4呼吸与代谢
植物生理学课件第四章呼吸作用
物质代谢的枢纽。 TCA既是糖、脂类和氨基酸 等彻底分解的共同途径，其中间产物又是合成 糖、脂类和氨基酸的原料。
3. 戊糖磷酸途径（pentose phosphate pathway, PPP）
CO2+H2O
中间代谢产物是合成糖类、脂类、蛋白 质和维生素及各种次生物质的原料
二、生物氧化（biological oxidation）
生物氧化是指发生在生物体细胞线粒 体内的一系列传递氢、电子的氧化还原反 应。生物氧化过程中释放的能量一部分以 热能形式散失，一部分贮存在高能磷酸化 合物ATP中。
简称TCA）
TCA循环中 虽然没有O2的 参加，但必须 在有氧条件下 经过呼吸链电 子传递，使 NAD+ 和FAD、 UQ在线粒体中 再生，该循环 才可继续，否 则TCA循环就会 受阻。
三羧酸循环的生理意义：
（1）TCA是植物体获得能量的最主要形式。 使NAD+和FAD还原成NADH和FADH2。这些电子供
1. 为植物生命活动提供能量
需呼吸作用提供 能量的生理过程有： 离子的主动吸收和运 输、细胞的分裂和伸 长、有机物的合成和 运输、种子萌发等。
不需呼吸作用直 接提供能量的生理过 程有：干种子的吸胀 吸水、离子的被动吸 收、蒸腾作用、光反 应等。
2. 中间产物是合成重要有机物质的原料
呼吸作用的中间产物如，
如：细胞色素系统、铁硫蛋白、铁氧还蛋白等。
呼吸传递体中除 UQ外,大多数组分是与 蛋白质结合，以复合体形式嵌入膜内存在的。
植物线粒体的电子传递链位于线粒体 的内膜上，由五种蛋白复合体组成。
植物生理学4呼吸作用
第二节 植物的呼吸代谢途径 糖的分解代谢途径※
1、糖酵解途径(EMP)---在细胞质进行
2、乙醇发酵和乳酸发酵---在细胞质进行 3、三羧酸循环 (TCA)---在线粒体进行 4、磷酸戊糖途径(PPP)---在细胞质进行
一、糖酵解(EMP) Embden,Meyerhof,Parnas 淀粉、葡萄糖或果糖在细胞质内，在一系列酶的 参与下分解成丙酮酸的过程。 C6H12O6+2ADP+2NAD++2Pi 2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+ +2H2O 对高等植物来说，不管是有氧呼吸还是无氧呼 吸，糖的分解都先经过糖酵解阶段，形成丙酮酸， 然后才分道扬镳。 无氧 →无氧呼吸→酒精或乳酸 葡萄糖→→丙酮酸
⒋ 抗坏血酸氧化酶 含铜，位于细胞质中，可以催化抗坏血酸的 氧化。在植物中普遍存在，果蔬中较多，与植物 的受精过程有密切关系，利于胚珠发育。 该酶对氧的亲和力低。 ⒌ 乙醇酸氧化酶体系 是一种黄素蛋白酶（含 FMN），不含金属， 存在于过氧化物酶体中，是光呼吸的末端氧化途 径，催化乙醇酸氧化为乙醛酸，并产生过氧化氢， 与甘氨酸和草酸生成有关。 该酶对氧的亲和力极低，不受氰化物和CO 抑制。
2、无氧呼吸（发酵） 一般指在无氧条件下，细胞把某些有机物质分解 成为不彻底的氧化产物，同时释放能量的过程。
高等植物无氧呼吸可产生酒精或乳酸： C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 +Δ G（-226kj） C6H12O6 2CH3CHOHCOOH+Δ G（-197kj）
二、呼吸作用的生理意义※
1. 提供植物生命活动所需要的大部分能量。 ATP等形式储存，逐步释放 需能过程？不需能过程？ 2. 为其它有机物合成提供原料。 如丙酮酸， -酮戊二酸可通过转氨基作用形 成 相应的氨基酸，进而合成蛋白质。 磷酸丙糖可以形成甘油。 脂肪 丙酮酸形成乙酰CoA，生成脂肪酸。
