植物的呼吸代謝及能量轉(zhuǎn)換

關(guān)于植物的呼吸代謝及能量轉(zhuǎn)換第1頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五要求：掌握呼吸作用的概念和生理意義，植物呼吸代謝途徑的特點及調(diào)控，植物呼吸作用和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系。

重點：植物呼吸代謝的多樣性，呼吸作用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。第2頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五第一節(jié)呼吸作用的概念

第二節(jié)植物呼吸代謝途徑

第三節(jié)呼吸代謝的調(diào)控

第四節(jié)影響植物呼吸的因素

第3頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五第4頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五第一節(jié)呼吸作用的概念植物的呼吸作用：植物以碳水化合物為底物，經(jīng)過呼吸代謝途徑降解，產(chǎn)生能量和各種中間產(chǎn)物，供給其他生命活動過程的需要。C6H12O6+6O2+6H2O→6CO2+12H2O第5頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五呼吸作用的生理意義（1）為植物生命活動提供能量（2）為植物體內(nèi)其他重要有機(jī)物質(zhì)合成提供原料，是植物代謝的中心（3）在植物抗病免疫方面起重要作用。第6頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五植物呼吸代謝的途徑呼吸代謝過程包括底物的降解（底物氧化）和能量產(chǎn)生（末端氧化）。第7頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五

有氧呼吸和無氧呼吸有氧呼吸是指呼吸底物在有氧條件下，被徹底氧化降解為H2O和CO2并產(chǎn)生大量能量（ATP）的過程；無氧呼吸是在無氧或缺氧的條件下，呼吸底物被部分氧化分解（不被徹底氧化為H2O和CO2）并只有較少能量產(chǎn)生的過程，高等植物進(jìn)行無氧呼吸時產(chǎn)生乳酸或乙醇。第8頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五呼吸作用的生理指標(biāo)呼吸商（RQ）：呼吸底物在呼吸過程中所釋放的CO2的量和吸收的O2的量間的比值。呼吸商（RQ）＝釋放的CO2的量吸收的O2的量糖（RQ）＝1油脂/蛋白質(zhì)（RQ）<1第9頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五呼吸強(qiáng)度呼吸強(qiáng)度/呼吸速率：單位質(zhì)量的呼吸材料在單位時間內(nèi)進(jìn)行呼吸所消耗的O2或釋放的CO2的量。第10頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五第二節(jié)植物呼吸代謝途徑1、淀粉和蔗糖的降解2、糖酵解途徑3、三羧酸循環(huán)4、磷酸戊糖途徑5、電子傳遞鏈6、氧化磷酸化第11頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五質(zhì)體第12頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五一淀粉和蔗糖的降解（一）淀粉的降解淀粉是植物最重要的儲藏多糖。淀粉降解可通過淀粉磷酸化分解和淀粉水解。第13頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五淀粉葡萄糖葉綠體/淀粉體第14頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五蔗糖葡萄糖/果糖糖酵解途徑細(xì)胞質(zhì)第15頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五糖酵解途徑（EMP途徑）：葡萄糖或淀粉經(jīng)過一系列無氧的氧化過程而分解成為丙酮酸的代謝途徑（在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行）。葡萄糖＋2NDA++2ADP2-+2H2PO4-

2丙酮酸＋2NADH+2H++2ATP3-+2H2O第16頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五三羧酸循環(huán)植物線粒體圓柱體和橢球體，一個植物細(xì)胞含有大約數(shù)百個線粒體。第17頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五

糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸通過丙酮轉(zhuǎn)運(yùn)器輸入線粒體基質(zhì)。丙酮酸轉(zhuǎn)運(yùn)器位于線粒體內(nèi)膜，促進(jìn)丙酮酸和線粒體基質(zhì)中OH-進(jìn)行電中性交換，使丙酮酸進(jìn)入線粒體基質(zhì)。

丙酮酸在線粒體中經(jīng)過三羧酸循環(huán)徹底氧化降解生成CO2和H2O。第18頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五植物三羧酸循環(huán)的特點：（1）由琥珀酰輔酶A合成酶催化的從琥珀酰輔酶A轉(zhuǎn)化為琥珀酸的反應(yīng)，在植物中是生成ATP，而在動物中生成的是GTP。第19頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五（2）在植物線粒體中普遍存在NAD+蘋果酸酶，它催化蘋果酸的氧化脫羧反應(yīng)。NAD+蘋果酸酶的存在使植物可以在缺少丙酮酸的情況下，完全氧化有機(jī)酸，例如蘋果酸、檸檬酸等。這可能也是為什么在許多植物的液泡中儲存許多蘋果酸的原因。第20頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五磷酸戊糖途徑的特點（1）在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行；（2）主要中間產(chǎn)物是五碳糖。第21頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五第22頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五五電子傳遞和氧化磷酸化作用

