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第12 课时 捕获光能的色素和结构及光合作用原理的探索
考点一 捕获光能的色素和结构
1．绿叶中色素的提取和分离
归纳总结 实验结果异常现象分析
2．色素的分布和作用
(1)分布：叶绿体类囊体薄膜上。
(2)作用：吸收、传递、转化光能。
(3)吸收光谱：一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。叶绿素对红光和蓝紫光的吸
收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。
教材隐性知识 源于必修1 P99“图5－12”“旁栏思考”及P101“拓展应用”
(1)可见光的波长是400～760 nm，由 P99“图5－12”可知，一般情况下，光合作用所利用
的光都是可见光。
(2)水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收多，即达到深水层的光线是短波长的光，海洋
中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、
中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？
提示 这种现象与光能的捕获有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光，藻类本身的颜色是
它们“反射”的光所形成的。
3．叶绿体的结构和功能
点拨 恩格尔曼实验设计的4 点巧妙之处
(1)实验材料选得妙：实验材料选择水绵和需氧细菌。水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察；
利用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。
(2)排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境，排除了空气中氧气和光的干扰。
(3)观测指标设计得妙：用极细的光束点状投射，叶绿体上可分为获得光照多和光照少的部
位，相当于一组对照实验。
(4)实验对照设计得妙：进行黑暗(局部光照)和曝光对照实验，明确实验结果完全是由光照引
起的。
(1)氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素(2023·全国乙，2)( √ )
(2)叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢(2023·全国乙，
2)( × )
提示 叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越快。
(3)某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，研磨时用水补充损失的提取液(2024·
广东，3)( × )
提示 光合色素溶于有机溶剂，提取液为无水乙醇。
(4)某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，将两组滤纸条置于同一烧杯中层析，
用过的层析液直接倒入下水道(2024·广东，3)( × )
提示 由于滤纸条不会相互影响，层析液的成分相同，两组滤纸条可以置于同一个烧杯中层
析；用过的层析液含有石油醚、丙酮和苯，不能直接倒入下水道。
(5)分离菠菜叶中的色素时，因层析液有挥发性，需在通风好的条件下进行(2025·黑吉辽蒙，
11)( √ )
考向一 捕获光能的色素和结构
1．(2025·山东，13)“绿叶中色素的提取和分离”实验操作中要注意“干燥”，下列叙述错
误的是( )
A．应使用干燥的定性滤纸
B．绿叶需烘干后再提取色素
C．重复画线前需等待滤液细线干燥
D．无水乙醇可用加入适量无水碳酸钠的95%乙醇替代
答案 B
解析 本实验中，滤纸条是进行色素层析的载体，实验台上的水分、手上的水分、潮湿的空
气等都会影响滤纸的含水量，如果滤纸条不干燥，会影响层析速度和效果，故应使用干燥的
定性滤纸，A 正确。实验中一般用新鲜的绿叶直接提取光合色素，而不用干燥的绿叶，因为
绿叶干燥过程中可能会影响叶绿素的结构，导致层析条带异常，B 错误。为了去除光合色素
提取液中的少量水分，避免水分影响层析效果，画滤液细线时要等待滤液干后重画1～2 次，
以避免色素提取液中的水分影响层析结果；同时滤液干后再重画细线可以避免画线条带太宽，
