第1篇含量分析
第1章光合色素的定性分析與定量測定/3
1.1引言/3
1.2葉綠素含量測定/4
1.3類胡蘿卜素的高效液相色譜定性與定量分析/6
1.4用分光光度法測定藻膽素含量/7
1.5注意事項/8
參考文獻/8

第2章葉片可溶性糖和澱粉的定量分析/10
2.1引言/10
2.2葉片可溶性糖含量測定/11
2.3澱粉含量測定/15
參考文獻/16

第3章葉片代謝物的色譜質譜聯用測定/17
3.1引言/17
3.2技術原理/18
3.3實驗用品/18
3.4實驗步驟/19
3.5結果分析/22
3.6注意事項/23
參考文獻/24

第2篇活性測定
第4章光合電子傳遞與磷酸化活性測定/29
4.1引言/29
4.2測定葉片光合電子傳遞活性的熒光參數計算法/29
4.3圍繞PSI的循環電子傳遞活性測定/30
4.4離體葉綠體光合電子傳遞活性測定/32
4.5光合磷酸化活性測定/35
4.6注意事項/38
參考文獻/38

第5章光合作用羧化酶活性測定/40
5.1引言/40
5.2Rubisco羧化活性測定/41
5.3Rubisco加氧活性測定/45
5.4磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性測定/47
參考文獻/49

第3篇氣體交換測定
第6章基於紅外線氣體分析的葉光合測定/53
6.1引言/53
6.2原理/54
6.3材料/56
6.4方法/57
6.5資料分析/67
參考文獻/69

第7章使用氧電極測定葉綠體光合氧釋放/71
7.1引言/71
7.2原理/71
7.3材料/73
7.4離體葉肉細胞、原生質體和葉綠體分離/74
7.5測定方法/80
7.6注意事項/84
參考文獻/84

第8章用冠層同化箱測定植物光合作用/86
8.1引言/86
8.2閉路式同化箱測量的基本原理/86
8.3群體光合測量步驟/88
8.4注意事項/91
參考文獻/93

第4篇葉綠素熒光分析
第9章用葉綠素熒光分析探索光合作用/97
9.1引言/97
9.2工作原理/97
9.3葉綠素熒光測定與分析的一般方法/102
9.4注意事項/103
參考文獻/104

第10章快速葉綠素熒光誘導曲線分析/106
10.1引言/106
10.2原理/107
10.3材料與設備/111
10.4操作步驟/111
10.5注意事項/114
參考文獻/116

第11章光合作用中超快過程的熒光探測/118
11.1引言/118
11.2單光子計數技術/119
11.3條紋相機測量技術/121
11.4熒光的光學參量放大技術/124
11.5數據分析方法/126
參考文獻/127

第5篇蛋白質及其復合體分析
第12章光合膜蛋白色素復合體的純化鋻定/131
12.1引言/131
12.2豌豆C2S2M2型PSIILHCII復合體的分離純化/133
12.3玉米PSILHCILHCII復合體分離純化/135
12.4光合膜蛋白色素復合體生化性質鋻定/136
12.5注意事項/140
參考文獻/141

第13章光合膜蛋白復合體的冷凍電鏡分析/143
13.1引言/143
13.2實驗材料/145
13.3實驗方法/146
13.4注意事項/151
參考文獻/153

第14章蛋白質與蛋白復合體的電泳分析/155
14.1引言/155
14.2蛋白質提取/156
14.3變性聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDSPAGE）/157
14.4藍綠非變性（Bluenative）膠電泳/159
14.5雙向電泳/160
14.6注意事項/161
參考文獻/161

第6篇形態結構觀察
第15章葉片石蠟切片制作及免疫組織化學/165
15.1引言/165
15.2實驗流程/166
15.3注意事項/174
參考文獻/175

第16章光合作用研究中的氣孔觀測方法/176
16.1引言/176
16.2氣孔大小、密度和氣孔指數的觀測/177
16.3氣孔開度的觀測/179
16.4氣孔導度的觀測/181
16.5氣孔不均勻關閉現像的觀測/184
16.6保衛細胞原生質體分離的方法/186
16.7注意事項/188
參考文獻/188

第7篇基因工程
第17章光合效率相關基因的過量表達技術/193
17.1引言/193
17.2過表達載體的構建/193
17.3轉基因水稻植株的獲得/198
17.4轉基因水稻的分子生物學檢測/200
17.5注意事項/204
參考文獻/204

第18章核糖核酸干擾及印跡雜交檢測/206
18.1引言/206
18.2RNAi載體構建/207
18.3轉基因植株的RNA檢測/211
18.4注意事項/216
參考文獻/217

