2022-2023版高中生物第三章细胞的代谢第五节光合作用第1课时学案浙科版必修1 知识内容学考要求选考要求光合作用的概念、阶段、场所和产物bb色素的种类、颜色和吸收光谱aa活动：光合色素的提取和分离bb学习导航(1)概述光合作用的基本内容2)通过活动“光合色素的提取与分离”，说出叶绿体中色素的提取和分离方法及其性质①外膜，②内膜，③基粒(由类囊体构成)，④基质3)光合作用的总方程式：6CO2＋12H2OC6H12O6＋6H2O＋6O24)光合作用中光反应与碳反应的关系图解归纳总结1．叶绿体的结构和功能(1)[①]外膜和[②]内膜使其内部结构与细胞溶胶分开，保证了叶绿体相对独立地进行代谢活动2)由[③]类囊体堆叠而成[④]基粒，增大了受光面积3)[③]类囊体的光合膜上分布着能够吸收、传递和转化光能的色素4)[⑤]叶绿体基质中还含有少量的DNA和RNA5)叶绿体的功能：在类囊体膜(光合膜)和叶绿体基质中分布着与光合作用有关的酶，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所2．光合作用过程模型例1 下列说法正确的是( )A．能合成有机物的生物就是自养生物B．与光合作用有关的酶分布于叶绿体的类囊体和基质中C．光合作用是细胞呼吸的逆反应D．植物细胞都有叶绿体，叶绿素分布于叶绿体的外膜和内膜上答案 B解析 异养生物也能把小分子有机物合成大分子有机物，因此能把无机物合成有机物的生物才是自养生物；光合作用是多个反应的总和，不是细胞呼吸的逆反应；不是所有的植物细胞都有叶绿体，叶绿体中的叶绿素分布于叶绿体的类囊体膜上；与光合作用有关的酶分布于叶绿体的类囊体和基质中，B正确。
思维启迪 (1)大多数生物活细胞所需能量最终来源于太阳光能2)光合作用和细胞呼吸的场所不同，都是分许多步骤进行的，不是完全相反的过程3)线粒体内膜是向内腔折叠形成“嵴”来扩大膜面积；叶绿体是形成了类囊体来扩大膜面积4)光合作用释放的氧气全部来源于水例2 如图为叶绿体结构示意图，下列叙述不正确的是( )A．1具有选择透性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解析 叶绿体是由双层膜构成的，它们具有选择透性；吸收光能的色素分布在类囊体膜上；与光合作用有关的酶分布在基粒上和基质中二、叶绿素和其他色素1．叶绿体中的色素(1)分布：在类囊体的膜上(叶绿体基粒上)2)种类2．色素颜色与光的关系：其中叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，几乎不吸收绿光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光3．色素的功能：吸收、传递和转化光能4．色素与叶片的颜色(1)生长旺盛时，叶片颜色为绿色，类胡萝卜素的颜色常被叶绿素掩盖2)深秋时，叶片变黄色，原因是气候变冷，叶绿素的合成速度变慢或停止，类胡萝卜素的颜色显露出来归纳记忆 叶绿体中的色素与吸收光谱(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吸收量大，对其他可见光并非不吸收，只是吸收量较少例3 如图为用分光光度计测定叶片中两类色素吸收不同波长光波的曲线图，请判定A和B分别为何种色素( )A．叶绿素、类胡萝卜素 B．类胡萝卜素、叶绿素C．叶黄素、叶绿素a D．叶绿素a、叶绿素b答案 A解析 叶绿素能吸收短波的蓝紫光和长波的红光，类胡萝卜素主要吸收短波的蓝紫光例4 下列关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是( )A．叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中B．构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收C．通常，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于叶绿素合成受阻引起的答案 C解析 叶绿体中的色素能够溶解在包括乙醇在内的有机溶剂中，A正确；镁作为细胞中的无机盐，可以由植物的根从土壤中吸收，进而参与叶绿素的合成，B正确；一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光，可见光不包括红外光和紫外光，C错误；叶绿素的合成需要光，黑暗中生长的植物幼苗，因没有光照而导致叶绿素合成受阻，使类胡萝卜素的颜色显现出来，因而叶片呈黄色，D正确。
