Photoprotection, Photoinhibition, Gene Regulation, and Environment pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Demmig-adams, Barbara (EDT)/ Adams, William W., III (EDT)/ Mattoo, Autar K. (EDT)

出品人:

页数:404

译者:

出版时间:2008-9

价格:$ 168.37

装帧:

isbn号码:9781402092817

丛书系列:

图书标签:

• Photoprotection
• Photoinhibition
• Gene Regulation
• Plant Physiology
• Environmental Stress
• Photosynthesis
• Molecular Biology
• Plant Biology
• Reactive Oxygen Species
• Climate Change

《光保护、光抑制、基因调控与环境》 一、 引言：生命与光的复杂关系 地球上的生命，从最微小的微生物到庞大的森林，都与光息息相关。太阳光不仅是能量的来源，驱动着光合作用这一地球上最基础的生命过程，也同时带来了潜在的威胁——过强的紫外线辐射。在漫长的进化过程中，植物、藻类以及一些细菌发展出了一系列精密的机制来应对光照的变化，这其中就包括了光保护和光抑制。而这些生理反应的背后，则由复杂的基因调控网络来 orchestrate，以适应瞬息万变的生存环境。 本书《光保护、光抑制、基因调控与环境》旨在深入探讨生命体（主要聚焦于植物）如何在其生存环境中，利用并应对光的能量。我们将从分子、细胞、生理到生态等多个层面，剖析光合作用、光损伤、以及与之紧密相连的基因调控系统，并审视环境因素在这一复杂动态中的关键作用。本书将为读者呈现一个全面而深刻的视角，理解生命体如何在这种由光主导的、充满挑战的环境中生存、繁衍并演化。 二、 光合作用：光能转化为生命能量的基石 光合作用是地球上几乎所有生态系统的能量基础。本书将从基础的光化学反应开始，详细介绍光能是如何被吸收，转化为化学能，并最终用于固定二氧化碳，合成有机物的过程。 光反应的核心：色素分子与光系统 我们将深入解析叶绿素、类胡萝卜素等光合色素的结构、光谱吸收特性以及它们在捕获光能中的协同作用。 对光系统 I (PSI) 和光系统 II (PSII) 的结构、功能及其电子传递链进行详细的阐述，包括原初电子供体、电子受体、细胞色素 b6f 复合体、ATP 合成酶等关键组分。 探讨光能在天线色素和反应中心之间的能量传递机制，以及光合磷酸化和 NADP+ 还原的过程。 碳反应的精妙：卡尔文循环及其调控 对卡尔文循环（C3途径）的每一个关键酶，如 RuBisCO、磷酸甘油酸激酶、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶 (RuBisCO) 等进行详细介绍，阐明 CO2 固定、还原和再生 RuBP 的过程。 介绍 C4 和 CAM 光合途径，以及它们在不同环境（如高温、干旱）下对提高 CO2 浓缩效率和减少水分流失的适应性优势。 深入探讨碳反应的代谢调控，包括酶的变构调节、共价修饰（如磷酸化）以及底物和产物浓度的影响。 三、 光损伤与光保护：生命体对过强光照的防御 虽然光是生命之源，但过强的光照，特别是高能可见光和紫外线辐射，会对光合系统造成严重的损伤。本书将详细阐述光损伤的机制以及植物为了应对这种威胁而演化出的复杂而有效的保护机制。 光损伤的分子机制 光氧化损伤：详细解释在光系统 II 中，过量光能导致三线态叶绿素生成，进而引发单线态氧 (¹O₂) 和超氧自由基 (O₂⁻) 等活性氧（ROS）的产生。这些 ROS 会攻击类脂膜、蛋白质（尤其是 PSII 的 D1 蛋白）和核酸，导致光系统功能失调和细胞死亡。 紫外线（UV）辐射的损伤：探讨 UV-B 和 UV-A 辐射对 DNA（光化学损伤）、蛋白质（氧化和变性）以及细胞膜造成的直接和间接损伤。 光抑制 (Photoinhibition)：定义和区分动态光抑制（可逆）和长期光抑制（损伤严重，修复缓慢）。深入分析光抑制的核心机制，即光系统 II 反反应中心的失活，尤其是 D1 蛋白的损伤和更新。 光保护机制的精妙设计 非光化学猝灭 (NPQ)：这是植物应对过量光能最重要、最快速的保护机制。我们将详细介绍 NPQ 的三种主要途径： 能量依赖的猝灭 (qE)：聚焦于叶黄素循环（Violaxanthin -> Antheraxanthin -> Zeaxanthin）在质子梯度驱动下的淬灭活性，以及 Xanthophyll Cycle (VDE) 酶的激活。 