植物的呼吸作用

關(guān)于植物的呼吸作用§4-1.呼吸作用的概念和生理意義§4-2.呼吸代謝的生化途徑§4-3.電子傳遞與氧化磷酸化§4-4.呼吸作用的指標(biāo)及影響因素§4-5.呼吸作用與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)第四章植物的呼吸作用第2頁,共42頁，2024年2月25日，星期天§4-1.呼吸作用的概念和意義一.概念

是指生活細(xì)胞內(nèi)的有機物，在酶的參與下，逐步氧化分解并釋放能量的過程。1.有氧呼吸

是指生活細(xì)胞利用O2，將某些有機物質(zhì)徹底氧化分解，形成CO2和H2O，同時釋放能量的過程。第3頁,共42頁，2024年2月25日，星期天2.無氧呼吸

是指生活細(xì)胞在無氧條件下，把某些有機物分解成為不徹底的氧化產(chǎn)物，同時釋放能量的過程。第4頁,共42頁，2024年2月25日，星期天二.生理意義1.為植物生命活動提供能量2.中間產(chǎn)物是合成重要有機物質(zhì)的原料3.提供還原力4.在植物抗病免疫方面有重要作用第5頁,共42頁，2024年2月25日，星期天第6頁,共42頁，2024年2月25日，星期天第7頁,共42頁，2024年2月25日，星期天§4-2.呼吸代謝的生化途徑圖4-3植物體內(nèi)主要呼吸代謝途徑相互關(guān)系示意圖

第8頁,共42頁，2024年2月25日，星期天淀粉、蔗糖磷酸己糖磷酸丙糖丙酮酸乙酰CoA三羧酸循環(huán)CO2+H2O磷酸戊糖PPP途徑中間代謝產(chǎn)物是合成糖類、脂類、蛋白質(zhì)和維生素及各種次生物質(zhì)的原料正常情況下PPP途徑占呼吸3%~30%，處于逆境時，PPP上升，油料作物結(jié)實期PPP上升糖酵解脂肪β–氧化有氧無氧乳酸脫氫酶脫羧酶乳酸（淹酸菜、泡菜、青貯飼料）乙醛乙醇灑精發(fā)酵有氧乙酸（醋）乙醛酸循環(huán)乙酸乙醇酸草酸甲酸琥珀酸乙醇酸循環(huán)第9頁,共42頁，2024年2月25日，星期天

第10頁,共42頁，2024年2月25日，星期天（三）三羧酸循環(huán)的特點和生理意義

1.TCA循環(huán)是生物體利用糖或其它物質(zhì)氧化獲得能量的有效途徑。

2.TCA循環(huán)既是糖、脂肪和氨基酸等徹底分解的共同途徑，其中間產(chǎn)物又是合成糖、脂肪和氨基酸等的原料。

3.在每次循環(huán)中消耗2分子H2O。一分子用于檸檬酸的合成，另一分子用于延胡索酸加水生成蘋果酸。水的加入相當(dāng)于向中間產(chǎn)物注入了氧原子，促進了還原性碳原子的氧化。第11頁,共42頁，2024年2月25日，星期天

4.TCA循環(huán)中并沒有分子氧的直接參與，但該循環(huán)必須在有氧條件下才能進行，因為只有氧的存在，才能使NAD+和FAD在線粒體中再生，否則TCA循環(huán)就會受阻。

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有機物在生物活細(xì)胞中所進行的一系列傳遞氫和電子的氧化還原過程，稱為生物氧化(biologicaloxidation)。

§4-3.電子傳遞與氧化磷酸化

第13頁,共42頁，2024年2月25日，星期天一、呼吸鏈的概念和組成所謂呼吸鏈(respiratorychain)即呼吸電子傳遞鏈(electrontransportchain)，是線粒體內(nèi)膜上由呼吸傳遞體組成的電子傳遞總軌道。氫傳遞體包括一些脫氫酶的輔助因子，主要有NAD＋、FMN、FAD、CoQ等。它們既傳遞電子，也傳遞質(zhì)子；電子傳遞體包括細(xì)胞色素系統(tǒng)和某些黃素蛋白、鐵硫蛋白。呼吸鏈傳遞體傳遞電子的順序是：代謝物→NAD+→FAD→CoQ→細(xì)胞色素系統(tǒng)→O2。

