高考生物一輪復習第三單元第9課捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)光合作用原理課件

第9課捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)光合作用原理第三單元細胞的能量供應和利用·學業(yè)質(zhì)量水平要求·1.利用比較與分類、模型與建模的方法分析光合作用的過程，建立生命的物質(zhì)與能量觀、結(jié)構(gòu)與功能觀。2.通過“綠葉中色素的提取和分離”實驗，提升物質(zhì)提取分離技術(shù)?？键c一捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)1．綠葉中色素的提取和分離(1)實驗原理有機溶劑（如無水乙醇）無水乙醇溶解度(2)實驗步驟葉綠素被破壞使研磨充分擴散均勻平整不重疊層析液溶解在層析液中(3)實驗結(jié)果胡蘿卜素黃色葉黃素a葉黃素b黃綠色2．葉綠體中色素的吸收光譜(1)色素的吸收光譜圖(2)吸收光譜特點①葉綠素主要吸收______________，類胡蘿卜素主要吸收________。②色素吸收光的范圍：可見光的波長范圍是400～760nm，葉綠體中的色素只吸收________，對紅外光和紫外光等不吸收。紅光和藍紫光藍紫光可見光

光合作用葉綠體

1．提取色素時加碳酸鈣的目的是使研磨更充分。

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)2．綠葉中含量越多的色素，其在濾紙條上擴散得越快。

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)3．在畫出一條濾液細線后緊接著重復畫線2～3次。

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)4．實驗中對研磨液過濾時，采用濾紙過濾，實驗效果更好。

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)5．植物體內(nèi)含有的所有色素都參與光合作用。

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)6．光合作用需要的色素和酶分布在葉綠體基粒和基質(zhì)中。

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)7．葉綠體內(nèi)膜的面積遠遠大于外膜的面積。

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)8．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。

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)××××××××1．(必修1P99旁欄思考題)植物工廠里不用發(fā)綠光的光源，原因是____________________________________________________________________。2．(必修1P101拓展應用)海洋中的藻類，習慣上依其顏色分為綠藻、褐藻和紅藻，它們在海水中的垂直分布大致依次是淺、中、深。這種現(xiàn)象與___________有關，原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________。光能的捕獲不同顏色的藻類吸收不同波長的光，藻類本身的顏色是它們“反這種波長的光被光合色素吸收的最少，因此不能用于光合作用中合成有機物射”的光，水對紅、橙光的吸收比對藍、綠光的吸收要多，即到達深水層的光線主要是藍紫光考向1|

綠葉中色素的提取和分離1．(2023·江蘇卷)下列關于“提取和分離葉綠體色素”實驗敘述合理的是(

)A．用有機溶劑提取色素時，加入碳酸鈣是為了防止類胡蘿卜素被破壞B．若連續(xù)多次重復畫濾液細線可累積更多的色素，但易出現(xiàn)色素帶重疊C．該實驗提取和分離色素的方法可用于測定綠葉中各種色素含量D．用紅色莧菜葉進行實驗可得到5條色素帶，花青素位于葉綠素a、b之間√B

解析：用有機溶劑提取色素時，加入碳酸鈣是為了防止葉綠素被破壞，A錯誤；畫濾液細線時要間斷畫2～3次，即等上一次干了以后再畫下一次，若連續(xù)多次重復畫濾液細線雖可累積更多的色素，但會造成濾液細線過寬，易出現(xiàn)色素帶重疊，B正確；該實驗中分離色素的方法是紙層析法，可根據(jù)各種色素在濾紙條上呈現(xiàn)的色素帶的寬窄來比較判斷各色素的含量，但該實驗不能具體測定綠葉中各種色素含量，C錯誤；花青素存在于液泡中，溶于水不易溶于有機溶劑，故若得到5條色素帶，距離濾液細線最近的色素帶為花青素，應在葉綠素b的下方，D錯誤。2．甲同學按如下步驟開展了“綠葉中色素的提取”實驗：選用新鮮的菠菜葉作為實驗材料，將其剪碎后置于研缽中，加入少許二氧化硅，再加入10mL無水乙醇后進行研磨，之后將研磨液迅速倒入基部放有單層尼龍布的玻璃漏斗中進行過濾，將過濾液收集到試管中。乙同學對新鮮菠菜葉片中的色素進行提取和分離后得到如圖所示的結(jié)果(圖中的Ⅰ～Ⅳ表示四種色素)。下列對這兩名同學實驗的相關評價，合理的是(

