内容正文:
国避手细高中生物学必修1分子与细胞X(浙江专用)
第五节
光合作用将光能转化为化学能
重点和难点
素养要求
“生命观念”水平3:运用结构和功能相适应的观,点分析有关光合作用的
重点:①叶绿体中的色素:②光合作
问题
用的过程:③影响光合作用的
“科学思维”水平3:运用光合作用的基本原理对相关问题进行分析和
因素。
解释」
难点:①叶绿体中的色素:②光合作
“科学探究”水平3:探究光合作用受环境因素的影响。体脸实脸设计与
用的过程。
方案实施及实验结果讨论的过程。
01必备知识梳理,
重难点1光合作用概述
1.光合作用的概念
黑要点注解
光合作用是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,将二氧化碳
生物的代谢类型
和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧气的过程。
(1)自养生物:
光能自养生物:绿色植
(1)场所:叶绿体(不是绿色植物的任何一个器官都能进行光
物、蓝细菌(光合作用)。
合作用)。
化能自养生物:硝化细菌
(2)条件:光、色素、酶。
(化能合成作用)。
(3)原料:二氧化碳和水。
(2)异养生物:人、动物、真
(4)产物:有机物、氧。
菌以及大多数细菌(细胞呼吸)。
2.光合作用与细胞呼吸
(1)光合作用和细胞呼吸中氧的转移情况分析
①光合作用:
6C0+12HO
叶绿体
C.H2O.+60,+6H.O
②细胞呼吸:
C.Hi2O.+602+6H2O
酶,6C0,+12H,9
(2)二者的本质区别
①光合作用:合成有机物,贮存能量,为吸能反应。
②细胞呼吸:分解有机物,释放能量,为放能反应。
同温馨提示
例①(2024·浙江乐清中学测试)下图是细胞中糖类合成与
(1)明确①②代表的生理
分解过程示意图。下列叙述中正确的是()。
过程和发生的场所。过程①
108
第三章
细跑的代溺么组
①
为需氧呼吸过程,反应场所是
(CH2O)+0
±CO十HO十能量
②
细胞溶胶和线粒体,过程②为
A.过程①只在线粒体中进行,过程②只在叶绿体中进行
光合作用,真核生物在叶绿体
B.过程①产生的能量全部储存在ATP中
中进行,原核生物在细胞溶胶
中进行。
C.过程②产生的(CH2O)中的氧全部来自HO
(2)需氧呼吸产生的能量
D.过程①能产生[H],还原的物质为氧
大部分以热能的形式数失,少
解析光合作用产生的糖类中的氧仅来自CO,C错误;过程
部分储存在ATP中
①能产生[H门,其主要与氧结合生成水并释放大量能量,D正确。
答案D
重难点2光合色素的提取与分离
1.目的要求
国归纳总结
学会提取和分离叶绿体中色素的方法:分离叶绿体中的四种
提取色素过程中物质(或操作)】
色素。
的作用(或目的】
2.材料用具
物质(或操作)
作用(或目的)
新鲜的绿色叶片(如菠菜叶片)、干燥的定性滤纸、95%的乙
无水乙醇
溶解色素
防止研磨过程中色
醇、层析液、二氧化硅、碳酸钙、研体、小玻璃漏斗、尼龙布、毛细吸
碳酸钙
素被破坏
管、剪刀、试管、药匙、量筒、天平。
二氧化硅
有助于研磨得充分
3.实验原理
研磨迅境、
防止乙醇挥发,并使
充分
色素克分溶解
光合色素是一类脂溶性物质,可以利用脂溶剂将它们从叶绿
防止乙醇挥发和色
塞严试管口
体中提取出来,并且将它们分离开来,达到观察叶绿体中色素的
素氧化
目的。
4.实验过程
要点注解
少一氧化
①称取2g绿叶干粉
硅欧喉钙
(1)选材:叶片要新鲜、颜
提取色素,②加入少量二氧化硅,碳酸钙和之一3m.5%
研
2--3 ml.