第14頁,共42頁，2024年2月25日，星期天NADHFMNFe·SCoQCytbFe·SCytc1CytcCytaa3O2Fe·SFADH細(xì)胞色素氧化酶P/O=3第15頁,共42頁，2024年2月25日，星期天二、氧化磷酸化（一）磷酸化的概念及類型生物氧化過程中釋放的自由能，促使ADP形成ATP的方式。一般有兩種，即底物水平的磷酸化和氧化磷酸化。

1.底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)指底物脫氫(或脫水）,其分子內(nèi)部所含的能量重新分布，即可生成某些高能中間代謝物，再通過酶促磷酸基團轉(zhuǎn)移反應(yīng)直接偶聯(lián)ATP的生成。第16頁,共42頁，2024年2月25日，星期天在高等植物中以這種形式形成的ATP只占一小部分，糖酵解過程中有兩個步驟發(fā)生底物水平磷酸化：(1)甘油醛-3-磷酸被氧化脫氫，生成一個高能硫酯鍵，再轉(zhuǎn)化為高能磷酸鍵，其磷酸基團再轉(zhuǎn)移到ADP上，形成ATP。(2)2-磷酸甘油酸通過烯醇酶的作用，脫水生成高能中間化合物(PEP)，經(jīng)激酶催化轉(zhuǎn)移磷酸基團到ADP上，生成ATP。在TCA循環(huán)中，由琥珀酰CoA形成琥珀酸時通過底物水平磷酸化生成ATP。第17頁,共42頁，2024年2月25日，星期天2.氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)是指電子從NADH或FADH2經(jīng)電子傳遞鏈傳遞給分子氧生成水,并偶聯(lián)ADP和Pi生成ATP的過程。它是需氧生物合成ATP的主要途徑。電子沿呼吸鏈由低電位流向高電位是個逐步釋放能量的過程。

第18頁,共42頁，2024年2月25日，星期天末端氧化酶：能將底物所脫下的氫中的電子最后傳給O2，并形成H2O或H2O2的酶類。交替氧化酶：線粒體中還存在一種對氫化物不敏感的氧化酶，可將電子傳遞給O2，稱為交替氧化酶，又稱抗氫氧化酶。細(xì)胞色素氧化酶和交替氧化酶都屬于線粒內(nèi)末端氧化酶。其它都屬于線粒外末端氧化酶。三、末端氧化酶類第19頁,共42頁，2024年2月25日，星期天末端氧化酶的多樣性第20頁,共42頁，2024年2月25日，星期天四、光合作用與呼吸作用的關(guān)系1.ADP和NADP+在光合和呼吸中可共用。2.光合C3途徑與呼吸PPP途徑基本上正反反應(yīng)，中間產(chǎn)物可交替使用。3.光合釋放O2→呼吸，呼吸釋放CO2→光合第21頁,共42頁，2024年2月25日，星期天

第22頁,共42頁，2024年2月25日，星期天光合作用與呼吸作用的區(qū)別第23頁,共42頁，2024年2月25日，星期天§4-4呼吸作用的指標(biāo)及其影響因素一.呼吸作用的指標(biāo)二.呼吸商的影響因素三.呼吸速率的影響因素第24頁,共42頁，2024年2月25日，星期天1.呼吸速率(respiratoryrate)

μmol·g-l·h-1，μmol·m-2·s-1，μl·g-l·h-1等2.呼吸商(respiratoryquotient，RQ)