教科版四年级科学上册第二章《呼吸和消化》教学设计
教科版四年级科学上册第二章《呼吸和消化》教学设计一. 教材分析《呼吸和消化》这一章节主要介绍了生物的呼吸和消化过程。
通过本章的学习，学生将了解到呼吸和消化的定义、过程以及它们在生物体中的重要性。
教材通过生动的图片和实例，帮助学生更好地理解呼吸和消化的概念，培养学生的观察能力和思考能力。
二. 学情分析四年级的学生已经具备了一定的观察和思考能力，对于生活中的一些简单现象有一定的认知。
但在呼吸和消化这一块，可能还存在一些疑惑。
因此，在教学过程中，教师需要注重引导学生通过观察、思考、讨论等方式，深入理解呼吸和消化的过程。
三. 教学目标1.知识与技能：了解呼吸和消化的定义、过程及其在生物体中的重要性。
2.过程与方法：通过观察、思考、讨论等方式，掌握呼吸和消化的基本原理。
3.情感态度价值观：培养学生对生命科学的兴趣，树立健康生活的意识。
四. 教学重难点1.呼吸和消化的定义及其过程。
2.呼吸和消化在生物体中的重要性。
五. 教学方法1.情境教学法：通过生活实例，引导学生了解呼吸和消化的过程。
2.观察法：引导学生观察生物的呼吸和消化现象，培养学生的观察能力。
3.讨论法：分组讨论，让学生分享对呼吸和消化的理解，提高学生的思考能力。
六. 教学准备1.准备相关的生活实例，如呼吸作用的实验材料（如蜡烛、火柴等）。
2.准备一些关于消化过程的图片或视频资料。
3.准备分组讨论的问题。
七. 教学过程1.导入（5分钟）利用生活实例，如蜡烛的燃烧，引导学生观察和思考生物的呼吸现象。
提问：你们知道这是为什么吗？生物的这种现象叫什么？2.呈现（10分钟）展示关于消化过程的图片或视频资料，引导学生了解消化的过程。
提问：你们知道这是什么过程吗？这个过程叫什么？3.操练（10分钟）分组进行讨论，让学生分享对呼吸和消化的理解。
教师巡回指导，解答学生的疑惑。
4.巩固（10分钟）教师总结呼吸和消化的定义、过程及其在生物体中的重要性。
提问：你们谁能来说说呼吸和消化的作用是什么？5.拓展（5分钟）引导学生思考：呼吸和消化是如何相互关联的？它们对生物的生活有哪些影响？6.小结（5分钟）教师总结本节课的主要内容，强调呼吸和消化在生物体中的重要性。
2024年大象版四年级科学上册 4.4呼吸与运动(教案)
2.下列同学的身体素质基本相同，那么每分钟的呼吸次数最多的是（）。
A.奇奇坐在教室里看书
B.妙妙在公园里散步
C.探探在操场上踢足球
小红同学回家采用右图中的方法测量
肺活量，据此回答3-5题。
3.实验中记录数据时，（）可以作为肺活量大小的数据。
A.塑料瓶中的空气量
B.塑料瓶中剩下的水量
C.以上两者都可以
4.根据右表，小红测得的肺活量是（）
A.2 200毫升
B.2 300毫升
C.2 400毫升
5.下列关于肺活量的说法正确的是（）。
A.肺活量是指肺的大小
B.肺活量是指憋气的时间长短
C.肺活量是指深吸一口气,然后尽最大努力呼出气体的量要。
教科版科学四上第二单元《呼吸与消化》第1课感受我们的呼吸单元整体分析
1.拓展资源：
-相关书籍：推荐学生阅读与呼吸系统相关的科普书籍，例如《人体的秘密》、《呼吸系统与健康》等，以加深对呼吸系统知识的理解。
-视频资料：引导学生观看科普视频，如《呼吸系统的工作原理》、《肺的构造与功能》等，通过动画和实景结合的方式，形象展示呼吸系统的运作。