一、電子傳遞鏈

二、氧化磷酸化

三、抗氰呼吸

四、末端氧化系統(tǒng)的多樣性

五、呼吸作用中的能量代謝第23頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五一、電子傳遞鏈第24頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五電子最終經(jīng)細(xì)胞色素氧化酶傳遞給氧，形成水。第25頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五四、末端氧化系統(tǒng)的多樣性

參與生物氧化反應(yīng)的有多種氧化酶，其中處于呼吸鏈一系列氧化還原反應(yīng)最末端，能活化分子態(tài)氧的酶被稱為末端氧化酶(terminaloxidase)。第26頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五線粒體內(nèi)的末端氧化酶①細(xì)胞色素氧化酶②抗氰氧化酶（交替氧化酶）2.線粒體外的末端氧化酶①酚氧化酶

②抗壞血酸氧化酶

③乙醇酸氧化酶第27頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五第28頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五在幼嫩組織中較活躍，在成熟組織中活性較小。通常呼吸作用中耗氧量的80%由這種酶承擔(dān)。該酶易受CN-、CO和N3-的抑制。

細(xì)胞色素氧化酶植物體內(nèi)最主要的末端氧化酶，其作用是將Cyta中的電子傳遞給O2，它與O2的親和力最高。線粒體內(nèi)的末端氧化酶第29頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五抗氰氧化酶

又名交替氧化酶，將UQH2的電子傳遞給O2，該酶對O2的親和力高。

第30頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五抗氰呼吸

高等植物存在著氰化物不敏感的呼吸，即在氰化物存在時仍有一定呼吸作用，稱為抗氰呼吸（交替途徑）。第31頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五抗氰呼吸電子傳遞途徑如下：NADHFMN-FeSUQ…………O2FP交替氧化酶O2第32頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五交替氧化酶抗氰呼吸第33頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五抗氰呼吸的生理意義：①有利于傳粉和種子萌發(fā)（放熱）天南星科植物的佛焰花序第34頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五②抵御逆境③分流電子當(dāng)呼吸底物積累大于生長、儲存、ATP合成需要時，通過該途徑將多余能量消耗掉。第35頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五第36頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五2.線粒體外的末端氧化酶

多酚氧化酶：是含銅的酶，存在于質(zhì)體和微體中，催化酚類物質(zhì)為醌類物質(zhì)。

在日常生活和生產(chǎn)活動中，經(jīng)常要采取一些措施抑制褐變，或利用酚氧化酶的活動產(chǎn)生特定的顏色。第37頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五第38頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五抗壞血酸氧化酶含銅氧化酶，位于細(xì)胞質(zhì)或與細(xì)胞壁相結(jié)合。催化抗壞血酸脫氫反應(yīng)，生成脫氫抗壞血酸，脫下的氫傳給氧生成水。第39頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五乙醇酸氧化酶：

一種黃素蛋白，存在于過氧化體中，催化乙醇酸氧化為乙醛酸的反應(yīng)，在光呼吸中起重要作用。

第40頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五過氧化物酶與過氧化氫酶過氧化物酶催化H2O2對芳香族胺類或酚類化合物的氧化。過氧化氫酶催化H2O2的分解。第41頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五第42頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五第43頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五氧化磷酸化：在線粒體中，電子經(jīng)電子傳遞鏈傳遞到氧的過程，伴隨自由能的釋放，用于ADP的磷酸化形成ATP。

氧化磷酸化機(jī)理：化學(xué)滲透學(xué)說。通過線粒體膜上的ATP合酶復(fù)合物合成ATP。氧化磷酸化第44頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五第45頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五第三節(jié)

呼吸代謝的調(diào)控（自學(xué)）

第46頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五第四節(jié)呼吸作用的生理指標(biāo)

及其影響因素

一、生理指標(biāo)

二、內(nèi)部因素對呼吸速率的影響

三、外界條件對呼吸速率的影響

第47頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五一、生理指標(biāo)1.呼吸速率2.呼吸商(respiratoryQuotient

