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评“石元春院士：我国的能源忧思”: deepblue1969 2012-2-21 11:34; “真扯淡。国家投资了几千亿退耕还林还草了，结果又要复耕种油了。” 要明白什么是耕，什么是林，什么是草，这些都是光合作用过程，都是吸收太阳光转化成化学能的过程，都是可以再通过生物过程转变为油和天然气，实质上大部分石油、天然气包括煤炭就是古代的生物质转变的结果，不过更多是地质原因造成的。现在通过生物的方法一样可行，而且可以绿化荒山荒地，何乐而不为。所谓种或耕，绝不是破坏生态系统的过程，那都是过去的老黄历了。现今的农业思想，也要有个巨大的转变，而不是小农经验。要有光合产业的胸怀。靠农业部那些人不行的，包括这位留言的人士。; 2409 次阅读|0 个评论

我们有多少水资源（五）水的意义: 热度 2 qianlivan 2012-2-5 20:30; “水是生命之源。”这是我们熟知的论述，植物的生长离不开水，动物的生存离不开水，城市的存在也离不开水。水对我们的意义究竟是什么呢？在植物的生长过程中，水充当了多个角色。水是光合作用的原料，是合成有机物的基础物质之一，也是植物输送养料的载体。水也是植物完成蒸腾作用的关键。相比用于合成有机物的那部分水，通常大部分的水是通过蒸腾作用散发掉的。所以水对于植物而言主要是一个“过客”，来了又走。植物的根从土壤里把水请进来，而叶将水送出去。土壤中的水来自雨水（大气）、河流（地表水）或地下水。一般来说，这些水的最初源头都是雨水，当然雨水不是凭空产生的，其源头是陆地和海洋蒸发的水汽。我们通常比较关注植物的根，我们会给植物的根提供足够的水供它们“请进去”，至于叶子“送出去”的水，我们关注较少。这些"送出去"的水或许成了别的地方的雨水，或许成了本地的雨水，谁知道呢？如果这些“送出去”的水变成了本地的雨水又降了下来，或者成了别的地方的雨水又流了回来，根能感觉到有什么不同么？我想不会，不还是水么？如果将叶散发出去的水收集起来放到土壤里再让根吸收，就相当于缩短了水循环的路径，从某种意义上也节约了农田的灌溉需水量。所以，水的意义在于循环，如果水不再循环，地球也就没有了水资源。一个地方蓄很多水，不如这个地方风调雨顺，雨水丰沛，不如这个地方有大河滋养。曾经在农业节目中学到，比漫灌节水的灌溉方法是喷灌，比喷灌节水的方法是滴灌，我想，如果能将叶蒸发的水收集起来，这将是一种比滴灌还节水的灌溉方法。当然这样的代价是耗费更多的能源，设备也不简单。不过或许有一天这种方法能投入实际使用？对于城市而言，水的意义同样在于循环。相比农业，城市中的水循环似乎领先一步，据说城市中浇草坪的水是污水处理得到的中水。不过我看城市也没有领先到哪里去，要不然江湖河川还会像现在这样被严重污染么？有一句话说“没有垃圾，只有放错地方的资源”。对于水也是一样的，“没有污水，只有不完整的水循环”。; 个人分类: 思考|5620 次阅读|4 个评论

植物的体重是如何获得与维持的——如何保持身材？（学习札记）: hillside 2012-1-26 17:15; 大千世界，植物占有一席之地。不声不响的植物群体，当今已是碳蓄积的头号功臣。我们知道，通常植物都有年轮，它有点像人类的皱纹，一年多似一年。不过，也有些另类，比如竹子，它一出生，就保持天然的身材直到永远，挺拔、清秀。玉树临风、亭亭玉立，似乎都与植物有些关联。对于植物生理，我是个初学者。但既然学习，就有一些疑问，随手写下一个。植物的生长除了太阳的照拂之外，需要从空气、土壤中获得物质以健壮身体，其中的比例如何？大量元素与微量元素吸收所占的份额？以《植物生理学》（潘瑞炽主编,高教社，第5版）而言，第一篇“植物的物质生产和光能利用”下有“第一章植物的水分重量”、“第二章植物的矿质营养”、“第三章植物的光合作用”。其中的物质生产我觉得更是“物质吸纳”与“物质积累”，“生产”似乎有些悬空。人吃五谷杂粮，植物吃什么？从章名看，我更希望看到直接点明大量元素（比如人的主食）的标题。矿物质我总以为类似人体的微量元素，在体重当中没有太多份量。（矿质营养与人体的微量元素看来有异。因时间关系，暂写到此。）; 个人分类: 生态环境述评|2742 次阅读|0 个评论

