具体描述
好的，这是一本关于“光合作用的化学计量学”的图书简介，内容详实，与“Photosystem I”无关。 --- 图书名称：《光合作用的化学计量学：从分子流到生物能耗的精确量化》 作者： 陆景明 博士，资深植物生理学家 出版社： 生物能源与环境科学出版社 出版日期： 2024年秋季 页数： 约 750 页（含大量图表与数据模型） 定价： 188.00 元人民币 --- 内容简介 《光合作用的化学计量学》是一部全面深入、侧重于定量分析和数学建模的专业著作，旨在彻底解析地球上最基础的生物能量转化过程——光合作用——的物质和能量流的精确计量问题。本书的核心目标是超越定性的描述，建立一个严谨的、可量化的框架，用以理解和预测植物、藻类乃至蓝细菌在不同环境胁迫下，如何分配电子流、碳固定速率以及最终的生物量积累。 本书的撰写基于作者在跨学科领域——植物生理学、生物物理化学和系统生物学——数十年的研究积累，汇集了最新的同位素示踪技术、实时光谱分析以及先进的代谢流分析（MFA）数据，为研究者提供了一个理解光合效率极限的全新视角。 第一部分：基础理论与计量学工具箱（第 1-3 章） 本部分奠定了全书的理论基础，重点讨论了如何将热力学和动力学原理精确地应用于生物系统中。 第 1 章：能量流的摩尔平衡与热力学约束。 详细探讨了光合反应（特别是卡尔文-本森-巴沙姆循环，简称CBC）中的最大理论量子效率（MQE）的计算，并引入了“功的成本”模型（Cost of Work Model），分析了ATP和NADPH的生成与消耗的精确化学计量比（如ATP/e⁻或NADPH/CO₂）。不同于传统的粗略估计，本章深入探讨了在高光强下，光能捕获到化学能储存过程中的能量耗散机制，并提供了计算电子分配效率的数学模型。 第 2 章：稳定同位素示踪的定量应用。 本章是方法论的核心。它详细介绍了使用 $^{13} ext{C}$、$^{18} ext{O}$ 和氘标记水进行代谢流分析（MFA）的技术流程。重点阐述了如何利用快速淬灭技术和高分辨率质谱分析，解析卡尔文循环中间产物（如RuBP、3-PGA）的周转速率，并建立时间序列模型，精确测定不同酶活性的相对贡献。讨论了如何通过同位素分馏效应，反推光呼吸的真实速率，并将其纳入整体碳通量的平衡方程。 第 3 章：酶促反应的计量学与速率限制。 探讨了关键酶，如Rubisco（核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶）的“环境依赖性催化效率”。本章利用酶动力学参数（$K_m$, $V_{ ext{max}}$）构建了依赖于$P_{ ext{CO}_2}$和$O_2$浓度的复合反应速率方程，并展示了如何利用这些方程来预测酶饱和度与整体碳固定速率之间的非线性关系。 第二部分：碳固定与物质流的精确量化（第 4-6 章） 此部分将计量学的工具应用于卡尔文循环和碳同化路径，着重于精确的物质平衡。 第 4 章：卡尔文循环的动态代谢流分析（D-MFA）。 深入解析了CBC中各个亚通路的物质周转。本书提出了一种基于七个关键节点的“闭环计量模型”，用于解析RuBP再生、糖醇合成与碳固定的耦合关系。通过大量实验数据验证，明确了在不同光照和温度条件下，碳原子从$CO_2$进入到蔗糖或淀粉合成的精确摩尔路径。 第 5 章：光呼吸的计量负担与能量补偿。 光呼吸被视为光合作用的一个主要的“计量漏洞”。本章详细量化了光呼吸在消耗还原力（ATP和NADPH）方面的具体成本。引入了“电子泄露系数”，用于评估因光呼吸导致的用于碳固定的有效电子比例的下降程度。同时，分析了C4和CAM植物如何通过空间或时间分离机制，从根本上改变了光呼吸的化学计量学特征。 第 6 章：次级代谢产物与生物量积累的计量关系。 研究了光合产物（三碳糖磷酸酯）向结构性碳（纤维素、木质素）和储存性碳（淀粉、油脂）转化的代谢分支点。本书构建了“碳分配因子矩阵”，该矩阵根据植物的生长阶段和环境压力，预测了碳流向不同生物聚合物的精确比例，从而为生物质能源的产量预测提供了精确的计量基础。 第三部分：环境胁迫与系统层面的计量响应（第 7-9 章） 本部分关注系统层面的计量失衡，即环境变化如何扭曲了理想的化学计量比。 第 7 章：氮素与磷素限制下的光合计量重构。 氮（N）和磷（P）是限制光合效率的关键营养元素。本章研究了在N和P缺乏条件下，叶绿体结构蛋白（特别是电子传递链组分）的合成与降解速率的计量变化。重点分析了如何调整氮素和磷素的吸收速率，以维持电子传递与碳固定之间的“营养计量耦合比”，避免能量的无效积累。 第 8 章：水分胁迫与氧化还原稳态的计量学。 水分胁迫导致气孔关闭，降低了$CO_2$的供应，从而引发电子流过剩。本章精确量化了这种电子过剩导致的“非光化学猝灭”（NPQ）的化学计量学效率。通过测量叶绿素荧光衰变动力学，确定了能量耗散路径中消耗的过度电子和质子梯度，从而量化了水分亏缺对量子产率的真实计量损失。 第 9 章：系统生物学建模：集成光合化学计量模型。 最后，本书提出了一个综合性的“全细胞光合计量模型”（Whole-Cell Photosynthetic Stoichiometry Model, WPSM）。该模型集成前八章建立的酶动力学、代谢流和环境响应参数，能够模拟特定物种在给定光照、温度、$CO_2$和营养条件下的电子流、碳固定速率和最终生物量合成的动态平衡，为精准农业和生物工程提供了强大的预测工具。 目标读者 本书是为高级植物生理学研究生、光合作用研究人员、生物物理化学家、生物能源工程师以及系统生物学建模人员撰写的权威参考书。书中包含大量用于计算和模拟的数学公式和程序代码片段，是进行前沿光合计量学研究的必备工具。 --- (本书不包含任何关于光系统I（Photosystem I）的结构、功能或分子组分的详细讨论。)
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