)A．甲同學加入二氧化硅的目的是防止光合色素被破壞B．甲同學收集到的濾液還需加入無水乙醇中，以使色素在濾紙條上分離開來C．兩位同學在進行綠葉中色素提取操作時可能均未添加碳酸鈣D．若乙同學按正確的操作提取色素并進行紙層析后，則圖中Ⅳ表示的是葉綠素b√C

解析：在綠葉中色素的提取和分離實驗中，加入二氧化硅的目的是讓研磨更充分，加入碳酸鈣的作用是防止葉綠素被破壞，A錯誤；甲同學收集到的濾液不應加入無水乙醇中，而應該在層析液中進行層析分離色素，B錯誤；甲同學在操作中沒有加入碳酸鈣，從乙同學的層析結(jié)果來看，葉綠素的含量少于類胡蘿卜素，說明葉綠素被破壞，其在提取色素時可能也沒有加入碳酸鈣，C正確；若乙同學按正確的操作提取色素并進行紙層析后，胡蘿卜素因溶解度最大而擴散速度最快，色素帶距離劃線處最遠，葉綠素b的色素帶距離劃線處最近，故圖中Ⅳ表示的是胡蘿卜素，D錯誤。實驗出現(xiàn)異?，F(xiàn)象的原因分析異?，F(xiàn)象原因分析收集到的濾液綠色過淺①未加二氧化硅，研磨不充分；②使用放置數(shù)天的葉片，濾液色素(葉綠素)太少；③一次加入大量的無水乙醇，提取液濃度太低；④未加碳酸鈣或加入過少，色素分子被破壞異?，F(xiàn)象原因分析濾紙條色素帶重疊①濾液細線不直；②濾液細線過粗濾紙條無色素帶①忘記畫濾液細線；②濾液細線觸及層析液，且時間較長，色素全部溶解到層析液中濾紙條只呈現(xiàn)類胡蘿卜素的色素帶①忘記加碳酸鈣導致葉綠素被破壞；②所用葉片為“黃葉”考向2|

色素的種類及功能3．(2023·全國乙卷)植物葉片中的色素對植物的生長發(fā)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(gòu)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(qū)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√D

解析：葉綠素的元素組成是C、H、O、N、Mg，氮元素和鎂元素是構(gòu)成葉綠素分子的重要元素，A正確；光反應的場所是類囊體的薄膜，需要光合色素吸收光能，葉綠素和類胡蘿卜素存在于葉綠體中類囊體的薄膜上，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(qū)有吸收峰，C正確；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快，D錯誤。4．19世紀末，恩格爾曼用一個棱鏡將陽光散射成七色光，并使之落在水綿上，再在系統(tǒng)里加入一群好氧性細菌，實驗結(jié)果如下圖，下列敘述正確的是(

)A．水綿細胞的葉綠體主要吸收紅光和藍紫光，不吸收綠光B．好氧性細菌利用光合作用產(chǎn)生的氧氣最終在線粒體內(nèi)膜上產(chǎn)生水C．水綿的葉綠體中含有葉綠素和藻藍素D．吸收光能的色素存在于葉綠體的類囊體薄膜上√D

解析：水綿為低等植物，它含螺旋帶狀葉綠體，能進行光合作用，而葉綠體中的色素主要吸收紅光和藍紫光，吸收綠光最少，A錯誤；好氧性細菌為原核生物，無線粒體，但可在細胞質(zhì)和細胞膜上進行有氧呼吸，B錯誤；水綿細胞內(nèi)能吸收光能的色素有葉綠素和類胡蘿卜素，C錯誤；光反應階段需要光合色素的參與，類囊體薄膜上分布有許多吸收光能的色素分子，所以在此進行光反應，D正確?？枷?|

葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能5．(2024·江蘇南通模擬)下圖是陽生植物蒲公英某細胞器的電鏡照片，相關敘述正確的是(

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A．結(jié)構(gòu)①有兩層生物膜，內(nèi)膜面積比外膜面積大B．結(jié)構(gòu)②上分布著吸收、傳遞、轉(zhuǎn)換光能的光敏色素C．結(jié)構(gòu)③中含核糖體，能翻譯出與光合作用有關的酶D．適當遮陰后，結(jié)構(gòu)②的數(shù)量和膜面積急劇減少√C

