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1、第四章 呼吸作用,代 谢,合成代谢,分解代谢,（光合作用）,体内物质代谢,外界吸收物质代谢,（糖、蛋白质、脂类和核酸）,植物体内的物质和能量的转化和利用,呼吸作用,产生能量,有机物的运输,第五章 植物的呼吸作用,生物的新陈代谢可概括为两类反应： 1.同化作用(assimilation)-把非生活物质转化为生活物质。 2.异化作用（disassimilation）-把生活物质分解成非生活物质。 光合作用属于同化作用；呼吸作用属于异化作用。 呼吸作用是所有生物的基本生理功能，是一切生活细胞的共同特征，呼吸停止，也就意味着生命的终止。,第一节 呼吸作用的概念和生理意义,一、呼吸的概念,有氧呼吸总反应
2、式和燃烧反应式相同.但是 呼吸作用与物质燃烧的主要区别： 1.燃烧时,有机物被剧烈氧化散热,呼吸作用中氧化作用分步骤进行,能量逐步释放.一部分能量转移到ATP和NAD(P)H分子中,成为随时可利用的贮备能,另一部分以热的形式放出。 2.燃烧是物理过程，呼吸作用是生理过程，在常温、常压下进行。,二、呼吸作用的生理意义,1.为植物生命活动提供能量 呼吸氧化有机物，将其中的化学能以ATP形式贮存起来。当ATP分解时，释放能量以满足各种生理过程的需要。 呼吸放热可提高植物体温，有利种子萌发、开花传粉受精等。抗氰呼吸,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，
3、是进一步合成其他有机物的物质基础。 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。 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。PPP，多酚氧化酶,第二节 呼吸代谢的多样性,多样性,化学途径多样性,呼吸电子传递多样性,末端氧化酶多样性,糖酵解,三羧酸循环,戊糖磷酸途径,一、化学途径多样性,1 糖酵解（EMP途径）,己糖在无氧状态下分解成丙酮酸的过程。,1) 场所：细胞质 2) 总反应：C6H12O6+2NAD+2ADP+2H3PO42丙酮酸+2NADH+2H+2ATP 3)生理意义： A.是有氧呼吸与无
4、氧呼吸的共同途径。 B.产物丙酮酸化学性质活跃，参与其它物质代谢。 C.大部分反应可逆，是糖异生的基本途径。 D.提供部分能量，是厌氧生物能量的主要来源。,叶绿体,2 三羧酸循环（TCA循环、柠檬酸循环）,1）场所：线粒体 A.外膜：通透性相对大，有利于内外物质交流。 B.内膜：通透性小，呼吸电子传递链排列在其上。 嵴 内膜向中心内陷，形成片状或管状的皱褶, 被称为嵴 C.基质：呼吸底物氧化的场所，含大量关键酶,一、化学途径多样性,丙酮酸在有氧条件下进入线粒体，经过三羧酸等一系列物质转化，彻底氧化为水和CO2的循环过程。,2）总反应,一、化学途径多样性,2 三羧酸循环（TCA循环、柠檬酸循环）
5、,丙酮酸+4NAD+FADADP Pi2H2O 3CO2+4NADH4H+FADH2ATP TCA循环中生成的NADH和FADH2，经呼吸链将H+和电子传给O2生成H2O,同时偶联氧化磷酸化生成ATP。 底物水平磷酸化生成ATP。,3ATP,2ATP,3）生理意义：,A.提供生命活动所需能量的主要来源。 通过电子传递与氧化磷酸化偶联产生大量ATP。 B.是物质代谢的枢纽。起始物乙酰CoA是糖、脂肪、蛋白质三大类物质代谢的枢纽。 C.释放CO2 D.需O2，接受电子，有氧条件下NAD和FAD才能再生，否则TCA循环受阻。,一、化学途径多样性,2 三羧酸循环（TCA循环、柠檬酸循环）,3 戊糖磷酸
