呼吸作用的概念和生理意義課件

1、4-1. 呼吸作用的概念和生理意義 4-2.呼吸代謝的生化途徑4-3.電子傳遞與氧化磷酸化4-4. 呼吸作用的指標(biāo)及影響因素 4-5. 呼吸作用與農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 第四章 植物的呼吸作用4-1. 呼吸作用的概念和生理意義 第四章 植物的呼吸作4-1. 呼吸作用的概念和意義 一. 概念 是指生活細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)物，在酶的參與下，逐步氧化分解并釋放能量的過程。 1. 有氧呼吸 是指生活細(xì)胞利用O2，將某些有機(jī)物質(zhì)徹底氧化分解，形成CO2和H2O，同時釋放能量的過程。 4-1. 呼吸作用的概念和意義 一. 概念 是指生活2. 無氧呼吸 是指生活細(xì)胞在無氧條件下，把某些有機(jī)物分解成為不徹底的氧化產(chǎn)物，同時釋放能量

2、的過程。 2. 無氧呼吸 是指生活細(xì)胞在無氧條件下，把某些有機(jī)物分解成二. 生理意義 1. 為植物生命活動提供能量 2. 中間產(chǎn)物是合成重要有機(jī)物質(zhì)的原料 3. 提供還原力4.在植物抗病免疫方面有重要作用二. 生理意義 1. 為植物生命活動提供能量 呼吸作用的概念和生理意義課件呼吸作用的概念和生理意義課件4-2. 呼吸代謝的生化途徑圖 4-3 植物體內(nèi)主要呼吸代謝途徑相互關(guān)系示意圖 4-2. 呼吸代謝的生化途徑圖 4-3 植物體內(nèi)主要呼吸代淀粉、蔗糖磷酸己糖磷酸丙糖丙酮酸乙酰CoA三羧酸循環(huán)CO2+H2O磷酸戊糖PPP途徑中間代謝產(chǎn)物是合成糖類、脂類、蛋白質(zhì)和維生素及各種次生物質(zhì)的原料正常情況

3、下PPP途徑占呼吸3%30%，處于逆境時，PPP上升，油料作物結(jié)實(shí)期PPP上升糖酵解脂肪 氧化有氧無氧乳酸脫氫酶脫羧酶乳酸（淹酸菜、泡菜、青貯飼料）乙醛乙醇灑精發(fā)酵有氧乙酸（醋）乙醛酸循環(huán)乙酸乙醇酸草酸甲酸琥珀酸乙醇酸循環(huán)淀粉、蔗糖磷酸己糖磷酸丙糖丙酮酸乙酰CoA三羧酸循環(huán)CO2+ （三）三羧酸循環(huán)的特點(diǎn)和生理意義 1. TCA循環(huán)是生物體利用糖或其它物質(zhì)氧化獲得能量的有效途徑。 2. TCA循環(huán)中釋放的CO2中的氧，不是直接來自空氣中的氧，而是來自被氧化的底物和水中的氧。 3.在每次循環(huán)中消耗2分子H2O。一分子用于檸檬酸的合成，另一分子用于延胡索酸加水生成蘋果酸。水的加入相當(dāng)于向中間產(chǎn)物注

4、入了氧原子，促進(jìn)了還原性碳原子的氧化。（三）三羧酸循環(huán)的特點(diǎn)和生理意義 4.TCA循環(huán)中并沒有分子氧的直接參與，但該循環(huán)必須在有氧條件下才能進(jìn)行，因?yàn)橹挥醒醯拇嬖冢拍苁筃AD+和FAD在線粒體中再生，否則TCA循環(huán)就會受阻。 5.該循環(huán)既是糖、脂肪、蛋白徹底氧化分解的共同途徑；又可通過代謝中間產(chǎn)物與其他代謝途徑發(fā)生聯(lián)系和相互轉(zhuǎn)變。 4.TCA循環(huán)中并沒有分子氧的直接參與，但該循環(huán)必須在有 有機(jī)物在生物活細(xì)胞中所進(jìn)行的一系列傳遞氫和電子的氧化還原過程，稱為生物氧化(biological oxidation)。 4-3.電子傳遞與氧化磷酸化 有機(jī)物在生物活細(xì)胞中所進(jìn)行的一系列傳遞一、呼吸鏈的概念