-网络文章：鼓励学生在家长或教师的指导下，搜索与呼吸系统相关的网络文章，了解最新的科学研究动态和呼吸健康知识。
核心素养目标
1.科学探究：使学生能够运用观察、体验、记录等方法，探究呼吸过程及呼吸系统基本构成，提升实践探究能力。
2.生命观念：帮助学生建立对呼吸系统结构和功能的认识，理解生命活动中呼吸的重要性，增强生命观念。
3.思维能力：培养学生运用逻辑思维，分析呼吸系统各组成部分之间的关系，提高解决问题的能力。
2.案例分析：接下来，我们来看一个具体的案例。这个案例展示了呼吸系统在运动时的变化，以及如何帮助我们理解身体的需求。
3.重点难点解析：在讲授过程中，我会特别强调呼吸肌的作用和肺泡中气体交换这两个重点。对于难点部分，我会通过图示和模型来帮助大家理解。
三、实践活动（10分钟）
1.分组讨论：学生们将分成若干小组，每组讨论一个与呼吸相关的实际问题。
3.我还将加强与家长的沟通，鼓励家长参与学生的学习和实践活动中，共同关注学生的呼吸健康，使学习不仅仅局限于课堂。
课后拓展
1.拓展内容：
-阅读材料：《呼吸系统的奇妙之旅》、《人体的气体交换》等科普文章，深入介绍呼吸系统的组成、功能和气体交换的过程。
-视频资源：《呼吸系统动画解析》、《肺的构造与功能》等，通过动画和实景结合的方式，直观展示呼吸系统的结构和呼吸过程。
四、呼吸系统的重要性
1.提供氧气
第四节 呼吸运动的调节
第四节呼吸运动的调节呼吸运动的特点一是节律性，二是其频率和深度随机体代谢水平而改变。
呼吸肌属于骨骼肌，本身没有自动节律性。
呼吸肌的节律性活动是来自中枢神经系统。
呼吸运动的深度和频率随机体活动（运动、劳动）水平改变以适应机体代谢的需要。
如运动时，肺通气量增加供给机体更多的O2，同时排出CO2，维持了内环境的相对稳定，即维持血液中O2分压、CO2分压及H+浓度相对稳定。
这些是通过神经和体液调节而实现的。
一、呼吸中枢与呼吸节律在中枢神经系统，产生和调节呼吸运动的神经细胞群称为呼吸中枢，它们分布在大脑皮层、间脑、脑桥、延髓、脊髓等部位。
脑的各级部位对呼吸调节作用不同，正常呼吸运动有赖于它们之间相互协调，以及对各种传入冲动的整合。
在早期哺乳动物实验中，用横断脑干的不同部位或损毁、电刺激脑的某些部位等研究方法，来了解各级中枢在呼吸调节中的作用。
如在脊髓与延髓之间横断，动物立即停止呼吸，并不再恢复，说明节律性呼吸运动来源于脊髓以上的脑组织，冲动传到脊髓前角运动神经元，并发出传出冲动，经膈神经、肋间神经到达呼吸肌，控制呼吸肌的活动。
脊髓前角运动神经元起到呼吸运动的最后公路。
在前角运动神经元受到损害时，呼吸肌麻痹，呼吸运动停止。
（一）延髓呼吸中枢在猫或兔等动物实验中，在它的延髓与脑桥交界处切断，动物仍能保持节律性呼吸，但与正常形式不同，呈现一种吸气突然发生，又突然停止，呼气时间延长的喘式呼吸（图7-9）。
说明延髓存在着产生节律性呼吸的基本中枢但正常节律还有赖于延髓以上中枢参与。
在利用电生理，组织化学等近代方法后，对延髓中与呼吸有关的神经元群，进行了进一步的研究，目前认为延髓呼吸神经元主要分布在孤束核、疑核和后疑核。
它们的轴突下行到脊髓前角的有关呼吸肌的运动神经元，由此再发出纤维到呼吸肌。
吸气神经元是指在吸气时发放冲动的神经元，呼气神经元是在呼气时发放冲动的神经元。
也有人提出吸气神经元群为吸气中枢而呼气神经元群为呼气中枢，它们之间存在交互抑制而产生节律性呼吸，但目前还有争论。
小学科学四上第二单元《呼吸与消化》单元整理(PPT)
脂肪：人体能量的主要来源。
