植物生理 呼吸作用
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—植物呼吸作用
植物生理学—植物呼吸作用植物呼吸作用是植物进行生命活动所必需的过程之一、它是指植物通过呼吸作用吸取氧气，并释放二氧化碳。
植物呼吸是在光照条件下进行的，它通过细胞线粒体内的氧化还原反应产生能量，维持植物的生长和代谢活动。
植物呼吸的过程是气体交换的过程，与动物呼吸有所不同。
植物通过气孔进行气体交换，它们位于叶片的表面。
气孔可以根据植物的需求调节开闭，以控制二氧化碳和水分的流失。
植物吸收的氧气主要通过叶片和根部进行。
在叶片上，气孔将二氧化碳排出，在气孔的内部，氧气被吸入。
根部吸收来自土壤中微量氧气，这些氧气主要供植物的根部进行呼吸作用。
植物在氧化还原反应中产生能量，这一过程称为细胞呼吸。
细胞呼吸主要涉及线粒体，线粒体是细胞内的重要器官，里面有多种酶参与氧化还原反应。
在细胞呼吸中，植物将葡萄糖等有机物氧化分解为二氧化碳、水和能量，这个过程是植物生命必需的。
植物呼吸作用对植物的生长和代谢活动起着重要的作用。
它提供了细胞所需的能量，维持了植物体内的各种生化过程，包括物质合成、信号传导和细胞分裂等。
同时，植物呼吸还协助根系吸收水分和营养物质，并提供了分布在整个植物体内的氧气。
植物呼吸作用的速率受到多种因素的影响。
光照是一个重要的因素，光照充足时，植物进行光合作用，氧气产生速率增加，呼吸作用速率相应增加。
此外，温度也是影响植物呼吸速率的关键因素，一般来说，温度越高，呼吸速率越快。
植物呼吸在一定程度上会导致二氧化碳的排出，从而促进了大气中的二氧化碳浓度增加。
这对气候变化产生了影响，因为二氧化碳是一种温室气体，它可在大气中滞留并加剧温室效应。
然而，植物在光合作用中吸收二氧化碳，并通过光合作用将其转化为有机物质。
因此，植物呼吸作用和光合作用共同调控着大气中二氧化碳的浓度，从而维持了地球生态系统的平衡。
总之，植物呼吸作用是植物生理学中非常重要的一个方面，它通过氧化还原反应产生能量，并维持了植物的生长和代谢活动。
植物呼吸作用对大气中二氧化碳的浓度和地球气候具有影响，同时与光合作用共同调节着地球生态系统的平衡。
植物生理学第4-1章章呼吸作用
戊糖磷酸途径 (PPP) pentose phosphate pathway 在高等植物中，还发现可以不经过EMP生成丙酮酸而进行有氧呼吸的途径，就是PPP途径。即葡萄糖被胞质溶胶和质粒中的可溶性酶直接氧化，产生NADPH和一些磷酸糖的酶促过程。 6G6P+12NADP++7H2O 6CO2 +12NADPH + 12H+ +5G6P+Pi 发生在细胞质中 在成熟和老年组织中及逆境时发生较多
葡萄糖 ATP ATP 磷酸葡萄糖 → 磷酸果糖 二磷酸果糖 磷酸甘油醛 乙醇 2 NADH 二磷酸甘油酸 乙醛 2ATP 2ATP 丙酮酸 磷酸烯醇 磷酸甘油酸 式丙酮酸
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。
葡萄糖→→丙酮酸 无氧 →无氧呼吸→酒精或乳酸 有氧 → TCA循环→CO2
呼吸代谢途径※
糖酵解途径(EMP)---在细胞质进行
乙醇发酵和乳酸发酵---在细胞质进行
三羧酸循环 (TCA)---在线粒体进行
磷酸戊糖途径(PPP)---在细胞质进行
乙醛酸循环---在乙醛酸体、线粒体进行
乙醇酸氧化途径---在细胞质进行
第二节 植物的呼吸代谢途径
糖酵解(EMP) Embden,Meyerhof,Parnas
