ＋ －
注：“＋”表示添加；“－”表示不添加。
A.幾乎無色、黃綠色、深綠色
B.深綠色、幾乎無色、黃綠色
C.黃綠色、深綠色、幾乎無色
D.黃綠色、幾乎無色、深綠色
5.（2025·遼寧鞍山高三模擬）某興趣小組為了探究光照對綠葉中色素合成的影響，將韭菜根分別置于光照和黑暗條件下培養，分別發育成韭菜和韭黃，然后提取和分離二者葉片中的色素，結果如圖所示。下列相關敘述錯誤的是（　　）
A.類胡蘿卜素和葉綠素都主要吸收紅光
B.實驗結果說明無光照或弱光照不會影響類胡蘿卜素的合成
C.若研磨時未加SiO2，則濾紙條的色素帶中葉綠素的寬度可能會變窄
D.海帶通常呈現褐色與其光合色素對光能的捕獲有關
6.（2025·河北保定調研）科學家將色素溶液與陽光之間放置一塊三棱鏡，分別讓不同顏色的光照射色素溶液，得到色素溶液的吸收光譜如下圖所示，①②③代表不同色素。下列說法正確的是（　　）
A.①在紅光區吸收的光能可轉化為ATP中的化學能
B.②為藍綠色，③為黃綠色，二者均含有Mg2＋
C.紙層析法分離色素時，②處于濾紙條最下端
D.種植蔬菜大棚時可使用藍紫色或紅色的塑料薄膜
7.（2025·江蘇南通調研）科學家希爾發現，在離體葉綠體的懸浮液（有水，沒有二氧化碳）中加入鐵鹽或其他氧化劑，在光照下可以釋放出氧氣，該反應被稱為希爾反應。下列相關敘述錯誤的是（　　）
A.希爾反應模擬的是植物光合作用的光反應階段
B.希爾證明光合作用釋放的O2中的氧元素全部來自水
C.該反應證明了氧氣的產生與糖的合成不是同一反應
D.希爾反應在沒有CO2的情況下仍可以進行一段時間
8.（2025·河北張家口模擬）1941年，美國科學家魯賓和卡門用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中產生的氧氣的來源，實驗部分過程及結果如圖所示。下列敘述正確的是（　　）
A.18O不具有放射性，是穩定的同位素，可用于示蹤物質運行和變化規律
B.另一組實驗及結果圖應為：將O換成H2O，CO2換成C18O2，其余不變
C.該實驗的預期結論是光合作用產生的O2中的氧部分來自水
D.實驗中小球藻的細胞內含有藻藍素和葉綠素，沒有完整的葉綠體
9.（2025·山東學情聯考）在進行綠葉中色素的提取和分離實驗時，取一圓形濾紙，在濾紙中央滴一滴色素提取液，再滴一滴層析液，將會得到近似同心的四個色素環，如圖所示。下列說法錯誤的是（　　）
A.通常提取液呈現綠色是因為葉片中葉綠素的含量比類胡蘿卜素的高
B.分離色素時應在通風好的條件下進行
C.若提取的是缺鎂葉片中的色素，則最外側兩圈色素環的顏色較淡
D.最外側兩圈色素環的色素主要吸收藍紫光
10.（2025·湖南湘東九校聯考）根據科學家對光合作用的探索歷程部分實驗的分析，下列有關敘述錯誤的是（　　）
A.卡爾文運用同位素標記法探究碳循環
B.魯賓和卡門通過兩組對比實驗證明了光合作用釋放的氧氣來自H2O而不來源于CO2，并檢測到了具有放射性的18O2
C.阿爾農的實驗說明ATP的合成總是與水的光解相伴隨
D.希爾反應中氧化態電子受體變為還原態電子受體，其實質是NADP＋與H＋結合形成NADPH
二、非選擇題
11.（2025·遼寧葫蘆島模擬）德國科學家恩格爾曼利用一種水綿（這種水綿具有呈螺旋帶狀的葉綠體）研究光對光合作用的效應。他將該種水綿放在一張載有細菌懸浮液的玻片上，這些細菌會移往氧濃度高的區域。觀察細菌在不同光照下的分布情況，結果如圖所示：
（1）描述B情況下細菌的分布情況：　　　　　　　　　　　　；如此分布是因為光合作用釋放的什么物質？　　　　。
（2）該實驗證實了光合作用的場所是　　　　，吸收光能的色素和催化反應的酶分別分布在　　 　　　　　、
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　。
（3）恩格爾曼進行裝置C的實驗，其目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（4）在　　　　　　　光區的細菌特別多。
第14講　捕獲光能的色素和結構
1.B　提取色素時加入二氧化硅的目的是使研磨充分，加入碳酸鈣可防止研磨過程中色素被破壞，A錯誤；畫濾液細線時要等上一次濾液線干燥后再進行畫線，這樣保證畫出的濾液細線較細，分離出來的色素帶不會重疊，B正確；對研磨液過濾時需要在玻璃漏斗的基部放一塊單層尼龍布進行過濾，C錯誤；分離色素時，濾液細線浸入層析液中，色素會溶解于層析液中，濾紙條上得不到色素帶，會導致色素分離失敗，D錯誤。
2.C　葉綠體擴大受光面積的不是外膜和內膜，而是類囊體薄膜，A錯誤；NADP＋形成NADPH的場所是類囊體薄膜，B錯誤；類囊體薄膜上的葉綠素和類胡蘿卜素都能吸收藍紫光，C正確；催化CO2的固定和還原的酶存在于葉綠體的基質中，D錯誤。
3.B　據圖分析，步驟甲表示畫濾液細線，步驟乙表示提取色素，步驟丙表示分離色素，步驟丁表示過濾，則實驗操作步驟的先后順序是乙→丁→甲→丙，A正確；為了增加濾紙上色素的量，需要畫3至4次濾液細線，但是需要等到上次畫線干了之后進行，不能連續操作，B錯誤；步驟乙表示提取色素，應向濾液中加入少許碳酸鈣，以防止葉綠素被破壞，C正確；步驟丙中的濾紙條上最上面一條色素帶是胡蘿卜素，其顏色是橙黃色，D正確。
4.D　由表格可知，研缽Ⅰ中未加入CaCO3，從而導致研磨過程中部分葉綠素被破壞，因而提取液呈黃綠色；研缽Ⅱ中未加入無水乙醇，色素不溶于蒸餾水，因此研缽Ⅱ中的溶液幾乎無色；研缽Ⅲ中加入了CaCO3、SiO2和無水乙醇，未加入蒸餾水，可得到正常的提取液，故溶液呈深綠色。
5.A　類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，A錯誤；兩個實驗條件下類胡蘿卜素的含量相同，說明無光照或弱光照不會影響類胡蘿卜素的合成，B正確；SiO2可使研磨更充分，若研磨時未加SiO2，則濾紙條的色素帶中葉綠素的寬度可能會變窄，C正確；海帶通常呈現褐色與其光合色素對光能的捕獲有關，D正確。
6.C　由圖可知，①是類胡蘿卜素，②是葉綠素b，③是葉綠素a。類胡蘿卜素不吸收紅光，A錯誤；葉綠素b為黃綠色，葉綠素a為藍綠色，二者均含有Mg＋，B錯誤；葉綠素b在層析液中的溶解度最低，隨層析液在濾紙條上擴散的速度最慢，故紙層析法分離色素時，處于濾紙條最下端的是葉綠素b，C正確；蔬菜大棚使用的塑料薄膜應該是無色透明的，以提高太陽光中的可見光的利用率，D錯誤。
7.B　希爾反應是在離體葉綠體的懸浮液（有水，沒有二氧化碳）中加入鐵鹽或其他氧化劑，在光照下可以釋放出氧氣，其模擬的是光合作用的光反應階段，鐵鹽或其他氧化劑相當于光合作用光反應中的NADP＋，A正確；希爾反應說明氧氣的產生是因為水的光解，并沒有研究氧元素的轉移途徑，魯賓和卡門利用同位素示蹤法證明光合作用產生的氧氣中的氧元素全部來自水，B錯誤；由題意可知，希爾反應產生氧氣的過程并沒有CO2的參與，而糖的合成需要原料CO2，所以希爾反應能證明氧氣的產生和糖的合成不是同一反應，C正確；CO2參與暗反應，暗反應為光反應中NADPH和ATP的合成提供原料，在沒有CO2的情況下希爾反應可以利用葉綠體自身儲存的少量原料進行一段時間，D正確。
8.A　另一組實驗及結果圖應為：將O換成H2O、CO2換成C18O2、18O2換成O2，其余不變，B錯誤；該實驗的預期結論是光合作用產生的O2中的氧全部來自水，C錯誤；小球藻是真核生物，具有完整的葉綠體，含有葉綠素和類胡蘿卜素，D錯誤。
9.C　綠葉所含色素中葉綠素含量多，約占3/4，所以提取液通常呈現綠色，A正確；為減少吸入層析液中有毒性的揮發性物質，分離色素時應在通風好的條件下進行，B正確；鎂是合成葉綠素的原料，若葉片缺鎂，則葉綠素含量少，會使最內側兩圈色素環的顏色較淡，C錯誤；最外側兩圈色素環由外到內依次是胡蘿卜素和葉黃素，主要吸收藍紫光，D正確。