5、和組成所謂呼吸鏈(respiratory chain)即呼吸電子傳遞鏈(electron transport chain)，是線粒體內(nèi)膜上由呼吸傳遞體組成的電子傳遞總軌道。氫傳遞體包括一些脫氫酶的輔助因子，主要有NAD、FMN、FAD、CoQ等。它們既傳遞電子，也傳遞質(zhì)子；電子傳遞體包括細(xì)胞色素系統(tǒng)和某些黃素蛋白、鐵硫蛋白。呼吸鏈傳遞體傳遞電子的順序是：代謝物NAD+FADCoQ細(xì)胞色素系統(tǒng)O2。 一、呼吸鏈的概念和組成所謂呼吸鏈(respiratory cNADHFMN FeSCoQCytb FeS Cytc1CytcCytaa3O2FeSFADH細(xì)胞色素氧化酶P/O=3NADHFMN Fe

6、SCoQCytb FeS二、氧化磷酸化（一）磷酸化的概念及類型生物氧化過程中釋放的自由能，促使ADP形成ATP的方式。一般有兩種，即底物水平的磷酸化和氧化磷酸化。 1.底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)指底物脫氫(或脫水）,其分子內(nèi)部所含的能量重新分布，即可生成某些高能中間代謝物，再通過酶促磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)直接偶聯(lián)ATP的生成。二、氧化磷酸化（一）磷酸化的概念及類型在高等植物中以這種形式形成的ATP只占一小部分，糖酵解過程中有兩個步驟發(fā)生底物水平磷酸化：(1) 甘油醛-3-磷酸被氧化脫氫，生成一個高能硫酯鍵，再轉(zhuǎn)化為高能磷酸鍵，其磷酸基團(tuán)再轉(zhuǎn)移到A

7、DP上，形成ATP。(2) 2-磷酸甘油酸通過烯醇酶的作用，脫水生成高能中間化合物(PEP)，經(jīng)激酶催化轉(zhuǎn)移磷酸基團(tuán)到ADP上，生成ATP。在TCA循環(huán)中，由琥珀酰CoA形成琥珀酸時通過底物水平磷酸化生成ATP。 在高等植物中以這種形式形成的ATP只占一小部分，糖酵解過程中2. 氧化磷酸化(oxidative phosphorylation) 是指電子從NADH或FADH2經(jīng)電子傳遞鏈傳遞給分子氧生成水,并偶聯(lián)ADP和Pi生成ATP的過程。它是需氧生物合成ATP的主要途徑。電子沿呼吸鏈由低電位流向高電位是個逐步釋放能量的過程。 2. 氧化磷酸化(oxidative phosphorylaNAD

8、HFMN FeSCoQCytb FeS Cytc1CytcCytaa3O2ADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPFeSFADH細(xì)胞色素氧化酶P/O=3NADHFMN FeSCoQCytb FeS圖4-11 氧化磷酸化作用機(jī)理示意圖 圖4-11 氧化磷酸化作用機(jī)理示意圖 末端氧化酶：能將底物所脫下的氫中的電子最后傳給O2，并形成H2O或H2O2的酶類。交替氧化酶：線粒體中還存在一種對氫化物不敏感的氧化酶，可將電子傳遞給O2，稱為交替氧化酶，又稱抗氫氧化酶。細(xì)胞色素氧化酶和交替氧化酶都屬于線粒內(nèi)末端氧化酶。其它都屬于線粒外末端氧化酶。三、末端氧化酶類末端氧化酶：能將底物所脫下

