單元五植物的新陳代謝4植物的呼吸作用

《植物與植物生理學(xué)》課件單元五植物的新陳代謝植物的呼吸作用能量從哪兒來?食物能量從哪兒來?植物的光合作用有機物(淀粉)還記得嗎？能量有機物(儲能)呼吸作用分解供生命活動需要為什么在種植物時常要松土？

多棱鏡第一節(jié)呼吸作用概述一、呼吸作用的概念及特點（一）呼吸作用的概念呼吸作用是指生活細胞氧化分解有機物，并釋放能量的過程。根據(jù)是否需要氧氣有氧呼吸無氧呼吸指生活細胞吸收O2，把有機物進行徹底的氧化分解，放出CO2，同時釋放能量的過程。無氧呼吸又稱發(fā)酵。有酒精發(fā)酵和乳酸發(fā)酵。有氧呼吸與無氧呼吸的區(qū)別（二）呼吸作用的特點一個氧化還原過程。C6H12O6＋6H2O＋6O2→6CO2＋12H2O＋能量還原劑氧化劑二、呼吸作用的生理意義（一）呼吸作用為生命活動提供直接能源ATP；（二）呼吸作用為生物合成提供還原力；（三）呼吸作用為其它生物合成提供原料；（四）在植物抗病免疫方面有重要作用。第二節(jié)

植物呼吸代謝的主要途徑主要途徑有三條:糖酵解（EMP）－酒精或乳酸發(fā)酵；糖酵解－三羧酸循環(huán)（TCA）；磷酸戊糖途徑（PPP）。各途徑之間的關(guān)系見下圖一

、呼吸途徑線粒體有氧呼吸的過程[H]2分子丙酮酸CO2葡萄糖釋放少量能量，形成少量ATPO2[H]釋放少量能量，形成少量ATPH2O釋放大量能量，形成大量ATP細胞質(zhì)基質(zhì)H2O表二有氧呼吸過程場所發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)物第一階段第二階段第三階段細胞質(zhì)基質(zhì)葡萄糖酶2丙酮酸少量能量4〔H〕++丙酮酸、〔H〕、釋放少量能量，形成少量ATP線粒體6CO26H2O酶2丙酮酸少量能量20〔H〕+++CO2、〔H〕、釋放少量能量，形成少量ATP線粒體6O212H2O酶大量能量24〔H〕++H2O、釋放大量能量，形成大量ATP第三節(jié)呼吸作用的指標(biāo)及影響因素一、呼吸作用的指標(biāo)1、呼吸速率（respiratoryrate）又稱呼吸強度（respiratoryintensity）單位時間內(nèi)單位鮮重或干重植物組織釋放的CO2或吸收O2的量。單位有：mg·g-1·h-1,μmolg-1·h-1，μlg-1·h-1等。

2、呼吸商（respiratoryquotient,R.Q）又稱呼吸系數(shù)（respiratorycoefficient）

指植物組織在一定時間內(nèi)，釋放CO2與吸收O2的數(shù)量比值。

釋放CO2的量

R·Q=

吸收O2的量

R·Q是表示呼吸底物的性質(zhì)和氧氣供應(yīng)狀態(tài)的一種指標(biāo)。二、呼吸商的影響因素

１、呼吸底物的性質(zhì)（１）呼吸底物為糖類（Ｇ）而又完全氧化時，Ｒ·Ｑ為１。C6H12O6+6O26CO2+6H2OR·Q=6CO2/6O2=1

（2）若呼吸底物是富含氫的物質(zhì)，如蛋白質(zhì)或脂肪，則呼吸商小于1。以棕櫚酸為例C16H32O2+11O2C12H22O11+4CO2+5H2OR·Q=4CO2/11O2=0.36

（3）若呼吸底物是富含氧的物質(zhì)，如有機酸，則呼吸商大于1。

如以蘋果酸為例：C4H6O5+3O24CO2+3H2OR·Q=4CO2/3O2=1.332、氧氣供應(yīng)狀態(tài)

若糖類在缺氧情況下進行酒精發(fā)酵，呼吸商大于1，異常的高；若呼吸底物不完全氧化，釋放的CO2少，，呼吸商小于1。如G不完全氧化成蘋果酸：C6H12O6+3O2C4H6O5+2CO2+3H2O