6、途径（PPP、HMP途径）,1）反应场所：细胞质 2）总反应： G6P2NADPH2ORu5PCO22NADPH2H 3）生理意义： A.产生大量NADPH为体内反应提供还原力。 B.为其它物质代谢提供原料。Ru5P可合成核酸。 C.重组阶段的酶和产物与光合C3途径相同，可相互交流。 D.产生绿原酸、咖啡酸等抗病物质，可增强抗病性。,一、化学途径多样性,葡萄糖在细胞质内直接氧化脱羧，并以戊糖磷酸为重要中间产物的有氧呼吸途径。,核酮糖-5-磷酸,二、呼吸电子传递的多样性,1 电子传递链：又称为呼吸链，是传递呼吸代谢中电子和质子的一系列传递体系。 2 氧化磷酸化：在生物氧化中，电子经过线粒体的电子
7、传递链传递到氧，伴随ATP合成酶催化，使ADP和磷酸合成ATP的过程。,交替氧化酶,4 电子传递链,3 P/O比：是指氧化磷酸化中每消耗1mol氧时所消耗的无机磷酸摩尔数之比。是代表线粒体氧化磷酸化活力的重要指标。,主路 P/O=3,支路 P/O=2 支路 P/O=1,交替途径 P/O=1,二、呼吸电子传递的多样性,4 抗氰呼吸（交替途径）,特点：P/O1，能量以热能散失，又称为放热呼吸。 在高等植物中抗氰呼吸是广泛存在的,例如天南星科、睡莲科和白星海芋科的花器官与花粉，玉米、水稻、豌豆、绿豆和棉花的种子、马铃薯的块茎、甘薯的块根和胡萝卜的根等。 抗氰呼吸的生理意义： A.放热增温，促进植物开
8、花、种子萌发 B.增加乙烯生成，促进果实成熟，促进衰老 C.增强抗逆性,二、呼吸电子传递的多样性,在氰化物存在下，某些植物呼吸不受抑制，这种呼吸途径称为抗氰呼吸。,天南星科,玉簪,马蹄莲,白鹤芋,花烛,南蛇棒,海芋,1 线粒体内膜:细胞色素氧化酶和交替氧化酶; 2 细胞质：酚氧化酶和抗坏血酸氧化酶 3 过氧化体:乙醇酸氧化酶。,三、末端氧化酶多样性,处于生物氧化一系列反应的最末端，把电子传递给O2的酶,细胞色素氧化酶,亲合力最高,高,4 酚氧化酶,植物组织受伤后呼吸作用增强，这部分呼吸作用称为“伤呼吸” 酚 醌 绿茶和红茶为什么颜色不同? 绿茶：鲜叶经 杀青揉捻干燥 3 个工序 红茶：鲜叶经
9、萎淍揉捻发酵干燥 4 个工序,二、末端氧化酶多样性,酚氧化酶,液泡,细胞质,第六节 影响呼吸作用的因素,一、呼吸作用生理指标 判断呼吸作用强度和性质的指标主要有呼吸速率和呼吸商 1 呼吸速率：单位时间单位重量的植物所放出的CO2的量或吸收的O2的量。 C6H12O6 + 6O2 酶 6CO2 + 6H2O 干物质消耗量 O2吸收量 CO2释放量 氧电极法 红外线CO2气体分析仪,2 呼吸商,RQ = 放出的CO2量 / 吸收的O2量 呼吸底物种类不同，呼吸商也不同。 1、以葡萄糖作为呼吸底物，且完全氧化时，呼吸商是1 C6H12O6 + 6O2 6CO2+6H2O RQ = 6/6 = 1.0