荧光猝灭 (qI)：探讨在更极端条件下，PSII 反应中心开放性降低，导致非活性状态的形成。 光化学猝灭 (qP)：解释在正常光照下，电子传递链的开放性维持，避免能量在天线色素中累积。 类胡萝卜素的抗氧化作用：阐述类胡萝卜素（如 β-胡萝卜素、叶黄素）如何通过猝灭单线态氧和清除自由基来保护光合膜免受氧化损伤。 紫外线吸收和过滤：介绍植物如何合成和积累紫外线吸收化合物，如类黄酮（花青素、黄酮类）、肉桂酸衍生物等，它们能够吸收大部分有害的 UV 辐射，减少对内部组织的伤害。 ROS 清除系统：详细介绍植物体内抗氧化酶系统，如超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化氢酶 (CAT)、过氧化物酶 (APX, GR) 等，以及非酶抗氧化剂（如维生素 C、谷胱甘肽），它们协同作用，清除光照产生的 ROS。 四、 基因调控：生命响应环境变化的“指挥家” 光保护和光抑制并非被动的生理过程，而是由复杂的基因调控网络精确调控的。环境信号，特别是光照强度的变化，会触发一系列基因的表达调控，从而使植物能够适应不断变化的光照条件。 光信号转导通路： 光敏素 (Phytochromes)：介绍光敏素作为主要的红光/远红光受体，如何感知光照质量和数量，并启动下游的信号转导，影响许多与光周期、形态建成相关的基因表达。 隐花色素 (Cryptochromes) 和光敏色素 (Phototropins)：探讨它们在蓝光和紫外-A 辐射信号转导中的作用，以及对光形态建成、气孔开放等过程的调控。 信号转导分子：介绍钙离子、活性氧、植物激素（如脱落酸、赤霉素）等在光信号转导中的作用，以及它们如何与转录因子相互作用。 光响应基因的表达调控 转录因子 (Transcription Factors)：深入介绍参与光响应的关键转录因子家族，如 MYB、bZIP、NAC、WRKY 等，它们如何结合到靶基因的启动子区域，激活或抑制基因表达。 光响应元件 (Light-responsive Elements)：分析在基因启动子区域存在的 LREs，如 G-box、TCA-element 等，以及它们如何与转录因子结合，响应光信号。 转录后调控：探讨 microRNAs (miRNAs)、小干扰 RNA (siRNAs) 等非编码 RNA 在调控光响应基因表达中的作用，它们通过降解 mRNA 或抑制翻译来调控靶基因的表达水平。 光保护与光损伤相关基因的表达 叶黄素循环相关酶基因：分析 VDE、HXK 等基因的表达调控，它们是 NPQ 机制的关键。 ROS 清除系统基因：探讨 SOD、APX、CAT 等抗氧化酶基因在光胁迫下的表达上调机制。 DNA 修复基因：在 UV 胁迫下，DNA 修复相关基因的激活是至关重要的。 D1 蛋白更新相关基因：分析 PSII D1 蛋白的合成、降解和更新过程涉及的基因调控网络。 五、 环境因素的交互作用：光合作用的生态适应性 光照强度是影响光合作用和光保护/光抑制的关键因素，但它并非孤立存在。本书将强调环境因素（如温度、水分、CO2 浓度、养分供应、以及其他胁迫因子）如何与光照相互作用，共同塑造植物的光合生理和基因调控策略。 温度的影响：高温会加速 ROS 的产生，也可能影响酶的活性，从而与光照产生协同或拮抗效应。 水分胁迫：干旱胁迫会导致气孔关闭，降低 CO2 供应，影响光合电子传递，并可能加剧光抑制。 CO2 浓度：低 CO2 浓度会增加光呼吸，并可能导致光系统 II 的氧化还原状态失衡，增加光损伤风险。 养分供应：缺乏某些营养元素（如镁、氮）会影响叶绿素的合成和光合复合体的组装，从而影响对光的利用和响应。 复合胁迫：在自然界，植物常常同时面临多种胁迫，如光照、干旱、高温、病原菌感染等。本书将探讨这些胁迫因子之间的复杂交互作用，以及植物如何整合不同信号通路，做出适应性反应。 六、 结论：面向未来 理解光保护、光抑制、基因调控与环境之间的复杂关联，不仅有助于我们深入认识生命现象的本质，也为解决当前面临的农业生产和环境保护挑战提供了重要启示。 农业应用：通过分子育种和基因工程，选育或改造具有更强光耐受性、更高效光能利用能力的作物，以提高产量和适应性，应对气候变化带来的挑战。 生态学研究：深入了解不同生境下植物的光适应策略，有助于预测气候变化对生态系统的影响，并制定有效的保护措施。 生物技术开发：从植物的光保护机制中汲取灵感，开发新型的抗氧化剂、光保护剂，以及更高效的太阳能转换技术。 本书《光保护、光抑制、基因调控与环境》将为研究人员、学生以及所有对生命科学感兴趣的读者提供一个全面、深入的知识框架，引领您探索生命体在光照环境下的生存智慧，揭示其背后精妙的分子机制和生态适应性。

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