R·Q=2CO2/3O2=0.67三、呼吸速率的影響因素（一）內(nèi)部因素的影響1、不同植物種類，呼吸速率不同。植物種類呼吸速率（氧氣，鮮重）

μl·g-1

·h-1

仙人掌3.00

蠶豆96.60

小麥251.00

細菌10000.002、同一植物的不同器官或組織,呼吸速率不同。植物器官呼吸速率（氧氣，鮮重）

μl·g-1

·h-1胡蘿卜根25

葉440蘋果果肉30

果皮95大麥種子(浸泡15h)

胚715

胚乳76

1、溫度

溫度主要是影響呼吸酶的活性而影響呼吸速率。在最低點與最適點之間，呼吸速率隨溫度升高而加快，超過最適點，呼吸速率隨溫度升高而下降。（二）外界條件的影響

呼吸作用最適溫度：是指能長期維持較高呼吸速率的溫度。

呼吸作用最適溫度是25oC—35oC，最高溫度是35oC—45oC，呼吸作用最低溫度則依植物種類不同有較大差異。

呼吸作用的最適溫度比光合作用的最適溫度高。溫度系數(shù)（Q10):5-35℃之間，溫度每升高10℃呼吸速率增高的倍數(shù)。一般Q10為2-2.5。

氧濃度在10-20%之間全部是有氧呼吸，當(dāng)氧濃度低于10%時無氧呼吸出現(xiàn)并逐步增強，有氧呼吸減弱。

無氧呼吸的消失點：無氧呼吸停止進行時的最低氧濃度（10%左右）。

氧飽和點：呼吸速率開始達到最大時的氧濃度。2、氧氣

長時間的無氧呼吸為什么會使植物受到傷害？

1、無氧呼吸產(chǎn)生酒精，酒精使細胞質(zhì)的蛋白質(zhì)變性；

2、無氧呼吸利用葡萄糖產(chǎn)生的能量很少，植物要維持正常的生理需要就要消耗更多的有機物；

3、沒有丙酮酸氧化過程，缺乏新物質(zhì)合成的原料。3、水分—增加含水量，呼吸速率加強4、二氧化碳

環(huán)境中CO2濃度增高時脫羧反應(yīng)減慢，呼吸作用受抑制。當(dāng)CO2濃度高于5%時，呼吸作用受到明顯抑制，高于10%時可使植物中毒死亡。5、機械損傷

組織損傷時，呼吸作用明顯增強?？赡艿脑蚴牵海?）破壞氧化酶與呼吸底物的分隔

（2）細胞脫分化為分生組織或愈傷組織

（3）淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)樘?，呼吸底物增?/p>

（4）DNA、RNA、蛋白質(zhì)合成加快，需更多的能量和新的物質(zhì)（80%來自PPP）。

6、病原菌的侵染植物組織感病后呼吸增加，原因可能有：宿主受體細胞的線粒體增多并被激活，氧化酶活性增強，分解毒素，抑制病原菌水解酶活性，促進傷口愈合。另外抗氰呼吸、PPP加強。第四節(jié)呼吸作用與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一、呼吸效率(生長效率)1概念：

1克葡萄糖氧化時所能生成的生物大分子或合成新組織的克數(shù)(=合成生物大分子的克數(shù)/1g葡萄糖氧化×100%)。幼嫩、生長旺盛和生理活性高部位呼吸效率高。水稻營養(yǎng)生長時生長效率為60-65%。◆維持呼吸(maintenancerespiration)：提供保持細胞活性所需能量的呼吸部分。效率低。隨植物種類、溫度不同而表現(xiàn)出顯著差異。◆生長呼吸(growthrespiration)：提供植物生長發(fā)育所需能量和物質(zhì)，包括結(jié)構(gòu)大分子合成、離子吸收等。不同的植物種類、不同(水稻)品種的生長呼吸似乎變化不大，受溫度影響不大。植株幼嫩生長活躍時，生長呼吸是呼吸的主要部分。模擬表明：馬鈴薯的維持呼吸消耗占光合作用的21%，而生長呼吸占20%。為什么糧食要曬干了貯藏？關(guān)注生產(chǎn)