95的乙婷
色要深绿。
的乙醇:
新年放菜叶烘干后的
(2)研磨:研磨要迅递、充
③研磨·漏斗过滤·收集到试管内并塞紧管口
干粉2(充分、汇意
研意及浆)
分。原因:乙醇容易挥发:为
①将干燥的滤纸剪成10cm长、1m宽的纸条,剪去
干燥的朗红州
了使叶绿体完全破裂,从而能
制滤纸条·
端两角:
托笃证横紱
提取较多的色素;叶绿素极不
②在距剪角一端1m处用铅笔画一条细的横线
可去两的
稳定,能被活细胞中的叶绿素
①用毛细吸管吸少量的滤液,沿铅笔线处小心均匀地
水解酶破坏
点样
画一条滤液细线:
软不泰
②干燥后重复画3、4次
(3)画线:滤液细线不仅
纸
要细、直,而且应含较多的色
①试管中倒入适量层析液(以层析液高度不超过滤液
色素分离
细线为准):
素(可以画3一4次)。
(纸层析)
②将滤纸条下端插入层析液中
(4)层析:滤纸上的滤液
③用软木塞塞住管口
细线不能浸没到层析液中。
观察结果·滤纸条上出现四条宽度、颜色不同的色素带
109
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5.实验结果分析
同温馨提示河
色素种类色素颜色
色素含量溶解度扩散速度吸收光的种类
①)按照主要步骤操作,
胡萝卜素
橙色
最少
最高
最快
逐次分析选项。
蓝紫光
叶黄素
黄色
较少
较高
较快
(2)提取色素应注意以下
叶绿素a
蓝绿色
最多
较低
较慢
事项:
红光和蓝紫光
叶绿素b
黄绿色
较多
最低
最慢
①一般选择新鲜的绿叶:
因为新鲜的绿叶中叶绿素含
例2在“光合色素的提取与分离”实验中,下列主要步骤操
量较高,幼叶和老叶中叶绿素
作正确的是(
含量均较低。
②去除主叶脉:主叶脉中
是不含光合色素的,但它会占
二名滤液细线
有一定的质量,影响光合色素
③
的提取。
A.步骤①为获得10mL提取液,一次性加入a液研磨效果
③不能用滤纸过滤:滤纸
最好
孔特别小,而且滤纸的吸附能
B.步骤②采用定性滤纸过滤,可提高滤液中光合色素的含量
力特别强,会吸附色素,从而
C.步骤③在滤纸条上连续画2~3次滤液细线,分离色素效
影响实验结果。
果更好
④提取色素最好在弱光
D.步骤④将试管固定于铁架台上,可防止b液晃动而触及滤
下进行,因为离体的叶绿素不
液细线
稳定,见光易分解。
解析步骤①为获得10mL提取液,少量、多次加入a液(无
水乙醇)研磨效果最好,A错误:步骤②采用定性滤纸过滤,滤纸
会吸附色素影响实验结果,B错误:画滤液细线时用毛细吸管吸
取少量滤液,沿铅笔线均匀地画出一条细线,待滤液千后,再重画
1~2次,不是连续画线,C错误;为了防止滤液细线中的色素被层
析液溶解,步骤①可将试管固定于铁架台上,可防止b液(层析
液)晃动而触及滤液细线,D正确。
答案D
重难点3叶绿体的结构和捕获光能的色素
1.叶绿体的分布和结构
卫实验探究
(1)分布:植物的叶肉细胞和幼嫩茎的表皮细胞。
验证4种色素的吸收光谱
(2)结构
基质
含有与光
(1)验证实验:将绿叶中
合作用有
的4种色素溶液,分别放在阳
基粒
关的酶
光和三棱镜之间,从连续光谱
中可以看到不同波长的光被
外胶内膜类体一
分布有捕获
吸收的情况。叶绿素a和叶
光能的色素
绿素b主要吸收红光和蓝紫
110
第三章
细跑的代溺么组
(3)功能:叶绿体是进行光合作用的场所。叶绿体中的色素
光,胡萝卜素和叶黄素主要吸
具有吸收、传递、转化和利用光能的作用。
收蓝紫光
2.捕获光能的色素
(2)实验现象:
(1)色素的种类、含量与功能
类胡萝卜素1A)叶黄素黄色)23
1胡萝卜素(橙色)13
吸收蓝紫光
太阳光
三凌
色素
十绿
叶绿素a(蓝绿色)341吸收红光
溶液
叶绿素(34)
叶绿素b(黄绿色)1A和蓝紫光
(2)光是一种电磁波。可见光的波长范围是400~760nm.