[转载]test: suredream 2012-1-5 08:52; p（来源：科技日报顾钢）/p pemScience/em DOI: 10.1126/science.1184984 德国马普生物地球化学研究所 Christian Beer 小组首次根据测量数据估算出地球上二氧化碳的自然释放和吸收量，首次回答了气候变暖所涉及到的全球温室气体平衡问题，即有多少二氧化碳通过人、动物和植物释放到大气中，又有多少大气中的二氧化碳通过光合作用被植物吸收，这项研究对气候变化后果的预测比迄今的气候变化数学模型要准确和可靠得多。/p p参与这项研究的各国专家根据FLUXNET观测网络的合作倡议，在全球60个地方设立了测量点，对空气中的水和二氧化碳浓度进行长期跟踪测量，以确定在特定的生态系统内温室气体的释放和吸收量，而之前研究人员对生态系统温室气体呼吸和气候研究都是基于数学模型和假设。/p p他们的测量数据显示，大气中每年约有1230亿吨的二氧化碳通过光合作用被吸收掉，其中热带雨林的贡献率为34%，而比热带雨林面积更大的热带稀树草原的贡献率为26%，可见茂密的树木对二氧化碳的吸收作用更大。/p p对全球碳循环起决定性影响因素的是水，在热带稀树草原，只有30%的二氧化碳就地被吸收，其余70%是雨水的作用。而在热带雨林地区，下雨作用并不那么大，只有29%的二氧化碳是被雨水带走。/p p煤炭、石油和天然气等化石能源燃烧所释放到大气中的二氧化碳每年约有70亿吨。/p p一个意外的研究发现是，温度对碳循环的影响较小。马普生物地球化学研究所的Markus Reichstein和其同事在第二份研究报告中指出，即使在一个星期内温度上升10摄氏度，虽然动植物呼吸所释放的二氧化碳会加速，但增速也不会超过2倍，而迄今为止的气候变化数学模型都认为这种增速会达到3倍至4倍。/p p参考： a href="http://www.sciencemag.org/content/early/2010/07/05/science.1189587.abstract"第一份报告/a a href="http://www.sciencemag.org/content/early/2010/07/05/science.1184984.abstract"第二份报告/a/p; 2180 次阅读|0 个评论

我身边的植物生理生态学现象（一）: 热度 2 zhuangwei 2011-12-21 09:20; 辐射在树冠南北两侧分布的差异导致的柏树冠型的不对称现象这周一吃过午饭，在园区里随便转转，已经是12月19日了，快立冬了，冬天过了近一半。梧桐、柳树、杨树叶子都落了。依旧一片绿意的松树和柏树就格外显眼了。柏树的树冠冠型是圆锥形的。我留心看了一下柏树的树冠形状，发现柏树的圆锥形树冠不是完全标准的，是不对称的（见下图）。空旷处的柏树（周围没有其他高大树木和建筑物遮挡阳光），北半部的树冠要比南半部的树冠长得更茂盛些。想到植物生理生态学中植物冠层辐射传输的理论，北半部（阳生叶)接受的太阳辐射更多，有更多的能量用于光合作用，同时较强的太阳的辐射又为叶片提供了温度更高（较阴生叶）的物理环境，进一步增强了阳生叶的光合速率，这样就是北半部的阳生叶（枝）生长速率更快，冠型更大。总之，辐射在树冠南北两侧的差异造成了冠型的不对称。想得更广些，在辐射在地球表面低纬度和高纬度的分布差异又造成了植被类型的差异。一树一世界。真是美妙的秩序！柏树冠型简图; 个人分类: 我身边的植物生理生态学现象|8416 次阅读|3 个评论

光合作用之殇: yuanyewei 2011-12-7 11:49; □原业伟我第一份工作在北京的五道口，楼下就是光合作用书房在北京最大的分店。无论是挑选图书的时新还是码放图书的用心，都透露出每一位店员的文化修养，国学方面的收藏堪比中华书局的门市部，欧美的文艺方面书籍让任何专业的文学硕士都能各取所需，就是语言学的专著也蔚为大观，觉得天堂不过如此。在“新中关”工作之后，每天都经过楼下小型的光合作用分店，这是一个迷你版的天堂，仅仅十几平米的面积，凝聚着浓浓的人文气场。今年10月底，听说五道口的光合作用一片狼藉之后，楼下的那一家也化为空洞洞的墙壁和一纸文告。一天之后，新中关这家声称仅仅是光合作用的加盟店，重新开张。这和京东当当与苏宁如火如荼的价格战时间上恰巧碰撞，让人们不禁猜测其中是否隐藏着往来代谢的关系。腹黑的人以阴谋论的论调，认为网上的图书商城年末大搞促销活动在预支图书的未来。而这促销活动对每一个爱书的人，心头涌起的都是暖暖的感觉。那些疯狂抢购、买100元送200券乐此不疲的，大多还是出版界那些穷酸文人们，这让他们对网上书店如何恨得起来？拿当当网来说，历经12年经营扭亏为盈，在出版界形成一个励志神话，仿佛《哈利·波特》里汤姆·里德尔的日记，从人造的虚拟事物变成了有形体的利维坦，从而影响出版社图书设计策划的思路。富兰克林说，落日是最难画的，因为很难与朝霞分开。图书的电子商务模式，很难看成是落霞的回光返照，怎么看也是冉冉升起的新君之像。那么，冷冰冰的快递就要代替鲜黄招牌的光合作用了吗？却也未必。《科学美国人》的一位作者做过一个试验，他以往的著作都是只出版纸书，这次他决定电子版与纸书同时发行，一年以后，他发现新书的销量并未下降，反而相比旧书有所提高。同时，电子版的发行也带来了一定的盈利。获得了双丰收后，他分析，电子版为他拓展了读者群。奥秘何在？出版圈风行的词汇中，我最厌恶的一个词是“蛋糕”，因为用这个词就假定，读者的胃口腰包都是有限的，营销商和出版单位要想卖出图书，必须减损其他经营者的利益。抱着这个念头的出版者，像《水浒》里的打虎将李忠一样吝啬地捂着自己的二两银子，生怕别人抢了自己的市场份额。而真正有远见卓识的出版者是乔布斯式的，他们不去询问客户需要，因为他们用流行文化的瘟疫创造客户需要。他们试图用病毒式营销创造国人的读书氛围，贝塔斯曼尝试用书友会的形式展开这样的读书圈子，因为水土不服，他倒下了，尸体上开出了璀璨的红花。国人太需要读书氛围了，看看我们读书的册数就可以知道。一个以色列人一年平均读书33本，欧美人和日本人平均每年读书也在十几本到二十几本，一个中国人一年读书平均不到1本！光合作用书房和网上书店的疯狂打折，其实只是在这不到1本上做文章；书店卖出的图书压倒性优势是教材教辅，这不到1本的图书中仅有10%不到的小资书，是民营书店和网上书店争抢的重点。吝啬的出版商背上升腾起一丝寒意：“怎么，就这么点蛋糕也要跟我抢？”广大读者和富有远见的商家却心里充满阳光，他们知道，如果不这样打折，这些书他们不会购买，至少不会在当下购买，中关村旁也有旧书店，正版图书12.8元一斤，其中很多都是2007年版的。在图书的宣传期炒作，薄利多销地扩大销量，有利于图书再版和续集的上马；旧书店只能获得僵尸般的冰冷，与图书的良性运转再无关联。读者需要书店，当网上可以购买到更便宜的版本，方便阅读到电子书全部内容时，仍然需要纸书的奢侈。商家需要书店，他们需要和读者时刻沟通，了解买书读者对图书的真实需要，这是豆瓣论坛上的水帖不能代替的；作家、出版者需要书店，写作者永远需要和读者面对面的交流空间，了解他们的真实感受，从而反馈到自己的作品策划写作中。实体书店是一个无可替代的文化交际场，必将随着国人文化修养的提高，活动更加广泛。书店同样需要网络，正是网络让国人尤其是中青年国人对文字的敏感超过了影像；正是网络的兴起，让电视成为了中老年人的慰藉；是手机网络使得在地铁上无所事事的国人，有了低头阅读的习惯；手机网络培养起来的一批青春小说读者如今正在长大，他们迫切需要更有深度的读物填补空白。图书营销借网络造读者群，借实体书店造氛围，借作者与出版者的频频出镜造声势的时代适逢其时，在这个铺满金黄落叶的深秋，我们的心洒满阳光。 http://a.xhsmb.com/html/2011-12/05/content_37866.htm; 2350 次阅读|0 个评论

