Chemistry in the Garden pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Hanson, J. R.

出品人:

页数:158

译者:

出版时间:2007-8

价格:$ 45.19

装帧:Pap

isbn号码:9780854048977

丛书系列:

图书标签:

化学
园艺
植物
科学
实验
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自然
教育
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家庭园艺

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具体描述

The aim of this book is to describe some aspects of the chemistry and chemical ecology which are found in the garden. In the garden there are numerous interactions between plants, the soil and with other organisms in which chemistry plays a central mediating role. The discussion concerns several of the chemically and ecologically interesting compounds that are produced by common ornamental garden plants and vegetables and by the predators that attack them. Many chemists are amateur gardeners and this book is directed at them as well as those with a general interest in the scientific processes involved in the garden.

植物的化学交响：从土壤到花开的秘密一部探索植物生命与环境间复杂化学互动的深度著作本书并非聚焦于我们熟知的“花园化学”，而是将目光投向植物生命系统内部及其与周围环境之间那场永不停歇、极其精妙的化学反应交响乐。我们深入植物细胞的微观世界，剖析其赖以生存、生长、防御和繁衍的分子机制。第一部分：根系的隐秘工程与元素吸收的艺术植物的生命始于根系对土壤的依赖，但这远非简单的“喝水”过程。本部分详尽描绘了根系如何构建一个高效、选择性的吸收界面。 1. 土壤溶液的化学态与可及性：探讨了土壤中矿物营养元素（如氮、磷、钾、微量金属）在不同pH值、氧化还原电位下的化学形态变化。我们分析了如何精确测量土壤有效态营养的浓度梯度，以及这些形态如何直接影响植物的吸收效率。例如，磷酸盐在酸性或碱性土壤中形成的沉淀物（如磷酸铁、磷酸钙）是如何构成植物获取磷的巨大化学障碍。 2. 根系分泌物的分子工具箱：根系并非被动等待，而是主动出击。本章详细解析了根系分泌物（Exudates）的复杂化学组成——包括有机酸（如柠檬酸、草酸）、糖类、氨基酸乃至次生代谢产物。重点讨论了这些物质如何充当“化学探针”和“螯合剂”，通过酸化根际微环境，溶解难溶性矿物，或与特定金属离子形成稳定的络合物，从而提高特定元素的生物有效性。我们引入了最新的土壤微生物组学与根系化学信号交互的模型，揭示了植物如何通过化学信号调控根际微生物群落，以优化营养获取。 3. 膜转运体的精细调控：营养物质的吸收是一个高度能量依赖且具有高度选择性的过程。本书深入剖析了跨越根细胞膜的各种转运蛋白（Transporters）的结构、功能及其调控机制。从主动运输的质子梯度驱动系统，到对硝酸盐、磷酸盐、钾离子和特定金属离子（如铁、锌）的特异性载体，我们展示了植物如何运用能量和蛋白质工程来维持细胞内精确的离子平衡，即便在营养胁迫或过量环境中。特别关注了植物如何主动排除钠离子（Na+）或重金属污染物（如镉、铅）的解毒化学路径。