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前言1

第1部分 机理篇3

第1章 藻类光合色素3

1 叶绿体3

2 类囊体膜的结构4

3 光合色素6

3.1 叶绿素6

3.1.1 叶绿素的结构6

3.1.2 叶绿素的吸收光谱7

3.1.3 叶绿素在藻类中的分布8

3.2 类胡萝卜素9

3.2.1 类胡萝卜素的结构9

3.2.2 类胡萝卜素的吸收光谱11

3.3.1 藻胆蛋白的结构13

3.3 藻胆蛋白13

3.2.3 类胡萝卜素在藻类中的分布13

3.3.2 藻胆蛋白的吸收光谱15

3.3.3 藻胆蛋白在藻类中的分布17

4 捕光色素蛋白复合体17

4.1 叶绿素/类胡萝卜素蛋白复合体18

4.1.1 叶绿素a/b-类胡萝卜素蛋白复合体18

4.1.2 叶绿素a/c-类胡萝卜素蛋白复合体20

4.1.3 叶绿素a-类胡萝卜素蛋白复合体21

4.2 藻胆体21

参考文献23

第2章 光合作用的基本原理27

1 光合膜27

2 光系统的结构27

2.1 PSⅡ核心复合体27

2.2 PSⅠ核心复合体31

3 光能的吸收和传递34

4 类囊体膜上的电子传递35

4.1 Z-图35

4.2 水的裂解36

4.2.1 S态循环36

4.2.2 锰和其它因子的作用40

4.3 PS Ⅱ——依赖光的水-PQ氧化还原酶40

4.4 电子经过Cyt b6/f复合体的传递41

4.4.1 Cyt b6/f复合体的结构41

4.4.2 Q循环41

4.5 质蓝素42

4.6 PS Ⅰ——依赖光的PC-Fd氧化还原酶43

4.7 电子从PS Ⅰ到NADP+的传递43

4.8 电子传递抑制剂43

5.1 电子传递和ATP合成的偶联44

4.9 环式电子传递与假环式电子传递44

5 ATP的合成44

5.2 化学渗透假说45

5.3 ATP合成酶45

5.4 ATP合成酶的结合变化和旋转催化机制47

6 CO2固定48

6.1 核酮糖-1，5-二磷酸羧化/加氧酶48

6.2 Calvin循环49

6.3 Calvin循环的调节52

6.4 藻类中的C4途径52

7 光呼吸53

参考文献54

第3章 活体叶绿素荧光57

1 叶绿素荧光的研究历史57

2 叶绿素荧光的产生及其量子产量58

3 叶绿素荧光光谱60

4 光合作用原初光化学反应61

5 叶绿素荧光诱导动力学与PSⅡ的异质性61

5.1 叶绿素荧光诱导动力学61

5.1.1 叶绿素荧光诱导动力学的快相63

5.1.2 叶绿素荧光诱导动力学的慢相63

5.2 PSⅡ的异质性64

5.2.1 PSⅡ的天线异质性64

5.2.2 PSⅡ的还原侧异质性65

5.2.3 PSⅡ异质性的动力学及生理意义66

6 叶绿素荧光诱导动力学的测定和常用荧光参数67

6.1 PAM荧光仪的测量原理68

6.2 叶绿素荧光诱导动力学中的常用术语68

6.3 常用叶绿素荧光参数70

6.3.1 与叶绿素荧光动力学快相有关的参数70

6.3.2 与叶绿素荧光动力学慢相有关的参数71

7 非光化学淬灭73

7.1 叶绿素荧光淬灭的暗弛豫动力学和非光化学淬灭主要组分的检测74

7.2 qE74

7.3 qT75

7.4 q？76

参考文献76

第4章 藻类光损伤79

1 光损伤与光饱和曲线79

2 光损伤的作用位点80

3 受体侧和供体侧光损伤机制80

4 低光综合症82

5 稳态光合作用时的光损伤机制82

5.1 光损伤与光强的关系83

5.2 稳态光合作用时的光损伤机制84

5.3.1 电子传递和光合作用可以减轻光损伤85

5.3 稳态光合作用时光损伤的影响因素85

5.3.2 低温可以加剧光损伤86

5.3.3 光损伤受QA氧化还原状态的调节86

6 PSⅡ损伤与修复的循环——D1蛋白周转87

6.1 D1蛋白的降解87

6.2 D1蛋白的合成、插入和PSⅡ的装配89

7 紫外线对PSⅡ的光损伤92

参考文献92

第5章 藻类光保护97

1 通过3Chl途径耗散过剩光能97

2 与△pH和叶黄素循环有关的光保护机制98

2.1 叶黄素循环98

2.1.1 紫黄素循环98

2.1.3 5.6-环氧化黄体素循环100

2.2 叶黄素循环的光保护机制及△pH的作用100

2.1.2 硅甲藻黄素循环100

2.3 qE淬灭机制101

2.3.1 直接淬灭机制101

2.3.2 间接淬灭机制102

3 与激发能分配有关的光保护机制103

3.1 绿藻中的状态转换机制103

3.2 蓝藻和红藻中的状态转换107

4 反应中心防御光损伤的长期机制——D1蛋白的快速周转107

5 通过光化学反应的光保护机制108

5.1 同化的线性电子传递108

5.2 依赖氧的电子传递108

5.2.1 光呼吸108

5.2.2 水-水循环109