无氧呼吸（发酵） 指细胞在无氧条件下，把淀粉、葡萄糖等有机物质分解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） 苹果、香蕉等贮藏过久有酒味，稻谷酿酒。 胡萝卜和甜菜的块根等贮藏过久有乳酸味。 无氧呼吸是植物适应生态多样性的表现。
植物生理学-呼吸作用
二、呼吸作用的生理意义
1.为植物生命活动提供能量 为植物生命活动提供能量 呼吸氧化有机物， 呼吸氧化有机物，将其中的 化学能以ATP形式贮存起来。 ATP形式贮存起来 化学能以ATP形式贮存起来。 ATP分解时 分解时， 当ATP分解时，释放能量以满 足各种生理过程的需要。 足各种生理过程的需要。 呼吸放热可提高植物体温， 呼吸放热可提高植物体温， 有利种子萌发、 有利种子萌发、开花传粉受 精等。 精等。 2.中间产物是合成植物体内重要有机物质的原料 2.中间产物是合成植物体内重要有机物质的原料 呼吸产生许多中间产物，其中有些十分活跃， 呼吸产生许多中间产物，其中有些十分活跃，是进一步合成其他 有机物的物质基础。 有机物的物质基础。 3.在植物抗病免疫方面有着重要作用 3.在植物抗病免疫方面有着重要作用 呼吸作用氧化分解病原微生物分泌的毒素，以消除其毒害。 呼吸作用氧化分解病原微生物分泌的毒素，以消除其毒害。 植物受伤或受到病菌侵染时，通过旺盛的呼吸，促进伤口愈合， 植物受伤或受到病菌侵染时，通过旺盛的呼吸，促进伤口愈合， 加速木质化或栓质化，以减少病菌的侵染。 加速木质化或栓质化，以减少病菌的侵染。
2、乳酸发酵(lactate fermentation) 在含有乳酸脱氢
酶的组织里，丙酮酸便被NADH还原为乳酸， 酶的组织里，丙酮酸便被NADH还原为乳酸， NADH还原为乳酸 COCOOH＋NADH＋ CHOHCOOH＋ (5CH3COCOOH＋NADH＋H+ 乳酸脱氢酶 CH3CHOHCOOH＋NAD+ (5-7) 每分子葡萄糖经乳酸发酵产生2分子乳酸和2分子ATP ATP。 每分子葡萄糖经乳酸发酵产生2分子乳酸和2分子ATP。 C6H12O6 酶 2CH3CHOHCOOH + 2ATP +2H2O 许多细菌能利用葡萄糖产生乳酸， 许多细菌能利用葡萄糖产生乳酸 ， 产生乳酸的这类细菌通 常称为乳酸菌。 常称为乳酸菌。 利用乳酸菌的发酵可以制造酸牛奶、泡菜、 利用乳酸菌的发酵可以制造酸牛奶 、 泡菜 、 酸菜和青贮饲 料的发酵等。由于乳酸菌缺少蛋白酶， 料的发酵等。由于乳酸菌缺少蛋白酶，它不会消化组织细胞 中的原生质， 中的原生质，而只利用了汁液中的糖分及氨基酸等可溶性含 氮物质作为营养，因而组织仍保持坚脆状态。 氮物质作为营养，因而组织仍保持坚脆状态。由于乳酸的积 PH值可降至 值可降至< 从而又抑制了其它分解蛋白质的腐败 累 ， PH 值可降至 <4 ， 从而又抑制 了其它分解蛋白质的腐败 细菌及丁酸菌的生长，起到了防腐作用。 细菌及丁酸菌的生长，起到了防腐作用。 在无氧条件下， 通过酒精发酵或乳酸发酵，实现了NAD 在无氧条件下 ， 通过酒精发酵或乳酸发酵 ， 实现了 NAD+ 的 再生，这就使糖酵解得以继续进行。 再生，这就使糖酵解得以继续进行。
植物的呼吸作用
植物的呼吸作用
植物的呼吸作用是重要的生理过程，它允许植物从环境空气中吸收氧气，并释放二氧化碳。
与动物呼吸相似，植物呼吸依赖于氧气的摄入和二氧化碳的排出，但过程由于植物的特殊结构而有所不同。
在植物的呼吸作用中，氧气通过气孔进入植物的叶片，然后进入叶绿体中的细胞。
