呼吸作用学习指导与习题

名词解释

1 .呼吸作用( respiration ) :指生活细胞内的有机物质,在一系列酶的催化下,逐步氧化降解并释放能量的过程。

2 .有氧呼吸( aerobic respiration) :指生活细胞在氧气的参与下,把体内的有机物质彻底氧化分解为二氧化碳和水并释放能量的过程。

3 .无氧呼吸( anaerobic respiration) :在无氧条件下,生活细胞把体内的有机物质分解为不彻底的氧化产物并释放能量的过程。也称发酵(fermen tation )。

4 .呼吸速率( respiratory rate) :单位鲜重、干重的植物组织在单位时间内所释放二氧化碳的量或吸收氧气的量。也称呼吸强度。

5 .呼吸商( respiratory quotient , RQ ) :在一定时间内,植物组织释放二氧化碳的摩尔数与吸收氧气的摩尔数之比。也称呼吸系数( respiratory coefficien t )。

6 .呼吸链( respiratory chain ) :呼吸代谢中间产物的电子和质子,沿着一系列有顺序的电子传递体传递到分子氧的总轨道。

7 .糖酵解( glycolysis , E MP ) :在细胞质内发生的,由葡萄糖分解为丙酮酸的过程。简称EM P。8 .三羧酸循环( tricarboxylic acid cycle , TCAC ) :丙酮酸在有氧条件下,通过一个包括三羧酸和二羧酸的循环逐步分解脱氢、并释放二氧化碳的过程。又称为柠檬酸环或Kreds环,简称TCA循环。

9 .戊糖磷酸途径( pentose phosphate pathway , PPP ) :在细胞质内进行的葡萄糖直接氧化降解为二氧化碳的酶促反应过程。亦简称HMP。

10 .巴斯德效应( Pasteur effect ) :由巴斯德发现的氧气抑制发酵作用的现象。

11 .抗氰呼吸( cyanide resistant respiration ) :指某些植物的组织或器官在氰化物存在的情况下仍能进行的呼吸。参与抗氰呼吸的末端氧化酶为交替氧化酶

(抗氰氧化酶)。

12 .能荷( energy charge ) :是对细胞内腺苷酸AT P-ADP-AMP体系中可利用的高能磷酸键的一种度量。其数值为( AT P + 0 .5ADP )/ ( A TP + ADP + AMP )。

13 . P/ O:每吸收一个氧原子所酯化的无机磷分子数或形成A TP的分子数。

14 .无氧呼吸消失点( anaerobic respiration extinction point ) :使无氧呼吸完全停止时环境中最低的氧浓度。称无氧呼吸熄灭点。

15 .氧化磷酸化( oxidative phosphorylation) :指呼吸链上的氧化过程偶联ADP和无机磷酸形成AT P的作用。

16 .末端氧化酶( terminal oxidase ) :处于生物氧化一系列反应的最末端,将底物脱下的氢或电子传递给分子氧,形成水或过氧化氢的氧化酶。

17 .温度系数( temperature coefficien t , Q1 0) :温度每升高10℃,呼吸速率所增加的倍数。

18 .生长呼吸( growth respiration) :呼吸作用所产生的能量和中间产物主要用来合成植物生长所需要的物质,这种呼吸称为生长呼吸。

19 .维持呼吸( maintenance respiration ) :呼吸作用所产生的能量除部分用于维持细胞存活外,大部分以热能形式散失,这种呼吸称为维持呼吸。

20 .硝酸盐呼吸( nit rate respiration ) :在发生硝酸盐还原时,以硝酸盐代替分子氧作为氧化剂,细胞耗氧量减少,这种呼吸称为硝酸盐呼吸。

21 .伤呼吸( wound respiration ) :植物组织因受到伤害而增强的呼吸。其原因是:修复伤口需要合成大量细胞结构物质,通过增加呼吸作用为其提供中间产物和能量;另外,为了防止病菌侵染,细胞中酚氧化酶活性增强,导致细胞耗氧量增加。

22 .盐呼吸( salt respiration ) :将植物幼苗从蒸馏水转移到稀盐溶液时,其根系呼吸速率增加,这种呼吸称为盐呼吸。

23 .反馈调节( feedback regulation ) :指整个反应体系中某些中间产物或终产物对其前面某一步反应速率所产生的影响。使反应速率加快的称为正反馈,使反应速率减慢的称为负反馈。24 .生物氧化( biological oxidation ) :有机物质在生物体内发生的氧化作用,包括消耗氧,生成二氧化碳和水并放出能量的过程。