影响层析分离效果，C 正确。实验室没有无水乙醇时，可以用95%乙醇加入适量无水碳酸钠
来代替，无水碳酸钠可以吸收95%乙醇中的水分，D 正确。
2．(2025·信阳期末)如图是绿色植物和藻类中常见的光合色素吸收光谱。某同学使用长条滤
纸，以石油醚∶丙酮＝9∶1 为层析液进行光合色素纸层析分离实验中，分别计算甲、乙、
丙三种色素的Rf 值(Rf 值＝)，Rf 值由大到小依次为( )
A．甲、丙、乙
B．丙、乙、甲
C．乙、丙、甲
D．甲、乙、丙
答案 C
解析 分析题图不同色素的吸收光谱，甲、乙、丙分别为叶绿素b、类胡萝卜素、叶绿素
a。类胡萝卜素在层析液中溶解度最大，因而上升的距离最大，Rf 值最大，其次为叶绿素
a，再次为叶绿素b，所以Rf 值由大到小依次为乙、丙、甲，C 正确。
考向二 叶绿素合成的问题分析
3．请回答下列关于叶绿素合成的问题。
(1)(2022·湖南，17 节选)将纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床，作为种子萌发
和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8～10 μmol/(s·m2)时，固定的CO2量等于呼吸
作用释放的CO2量；日照时长短于12 小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表
面消毒，浸种1 天后，播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中，保湿透气，昼/夜温为35
℃/25 ℃，光照强度为2 μmol/(s·m2)，每天光照时长为14 小时。在此条件下，该水稻种子
__________(填“能”或“不能”)萌发并成苗(以株高≥2 厘米，至少1 片绿叶视为成苗)，理
由是________
_______________________________________________________________________________
。
(2)(2024·湖南，17 节选)钾是植物生长发育的必需元素，主要生理功能包括参与酶活性调节、
渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明，缺钾导致某种植物的气孔导度下降，
使CO2通过气孔的阻力增大；Rubisco 的羧化酶(催化CO2的固定反应)活性下降，最终导致
净光合速率下降。长期缺钾导致该植物的叶绿素含量________，从叶绿素的合成角度分析，
原因是____________________________________________________________(答出两点即可)。
(3)(2022·辽宁，22 节选)浒苔是形成绿潮的主要藻类。绿潮时浒苔堆积在一起，形成大量的
“藻席”，造成生态灾害。为研究浒苔疯长与光合作用的关系，进行如下实验：
测定三个样品的叶绿素含量，结果见表。
样品
叶绿素a/(mg·g－1)
叶绿素b/(mg·g－1)
上层
0.199
0.123
中层
0.228
0.123
下层
0.684
0.453
数据表明，取自“藻席”下层的样品叶绿素含量最高，这是因为______________________。
答案 (1)能 种子萌发形成幼苗的过程中，消耗的能量主要来自种子胚乳中储存的有机物，
且光照有利于叶片叶绿素的形成 (2)减少 缺钾会使叶绿素合成相关酶的活性降低；缺钾
会影响细胞的渗透调节，进而影响细胞对Mg、N 等元素的吸收，使叶绿素合成减少 (3)下
层阳光少，需要大量叶绿素来捕获少量的阳光
归纳总结 影响叶绿素合成的三大因素
考点二 光合作用原理的探索
探索光合作用的部分实验
点拨 (1)希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，原因是水的光解实验
是在没有CO2的情况下进行的，没有碳参与反应，而糖的合成需要碳的参与。
(2)鲁宾和卡门的实验以及卡尔文的实验都用到了同位素标记法。
(3)同位素标记法中使用的同位素不都具有放射性，如18O 就没有放射性；而14C 有放射性，
可被追踪检测。
暗反应中碳的转化和去向研究
得益于纸层析法的发明和放射性同位素的研究，卡尔文及其同事用14CO2饲养单细胞小球藻，
观察光合作用过程中碳的转化和去向，从而揭示了光合作用暗反应的过程。如图为卡尔文等
研究的主要流程，请回答下列问题：
(1)卡尔文等人用沸腾的乙醇杀死细胞，目的是终止反应，提取有机物。