10.B　卡爾文用14C標記CO2，探明了碳元素在暗反應中的轉移路徑，A正確；18O是一種穩定同位素，不具有放射性，B錯誤；阿爾農發現光合作用中葉綠體合成ATP總是與水的光解相伴隨，C正確；希爾反應中氧化態電子受體變為還原態電子受體，其實質是NADP＋與H＋結合形成NADPH，D正確。
11.（1）細菌集中在葉綠體周圍　O2　（2）葉綠體　葉綠體的類囊體薄膜上　葉綠體的類囊體膜上和葉綠體的基質中　（3）探究不同顏色的光對光合作用的影響　（4）紅光和藍紫
解析：（1）根據題圖分析可知，B情況是在白光下，葉綠體受光均勻，進行光合作用釋放了O2，且各部分產氧量相等，需氧細菌集中在螺旋帶狀葉綠體周圍。（2）根據題圖分析可知，通過螺旋帶狀的葉綠體與需氧細菌的關系，該實驗證實了光合作用的場所是葉綠體。光合作用的光反應階段在葉綠體的類囊體薄膜上進行，暗反應階段在葉綠體的基質中進行，因此吸收光能的色素分布在葉綠體的類囊體薄膜上，而酶有的分布在類囊體膜上，有的分布在葉綠體的基質中。（3）根據題圖分析可知，在C實驗中的自變量是光質，其目的是探究不同顏色的光對光合作用的影響。（4）吸收光能的色素中，葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，因此紅光和藍紫光區產生O2較多，聚集的細菌也特別多。
3 / 3第14講　捕獲光能的色素和結構
課程標準
1.活動：綠葉中色素的提取和分離。
2.說明植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量。
考點一　捕獲光能的色素
1.綠葉中色素的提取和分離
2.實驗步驟
提醒 ①提取與分離是兩個不同過程，原理不同，操作不同。
②研磨時加CaCO3是為了保護葉綠素。
③過濾時漏斗基部的單層尼龍布不能用濾紙代替，因為濾紙的吸附性強，會導致濾液中色素的濃度過低。
3.實驗結果及分析
4.葉綠體中色素的吸收光譜分析
由圖可以看出：
1.（必修1 P97正文）植物葉片呈現綠色是因為含有綠色的色素，白化葉片不含葉綠素。（　　）
2.（必修1 P98～99探究·實踐）綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中，所以用無水乙醇分離綠葉中的色素。 （　　）
3.（必修1 P98～99探究·實踐）未加入CaCO3，葉綠素會被破壞。（　　）
4.（必修1 P99學科交叉）通常，紅外光和紫外光可被葉綠體中的色素吸收用于光合作用。（　　）
5.（必修1 P99正文）葉綠素a和葉綠素b在紅光區的吸收峰值不同。（　　）
6.（必修1 P99正文）葉片黃化，葉綠體對紅光的吸收增多。（　　）
1.（2025·遼寧撫順模擬）葉黃素是一種存在于人眼視網膜上的類胡蘿卜素，具有抗氧化活性和減少可見光損傷視網膜的功能。下列相關敘述錯誤的是（　　）
A.葉黃素可減少光損傷視網膜與其主要吸收藍紫光有關 B.綠色植物葉肉細胞中的葉黃素主要分布在類囊體膜上
C.在層析液中，葉黃素的溶解度大于葉綠素的 D.秋季葉片變黃主要與葉片不能合成葉綠素有關
題后歸納
影響葉綠素合成的三大因素
2.以新鮮菠菜葉為材料進行綠葉中色素的提取和分離實驗，某小組得到如圖所示結果。下列關于該結果的分析，正確的是（　　）
A.是正確操作后得到的理想結果 B.可能是研磨時未加入CaCO3導致
C.可能是研磨時未加入SiO2導致 D.可能是提取時加入過量的無水乙醇
題后歸納
綠葉中色素的提取和分離實驗異常現象分析
3.（2025·山東青島月考）如圖為葉綠體中色素吸收光能的情況。根據此圖并結合所學知識分析，以下說法正確的是（　　）
A.土壤中缺鎂時，420～470 nm波長的光的利用量顯著減少
B.由550 nm波長的光轉為670 nm波長的光后，葉綠體光合作用強度減弱
C.用450 nm左右波長的光比白光更有利于提高光合作用強度
D.可利用無水乙醇提取綠葉中的色素，且若將提取的色素濾液置于不同波長的光下產生的O2量不同
考點二　葉綠體的結構和功能及探索光合作用的經典實驗
1.葉綠體的結構適于進行光合作用
（1）葉綠體的結構模式圖
（2）葉綠體的功能
2.探索光合作用原理的部分實驗
提醒 14C是放射性同位素，18O是穩定同位素，兩者均可追蹤物質轉化規律，但檢測方法不同。
1.（必修1 P100正文）光合作用需要的色素分布在葉綠體基粒和基質中。（　　）
2.（必修1 P100思考·討論）水綿葉綠體呈螺旋帶狀分布。（　　）
3.（必修1 P102思考·討論）希爾實驗證明了水的光解和糖的合成不是同一個化學反應。（　　）
4.（必修1 P102思考·討論）希爾實驗說明植物光合作用產生的氧氣中的氧元素全部來自水。（　　）
5.（必修1 P104思考·討論）卡爾文等探究CO2中碳在光合作用中的轉化途徑采用了同位素示蹤法。（　　）
1.（2025·四川廣安模擬）圖甲為葉綠體結構模式圖，圖乙是從圖甲中取出的部分結構放大圖。下列相關敘述正確的是（　　）
A.圖乙所示結構取自圖甲中的①或③
B.與光合作用有關的酶全部分布在圖乙所示結構上
C.圖乙所示的結構可吸收全部的太陽光
D.葉綠體以圖甲③的形式擴大膜的面積
2.（2025·廣東廣州模擬）希爾發現在沒有CO2時，給予離體葉綠體光照，就能放出O2，同時使電子受體NADP＋還原。在希爾反應的基礎上，阿爾農又發現在光下的離體葉綠體，不供給CO2時，既積累NADPH也積累ATP；撤去光照，供給CO2時，NADPH和ATP被消耗，并產生有機物。下列敘述正確的是（　　）
A.希爾反應能證明光合作用釋放的O2中的O全部來自H2O
B.阿爾農實驗能證明NADPH和ATP的形成與葉綠體的基粒有關系
C.阿爾農實驗能證明光合作用不需要光也可為有機物的合成提供還原劑
D.阿爾農實驗能證明即使沒有CO2，光反應階段也可以進行一段時間
3.光合作用的原理是很多科學家通過實驗發現的，光合作用探索歷程中的部分經典實驗的分析及拓展如圖1、2所示。下列相關敘述正確的是（　　）
A.圖1所示實驗的目的是探究光合產物中O2的來源，其中乙組為對照組
B.卡爾文探究暗反應的過程與圖1所示的實驗均采用了同位素示蹤法
C.圖2所示實驗中需氧細菌主要分布于接受光照的水綿細胞各個部位
D.圖2所示實驗需要把載有水綿和需氧細菌的臨時裝片放在含有空氣的黑暗環境中
題后歸納
恩格爾曼實驗設計的巧妙之處
（1）實驗材料為水綿和需氧細菌，水綿的葉綠體呈螺旋帶狀分布，便于觀察，用需氧細菌可確定釋放氧氣的部位。
（2）沒有空氣的黑暗環境排除了氧氣和光的干擾。
（3）用極細的光束照射，葉綠體上可分為有光照和無光照的部位，相當于一組對比實驗。
（4）臨時裝片局部曝光與完全暴露在光下的實驗再一次驗證實驗結果。
1.（2024·廣東高考3題）銀杏是我國特有的珍稀植物，其葉片變黃后極具觀賞價值。某同學用紙層析法探究銀杏綠葉和黃葉的色素差別，下列實驗操作正確的是（　　）
A.選擇新鮮程度不同的葉片混合研磨
B.研磨時用水補充損失的提取液
C.將兩組濾紙條置于同一燒杯中層析
D.用過的層析液直接倒入下水道
2.（2024·貴州高考3題）為探究不同光照強度對葉色的影響，取紫鴨跖草在不同光照強度下，其他條件相同且適宜，分組栽培，一段時間后獲取各組光合色素提取液，用分光光度法（一束單色光通過溶液時，溶液的吸光度與吸光物質的濃度成正比）分別測定每組各種光合色素含量。下列敘述錯誤的是（　　）
A.葉片研磨時加入碳酸鈣可防止破壞色素
B.分離提取液中的光合色素可采用紙層析法
C.光合色素相對含量不同可使葉色出現差異
D.測定葉綠素的含量時可使用藍紫光波段
3.（2023·全國乙卷2題）植物葉片中的色素對植物的生長發育有重要作用。下列有關葉綠體中色素的敘述，錯誤的是（　　）
A.氮元素和鎂元素是構成葉綠素分子的重要元素
