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1、植物生理生化 Plant Physiology and Chemistry,潘瑞炽主编（第七版） 甘肃农业大学园林专业,第四章 植物的呼吸作用,第一节 植物呼吸作用的代谢途径 第二节 影响植物呼吸作用的因素,第一节 植物呼吸作用的代谢途径,一、呼吸作用的概念及其生理意义 （一）呼吸作用的概念 （二）呼吸作用的生理意义 二、糖代谢 （一）糖的无氧降解（糖酵解） （二）糖的有氧降解 三、电子传递与氧化磷酸化 （一）电子传递链的组成 （二）氧化磷酸化 （三）末端氧化酶系统,第七章 植物的呼吸作用,一、呼吸作用的概念及其生理意义,（一）呼吸作用的概念 （二）呼吸作用的生理意义,第七章 植物的呼吸作用,
2、（一）呼吸作用的概念,有氧呼吸：是指细胞利用O2，将有机物彻底氧化分解，形成CO2和H2O，同时释放能量的过程。 无氧呼吸：是指细胞在无氧条件下，把有机物分解成为不彻底的氧化产物，同时释放能量的过程。,第七章 植物的呼吸作用,（二）呼吸作用的生理意义,呼吸作用提供植物生命活动所需的大部分能量。 呼吸代谢中间产物又是许多重要生物大分子（蛋白质、核酸、脂类、色素等）合成原料的源泉。,第七章 植物的呼吸作用,第七章 植物的呼吸作用,二、糖代谢,（一）糖酵解 （二）三羧酸循环 （三）磷酸戊糖途径,第七章 植物的呼吸作用,第七章 植物的呼吸作用,（一）糖酵解,糖酵解（ Glycolysis）：是指在细胞
3、质内所发生的，由葡萄糖直接分解为丙酮酸的过程；该途径又称EmbdenMeyerhofParnus途径，简称EMP途径。 特点：反应物是葡萄糖，产物是丙酮酸，没有彻底氧化；产生的能量少，但其中许多物质是细胞代谢的重要中间物；不需要O2。,第七章 植物的呼吸作用,1、丙酮酸的形成,第七章 植物的呼吸作用,2、丙酮酸的去向,第七章 植物的呼吸作用,3、丙酮酸生成乙酰CoA,第七章 植物的呼吸作用,（二）三羧酸循环,三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle,TCA）：是生物体内普遍存在的代谢途径，循环中几个主要中间代谢物含有三个羧基的柠檬酸，又称为柠檬酸循环或Krebs循环。,第七
4、章 植物的呼吸作用,1、-酮戍二酸脱氢酶复合体,-酮戍二酸脱氢酶复合体：-酮戍二酸脱羧酶，二氢硫辛酸转琥珀酰基转移酶，二氢硫辛酸脱氢酶，CoA-SH，FAD，NAD+，硫辛酸，Mg2+ ，硫胺素焦磷酸（TPP+）。,第七章 植物的呼吸作用,2、三羧酸循环的生物学意义,三羧酸循环是机体将糖或其他物质氧化而获得能量的最有效方式。 三羧酸循环既是糖、脂肪、蛋白彻底氧化分解的共同途径；又可通过代谢中间产物与其他代谢途径发生联系和相互转变。,第七章 植物的呼吸作用,（三）磷酸戊糖途径,磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway）：同糖酵解过程一样，也是在细胞质内进行的一种葡萄糖直接
5、氧化降解的过程。,第七章 植物的呼吸作用,1、磷酸戊糖途径的特点,磷酸戊糖途径不经糖酵解，葡萄糖直接脱羧，脱氢。 磷酸戊糖途径是非氧化的分子间基因转移，重排。 磷酸戊糖途径所有的酶都在细胞浆中，所以PPP在细胞浆中进行。,第七章 植物的呼吸作用,2、磷酸戊糖途径的生理意义,中间产物是生物合成的重要原料：如RU5P和R5P是核酸的合成原料；GAP与EMP相沟通；F6P，7-P-景天庚酮糖(SBP)使呼吸与光合作用联系。 脂肪合成需要NADPH供给：NADPH能被植物线粒体氧化形成ATP。 与植物的抗病性相关：4-P-赤藓糖和GAP可以合成莽草酸，它是多种具抗病作用的多酚物质的前体，如木质素、花菁
6、苷等。,第七章 植物的呼吸作用,三、电子传递与氧化磷酸化,（一）电子传递链的组成 （二）氧化磷酸化 （三）末端氧化酶系统,第七章 植物的呼吸作用,第七章 植物的呼吸作用,（一）电子传递链的组成,呼吸电子传递链(electron transport chain)：是线粒体内膜上由呼吸传递体组成的电子传递总轨道。 电子传递体：包括细胞色素系统、黄素蛋白、铁硫蛋白等。 呼吸链传递电子的顺序：NAD+FADCoQ细胞色素系统O2。,第七章 植物的呼吸作用,第七章 植物的呼吸作用,第七章 植物的呼吸作用,（二）氧化磷酸化,氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）：是指在生物氧化中
7、伴随着ATP生成的作用；一般有两种，即底物水平磷酸化和氧化磷酸化。,第七章 植物的呼吸作用,1、底物水平磷酸化,底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)：指底物脱氢(或脱水），其分子内部所含的能量重新分布，即可生成某些高能中间代谢物，再通过酶促磷酸基团转移反应直接偶联ATP的生成。,第七章 植物的呼吸作用,2、氧化磷酸化,氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)：是指电子从NADH或FADH2经电子传递链传递给分子氧生成水，并偶联ADP和Pi生成ATP的过程；它是需氧生物合成ATP的主要途径。,第七章 植物的呼吸作用,第七章 植物