(2)随后通过双向纸层析分离小球藻中的有机物。对代谢物纸层析的原理是在层析液中溶解
度越大的物质，在滤纸上扩散得越快，反之则越慢。
(3)光照下卡尔文给小球藻培养液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。
实验发现，仅仅30 s 的时间，放射性代谢产物多达几十种，缩短时间到7 s，发现放射性代
谢产物减少到12 种。如果要探究CO2转化成的第一个产物是什么，可能的实验思路是不断
缩短光照时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有一种放射性代谢
产物，该物质即为
CO
2转化成的第一个产物。
(4)如图为小球藻同化14CO2不同时间的放射自显影图。根据实验结果请对“尿苷二磷酸葡萄
糖、磷酸丙糖、PGA(C3)”三种物质出现的先后顺序进行排序：PGA
→
磷酸丙糖
→
尿苷二磷
酸葡萄糖。
考向三 光合作用原理的探究
4．小球藻是常用的光合作用实验材料。请回答下列问题：
(1)小球藻可进行叶绿体分离实验，将小球藻暗处理24 小时，置于研钵中，研磨前加入适量
的0.35 mol/L NaCl 溶液和pH 为7.8 的缓冲液；研磨后进行________________，得到离体的
叶绿体悬液。实验中NaCl 溶液的作用是______________。暗处理是为了消耗淀粉，防止离
心时淀粉颗粒使____________。
(2)20 世纪40 年代，卡尔文及其同事进行如下实验：向小球藻悬浮液中通入14CO2→用14CO2
同化处理不同的时间→用沸腾的酒精处理→蒸发浓缩→双向纸层析→放射自显影。其中同化
5 s 和同化30 s 的层析结果分别如图1 所示(注：图中阴影面积越大、颜色越深，表示放射性
物质越多)。为了确定光合作用暗反应中固定CO2所形成的第一种化合物，应进一步进行的
实验处理是____________________。
(3)卡尔文对C3的分子结构进行分析后发现，形成的C3中只有一个碳原子带有放射性，另外
两个碳原子则不带放射性，这说明C3不是由3 个14CO2生成的，而是由一个14CO2和其他物
质结合生成的(X 物质＋CO2→C3)。为了进一步探究14CO2和什么物质结合生成C3，卡尔文在
反应中将1%浓度的14CO2突然降低到0.003%浓度检测部分物质的含量变化，结果如图2 所
示
。
据
图
分
析
，
这
个
X
物
质
是
______
，
判
断
依
据
是
____________________________________
_______________________________________________________________________________
。
答案 (1)过滤和离心 维持渗透压 叶绿体破裂 (2)缩短小球藻利用14CO2 同化的时间
(3)RuBP(C5) 当CO2浓度突然下降时，C5即刻呈现上升趋势，随后随着C3含量下降而下降
直到同步稳定
解析 (1)研磨后要进行过滤和离心，通过过滤去除杂质，离心将叶绿体分离出来得到离体
的叶绿体悬液。实验中 NaCl 溶液的作用是维持渗透压，保持叶绿体的正常形态。暗处理
是为了消耗淀粉，防止离心时淀粉颗粒使叶绿体受损伤。(2)从图中可以看出，在同化5 s 的
层析结果中，具有放射性的物质不止一种，为了确定光合作用暗反应中固定CO2所形成的第
一种化合物，应进一步进行的实验处理是缩短小球藻利用14CO2同化的时间，观察放射性最
先出现在哪种化合物中。
一、基础排查
1．判断下列关于绿叶中色素的提取和分离的叙述
(1)在绿叶中色素的提取和分离实验中，无水乙醇的作用是提取和分离色素( × )
提示 无水乙醇的作用是溶解(提取)色素，需用层析液分离色素。
(2)二氧化硅的作用是防止研磨过程中色素被破坏，碳酸钙的作用是有助于研磨充分( × )
提示 二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏。
(3)绿叶中色素的提取和分离实验中，用单层滤纸过滤研磨液以提高色素纯度( × )
提示 用滤纸过滤会造成色素附着在滤纸上，导致提取的色素含量减少。
(4)为使色素带清晰，画滤液细线后需紧接着重复画线( × )
提示 在画出一条滤液细线后，待滤液干后再重复画线。
(5)滤液细线应该触及层析液，便于色素的溶解和分离( × )
提示 层析分离时必须确保滤液细线不触及层析液，防止色素溶解在层析液中。
(6)胡萝卜素含量最少，但在层析液中的溶解度最高( √ )
(7)蓝绿色的色素带最宽，是因为叶绿素b 的含量最多( × )