第19章基因組編輯流程中的基因敲除技術/219
19.1引言/219
19.2靶序列選擇/221
19.3基因敲除載體的構建/224
19.4基因敲除載體的遺傳轉化/227
19.5基因敲除株繫的檢測分析/228
19.6基因敲除株繫的表型分析/232
19.7注意事項/232
參考文獻/234

第20章用原生質體瞬時表達檢測蛋白質互作/236
20.1引言/236
20.2擬南芥原生質體提取/238
20.3原生質體轉化及瞬時表達/240
20.4蛋白質相互作用的免疫共沉澱檢測/241
20.5注意事項/243
參考文獻/244

第8篇數學模擬
第21章植物繫統模型原理/249
21.1引言/249
21.2植物繫統模型的功能/250
21.3植物繫統模型構建的基本步驟/252
21.4注意事項/254
參考文獻/255

第22章C3植物光合碳同化動力學模型構建/257
22.1引言/257
22.2建模工具/258
22.3建模步驟/258
22.4模型驗證/268
22.5模型分析/268
22.6注意事項/269
參考文獻/269

第23章葉片光合作用的三維模型構建/271
23.1引言/271
23.2建模原理/271
23.3建模軟件/272
23.4建模方法/272
23.5模型適用性/279
參考文獻/279

第24章作物冠層光合模型構建與模擬/281
24.1引言/281
24.2植物冠層結構參數的選擇與定義/281
24.3模型構建的步驟/283
24.4注意事項/291
參考文獻/291

第9篇產量與水分利用率測定
第25章植物生物量和產量的測定/295
25.1引言/295
25.2實驗材料/296
25.3實驗方法/296
25.4注意事項/299
參考文獻/299

第26章水分利用效率的穩定同位素分析/301
26.1引言/301
26.2原理/302
26.3葉片纖維素的提取/306
26.4水源水的真空抽提/308
26.5纖維素樣品的碳氧同位素測定/309
26.6水源水樣品的氧同位素測定/310
26.7注意事項/311
參考文獻/311

第27章蒸騰驅動法測定葉片水力導度/313
27.1引言/313
27.2EFM的原理/313
27.3材料/314
27.4前處理/315
27.5測定步驟/315
27.6數據處理/317
27.7注意事項/318