B.葉綠素和類胡蘿卜素存在于葉綠體中類囊體的薄膜上
C.用不同波長的光照射類胡蘿卜素溶液，其吸收光譜在藍紫光區有吸收峰
D.葉綠體中的色素在層析液中的溶解度越高，隨層析液在濾紙上擴散得越慢
溯源教材
（1）Mg是構成葉綠素的元素。（見必修1 P22正文）
（2）葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光。（見必修1 P99正文）
（3）溶解度高的色素隨層析液在濾紙上擴散的快，反之則慢。（見必修1 P98探究·實踐）
（4）吸收光能的4種色素就分布在類囊體的薄膜上。（見必修1 P100正文）
4.（2024·甘肅高考17題）類胡蘿卜素不僅參與光合作用，還是一些植物激素的合成前體。研究者發現了某作物的一種胎萌突變體，其種子大部分為黃色，少部分呈白色，白色種子未完全成熟即可在母體上萌發。經鑒定，白色種子為某基因的純合突變體。在正常光照下（400 μmol·m－2·s－1），純合突變體葉片中葉綠體發育異常、類囊體消失。將野生型和純合突變體種子在黑暗中萌發后轉移到正常光和弱光（1 μmol·m－2·s－1）下培養一周，提取并測定葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量，結果如圖所示。回答下列問題。
（1）提取葉片中葉綠素和類胡蘿卜素常使用的溶劑是　　　　，加入少許碳酸鈣可以　　　　　　　　　　　。
（2）野生型植株葉片葉綠素含量在正常光下比弱光下高，其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）正常光照條件下種植純合突變體將無法獲得種子，因為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（4）現已知此突變體與類胡蘿卜素合成有關，本研究中支持此結論的證據有：①純合體種子為白色；②　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（5）純合突變體中可能存在某種植物激素X的合成缺陷，X最可能是　　　　。若以上推斷合理，則干旱處理能夠提高野生型中激素X的含量，但不影響純合突變體中X的含量。為檢驗上述假設，請完成下面的實驗設計：
①植物培養和處理：取野生型和純合突變體種子，萌發后在　　　　　　　　條件下培養一周，然后將野生型植株均分為A、B兩組，將突變體植株均分為C、D兩組，A、C組為對照，B、D組干旱處理4小時。
②測量指標：每組取3～5株植物的葉片，在顯微鏡下觀察、測量并記錄各組的　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
③預期結果：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
5.（2024·河北高考19題）高原地區藍光和紫外光較強，常采用覆膜措施輔助林木育苗。為探究不同顏色覆膜對藏川楊幼苗生長的影響，研究者檢測了白膜、藍膜和綠膜對不同光的透過率，以及覆膜后幼苗光合色素的含量，結果如圖、表所示。
覆膜處理 葉綠素含量/ （mg/g） 類胡蘿卜素含量/ （mg/g）
白膜 藍膜 綠膜 1.67 2.20 1.74 0.71 0.90 0.65
回答下列問題：
（1）如圖所示，三種顏色的膜對紫外光、藍光和綠光的透過率有明顯差異，其中　　　　　　　光可被位于葉綠體　　　　　　上的光合色素高效吸收后用于光反應，進而使暗反應階段的C3還原轉化為　　　　　　和　　　　　　。與白膜覆蓋相比，藍膜和綠膜透過的　　　　　　較少，可更好地減弱幼苗受到的輻射。
（2）光合色素溶液的濃度與其光吸收值成正比，選擇適當波長的光可對色素含量進行測定。提取光合色素時，可利用　　　　　　　　　　　　作為溶劑。測定葉綠素含量時，應選擇紅光而不能選擇藍紫光，原因是　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）研究表明，覆蓋藍膜更有利于藏川楊幼苗在高原環境的生長。根據上述檢測結果，其原因為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（答出兩點即可）。
　（1）葉綠素與類胡蘿卜素的比值大幅下降可導致突變體的葉片呈黃色。 （2022·湖北高考）（　　）
（2）紙層析法分離葉綠體色素時，以多種有機溶劑的混合物作為層析液。 （2021·河北高考）（　　）
（3）依據吸收光譜的差異對光合色素進行紙層析分離。 （2021·北京高考）（　　）
（4）探究黑藻葉片中光合色素的種類時，可用無水乙醇作提取液。 （2020·山東高考）（　　）
（5）若連續多次重復畫濾液細線可以累積更多色素，但易出現色素帶重疊。 （2023·江蘇高考）（　　）
第14講　捕獲光能的色素和結構
【破考點·抓必備】
考點一
知識梳理夯基
1.有機溶劑　溶解度
2.防止色素被破壞　研磨充分
3.橙黃色
4.葉綠素b　葉綠素a　紅光和藍紫光　藍紫光
概念檢測
1.√
2.×　提示：因色素易溶于有機溶劑，所以無水乙醇在色素的提取和分離實驗中起到提取色素的作用。
3.√
4.×　提示：波長大于760 nm的光是紅外光，一般情況下，光合作用所利用的光都是可見光。
5.√
6.×　提示：葉片黃化，葉綠素減少，葉綠體對紅光的吸收減少。
典題演練應用
1.D　葉黃素是一種類胡蘿卜素，主要吸收的可見光為藍紫光，A正確；葉綠體中的光合色素是脂溶性的，主要分布在類囊體膜上，B正確；葉黃素在濾紙條上的擴散速度比葉綠素快，說明葉黃素在層析液中的溶解度大于葉綠素，C正確；秋季葉片變黃主要與葉綠素的分解增多有關，D錯誤。
2.B　根據各色素的溶解度，從點樣處自左到右分別為葉綠素b、葉綠素a、葉黃素、胡蘿卜素，正常情況下葉綠素的含量多于類胡蘿卜素，而圖中葉綠素含量比類胡蘿卜素含量低，A錯誤；圖中葉綠素含量比類胡蘿卜素含量低，可能是因為研磨時未加入CaCO3，導致部分葉綠素被破壞，B正確；研磨時未加入SiO2，導致研磨不充分，各種色素含量均下降，但葉綠素含量應高于類胡蘿卜素，C錯誤；提取時加入過量無水乙醇使色素濃度下降，但葉綠素含量應高于類胡蘿卜素，D錯誤。
3.A　葉綠素吸收420～470 nm波長的光較多，當缺鎂時，葉綠素的合成受到影響，葉綠素吸收420～470 nm波長的光變少，則植物對420～470 nm波長的光的利用量顯著減少，A正確；由圖可知，由550 nm波長的光轉為670 nm波長的光后，葉綠體吸收利用的光能增多，葉綠體光合作用強度增強，B錯誤；450 nm左右波長的光只是植物進行光合作用所吸收光中的一部分，所以只用該波長的光，光合作用強度并沒有白光好，C錯誤；在色素濾液中不能進行光合作用產生O2，D錯誤。
考點二
知識梳理夯基
1.（1）光反應　暗反應　（2） 外膜　 葉綠體基質　 暗反應
類囊體　 色素　 光反應　 光合作用
2. 葉綠體　 葉綠體　 O2　 H2O　 ATP　 CO2
概念檢測
1.×　提示：葉綠體基質中不含色素，只含有光合作用需要的酶。
2.√　3.√
4.×　提示：希爾的實驗只能說明水的光解產生氧氣，不能說明植物光合作用產生的氧氣中的氧元素全部來自水，還可能來自其他物質。
5.√
典題演練應用
1.D　圖乙所示結構含有光合色素，光合色素只分布在葉綠體的類囊體薄膜上，對應圖甲中的③，A錯誤；在葉綠體的基質（圖甲④）中，也分布有與光合作用有關的酶，B錯誤；光合色素只吸收太陽光中的可見光，C錯誤；③是葉綠體的類囊體，葉綠體以圖甲③的形式擴大膜的面積，D正確。