提示 蓝绿色的色素带最宽，是因为叶绿素a 的含量最多。
2．判断下列有关捕获光能的色素以及叶绿体的结构和功能的叙述
(1)胡萝卜素和叶黄素主要吸收红光和蓝紫光( × )
提示 胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
(2)如果植物缺少镁，则只有蓝紫光的吸收会受到影响( × )
提示 如果植物缺少镁，则叶绿素合成减少，会减少对红光和蓝紫光的吸收。
(3)叶绿体中只有叶绿素吸收的光能才能用于光合作用( × )
提示 叶绿素a 吸收的光能直接参与光反应，叶绿素b、类胡萝卜素吸收的光能不能直接用
于光反应，但是会传递给叶绿素a 使用，从而用于光合作用。
(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( × )
提示 植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体反射了绿光。
(5)叶绿体具有双层膜结构，捕获光能的色素位于叶绿体内膜上( × )
提示 叶绿体中捕获光能的色素位于类囊体薄膜上。
(6)恩格尔曼实验中用水绵作实验材料是因为其叶绿体呈椭球形便于观察( × )
提示 水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察。
(7)恩格尔曼实验中实验材料先放在没有空气的黑暗环境中以排除氧气和光的干扰( √ )
3．判断下列关于光合作用的探索实验的叙述
(1)恩格尔曼通过实验发现，光合作用时叶绿体主要吸收红光和蓝紫光( √ )
(2)希尔运用同位素标记法证明了叶绿体在光下可释放出氧气( × )
提示 希尔发现，在离体的叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下可以释放氧气，
该实验没有采用同位素标记法。
(3)希尔反应可以证明水的光解产生的O2全来自水( × )
提示 希尔反应实验仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气，并没
有直接观察到氧元素的转移途径。
(4)希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应( √ )
(5)鲁宾和卡门通过实验证明了光合作用释放的氧气全部来自水( √ )
(6)阿尔农发现叶绿体合成ATP 的过程总是伴随着水的光解( √ )
(7)卡尔文用荧光标记法探明了CO2中的碳如何转移到有机物中( × )
提示 卡尔文用放射性同位素标记法探明了CO2中的碳如何转移到有机物中。
二、要语必背
1．(必修1 P98)用无水乙醇提取绿叶中的色素的原理是色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。
2．(必修1 P98)用纸层析法分离色素的原理是不同的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。
3．(必修1 P99)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。
4．叶绿体是进行光合作用的场所。在类囊体薄膜上分布着许多吸收光能的色素分子，在类
囊体薄膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。
5．希尔的实验说明水的光解产生氧气，并且说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，
因为希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有CO2。
课时精练
[分值：100 分]
[1～8 题，每题5 分；9～13 题，每题6 分。共70 分]
一、选择题
1．(2024·贵州，3)为探究不同光照强度对叶色的影响，取紫鸭跖草在不同光照强度下，其他
条件相同且适宜，分组栽培，一段时间后获取各组光合色素提取液，用分光光度法(一束单
色光通过溶液时，溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比)分别测定每组各种光合色素含量。
下列叙述错误的是( )
A．叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素
B．分离提取液中的光合色素可采用纸层析法
C．光合色素相对含量不同可使叶色出现差异
D．测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段