解析：葉綠體是雙層膜結(jié)構(gòu)的細胞器，故結(jié)構(gòu)①有兩層生物膜，但葉綠體的內(nèi)、外膜面積幾乎相等，A錯誤。結(jié)構(gòu)②是由類囊體薄膜堆疊而成的基粒，類囊體薄膜上分布著吸收、傳遞、轉(zhuǎn)換光能的光合色素；而光敏色素分布于植物的各個器官中，是植物體本身合成的一種調(diào)節(jié)生長發(fā)育的蛋白質(zhì)，B錯誤。葉綠體是半自主細胞器，其結(jié)構(gòu)③(葉綠體基質(zhì))中含核糖體(是蛋白質(zhì)合成的場所)，能翻譯出與光合作用有關的酶(本質(zhì)為蛋白質(zhì))，C正確。適當遮陰后，光照強度減弱，為適應這一變化，結(jié)構(gòu)②基粒的數(shù)量和膜面積均會有所增加，D錯誤。6．(2023·全國甲卷)某同學將從菠菜葉中分離到的葉綠體懸浮于緩沖液中，給該葉綠體懸浮液照光后糖產(chǎn)生?；卮鹣铝袉栴}。(1)葉片是分離制備葉綠體的常用材料，若要將葉肉細胞中的葉綠體與線粒體等其他細胞器分離，可以采用的方法是__________(答出1種即可)。葉綠體中光合色素分布在______________上，其中類胡蘿卜素主要吸收________(填“藍紫光”“紅光”或“綠光”)。(2)將葉綠體的內(nèi)膜和外膜破壞后，加入緩沖液形成懸浮液，發(fā)現(xiàn)黑暗條件下懸浮液中不能產(chǎn)生糖，原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。懸液中具有類囊體膜以及葉綠體基質(zhì)暗反應相關的酶，但黑暗條件下，光反應無法進行，暗反應沒有光反應提供的原料ATP和差速離心類囊體(薄)膜NADPH，所以無法形成糖類藍紫光(3)葉片進行光合作用時，葉綠體中會產(chǎn)生淀粉。請設計實驗證明葉綠體中有淀粉存在，簡要寫出實驗思路和預期結(jié)果。____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________實驗思路：將生長狀況良好且相同的植物葉片分為甲、乙兩組，兩組植物應均進行饑餓處理(置于黑暗中一段時間消耗有機物)，之后甲組放置在有光條件下，乙兩組的葉綠體，脫綠后制作成勻漿，分別加入碘液后觀察。預期結(jié)果：甲組乙組放置在其他環(huán)境相同的黑暗狀態(tài)下，一段時間后，用差速離心法提取出甲、勻漿出現(xiàn)藍色，有淀粉產(chǎn)生；乙組無藍色出現(xiàn)，無淀粉產(chǎn)生。解析：(1)植物細胞器的分離方法可用差速離心法，葉綠體中的光合色素分布在類囊體膜上，光合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。(2)光合作用光反應和暗反應同時進行，黑暗條件下無光，光反應不能進行，無法為暗反應提供原料ATP和NADPH，暗反應無法進行，產(chǎn)物不能生成。(3)要驗證葉綠體中有光合作用的產(chǎn)物淀粉，需要將葉綠體提取出來并檢測其中淀粉。因此將生長狀況良好且相同的植物葉片分為甲、乙兩組，先進行饑餓處理，排除原有淀粉的干擾。之后甲組放置在有光條件下，乙組放置在其他環(huán)境相同的黑暗狀態(tài)下，一段時間后，用差速離心法提取出甲、乙兩組的葉綠體，需要脫綠處理，制作成勻漿，分別加入碘液后觀察。預期結(jié)果：甲組勻漿出現(xiàn)藍色，有淀粉產(chǎn)生；乙組無藍色出現(xiàn)，無淀粉產(chǎn)生?？键c二光合作用的原理1．探索光合作用原理的部分實驗時間、人物實驗過程及現(xiàn)象觀點或成果19世紀末光合作用中CO2分子的C和O分開，O2被釋放，C與H2O結(jié)合C與H2O結(jié)合成______進而縮合成糖1928年甲醛對植物有______作用______不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖甲醛毒害甲醛時間、人物實驗過程及現(xiàn)象觀點或成果1937年希爾在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他________，在光照下可以釋放出_____離體葉綠體在適當條件下發(fā)生__________、產(chǎn)生_____1941年魯賓和卡門用同位素示蹤法研究了光合作用中氧氣的來源：H218O＋CO2→植物→釋放出_______；H2O＋C18O2→植物→釋放出_____光合作用釋放的氧氣來自____氧化劑O2水的光解O218O2O2水時間、人物實驗過程及現(xiàn)象觀點或成果1954、1957年阿爾農(nóng)在光照下葉綠體可合成_____，這一過程總是與__________相伴隨水的光解過程中合成ATP20世紀40年代卡爾文用14C標記的14CO2供小球藻進行光合作用：14CO2→_______→(14CH2O)探明了_______中的碳是如何轉(zhuǎn)化為有機物中的碳的ATP水的光解14C3CO2