2.D　希爾反應體系中存在其他氧化物質，故不清楚植物光合作用產生的氧氣中的氧元素是否來自H2O；阿爾農發現在光下的離體葉綠體，不供給CO2時，既積累NADPH也積累ATP，但不能說明NADPH和ATP的形成與葉綠體的基粒有關系；光反應為暗反應提供ATP和NADPH，但合成ATP和NADPH必須要有光照，因此光合作用在光下才能為有機物的合成提供ATP和NADPH；光照下的離體葉綠體，不供給CO2時，既積累NADPH也積累ATP，說明即使沒有CO2，光反應階段也可以進行一段時間。
3.B　圖1所示的兩組實驗均為實驗組，對照方法為相互對照，為對比實驗，A錯誤；圖2所示實驗中需氧細菌主要分布于水綿細胞接受光照的葉綠體部分，C錯誤；圖2所示實驗需要把載有水綿和需氧細菌的臨時裝片放在沒有空氣的黑暗環境中，這樣才能顯示需氧細菌的移動情況，D錯誤。
【研真題·扣教材】
1.C　本實驗目的是用紙層析法探究銀杏綠葉和黃葉的色素差別，選擇新鮮程度不同的葉片分開研磨，A錯誤；色素溶于有機溶劑，提取液為無水乙醇，光合色素不溶于水，B錯誤；由于濾紙條不會相互影響，兩組濾紙條可以置于同一個燒杯中層析，C正確；用過的層析液含有石油醚、丙酮和苯，不能直接倒入下水道，D錯誤。
2.D　提取光合色素時加入碳酸鈣可以防止色素被破壞，A正確；由于不同色素在層析液中的溶解度不同，因此在濾紙上的擴散速度不同，從而達到分離的效果，這是紙層析法，B正確；不同光合色素顏色不同，因此光合色素相對含量不同可使葉色出現差異，葉綠素多使葉片呈現綠色，而秋季類胡蘿卜素增多使葉片呈黃色，C正確；葉綠素和類胡蘿卜素都可以吸收藍紫光，所以不能用藍紫光波段測定葉綠素含量，D錯誤。
3.D　葉綠素由C、H、O、N、Mg組成，A正確；葉綠體中吸收光能的色素（葉綠素和類胡蘿卜素）分布在類囊體薄膜上，B正確；類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，用不同波長的光照射類胡蘿卜素溶液，其吸收光譜在藍紫光區有吸收峰，C正確；葉綠體中的色素在層析液中的溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快，反之則慢，D錯誤。
4.（1）無水乙醇　防止研磨中色素被破壞　
（2）葉綠素的形成需要光照，正常光下更有利于葉綠素的形成　（3）純合突變體葉片中的葉綠素和類胡蘿卜素的相對含量都極低，光合作用極弱，無法滿足植株生長對有機物的需求　（4）與野生型相比，純合突變體葉片中類胡蘿卜素含量極低（幾乎為零）　（5）脫落酸　①弱光及其他條件適宜且相同　②氣孔開度或氣孔大小　③B組氣孔開度小于A組，CD組氣孔開度基本相同，且大于AB組
解析：（1）葉片中的葉綠素和類胡蘿卜素都能溶解在有機溶劑中，所以常使用無水乙醇提取。加入少許碳酸鈣可以防止研磨中色素被破壞。（2）葉綠素的形成需要光照，正常光下更有利于葉綠素的形成，所以野生型植株葉片葉綠素含量在正常光下比弱光下高。（3）在正常光照下（400 μmol·m－2·s－1），純合突變體葉片中葉綠體發育異常、類囊體消失，葉綠素和類胡蘿卜素的相對含量都極低，分別為0.3和0.1，說明純合突變體的光合作用極弱，無法滿足植株生長對有機物的需求，使得植株難以生長，因此正常光照條件下種植純合突變體將無法獲得種子。（4）由圖可知：與野生型相比，純合突變體葉片中類胡蘿卜素含量極低（幾乎為零），說明此突變體與類胡蘿卜素合成有關。（5）純合突變體中可能存在某種植物激素X的合成缺陷。白色種子未完全成熟即可在母體萌發，脫落酸具有抑制種子萌發的作用，據此可推知，X最可能是脫落酸。若以上推斷合理，則干旱處理能夠提高野生型中激素X的含量，但不影響純合突變體中X的含量。為檢驗上述假設，并結合題意“在正常光照下，純合突變體葉片中葉綠體發育異常、類囊體消失”可知，該實驗的自變量是植株的種類和培養條件，因變量是氣孔開度或氣孔大小，而在實驗過程中對植株的生長有影響的無關變量應控制相同且適宜。據此，依據實驗設計遵循的對照原則和單一變量原則以及題干中給出的不完善的實驗設計，補充完善的實驗設計如下：①植物培養和處理：取野生型和純合突變體種子，萌發后弱光及其他條件適宜且相同條件下培養一周，然后將野生型植株均分為A、B兩組，將突變體植株均分為C、D兩組，A、C組為對照，B、D組干旱處理4小時。②測量指標：每組取3～5株植物的葉片，在顯微鏡下觀察、測量并記錄各組的氣孔開度或氣孔大小，取其平均值。③預期結果：本實驗為驗證性實驗，其結論是已知的，即干旱處理能夠提高野生型中激素X的含量，但不影響純合突變體中X的含量，所以預期的結果是：B組氣孔開度小于A組，CD組氣孔開度基本相同，且大于AB組。
5.（1）藍　類囊體薄膜　（CH2O）（或糖類）　C5　紫外光　（2）無水乙醇　葉綠素和類胡蘿卜素都能吸收藍紫光，選擇紅光可以避免類胡蘿卜素對實驗的干擾　（3）藍膜覆蓋下藍光透過率高于白膜和綠膜，有利于藏川楊幼苗進行光合作用；藍膜覆蓋下葉綠素含量和類胡蘿卜素含量均高于白膜和綠膜，藏川楊幼苗光合速率較強；藍膜覆蓋下紫外光的透過率低于白膜和綠膜，減弱了對幼苗的傷害
解析：（1）位于葉綠體類囊體薄膜上的光合色素主要吸收紅光和藍紫光。光反應產生的NADPH和ATP參與暗反應的C3還原過程，使C3轉化為（CH2O）和C5。分析圖形，藍膜與綠膜對紫外光的透過率低于白膜，減弱了紫外光對幼苗的輻射。（2）無水乙醇可作為提取光合色素的試劑。類胡蘿卜素和葉綠素都能吸收藍紫光，而葉綠素還能吸收紅光，因此測定葉綠素含量時應選擇紅光，以避免類胡蘿卜素對實驗的干擾。（3）分析表格，藍膜覆蓋下藏川楊幼苗的葉綠素含量和類胡蘿卜素含量均高于白膜和綠膜，光合色素含量高，吸收的光能較多，藏川楊幼苗的光合速率較強。分析柱形圖，藍膜覆蓋下藍光透過率高于白膜和綠膜，有利于植物進行光合作用；藍膜覆蓋下紫外光的透過率低于白膜和綠膜，減弱了對藏川楊幼苗的傷害，有利于幼苗生長。故覆蓋藍膜更有利于藏川楊幼苗在高原環境的生長。
真題重組練
　（1）√　（2）√
（3）×　提示：依據在層析液中的溶解度不同。
（4）√　（5）√
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第14講　捕獲光能的色素和結構
高中總復習·生物
1. 活動：綠葉中色素的提取和分離。
2. 說明植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量。
課程標準
1. 破考點·抓必備
2. 研真題·扣教材
3. 驗收效·提能力
目錄
Contents
01
破考點·抓必備
梳理歸納， 鞏固基本知識
考點一　捕獲光能的色素
1. 綠葉中色素的提取和分離
c
c
2. 實驗步驟
c
c
提醒 ①提取與分離是兩個不同過程，原理不同，操作不同。
②研磨時加CaCO3是為了保護葉綠素。
③過濾時漏斗基部的單層尼龍布不能用濾紙代替，因為濾紙的吸附性強，
會導致濾液中色素的濃度過低。
3. 實驗結果及分析
c
4. 葉綠體中色素的吸收光譜分析
c
c
由圖可以看出：
c
c
1. （必修1 P97正文）植物葉片呈現綠色是因為含有綠色的色素，白化葉
片不含葉綠素。 （　√　）
2. （必修1 P98～99探究·實踐）綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙
醇中，所以用無水乙醇分離綠葉中的色素。 （　×　）
提示：因色素易溶于有機溶劑，所以無水乙醇在色素的提取和分離實驗中
起到提取色素的作用。
√
×
3. （必修1 P98～99探究·實踐）未加入CaCO3，葉綠素會被破壞。
（　√　）
4. （必修1 P99學科交叉）通常，紅外光和紫外光可被葉綠體中的色素吸
收用于光合作用。 （　×　）
提示：波長大于760 nm的光是紅外光，一般情況下，光合作用所利用的光
都是可見光。
5. （必修1 P99正文）葉綠素a和葉綠素b在紅光區的吸收峰值不同。
（　√　）
6. （必修1 P99正文）葉片黃化，葉綠體對紅光的吸收增多。 （　×　）