3.含有丰富蛋白质的食物
豆类 肉类 水产类 蛋类 内脏
蛋白质：人体肌肉、内脏和血液等的 主要成分
4.含有丰富维生素的食物
蔬菜、水果…… 维生素：调节身体机能的作用。
5.含有丰富无机盐的食物
蔬菜、水果、 食盐、海带、 木耳……
哪些活动会影响我们每分钟的呼吸次数？
运动后呼吸 次数会增加
运动后躺着休 息呼吸会减慢
晚上睡觉的时 候呼吸会减慢
有的活动会使我们呼吸加快，有的活动会使我们呼吸减缓。
《呼吸与消化》单元整理
运动前后，呼吸和心跳次数的变化可以告诉 我们什么？
运动后，呼吸和心跳次数都会增加
有的活动会使我们呼吸减缓，比如睡觉、休 息 肺是身体进行气体交换的“中转站”，肺的大小 直接决定着每次呼吸气体交换的量，经常锻炼， 可以使肺功能更加强大。
矿物质：调节身体机能的作用。 需求量小，但是很重要。
6.含有丰富水的食物
蔬菜、水果、 饮用水……
水约占人体组 成的70%
水是人体的重要组成部分。
食物中含有丰富的营养Fra bibliotek食 物糖类 脂肪
主食、土豆、芋头、较甜水果……
油类、巧克力、鸡蛋、鸭蛋、 花生、核桃、果仁、芝麻……
中 蛋白质 豆类、肉类、水产类、蛋类、内脏
用手捏软管，模拟食道的蠕动 用手揉捏塑料袋，模拟胃的蠕动
四、拓展：怎样来保护我们的消化器官
饮食卫生要注意，变质食物不要吃。 细嚼慢咽易消化，定时定量有节制。 三餐分配要合理，合理搭配不偏食。 饭后休息半小时，适当运动促消化。 专心吃饭肠胃好，心情愉快身体棒
《呼吸与消化》单元整理
呼吸作用与新陈代谢的关系
呼吸作用与新陈代谢的关系呼吸作用是生物体与环境进行气体交换的过程，通过吸入氧气、排出二氧化碳来维持生命活动。
而新陈代谢则是生物体体内的化学反应，包括营养物质的分解和合成，以及能量的产生和消耗。
呼吸作用与新陈代谢之间存在着密切的关系，两者相互影响、相互促进。
呼吸作用是新陈代谢过程中产生能量的重要途径。
在有氧呼吸中，有机物（如葡萄糖）通过一系列的化学反应分解为二氧化碳和水，同时释放出大量的能量。
这个过程中，新陈代谢产生的能量主要以三磷酸腺苷（ATP）的形式储存起来，供细胞进行各种生命活动所需。
呼吸作用所提供的能量对维持新陈代谢的正常进行至关重要。
呼吸作用不仅产生能量，还为新陈代谢提供了必需的物质。
在有氧呼吸中，氧气是必不可少的，它参与细胞内线粒体中的氧化还原反应，将有机物氧化为二氧化碳和水，并释放出能量。
这个过程中，氧气通过呼吸系统进入体内，经过气道、肺泡等结构，最终被红细胞携带到各个组织和细胞中。
细胞内的氧气与有机物反应，产生新陈代谢所需的能量和物质。
呼吸作用的产物二氧化碳也参与了新陈代谢过程。
二氧化碳是由细胞内的有机物氧化产生的，它在细胞内溶解为碳酸氢根离子，经血液运输到肺泡后排出体外。
二氧化碳的排出不仅是维持酸碱平衡的重要手段，还影响着血液中氢离子的浓度。
而氢离子浓度的变化又会影响到细胞内的酶活性和新陈代谢的进行。
因此，呼吸作用中产生的二氧化碳间接地调节了新陈代谢的进行。
呼吸作用还与无氧代谢有关。
无氧代谢是在缺氧条件下进行的代谢过程，主要产生乳酸或酒精，并释放少量能量。
在剧烈运动或氧气供应不足时，肌肉细胞会通过无氧代谢产生能量。
而这时，呼吸作用的主要作用是排出乳酸，以维持酸碱平衡。
呼吸作用通过肺泡换气，将体内积累的乳酸排出体外，使肌肉细胞继续进行无氧代谢，以维持运动的进行。
呼吸作用与新陈代谢之间存在着密切的关系。
呼吸作用通过吸入氧气、排出二氧化碳，为新陈代谢提供了氧气和调节酸碱平衡的功能。