5.2.3 叶绿体呼吸110

5.3 环式电子传递112

6.1.1 类胡萝卜素114

6 活性氧的清除114

6.1 抗氧化剂114

6.1.2 生育酚115

6.1.3 抗坏血酸115

6.1.4 谷胱甘肽115

6.2 抗氧化酶115

参考文献116

第2部分 模型篇121

第6章 藻类荧光诱导模型121

1 光合单位121

2 光合膜上的天线组织122

3 PSⅡ的结构和功能123

4 PSⅡ荧光模型124

4.1 色素激发与荧光产量124

4.2 陷阱限制与晶格模型125

4.4 快速激子平衡126

4.3 漏斗模型126

4.5 色素群和Butler模型127

4.6 RRP模型的结构与参数127

4.7 模型的合理性129

5 荧光产量与光化学产量的关系130

5.1 可变荧光与光化学产量130

5.2 还原QA时的陷阱闭合131

6 影响荧光产量和曲线的主要因子132

6.1 非光化学淬灭132

6.2 PSⅡ异质性132

7 PSⅡ的连接性133

8 二组分模型的表征134

9 RRP模型的表征135

9.4 RRP模型136

9.3 PSU中激发态的陷阱136

9.2 激发子的反应中心陷阱136

9.1 激发态在单个色素上的衰退136

9.5 连接单元模型140

9.5.1 荧光和光化学量子产量140

9.5.2 荧光诱导动力学142

9.5.3 Genty方程142

9.5.4 连接模型的特例——湖泊模型143

9.5.5 Stern-Volmer方程144

9.5.6 荧光诱导曲线的互补面积144

9.5.7 参数J145

10 双电子门模型145

11 荧光诱导模型改进中存在的问题146

参考文献146

第7章 藻类光合作用响应曲线150

1 光合作用-光强响应的经验模型150

2 闪光产量和Webb公式的生物学基础152

3 光合作用响应的机理模型153

3.1 Megard模型153

3.2 Eilers-Peeters模型155

4 Han模型157

4.1 光合单位与光量子效率157

4.2 光饱和曲线158

4.3 具有光抑制的P-I曲线159

4.4 光合作用光抑制的本质161

4.5 光保护对光合作用响应的影响163

4.6 光适应对光合作用响应的影响164

5 光合作用动态165

5.1 光适应对光合作用动态的影响165

5.2 光抑制对光合作用动态的影响——DYPHORA167

5.3 基于D1蛋白破坏的光合作用动态168

5.4 基于PSⅡ损伤的光合作用动态171

参考文献174

5.5 PSⅡ动力学模型的生物学基础174

第8章 海洋光合产量与计算178

1 水柱初级生产178

1.1 初级生产力的测量178

1.1.1 14C法179

1.1.2 18O法179

1.2 影响水柱初级生产的因素179

1.2.1 生物量179

1.2.2 光180

1.2.3 其它环境因子的影响190

1.3 水柱初级生产力的时空分布192

1.3.1 不同纬度的季节变化192

1.3.2 不同水文特征海域的初级生产193

1.4.3 时间整合模型194

1.4.4 深度整合模型194

1.4 水柱初级生产力模型194

1.4.2 波长整合模型194

1.4.1 波长积分模型194

2 海洋浮游植物生物量分布195

2.1 叶绿素遥感195

2.2 水柱浮游植物生物量198

2.2.1 垂直分布198

2.2.2 水柱生物量计算201

2.3 生物量的全球时空分布201

3 全球海洋初级生产估算203

3.1 基于海洋生产力类型的统计估算203

3.2 基于卫星遥感叶绿素浓度的模型估算205

3.2.1 海洋分区模型205

3.2.2 查表模型206

3.2.3 垂向归纳模型207

4 全球海洋光合作用与生物地球化学循环209

4.1 海洋生物泵209

4.2 N、P循环211

4.3 海洋光合作用与地质变迁213

参考文献214

第9章 藻类CO2浓缩机制与模型217

1 水体碳环境217

2 CCM机制的判定218

3 藻类CCM运行机理219

3.1 蓝藻219

3.1.1 蓝藻CCM的基本原理219

3.1.2 转运系统222

3.1.3 羧化体225

3.1.4 无机碳吸收的动态变化226

3.2 真核微藻227

3.2.1 无机碳泵的种类和位置228

3.2.2 CO2浓度提高的部位和机制229

3.2.3 碳酐酶的分布231

3.3 大型藻类232

3.3.1 水生被子植物的HCO3-利用232

3.3.2 轮藻的HCO3-利用233

3.3.3 其它大型藻类233

4 CCM的生物学意义234

5 数值模型235

5.1 Reinhold模型235

5.2 Fridlyang模型240

5.3 光强对CCM运转的影响243

参考文献248

后记253