提示：葉片黃化，葉綠素減少，葉綠體對紅光的吸收減少。
√
×
√
×
1.（2025·遼寧撫順模擬）葉黃素是一種存在于人眼視網膜上的類胡蘿卜素，具有抗氧化活性和減少可見光損傷視網膜的功能。下列相關敘述錯誤的是（　　）
A.葉黃素可減少光損傷視網膜與其主要吸收藍紫光有關
B.綠色植物葉肉細胞中的葉黃素主要分布在類囊體膜上
C.在層析液中，葉黃素的溶解度大于葉綠素的
D.秋季葉片變黃主要與葉片不能合成葉綠素有關
√
解析：　葉黃素是一種類胡蘿卜素，主要吸收的可見光為藍紫光，A正確；葉綠體中的光合色素是脂溶性的，主要分布在類囊體膜上，B正確；葉黃素在濾紙條上的擴散速度比葉綠素快，說明葉黃素在層析液中的溶解度大于葉綠素，C正確；秋季葉片變黃主要與葉綠素的分解增多有關，D錯誤。
題后歸納
影響葉綠素合成的三大因素
2. 以新鮮菠菜葉為材料進行綠葉中色素的提取和分離實驗，某小組得到如
圖所示結果。下列關于該結果的分析，正確的是　 （　　）
A. 是正確操作后得到的理想結果
B. 可能是研磨時未加入CaCO3導致
C. 可能是研磨時未加入SiO2導致
D. 可能是提取時加入過量的無水乙醇
√
解析： 　根據各色素的溶解度，從點樣處自左到右分別為葉綠素b、葉綠
素a、葉黃素、胡蘿卜素，正常情況下葉綠素的含量多于類胡蘿卜素，而圖
中葉綠素含量比類胡蘿卜素含量低，A錯誤；圖中葉綠素含量比類胡蘿卜
素含量低，可能是因為研磨時未加入CaCO3，導致部分葉綠素被破壞，B
正確；研磨時未加入SiO2，導致研磨不充分，各種色素含量均下降，但葉
綠素含量應高于類胡蘿卜素，C錯誤；提取時加入過量無水乙醇使色素濃
度下降，但葉綠素含量應高于類胡蘿卜素，D錯誤。
題后歸納
綠葉中色素的提取和分離實驗異常現象分析
3. （2025·山東青島月考）如圖為葉綠體中色素吸收光能的情況。根據此圖并結合所學知識分析，以下說法正確的是（　　）
A. 土壤中缺鎂時，420～470 nm波長的光的利用量顯著減少
B. 由550 nm波長的光轉為670 nm波長的光后，葉綠體光合作用強度減弱
C. 用450 nm左右波長的光比白光更有利于提高光合作用強度
D. 可利用無水乙醇提取綠葉中的色素，且若將提取的色素濾液置于不同
波長的光下產生的O2量不同
√
解析：　葉綠素吸收420～470 nm波長的光較多，當缺鎂時，葉綠素的合成受到影響，葉綠素吸收420～470 nm波長的光變少，則植物對420～470 nm波長的光的利用量顯著減少，A正確；由圖可知，由550 nm波長的光轉為670 nm波長的光后，葉綠體吸收利用的光能增多，葉綠體光合作用強度增強，B錯誤；450 nm左右波長的光只是植物進行光合作用所吸收光中的一部分，所以只用該波長的光，光合作用強度并沒有白光好，C錯誤；在色素濾液中不能進行光合作用產生O2，D錯誤。
考點二　葉綠體的結構和功能及探索光合作用的經典實驗
1. 葉綠體的結構適于進行光合作用
（1）葉綠體的結構模式圖
c
c
（2）葉綠體的功能
c
c
c
c
c
c
c
2. 探索光合作用
原理的部分實驗
c
c
c
c
c
c
提醒 14C是放射性同位素，18O是穩定同位素，兩者均可追蹤物質轉化規律，但檢測方法不同。
1. （必修1 P100正文）光合作用需要的色素分布在葉綠體基粒和基質中。
（　×　）
提示：葉綠體基質中不含色素，只含有光合作用需要的酶。
×
2. （必修1 P100思考·討論）水綿葉綠體呈螺旋帶狀分布。 （　√　）
3. （必修1 P102思考·討論）希爾實驗證明了水的光解和糖的合成不是同一
個化學反應。 （　√　）
√
√
4. （必修1 P102思考·討論）希爾實驗說明植物光合作用產生的氧氣中的氧
元素全部來自水。 （　×　）
提示：希爾的實驗只能說明水的光解產生氧氣，不能說明植物光合作用產
生的氧氣中的氧元素全部來自水，還可能來自其他物質。
5. （必修1 P104思考·討論）卡爾文等探究CO2中碳在光合作用中的轉化途
徑采用了同位素示蹤法。 （　√　）
×
√
1. （2025·四川廣安模擬）圖甲為葉綠體結構模式圖，圖乙是從圖甲中取
出的部分結構放大圖。下列相關敘述正確的是（　　）
A. 圖乙所示結構取自圖甲中的①或③
B. 與光合作用有關的酶全部分布在圖乙所示結構上
C. 圖乙所示的結構可吸收全部的太陽光
D. 葉綠體以圖甲③的形式擴大膜的面積
√
解析：　圖乙所示結構含有光合色素，光合色素只分布在葉綠體的類囊
體薄膜上，對應圖甲中的③，A錯誤；在葉綠體的基質（圖甲④）中，也
分布有與光合作用有關的酶，B錯誤；光合色素只吸收太陽光中的可見
光，C錯誤；③是葉綠體的類囊體，葉綠體以圖甲③的形式擴大膜的面
積，D正確。
2. （2025·廣東廣州模擬）希爾發現在沒有CO2時，給予離體葉綠體光照，
就能放出O2，同時使電子受體NADP＋還原。在希爾反應的基礎上，阿爾農
又發現在光下的離體葉綠體，不供給CO2時，既積累NADPH也積累ATP；
撤去光照，供給CO2時，NADPH和ATP被消耗，并產生有機物。下列敘述
正確的是（　　）
A. 希爾反應能證明光合作用釋放的O2中的O全部來自H2O
B. 阿爾農實驗能證明NADPH和ATP的形成與葉綠體的基粒有關系
C. 阿爾農實驗能證明光合作用不需要光也可為有機物的合成提供還原劑
D. 阿爾農實驗能證明即使沒有CO2，光反應階段也可以進行一段時間
√
解析：　希爾反應體系中存在其他氧化物質，故不清楚植物光合作用產
生的氧氣中的氧元素是否來自H2O；阿爾農發現在光下的離體葉綠體，不
供給CO2時，既積累NADPH也積累ATP，但不能說明NADPH和ATP的形成
與葉綠體的基粒有關系；光反應為暗反應提供ATP和NADPH，但合成ATP
和NADPH必須要有光照，因此光合作用在光下才能為有機物的合成提供
ATP和NADPH；光照下的離體葉綠體，不供給CO2時，既積累NADPH也積
累ATP，說明即使沒有CO2，光反應階段也可以進行一段時間。
3. 光合作用的原理是很多科學家通過實驗發現的，光合作用探索歷程中的部分經典實驗的分析及拓展如圖1、2所示。下列相關敘述正確的是（　　）
A. 圖1所示實驗的目的是探究光合產物中O2的來源，其中乙組為對照組
B. 卡爾文探究暗反應的過程與圖1所示的實驗均采用了同位素示蹤法
C. 圖2所示實驗中需氧細菌主要分布于接受光照的水綿細胞各個部位
D. 圖2所示實驗需要把載有水綿和需氧細菌的臨時裝片放在含有空氣的黑
暗環境中
√
解析：　圖1所示的兩組實驗均為實驗組，對照方法為相互對照，為對比
實驗，A錯誤；圖2所示實驗中需氧細菌主要分布于水綿細胞接受光照的葉
綠體部分，C錯誤；圖2所示實驗需要把載有水綿和需氧細菌的臨時裝片放
在沒有空氣的黑暗環境中，這樣才能顯示需氧細菌的移動情況，D錯誤。
題后歸納
恩格爾曼實驗設計的巧妙之處
（1）實驗材料為水綿和需氧細菌，水綿的葉綠體呈螺旋帶狀分布，便于
觀察，用需氧細菌可確定釋放氧氣的部位。
（2）沒有空氣的黑暗環境排除了氧氣和光的干擾。
（3）用極細的光束照射，葉綠體上可分為有光照和無光照的部位，相當
于一組對比實驗。
（4）臨時裝片局部曝光與完全暴露在光下的實驗再一次驗證實驗結果。
02
研真題·扣教材
探究分析， 培養核心技能
1. （2024·廣東高考3題）銀杏是我國特有的珍稀植物，其葉片變黃后極具
觀賞價值。某同學用紙層析法探究銀杏綠葉和黃葉的色素差別，下列實驗
操作正確的是（　　）
A. 選擇新鮮程度不同的葉片混合研磨
B. 研磨時用水補充損失的提取液
C. 將兩組濾紙條置于同一燒杯中層析
D. 用過的層析液直接倒入下水道
√
解析：　本實驗目的是用紙層析法探究銀杏綠葉和黃葉的色素差別，選
擇新鮮程度不同的葉片分開研磨，A錯誤；色素溶于有機溶劑，提取液為
無水乙醇，光合色素不溶于水，B錯誤；由于濾紙條不會相互影響，兩組