太阳光
类要下
不同波长的光,颜色不同。波长小于400nm的光是紫外光:波长
素溶液
大于760m的光是红外光。一般情况下,光合作用所利用的光都
(3)实验结论:①叶绿素
是可见光。
主要吸收红光和蓝紫光:②类
(3)每种色素都有自己的特征性吸收光谱,如图所示。
胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
叶绿素bA
倒
叶黄素
叶绿素a
B-胡萝卜素
0400
500
600
700
波长nm
光合色素吸收光谱
例3植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波
面温馨提示
长光的反应(如O),的释放)来绘制的。下列叙述错误的是(
(1)可通过测量叶绿素对
A.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP
不同波长光的吸收值来绘制
的合成
叶绿素的吸收光谱
(2)植物光合作用的作用
B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值
光谱是通过测量光合作用对
来绘制
不同波长光的反应(如(),的
C.光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的
释放)来绘制的,所以也可以
变化来表示
用C)方的吸收速率随光波长
D.叶片在640~660nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光
的变化来表示(两者都表示表
合作用引起的
观光合作用速率)。
解析]结合叶绿素和类胡萝卜素的吸收光请可知,类胡萝卜
(3)叶绿素分子可吸收红
光(640~660nm)参与光反应
素主要吸收蓝紫光,基本不吸收红光,A错误。
过程,使水裂解产生O
答案A
111
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重难点4光反应和碳反应
1.光反应和碳反应的比较
通归纳总结
比较项目
光反应
碳反应
光合作用的关键点
(1)光合作用场所:主要
条件
需要色素、光、酶
不需要色素和光,需要多种酶
是叶绿体。
场所
叶绿体的类囊体膜
叶绿体基质
(2)光合作用条件:光照、
多种酶。
①水裂解:
①CO,的固定
10光
(3)光合作用原料:二氧
2H+2e+号0:
色素
C0,十五碳糖茜,2三碳酸分子:
化碳和水。
物质
②ATP的合成:
②三碳酸分子的还原:
转化
ATP.晦
(4)光合作用产物:有机
ADP+Pi商,ATP
三碳酸分子NAD
三碳糖:
物和氧气。
NADP+H+2e-
酶
③五碳糖的再生:
(5)能量来源:太阳的光能。
NADPH
三碳糖糖,五碳糖
(6)实质:无机物→有机
物,储存能量。
能量
光能→活跃的化学能,并贮存
ATP和NADPH中活跃的化学
转换
在ATP和NADPH中
能→有机物中稳定的化学能
(7)反应式:CO2+HO
光能
(CHO)+O2。
2.光合产物的形成过程
叶绿体
关志体
CO
HO
三碳酸
五碳接
固宇
色*AT下
素DP+Pi
还
卡尔文不
绿体基
HNADP
一碳籍
要点注解
定粉
二捷氨基酸中蛋白
(1)光反应阶段,水分子
脂关
产生的氢与NADP结合形成
二欧链
NADPH,叫作还原性氢,作为
其他代谢
呼及什用
还原剂参与碳反应。
例④请回答下列关于植物光合作用的问题:
(2)光反应中所形成的
(1)光反应发生在叶绿体的
中,HO在光反应中裂
NADPH和ATP是高能物
解为
质,合称为“还原力”,是碳反
应中CO,的还原剂。
(2)若以CO2作为光合作用的原料,在卡尔文循环中首先出
(3)电子的最初供体是
现含“C的三碳化合物是