[转载]2800篇光合作用文献数据库（转自泽泉）: juior 2011-12-5 19:25; http://www.zealquest.com/down/view.asp?id=148 集合成这样的数据库还是方便点。; 1614 次阅读|0 个评论

玉米苞叶光合作用: 热度 4 gaojianguo 2011-10-16 12:11; 玉米苞叶是玉米棒子的外皮，在它是绿色的时候由于含有叶绿素，所以像花、树皮和果实一样也可以进行光合作用。网上搜了下关于玉米苞叶的中文文章，大部分只是做了个简单的比较研究，澳大利亚国立大学的科学家近日进行了较为详细的功能分析，成果发表在 Plant Physiology 上。他们对苞叶和普通叶片进行了显微镜观察，光合指标的测定以及碳同位素 13 C 分析，发现苞叶的光合能力较差，呈现出与叶片不太一样的光合途径，苞叶有点像 C 3 植物的光合特点，不完全是 C 4 途径。在同一植株发现不同的器官有不同的光合功能类型，这在研究 C 3 植物向 C 4 植物演化中有重要的启发意义。这让我想到了前不久在 PNAS 的异亮氨酸 309 是 C 3 向 C 4 转化的 “ 催化开关 ” 一文，黄菊属的植物呈现出不同的光合类型对研究 C 4 植物进化也有重大意义，看来菊科的进化速度要比玉米 ( 禾本科 ) 的快？或者是相反的说法，玉米由于 “ 通吃 ”C 3 、 C 4 ，比菊科的植物更高级？这两种不同的猜测需要试验验证，我感兴趣的是大自然有没有同一植株包含两种不同的光合类型？或许是存在的，如果真有，这种植物必然是研究 C 4 和 C 3 植物演化的绝好材料。有意思的是，河北医科大学病理学教研室的甄艳军等人在 2003 年发现并报道玉米苞叶煎剂对哺乳动物血管的影响，玉米苞叶的汤水能够改善家兔的心血管功能、治疗动脉粥样硬化！嘿嘿，以后煮玉米棒子最好不要剥皮了，喝点汤水或许比吃玉米还好，这就叫 “ 吃肉不如喝汤 ” 。 Functional analysis of corn husk photosynthesis 的全文链接： http://www.plantphysiol.org/content/early/2011/04/21/pp.111.176495 玉米苞叶的药用价值研究：相关阅读：种子光合作用果实光合作用; 个人分类: 生活点滴3|8892 次阅读|8 个评论

果实光合作用: 热度 2 gaojianguo 2011-10-7 15:36; 番茄或西红柿在成熟之前是绿色的，含有少量的叶绿素，所以也可以进行光合作用。西红柿的果实进行光合作用同化的碳和营养物质对它的能量代谢或发育贡献不大，也就是说，植株并不指望它的果实能给自身的物质和能量做出多大的贡献。一般情况下，花或果实做为繁殖器官，需要其它组织或器官的养分供给。但，果实进行光合作用的意义何在呢？德国科学家发现与不能进行光合作用的果实相比，绿色的番茄在收获时坐果率更高、种子的数量更多、维生素 E 的含量也越高。 “Tomato fruit photosynthesis is seemingly unimportant in primary metabolism and ripening but plays a considerable role in seed development” ，翻译的大意“番茄果实光合作用表面上在初级代谢和成熟中作用不大，但在种子发育中扮演着重要作用”一文近日发表在 Plant Physiology. 违背自然规律，就有降低繁衍的可能。这项研究阐述了果实在发育早期含有叶绿素进行光合作用的进化意义。成色不佳的果实种子自然也就少了，就这么一个朴素的道理成就了一篇 Plant Physiology ，把目光放在榆树 ( 先花后叶 ) 绿色的翅果或者大豆绿色的荚果或许也有类似重大的发现。; 11310 次阅读|9 个评论