濾紙條可以置于同一個燒杯中層析，C正確；用過的層析液含有石油醚、
丙酮和苯，不能直接倒入下水道，D錯誤。
2. （2024·貴州高考3題）為探究不同光照強度對葉色的影響，取紫鴨跖草
在不同光照強度下，其他條件相同且適宜，分組栽培，一段時間后獲取各
組光合色素提取液，用分光光度法（一束單色光通過溶液時，溶液的吸光
度與吸光物質的濃度成正比）分別測定每組各種光合色素含量。下列敘述
錯誤的是（　　）
A. 葉片研磨時加入碳酸鈣可防止破壞色素
B. 分離提取液中的光合色素可采用紙層析法
C. 光合色素相對含量不同可使葉色出現差異
D. 測定葉綠素的含量時可使用藍紫光波段
√
解析：　提取光合色素時加入碳酸鈣可以防止色素被破壞，A正確；由于
不同色素在層析液中的溶解度不同，因此在濾紙上的擴散速度不同，從而
達到分離的效果，這是紙層析法，B正確；不同光合色素顏色不同，因此
光合色素相對含量不同可使葉色出現差異，葉綠素多使葉片呈現綠色，而
秋季類胡蘿卜素增多使葉片呈黃色，C正確；葉綠素和類胡蘿卜素都可以
吸收藍紫光，所以不能用藍紫光波段測定葉綠素含量，D錯誤。
3. （2023·全國乙卷2題）植物葉片中的色素對植物的生長發育有重要作
用。下列有關葉綠體中色素的敘述，錯誤的是（　　）
A. 氮元素和鎂元素是構成葉綠素分子的重要元素
B. 葉綠素和類胡蘿卜素存在于葉綠體中類囊體的薄膜上
C. 用不同波長的光照射類胡蘿卜素溶液，其吸收光譜在藍紫光區有吸收峰
D. 葉綠體中的色素在層析液中的溶解度越高，隨層析液在濾紙上擴散得
越慢
√
解析：　葉綠素由C、H、O、N、Mg組成，A正確；葉綠體中吸收光能
的色素（葉綠素和類胡蘿卜素）分布在類囊體薄膜上，B正確；類胡蘿卜
素主要吸收藍紫光，用不同波長的光照射類胡蘿卜素溶液，其吸收光譜在
藍紫光區有吸收峰，C正確；葉綠體中的色素在層析液中的溶解度不同，
溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快，反之則慢，D錯誤。
溯源教材
（1）Mg是構成葉綠素的元素。　（見必修1 P22正文）
（2）葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸
收藍紫光。　（見必修1 P99正文）
（3）溶解度高的色素隨層析液在濾紙上擴散的快，反之則慢。　（見必
修1 P98探究·實踐）
（4）吸收光能的4種色素就分布在類囊體的薄膜上。　（見必修1
P100正文）
4. （2024·甘肅高考17題）類胡蘿卜素不僅參與光合作用，還是一些植物
激素的合成前體。研究者發現了某作物的一種胎萌突變體，其種子大部分
為黃色，少部分呈白色，白色種子未完全成熟即可在母體上萌發。經鑒
定，白色種子為某基因的純合突變體。在正常光照下（400 μmol·m－2·s－
1），純合突變體葉片中葉綠體發育異常、類囊體消失。將野生型和純合突
變體種子在黑暗中萌發后轉移到正常光和弱光（1 μmol·m－2·s－1）下培養
一周，提取并測定葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量，結果如圖所示。回答下
列問題。
（1）提取葉片中葉綠素和類胡蘿卜素常使用的溶劑是 ，加
入少許碳酸鈣可以 。
解析：葉片中的葉綠素和類胡蘿卜素都能溶解在有機溶劑中，所以常使用無水乙醇提取。加入少許碳酸鈣可以防止研磨中色素被破壞。
無水乙醇
防止研磨中色素被破壞
（2）野生型植株葉片葉綠素含量在正常光下比弱光下高，其原因是
。
解析：葉綠素的形成需要光照，正常光下更有利于葉綠素的形成，所以野生型植株葉片葉綠素含量在正常光下比弱光下高。
葉
綠素的形成需要光照，正常光下更有利于葉綠素的形成
（3）正常光照條件下種植純合突變體將無法獲得種子，因為

。
解析：在正常光照下（400 μmol·m－2·s－1），純合突變體葉片中葉綠體發育異常、類囊體消失，葉綠素和類胡蘿卜素的相對含量都極低，分別為0.3和0.1，說明純合突變體的光合作用極弱，無法滿足植株生長對有機物的需求，使得植株難以生長，因此正常光照條件下種植純合突變體將無法獲得種子。
純合突變
體葉片中的葉綠素和類胡蘿卜素的相對含量都極低，光合作用極弱，無法
滿足植株生長對有機物的需求
（4）現已知此突變體與類胡蘿卜素合成有關，本研究中支持此結論的證
據有：①純合體種子為白色；②
。
解析：由圖可知：與野生型相比，純合突變體葉片中類胡蘿卜素含量極低（幾乎為零），說明此突變體與類胡蘿卜素合成有關。
與野生型相比，純合突變體葉片中類胡
蘿卜素含量極低（幾乎為零）
（5）純合突變體中可能存在某種植物激素X的合成缺陷，X最可能
是 。若以上推斷合理，則干旱處理能夠提高野生型中激素
X的含量，但不影響純合突變體中X的含量。為檢驗上述假設，請完成
下面的實驗設計：
①植物培養和處理：取野生型和純合突變體種子，萌發后在
條件下培養一周，然后將野生型植株均分為A、
B兩組，將突變體植株均分為C、D兩組，A、C組為對照，B、D組干
旱處理4小時。
②測量指標：每組取3～5株植物的葉片，在顯微鏡下觀察、測量并記錄各
組的 。
脫落酸
弱光及
其他條件適宜且相同
氣孔開度或氣孔大小
③預期結果：
。
解析：純合突變體中可能存在某種植物激素X的合成缺陷。白色種子未完全成熟即可在母體萌發，脫落酸具有抑制種子萌發的作用，據此可推知，X最可能是脫落酸。若以上推斷合理，則干旱處理能夠提高野生型中激素X的含量，但不影響純合突變體中X的含量。為檢驗上述假設，并結合題意“在正常光照下，純合突變體葉片中葉綠體發育異常、類囊體消失”可知，該實驗的自變量是植株的種類和培養條件，因變量是氣孔開度或氣孔大小，而在實驗過程中對植株的生長有影響的無關變量應控制相同且適宜。
B組氣孔開度小于A組，CD組氣孔開度基本相同，且大于
AB組
據此，依據實驗設計遵循的對照原則和單一變量原則以及題干中給出的不
完善的實驗設計，補充完善的實驗設計如下：①植物培養和處理：取野生
型和純合突變體種子，萌發后弱光及其他條件適宜且相同條件下培養一周，
然后將野生型植株均分為A、B兩組，將突變體植株均分為C、D兩組，A、
C組為對照，B、D組干旱處理4小時。②測量指標：每組取3～5株植物的
葉片，在顯微鏡下觀察、測量并記錄各組的氣孔開度或氣孔大小，取其平
均值。③預期結果：本實驗為驗證性實驗，其結論是已知的，即干旱處理能夠提高野生型中激素X的含量，但不影響純合突變體中X的含量，所以預期的結果是：B組氣孔開度小于A組，CD組氣孔開度基本相同，且大于AB組。
5. （2024·河北高考19題）高原地區藍光和紫外光較強，常采用覆膜措施
輔助林木育苗。為探究不同顏色覆膜對藏川楊幼苗生長的影響，研究者檢
測了白膜、藍膜和綠膜對不同光的透過率，以及覆膜后幼苗光合色素的含
量，結果如圖、表所示。
覆膜處理 葉綠素含量/（mg/g） 類胡蘿卜素含量/（mg/g）
白膜 藍膜 綠膜 1.67 2.20 1.74 0.71
0.90
0.65
回答下列問題：
（1）如圖所示，三種顏色的膜對紫外光、藍光和綠光的透過率有明顯差
異，其中 光可被位于葉綠體 上的光合色素高效吸收
后用于光反應，進而使暗反應階段的C3還原轉化為
和 。與白膜覆蓋相比，藍膜和綠膜透過的 較少，
可更好地減弱幼苗受到的輻射。
藍
類囊體薄膜
（CH2O）（或糖
類）
C5
紫外光　
解析：位于葉綠體類囊體薄膜上的光合色素主要吸收紅光和藍紫光。光反應產生的NADPH和ATP參與暗反應的C3還原過程，使C3轉化為（CH2O）和C5。分析圖形，藍膜與綠膜對紫外光的透過率低于白膜，減弱了紫外光對幼苗的輻射。
（2）光合色素溶液的濃度與其光吸收值成正比，選擇適當波長的光可對
色素含量進行測定。提取光合色素時，可利用 作為溶劑。測