。该三碳化合物在NADPH的
HO,最终受体是NADP+,直
和ATP的高能磷酸基团等物质存在的情况下,被还原为
接供体是少数处于特殊状态
三碳糖。
的叶绿素a。
(3)给某植物提供C)2和HO,释放的氧气中含有O。氧
(4)光反应必须有光才能
气中含有O是由于
进行,碳反应在光下和黑暗中
,HO又作为原料参与了光合作用
均可进行。
(4)植物光合作用光饱和点可通过测定不同
下的光
112
第三章
细胞的代溺么
合速率来确定。在一定条件下,某植物在温度由25℃降为5℃
同温馨提示
的过程中光饱和点逐渐减小,推测该植物在光照充足时的光合作
解答左栏例4需要熟练
用最适温度
(填“<”、“≤”、“=”、“≥”或“>”)25℃。
掌握光合作用的必备知识,并
解析(1)光反应发生在叶绿体的类裳体膜上,H2O在光反
能结合题意灵活运用。
应中裂解为(O2、H什和e。(2)在卡尔文循环中首先出现的三碳
④H0光.色求H+0+
化合物是三碳酸。该三碳化合物接受来自NADPH的氢和来自
e—月于答第(1)题
②CO的固定:C0十五碳
ATP的磷酸基团,被还原为三碳糖。(3)给植物提供C18O2,而释
糖醉三碳酸
用于
放的氧气中也含有1O,说明C1O)中的部分氧转移到了H218O
③三碳酸的还原:三碳酸十
答第
中,而H)又作为原料参与光反应,裂解为)2。(4)植物光合
NADPH
ATP
三碳糖十
(2)题
作用的光饱和点,是指光合速率达到最大时的最低光强度。该植
NADP
物在温度由25℃降为5℃的过程中光饱和,点逐渐减小,说明此
灵活运用答第(3)题:结
合填空前后提示思考作答。
时温度是光合作用的限制因素,因此该植物在光照充足时的最适
CO,→H"O→参与光合作
温度≥25℃。
用→O2。
答案(1)类囊体膜:H中、O2和e。(2)三碳酸:氢。
答(4)题需要读题推理
(3)C8O2中的部分氧转移到H8O中。(4)光强度:≥。
判断。
重难点5探究环境因素对光合作用的影响
1.探究问题
影响光合作用的因素有哪些?这些因素又是怎样影响光合
作用的?
2.探究实例一光照强度对光合作用的影响
(1)实验原理
巴要点注解立
叶片含有空气,上浮整叶片下沉光金0,充满细胞间
(1)光合作用产生O2,叶
片上浮。
隙,叶片上浮。
(2)通过台灯与烧杯距离
(2)实验装置设计及变量分析
远近调节光照强弱」
(3)圆形叶片抽出气体下
沉(实验前状态)→光照后
烧杯
叶片上浮(实验后状态)。
台灯盛水玻璃柱
直尺
光照距离不同,叶片上浮
自变量
片数和快慢不同。
光照的强弱
(4)结论:光照强→叶片
设置方法
通过台灯距离实验材料的远近来设置
上浮多→产O,多。
因变量
光合作用强度(产氧量)】
观察指标
观测单位时间内被抽去空气的小圆叶片上浮的数量
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国避手细高中生物学必修1分子与细胞化(浙江专用】
(3)实验流程
打出小圆形
用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出小圆形
叶片(30片)
叶片(直径=1cm)
抽出叶片
用注射器(内有清水、小圆形叶片)抽出叶
内气体
片内气体
将内部气体逸出的小圆形叶片放入黑暗处
小圆形叶片
盛有清水的烧杯中,小圆形叶片全部沉到
沉到水底
水底
取三只小烧杯,分别倒入20mL富含CO
强、中、弱三
种光照处理
的清水,再各放入10片小圆形叶片,然后
分别对其进行强、中、弱三种光照处理
对照实验及结果
同温馨提示
烧杯
小圆形叶片
加富含CO:的清水
光照强度
叶片浮起数量
(1)国绕实验目的“探究
甲
10片
20 mI.
强
多
环境因素对光合作用的影响”
乙
10片
20 mL
中
中
进行分析答题。
丙
10片
20mL.