參考文獻/318
名詞索引/320
彩圖/325

光合作用產生的有機物是動物和人類直接或間接的食物來源。光合作用為人類提供氧氣、能源，是地球碳循環、水循環的重要環節，也是地球生物圈形成、運轉和發展的必要前提。研究光合作用，有效利用、改善光合作用（包括發展人工光合作用），對於人類社會的持續生存和發展至關重要。
光合作用的研究起源於荷蘭科學家海爾蒙特（Jan Baptista van Helmont， 1580—1644）的柳樹實驗，他認為柳樹生長所需的物質不是來自土壤，而是來自水。光合作用的研究由此開啟，至今已有8人因為在光合作用研究方面的傑出成就獲得諾貝爾獎。在光合作用的研究歷程中，植物生理學、生物物理學、生物化學等多學科的技術手段發揮了重要的作用。從某種意義上講，光合作用研究的歷次重大突破，都伴隨著新研究手段的引入。比如，在光合碳代謝研究中引入放射性同位素示蹤技術，直接促成卡爾文本森循環的發現；各類光譜及氧測量手段的引入，導致光合作用雙光增益現像的發現，以及兩個光繫統概念的提出；光吸收、葉綠素熒光分析等技術方法和外源電子供體、受體的運用，使光合電子傳遞鏈各組分的結構及功能研究成為可能；各類蛋白質的分離、提純、結晶及結構觀測技術使得光合色素蛋白復合體的三維結構得以解析，為結合分子動力學模擬闡釋各色素蛋白復合體功能的分子機制提供了物理基礎；遺傳學、分子生物學、生物化學技術的使用，使得光合繫統不同色素蛋白復合體的組裝、調控規律逐步得以闡明，越來越多的調控因子得以鋻定；便攜式紅外氣體交換分析繫統的廣泛應用，使單葉片、植株和群體冠層及非葉光合器官的光合作用、蒸騰作用及水分利用率等研究成為可能。近年來多種穩定性同位素分析技術的運用，為研究光合作用過程中的CO2擴散、水分蒸騰路徑及其影響因子提供了新手段；分子生物學技術的成功運用，使人們對葉綠體運動等植物生理學問題的認識深入到分子水平。近20年來，光合作用繫統生物學的發展推動了對復雜光合繫統中限制光合效率的關鍵因子、高效光合繫統的代謝特征等問題的繫統解析。總之，在光合作用研究中，眾多技術方法的使用發揮了關鍵的推動作用。
由於種種人源及環境因素的復雜影響，人類社會正面臨一繫列重大挑戰，大氣CO2濃度升高導致的全球氣候變暖與氣候的頻繁出現、糧食危機、能源危機和環境污染等，已成為人類社會可持續發展的嚴重障礙。為了解決這些問題，全球科學家都在從各自的學科出發，努力尋求可能的解決方案。植物學家的一個重要目標是尋求新策略，提高生態繫統（尤其是農業生態繫統）的原初生產力，也就是提高整個光合作用繫統的光能利用效率。為此，需要在作物育種中發現控制光能利用效率的關鍵基因，培育出高光效的高產品種，並研發相應高光效栽培措施，力求實現光能利用效率的化；在作物栽培中，需要選擇合適的種植時間、種植方式和水肥管理措施，保障全生育期作物冠層光能利用效率化；在生態保護中，需要繫統闡明植物對當前及未來氣候條件的響應機制，進而制定能有效干預生態繫統、實現地球生態繫統可持續發展的策略。然而，要成功實現這些目標，關鍵是深化對光合作用繫統的認識，不僅要闡明其結構、功能，而且要闡明其調控機制，後實現對原有光合繫統的優化乃至重新設計，使光合作用為人類提供充足的糧食、能源和有利於生存及可持續發展的良好生態環境。
近年來，國際光合作用研究呈現幾個新的研究熱點。首先，隨著各類測序技術的發展，越來越多的物種或者同一作物的不同品種的基因組被測序，全基因組關聯分析正越來越多地被用於鋻定（或揭示）控制特定性狀的基因；現代測序技術也使得定位數量性狀控制位點或突變體背後的控制基因更加高效，為發現控制光能利用效率的基因提供了全新的手段，必將推動控制光合作用關鍵基因研究的發展。其次，多種合成生物學手段（尤其是基因組編輯）的發展，為創建全新的光合機構或光合代謝通路，進而提高植物（作物）光能利用效率提供技術保障，越來越多的高光效光合繫統將被設計創造出來。第三，地球周圍的大氣CO2濃度增加導致的溫室效應和旱澇等自然災害頻繁光顧，使得發展旨在降低大氣CO2濃度的有效策略成為當前的一個重要課題。全球作物生態繫統每年向土壤輸送10億噸碳，因此改善作物光合效率，增加光合碳固定，可成為降低大氣CO2濃度措施中的一個重要選項。提高植物光能利用效率，並有效地將較大部分光合產物以合適的有機物形式及渠道儲存於地下，是降低大氣CO2濃度的可行手段。鋻於提高光合作用效率在作物高產育種、高產栽培和生態繫統可持續發展等領域的重要作用，越來越多的研究機構和高校積極加強了光合作用的研究工作。
在研究和學習資料方面，與當前對光合作用研究的巨大需求相比，光合作用研究所需的技術方法培訓教材顯得相當稀缺。在我國的光合作用研究歷史上， 1985年在聯合國環境規劃署（UNEP）的支持下，國際光合作用研究專家在上海舉辦了光合作用研究技術培訓班，有力地推動了我國的光合作用研究。30多年後，在2017年中國科學院朱新廣研究員、華中農業大學彭少兵教授和澳大利亞國立大學Susanne von Caemmerer教授，在武漢聯合舉辦了光合作用生理生態研究技術培訓班，推動了光合生理生態研究技術的普及。兩次培訓活動都是依據授課教師各自的講義進行的，沒有統一的教材。因此，現在特別邀請國內光合作用研究領域的眾多資深研究人員分別撰寫有關篇章，詳細介紹光合作用研究各種常用的技術方法，彙編成本書，為光合作用研究的初學者提供一本技術方法方面的實用操作指南。
本書由9篇27章組成，寫作體例上，在介紹各技術手段理論原理的基礎上，詳細描述各項技術操作的具體步驟及注意事項，力求為本科生、研究生等初學者和有關人員提供一本實用性強的工具書。
衷心感謝眾多作者對本書編寫工作的理解、配合和大力支持，感謝王鵬博士為本書邀稿所付出的熱情和努力，感謝宋青峰博士、陳根雲博士等對書稿部分篇章提出的寶貴修改意見。本書作為作物生理生態研討會暨光合作用研究技術培訓班教材得以出版，還要特別感謝中國植物生理與植物分子生物學學會學術項目的支持。
因作者、編者水平有限，不妥、遺漏甚至錯誤之處在所難免，歡迎讀者、專家批評指正。

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