10、 2、以脂肪或蛋白质为呼吸底物，氧化过程中脱下的氢相对较多(H/O比大) ，形成H2O时消耗的O2多，呼吸商小于1，如以棕榈酸作为呼吸底物，： C16H32O2 + 23O2 16CO2+16H2O RQ=16/23 = 0.7 3、以有机酸等含氧较多的有机物作为呼吸底物,呼吸商则大于1，如柠檬酸的呼吸商为1.33。 C6H8O74.5O2 6CO24H2O RQ=6/4.5=1.33,一、呼吸作用生理指标,植物组织在一定时间内，放出二氧化碳的量与吸收氧气的量的比值叫做呼吸商，又称呼吸系数（RQ）。,二、内部因素对呼吸速率的影响,细菌、真菌高等植物 喜温植物耐寒植物 草本植物木本植物,一般而言
11、，凡是生长快的生长慢的 1 不同物种呼吸速率不同,2 不同器官呼吸速率不同,生殖器官营养器官，雌蕊雄蕊花瓣花萼， 茎顶端茎基部， 种子胚胚乳， 多年生植物春季冬季，受伤感病的正常健康的,1 温度,三、外界条件对呼吸速率的影响,2 O2,三、外界条件对呼吸速率的影响,无氧呼吸消失点:无氧呼吸停止进行的最低氧含量(10%左右)。 氧饱和点:在氧浓度较低的情况下，有氧呼吸随氧浓度的增大而增强，但增至一定程度时，有氧呼吸就不再增强时的氧浓度。 过高：活性氧代谢形成自由基，损伤细胞。 过低:(1)无氧呼吸产生酒精 (2)能量不足，有机物过度消耗 (3)缺少代谢重要的中间产物，如:乙酰CoA,3 CO2,
12、二氧化碳是呼吸作用的最终产物，当外界环境中二氧化碳浓度增高时，脱羧反应减慢，呼吸作用受到抑制。,三、外界条件对呼吸速率的影响,4 H2O,种子：干燥种子的呼吸作用很微弱。 吸水后，呼吸速率迅速增加。 整体植物：接近萎蔫时，呼吸速率有所增加， 如萎蔫时间较长，呼吸速率下降。,第七节 呼吸作用与农业生产,一、呼吸作用与作物栽培 例如水稻浸种催芽时，用温水淋种和时常翻堆，目的是控制温度和通气，保证呼吸的顺利进行。 在秧苗期湿润管理，寒潮来临时灌水护秧，寒潮过后，适时排水，是为了根系得到充足的氧气。,二、呼吸与粮食贮藏,1、控制水分：种子的含水量不得超过安全含水量。要晒干进仓、保持仓库干燥。否则，呼吸
13、旺盛消耗大量贮藏物质，呼吸放出热量和水分，会提高粮堆温度和湿度，有利于微生物活动，易导致粮食的变质，使种子丧失发芽力和食用价值。 2、降温：注意库房的通风降温，在能够忍受的范围内，温度越低，种子活力衰减的速度越慢。 3、控制气体成分：可对库房内空气成分加以控制，适当增高二氧化碳含量和降低氧含量。或将粮仓中空气抽出，充入氮气，达到抑制呼吸，安全贮藏的目的。,三、呼吸作用与果蔬贮藏,1、呼吸跃变现象：当果实成熟到一定时期，其呼吸速率突然增高，然后又迅速下降的现象称之为呼吸跃变现象。 2、类型：按成熟过程中是否出现呼吸跃变将果实分两类: 呼吸跃变型，如苹果、梨、香蕉、番茄、猕猴桃、杏等； 非呼吸跃变
14、型，如柑橘、葡萄、菠萝、樱桃、草莓、绿色蔬菜等。 3、贮藏方法： 1）降低温度 根据贮藏物选择适宜的温度，大多数果实45，喜温果蔬12 左右，香蕉1114 2）气调贮藏 适当增加C02浓度，降低氧浓度，排除乙烯，充以氮气。,3、贮藏方法,乙烯吸附剂一般由沸石、铝、过氧化钙、高锰酸钾等 自体保藏法：由于果蔬本身不断呼吸，放出CO2，在密闭环境里，CO2逐渐增多，抑制了呼吸的进行。“隔夜愁变成百日鲜”。 气调库：美国和以色列的柑橘总贮藏量的50以上是气调贮藏；法国、意大利以及荷兰等气调苹果均达贮藏总量的50-70。 我国气调贮藏库保鲜也发展很快。1978年在北京建成我国第一座气调库，广州、大连、烟台等地也有了气调库，用来保鲜苹果、猕猴桃、洋梨和枣等。,三、呼吸作用与果蔬贮藏,