植物生理学第四章植物的呼吸作用课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 植物的呼吸作用,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,概念,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。,类型,有氧呼吸,生活细胞利用分子氧(O,2,),将某些有机物彻底氧化分解,形成CO,2,和H,2,O，同时释放能量的过程。,C,6,H,12,O,6,+6O,2,酶,6CO,2,+6H,2,O G=-2870kJmol,-1,(G,是指pH为7时标准自由能的变化),无氧呼吸,生活细胞在无氧条件下，把某些有机物分解成为不彻底的氧化产物，同时释放能量的过程。,酒精发酵:,C,6,H,12,O,6,酶,2C,2,H,5,OH+2CO,2,G=-226 kJmol,-1,乳酸发酵,C,6,H,12,O,6,酶,2CH,3,CHOHCOOH G=-197 kJmol,-1,有氧呼吸总反应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，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,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、生化途径多样性,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CO,2,的循环过程。,2）总反应,一、生化途径多样性,2三羧酸循环（TCA循环、柠檬酸循环）,丙酮酸+4NAD,+,FADADP Pi2H,2,O 3CO,2,+4NADH4H,+,FADH,2,ATP,TCA,循环中生成的,NADH,和,FADH,2,，经呼吸链将,H,+,和电子传给,O,2,生成,H,2,O,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CO,2,D.需O,2,，接受电子，有氧条件下NAD,和FAD才能再生，否则TCA循环受阻。,一、生化途径多样性,2三羧酸循环（TCA循环、柠檬酸循环）,3戊糖磷酸途径（PPP、HMP途径）,1）反应场所：细胞质,2）总反应：,G6P2NADP,H,2,ORu5PCO,2,2NADPH2H,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、生化途径多样性,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,3P/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/O,1,，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O,2,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,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,第三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CO,2,的量或吸收的O2,的量。,C,6,H,12,O,6,+6O,2,酶,6CO,2,+6H,2,O,干物质消耗量 O,2,吸收量 CO,2,释放量,氧电极法 红外线CO,2,气体分析仪,2呼吸商,RQ=放出的CO,2,量/吸收的O,2,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,C,6,H,12,O,6,+6O,2,6CO,2,+6H,2,O RQ=6/6=1.0,2、,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H,2,O时消耗的O,2,多，呼吸商,小于1,，如以棕榈酸作为呼吸底物，：,C,16,H,32,O,2,+23O,2,16CO,2,+16H,2,O 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。,C,6,H,8,O,7,4.5O,2,6CO,2,4H,2,O 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，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,三基点,定义,特性,最低温度,能进行呼吸的温度低限，,一般植物为0 左右,低于光合和生长最低温度，在此温度时植物不生长，但生命仍维持，呼吸作用的最低温度也是生命的最低温度。,最适温度,保持,稳态的,最高呼吸速率的温度，一般植物为,2535,高于光合和生长最适温度，处于此温度，净光合积累由于呼吸消耗而减少，对生长不利。,最高温度,能进行呼吸的温度高限，,一般植物为3545,短时间内可使呼吸速率较最适温度高，但时间稍长后，呼吸速率就会急剧下降，这是因为高温加速了酶的钝化或失活。,不同的植物,三基点不同：热带植物温带寒带植物,2O,2,三、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,3CO,2,二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,4H,2,O,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,。,第四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,C0,2,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,CO,2,，在密闭环境里，,CO,2,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,