RQ)第48頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五呼吸速率：

植物材料以單位重量（鮮重、干重）或蛋白氮等為基礎(chǔ)，在一定時間內(nèi)所放出的CO2的量或吸收的O2的量。

常用的單位有μmol·g-1·h-1。

第49頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五呼吸商(respiratoryQuotientRQ)：

指植物組織在一定時間內(nèi)放出CO2的量與吸收O2的量之比值，又稱為呼吸系數(shù)。

RQ＝放出CO2量吸收O2量第50頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五當(dāng)呼吸底物為碳水化合物且又被徹底氧化時，其RQ為1；

當(dāng)呼吸底物為脂肪(脂肪酸)、蛋白質(zhì)等分子中含還原程度較高的物質(zhì)時，RQ＜1；

若呼吸底物為有機(jī)酸等氧化程度較高的物質(zhì)時，RQ＞1。

第51頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五小麥和亞麻種子萌發(fā)及幼苗生長過程中呼吸商的變化第52頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五二、內(nèi)部因素對呼吸速率的影響不同植物，呼吸速率不同；同一植物的不同器官或組織，或不同發(fā)育時期的同一器官呼吸速率不同。第53頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五三、外界條件對呼吸速率的影響1.溫度2.O2

3.CO24.水分含量第54頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五1.

溫度呼吸溫度最低點：大多數(shù)植物在0℃以下已無呼吸或僅有微弱呼吸。呼吸溫度最高點：一般在35-45℃

。使呼吸過程以最快的，且是持續(xù)穩(wěn)定的速度進(jìn)行的溫度，稱為呼吸最適溫度。溫帶植物呼吸作用的最適溫度一般在25-35℃之間。第55頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五

溫度對豌豆幼苗呼吸速率的影響第56頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五2.氧氣O2

第57頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五缺氧條件下O2無氧呼吸消失

把使無氧呼吸停止進(jìn)行時的最低氧含量(氧分壓)稱為氧消失點。

O2濃度升高時，有氧呼吸增強(qiáng)，當(dāng)O2濃度增加到一定程度后，呼吸作用使不再隨之增強(qiáng)，這一氧濃度稱為氧飽和點。第58頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五有氧呼吸無氧呼吸氧濃度不同氧濃度下呼吸商也不同碳水化合物為底物，氧濃度小于消失點，呼吸商大于1；氧濃度超過消失點，無氧呼吸停止時，呼吸商等于1。第59頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五土壤通氣不良時(水淹)植物根系會處于缺氧或無氧環(huán)境許多耗能反應(yīng)，如礦質(zhì)元素的吸收等

乙醇或乳酸會使原生質(zhì)蛋白質(zhì)變性；

有機(jī)物消耗過多；

缺乏有氧呼吸的一些中間產(chǎn)物；ATP產(chǎn)生少；長時間進(jìn)行無氧呼吸第60頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五3、CO2濃度末端產(chǎn)物，對呼吸有抑制作用。

但只有當(dāng)CO2濃度大大超過自然狀況下的CO2濃度時，才會發(fā)生這種情況。第61頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五4、水分含量植物種子水分含量與呼吸作用的關(guān)系。成熟種子水分含量較低；束縛水，酶不能發(fā)揮作用，多種代謝，包括呼吸作用都極微弱。水分含量增高后，出現(xiàn)自由水，酶的活性增高，呼吸作用增強(qiáng)。第62頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五機(jī)械創(chuàng)傷：創(chuàng)傷會顯著加強(qiáng)呼吸。光照：光下呼吸速率高于遮陰或暗中呼吸離子：鹽呼吸第63頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五第五節(jié)植物呼吸作用與農(nóng)業(yè)

生產(chǎn)的關(guān)系

一、呼吸效率

二、種子、幼苗的呼吸作用

三、果實的呼吸作用

第64頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五呼吸效率是指每消耗1克葡萄糖可合成生物大分子物質(zhì)的克數(shù)。生長旺盛的部位，呼吸效率較高；

生長停止的組織或器官，呼吸效率較低。第65頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五二、種子、幼苗的呼吸作用

1.種子形成與呼吸作用

2.種子貯藏與呼吸作用

3.萌發(fā)種子和幼苗的呼吸作用

第66頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五1.種子形成與呼吸作用

在種子的形成初期，呼吸逐漸升高，灌漿期達(dá)到最高峰。呼吸速率最大的時期恰好是貯藏物質(zhì)積累的最迅速時期。第67頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，星期五在25℃下測定菜豆種子成熟期的呼吸速率在25℃下測定菜豆種子成熟期的呼吸速率第68頁，共76頁，2022年，5月20日，2點4分，