又稱呼吸系數(shù)，是指植物組織在一定時間內(nèi)，釋放CO2與吸收O2的數(shù)量(體積或物質(zhì)的量)比值。RQ=釋放的CO2量/吸收的O2量一.呼吸作用的指標(biāo)概念第25頁,共42頁，2024年2月25日，星期天呼吸底物不同，RQ不同。①葡萄糖:R.Q=1.0C6H12O6+6O2→6CO2+6H2OR.Q=6/6=1.0②脂肪、蛋白質(zhì):RQ＜1，（棕櫚酸）C16H32O2+23O2→16CO2+16H2OR.Q=16/23=0.70③有機酸:RQ＞1,（蘋果酸）C4H6O5+3O2→4CO2+3H2OR.Q=4/3=1.33二.呼吸商的影響因素第26頁,共42頁，2024年2月25日，星期天不同植物不同三.呼吸速率的影響因素

1.內(nèi)部因素的影響第27頁,共42頁，2024年2月25日，星期天不同器官或組織不同①生殖器官＞營養(yǎng)器官②生長旺盛、幼嫩器官＞生長緩慢、年老器官③種子內(nèi)，胚＞胚乳第28頁,共42頁，2024年2月25日，星期天①最適溫度:25～35℃

呼吸最適溫度＞光合最適溫度②最低溫度：0℃左右

(冬小麥:0℃~-7℃，松樹針葉:-25℃)③最高溫度：35～45℃④在0—35℃，溫度系數(shù)(Q10)為2.0～2.5

2.外界條件的影響

（1）溫度第29頁,共42頁，2024年2月25日，星期天預(yù)先將豌豆幼苗放在25℃下，培養(yǎng)4天，其相對呼吸速率為10，在放到不同溫度下培養(yǎng)3h,測定相對速率的變化第30頁,共42頁，2024年2月25日，星期天氧濃度過低,無氧呼吸增強，產(chǎn)生酒精中毒，消耗體內(nèi)養(yǎng)料過多。（2）氧氣呼吸開始下降＜20％10％～20％有氧呼吸＜10％無氧呼吸出現(xiàn)并逐步增強，有氧呼吸迅速下降。把無氧呼吸停止進行的最低氧含量稱為無氧呼吸的消失點。氧濃度過高，對植物有毒害第31頁,共42頁，2024年2月25日，星期天（3）CO2CO2濃度增高,呼吸受抑,

＞5％時，明顯抑制,土壤積累CO2可達4％～10％，第32頁,共42頁，2024年2月25日，星期天（4）水分干燥種子，呼吸很微弱；吸水后迅速增加，∴種子含水量是制約種子呼吸強弱的重要因素。整體植物的呼吸速率，隨著植物組織含水量的增加而升高呼吸底物的含量機械損傷第33頁,共42頁，2024年2月25日，星期天§4-5.呼吸作用與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一.

呼吸作用與作物栽培

二.種子的安全貯藏與呼吸作用

三.果實、塊根、塊莖的呼吸作用與貯藏

第34頁,共42頁，2024年2月25日，星期天一.呼吸作用與作物栽培①播前浸種，通過控制溫度與通氣提高種子的呼吸，以便促進種子萌發(fā)。②田間中耕松土和低洼地塊開溝排水等均能增加土壤透氣性，有效地抑制無氧呼吸。③在人工氣候室栽培作物，降低夜溫以減少呼吸消耗，有利于干物質(zhì)積累。第35頁,共42頁，2024年2月25日，星期天二.種子的安全貯藏與呼吸作用油料種子:＜6％～8％淀粉種子:＜10％～12％呼吸極微弱，可以安全貯藏，稱為安全含水量。呼吸作用顯著增強9％～10％13％～15％第36頁,共42頁，2024年2月25日，星期天第37頁,共42頁，2024年2月25日，星期天糧食貯藏:

控制進倉種子的含水量，不得超過

安全含水量注意庫房的通風(fēng)，增高CO2含量,降低O2含量充N貯藏

第38頁,共42頁，2024年2月25日，星期天三.果實、塊根、塊莖的呼吸作用與貯藏1.果實

呼吸躍變(respiratoryclimacteric):當(dāng)果實成熟到一定時期，其呼吸速率突然增高，最后又突然下降，這種現(xiàn)象稱為呼吸躍變。躍變型(蘋果、梨、香蕉、番茄等)非躍變型（柑橘、檸檬、菠蘿等）兩類概念第39頁,共42頁，2024年2月