二、種子的形成、貯藏與呼吸作用

1、種子形成與呼吸作用種子形成過程中呼吸速率逐步升高，到了灌漿期呼吸速率達到高峰，此后呼吸速率便逐漸下降。成熟種子的最大呼吸速率與貯藏物質(zhì)最迅速積累時期相吻合。種子成熟后期PPP途徑增強。2、種子的安全貯藏與呼吸作用

油料種子的安全含水量是8%-9%以下淀粉種子的安全含水量是12%-14%以下安全含水量內(nèi)水為束縛水，呼吸E活性降到極限，呼吸極微弱。

糧食貯藏需降低呼吸速率的原因：

呼吸速率高，會消耗大量有機物；呼吸放出的水分使糧堆濕度增大，呼吸加強；呼吸放出的熱量使糧溫升高，反過來又增強呼吸：同時高溫高濕使微生物迅速繁殖，最后導(dǎo)致糧食變質(zhì)。種子安全貯藏的條件：

1、曬干：進倉種子的含水量不得超過安全含水量

2、通風(fēng)和密閉：冬季或晚間開倉，冷風(fēng)透過糧堆，散熱散濕；梅雨季節(jié)進行全面密閉，以防外界潮濕空氣進入

3、氣體成分控制：適當(dāng)增加CO2和降低O2含量；或抽出糧倉空氣充入N2為什么要把蔬菜，水果等存放在溫度較低的地方？

走近生活三、果實、塊根、塊莖的貯藏與呼吸作用（一）果實的呼吸作用與貯藏

1、果實的呼吸作用

呼吸躍變（re’spiratorycli’macteric):

果實成熟到一定時期，呼吸速率突然升高，然后又突然下降的現(xiàn)象。

躍變型：蘋果、香蕉、梨、桃、芒果、番茄

非躍變型：橙、鳳梨、葡萄、草莓、檸檬、菠籮蘋果、香蕉、梨、番茄檸檬、菠蘿、橙

實驗證明：呼吸躍變產(chǎn)生的原因與乙烯的釋放密切相關(guān)，且依賴于抗氰呼吸。

2、果實貯藏的條件：（1）降低溫度，推遲呼吸躍變產(chǎn)生的時間如荔枝0-1oC只能貯存10-20天，而低溫速凍可保存6-8個月。香蕉貯藏的最適溫度11-14oC，蘋果4oC。（2）控制氣體成分：增加環(huán)境中CO2和N2濃度，降低O2濃度，降低呼吸躍變產(chǎn)生的強度

（二）塊根、塊莖的呼吸作用與貯藏貯藏條件：（1）溫度：甘薯塊根安全貯藏溫度為10-14oC，馬鈴薯2-3oC。（2）氣體成分：自體保藏法（3）適當(dāng)提高環(huán)境濕度，有利于保鮮三、呼吸作用與作物栽培

1、許多栽培措施是為了保證呼吸作用的正常進行如早稻浸種催芽時，用溫水淋種和時常翻種；水稻的曬田，作物的中耕松土等。

2、作物栽培中的許多生理障礙與呼吸直接相關(guān)

如：澇害淹死植株，是因為無氧呼吸過久累積酒精而引起中毒；

干旱和缺鉀使作物的氧化磷酸化解偶聯(lián)，導(dǎo)致生長不良甚至死亡；

低溫導(dǎo)致爛秧，是因為低溫破壞線粒體的結(jié)構(gòu)，呼吸“空轉(zhuǎn)”，能量缺乏，引起代謝紊亂。五、光合作用與呼吸作用的關(guān)系合成有機物,儲存能量分解有機物,釋放能量葉綠體光能二氧化碳水+有機物（儲能）氧氣+有機物（儲能）+氧能量++二氧化碳水分解線粒體相互依存關(guān)系，主要有以下幾個方面：第一，互為原料和產(chǎn)物。光合釋放的O2可供呼吸作用利用；呼吸釋放的CO2為光合作用的原料。第二，能量代謝。光合與呼吸過程中都有ATP和NADPH產(chǎn)生，所需ADP和NADP在