在叶绿体中，氧气参与到细胞呼吸中的氧化过程中，以产生能量和水的副产物。
同时，二氧化碳作为呼吸废物由细胞释放出来，并通过气孔离开植物体。
植物的呼吸作用是不断进行的，即使在夜晚或光合作用停止的情况下也是如此。
由于植物被动感知周围环境中的氧气浓度和二氧化碳浓度，它们能够在不同条件下调节呼吸速率。
在光合作用进程中，光合产物提供的能量可以通过呼吸消耗，以维持植物的正常生长和代谢。
值得注意的是，植物的呼吸作用和动物呼吸作用虽然存在相似之处，但并不相同。
植物利用光合作用将二氧化碳转化为有机物质（葡萄糖），同时释放氧气。
然而，在光合作用停止或不足的情况下，植物需要通过呼吸作用来从外部环境获取能量。
总而言之，植物的呼吸作用是一个重要的生理过程，它使植物能够从环境中摄取氧气、释放二氧化碳，并产生能量维持生长和代谢。
这一过程通过细胞内过程进行，而植物能够根据环境条件调节呼吸速率。
尽管与动物呼吸作用存在相似之处，但植物的呼吸作用在光合作用停止时起到重要的能量供应作用。
呼吸作用-植物生理
第四章植物的呼吸作用前面各章都是说明植物把外界物质改造为自身物质的过程，是新陈代谢的同化作用方面；本章讨论的呼吸作用，是将植物体内的物质不断分解的过程，是新陈代谢的异化作用方面。
呼吸作用释放的能量供给各种生理活动的需要，它的中间产物在植物体各主要物质之间的转变起着枢纽作用，因此，呼吸作用是植物代谢的中心、，十分重要。
第一节呼吸作用的概念、生理意义和场所一、呼吸作用的概念呼吸作用(respiration)包括有氧呼吸和无氧呼吸两大类型。
1．有氧呼吸有氧呼吸(aerobic respiration)指生活细胞在氧气的参与下，把某些有机物质彻底氧化分解，放出二氧化碳并形成水，同时释放能量的过程。
一般来说，葡萄糖是植物细胞呼吸最常利用的物质，因此，呼吸作用过程简括表示如下：C6H12O6＋6O2 → 6CO2＋6H2O+能量△G=2870kJ上述方程式是目前通常使用的。
然而最近有人认为，上述反应不能准确说明呼吸的真正过程，因为氧气在呼吸过程中不直接与葡萄糖作用，需要水分子参与到葡萄糖降解的中间产物里，中间产物的氢原子与空气中的氧气结合，还原成水。
为了更准确说明其生化变化，故将呼吸作用方程式改写为下式：C6H12O6＋6H2O＋602 → 6CO2＋12H2O＋能量△G=2870kJ有氧呼吸是高等植物进行呼吸的主要形式。
事实上，通常所提的呼吸作用就是指有氧呼吸，甚至把呼吸看成为有氧呼吸的同义语。
本书仍依此习惯称呼。
2.无氧呼吸无氧呼吸(anaerobic respiration)一般指在无氧条件下，细胞把某些有机物分解成为不彻底的氧化产物，同时释放能量的过程。
这个过程用于高等植物，习惯上称为无氧呼吸，如应用于微生物，则惯称为发酵(fermentation）。
高等植物无氧呼吸可产生酒精，其过程与酒精发酵是相同的，反应如下：C6H12O6 → 2C2H5OH＋2CO2＋能量△G =100 kJ除了酒精以外，高等植物的无氧呼吸也可以产生乳酸，例如，马铃薯块茎、甜菜块根和玉米胚在进行无氧呼吸时，就产生乳酸。
植物生理学植物的呼吸作用
3、没有丙酮酸氧化过程，缺乏新物质合成 的原料。
（3） CO2 CO2浓度增高, 呼吸受抑,
＞5％时，明显抑制, 土壤积累CO2可达4％～10％
（4）水分
➢种 子 含 水 量 是制约种子呼 吸强弱的重要 因素。
＜10％
呼吸开始 有氧呼吸 下降
无氧呼吸出现并 逐步增强，有氧 呼吸迅速下降。
过高? O2 过低?