植物光合作用的自然基因变异: 热度 1 gaojianguo 2011-9-25 14:28; 同样是荷兰人的观点评述，同样发表在 Trends in Plant Science ，作者从多个层面论述了植物光合作用的自然基因变异 ( Natural genetic variation in plant photosynthesis.pdf )。 A new angle to photosynthesis research 光合作用的基因变异的遗传因子知之甚少 Levels of photosynthetic variation 叶片，植株和冠层都存在光合差异 What is the cause of photosynthetic variation? 这个应该主要由进化决定，当然环境对光合类型的改变有时也很大 Investigations into natural genetic variation in photosynthesis * Ecophysiological studies * Agronomic studies 光合基因变异的研究主要集中在生理生态和农艺性状方面 Robust and reproducible phenotyping 重复和积累数据 How to investigate natural genetic variation in photosynthesis 一些生化和分子生物学手段 -------------------------------------------------------------------------------------------- 文中光合速率和产量的关系讨论很有意思，一直以来光合作用与作物产量或生物量是大家争论的热点，如光合作用大的，其产量不一定就高。在叶面积和光入射的角度一样的情况，总体而言，光合速率越大的植物往往生物量积累也越多。 -------------------------------------------------------------------------------------------- 有用的专业词汇表 : Gene a DNA sequence containing a protein coding region and all the regulatory elements in the direct vicinity needed for transcription of this protein coding region. Genetic factor a DNA sequence that contributes to the phenotype of an individual, because it comprises a gene or sequences contributing to the expression of a gene. Genome-wide association study a quantitative genetic approach used to find genetic associations between genotype and phenotype in a population of individuals of unknown relatedness, to identify genetic loci contributing to such a phenotype. Genotype the specific genetic constitution of an individual, determined by its nuclear and cytoplasmic DNA sequence. Leaf area index measure of the total leaf area per unit ground area. Natural genetic variation the genetic variation that occurs both within (intraspecific) and between (interspecific) species. In this review we focus on spontaneously generated (natural) genetic variation found in crop as well as wild populations, as opposed to variation generated in the laboratory via mutagenesis or transgenesis. Photosynthesis (oxygenic) the process by which plants, eukaryotic algae and cyanobacteria use light in the approximate wavelength range of 400–700 nm to split water, forming O 2 and reducing CO 2 to an organic form, thus converting some of the absorbed light into chemical energy. Photosynthetic rate the rate of CO 2 fixation per unit area of leaf, usually expressed in μmol m –2 s –1 ; because photosynthesis occurs simultaneously with respiration, the rate of photosynthesis can be qualified as either a gross or a net rate. Phenotype the physical appearance of an individual as a consequence of its genotype and its environment. P max also known as A max , this is the maximum photosynthetic rate of a leaf under light saturated conditions; it can also be thought of as the photosynthetic capacity of the plant. Photosynthetic nitrogen use efficiency the efficiency with which a plant can use the available nitrogen in its leaves or other photosynthetic tissues for photosynthetic processes. Quantitative trait loci genetic loci, each corresponding to a region of the genome containing genetic factors for which variation can be found between the studied genotypes, that have a statistically significant association with a particular phenotype, and the trait values of which are expressed in a continuous rather than discrete manner. Single nucleotide polymorphisms single base pair variants commonly used as genetic markers in quantitative genetic investigations.; 个人分类: 生活点滴3|4978 次阅读|3 个评论

叶片尺度光合作用分析方法-光合作用光响应曲线的修正模型: 热度 2 csiro 2011-8-30 08:25; 【这是最近同叶子飘博士的通信，他提出了一个很了不起的光合模型。】叶博士，您好！我完全赞同投稿Planta，这是一个非常好的杂志，常常我觉得看不懂，因为它太偏生理了。实际上你现在的工作非常有意义。原因是什么呢？在叶片尺度上做，主要方法就是光合仪，光照、温度、CO2的响应。这是刻划光合特征的基本方法。把这个搞清楚了，可以为非常多的研究者提供一个分析的方法。这就是为什么你的方法得到很大的应用和响应的原因。论文中对前人的评价也是非常技术性的活。不能太高，免得他的竞争对手觉得不实际，更不能太低：万一撞到他手里呢？还是这样：实事求是，对过去适当肯定，不完全批评。我过去也犯过这样的错误（？）。我的一篇论文投稿PCE，我认为1991年Collatze在农林气象AFM的结论是错的。就是边界层导度过高和过低都会导致光合午睡。但是我没有直接的证据。只是模拟。这让人家无法接受。现在我仍然认为，他那个结果是错的。你的访问时间很好。到时候联系。你的新论文，我要等到回国才能看了。; 个人分类: 交流篇|4638 次阅读|0 个评论

升高的二氧化碳可以提高白杨突变株对高光和高温的耐受性: 热度 1 gaojianguo 2011-7-28 12:26; Way等对能够释放异戊二烯的白杨杂交种和突变株的光合和叶绿素荧光特性在两种二氧化碳浓度环境下的差异进行了研究。他们发现高光对升高的二氧化碳浓度两种白杨的生长影响不大，但在42C高温胁迫下，生长在190ppm二氧化碳浓度里的突变株的净光合速率是野生型的一半，而在590ppm浓度里只有22%，最终作者认为升高的二氧化碳或许会减小异戊二烯释放对植物生长带来的好处。看来，升高的二氧化碳对植物生长是有利的。他们的论文“Enhanced isoprene-related tolerance of heat- and light-stressed photosynthesis at low, but not high, CO 2 concentrations”发表在Oecologia上。异戊二烯（isoprene）一般在较高的温度才产生，产量与光强和温度正相关，与植物的光合作用密切相关，能够体现出植物的光合作用特征。 Enhanced isoprene-related tolerance of heat- and light-stressed.pdf 陆地生态系统植物挥发性有机化合物的排放及其生态学功能研究进展.pdf; 个人分类: 生活点滴4|3464 次阅读|3 个评论

