新编光合作用学

放眼当今世界，人类面临食物短缺、能源枯竭和环境污染及全球气候变暖这样一些亟需解决的重大难题。田野、草原、森林里的陆生植物与江河湖海水体中蓝细菌、藻类的自然光合作用，以及依据其原理、灵感构建的装置进行的人工光合作用，闪烁着迷人的希望之光，展现出人类攻坚克难的必由之路。
人类通过加强自然光合作用和发展人工光合作用破解这些难题，是一项伟大而艰巨的事业。它需要植物生理学、生物化学、分子生物学、遗传学和物理学、化学以及材料学等多学科科技工作者几代人不懈的努力。为了让尽可能多的人特别是年轻人了解、热爱、投身或理解、支持这项伟大事业，大力传播光合作用的理论与应用知识，实乃当务之急。
然而，深浅、详略适度而通俗易懂地介绍光合作用基础理论与应用知识的读物还相当稀缺。作为研究生创新教育系列丛书，拙作《光合作用学》已经问世8年多了。8年多来，它得到众多读者的肯定，出版社一再加印，令作者深受感动，同时又深感愧疚，有负读者的厚爱，因为它还有许多缺点、错误和不足： 一是有不少文字错误，亟需更正；二是枝蔓过多，篇幅太长，亟需精炼；三是在光合作用研究新进展层出不穷的形势面前，它已经显得陈旧、落后，亟需修改、补充和完善。因此，作者还是一如既往地跟踪该领域的研究进展，不断对它加以修改、补充和调整。其间曾尝试以问答的形式（曾用名《光合作用一百问》《光合作用问题： 理论与应用》，包括200多个问题）介绍光合作用的基本理论与应用，力求反映最新研究成果，为写作本书作准备。由于问答式的结构不如《光合作用学》章节式系统、严谨和明晰，且多有重复，经再三斟酌后还是决定放弃这种表达方式。
与《光合作用学》相比，《新编光合作用学》的主要变化如下： 一是改正诸多文字、印刷错误。二是精炼文字，压缩篇幅，全书由5篇（分子机制篇、环境影响篇、调节控制篇、改善应用篇及人工光合篇）20章组成，篇幅不到《光合作用学》的一半，删除了技术方法、光合参数和生物能源等几章，而基因表达调节、捕光调节和人工光合作用等几章则重新改写。三是增加了近年来光合作用研究的众多最新进展。四是除名词索引外，增补了800多条名词解释，每条控制在100字以内，力求言简意赅。五是更新教科书中一些过时的概念，例如用“卡尔文本森巴沙姆循环”替换“卡尔文循环”，用“碳反应”代替“暗反应”，并且增加了“人工叶”“人工叶绿体”等新概念。六是每章的参考文献控制在30条以内，保留经典的，增加新近的，全书总计引用新近文献170余篇。七是增加30多幅插图。所有这些改动，都是希望尽可能把完善最新的内容呈现给读者。
在本书稿精炼、补充过程中，有幸得到沈允钢院士（中国科学院上海植物生理生态研究所）、李灿院士（中国科学院大连化学物理研究所）和高辉远教授（山东农业大学）的热情鼓励与帮助；沈允钢院士对本书稿提出了很多宝贵意见；科学出版社马俊编辑提出增加名词解释部分的有益建议；陈根云博士协助收集了许多文献。作者在此对他们一并表示衷心的感谢。作者还要特别感谢中国植物生理与植物分子生物学学会学术项目的支持。
作者才疏学浅，拙作错谬失当之处在所难免，诚恳欢迎专家、读者批评指正。

本书除绪论（包括光合作用的重要地位、演化简史和研究的里程碑）外，由分子机制（光合机构、光反应、同化力形成、碳反应）、环境影响（光、温度、水、气、矿质营养）、调节控制（基因表达调节、捕光调节、电子传递调节、碳同化调节、能量耗散、信号转导、节律变化和相互协调）、改善应用（光合作用效率、光合作用的改善）和人工光合等5篇共计20章组成，系统介绍光合作用的理论及应用知识，反映最新研究进展，凝聚了作者几十年的研究经验

许大全：中国科学院上海植物生理生态研究所（现分子植物科学卓越创新研究中心）研究员，二级教授，博士研究生导师（2007年退休）、《大辞海》分科主编。发表科学论文110多篇，出版专著《光合作用效率》《光合作用学》，与他人合著《动态光合作用》、合编《光合作用研究技术》

绪论/1
第1篇分子机制
第1章光合机构/17
1.1光合生物种类/17
1.2结构层次/19
1.3气孔复合体/20
1.4叶绿体/21
1.5色素系统/23
1.6光系统/27
1.7膜系统/34
1.8酶系统/39
参考文献/40