弱
少
(2)四种类型的玻璃纸分
别罩住聚光灯可用于探究不
(4)实验结论
同波长的光对光合作用的影
在一定范围内,随着光照强度不断增强,光合作用也不断增
响。光合色素主要吸收红光
强(小圆形叶片中产生的O2多,叶片浮起的数目多)。
和蓝紫光,几乎不吸收绿光,
例局(2020·浙江1月选考)某同学进行“探究环境因素对
所以用绿色玻璃纸罩住的实
光合作用的影响”的活动,以黑藻、NaHCO溶液、精密pH试纸、
验组(O,释放量最少。吸收的
1O0W聚光灯、大烧杯和不同颜色的玻璃纸等为材料用具。回答
光能在叶绿体内将HO裂解
下列问题。
为H,e和O
(1)选用无色、绿色、红色和蓝色的4种玻璃纸分别罩住聚光
(3)若将烧杯口密封并持
灯,用于探究
续一段时间,溶液中的CO,逐
。在相同时间内,用
玻璃纸罩住的实验组O
渐减少,植物光合速率减慢
释放量最少。光合色素主要吸收
光,吸收的光能在叶绿
最后pH保持稳定,光合作用
体内将H)裂解为
与呼吸作用的强度达到了新
(2)用精密试纸检测溶液pH来估算光合速率变化,其理由
的平衡。与原先相比,黑藻的
是
光合速率整体减弱,五碳糖、
引起溶液pH的改变。
三碳酸等物质的含量均有所
(3)若将烧杯口密封,持续一段时间,直至溶液pH保持稳
下降。
定,此时五碳糖和三碳酸的含量与密封前相比分别为
114
第三章
细胞的代谢么
(4)若将黑藻从适宜温度移到高温的溶液环境,一段时间后,
其光合作用的强度和呼吸作用的强度分别将
,其主
要原因是
解析影响光合作用的环境因素包括:空气中CO浓度、光
照的长短与强度以及光的成分、温度的高低、土壤中水分的多少
等。(2)黑藻吸收溶液中的CO2用于光合作用,从而使溶液pH
发生改变,所以可以用精密试纸检测溶液H来估算光合速率变
化。(4)在较高温度下,酶的空间结构被破坏,活性降低,所以黑
藻的光合作用的强度和呼吸作用的强度都会减弱。
答案(1)不同波长的光对光合作用的影响:绿色:红光和蓝
紫:H+、e和O2。(2)黑藻将溶液中的CO2转化为有机物。
(3)下降、下降。(4)减弱、减弱;高温导致酶的结构改变,活性
下降。
重难点6表观光合速率与真正光合速率
1.表观光合速率和真正光合速率
P知识拓展
项目
表示方法
表观光合速率与真正光合速率
表观(净)
(向外界)释放O2的速率、(从外界)吸收C)2的速率、有机物
的图示
光合速率
积累的速率
好4
灭观
()2产生速率、CO2固定速率、C()2同化(消耗)速率、有机物产
光合
生(制造)速率、叶绿体CO,吸收速率、光合作用C),吸收速
速率
真正(总)
评吸速率
北贤度
正光合速率
光合速率
率、光合作用O,释放速率
表观光合速率=真正光合速率一呼吸速率
餐
呼吸速率
黑暗中(O,吸收速率、黑暗中CO,释放速率、有机物消耗速率
(1)A,点:只进行细胞呼吸
2.影响光合作用的因素
(2)AB段:光合速率<呼
(1)光强度(如图甲所示)
吸速率。
①原理:影响光反应阶段ATP、NADPH的产生。
(3)B点(光补偿点):光
②分析
合速率=呼吸速率。
(外因:温度、CO的供应量
(4)BC段:光合速率>呼
P点的限制因素
内因:色素含量、酶的数量及活性、五碳糖的含量
吸速率。
任4
(5)C点对应的光强度为
光饱和点。
光强度
C)浓度
温度
甲
丙
(2)CO2浓度(如图乙所示)
①原理:影响碳反应阶段三碳酸的生成。
115
国雕手细高中生物学必修1分子与细胞化(浙江专用】
②分析
后温馨提示河
外因温度、光强度
P点的限制因素
()光饱和点比较:通过
内因:酶的数量及活性、色素含量、五碳糖的含量
图乙呈现的实验结果可知,2
(3)温度(如图丙所示)
的中绿体会光面起小于1,意
①原理:通过影响酶的活性来影响光合作用。
细胞受光面积
②分析:P点对应的温度为进行光合作用的最适温度。
味着在相同光照强度下,能
利用更多的光能,当光照强度
例⑥与野生型拟南芥WT相比,突变体1和t2在正常光照
达到山的光饱和点时,该光
条件下,叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图甲),造成叶
