植物代谢与光合作用
植物将阳光和二氧化碳转化为有机分子，为几乎所有生命提供养分，然后通过呼吸作用处理这些分子，并将其精制成各种各样的特殊化合物。
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Definition
植物代谢是维持植物生命的生化反应集合，其核心是光合作用——光驱动的二氧化碳固定为有机物——以及呼吸作用和特殊（次生）代谢。
Scope
本领域涵盖植物的能量和碳代谢：光合作用的光反应和碳固定、细胞呼吸和能量代谢，以及介导植物防御、信号传导和颜色的次生代谢产物的生物合成。
Sub-topics
Core questions
- 植物如何捕获光能并利用它将二氧化碳固定为糖？
- 糖中储存的能量如何通过呼吸作用释放？
- 植物为何以及如何产生种类繁多的次生代谢产物？
Key theories
- 两阶段光合作用
- 光合作用包括将光能转化为ATP和NADPH的光反应，以及利用这种化学能将二氧化碳固定为碳水化合物的碳反应（卡尔文-本森循环）。
- 化学渗透能量偶联
- 光合作用和呼吸作用都将电子传递与质子跨膜泵送偶联，由此产生的梯度驱动ATP合成。
Clinical relevance
光合作用是食物和氧气的最终来源，也是全球碳循环的核心杠杆；了解植物代谢有助于提高作物产量、工程化抗逆性，以及从植物次生代谢中生产药物和其他化合物。
History
20世纪中叶，卡尔文和本森利用放射性示踪剂追踪了光合作用中碳的路径，而米切尔的化学渗透理论统一了叶绿体和线粒体的能量转换膜。
Key figures
- Melvin Calvin
- Andrew Benson
- Rudolph Marcus
- Peter Mitchell
Related topics
Seminal works
- buchanan2015
- taiz2015
Frequently asked questions
- 光合作用的两个阶段是什么？
- 类囊体膜中的光反应捕获光能以产生ATP和NADPH并释放氧气，而卡尔文-本森循环的碳反应则利用这些ATP和NADPH将二氧化碳固定为糖。
- 植物为什么会产生次生代谢产物？
- 次生代谢产物并非基本生长所需，但它们具有生态作用——抵御食草动物和病原体、吸引传粉者以及抵御紫外线和其他胁迫。