葉綠體光能二氧化碳和水有機物氧氣3．光合作用過程(1)過程模型

①________；②______；③___________；④_____；⑤___________。NADPH2C3ADP＋PiO2(CH2O)(2)光反應與暗反應項目光反應暗反應(碳反應)場所____________________________條件需光________________物質(zhì)變化能量變化光能→_____和NADPH中的化學能ATP和NADPH中的化學能→________中的化學能類囊體的薄膜上葉綠體基質(zhì)有光、無光均可NADPHATP2C3(CH2O)ATP(CH2O)4.光合作用和化能合成作用項目光合作用化能合成作用區(qū)別能量來源____________________________代表生物綠色植物__________相同點都能將__________等無機物合成有機物光能無機物氧化釋放的能量硝化細菌CO2和H2O1．魯賓和卡門設計對比實驗證明了光合作用釋放的氧氣來自水。

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)2．H2O在光下分解為H＋、e－和O2的過程發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中。

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)3．光合作用光反應階段產(chǎn)生的NADPH可在葉綠體基質(zhì)中作為還原劑和供能。

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)4．C是組成糖類的基本元素，在光合作用中C從CO2開始先后經(jīng)C3、C5，最后形成糖類。

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)5．進入葉綠體的CO2不能被NADPH直接還原。

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)6．土壤中的硝化細菌可利用CO2和H2O合成糖類。

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)7．CO2的固定實質(zhì)上是將ATP中的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)镃3中的化學能。

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)√×√×√√×1．(必修1P102思考·討論拓展)魯賓、卡門實驗中，不能對同一實驗中的CO2和H2O同時進行標記，原因是___________________________________________。2．(必修1P103圖5-14延伸)光照停止后暗反應短時間仍然能夠持續(xù)，但無法長時間正常進行，原因是______________________________________________________________________________________________________________________

_____________。暗反應中C3還原需要光反應提供ATP和NADPH，停止光照后光反應停止，暗反應將ATP和NADPH消耗盡后，因缺少ATP和NADPH而無法進行若同時標記CO2和H2O，則無法分辨氧氣的來源考向1|

探索光合作用原理的實驗1．(2024·廣東東莞模擬)在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有H2O，沒有CO2)，光照條件下可以釋放出O2，該反應稱為希爾反應。結(jié)合所學知識，分析下列說法正確的是(

)A．提供水、光合色素和酶，適宜光照等條件下也可能產(chǎn)生O2B．希爾反應可以證明水的光解產(chǎn)生的O2全部來自水C．希爾反應懸浮液中鐵鹽的作用與NADP＋的作用相似D．希爾反應說明有機物的最終合成和水的光解無關√C

解析：在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有H2O，沒有CO2)，光照條件下可以釋放出O2，因此只提供水、光合色素和酶，適宜光照等條件下不能產(chǎn)生O2，A錯誤；希爾反應的結(jié)果僅說明了離體的葉綠體在適當?shù)臈l件下可以發(fā)生水的光解，產(chǎn)生O2，該實驗沒有排除葉綠體中其他物質(zhì)的干擾，也并沒有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移，因此不能說明所產(chǎn)生的O2全部來自水，B錯誤；希爾反應懸浮液中鐵鹽的作用與光反應中NADP＋的作用相似，能與水光解產(chǎn)生的H＋反應，C正確；希爾反應說明水的光解和糖的合成不是同一個化學反應，若要證明有機物的最終合成和水的光解無關，還需要對照實驗，D錯誤。2．某實驗小組將葉綠體和相關化學物質(zhì)在抽去空氣的溶液中進行了如下實驗：注：DCPIP是一種可以接受H＋的化合物，氧化態(tài)為藍紫色，被還原后為無色。關于該實驗的分析正確的是(

)A．對比丙組和丁組實驗，說明DCPIP能穿過葉綠體的雙層膜B．該實驗說明產(chǎn)生的O2中的氧元素一定來源于H2O，而不來源于CO2C．向?qū)嶒灪蟮募捉M通入CO2并黑暗處理，可證明光反應和暗反應不是同一個化學反應D．向?qū)嶒灪蟮囊医M通入CO2并黑暗處理，檢測NADPH的含量可證明其參與暗反應√組別甲組乙組丙組丁組葉綠體類型完整葉綠體葉綠體破裂后的勻漿完整葉綠體葉綠體破裂后的勻漿加入的物質(zhì)NADP＋溶液NADP＋溶液DCPIP溶液DCPIP溶液條件適宜溫度和光照等條件溶液中的物質(zhì)及顏色微量O2微量O2和NADPH微量O2，溶液為藍紫色微量O2，溶液變?yōu)闊o色D