答案 D
解析 研磨叶片时，加入二氧化硅有助于研磨充分，加入碳酸钙可以防止色素被破坏，A 正
确；由于不同色素在层析液中的溶解度不同，因此在滤纸上的扩散速度不同，从而达到分离
的效果，即纸层析法，B 正确；叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收蓝紫光，所以不能用蓝紫光
波段测定叶绿素含量，D 错误。
2．(2023·江苏，12)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验的叙述，合理的是( )
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．用红色苋菜叶进行实验可得到5 条色素带，花青素位于叶绿素a、b 之间
答案 B
解析 用有机溶剂提取色素时，碳酸钙主要是为了防止酸性物质对叶绿素的破坏，A 不合理；
若连续多次重复画滤液细线，色素会随溶剂无水乙醇扩散，滤液细线变粗，纸层析后色素带
容易重叠，B 合理；该实验提取和分离色素的方法只能粗略比较不同色素的相对含量大小，
不能测定绿叶中各种色素的具体含量，C 不合理；红色苋菜叶的红色主要是花青素导致的，
花青素能溶解于水、乙醇等极性溶剂，而难溶于非极性有机溶剂，因此叶片中的花青素可以
被无水乙醇提取出来，但滤液线中的花青素不会随着丙酮、苯、石油醚等非极性层析液在滤
纸条上扩散，D 不合理。
3．(2026·河南华师联盟联考)某中学学生做“绿叶中色素的提取和分离”实验时，用层析液
分离菠菜中的色素。下列叙述正确的是( )
A．提取色素时，加入SiO2可维持研磨液pH 的稳定
B．分离色素时，加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏
C．若采用圆形滤纸法分离色素，则最外圈的颜色为橙黄色
D．连续多次(5～6 次)重复画滤液细线可积累更多的色素，使实验结果更清晰
答案 C
解析 加入SiO2是为了研磨充分，A 错误；提取色素时，加入碳酸钙是为了防止研磨中色
素(叶绿素)被破坏，B 错误；若采用圆形滤纸法分离色素，溶解度越大扩散越远，则最外圈
为胡萝卜素，其颜色为橙黄色，C 正确；画滤液细线时，等滤液干后再画1～2 次，若连续
多次重复画滤液细线虽可积累更多的色素，但会造成滤液细线过宽，易出现色素带重叠，D
错误。
4．(2025·湖北名校联盟联考)某兴趣小组利用色素的提取和分离技术，设计实验验证：光照
会影响韭菜叶绿素的合成，但不会影响类胡萝卜素的合成。下列叙述错误的是( )
A．提取色素时加入碳酸钙是为了避免色素被破坏
B．将暗处生长的韭菜幼苗等分为两组，一组光照，一组暗处理
C．分离色素时滤液细线不能触及层析液，否则色素会被溶解
D．暗处理组比光照组色素带窄，缺少自下而上的第3、4 条色素带
答案 D
解析 在提取绿叶中的色素时加入碳酸钙的主要目的是中和细胞内的有机酸，从而保护色素
分子不被降解，A 正确；根据实验目的可知实验的自变量是光照条件(有无光照)，将暗处生
长的韭菜幼苗等分为两组，一组光照、一组暗处理，符合实验目的，B 正确；若触及层析液，
滤液细线中的各种光合色素会直接溶解到层析液中，而非通过毛细作用缓慢沿滤纸上升并分
离，C 正确；叶绿素的合成需要光，叶绿素a、叶绿素b 分别是自上而下的第3、4 条色素带
暗处理组缺少的是自上而下的第3、4 条色素带，D 错误。
5．如图所示为测定新鲜菠菜叶片中提取的色素的吸收光谱，下列叙述正确的是( )
A．吸收光谱中红光和蓝紫光区域较为明亮，绿光区域较暗
B．提取的色素放置一段时间后实验效果变差，主要原因是色素的挥发
C．若在提取色素时研磨不充分，则吸收光谱的红光和蓝紫光区域都变暗
D．若在提取色素时没有加入碳酸钙，则吸收光谱的红光区域会变亮
答案 D
解析 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，对绿光吸收最少，所以
吸收光谱中绿光区域较亮，红光和蓝紫光区域较暗，A 错误；提取的色素放置一段时间后实
验效果变差，主要原因是色素被氧化分解，而不是挥发，B 错误；研磨不充分会使色素提取
量减少，吸收的光减少，更多的光会穿过三棱镜，所以吸收光谱的红光和蓝紫光区域都变亮，
C 错误；碳酸钙的作用是防止叶绿素被破坏，若没有加入碳酸钙，叶绿素被破坏，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，所以吸收光谱的红光区域会变亮，D 正
确。