三、光合色素的提取与分离1．原理(1)提取原理：绿叶中的光合色素能溶解在有机溶剂95%的乙醇中2)分离原理：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．实验流程提取色素：新鲜叶片烘干粉碎后，取2 g放入研钵中加入少量SiO2、CaCO3和2～3 mL 95%的乙醇→放入研钵→研磨→过滤→收集到试管内并塞紧管口↓制备滤纸条↓画滤液细线↓色素分离观察结果：滤纸条上色素带有四条实验点拨 1．实验中的注意事项及操作目的项目操作过程操作目的提取色素选取新鲜绿色的叶片使滤液中色素含量高将新鲜的菠菜叶烘干、粉碎成干粉，研磨时加入2～3 mL 95%的乙醇溶解叶片中的色素研磨时加入少许的二氧化硅和碳酸钙研磨充分和保护叶绿素迅速充分研磨防止溶剂挥发并充分溶解色素盛放滤液的小试管口加棉塞防止色素分子被氧化分离色素滤纸条预先干燥处理使层析液在滤纸条上的扩散速度快滤纸条的一端剪去两角防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快滤液细线要细、齐、直使分离的色素带平齐，不重叠滤液细线干燥后重复画3～4次使分离的色素带清晰便于观察滤液细线不能触及层析液防止色素直接溶解到烧杯内的层析液中2.滤纸条上色素的分布和对光的吸收例5 (2018·浙江学军中学模拟)为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。
下列叙述正确的是( )A．强光下的幼苗相比正常光照下的绿色更深B．强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成C．四种色素在层析液中溶解度大小是I<Ⅱ<Ⅲ<ⅣD．色素分离过程中如果滤液线触及石油醚，会缩短得到四条色素带的时间答案 B解析 根据题图来看：强光照和正常光照相比，明显叶绿素含量降低，类胡萝卜素含量增加，可见强光照可抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成，A错误、B正确；四种色素在层析液中溶解度大小是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ，C错误；色素分离过程中如果滤液线触及石油醚，色素会溶解在层析液中，D错误例6 (2018·绍兴模拟)如图是利用新鲜菠菜叶进行“光合色素的提取和分离”活动时得到的结果，出现该实验结果的原因可能是( )A．用70%乙醇作为提取液B．研磨时未加SiO2C．研磨时未加CaCO3D．分离时层析液液面高于滤液细线答案 C解析 提取叶绿体中的色素用的是无水乙醇，如果70%乙醇作为提取液，则各种色素的含量都会减少，可是图示胡萝卜素和叶黄素含量都不低，A错误；如果研磨时未加SiO2，那么各种色素的含量都会减少，与图示不符，B错误；图示叶绿素a和叶绿素b含量相对较少，产生此结果最可能是研磨时未加入CaCO3，导致部分叶绿素被破坏，C正确；若分离时层析液液面高于滤液细线，色素就会溶解在层析液中，就不会得到色素带，D错误。
易错警示 绿叶中色素的提取和分离实验的异常现象分析(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏2)滤纸条色素带重叠：滤液细线画的过粗3)滤纸条看不见色素带①忘记画滤液细线②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中1．关于下列生物的叙述，正确的是( )A．自养生物都是真核生物B．异养生物都是动物C．能进行细胞呼吸的生物是异养生物D．能进行光合作用的生物是自养生物答案 D解析 自养生物不都是真核生物，如蓝细菌；异养生物不都是动物，如酵母菌；自养生物和异养生物都能进行细胞呼吸；能进行光合作用的生物是自养生物2．下列关于叶绿体基粒的说法中，正确的一组是( )①每个叶绿体基粒含有几个到几十个类囊体 ②基粒的膜上有进行光合作用的色素 ③基粒附着在内膜的突起——嵴上 ④光合作用有关的酶全都分布在基粒上A．①② B．③④ C．①③ D．②④答案 A解析 叶绿体中的基粒是由几个或几十个类囊体堆叠形成的结构；光合作用有关的酶不仅分布在基粒上，而且还分布在叶绿体基质中。
3．关于叶绿素提取的叙述，错误的是( )A．菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料B．加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏C．用乙醇提取的叶绿体色素中无胡萝卜素D．研磨时加入石英砂可使叶片研磨更充分答案 C解析 叶绿体中的四种色素包括胡萝卜素，均溶于无水乙醇，C项错误；菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料，研磨时加入SiO2(石英砂)可使叶片研磨更充分；加入少许CaCO3避免叶绿素被破坏4．在“光合色素的提取与分离”实验中，正确的操作顺序应该是( )A．进行纸层析——制取滤液——在滤纸条上画线——将实验材料研磨B．制取滤液——进行纸层析——在滤纸条上画线——取滤液——再画线C．将实验材料剪碎、研磨——在滤纸条上画线——制取滤液——进行纸层析D．将实验材料剪碎、研磨——制取滤液——在滤纸条上画线——进行纸层析答案 D解析 首先应是提取色素，排除A项；制备滤液时，需要先将实验材料剪碎、研磨，故答案为D5．下面是“绿叶中色素的提取和分离”实验的部分材料和用具据图回答：(1)图中步骤①加入研钵内的物质为：A 10 mL，作用是 ；B 少许，作用是使研磨充分；C 少许，作用是 。
