光合作用、生产力与环境压力

Photosynthesis, Productivity, and environmental stress

作者：Parvaiz Ahmad, Mohammad Abass Ahanger, Mohammed Nasser Alyemeni, Pravej Alam

出版社：Wiley Blackwell

索书号：Q945.11/P575e/2020/Y

ISBN：9781119501770

藏书地点：武大外教中心

植物和藻类的光合作用是地球上最大规模利用太阳能把二氧化碳(CO2)和水合成有机物并放出氧气的过程, 是几乎所有生物所需要的食物和氧气的来源, 是人类赖以生存和发展的物质基础。光合作用包括光反应与暗反应。光反应是光合作用的引擎, 宽幅吸收可见光, 其能量传递效率高达94%~98%，在反应中心的转能效率接近100%, 特别是在常温常压下能裂解水放出氧气和质子。光合作用高效吸能、传能和转能及水裂解机理是实现光合仿生模拟的理论基础。暗反应固定CO2 , 陆地和海洋生态系统通过光合生物每年合成的生物质约为2500亿吨。当今人类文明所需的煤、石油、天然气等化石燃料都是古代植物光合作用直接或间接的产物。同时, 植物干重的90%~95%来自光合作用的产物, 是作物产量形成的物质基础。自17世纪人类发现光合作用以来, 光合作用研究一直备受重视和关注, 相关研究曾多次获得诺贝尔奖。光合作用机理不仅是重大的前沿科学问题, 而且其应用与当今人类面临的粮食、能源、生态和环境问题都密切相关。

随着越来越多的光合蛋白质机器结构被解析, 其整体结构与动态功能将成为研究重点。植物生长在自然环境中, 叶绿体内的蛋白复合物往往需要中间态发挥作用, 它们大多丰度低、柔性大, 给结构解析带来很大挑战。同时, 光系统的吸能、传能和转能反应发生在10 –15 ~10 –7 s的时间尺度, 而植物生理响应发生在分钟、小时甚至更久的时间尺度。因此, 需要从空间和时间维度综合研究光合蛋白质机器, 一方面解析微量的、不稳定的复合物结构, 以及中间态的结构与其在反应过程中的动态结构变化, 另一方面研究复合体在光合膜上的原位结构和更大复合物的结构, 以及这些结构适应环境变化的特征。

随着世界人口增长和对粮食需求加大, 提高农作物产量是实现粮食安全的一个根本方向。提高光能利用效率是进一步提升作物生物量和产量的基础, 对比理论计算值, 当前作物栽培品种的实际光能利用效率还有较大的优化和提升空间, 将是未来作物设计和改良的重点方向之一 。研究应从光能转化、电子传递、光呼吸、碳固定及其与环境适应等过程中寻找不同作物光能利用的主要限制因子, 深入挖掘提升光能利用效率的潜力。由于光合参数测定对环境敏感, 因此, 建立大田条件下不同作物高通量稳定的光合指标测定体系是开展相关研究的重要基础。从基因组水平确定光能高效利用的关键基因或位点, 从野生种、农家种和栽培品种中筛选优异等位基因和种质资源, 导入目标品种, 培育高光效新材料。甚至从藻类中挖掘提升光能利用效率和CO2浓缩效率关键因子的尝试也初见成效。同时, 挖掘光能利用的负调控因子, 运用基因编辑技术可快速改造目标基因, 实现作物高光效分子设计与精准改良. 此外, 合成生物学技术将进一步应用到高光效体系的设计与优化中。

全球气候变化, 大气CO2浓度上升, 伴随极端天气增加, 对农作物及其光合作用都产生影响。CO2是光合作用的原料, 有研究表明CO 2 浓度上升促进了小麦、水稻、大豆等C 3作物的光合效率和水分利用效率, 但对玉米、高粱和甘蔗等C 4作物未产生明显影响。然而, 也有研究认为CO 2 浓度上升对作物营养品质会产生负面影响, 导致小麦、水稻、大麦和马铃薯中的蛋白质与微量元素含量下降, 而对豆科植物影响较小, C 4 作物几乎不受影响。因此，CO2上升对光合作用及作物生产具体带来怎样的影响及其机理有待进一步深入研究。其次, 世界多国提出了“碳中和”的目标, 研究植物和藻类的光能转化及固碳机制, 提高光能转化与固碳能力对开辟清洁能源新途径及增加碳汇功能都具有重要意义。

《光合作用、生产力与环境压力》一书于2020年由Wiley Blackwell出版社出版，作者是Parvaiz Ahmad, Mohammad Abass Ahanger, Mohammed Nasser Alyemeni和Pravej Alam。本书探讨了与光合作用(陆地和水生)有关的主题，并把重点放在环境波动的基本影响上。作者讨论了受控和应激条件下的光合作用，并回顾了缓解应激的新技术，包括转基因、蛋白质组学、基因组学、离子组学、代谢组学、微生物学等方法。为了养活不断增长的世界人口，我们必须提高粮食产量。光合作用直接关系到植物的生长和作物的生产，光合作用活动的任何波动都对作物的生产力造成巨大的威胁。由于环境的波动，植物经常受到不同的环境胁迫，导致光合速率下降和植物生长发育问题。这本重要的书论述了这个主题，并且涵盖了陆地和水生光合作用的相关主题，强调环境波动的基本影响，探索常见的胁迫因素，如干旱，盐度，碱度，温度，紫外线辐射，缺氧等，包括提高光合效率以提高作物产量的方法和技术。

本书作为研究光合作用、生产力与环境压力的专业书记，内容专业详实，语言浅显易懂，除此之外还有以下特点：

1、本书不仅介绍了光合作用的理论知识，还详细介绍了研究方法和技术，使读者能够更加全面的了解光合作用、生产力与环境压力。

2、索引文献丰富，证明了这本书的知识性，真实性。而且，这些索引文献绝大部分都是最新研究，让读者全面了解该领域的前沿进展。

3、在本书的最后，将出现的专业词汇都罗列出来，大大方便了大家在阅读过程中对光合作用相关研究专业术语的认知。

4、本书最鲜明的特点就是语言浅显易懂，对于初学者有很大的帮助。

本书目录

1. 有机污染物对光合作用的影响

2. 冷胁迫与光合作用

3. 高温胁迫和光合作用下的病理影响

4. 光强对光合作用的影响

5. 矿质细菌对盐胁迫下玉米水分状况、叶绿素含量、糖和光合作用的调控

6. 金属胁迫下光合作用的调节

7. 重金属与光合作用：最新进展

8. 了解非生物胁迫下光合作用的调控：最新进展

9. 目前对miRNA在环境胁迫下促进植物光合作用的调控作用的理解

10. MMB介导玉米次生代谢产物在胁迫下的光合作用

11.植物激素在促进光合作用中的作用

12.有前景的植物科学监测技术：热和叶绿素荧光成像

13. C3植物中C4通路基因的渐渗现象提高光合碳同化对作物改良的生物技术途径

14. 光合作用、生产力和环境的相互作用

兰天 武汉大学生命科学学院 博士研究生