定葉綠素含量時，應選擇紅光而不能選擇藍紫光，原因是
。
解析：無水乙醇可作為提取光合色素的試劑。類胡蘿卜素和葉綠素都能吸收藍紫光，而葉綠素還能吸收紅光，因此測定葉綠素含量時應選擇紅光，以避免類胡蘿卜素對實驗的干擾。
無水乙醇
葉綠素和類胡
蘿卜素都能吸收藍紫光，選擇紅光可以避免類胡蘿卜素對實驗的干擾
（3）研究表明，覆蓋藍膜更有利于藏川楊幼苗在高原環境的生長。根據
上述檢測結果，其原因為


（答出兩點即可）。
藍膜覆蓋下藍光透過率高于白膜和綠膜，有利
于藏川楊幼苗進行光合作用；藍膜覆蓋下葉綠素含量和類胡蘿卜素含量均
高于白膜和綠膜，藏川楊幼苗光合速率較強；藍膜覆蓋下紫外光的透過率
低于白膜和綠膜，減弱了對幼苗的傷害
解析：分析表格，藍膜覆蓋下藏川楊幼苗的葉綠素含量和類胡蘿卜素含量均高于白膜和綠膜，光合色素含量高，吸收的光能較多，藏川楊幼苗的光合速率較強。分析柱形圖，藍膜覆蓋下藍光透過率高于白膜和綠膜，有利于植物進行光合作用；藍膜覆蓋下紫外光的透過率低于白膜和綠膜，減弱了對藏川楊幼苗的傷害，有利于幼苗生長。故覆蓋藍膜更有利于藏川楊幼苗在高原環境的生長。
（1）葉綠素與類胡蘿卜素的比值大幅下降可導致突變體的葉片呈黃
色。　（2022·湖北高考） （　√　）
（2）紙層析法分離葉綠體色素時，以多種有機溶劑的混合物作為層析
液。 　（2021·河北高考） （　√　）
（3）依據吸收光譜的差異對光合色素進行紙層析分離。　（2021·北京高
考） （　×　）
提示：依據在層析液中的溶解度不同。
√
√
×
（4）探究黑藻葉片中光合色素的種類時，可用無水乙醇作提取液。 　
（2020·山東高考） （　√　）
√
（5）若連續多次重復畫濾液細線可以累積更多色素，但易出現色素帶重
疊。　（2023·江蘇高考） （　√　）
√
03
驗收效·提能力
跟蹤訓練，檢驗學習效果
一、選擇題
1. （2025·海南三亞高三質檢）下列有關“綠葉中色素的提取和分離”實
驗的敘述，正確的是（　　）
A. 提取色素時加入二氧化硅的目的是加速研磨并保護葉綠素不被破壞
B. 畫濾液細線時要等上一次濾液線干燥后再進行畫線
C. 對研磨液過濾時需要在玻璃漏斗的基部放一層濾紙
D. 分離色素時，濾液細線浸入層析液中會導致色素帶變淺
√
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解析：　提取色素時加入二氧化硅的目的是使研磨充分，加入碳酸鈣可
防止研磨過程中色素被破壞，A錯誤；畫濾液細線時要等上一次濾液線干
燥后再進行畫線，這樣保證畫出的濾液細線較細，分離出來的色素帶不會
重疊，B正確；對研磨液過濾時需要在玻璃漏斗的基部放一塊單層尼龍布
進行過濾，C錯誤；分離色素時，濾液細線浸入層析液中，色素會溶解于
層析液中，濾紙條上得不到色素帶，會導致色素分離失敗，D錯誤。
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2. （2025·重慶南開中學）下列關于葉綠體的敘述，正確的是（　　）
A. 葉綠體的外膜、內膜極大地擴展了受光面積
B. 葉綠體基質中NADP＋能形成NADPH
C. 類囊體薄膜上的光合色素都可以吸收藍紫光
D. 類囊體薄膜中的酶可催化CO2的固定和還原
解析：　葉綠體擴大受光面積的不是外膜和內膜，而是類囊體薄膜，A錯
誤；NADP＋形成NADPH的場所是類囊體薄膜，B錯誤；類囊體薄膜上的
葉綠素和類胡蘿卜素都能吸收藍紫光，C正確；催化CO2的固定和還原的酶
存在于葉綠體的基質中，D錯誤。
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3. （2025·陜西寶雞高三聯考）如圖甲～丁表示用新鮮菠菜進行“綠葉中
色素的提取和分離”實驗的幾個主要操作步驟，有關敘述錯誤的是（　　）
A. 實驗操作步驟的先后順序是乙→丁→甲→丙
B. 步驟甲為增加濾紙上色素的量需連續畫3至4次濾液細線
C. 步驟乙應向濾液中加入少許碳酸鈣，以防止葉綠素被破壞
D. 步驟丙中的濾紙條上最上面的一條色素帶的顏色是橙黃色
√
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解析：　據圖分析，步驟甲表示畫濾液細線，步驟乙表示提取色素，步
驟丙表示分離色素，步驟丁表示過濾，則實驗操作步驟的先后順序是乙→
丁→甲→丙，A正確；為了增加濾紙上色素的量，需要畫3至4次濾液細
線，但是需要等到上次畫線干了之后進行，不能連續操作，B錯誤；步驟
乙表示提取色素，應向濾液中加入少許碳酸鈣，以防止葉綠素被破壞，C
正確；步驟丙中的濾紙條上最上面一條色素帶是胡蘿卜素，其顏色是橙黃
色，D正確。
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4. （2025·河北唐山模擬）分別在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個研缽中加2 g剪碎的新鮮菠菜綠葉，并按如表所示添加試劑，經研磨、過濾得到3種不同顏色的溶液（深綠色、黃綠色、幾乎無色），則Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個研缽中的溶液顏色分別是（　　）
處理 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
SiO2（少量） ＋ ＋ ＋
CaCO3（少量） － ＋ ＋
無水乙醇（10 mL） ＋ － ＋
蒸餾水（10 mL） － ＋ －
注：“＋”表示添加；“－”表示不添加。
A. 幾乎無色、黃綠色、深綠色 B. 深綠色、幾乎無色、黃綠色
C. 黃綠色、深綠色、幾乎無色 D. 黃綠色、幾乎無色、深綠色
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解析：　由表格可知，研缽Ⅰ中未加入CaCO3，從而導致研磨過程中部分
葉綠素被破壞，因而提取液呈黃綠色；研缽Ⅱ中未加入無水乙醇，色素不
溶于蒸餾水，因此研缽Ⅱ中的溶液幾乎無色；研缽Ⅲ中加入了CaCO3、SiO2
和無水乙醇，未加入蒸餾水，可得到正常的提取液，故溶液呈深綠色。
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5. （2025·遼寧鞍山高三模擬）某興趣小組為了探究光照對綠葉中色素合
成的影響，將韭菜根分別置于光照和黑暗條件下培養，分別發育成韭菜和
韭黃，然后提取和分離二者葉片中的色素，結果如圖所示。下列相關敘述
錯誤的是（　　）
A. 類胡蘿卜素和葉綠素都主要吸收紅光
B. 實驗結果說明無光照或弱光照不會影響類胡蘿卜素的合成
C. 若研磨時未加SiO2，則濾紙條的色素帶中葉綠素的寬度可能
會變窄
D. 海帶通常呈現褐色與其光合色素對光能的捕獲有關
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解析：　類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，A錯誤；兩個實驗條件下類胡蘿卜
素的含量相同，說明無光照或弱光照不會影響類胡蘿卜素的合成，B正
確；SiO2可使研磨更充分，若研磨時未加SiO2，則濾紙條的色素帶中葉綠
素的寬度可能會變窄，C正確；海帶通常呈現褐色與其光合色素對光能的
捕獲有關，D正確。
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6. （2025·河北保定調研）科學家將色素溶液與陽光之間放置一塊三棱
鏡，分別讓不同顏色的光照射色素溶液，得到色素溶液的吸收光譜如圖所
示，①②③代表不同色素。下列說法正確的是（　　）