2)图中步骤②将研磨液倒入漏斗中，漏斗基部放有 3)图中步骤③剪去两角的作用是 ，画滤液细线的要求是 4)图中步骤④中加盖的目的是 ；色素带最宽的是 ，扩散速度最快的是 答案 (1)95%的乙醇 溶解色素 二氧化硅 碳酸钙 防止色素被破坏 (2)单层尼龙布 (3)防止色素带扩散不整齐 细、齐、直 (4)防止层析液挥发 叶绿素a 胡萝卜素解析 (1)研磨时需要加入3种物质：10 mL 95%的乙醇，作用是溶解色素；二氧化硅可以增大摩擦力，使细胞和叶绿体破碎以便充分研磨；细胞研磨破碎后，会溢出有机酸，为防止叶绿素被破坏，研磨时需要加入少许碳酸钙来中和有机酸2)过滤研磨液时，漏斗基部通常使用单层尼龙布而不能用滤纸，因为色素可吸附在滤纸上3)剪去滤纸两角的作用是防止两边色素扩散过快。
画滤液细线的要求是细、齐、直4)4种色素在层析液中溶解度不同导致各种色素在滤纸条上的扩散速度不同，从而达到分离色素的目的由于层析液有毒，且可以挥发，所以要加盖色素带的宽度不同是由各种色素含量不同造成的，且色素的含量越多，色素带越宽一般植物叶片中叶绿素a含量最多，所以叶绿素a的色素带最宽[基础达标]1．对绿色植物光合作用最有效的一组光是( )A．红光和黄绿光 B．黄光和蓝紫光C．红光和橙光 D．红光和蓝紫光答案 D解析 叶绿体中色素吸光的状况为叶绿素主要吸收红光、蓝紫光，胡萝卜素、叶黄素主要吸收蓝紫光，故红光、蓝紫光对光合作用最有效2．关于叶绿体中色素的提取和分离实验的操作，正确的是( )A．使用定性滤纸过滤研磨液B．将干燥处理过的定性滤纸条用于层析C．在划出一条滤液细线后紧接着重复划线2～3次D．研磨叶片时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素答案 B解析 色素易被滤纸吸附，故用单层尼龙布过滤研磨液，A错误；每次重复画色素滤液细线时，都需等干燥后再进行，C错误；由于叶绿体中的色素不溶于水，因此研磨叶片时需用体积分数为95%的乙醇溶解色素，D错误3．在进行“绿叶中色素提取和分离”的实验时，不让层析液没及滤液细线的原因是( )A．滤纸上几种色素会扩散不均匀而影响实验结果B．滤纸上的滤液细线会变粗而使色素太分散C．色素会溶解在层析液中而使实验失败D．滤纸上的几种色素会混合起来不分散答案 C解析 叶绿体中的各种色素能够溶于有机溶剂，若在层析时，层析液没及滤纸条上的滤液细线，色素就会溶解在层析液中，导致层析后得不到色素带。
4．把一株牵牛花在黑暗中放置一昼夜，然后利用下图装置进行实验该实验不能用于验证( )A．光合作用需要CO2 B．光合作用能产生O2C．光合作用需要光 D．光合作用需要叶绿体答案 B解析 分析题图可知，铝箔可遮光，NaOH可吸收CO2，“白色”与“绿色”部分的单一变量为有无叶绿体，故该装置可用于验证光合作用是否需要CO2、是否需光、是否需叶绿体，但不能用于验证是否能产生O25.如图是纸层析法分离叶绿体中色素的装置图，层析后会得到不同的色素带，在暗室内用红光照射四条色素带，可以看到较暗的是( )A．①② B．②③C．③④ D．①④答案 C解析 四条色素带自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b，其中胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，用红光照射，叶绿素a和叶绿素b吸收红光较多，因此③、④呈暗色6．某同学从杨树叶片中提取并分离得到4种色素样品，经测定得到下列吸收光谱图，其中属于叶绿素b的吸收光谱的是(注：纵坐标为吸收光能的百分比)( )答案 A解析 植物叶绿体中的色素分为叶绿素和类胡萝卜素，其中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，400～500 nm为蓝紫光区，600～700 nm为红光区，所以答案为A。