第二部分：光合作用的量子效率与碳水化合物的代谢工厂光合作用是地球生命能量的终极来源，其核心是复杂的生物化学反应链。本书从化学物理的角度剖析这一过程的效率与调控。 1. 叶绿体内的电子传递与能量转换：我们不再满足于简单的光反应与暗反应划分，而是深入光系统I和II的反应中心，解析光合色素（叶绿素、类胡萝卜素）吸收光子后激发态能量的转移效率。详细阐述了水分解（水氧化复合体）的催化化学机制，以及电子传递链中关键酶复合体（如细胞色素b6f）的氧化还原循环。本书结合量子化学模拟结果，探讨了环境因素（光照强度、温度）如何影响电子流的速度与路径，以及光抑制（Photoinhibition）的化学损伤机制。 2. 卡尔文循环的酶促调控网络：暗反应部分被视为一个精密的酶化学反应网络。重点分析了关键调控酶，如RuBisCO（核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶）的结构动力学、底物竞争（CO2 vs O2）的化学平衡，以及光反应产生的ATP和NADPH如何通过可逆的磷酸化/去磷酸化作用，实时调控循环中关键酶的活性。探讨了C4和CAM植物为应对低CO2环境所演化出的碳固定化学策略及其代谢成本。 3. 碳水化合物的命运：从蔗糖合成到淀粉储存：光合作用产生的初级产物如何转化为运输分子（蔗糖）和储存分子（淀粉），这是一个关键的化学分配问题。本书细致梳理了蔗糖合成酶（Sucrose Synthase）和蔗糖磷酸合成酶（Sucrose-Phosphate Synthase）的活性差异，以及这些差异如何根据植物的生长需求（根、茎、果实）进行快速调控。同时，讨论了淀粉颗粒的形成、解聚过程中的酶催化，以及这些过程对植物日夜节律的化学响应。第三部分：植物次生代谢产物的防御化学与信号传导植物为应对捕食者、病原体和非生物胁迫，演化出数以万计的次生代谢产物。这部分是植物化学的“特种部队”。 1. 萜类化合物的生物合成与功能多样性：从异戊烯焦磷酸（IPP）和二甲烯丙基焦磷酸（DMAPP）出发，详述了单萜烯、倍半萜烯和二萜烯的合成途径。这些化合物如何通过烯醇化、环化和官能团修饰，形成挥发性信号分子（如吸引传粉者或驱赶植食动物的化学信息素），以及作为膜稳定剂或毒素（如皂苷）。 2. 酚酸类化合物的抗氧化与结构支持：苯丙氨酸氨裂解酶（PAL）作为关键的门户酶，开启了黄酮类、花青素和木质素的合成之路。我们分析了类黄酮色素在不同pH值下的颜色变化（即花朵颜色的化学基础），以及它们作为高效自由基清除剂的抗氧化机理。此外，深入探讨了木质素的自由基聚合过程，如何为植物提供机械强度并构成抵御病原体入侵的化学屏障。 3. 氮代谢产物：防御性生物碱的合成与储存：许多强效毒素（如尼古丁、咖啡因）属于生物碱。本章关注于这些含氮化合物的生物合成路径，以及植物如何安全地将高毒性物质储存在液泡中，避免自毒性损伤。重点分析了诱导性防御反应（Induced Defenses）中，植物如何通过茉莉酸（JA）或水杨酸（SA）信号通路，在遭受攻击后迅速启动特异性生物碱的酶促合成。第四部分：胁迫化学与适应性调控机制环境压力迫使植物在分子水平上进行剧烈的化学重编程，以维持生存。 1. 干旱胁迫下的渗透压调节剂：当水分短缺时，植物如何维持细胞膨压？本书详细描述了脯氨酸、甜菜碱（如甘氨酸甜菜碱）等小分子渗透调节剂的积累过程。分析了相关合成酶的基因表达调控，以及这些物质如何在细胞质中稳定蛋白质结构，保护膜完整性的化学作用。 2. 高盐环境下的离子稳态重建：在高盐条件下，植物需要权衡吸收必需离子与排除有害离子（Na+）。我们考察了钠离子/氢离子反向转运体（NHX）在液泡膜上的关键作用，以及植物如何合成有机酸，通过离子交换机制实现细胞液的电中性与酸碱平衡。 3. 环境毒物的化学解毒与生物转化：面对重金属污染或空气污染物，植物发展出多种解毒策略。这包括利用金属硫蛋白（Phytochelatins）等螯合肽将金属离子络合成无毒复合物，并将其隔离到液泡中。同时，分析了植物如何通过细胞色素P450酶系，对内源性或外源性的有机污染物进行氧化、还原或水解等生物转化，以降低其毒性。通过对这些复杂化学过程的系统梳理，本书旨在为读者提供一个深入、科学且全面的视角，理解植物作为高度精密的“活体化工厂”，如何利用化学的语言与世界进行交流、构建自身并应对挑战。