同时，呼吸作用通过有氧呼吸产生能量，为新陈代谢的进行提供动力。
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碳水化合物：
C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 6 CO2 + 12 H2O RQ = 6/6 = 1 18 CO2 + 17 H2O RQ = 18/25.5 = 0.71
油酸：
C18H24O2 + 25.5O2
烟碱结构式 利血平结构式
秋水仙素结构式
次级产物合成主要途径及其与初级产物的联系
呼吸作用复习题
1、呼吸强度、呼吸商的概念及意义。 2、分析下列措施，并说明它们有什么作用？ （1）将果蔬贮存在低温下。 （2）小麦、水稻、玉米等粮食贮藏之前要晒干。 （3）给作物中耕松土。 （4）早春寒冷季节，水稻浸种催芽时，常用温水淋 种和不时翻种。 3、什么叫次生物质，有哪些生理意义及种类？
二、萜类(terpene)
由异戊二烯化合物聚合构成
头
CH2 = C—CH = CH2 尾
CH3
O O CH2 = C—CH CH2 –O—P—O—P OH
OH OH
CH3 异戊烯焦磷酸(IPP)
单位数 碳原子数 种类 2 10 单萜 3
4 6 8 >8
Pyr + PGA 甲基赤藓醇磷酸 NADPH ATP 3乙酰CoA 3-甲基羟基戊二酰CoA 甲羟戊酸
5-二磷酸甲羟戊酸
异戊烯焦磷酸(IPP)
二甲丙烯焦磷酸
多异戊烯焦磷酸 牻牛儿牻牛儿焦磷酸 法呢焦磷酸 牻牛儿焦磷酸
多萜
四萜
双萜
三萜 倍半萜
单萜
三、酚类(phenol)
是芳香族环上的氢原子被羟基或功能衍生物取代后生成 的化合物 种类 碳架 例子 简单苯丙酸类 C6--C3 桂皮酸、香豆酸、咖啡酸、阿魏酸 苯丙酸内酯 C6--C3 香豆素 苯甲酸衍生物 C6--C1 水杨酸、没食子酸、原儿茶酸 木质素 [ C6--C3 ]n 木质素 类黄酮类 [ C6--C3--C6 ] 花色素苷、黄酮(醇)、异黄酮 鞣质 [ C6--C3--C6 ]n 缩合鞣质、可水解鞣质
2、水分
大麦种子
含水量呼吸速率 增加倍数
10-12 14-15 33 0.3-0.4 1.3-1.5 3-4 2000 5000
临界含水量 安全含水量
3、氧气
4、二氧化碳
5、机械损伤
第四节 有机物的代谢
一、各种有机物代谢的相互关系 多糖 半纤维素 戊糖 核苷酸 核酸 G PPP 丁酸 fat 单糖 糖 丙糖磷酸 甘油 + FA PGA 酵 PEP 酚类化合物 C3途径 解 Ser族AA Pyr族AA Pyr 酒精、乳酸 类萜化合物 乙酰CoA 丙二酰CoA 烟碱 其他AA Asp族AA OAA TCA环 α-KG Glu族AA Pro 嘌呤核苷酸 琥珀酰CoA 卟啉
例子 柠檬酸、莽牛儿醇、沉香醇、百 里酚、樟脑、侧柏醇、除虫菊 15 倍半萜 法呢醇、姜烯、β-丁香烯、桉叶 醇、薄荷醇、柠檬烯、棉酚 20 双萜 植醇、树脂酸、赤霉素、紫杉醇 30 三萜 鱼鲨烯、三萜醇、三萜酸、固醇 40 四萜 胡萝卜素、叶黄素 >40 多萜 橡胶、杜仲胶、松节油
萜类的生物合成
酒石酸：
2C4H6O6 + 5O2 8 CO2 + 6 H2O RQ = 8/5 = 1.6
1、不同呼吸底物RQ不同 2、无氧呼吸 3、植物体内物质在不断转化合成等，糖脂可 互相转变，油脂转为糖，是氧化过程，要吸 氧，RQ变小，反之变大。放出二氧化碳被用 于羧化作用则RQ变小。等等。 4、种子外包坚厚密闭的壳，则不易精确测出 放出二氧化碳与吸收的氧量。 所以要进行综合分析，不是很绝对的。