6．(2025·广安模拟)质体是植物细胞中一种重要的双层膜细胞器，主要参与光合作用、储存
营养物质和合成各种代谢产物等。根据色素类型的不同，质体分为叶绿体、色素体(主要含
有类胡萝卜素)和白色体(不含色素)。下列叙述错误的是( )
A．可以通过差速离心法分离质体和其他细胞器
B．可以利用无水乙醇提取出叶绿体和色素体中的色素
C．色素体主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用
D．推测白色体负责储存营养物质，主要分布在种子中
答案 C
解析 差速离心法通过不同离心速度分离细胞器，质体(如叶绿体)体积较大，可用此法分离，
A 正确；无水乙醇能溶解色素，叶绿体和色素体中的色素均可被提取，B 正确；色素体主要
含有类胡萝卜素(包括胡萝卜素和叶黄素)，主要吸收蓝紫光，而红光的吸收主要依赖叶绿素，
C 错误；由题意可知，质体主要参与光合作用、储存营养物质和合成各种代谢产物等，而白
色体这种质体不含色素，故推测白色体负责储存营养物质，主要分布在种子中，D 正确。
7．(2025·湖北新八校协作体三模)某研究小组设计了如图所示的装置，重现经典科学实验希
尔反应。装置中叶绿体悬浮液需事先用NaOH 调pH 至8.4，氧化剂被还原时可由蓝色变为
无色，实验中需将两注射器中的液体混合。下列叙述错误的是( )
A．NaOH 的作用是除去叶绿体悬浮液中的CO2
B．光照条件下才能观察到氧化剂的颜色变化
C．反应过程中产生的NADP＋导致氧化剂变无色
D．除颜色变化外，装置中还能观察到气泡产生
答案 C
解析 光照条件下，叶绿体的基粒上进行光反应产生NADPH，NADPH 将溶液中的氧化剂
还原，溶液颜色由蓝色变为无色，B 正确，C 错误；装置在光照下进行光反应过程除了产生
NADPH 同时还产生O2，因此还可以观察到气泡的产生，D 正确。
8．卡尔文将14C 标记的CO2通入正在进行光合作用的小球藻培养液中，然后在培养后不同
时间(0.5 s、3 s、10 s 等)将培养液迅速倾入热乙醇中以杀死细胞，最后利用层析法和放射自
显影技术进行物质的分离和鉴定，实验结果如图。下列分析错误的是( )
A．用14C 标记CO2可排除细胞中原有物质的干扰
B．热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行
C．推测暗反应的初产物可能是3-磷酸甘油酸
D．可依据放射性的强弱推测出暗反应的过程
答案 D
解析 热乙醇可以杀死细胞，用热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行，以检测杀死细胞
时，其光合作用的进行程度，B 正确；放射性最先在3-磷酸甘油酸出现，推测暗反应的初产
物可能是3-磷酸甘油酸，C 正确；该实验可通过放射性出现的先后顺序来推测暗反应的过程，
D 错误。
9．(2022·湖北，11)某植物的2 种黄叶突变体表型相似，测定各类植株叶片的光合色素含量
(单位：μg·g－1)，结果如表。下列叙述正确的是( )
植株类型
叶绿素a
叶绿素
b
类胡萝卜素
叶绿素/类胡萝卜素
野生型
1 235
519
419
4.19
突变体1
512
75
370
1.59
突变体2
115
20
379
0.36
A.两种突变体的出现增加了物种多样性
B．突变体2 比突变体1 吸收红光的能力更强
C．两种突变体的光合色素含量差异，是由不同基因的突变所致
D．叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色
答案 D
解析 两种突变体之间并无生殖隔离，仍属同一物种，只是增加了遗传多样性，A 错误；叶
绿素主要吸收红光和蓝紫光，突变体2 的叶绿素a 和叶绿素b 的含量比突变体1 少，故突变
体2 比突变体1 吸收红光的能力弱，B 错误；两种突变体的光合色素含量差异，可能是同一
基因向不同方向突变导致的，C 错误。
10．海洋中有多种藻类，红藻和蓝细菌的光合色素主要由藻胆素和叶绿素a 构成，藻胆素
(包括藻蓝素和藻红素)是辅助色素之一，藻胆素与蛋白质紧密结合形成难溶于有机溶剂但可
溶于稀盐溶液的各种藻胆蛋白。这些藻胆蛋白最终附着在膜结构上，使不同藻胆素吸收的光
能最终都传递给叶绿素a 作用中心来参与光反应过程，其结构和传递过程如图所示。下列叙
述正确的是( )
A．红藻光合色素的吸收光谱和绿藻相比存在差别
B．可用无水乙醇来提取红藻中不同的藻胆蛋白，并用层析液进行分离
C．藻胆素吸收的光能可直接用于光反应中ATP 的合成
D．蓝细菌和红藻的藻胆蛋白附着在叶绿体的类囊体薄膜上
答案 A