种子光合作用: 热度 1 gaojianguo 2011-5-22 22:14; 对于植物而言，凡是绿色的部位基本上都能进行光合作用，种子也不例外。如豌豆（pea）和大麦（barley）的种子在发育早期就可以利用弱光进行光合作用，为植物体的生长提供还原力（ATP+NADPH）、为呼吸作用提供氧气。但并不是所有的“绿色”种子都能进行光合作用，如莲花（lotus）的种子就不能，Gradients of seed photosynthesis and its role for oxygen balancing.的作者认为有的种子之所以能进行光合作用，与他们所处的盐碱和干旱环境有关，但具体的机理还不明确。 Gradients of seed photosynthesis and its role for oxygen balancing.pdf; 个人分类: 生活点滴1|10014 次阅读|2 个评论

作物生长模型WOFOST简体中文版升级了: 热度 3 agri521 2011-5-9 23:29; 于2011年3月,官方升级了WCC。近几日,笔者抽出点时间把WCC汉化第一版中存在的问题进行了修正,今天正式发布汉化第二版。软件名称：WOFOST 简体中文版官方主页：http://www.wofost.wur.nl/UK/ 原版下载：(需要) 运行环境：Windows 2000/XP/2003/2008/Vista/Windows 7 软件性质：共享汉化作者：Agri521 (agri521@gmail.com) 汉化日期：2010-11-03 软件简介： ──── WOFOST 是由荷兰瓦赫宁根大学开发研制，基于单站点的模拟系统。基于过程的动态解释性模型，以日为步长模拟在气候和其他环境因子(如土壤水肥)影响下的作物生长过程,如光合作用、呼吸作用、蒸腾、叶面积变化、干物质分配以及产量形成等。该模型可以模拟水肥充分供应(潜在生长条件)、水分限制(雨养条件)和养分限制 (N、P、K供应不足)三种条件下的作物生长过程和作物产量。 1、请先安装BDE5.0，再安装WOFOST。 2、在C盘根目录新建文件夹“TEMP”。 3、运行WOFOST18_ChinesePatch.exe，完成软件汉化。更新说明： ──── 2010-11-03 汉化WOFOST控制中心 1.7 2011-05-09 汉化WOFOST控制中心 1.8 -- 修正了某些翻译错误，解决了字体及字号问题。; 个人分类: 农业建模|15590 次阅读|1 个评论

人造光合作用研究小进展: gaojianguo 2011-4-22 15:42; A Combination of Two Visible-Light Responsive Photocatalysts for Achieving the Z-Scheme in the Solid State. ACS Nano, 2011. 近日，韩国人使用复合光催化剂CdS/Au/TiO1.96C0.04模拟光合作用中的“Z”型反应制氢，发现其产量是没有掺杂C的4倍还多，效果理想，为人造光合作用的继续研究提供了一定的理论价值。上面的图片是他们文章里的，与下面两篇文章里的是十分相似的，可见科学研究向来是有一定的连续性和传承的，即使他们没有引用下面的两篇较早的文献。模拟光合作用Z型反应光催化分解水的初步研究. 上海交通大学硕士论文, 2007. 半导体光解水研究进展. 材料导报, 2005. A Combination of Two Visible-Light Responsive Photocatalysts for Achieving the Z.pdf 模拟光合作用Z型反应光催化分解水的初步研究.pdf; 个人分类: 生活点滴1|5593 次阅读|0 个评论