第2章光反应/42
2.1光化学反应/42
2.2基本前提——天线色素的光能吸收与向反应中心传递/44
2.3必要保障——水氧化放氧/45
参考文献/49

第3章同化力形成/51
3.1光合电子传递/52
3.2光合磷酸化/58
3.3结合改变机制/58
3.4体内同化力（ATP NADPH）水平的观测/60
参考文献/61

第4章碳反应/63
4.1光合碳还原循环或卡尔文本森巴沙姆循环/63
4.2光呼吸/67
4.3四碳双羧酸循环/68
4.4景天酸代谢途径/74
4.5碳浓缩机制/75
4.6光合作用产物/78
参考文献/81
第2篇环境影响
第5章光/85
5.1光诱导现象/86
5.2光响应/87
5.3光抑制/88
5.4光适应/93
5.5连续光/94
5.6波动光/94
5.7光合作用的作用光谱/95
5.8双光增益效应/97
5.9类囊体膜的状态转换/97
5.10紫外辐射对光合作用的影响/99
5.11光质对植物生长发育的影响/101
参考文献/105

第6章温度/107
6.1温度响应/107
6.2温度胁迫/108
6.3温度适应/114
参考文献/117

第7章水/119
7.1水的环境作用/119
7.2水分亏缺/120
7.3水分过多/125
7.4盐胁迫/126
7.5用水效率改善/128
参考文献/129

第8章气/131
8.1CO2/131
8.2O2/137
8.3臭氧/137
8.4氧化胁迫/140
8.5空气污染/145
8.6气压/145
8.7全球气候变化/146
参考文献/147

第9章矿质营养/149
9.1大量元素/149
9.2微量元素/155
9.3重金属污染/158
9.4有机污染物/161
参考文献/162
第3篇调节控制
第10章基因表达调节/167
10.1调节物质/167
10.2调节方式/169
10.3调节部位/171
10.4调节阶段/173
10.5C4光合基因表达的控制/175
10.6CAM植物基因表达的调节/176
10.7D1蛋白基因表达的调节/177
10.8胁迫条件下光合相关基因表达的调节/177
参考文献/178

第11章捕光调节/180
11.1叶片运动/180
11.2叶绿体运动/181
11.3类囊体膜的状态转换/182
11.4天线大小的快变化——LHCII可逆脱离/182
11.5天线大小的慢变化——LHCII蛋白丰度变化/188
11.6叶片分子组成的改变/189
11.7叶片形态结构变化/190
参考文献/190

第12章电子传递调节/192
12.1前馈与反馈控制/192
12.2可选择的电子传递途径/192
12.3围绕光系统I的循环电子传递/193
12.4光系统II循环电子传递/199
12.5光系统I之后的电子库/200
参考文献/201

第13章碳同化调节/203
13.1气孔调节/203
13.2叶肉导度调节/206
13.3酶调节/207
13.4植物激素调节/217
参考文献/218

第14章能量耗散/220
14.1高能态猝灭/220
14.2光抑制猝灭/222
14.3代谢耗能/226
参考文献/229

第15章信号转导/231
15.1基本过程/231
15.2光受体/232
15.3信号分子/236
参考文献/243

第16章节律变化/246
16.1生理节律/246
16.2日变化/249
16.3季节变化/251
16.4发育变化/251
16.5叶片衰老/252
参考文献/253

第17章相互协调/255
17.1光合产物的源与库/255
17.2光合作用与呼吸作用/257
17.3C4循环与C3循环/259
17.4光系统II与光系统I/260
17.5电子传递与碳同化/260
17.6叶绿体与细胞核/260
17.7协调方式/261
参考文献/264
第4篇改善应用
第18章光合作用效率/269
18.1常用术语或指标/269
18.2最大光合效率/273
18.3光合最大量子效率的争论/274
18.4实际的光合效率/278
18.5改善光合效率的可能方向/279
18.6光合效率与作物产量/279
18.7源库关系与作物产量/279
参考文献/280

第19章光合作用的改善/282
19.1主要出路/282
19.2思想障碍/283
19.3改善的目标/283
参考文献/292
第5篇人工光合
第20章人工光合作用/297
20.1人工光合作用的意义/297
20.2人工反应中心/299
20.3人工天线/299
20.4人工放氧复合物/300
20.5人工ATP合成/301
20.6人工光能制氢/301
20.7人工碳同化途径/306
20.8人工CO2还原/307
20.9人工叶与人工叶绿体/309
20.10模拟全过程/311
参考文献/312

名词解释/314

名词索引/360

系统概述了光合作用学各分支领域的基础知识和最新的研究进展