[能力提升]7．(2018·金华检测)下列关于光合膜与光合色素的说法，正确的是( )A．原核生物细胞中没有光合膜B．含有光合色素的生物膜有类囊体膜、质膜和液泡膜C．Mg是组成光合色素的必需元素D．叶绿体中含有多种黄色、橙色和红色的色素，合称类胡萝卜素答案 D解析 原核生物细胞中也有光合膜，质膜、液泡膜中不含光合色素，Mg是叶绿素的必需元素，胡萝卜素、叶黄素中不含Mg8．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．叶绿体中的色素都分布在类囊体膜上，酶都分布在基质中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层脂双层答案 D解析 叶绿体内的类囊体堆叠形成基粒，扩大了细胞内的膜面积，这与线粒体不同叶绿体中的色素都分布在类囊体膜上；酶在类囊体膜和叶绿体基质中都有分布叶绿体的功能受细胞核和叶绿体本身调控线粒体产生的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层脂双层9．现有四个实验装置，若要验证绿色开花植物产生O2需要光和验证O2是否由绿色植物释放，则应选用的实验组合分别是( )A．①②和①③ B．②③和①② C．②④和①③ D．②③和③④答案 B解析 要验证绿色开花植物产生O2需要光，那么在该实验中的自变量是有无光照，实验组和对照组的其他无关变量都应该控制相同且适宜，如植物的种类、数量等，所以选择②③做对照。
在验证O2是否由绿色植物释放的实验中，自变量是绿色植物，因此应该选择①②做对照10．关于光合色素提取和分离实验的叙述，正确的是( )A．菠菜绿叶可被用作色素提取的材料，在使用前用清水浸泡清洗提取效果会更好B．加入少许CaCO3能避免类胡萝卜素被破坏C．色素分离的原理是色素易溶解于层析液D．用某一叶黄素缺失突变体水稻叶片进行实验，分离色素时(从上往下)第2条色带缺失答案 D解析 由于色素不溶于水，所以不能将绿叶用水进行浸泡清洗，否则会降低色素在提取液中的含量，A错误；加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏，B错误；色素分离的原理是绿叶中的各色素在层析液中的溶解度不同，从而随层析液在滤纸上扩散速度不同，C错误；用某一叶黄素缺失突变体水稻叶片进行实验，分离色素时(从上往下)第2条色带缺失，D正确11．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下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为( )甲乙丙丁95%的乙醇－＋＋＋水＋－－－CaCO3＋＋－＋SiO2＋＋＋－ A．①②③④ B．②④①③C．④②③① D．③②①④答案 B解析 色素提取中，SiO2可使研磨充分，CaCO3可保护叶绿素免受破坏，95%的乙醇用于溶解色素，色素不溶于蒸馏水。
因此，甲同学不能提取出色素；乙同学操作符合要求，提取的色素多；丙同学在提取色素时，因未加入CaCO3，叶绿素会部分被破坏而导致含量减少，色素带变窄，而类胡萝卜素受影响较小，色素带几乎无变化；丁同学因未加入SiO2而导致提取不充分，分离时各色素带都变窄12．如图是20世纪40年代美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究光合作用的示意图他们用氧的同位素(18O)分别标记H2O和CO2，使它们分别成为HO和C18O2，然后按示意图做实验请对实验作出必要说明1)在小球藻进行光合作用过程中，向第一组提供的物质是 和 ；向第二组提供的物质是 和 ；向两组共同提供的是 2)图中a和b分别代表 和 3)这个实验说明了 答案 (1)H2O C18O2 HO CO2 光能和小球藻(2)O2 18O2 (3)光合作用产生的氧气中的氧全部来自水解析 提供给第一组的物质是H2O和C18O2，提供给第二组的是HO和CO2。
向两组共同提供的是光能、小球藻虽然向每组提供的水和二氧化碳都含有氧，但通过同位素的不同标记，使光合作用释放出的氧气为a和b两种两位科学家的实验结果是a为O2，而b为18O213．实验测得小麦在不同波长的光照下光合速率的变化和小麦植株中叶绿素a对不同波长光线的相对吸收量，根据实验数据制成如图所示的曲线图请据图完成下列问题：(1)从图中可看出叶绿素a主要吸收 光和 光2)在波长为450 nm光照下的产糖速率比在波长为700 nm光照下的速率 ；在波长为425 nm光照下的氧气释放速率比在波长为650 nm光照下的速率 3)在波长为750 nm到800 nm光照下的光合速率为零，其最可能的原因是 答案 (1)红 蓝紫 (2)高 低 (3)叶绿素a不吸收该波段的有色光解析 (1)由图可知，叶绿素a主要吸收蓝紫光和红光2)从图中的光合速率曲线可知，在波长为450 nm光照下的光合速率比在波长为700 nm光照下的高，故前者的产糖速率比后者高。
又因为在波长为425 nm光照下的光合速率比在波长为650 nm光照下的低，故前者氧气的释放速率比后者低3)在波长为750 nm到800 nm光照下，叶绿素a对光吸收量为零，导致光合速率也为零，说明叶绿素a不吸收该波段的有色光。