从Forster能量传输，到相干能量传输，再到Forster能量传输（四）: 热度 1 xtliang 2011-4-15 16:04; （承上）梁先庭译 6. 光合作用中能量传输机理最初，人们假设在光合作用中能量迁移只通过 FRET; 也就是说光合作用中能量传输是在如此条件下进行的，即分子之间的距离足够的长，点偶极近似有效，能量传输是非相干传输。 Forster 机制适合于这样的情况，即 donor 与 acceptor 之间的耦合是通过跃迁偶极 - 跃迁偶极相互作用，分子在其各自能级可以进行光学跃迁的。假设激发能完全在 donor 或 acceptor 上。假设在光合作用系统中激发能是通过跳跃机制，随机地扩散迁移的。能量将要么被反应中心捕获，要么通过非辐射（热）或辐射（荧光）方式离开样本。按照跳跃模型，每一步的能量传输都是独立于前面的能量传输的，类似于随机行走。实验上，人们观察到了样本荧光的衰减；或者通过样本的双脉冲吸收谱，人们可以定量地推测它的参予率。 FRET 率，即辐射与非辐射衰减在每一步传输时都直接地一阶竞争，假如相互作用的分子是不同的将导致荧光辐射观察率；若相互作用的分子相同，则导致各向异性衰减率。这种偶极 - 偶极 Forster 机制的早期扩展曾经得到发展，现在变得尽人皆知的是，由许多分子组成的光合作用结构是高度有序与彼此靠近的，因此点偶极相互作用近似就不再有效了。扩展 Forster 理论的一种方法是保持 Forster 传输的基本前提，但是用扩展的而不是点偶极近似的电荷分布来模拟分子之间的相互作用。一个附加的建议是由 Dexter 与合作者提出的，其意思是，当存在光子的轨道叠加时，应该包含一个电子交换机制，以致光学禁止跃迁两个分子之间的能量传输是可能的。 Dexter 同时还考虑了库仑相互作用的高阶表示。然而，已经清楚的是，在光合作用系统中很多参与工作的色团非常靠近地联合在一起，因此，能量传输的附加机制必须予以考虑。为了考虑光合作用分子间的耦合从强到弱的变化，提出了原始 Forster 理论的进一步扩展 : 弱相互作用就是原始的 FRET 机制。所引入的新的传输的模式，考虑了分子之间的耦合比 FRET 所假设的耦合要强，这就引入了激子理论，见文献。这一传输机制就称之为相干共振能量传输，或称 CRET ，以区别 FRET 。问题于是出现了，人们怎样描述在光合作用结构中分子间相互作用能的显著变化。在着手进一步发展之前，仔细想想早期 Forster 的表示，并在激子后面探究点基本的量子力学也许是无不裨益的。 7 、简评 Forster 机制（非常弱耦合）从一开始， Forster 就指出，他的 FRET 理论不包含任何量子参数，并且他展示，他的著名的描述 FRET 的方程可以经典地推导出来。 Perrin 最初也是基于偶极子的经典模型发展他们的能量传输理论的。另一方面，当然，用量子理论推导该理论更加精确， Forster 在 1948 年发表的第一篇文章就是利用量子力学的含时微扰理论推导的。 Arnold 与 Oppenheimer 在 1941 年也是利用含时的量子理论导出了他们的 FRET 表达，（正如前面提到的，虽然在他们提交的摘要中没有给出推导，也不知什么原因没有 Arnold 的名字），在他们 1950 年发表的文章中给了 FRET 一个彻底的量子力学推导。即使在早期对等离子与气体的能量传输的理论研究，也利用了最新发展起来的量子力学理论表示来推导能量传输表达。所有这些理论处理利用了费米黄金准则的思想（虽然当时还没有这个名字，但在 1927 年已经得到了 Dirac 的解释）。本文所讨论的内容中，费米黄金准则（称狄拉克 - 费米黄金准则可能更合适）是适合的，尽管在能量传输到 acceptor 分子之前存在一个完整的从 donor 分子激发态弛豫到了振动的准平衡态过程。这些意味着分子内的耦合相互作用与振动能级的宽度相比是非常弱的，也就是两个分子光谱特性的表征的内容与单独的两分子的光谱特征所表征的内容是相同的。揭示分子间耦合强度的概念，在不同文献中是不一样的。这里我们所使用的概念是 Forster 能量转换中经常使用的概念。“非常弱”指的是耦合的极限，也就是参与的分子能够保持它们的光谱的独立性的极限（译注：没有因为其耦合对光谱产生明显影响）。虽然 Forster 认识到并且提及了这一概念的含糊性，但他还是经常使用它，并且现在与 FRET 相关的文献也经常用到它。（未完待续）; 6620 次阅读|1 个评论

