植物呼吸作用-陈智忠课件

§4-1.呼吸作用的概念和生理意义§4-2.呼吸代谢的多样性§4-3.呼吸作用的指标及影响因素§4-4.呼吸作用与农业生产第五章植物的呼吸作用Figure4-3

一.概念是指生活细胞内的有机物，在酶的参与下，逐步氧化分解并释放能量的过程。§4-1.呼吸作用的概念和意义1.有氧呼吸OO2.无氧呼吸

二.生理意义2.中间产物是合成重要有机物质的原料植物激素植物受到病菌侵染或受伤时，呼吸速率升高，分解有毒物质或促进伤口愈合。伤呼吸，加速木栓化或木质化，减少感染促进具有杀菌作用的绿原酸、咖啡酸等的合成，增强免疫能力。3.在植物抗病免疫方面有重要作用§4-2.呼吸代谢的多样性◆植物呼吸代谢并不只有一种途径。植物、器官或组织、生育时期、环境条件◆汤佩松(1965)：提出呼吸代谢多条线路的观点，主题思想是阐明呼吸代谢与其它生理功能之间控制与被控制的相互制约的关系。（一）呼吸代谢生化途径的多样性1、糖酵解（EMP）2、无氧呼吸3、三羧酸（TCA）循环4、磷酸戊糖（PPP）途径5、乙醛酸（GAC）循环6、乙醇酸氧化途径1．糖酵解（Glycolysis）EMP

C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi2CH3COCOOH+2NADH+2ATP+2H++2H2O（1）反应物是葡萄糖，产物是丙酮酸，没有彻底氧化。（2）产生的能量少，但其中许多物质是细胞代谢的重要中间物。2个NADH2，2个ATP。（3）不需要O2糖酵解特点丙酮酸生成乙酰COA：EMP—TCA的纽带

3.三羧酸循环黄素腺嘌呤二核苷酸4.TCA循环中并没有分子氧的直接参与，但该循环必须在有氧条件下才能进行。5.该循环既是糖、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。

CH3COCOOH+4NAD++FAD++GDP+Pi+3H2O

3CO2+4NADH2+FADH2+GTP还原力？电子传递和氧化磷酸化3.3氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)NADHFMNFe·SCoQCytbFe·SCytc1CytcCytaa3O2ADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATPFe·SFADH细胞色素氧化酶P/O=3-51.90-38.5-103.81ATPADPPi-35.1KJ.mol-1++ATP可能形成部位3.4氧化磷酸化的机理化学渗透假说(P.Mitchell1961年)要点:(1)呼吸传递体不对称地分布在线粒体内膜上。(2)呼吸链的复合体中递氢体有质子泵作用,它可以将H+从线粒体内膜的内侧泵至外侧,在内膜两侧建立起质子浓度梯度和电位梯度。

(3)由质子动力势梯度推动ADP和Pi合成ATP。结合转化机制的变构学说3.5氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂(1)解偶联剂(uncoupler)如2，4-二硝基苯酚(DNP)。(2)抑制剂（depressant)如寡霉素。(3)离子载体抑制剂ATPNADPH细胞质4.磷酸戊糖途径（PentosePhosphatePathway,PPP）（HMP）

C6H12O6+12NADP+6CO2+12NADPH2（循环六次）6G-6-P+12NADP++7H2O6CO2+12NADPH2+5G-6-P+Pi特点：（1）不经糖酵解，葡萄糖直接脱羧，脱氢。（2）（是非氧化的）分子间基团转移，重排（3）细胞浆（4）葡萄糖循环一次放出一分子CO2，产生2分子NADPH2。（1）中间产物如RU5P和R5P是核酸的原料，GAP与EMP相沟通。F6P，7-P-景天庚酮糖(SBP)使呼吸与光合作用连系。（2）NADPH，特别是脂肪合成需要NADPH供给，NADPH能被植物线粒体氧化形成ATP。（3）抗病：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，花菁苷等。=C6C1——标记C6-G释放的14CO2标记C1-G释放的14CO2————————————磷酸戊糖途径的生理意义各组织中EMP与PPP途径各占比例不同，用标记实验中的C6/C1来衡量。（PPP中的CO2来自C1)5.乙醛酸循环(glyoxylicacidcycle)GAC脂肪6.乙醇酸氧化途径(glycolicacidoxidationpathway)GAP水稻根系H2O2末端氧化酶：能将底物所脱下的氢中的电子最后传给O2，并形成H2O或H2O2的酶类。交替氧化酶：又称抗氢氧化酶细胞色素氧化酶线粒外末端氧化酶（二）、末端氧化酶的多样性交替氧化酶（线粒体）该E含Fe2+,其功能是将UQH2的电子经FP传给O2生成H2O。对O2的亲和力高，易被水杨基氧肟酸（SHAM）所抑制，对氰化物不敏感。交替氧化E位于线粒体内膜。抗氰呼吸在高等植物中广泛存在。最典型的例子是天南星科植物的佛焰花序，其呼吸速率比一般植物高100倍以上，呼吸放热很多。使组织温度比环境温度高出10-20oC。抗氰呼吸交替氧化酶1、放热反应抗氰呼吸释放的热量对产热植物早春开花有保护作用，有利于种子萌发。2、促进果实成熟在果实成熟过程中，抗氰呼吸速率增强，出现的呼吸跃变现象。3、增强抗病能力4、代谢协同调控（1）当底物和NADH过剩时，分流电子；（2）cyt途径受阻时，保证EMP-TCA途径、PPP正常运转。抗氰呼吸的生理意义：该E含铜，包括单酚氧化E（酪氨酸E）和多酚氧化E（儿茶酚氧化E）。其功能是催化O2将酚氧化成醌并生成H2O。对O2的亲和力中等，易受氰化物抑制。多酚氧化酶（质体和微体）MH2MNAD+NADH+H+