解析 红藻的光合色素主要包括藻胆素和叶绿素a，而绿藻的光合色素主要以叶绿素a 和b
为主，所以它们的吸收光谱有差别，A 正确；藻胆素与蛋白质紧密结合形成难溶于有机溶剂
但可溶于稀盐溶液的各种藻胆蛋白，而无水乙醇是一种有机溶剂，因此不能用无水乙醇来提
取红藻中不同的藻胆蛋白，B 错误；不同藻胆素吸收的光能最终都传递给叶绿素a 作用中心
来参与光反应过程，可见藻胆素吸收的光能不能直接用于光反应中ATP 的合成，还需要叶
绿素a 的作用，C 错误；蓝细菌为原核生物，细胞中没有叶绿体这一结构，因此其中的色素
不会存在于叶绿体的类囊体薄膜上，D 错误。
11．(2025·驻马店期末)盐地碱蓬多分布在潮间带及内陆盐碱地。每到秋天，盐地碱蓬细胞内
会积累大量的甜菜红素，使其植株变红，形成“红海滩”的景观。研究者就低温及35‰盐
度(高盐海水盐度)两个因素的单一及复合胁迫(处理如图所示)对盐地碱蓬幼苗色素含量的影
响进行了相关研究，结果如表所示。下列叙述正确的是( )
项目
CT
T1
T2
T3
叶绿素a
4.11±0.11
3.11±0.14
3.44±0.42
2.97±0.11
叶绿素b
2.37±0.23
1.83±0.12
2.05±0.14
1.32±0.13
类胡萝卜素
1.98±0.13
1.96±0.14
1.55±0.21
1.57±0.11
注：表中数据表示色素含量相对值。
A．盐地碱蓬细胞从土壤中吸收的无机盐均以离子的形式存在
B．甜菜红素是储存在盐地碱蓬液泡中的光合色素
C．低温胁迫对盐地碱蓬叶绿素的影响程度比对类胡萝卜素的低
D．低温和高盐胁迫在影响盐地碱蓬叶绿素含量方面的作用呈协同关系
答案 D
解析 盐地碱蓬细胞从土壤中吸收的无机盐大多数以离子的形式存在，A 错误；甜菜红素是
储存在盐地碱蓬液泡中的一种天然色素，但不是光合色素，B 错误；对比CT 组(对照组)和
T1组(低温胁迫组)的实验结果可知，T1组叶绿素含量明显降低，而类胡萝卜素的含量基本不
变，说明低温条件对盐地碱蓬叶绿素的影响程度比类胡萝卜素高，C 错误；分析表格数据可
知，T3组(低温＋高盐胁迫)叶绿素含量的下降幅度大于T1组和T2组，说明低温胁迫和高盐
胁迫协同降低盐地碱蓬叶绿素含量，D 正确。
12．(2026·阜阳阶段检测)鲁宾和卡门向小球藻供给18O 含量不同的水和碳酸氢钠，检测各组
小球藻光合作用释放的氧气中18O 含量，证实了光合作用释放的氧气中氧元素来源于水。下
列分析正确的是( )
组别
第1 组
第2 组
第3 组
水中18O 含量/%
0.85
0.20
0.20
碳酸氢钠中18O 含量/%
0.61
0.40
0.57
A.3 个组别释放的氧气中18O 含量分别为0.85%、0.40%、0.20%
B．本实验通过检测所释放氧气放射性强度来确定自变量与因变量的关系
C．同组及不同组的实验中，水和碳酸氢钠的18O 含量需要存在差值
D．本实验证明，光合作用过程中光反应为暗反应提供NADPH 和ATP
答案 C
解析 根据实验结论，光合作用释放的氧气中氧元素来源于水，因此各组释放的氧气中18O
含量应与水中18O 含量一致，第1 组水中18O 含量为0.85%，氧气中18O 含量应为0.85%，第
2 组和第3 组水中18O 含量均为0.20%，氧气中18O 含量应为0.20%，A 错误；鲁宾和卡门实
验检测的是氧气中18O 的同位素含量，而非放射性强度(18O 为稳定性同位素)，需通过质谱仪
分析质量差异，B 错误；实验中水和碳酸氢钠的18O 含量需存在差值，通过对比氧气中18O
来源，验证结论，同组及不同组的差值设计是实验关键，C 正确；该实验仅证明氧气中的氧
元素来源于水，未涉及光反应与暗反应的能量传递关系(如NADPH 和ATP 的提供)，D 错误。
13．(2026·河南九师联盟联考)为研究NADPH 对光合作用的影响，科学家向菠菜叶绿体悬浮
液中加入不同浓度的NADPH，光照处理并引入14CO2。几分钟后取样，分离叶绿体，检测
14C 标记化合物的相对含量。结果如表所示(PGA 是CO2固定后的产物，TP 是PGA 还原后的
产物，二者均为三碳化合物)。下列叙述错误的是( )
加入NADPH 的浓度(μmol/L)
14C 标记化合物的相对含量
TP/PGA 值
0
15
1.0
10
30
2.5
20
45
4.0
30
60
5.5
A.向悬浮液中添加NADPH 可增加碳固定量，提高TP/PGA 值
B．若延长光照时间，可能在C5以及培养液所含有机物中检出14C
C．科学家分离叶绿体时，需提供模拟叶绿体基质的等渗缓冲液环境
D．悬浮液中添加NADPH 后，光照强度将不再是限制光合速率的因素