25 .呼吸作用氧饱和点( respiration oxygen saturation point ) :一定条件下,当氧浓度升高到某一值时,呼吸速率不再增加,这时环境的氧浓度称为呼吸作用氧饱和点。

26 .呼吸跃变( respiration climacteric) :果实成熟过程中,呼吸速率突然上升,然后又很快下降的现象。

27 .细胞色素氧化酶( cy tochrome oxidase ) :是植物体内最重要的末端氧化酶,包括Cy t .a和Cyt .a3,含有两个铁卟啉和两个铜原子,其作用是将Cy t .c的电子传给氧,生成水。

28 .酒精发酵( alcoholic fermentation ) :植物的一种无氧呼吸方式,反应的产物是酒精和二氧化碳。

29 .抗氰氧化酶( cyanide resistan t respiration ) :又称交替氧化酶,该酶活性中心含有铁,其功能是将经泛醌和FP传来的电子交给氧,生成水。

30 .安全含水量( safety water con ten t ) :是指能使种子安全贮藏的种子的含水量,也称为安全水,如禾谷类种子的安全含水量为12 %～14 %。

1 .呼吸作用的生理意义是:

①提供能量。呼吸作用通过氧化磷酸化和底物水平磷酸化形成AT P,供植物生命活动需要。

②提供原料。呼吸作用产生的许多中间产物是合成碳水化合物、脂肪、蛋白质、核酸和各种生理活性物质的原料,从而构成植物体,调节植物的生长发育。

③提供还原力。呼吸作用产生的NAD ( P ) H可用于NO-3的代谢还原,氨基酸和脂肪的合成。

④防御功能。通过呼吸作用可消除致病微生物产生的毒素或消除感染,通过呼吸作用可修复被昆虫或其他动物咬伤的伤口以及机械损伤。

2 . PPP的生理意义表现在四个方面:

①生物合成的原料来源: PPP的C3、C4、C5、C6、C7等中间产物是合成多种物质的原料。

②为许多物质的合成提供还原力: PPP产生的NADPH为许多物质(如脂肪等)的合成提供还原力。

③提高植物抗病能力:以PPP形成的赤藓糖-4-磷酸与E MP途径形成的PEP为原料,经莽草酸途径可形成具有抗病作用的绿原酸、咖啡酸等物质。

④参与植物对逆境的适应:在干旱条件下, PPP在己糖分解过程中所占比例增加。

3 .呼吸作用中己糖彻底分解的代谢途径有哪几条?各在细胞的什么部位进行?

3 .呼吸作用中己糖彻底分解的代谢途径有两条:糖酵解-三羧酸循环和戊糖磷酸途径。前者需在细胞质和线粒体中完成,后者在细胞质中完成。

4 .糖酵解和戊糖磷酸途径的调节酶各是什么?受到怎样的调节?

4 .糖酵解的调节酶是磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶,它们受到A TP与柠檬酸的负调控,受Pi的正调控,这也是巴斯德效应的原因所在。戊糖磷酸途径主要受NADPH调控, [ NADPH ]/[ NADP+]比率过高时,会对该途径起反馈抑制。

5 .氧为何抑制糖酵解和发酵作用?

5 .当植物组织从缺氧条件下移到空气中时,三羧酸循环和氧化磷酸化得以顺利进行,产生较多的A TP和柠檬酸,降低了ADP和Pi的水平。AT P和柠檬酸抑制磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶的活性,使糖酵解作用减慢;同时在有氧条件下,糖酵解中形成的NADH大量进入线粒体内被氧化,从而阻止了丙酮酸的还原,使发酵作用受到抑制。

6 .长时间无氧呼吸,植物为什么会死亡?

6 .长时间无氧呼吸使植物死亡的原因是:①无氧呼吸产生并积累酒精,使细胞中的蛋白质变性。②氧化1mol葡萄糖产生的能量( AT P )少,要维持正常的生理活动需要消耗更多的有机物,使体内养分耗损过多。③没有丙酮酸的有氧分解过程,细胞中缺少合成其他物质的原料。

7 .植物组织受伤时,呼吸速率为何会加快?

7 .植物组织受伤时呼吸速率加快的原因是:①细胞中的酚氧化酶等与其底物在细

胞中是被隔开的,损伤使原来的间隔被破坏,酚类化合物被迅速氧化。②损伤使某些细胞恢复分裂能力,通过形成愈伤组织来修复伤口,这些分裂生长旺盛的细胞,需要合成大量的结构物质,这些均需通过增强呼吸作用为其合成提供原料和能量,所以组织的呼吸速率会提高。

8 .制作绿茶时,为什么要把摘下的茶叶立即焙火杀青?