A. ①在紅光區吸收的光能可轉化為ATP中的化學能
B. ②為藍綠色，③為黃綠色，二者均含有Mg2＋
C. 紙層析法分離色素時，②處于濾紙條最下端
D. 種植蔬菜大棚時可使用藍紫色或紅色的塑料薄膜
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解析：　由圖可知，①是類胡蘿卜素，②是葉綠素b，③是葉綠素a。類
胡蘿卜素不吸收紅光，A錯誤；葉綠素b為黃綠色，葉綠素a為藍綠色，二
者均含有Mg＋，B錯誤；葉綠素b在層析液中的溶解度最低，隨層析液在濾
紙條上擴散的速度最慢，故紙層析法分離色素時，處于濾紙條最下端的是
葉綠素b，C正確；蔬菜大棚使用的塑料薄膜應該是無色透明的，以提高太
陽光中的可見光的利用率，D錯誤。
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7. （2025·江蘇南通調研）科學家希爾發現，在離體葉綠體的懸浮液（有
水，沒有二氧化碳）中加入鐵鹽或其他氧化劑，在光照下可以釋放出氧
氣，該反應被稱為希爾反應。下列相關敘述錯誤的是（　　）
A. 希爾反應模擬的是植物光合作用的光反應階段
B. 希爾證明光合作用釋放的O2中的氧元素全部來自水
C. 該反應證明了氧氣的產生與糖的合成不是同一反應
D. 希爾反應在沒有CO2的情況下仍可以進行一段時間
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解析：　希爾反應是在離體葉綠體的懸浮液（有水，沒有二氧化碳）中
加入鐵鹽或其他氧化劑，在光照下可以釋放出氧氣，其模擬的是光合作用
的光反應階段，鐵鹽或其他氧化劑相當于光合作用光反應中的NADP＋，A
正確；希爾反應說明氧氣的產生是因為水的光解，并沒有研究氧元素的轉
移途徑，魯賓和卡門利用同位素示蹤法證明光合作用產生的氧氣中的氧元
素全部來自水，B錯誤；由題意可知，希爾反應產生氧氣的過程并沒有CO2
的參與，而糖的合成需要原料CO2，所以希爾反應能證明氧氣的產生和糖
的合成不是同一反應，C正確；CO2參與暗反應，暗反應為光反應中
NADPH和ATP的合成提供原料，在沒有CO2的情況下希爾反應可以利用葉
綠體自身儲存的少量原料進行一段時間，D正確。
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8. （2025·河北張家口模擬）1941年，美國科學家魯賓和卡門用同位素示
蹤的方法，研究了光合作用中產生的氧氣的來源，實驗部分過程及結果如
圖所示。下列敘述正確的是（　　）
A. 18O不具有放射性，是穩定的同位素，可用于示蹤物質
運行和變化規律
B. 另一組實驗及結果圖應為：將 O換成H2O，CO2換
成C18O2，其余不變
C. 該實驗的預期結論是光合作用產生的O2中的氧部分來自水
D. 實驗中小球藻的細胞內含有藻藍素和葉綠素，沒有完整的葉綠體
√
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解析：　另一組實驗及結果圖應為：將 O換成H2O、CO2換成C18O2、18O2換成O2，其余不變，B錯誤；該實驗的預期結論是光合作用產生的O2中的氧全部來自水，C錯誤；小球藻是真核生物，具有完整的葉綠體，含有葉綠素和類胡蘿卜素，D錯誤。
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9. （2025·山東學情聯考）在進行綠葉中色素的提取和分離實驗時，取一
圓形濾紙，在濾紙中央滴一滴色素提取液，再滴一滴層析液，將會得到近
似同心的四個色素環，如圖所示。下列說法錯誤的是（　　）
A. 通常提取液呈現綠色是因為葉片中葉綠素的含量比類胡
蘿卜素的高
B. 分離色素時應在通風好的條件下進行
C. 若提取的是缺鎂葉片中的色素，則最外側兩圈色素環的
顏色較淡
D. 最外側兩圈色素環的色素主要吸收藍紫光
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解析：　綠葉所含色素中葉綠素含量多，約占3/4，所以提取液通常呈現綠色，A正確；為減少吸入層析液中有毒性的揮發性物質，分離色素時應在通風好的條件下進行，B正確；鎂是合成葉綠素的原料，若葉片缺鎂，則葉綠素含量少，會使最內側兩圈色素環的顏色較淡，C錯誤；最外側兩圈色素環由外到內依次是胡蘿卜素和葉黃素，主要吸收藍紫光，D正確。
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10. （2025·湖南湘東九校聯考）根據科學家對光合作用的探索歷程部分實
驗的分析，下列有關敘述錯誤的是（　　）
A. 卡爾文運用同位素標記法探究碳循環
B. 魯賓和卡門通過兩組對比實驗證明了光合作用釋放的氧氣來自H2O而不
來源于CO2，并檢測到了具有放射性的18O2
C. 阿爾農的實驗說明ATP的合成總是與水的光解相伴隨
D. 希爾反應中氧化態電子受體變為還原態電子受體，其實質是NADP＋與
H＋結合形成NADPH
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解析： 　卡爾文用14C標記CO2，探明了碳元素在暗反應中的轉移路徑，
A正確；18O是一種穩定同位素，不具有放射性，B錯誤；阿爾農發現光合
作用中葉綠體合成ATP總是與水的光解相伴隨，C正確；希爾反應中氧化態
電子受體變為還原態電子受體，其實質是NADP＋與H＋結合形成NADPH，
D錯誤。
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二、非選擇題
11. （2025·遼寧葫蘆島模擬）德國科學家恩格爾曼利用一種水綿（這種水
綿具有呈螺旋帶狀的葉綠體）研究光對光合作用的效應。他將該種水綿放
在一張載有細菌懸浮液的玻片上，這些細菌會移往氧濃度高的區域。觀察
細菌在不同光照下的分布情況，結果如圖所示：
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（1）描述B情況下細菌的分布情況： ；如此分
布是因為光合作用釋放的什么物質？ 。
解析： 根據題圖分析可知，B情況是在白光下，葉綠體受光均勻，進行光合作用釋放了O2，且各部分產氧量相等，需氧細菌集中在螺旋帶狀葉綠體周圍。
細菌集中在葉綠體周圍
O2
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（2）該實驗證實了光合作用的場所是 ，吸收光能的色素和催
化反應的酶分別分布在 、
。
解析： 根據題圖分析可知，通過螺旋帶狀的葉綠體與需氧細菌的關
系，該實驗證實了光合作用的場所是葉綠體。光合作用的光反應階段在葉
綠體的類囊體薄膜上進行，暗反應階段在葉綠體的基質中進行，因此吸收
光能的色素分布在葉綠體的類囊體薄膜上，而酶有的分布在類囊體膜上，
有的分布在葉綠體的基質中。
葉綠體
葉綠體的類囊體薄膜上
葉綠體的類囊體膜
上和葉綠體的基質中
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（3）恩格爾曼進行裝置C的實驗，其目的是
。
解析：根據題圖分析可知，在C實驗中的自變量是光質，其目的是探究不同顏色的光對光合作用的影響。
（4）在 光區的細菌特別多。
解析：吸收光能的色素中，葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，因此紅光和藍紫光區產生O2較多，聚集的細菌也特別多。
探究不同顏色的光對光合作
用的影響
紅光和藍紫
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