答案 D
解析 延长光照时间，光反应持续生成ATP 和NADPH，促进C3还原并再生C5，且部分14C
标记的有机物可能释放到培养液中，B 正确；分离叶绿体需维持基质的渗透压，等渗缓冲液
可防止叶绿体破裂或失水，C 正确；暗反应还需光反应提供ATP，若光照不足，ATP 生成受
限，光合速率仍受光照强度影响，D 错误。
二、非选择题
14．(10 分)(2024·甘肃，17 节选)类胡萝卜素不仅参与光合作用，还是一些植物激素的合成
前体。研究者发现了某作物的一种胎萌突变体，其种子大部分为黄色，少部分呈白色，白色
种子未完全成熟即可在母体上萌发。经鉴定，白色种子为某基因的纯合突变体。在正常光照
下(400 μmol·m－2·s－1)，纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失。将野生型和纯合
突变体种子在黑暗中萌发后转移到正常光和弱光(1 μmol·m－2·s－1)下培养一周，提取并测定
叶片叶绿素和类胡萝卜素含量，结果如图所示。回答下列问题：
(1)提取叶片中叶绿素和类胡萝卜素常使用的溶剂是____________，加入少许碳酸钙可以
________________________。
(2)野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高，其原因是_____________________。
(3)正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子，因为________________________。
(4)现已知此突变体与类胡萝卜素合成有关，本研究中支持此结论的证据有：①纯合体种子
为白色；②________________________________________________________________。
答案 (1)无水乙醇 防止研磨中色素被破坏 (2)叶绿素的形成需要光照，正常光下更有利
于叶绿素的形成 (3)纯合突变体叶片中的叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低，光合作
用极弱，无法满足植株生长对有机物的需求 (4)②与野生型相比，无论是在正常光还是弱
光下纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量极低(几乎为零)
解析 (2)叶绿素的形成需要光照，正常光下更有利于叶绿素的形成，所以野生型植株叶片
叶绿素含量在正常光下比弱光下高。(3)在正常光照下，纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、
类囊体消失，叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低，分别为0.3 和0.1，说明纯合突变体
的光合作用极弱，无法满足植株生长对有机物的需求，使得植株难以生长，因此正常光照条
件下种植纯合突变体将无法获得种子。
15．(20 分)(2024·河北，19)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。
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
回答下列问题：
(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，进而使
暗反应阶段的C3还原转化为____________和____________。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)(6 分)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)(4 分)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 C5 糖类 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。光合作用暗反应阶段C3还原的产物包括糖类和C5。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。(3)高原环境紫外光强烈，覆盖蓝膜
后，紫外光透过率降低，可降低紫外光对幼苗的伤害，此外，与覆盖白膜和绿膜相比，覆盖
蓝膜时幼苗叶绿素和类胡萝卜素的含量最高，可以提高植物对光能的利用率，促进植物的光
合作用。