9、的氫中的電子最后傳給O2，并形成H末端氧化酶的多樣性末端氧化酶的多樣性四、光合作用與呼吸作用的關(guān)系1. ADP和NADP+在光合和呼吸中可共用。 2. 光合C3途徑與呼吸PPP途徑基本上正反反應(yīng)，中間產(chǎn)物可交替使用。 3. 光合釋放O2 呼吸， 呼吸釋放CO2 光合 四、光合作用與呼吸作用的關(guān)系1. ADP和NADP+在光合和 光合作用與呼吸作用的區(qū)別光合作用呼吸作用原料CO2、H2OO2、淀粉、己糖等有機(jī)物產(chǎn)物O2、淀粉、己糖、蔗糖等有機(jī)物CO2、H2O等能量轉(zhuǎn)換貯藏能量的過程光能 電能 活躍的化學(xué)能 穩(wěn)定的化學(xué)能釋放能量的過程穩(wěn)定的化學(xué)能 活躍的化學(xué)能發(fā)生部位綠色細(xì)胞、葉綠體、細(xì)胞質(zhì)生活細(xì)

10、胞、線粒體、細(xì)胞質(zhì)發(fā)生條件光照下才可發(fā)生光下、暗處都可發(fā)生光合作用與呼吸作用的區(qū)別光合作用呼吸作用原料CO2、H2OO4-4 呼吸作用的指標(biāo)及其影響因素一. 呼吸作用的指標(biāo)二.呼吸商的影響因素三.呼吸速率的影響因素4-4 呼吸作用的指標(biāo)及其影響因素一. 呼吸作用的指標(biāo)1. 呼吸速率(respiratory rate) molg-lh-1，molm-2s-1，lg-lh-1等 2. 呼吸商(respiratory quotient，RQ) 又稱呼吸系數(shù)，是指植物組織在一定時間內(nèi)，釋放CO2與吸收O2的數(shù)量(體積或物質(zhì)的量)比值。RQ=釋放的CO2量 / 吸收的O2量 一. 呼吸作用的指標(biāo)概念1.

11、 呼吸速率(respiratory rate) mol呼吸底物不同，RQ不同。 葡萄糖: R.Q=1.0 C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O R.Q=6/6=1.0 脂肪、蛋白質(zhì): RQ1， （棕櫚酸）C16H32O2 + 23O2 16CO2 + 16H2O R.Q=16/23=0.70 有機(jī)酸: RQ1, （蘋果酸）C4H6O5 + 3O2 4CO2 + 3H2O R.Q=4/3=1.33 二. 呼吸商的影響因素呼吸底物不同，RQ不同。 葡萄糖: R.Q=1.0 不同植物不同 植 物 種 類 呼吸速率(O2，鮮重)/lg-lh-1 仙人掌 6.80 景天屬 16.60 蠶豆

12、 96.60 小麥 251.00 細(xì)菌 10 000.00 三. 呼吸速率的影響因素 1. 內(nèi)部因素的影響不同植物不同 植 物 種 類 呼吸速率(O2，鮮重)/l不同器官或組織不同 生殖器官營養(yǎng)器官 生長旺盛、幼嫩器官生長緩慢、 年老器官 種子內(nèi)，胚胚乳不同器官或組織不同 生殖器官營養(yǎng)器官最適溫度: 2535 呼吸最適溫度光合最適溫度最低溫度：0左右 (冬小麥: 0 -7，松樹針葉: -25) 最高溫度：3545 在035，溫度系數(shù)(Q10)為2.02.5 2. 外界條件的影響 （1）溫度 最適溫度: 2535 2. 外界條件的影響 （1）預(yù)先將豌豆幼苗放在25下，培養(yǎng)4天，其相對呼吸速率為1