8、的呼吸作用,（三）末端氧化酶系统,末端氧化酶（terminal oxidase ）：是指处于生物氧化作用一系列反应的最末端，将底物脱下的氢或电子传递给氧，并形成H2O或H2O2的氧化酶类。 主要类型：包括细胞色素氧化酶、交替氧化酶、酚氧化酶、抗坏血酸氧化酶、乙醛酸氧化酶、黄素氧化酶等。,第七章 植物的呼吸作用,第七章 植物的呼吸作用,第七章 植物的呼吸作用,第七章 植物的呼吸作用,第一节 植物呼吸作用的代谢途径 第二节 影响植物呼吸作用的因素,第七章 植物的呼吸作用,光合作用与呼吸作用的区别,第七章 植物的呼吸作用,第二节 影响植物呼吸作用的因素,一、呼吸作用度量指标 （一）呼吸强度* （二）
9、呼吸商 二、影响呼吸强度的主要因素* （一）温度 （二）氧与二氧化碳的浓度 （三）水分 三、植物呼吸作用与农业生产 （一）呼吸作用与作物栽培 （二）呼吸作用与粮食储藏 （三）呼吸作用与果蔬贮藏,第七章 植物的呼吸作用,一、呼吸作用度量指标,（一）呼吸强度 （二）呼吸商,第七章 植物的呼吸作用,（一）呼吸强度,呼吸强度，又称为呼吸速率（respiratory rate）：是代表呼吸强弱的定量指标。 根据呼吸作用性质，呼吸强度常用单位时间单位植物组织（干重，鲜重）所吸收的O2或放出CO2的数量表示；有时也可以单位时间内植物组织干重或鲜重的损失数量来表示。,molg-lh-1，molm-2s-1，l
10、g-lh-1,第七章 植物的呼吸作用,（二）呼吸商,呼吸商(respiratory quotient，RQ) ：又称呼吸系数，是指植物组织在一定时间内，释放CO2与吸收O2的数量(体积或物质的量)比值。 呼吸底物不同，RQ不同：葡萄糖，R.Q=1.0；脂肪、蛋白质，RQ1；有机酸: RQ1。,C6H12O6+6O26CO2+6H2O R.Q=6/6=1.0,C16H32O2+23O216CO2+16H2O R.Q=16/23=0.70,C4H6O5 + 3O2 4CO2 + 3H2O R.Q=4/3=1.33,第七章 植物的呼吸作用,二、影响呼吸强度的主要因素,（一）温度 （二）氧与二氧化碳的
11、浓度 （三）水分,第七章 植物的呼吸作用,（一）温度,最适温度: 2535；呼吸最适温度光合最适温度。 最低温度：0左右；如冬小麦，0-7，松树针叶，-25。 最高温度：3545。,第七章 植物的呼吸作用,（二）氧与二氧化碳的浓度,大气中O2占1020时，有氧呼吸；20时，呼吸开始下降；10时，无氧呼吸出现并逐步增强，有氧呼吸迅速下降。 氧饱和点（oxygen saturation point）：把无氧呼吸停止进行的最低氧含量(10左右)称为无氧呼吸的消失点。,第七章 植物的呼吸作用,长时间的无氧呼吸为什么会使植物受到伤害？,无氧呼吸产生酒精，酒精使细胞质的蛋白质变性， 无氧呼吸利用葡萄糖产生
12、的能量很少，植物要维持正常的生理需要就要消耗更多的有机物。 没有丙酮酸氧化过程，缺乏新物质合成的原料。,第七章 植物的呼吸作用,（三）水分,干燥种子，呼吸很微弱，吸水后迅速增加，所以种子含水量是制约种子呼吸强弱的重要因素。 整体植物的呼吸速率，随着植物组织含水量的增加而升高。,第七章 植物的呼吸作用,三、植物呼吸作用与农业生产,（一）呼吸作用与作物栽培 （二）呼吸作用与粮食储藏 （三）呼吸作用与果蔬贮藏,第七章 植物的呼吸作用,（一）呼吸作用与作物栽培,播前浸种，通过控制温度与通气提高种子的呼吸速率，以便促进种子萌发。 田间中耕松土和低洼地块开沟排水，均能增加土壤透气性，有效地抑制无氧呼吸。
13、在人工气候室栽培作物，降低夜温以减少呼吸消耗，有利于干物质积累。,第七章 植物的呼吸作用,（二）呼吸作用与粮食储藏,控制进仓种子的含水量，不得超过安全含水量：油料种子含水量68，淀粉种子1012时，呼吸极微弱，可以安全贮藏。 注意库房的通风，增高CO2含量，降低O2含量，或充N贮藏。,第七章 植物的呼吸作用,（三）呼吸作用与果蔬贮藏,呼吸跃变(respiratory climacteric)：当果实成熟到一定时期，其呼吸速率突然增高，最后又突然下降的现象。 贮藏措施：降低温度，如香蕉的最适温度是1114，苹果是4；增加CO2和N2的浓度，降低O2浓度(3-6%)。,第七章 植物的呼吸作用,复习思考题,名词解释：呼吸速率；呼吸跃变；末端氧化酶系统；三羧酸循环。 糖酵解、三羧酸循环和磷酸戊糖途径的主要化学历程和生理意义如何？ 如何协调温度、湿度及气体关系做好粮食、果蔬的安全储藏。 分析下列措施，并说明它们的作用：将果蔬存在低温下；小麦、水稻等粮食储藏之前要晒干；给作物中耕松土。,第七章 植物的呼吸作用,