解析：丙組實驗利用完整的葉綠體進行實驗無還原態(tài)DCPIP生成，最可能的原因是DCPIP不能穿過完整葉綠體的雙層膜，A錯誤；該實驗在抽去空氣的溶液中發(fā)生，說明水的光解產(chǎn)生了O2，但沒有直接研究氧元素的路徑，無法直接證明產(chǎn)生的O2中的氧元素的來源，B錯誤；向?qū)嶒灪蟮募捉M通入CO2并黑暗處理，由于沒有NADPH，不發(fā)生暗反應，無法證明光反應和暗反應不是同一個化學反應，C錯誤；向?qū)嶒灪蟮囊医M通入CO2并黑暗處理，檢測NADPH的含量，若因消耗而減少可證明其參與暗反應，D正確?？枷?|

光合作用的過程3．(2021·廣東卷)在高等植物光合作用的卡爾文循環(huán)中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被稱為Rubisco。下列敘述正確的是(

)A．Rubisco存在于細胞質(zhì)基質(zhì)中B．激活Rubisco需要黑暗條件C．Rubisco催化CO2固定需要ATPD．Rubisco催化C5和CO2結(jié)合D

解析：Rubisco參與植物光合作用過程中的暗反應，暗反應的場所是葉綠體基質(zhì)，故Rubisco存在于葉綠體基質(zhì)中，A錯誤；暗反應在有光和無光條件下都可以進行，故參與暗反應的酶Rubisco的激活對光無要求，B錯誤；Rubisco催化CO2固定不需要ATP，C錯誤；Rubisco催化CO2的固定，即C5和CO2結(jié)合生成C3的過程，D正確?！?．(2023·湖北卷)植物光合作用的光反應依賴類囊體膜上PSⅠ和PSⅡ光復合體，PSⅡ光復合體含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究發(fā)現(xiàn)，PSⅡ光復合體上的蛋白質(zhì)LHCⅡ，通過與PSⅡ結(jié)合或分離來增強或減弱對光能的捕獲(如圖所示)。LHCⅡ與PSⅡ的分離依賴LHC蛋白激酶的催化。下列敘述錯誤的是(

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A．葉肉細胞內(nèi)LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光復合體對光能的捕獲增強B．Mg2+含量減少會導致PSⅡ光復合體對光能的捕獲減弱C．弱光下LHCⅡ與PSⅡ結(jié)合，不利于對光能的捕獲D．PSⅡ光復合體分解水可以產(chǎn)生H＋、電子和O2√C

解析：分析題干信息可知，葉肉細胞內(nèi)LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ與PSⅡ分離減少，PSⅡ光復合體對光能的捕獲增強，A正確；Mg2+是葉綠素的組成成分，其含量減少會導致PSⅡ光復合體上的葉綠素含量減少，對光能的捕獲減弱，B正確；由題圖可知，弱光下LHCⅡ與PSⅡ結(jié)合，增強對光能的捕獲，C錯誤；PSⅡ光復合體能吸收光能，并分解水，水的光解產(chǎn)生H＋、電子和O2，D正確。考向3|

條件驟變時葉綠體中各物質(zhì)含量變化5．(2024·山東淄博模擬)研究發(fā)現(xiàn)，光照條件下，當外界CO2濃度突然降至極低水平時，某植物葉肉細胞中的五碳化合物含量突然上升，三碳化合物含量下降。若在降低CO2濃度的同時停止光照，則不出現(xiàn)上述情況。下列說法正確的是(

)A．葉肉細胞中的五碳化合物是三碳化合物固定CO2后的產(chǎn)物B．在五碳化合物上升的同時，葉肉細胞中的NADP＋/NADPH上升C．光反應產(chǎn)生的NADPH和ATP能促進五碳化合物的形成D．五碳化合物和三碳化合物間的轉(zhuǎn)化需要光能的直接驅(qū)動√C

解析：暗反應過程中CO2的固定是CO2和五碳化合物結(jié)合形成兩分子的三碳化合物，即三碳化合物是五碳化合物固定CO2后的產(chǎn)物，A錯誤；CO2濃度降低時，CO2的固定減弱，五碳化合物消耗減少，五碳化合物增加，三碳化合物的生成減少，三