酚醌2Cu2+2Cu2+H2O1/2O2酚氧化酶在生活中的应用：将土豆丝侵泡在水中（起隔绝氧和稀释E及底物的作用），抑制其变褐；制绿茶时把采下的茶叶立即焙炒杀青，破坏多酚氧化E，以保持其绿色；制红茶时，则要揉破细胞，通过多酚氧化E的作用将茶叶中的酚类氧化，并聚合为红褐色的物质。末端氧化酶的多样性

呼吸代谢的多样性，是植物在长期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。生理意义1.ADP和NADP+在光合和呼吸中可共用。2.光合C3途径与呼吸PPP途径基本上正反反应，中间产物可交替使用。3.光合释放O2→呼吸，呼吸释放CO2→光合光合作用与呼吸作用的关系联系光合作用与呼吸作用的区别光合作用呼吸作用原料CO2、H2OO2、淀粉、己糖等有机物产物O2、淀粉、己糖、蔗糖等有机物CO2、H2O等能量转换贮藏能量的过程光能电能活跃的化学能稳定的化学能释放能量的过程稳定的化学能活跃的化学能发生部位绿色细胞、叶绿体、细胞质生活细胞、线粒体、细胞质发生条件光照下才可发生光下、暗处都可发生一.呼吸作用的指标二.呼吸商的影响因素三.呼吸速率的影响因素§4-3呼吸作用的指标及其影响因素1.呼吸速率(respiratoryrate)

μmol·g-l·h-1，μmol·m-2·s-1，μl·g-l·h-1等2.呼吸商(respiratoryquotient，RQ)又称呼吸系数RQ=释放的CO2量/吸收的O2量概念一.呼吸作用的指标植物种类呼吸速率(O2，鲜重)/μl·g-l·h-1

仙人掌6.80景天属16.60蚕豆96.60小麦251.00细菌10000.00二.呼吸速率的影响因素

1.内部因素的影响不同植物不同不同器官或组织不同①最适温度:25～35℃②最低温度：0℃左右③最高温度：35～45℃④在0—35℃，温度系数(Q10)为2.0～2.52.外界条件的影响

（1）温度预先将豌豆幼苗放在25℃下，培养4天，其相对呼吸速率为10，在放到不同温度下培养3h,测定相对速率的变化呼吸开始下降＜20％10％～20％有氧呼吸＜10％无氧呼吸出现并逐步增强，有氧呼吸迅速下降。（2）氧气过高?过低?O2无氧呼吸的消失点氧饱和点oxygensaturationpoint氧饱和点与温度有关

1、无氧呼吸产生酒精，酒精使细胞质的蛋白质变性；

2、无氧呼吸利用葡萄糖产生的能量很少，植物要维持正常的生理需要就要消耗更多的有机物；3、没有丙酮酸氧化过程，缺乏新物质合成的原料。长时间的无氧呼吸为什么会使植物受到伤害？CO2浓度增高,呼吸受抑,＞5％时，明显抑制,土壤积累CO2可达4％～10％（3）CO2种子含水量是制约种子呼吸强弱的重要因素。呼吸底物的含量机械损伤（4）水分一、呼吸作用与作物栽培二、种子的安全贮藏与呼吸作用三、果实、块根、块茎的呼吸作用与贮藏

§4-4.呼吸作用与农业生产①播前浸种，通过控制温度与通气提高种子的呼吸，以便促进种子萌发。②田间中耕松土和低洼地块开沟排水等均能增加土壤透气性，有效地抑制无氧呼吸。③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。一.呼吸作用与作物栽培油料种子:＜6％～8％淀粉种子:＜10％～12％安全含水量呼吸作用显著增强9％～10％13％～15％二.种子的安全贮藏与呼吸作用含水量

控制进仓种子的含水量，不得超过安全含水量注意库房的通风，增高CO2含量,降低O2含量

充N贮藏粮食贮藏:1.果实

呼吸跃变(respiratoryclimacteric)跃变型(苹果、梨、香蕉、番茄等)非跃变型（柑橘、柠檬、菠萝等）两类概念三.果实、块根、块茎的呼吸作用与贮藏①温度苹果贮藏于22.5℃时，跃变出现早而显著，10℃下不十分显著，也