8 .茶叶中的氧化酶主要是多酚氧化酶,加工过程中,多酚氧化酶可将酚类物质氧化成棕红色的醌类物质,使茶叶失去绿色。把采下的茶叶立即杀青就可以破坏多酚氧化酶的活性,保持茶叶的绿色。

9 .粮食贮藏过程中为什么要降低呼吸速率?

9 .呼吸速率高会大量消耗有机物;呼吸作用放出的水分会使粮堆湿度增大,粮食“出汗”,呼吸作用被进一步增强;呼吸作用放出的热量使粮堆温度增高,使呼吸作用增强;高温、高湿的环境加速了微生物的繁殖,最后导致粮食变质。

10 .呼吸跃变与果实成熟的关系如何?可采取怎样的措施来延长果实的贮藏时间?

10 .果实呼吸跃变是果实成熟的一个特征,大多数果实成熟是与呼吸跃变相伴随的,呼吸跃变结束即意味着果实已达成熟。在果实贮藏期间,可以通过降低温度推迟呼吸跃变发生的时间。另外,适当减少环境中氧气浓度,增加二氧化碳浓度,降低呼吸跃变发生的强度,也可达到延熟、保鲜、防止腐烂的目的。

11 .果实成熟时产生呼吸跃变的原因是什么?

11 .①随着果实发育成熟,细胞内线粒体增多,呼吸作用增强。②产生了天然的氧化磷酸化解偶联,刺激了呼吸作用的增强。③乙烯释放量增加,可提高果皮的透气性,呼吸作用增强。④乙烯可能诱导了抗氰呼吸以及其他代谢途径中关键酶基因的表达,尤其是水解酶类及合成酶类。

12 .呼吸作用与光合作用的辩证关系表现在哪些方面?

12 .总的来说,呼吸作用与光合作用是植物体内相互对立又相互联系的两大基本代谢过程。二者的对立表现在:光合作用是将无机物(水和二氧化碳)合成为有机物,蓄积能量;呼吸作用是将有机物分解为无机物(水和二氧化碳) ,释放能量。二者的联系表现在:①互为原料。呼吸作用的终产物二氧化碳和水是光合作用的原料,而光合作用的产物葡萄糖和氧气又是呼吸作用的原料;②能量代谢方面,在呼吸与光合过程中,均有A TP与NAD( P ) H的形成;③代谢中间产物方面,虽然呼吸作用与光合作用细胞定位不同,但PPP与C3途径的中间产物基本一致,如果在叶片中,某些中间产物很可能被交替使用。

13 .三羧酸循环的要点及生理意义是什么?。

13 .①三羧酸循环是植物有氧呼吸的重要途径。②三羧酸循环中一系列的脱羧反应是呼吸作用中二氧化碳的主要来源。一分子丙酮酸经三羧酸循环可产生三分子二氧化碳;当外界二氧化碳浓度增高时,脱羧反应减慢,呼吸作用受到抑制。③三羧酸循环中有五次脱氢,再经过一系列电子传递体的传递,释放出能量,最后与氧结合生成水。因此,氢的氧化过程实际上是一个放能过程。④三羧酸循环是糖、脂

肪、蛋白质和核酸及其他物质的共同代谢过程。

14 .呼吸作用中,糖分解代谢的调节方式有哪些?

14 .糖分解代谢的调节方式有两种:一种遵循质量作用定律,即在可逆反应中底物与产物之间按质量作用关系调节反应平衡,如磷酸果糖激酶,在无果糖-6-磷酸和AT P时,反应就很难进行。另一种代谢调节方式为变构调节,即代谢途径中的很多酶为变构酶,其活性受一些中间代谢产物的调节。

15 .简述呼吸作用与农业生产的关系

15 .呼吸作用与农业生产的关系密切:在作物栽培上,许多措施都是为保证正常呼吸的进行,如水稻田里要适时晒田。其次是粮食贮藏时,要干燥通风、降温,以降低呼吸速率,保证其品质。在果蔬贮藏方面,注意轻度干燥、降温、降低氧浓度以降低呼吸,也可采用“自体保藏法”抑制呼吸作用,达到延长贮藏时间的目的。

七、论述题

1 .试说出几个植物体内需要由呼吸作用直接提供能量的生理过程和不需要由呼吸作用直接提供能量的生理过程。

1 .需要呼吸作用直接提供能量的生理过程:根系主动吸收水分、离子,细胞结构物质及一些生理活性物质的合成,蔗糖的运输等。不需要呼吸作用直接提供能量的生理过程:吸胀吸水,离子的被动吸收,蒸腾作用,光合作用中光能的吸收、传递及光合磷酸化等过程。