从Forster能量传输，到相干能量传输，再到Forster能量传输（三）: 热度 1 xtliang 2011-4-13 11:24; （接上）梁先庭译 5. 敏化荧光：在光合作用生物体内能量传输之证据 5.1 1940 年代与 1950 年代 “敏化荧光”的最早记录实例，以及能量传输研究肇始于 G. Cario 与 James Frank 于 1922 的研究工作。这一年，他们发现，在汞与铊的混合蒸汽中，当汞（作为 Donor ）在 253.6nm 被激发后，铊（作为 Acceptor ）发出了荧光。一直到 1943 年，才有第一个光合作用物敏化荧光清晰的实验报道。在硅藻的细端菱形藻（ Nitzschia clostertum ）里， Dutton 等人展示了从黑角藻黄素（ fucoxanthin ）到叶绿素 a 的几乎 100% 的能量传输，因为当黑角藻黄素被激发时，会导致一些叶绿素 a 的荧光，就好像直接激化叶绿素 a 所发出的荧光一样。这也是生物体内类胡萝卜素具有捕光功能的第一个清晰实例（见 Dutton 与 Govindjee ）。三年后（ 1946 年）， Wassink 与 Kersten 对另一种硅藻细端菱形藻的研究独立地得到了相同的结果。这些实验首次证明了在光合作用系统内激发能从一个色素传输到另一个色素的事实。 Louis N. M. Duysens 对如下系统的激发能传输提供了最系统的研究：（ i ）紫质细菌着色菌属（ Chromatium ）与红螺菌属（ Rhodospiritlum molischianum ）；（ ii ）绿藻小球藻（ Chlorella ）；（ iii ）红藻紫球藻（ Porphyridium cruentum ）；（ iv ）蓝绿藻（一种藻青菌）藻属。加之， Duysens 发现了两种叶绿素 a 的存在，一种是发（荧）光的，而另一种是不发（荧）光的。 C. Stacy French 与 V. M. K. Young 独立地发现了在红藻中藻红蛋白向藻青蛋白，藻青蛋白向叶绿素 a 的能量转移。 Willian Arnold 与 E. S. Meek 于 1956 年通过观察叶绿素荧光的退极化为叶绿素分子间的能量迁移提供了清楚的证据。在小球藻细胞中，荧光的极化度很低（ 0.030 ），因此不可避免的结论是：荧光一定由叶绿素分子放出。而这些叶绿素分子并没在此之前吸收过激发光，这就是说在光合作用单元内，一定存在叶绿素分子之间能量的有效传输（迁移）。最早对激发能转移的时间观察是 1958 年在 Eugene Rabinowitch 实验室获得的，当时 Steve Brody （参阅简评）测量了叶绿素 a 荧光的延时，该实验是将红藻中紫球藻属 (cruentum) 的藻红素用纳秒级的绿光照射；此时能量从藻红素通过藻青素传到叶绿素，时间约 500ps ，测量是在 Brody 此前自制的非常先进的直接测量荧光寿命的设备上做的。该工作的改进与延拓可见 Tomita 与 Rabinowitch 的文献。一直到 1978 年， George Porter 与合作者用高速照相机验证并扩展了这些观察。 5.2 1960 年代－ 1990 年代在此期间，对激发能量传输以及激发引起的叶绿素 a 的荧光谱 , 从室温到液氦温度（ 4K ）都做了大量的研究，可参见评述。我们中的一人（ Govindjee ）的实验室的实验显示，当光合作用系统 II （ PS II ）接近室温时，不管在高光强下还是使用阻抑制剂敌草隆（该剂阻止这种系统外物质的电子输运），在 693nm 附近会出现一个新的辐射带，并且叶绿素 a 荧光极化减少。这些结果暗示，天线内激发能的迁移增加了。在 1960 年代，也就是 Brody 在 77K 的绿藻小球藻中发现 720nm 辐射带后不久，已经变得非常明显的是，在 77K ，至少有 4 个辐射带： F685 （来自 PS II ）； F695 （来自 PS II ）； F720 （来自 PS I ）和 F735nm （来自 PS I ），参见。更重要的是，当温度降到 77K （甚至 4K ）时，在绿藻、红藻与藻菌中，发现辐射谱与能量传输发生了极大的变化，人们曾尝试将这些现象与 Forster 共振能量传输理论建立联系，但是由于该类完整系统的复杂性以及由于缺乏相关参数的详细信息，无法得出任何严格的结论。另一个，我们中的一人（ Govindjee ）曾经提出过的，与激发能量传输（或称迁移）相关的问题是，是否存在所谓的“湖模型”（一个由 G.whlse Robinson 创造的术语，这里指激发能量很多单元间自由移动），或“单独封装”模型（这里指个体单元之间没有能量交换）。这是一个 Joliot 在 1964 年处理过并且有结论了的一个问题，其结论是能量从不活跃到活跃单元的几率是 0.55 。在考茨基（ Kausky ）跃迁（连续照射的荧光跃迁）下，叶绿素 a 荧光寿命作为荧光强度的一个函数的测量证明这样一个概念，即在叶绿体的完整的细胞中，激发能是由几个 PSII 单位所共享的，见文献（ 67-68 ）。该研究频域一个更流行的图像包含在最近光合作用研究特别卷两本书的几个章节中。 5.3 激发能级联，例子当超快（飞秒到皮秒）光照射被用于 donor 分子的激发时，我们可以直接测量激发能从 donor 分子传输到 acceptor 分子的时间，即 donor 分子荧光减小到 acceptor 分子荧光增加所用的时间。当 donor 与 acceptor 分子具有不同的吸收谱时，这是能观察到的，在红藻紫球藻属 Cruentum 中，一个漂亮的激发能传输的级联可以观察到，它们是：从藻红蛋白（ F575 ，荧光在 575nm 处辐射）到藻青蛋白（ F645 ）到别藻蓝蛋白（ F665 ）；到了 500ps 后，激发能全部转移到叶绿素 a 上（ F685 ）。类似的，这样的结果，即能量从藻红蛋白的别藻蓝蛋白到叶绿素 a ，在蓝藻细菌组囊藻中与项圈藻中也发现了，虽然它们的光谱频率不定量相同，这些能量传输的路径一定遵循 FRET 机制。最近， Komura 与 Itoh 总结了在温度 77k 与 4k 时，能量在波菜，一种高等植物中的一种叶绿素传输到另一种叶绿素的结果。这些测量使用了一种高速单光子计数模式的照相机，显示了一系列反应能量传输的荧光，在 77k 时从 677nm （ F677 ）到 F689 ，约 5ps ；从 F685 到 F695 ，约 180ps ；从 F680 到 F689 ，约 30ps ；冷却样本到 4k 导致这些传输时间缓慢减少约 5 倍！利用快速照相机， Gilmore 等人展现了小麦，另一种高等植物在室温下的整体光谱结果，但是，只有当 PSII 反应中心用高光靠近（所有非 PSII 介质减少），叶绿素的荧光寿命从 250—500ps 增加到 1250---2500ps ，并且伴随着两种光合作用系统激发能传输的改变，（产生了重构）。（未完待续）; 5335 次阅读|1 个评论