13、0，在放到不同溫度下培養(yǎng)3h, 測定相對速率的變化 預(yù)先將豌豆幼苗放在25下，培養(yǎng)4天，其相對呼吸速率為10，氧濃度過低, 無氧呼吸增強(qiáng)，產(chǎn)生酒精中毒，消耗體內(nèi)養(yǎng)料過多。 （2）氧氣呼吸開始下降201020有氧呼吸10無氧呼吸出現(xiàn)并逐步增強(qiáng)，有氧呼吸迅速下降。把無氧呼吸停止進(jìn)行的最低氧含量(10左右)稱為無氧呼吸的消失點(diǎn)。氧濃度過高，對植物有毒害氧濃度過低, 無氧呼吸增強(qiáng)，產(chǎn)生酒精中毒，消耗體內(nèi)養(yǎng)料過多。（3） CO2CO2濃度增高, 呼吸受抑, 5時，明顯抑制, 土壤積累CO2可達(dá)410，（3） CO2CO2濃度增高, 呼吸受抑, （4）水分 干燥種子，呼吸很微弱；吸水后迅速增加， 種子含水

14、量是制約種子呼吸強(qiáng)弱的重要因素。整體植物的呼吸速率，隨著植物組織含水量的增加而升高呼吸底物的含量機(jī)械損傷（4）水分 干燥種子，呼吸很微弱；吸水后迅速增加， 種子含4-5. 呼吸作用與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一. 呼吸作用與作物栽培 二. 種子的安全貯藏與呼吸作用 三. 果實(shí)、塊根、塊莖的呼吸作用與貯藏 4-5. 呼吸作用與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一. 呼吸作用與作物栽培 一. 呼吸作用與作物栽培 播前浸種，通過控制溫度與通氣提高種子的呼吸，以便促進(jìn)種子萌發(fā)。 田間中耕松土和低洼地塊開溝排水等均能增加土壤透氣性，有效地抑制無氧呼吸。在人工氣候室栽培作物，降低夜溫以減少呼吸消耗，有利于干物質(zhì)積累。 一. 呼吸作用與作物栽培 播前

15、浸種，通過控制溫度與通氣提二. 種子的安全貯藏與呼吸作用 油料種子: 68淀粉種子: 1012呼吸極微弱，可以安全貯藏，稱為安全含水量。呼吸作用顯著增強(qiáng)9101315二. 種子的安全貯藏與呼吸作用 油料種子: 68呼吸呼吸作用的概念和生理意義課件糧食貯藏: 控制進(jìn)倉種子的含水量，不得超過 安全含水量 注意庫房的通風(fēng) ，增高CO2含量 ,降低O2含量 充N 貯藏 糧食貯藏:三. 果實(shí)、塊根、塊莖的呼吸作用與貯藏 1. 果實(shí) 呼吸躍變(respiratory climacteric): 當(dāng)果實(shí)成熟到一定時期，其呼吸速率突然增高，最后又突然下降，這種現(xiàn)象稱為呼吸躍變。躍變型(蘋果、梨、香蕉、番茄等)

16、非躍變型（柑橘、檸檬、菠蘿等） 兩類概念三. 果實(shí)、塊根、塊莖的呼吸作用與貯藏 1. 果實(shí) 呼吸呼吸作用的概念和生理意義課件 溫度蘋果貯藏于22.5時，出現(xiàn)早而顯著，10下不十分顯著，也出現(xiàn)稍遲，2.5下幾乎看不出來。 乙烯 閥值：0.1g/L，促進(jìn)成熟貯藏、運(yùn)輸中措施：降低溫度，香蕉的最適溫度是1114，蘋果是4。增加CO2和N2的濃度，降低O2濃度(3-6%) 溫度 乙烯 閥值：0.1g/L，促進(jìn)成熟貯藏、運(yùn)2. 甘薯塊根和馬鈴薯塊莖 甘薯塊根：主要是控制溫度和氣體成分。適當(dāng)提高CO2，有利于安全貯藏。15，引起發(fā)芽和病害 9, 受寒害安全貯藏溫度: 1014馬鈴薯: 23適當(dāng)提高濕度2. 甘薯塊根和馬鈴薯塊莖 甘薯塊根：主要是控制溫度和氣體成經(jīng)常不斷地學(xué)習(xí),你就什么都知道。你知道得越多,