无氧呼吸的消失点
氧饱和点 oxygen saturation point
氧 饱 和 点 与 温 度 有 关
长时间的无氧呼吸为什么会使植物受到伤害？
1、无氧呼吸产生酒精，酒精使细胞质的蛋 白质变性；
电子传递体包括细胞色素系统和某些黄素蛋白、铁硫蛋白 呼吸链传递体传递电子的顺序是： 代谢物→NAD+→FAD→CoQ→细胞色素系统→O2。
氢传递体包括一些脱氢酶的辅助因子， 主要有NAD＋、FMN、FAD、CoQ等。 它们既传递电子，也传递质子；
2.呼吸链上的传递体
H+
图示五种酶复合体
呼吸链的组成 呼吸链中五种酶复合体 (1)复合体Ⅰ(NADH:泛醌氧化还原酶) (2)复合体Ⅱ(琥珀酸:泛醌氧化还原酶) (3)复合体Ⅲ(UQH2 :细胞色素C氧化还原酶) (4)复合体Ⅳ(Cytc:细胞色素氧化酶) (5)复合体Ⅴ(ATP合成酶)
呼吸底物的含量 机械损伤
4.乙醛酸循环(glyoxylic acid cycle) GAC
脂肪
5.乙醇酸氧化途径 (glycolic acid oxidation pathway) GAP
水稻根系 H2O2
（二）电子传递途径的多样性
植物生理学呼吸作用
植物生理学呼吸作用植物生理学呼吸作用是指植物体内的呼吸代谢。
呼吸作用是维持植物生命活动所必需的基本生物化学过程之一，它通过分解有机物质，释放出能量，以供植物进行生长和发育。
植物的呼吸作用与人类和动物的呼吸作用有着相似的原理，但具体的过程和机制会有所不同。
植物的呼吸作用可以分为两种类型：有氧呼吸和无氧呼吸。
有氧呼吸是指植物通过氧气来将有机物分解成无机物，以释放能量。
无氧呼吸是指在缺氧条件下，植物体内的能量代谢主要通过发酵方式进行。
这两种呼吸作用在植物的不同组织和不同阶段中会有所不同。
有氧呼吸是植物体内最主要的能量产生过程，它主要发生在叶片和根系中。
在叶片中，光合作用产生的葡萄糖通过线粒体的呼吸代谢过程，被分解成二氧化碳和水，并释放出能量。
这个过程叫做细胞呼吸。
植物通过这种呼吸途径消耗能量，维持生长和发育的正常进行。
与叶片不同，根系和幼嫩的器官在光合过程中能产生少量的能量。
根系的呼吸主要是为了维持细胞代谢的需要，而幼嫩器官则主要是为了保持正常发育所需的能量供应。
总之，植物的呼吸作用是一个能量供给的过程，使得植物能够维持正常的生长和发育。
有时候，植物体内的氧气供应不足，就会出现缺氧状态。
在这种情况下，植物的呼吸作用会转为无氧呼吸。
无氧呼吸就是一种在缺氧环境下进行的发酵过程。
植物通过这种呼吸方式，在缺氧环境中，仍然能够释放出一定量的能量。
植物的呼吸作用对环境条件非常敏感。
光合作用和呼吸作用之间的平衡是保证植物生长健康的关键。
夜间或在光照不足的情况下，植物无法进行光合作用，但仍然需要能量维持正常的生长代谢。
这时植物会通过呼吸作用来满足这部分能量需求。
另外，一些环境因素也会影响植物的呼吸作用。
例如，温度是影响呼吸作用速率的重要因素。
一般来说，随着温度的升高，呼吸速率也会增加。
但当温度超过一定范围时，呼吸速率会受到抑制。
此外，氧气浓度、植物的营养状况和植物的光照水平等因素也会对植物的呼吸作用产生影响。
总结起来，植物的呼吸作用是一种将有机物质分解为无机物质的过程，通过此过程释放能量，以供植物生长和发育所需。