从Forster能量传输，到相干能量传输，再到Forster能量传输（二）: 热度 2 xtliang 2011-4-11 08:21; （承上）梁先庭译 4. 能量传输的早期研究能量从一处以某种形式输运到另外一处是物理学 ---- 从天文学到核物理的所有领域，一个共同关注的话题。例如，气体可以通过独立分子间的碰撞交换能量。事实上，能量传输的原始观察是，分子（或原子）之间的相互作用距离比没有碰撞的分子的半径之和要大很多。这也是早期偶极 - 偶极相互作用的第一特征，对其早期实验的描述参见 Clegg 的文献。此研究之后，能量可能从一个激发分子传输到溶液中距离远大于分子直径的近邻的分子的事实通过荧光极化实验变得很清楚了。这种能量传输的原始解释 , 也是根据偶极 - 偶极相互作用而获得的。由 J. F. Perrin 做的溶液中分子之间的能量传输的解释正确地包含了分子之间的偶极 - 偶极相互作用，但是他们的分析只考虑了两个相同的相互作用分子，且这两个分子各自仅拥有两个态，并且是与环境隔离的。这样，该系统就含有无限狭窄的能带。结果，他们预计的能够传输能量的距离太长了。正如我们将在稍后讨论的，这是因为他们没有考虑这些实验的条件，而这些实验包含了严重的能级展宽，这里激发态构形与环境（溶液）一起处于平衡，而激发分子在能量传输发生之前已经与环境发生了多次碰撞，这些碰撞导致了相位的退相干，进而导致了能量的非相干传输。 Theodor Frster 认识到了这一点，并推导出了正确的非相干能量传输率。这种推导对拥有库仑相互作用的凝聚态的分子是可行的，而 Frster 对其较大距离的分子采用了点偶极 - 偶极相互作用，这些认识允许他对分子之间激发态（ donor ）与基态 (acceptor) 之间的能级叠加可以用几率处理。（用更学术的性的语言说就是：这种能量传输的条件有利于使用费米黄金准则 ---- 见下面 Section7 ）。 F rster 熟悉 Perrin 的工作并高度关注染料极化的实验测量。在它的原始文献里也提到，需要祈求能量迁移来解释光合作用的效率问题。不是一般都认为，正确的机理与理论（与 F rster 完全相同的理论）是最早由 Arnold 与 J.R. Oppenheimer （见文献）推导出来的。有趣的是， Arnold 与 J. R. Oppenheimer 的工作是被光合作用的高效所激励。当时， Emerson 正从事量子效率与蓝藻（又称蓝绿藻）及绿藻的作用谱的研究，但是研究成果到 1942 年与 1943 年才发表。早先， Arnold 选修了 Oppenheimer 量子力学的课程，并同 Oppenheimer 讨论了这些现象， Oppenheimer 很快做了一个分子之能量转换与核的内禀转换之间的类似。 Oppenheimer 在一个物理学会的关于核物理的会议上，递交了一个论文摘要，并口头报告了其基本内容。由于某些原因，他在摘要中没有提及 Arnold 。这个粗糙的摘要没有给出任何细节，非常有可能当时没有什么听众被这个光合作用工作所吸引。 Knox 曾给出一个关于 Arnold 与 Oppenheimer 贡献的详细说明。 Knox 说：“ Oppenheimer 提出，初始激发分子的跃迁瞬间，由于强的近域场驱动，共振转换将发生，作为一个不可逆过程，这样的机制将具有一个正比于R^(-6) 的比率，这里R 是分子之间的距离。”在 1941 年， Oppenheimer 的摘要里（此摘要基于 Emerson 早期的实验观察），就发现了一个清晰的表述，该表述认为，一个叶绿体 a 分子将接收蓝色素蓝藻中藻青蛋白分子吸收来的能量。一直到 9 年后， Arnold 与 Oppenheimer 才发表他们被长期耽误的文章；他们预言，当 Donor 与 Acceptor 之间的距离相隔 ~ 15A 时，激发能从 Donor 跳跃到 Acceptor 的时间约 2ps 。到此时，经典的 FRET 即 F rster Resonance Energy Transfer 理论早已发表，而实际上 Arnold 与 Oppenheimer 在文献中还引用了 F rster 的文章。基于对文献阅读及以 Knox 的文章，我们认为 Arnold 是第一个在光合作用研究中使用共振能量转换概念的。然而， F rster 的原始推导与分析（这里 F rster 提到了 Emerson 关于光合作用的工作）对光合作用中激发能的传输理论具有最重要的影响。在 Arnold 与 Oppenheimer 以及 F rster 理论的机制中，术语“不相干”指的是被激发的色团在能量传输之前完成了振动之弛豫。激发分子振动之弛豫是由于它与环境的相互作用。在室温下，很容易显示，在相互作用能量传输发生之前，其弛豫过程只持续了几个皮秒（这近似等于分子距离的扩散时间）。早期理论假设，这些激发分子的振动弛豫（与环境，例如溶液碰撞相互作用）将任何相干状态弛豫到平衡态，而这些相干状态可以在真空与非常低的温度下通过激发分子而产生。自 F rster 的原始论文发表以来，这种能量传输的模式已被大家熟称为 F rster 共振能量传输（ FRET ）；以下我们将使用 FRET 专指这种能量传输模式。 F rster 给我们提供了解释耦合分子之间能量传输实验的一种理论描述，这类实验通常是为了获得非相互作用的 Donor 与 Acceptor 分子光谱性质（一种重叠积分）的，这类研究导致了大量的相关文献。 FRET 已经被很多实验领域，特别是生物学所成功采用。【译注： F rster 能量传输是振动弛豫后的结果，因此不包括 Donor 各能级相干，也不包括 Acceptor 各能级相干情形。】（未完待续）; 5935 次阅读|3 个评论

光合作用各期刊影响因子: 热度 1 gaojianguo 2011-4-10 22:04; Plant Physiol (IF=6.982) Biochim Biophys Acta (IF=2.372) Tree Physiol (IF=2.530) J Exp Bot (IF=4.745) Ying Yong Sheng Tai Xue Bao (IF=1.632) Photosynth Res (IF=2.303) P Natl Acad Sci Usa (IF=9.432) J Biol Chem (IF=5.328) New Phytol (IF=6.033) Planta (IF=3.372) Plant Cell Environ (IF=5.081) Febs Lett (IF=3.319) J Plant Physiol (IF=2.5) Plant Cell Physiol (IF=3.594) Arch Biochem Biophys (IF=2.827) Plant J (IF=6.946) Plant Cell (IF=10.679) Nature (IF=34.480) Biochemistry-us (IF=3.226) Environ Pollut (IF=3.904) 选取全球发表以“植物光合作用”为主题的论文最多的前20个期刊，手动检索其影响因子(Impact Factor)，发现光合作用的研究一直是植物科学的热门，三大植物学期刊(蓝色标记)均发表大量的光合作用相关的文章。光合作用的研究持续升温，我个人估计这与人们认识到植物光合作用有巨大的经济价值有关，如可以发展新型能源，现在炒得比较火热的就有“人工光合作用(artificial photosynthesis)”，但人造的光合作用有一个“弊端”就是能使人更加自负。值得一提的是，我国的《应用生态学报》也在其中，影响力不亚于其他同级别的影响因子刊物。; 个人分类: 生活点滴3|7415 次阅读|2 个评论

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