2 .试对暗呼吸和光呼吸进行比较。

2 .①细胞定位:暗呼吸在一切活细胞的细胞质和线粒体中进行,光呼吸在叶肉细胞的叶绿体、过氧化体和线粒体中进行。②底物:暗呼吸为己糖,光呼吸为乙醇酸。

③能量:暗呼吸伴有底物水平磷酸化和氧化磷酸化而产生AT P,光呼吸则无AT P形成,反而消耗A TP。④中间产物:暗呼吸尤其PPP中间产物丰富,光呼吸中间产物种类很少。⑤代谢途径:暗呼吸有多条途径(如EM P、TCAC、PPP ) ,而光呼吸只有乙醇酸循环一条途径。⑥光:暗呼吸在有光、无光的条件下均可进行,而光呼吸只能在光下进行。⑦生理意义:暗呼吸是植物生命活动过程中物质代谢与能量代谢的中心,而光呼吸是植物对高光强和低二氧化碳浓度条件的一种适应,耗散掉细胞中过多的A TP ,以防止光氧化对光合器官的破坏。

3 .如何证明植物组织中是否有PPP发生及其在己糖分解过程中所占比例的大小?

3 .可采用同位素1 4C示踪法。把待测植物组织分成相同的两份,分别供给C1标记的葡萄糖与C6标记的葡萄糖,然后测定两份材料1 4CO2的释放量。若C1/ C6比值等于1 ,表明葡萄糖在待测材料中完全经EM P-TCA途径分解;若C1/ C6比值大于1 ,则表明部分葡萄糖是经PPP分解,其比值越大,表明PPP在己糖分解代谢中所占比例越大。

4 .试述水分、矿质营养吸收、有机物质合成与呼吸作用的关系。

4 .①水分吸收与呼吸的关系:首先,细胞代谢性吸水是一种需能过程,呼吸作用旺盛,能量供应充分,利于细胞吸水;其次,根压是根系吸水和水分运输的动力,根压的

产生和维持依赖于根系的呼吸作用。②矿质营养与呼吸作用的关系:首先,矿质的吸收以主动吸收为主,如离子载体的活化、离子泵的运转、离子通道的开启均需呼吸作用提供能量;其次,硝酸盐、硫酸盐的还原均需呼吸作用提供NAD( P ) H 和AT P。③有机物质合成与呼吸作用的关系:呼吸作用为蛋白质、脂肪等有机物质的合成提供了所需的原料以及N TD( P ) H和AT P。

5 .如何理解汤佩松先生提出的植物呼吸代谢多条途径的观点?

5 .植物呼吸代谢的多条途径主要表现在三个方面:①己糖分解的多条途径包括E MP-TCA、PPP、乙醇酸氧化途径、乙醛酸循环途径。②电子传递的多条途径,如以细胞色素氧化酶为末端氧化酶的电子传递途径和以交替氧化酶为末端氧化酶的电子传递途径。③末端氧化酶的多样性。除线粒体内的细胞色素氧化酶和交替氧化酶外,线粒体外还有黄素氧化酶、酚氧化酶、抗坏血酸氧化酶、乙醇酸氧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶。它们相互依赖,功能各异,分工合作,以保证植物延续生存。呼吸代谢的多样性,是植物在长期进化过程中对不断变化环境的适应性表现。

6 .植物抗氰呼吸的分布及其生理意义。

6 .抗氰呼吸广泛分布于高等植物中,如天南星科海芋属,禾本科的玉米、小麦、大麦,豆科的豌豆、绿豆,还有甘薯、木薯、马铃薯、烟草、胡萝卜等,在低等植物中也存在。抗氰呼吸的主要生理功能:①放热效应。与天南星科植物的佛陷花序春天开花传粉、棉花种子发芽有关。②促进果实成熟。果实成熟过程中呼吸跃变的产生,主要表现为抗氰呼吸的增强,而且,果实成熟中乙烯的产生与抗氰呼吸呈平

行关系,三者紧密相连。③代谢的协同调控。在细胞色素电子传递途径的电子呈饱和状态时,抗氰呼吸就比较活跃,即可以分流电子;而当细胞色素途径受阻时,抗氰呼吸会产生或加强,以保证生命活动继续维持下去。④与抗病力有关。抗黑斑病的甘薯品种在感病时抗氰呼吸活性明显高于感病品种。