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第四章：呼吸作用
一、名词解释类（详见植物生理学名词解释荟萃）
呼吸作用有氧呼吸无氧呼吸糖酵解途径三羧酸循环途径磷酸戊糖途径电子传递链氧化磷酸化抗氰呼吸巴斯德效应呼吸速率呼吸商
二、简答、论述、填空、选择、判断类
1.有氧呼吸与无氧呼吸的区别
●无氧呼吸快，有机物大量消耗。
●无氧呼吸产生酒精，使植物中毒。
●无氧呼吸不能提供大量的还原力。
●无氧呼吸不能产生大量的中间产物。
2.呼吸作用的意义
★为植物提供了生命活动所需的能量。
★为其他化合物的合成提供了原料。
★增强了植物的抗病和免疫能力。
3.植物的呼吸途径
A：糖酵解途径（反应底物：淀粉、蔗糖；进行场所：细胞质内；反应历程三阶段：己糖磷酸化、磷酸己糖裂解、ATP和丙酮酸的生成）。
B：三羧酸循环（反应底物：丙酮酸；场所：线粒体）。
C：磷酸戊糖途径（反应底物：葡萄糖；场所：细胞质）。
D：乙醇酸途径（水稻根部特有的）。
E：乙醛酸途径（油料种子萌发所特有的）。
4.磷酸戊糖途径的特点
◆PPP的氧化还原辅酶不同。
◆PPP可作为生物合成中间原料的来源。
◆可以提高植物的抗病力，抗病力强的植物，PPP强。
◆提高植物的适应能力，正常代谢条件下，TCA占主要位置，逆境条件下，PPP 加强。
5.抗氰呼吸的概念及生理意义
■概念（详见植物生理学名词解释荟萃）。
■生理意义：a：P/O比为1，放热多，但固定的却少。
放热增温，促进植物开花，种子萌发。
b：增加乙烯生成，促进果实成熟，促进衰老。
c：在防御真菌的感染中起作用。
d：分流电子。
6.呼吸作用的多样性主要有：
呼吸化学途径的多样性、呼吸链电子传递系统的多样性、末端氧化酶系统的多样性。
7.呼吸作用多样性的生理意义
使植物在长期的进化过程中对不断变化的外界环境的一种适应性表现，以不同方式为植物提供新的物质和能量。
8.呼吸作用的调节正负效应的判据
▲通过质量作用原理在可逆反应中底物与产物之间按质量作用关系调节平衡。
▲变构调节：不改变酶的催化部分，主要通过某种物质结合酶的某一个结构部位，从而改变酶的活性。
9.呼吸作用与粮食、果蔬的贮藏关系
⊙呼吸作用与粮食贮藏
干种子的呼吸速率与粮食贮藏有密切关系。
当呼吸加快时，引起体内有机物大量消耗，同时呼吸产生的水分，会使粮堆湿度升高，部分微生物大量繁殖。
另外，呼吸放出的热量，又使粮堆温度升高，反过来又促进呼吸加快，导致粮食发热霉变。
防治方法：通风或密闭贮藏、增高二氧化碳含量或降低氧气含量、充入氮气。
⊙呼吸作用与果蔬贮藏
某些果实（苹果、梨、香蕉、番茄）成熟到一定程度，会产生呼吸速率突然升高，然后又迅速下降的现象，称为呼吸跃变现象。
乙烯是植物催熟激素，果实的呼吸跃变与乙烯有关，与温度有关。
一是降低温度，推迟呼吸跃变的发生。
二是利用CO2/O2的比值进行气调，增加环境中二氧化碳浓度，降低氧气浓度，这样可以抑制果实中乙烯的形成，推迟呼吸跃变的发生。
也可将果蔬密封在塑料袋中，抽取空气，充入氮气，是氧气浓度下降3%-6%，或将果蔬密封在塑料袋中，利用自身呼吸产生的二氧化碳抑制呼吸，即所谓的自体保鲜法。