照强度还未达到2的光饱和
绿体相对受光面积的不同(图乙),进而引起光合速率差异,但叶
点。
绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下,
(2)光补偿点分析:在较
下列叙述错误的是(
低的相同光照强度下,1能利
用更多的光能,因此光合
90%
速率等于呼吸速率时所需的
电国米
飞回
60
光照强度小于12,即1的光
补偿点小于2。
体
309
(3)叶绿素含量关系:题
古
WT
干中已说明三者的叶绿素含
甲
量及其他性状基本一致,因此
A.t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加
三者光合速率的高低与叶绿素
而增加时的光照强度)
的含量无关,而与叶绿体在叶
B.t1比2具有更低的光补偿点(光合吸收CO,与呼吸释放
肉细胞中的分布及位置有关。
C()2等量时的光照强度)
C.三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关
D.三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大
解析在一定范围内,随着光照强度的增加,拟南芥WT、山
和2的光合速率也增加,当光照强度足够大时,三者都达到了最
大光合速率,此时三者光合速率的差异并不会随着光照强度的增
加而变大,D错误。
[答案D
易错点混淆表观光合速率与真正光合速率
◆易错题现采用如图所示方法测定植物叶片光合作用强
图防错档案
度,将对称叶片的一半遮光(A),另一半不遮光(B),并采
表观光合速率和植物生长
用适当的方法阻止A、B间物质和能量的转移。在适宜光照和温
(1)当表观光合速率>0
度下照射一段时间,在A、B中截取对应部分相等面积的叶片,烘
时,植物因积累有机物而生
干称重,分别记作m和2。则下列说法中正确的是(
)e
长
116
第三章
跑的代溺么&组
(2)当表观光合速率=0
A.该方法在未测出呼吸作用强度的条件下,能测出实际光
时,植物不能生长。
合作用的强度
(3)当表观光合速率<0
B.(2一)表示B叶片被截取的部分
时,植物不能生长,长时间处
在光照时间内有机物的积累量
于该状态,植物将死亡。
C.m2表示被截取的部分在光照时间内净光合作用的大小
D.1表示被截取的部分在光照时间内呼吸作用的大小
答案A
正解展示(1)真正光合作用、表观光合作用与呼吸作用
A半叶遮光,只进行呼吸作用。
B半叶不遮光,既进行光合作用,又进行呼吸作用。
表观光合速率一真正光合速率一呼吸速率。
(2)计算
要测出实际光合作用强度,应该利用和m2。
设半边叶原来烘千称重为x,则:
m=x一呼吸,m=x十表观光合,
一1=表观光合十呼吸→m2一m1=真正光合。
(3)选项描述理解的问题
选项B,m2一m1为真正光合作用积累的有机物的量;选项
C,m2=x十表观光合;选项D,1=x一呼吸。三项叙述均
错误。
真门-02关健能幼提升。
关键点1光合作用与细胞呼吸的综合
续表
1.光合作用与细胞呼吸的联系
项目
来源
去路
光能
热能ATP
需氧呼吸用于第三
H,(0+C0→
光合
+(CH(O》→
需氧
需氧需氧呼吸第一阶阶段还原氧气产生
作用
+C(),+H.(O
(含化学能)
呼吸
呼吸、
段、第二阶段及水,同时释放大量
[H
厌氧厌氧呼吸第一阶能量:厌氧呼吸用
()
呼吸
段产生
于第二阶段还原丙
2.NADPH、[H]与ATP来源、去路的比较
酮酸生成相应产物
项目
来源
去路
在光反应阶段合
用于碳反应阶段三
成ATP,其合成碳酸还原,其中活
作为碳反应阶段的
光合
光合
光反应中水的光
ATP
所需能量来自色跃的化学能最终以
NADPH
作用
解
还原剂,用于还原
作用
素吸收转化的太
稳定的化学能形式
三碳酸
阳能
储存在有机物中
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