1.5
CO2释放（mg/gDW.h)
叶变黄
1
0.5
0 0 20 40 60 80 100 120
叶龄（d）
草莓叶片不同年龄的呼吸速率
二、外部因素（ Environmental factors ） 1、温度Temperature
最适点≠呼吸最高点
温度系数 Q10 =
（t+10）℃时的速率 t℃时的速率
呼吸作用意义
1、提供植物生命活动所需要的大部分能量
2、有机物氧化分解过程中产生一些活跃的中间产物 ，这些产物进一步合成其他物质，所以呼吸作用是代 谢中心，各生命活动的中间连络者。起了枢纽作用。 3、提高植物抗病力
①氧化②伤呼吸③合成杀菌物质
光合作用的意义：合成有机物，贮存能量，放出氧气。
第二节 呼吸作用指标
酚类的生物合成
4-磷酸-D赤藓糖 磷酸烯醇式丙酮酸
莽草酸途径
苯丙氨酸
乙酰COA
没食子酸
可水解鞣质类
桂皮酸
简单酚类 木质素 类黄酮类 缩合鞣质类
丙二酸途径
各种酚类
四、生物碱(alkaloid) 是一类含氮杂环化合物
主要的几类生物碱 生物碱组别 结构 生物合成前身 例子 吡咯烷 鸟氨酸 烟碱 托品烷 鸟氨酸 阿托品、可卡因 哌啶 赖氨酸或乙酸 毒芹碱 双吡咯烷 喹嗪 异喹啉 吲哚 鸟氨酸 赖氨酸 酪氨酸 色氨酸 倒千里光碱 羽扇豆碱 可待因、吗啡 利血平、马钱子碱
有氧呼吸
呼吸底物：糖、脂肪和蛋白质。常用的呼吸底物是葡萄糖。
C6H12O*6+6O2+6H2O*
6CO*2 +12H2O+G
△G‘=2870KJ(686KCal)/mol
光合作用
CO2+4H2O*
C(H2O)+O*2 +2H2O*+H2O+G
二、 ological role of respiration
第三节 影响呼吸作用的因素
一、内因（Internal factors） 不同植物、器官、组织和生育期具有不同的呼 吸速率。
Plants O2μmol/gDW.h 豌豆种子 0.005 大麦幼苗 70 番茄根尖 300 向日葵 60 海芋佛焰花序 2000 细菌 10000 Tissues 仙人掌 茉莉 苹果果实 南瓜雌蕊 玉米叶 丝兰花瓣 O2μl/gFW.h 3.00 120 20-50 290-480 540-680 440-670
第四章 呼吸与代谢
呼吸作用的概念和意义 呼吸作用指标 影响呼吸作用的因素 有机物的代谢
第一节 呼吸作用的概念和意义
一、
Concept of respiration
呼吸作用的概念
生物体活细胞将有机物氧化分解释放出 生命活动所需要的能量的过程。 有机物 氧化分解 能量
活细胞
次生物质：由碳水化合物、脂肪、氨基酸等有机 物代谢衍生出来的物质。极大部分次生物质不再 参与代谢，贮存于液泡等处，是代谢最终产物。 重要性：①有些次生物质是植物生命活动所必需 的，如叶绿素、类胡萝卜素、激素。 ②有些使植物具有一定颜色和香味，可以吸引昆 虫、动物进行授粉、传播种子，也有些具防天敌 、抗病作用。 ③有些对植物生理意义不明，但对人很重要。可 作药物原料(生物碱)、工业原料(香料、油)等。
一、呼吸强度（速率、速度） respiratory intensity (respiratory rate) 单位时间、单位物质的鲜重、干重或细胞所消耗 的氧气量或放出的二氧化碳量。如O2mg/g.hr 。
(光合单位常用CO2mg/dm2.hr、CO2μmol/m2.s)
二、呼吸商 (respiratory quotient RQ)