第四章 植物的呼吸作用
植物生理学4呼吸作用
第二节 植物的呼吸代谢途径 糖的分解代谢途径※
1、糖酵解途径(EMP)---在细胞质进行
2、乙醇发酵和乳酸发酵---在细胞质进行 3、三羧酸循环 (TCA)---在线粒体进行 4、磷酸戊糖途径(PPP)---在细胞质进行
一、糖酵解(EMP) Embden,Meyerhof,Parnas 淀粉、葡萄糖或果糖在细胞质内，在一系列酶的 参与下分解成丙酮酸的过程。 C6H12O6+2ADP+2NAD++2Pi 2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+ +2H2O 对高等植物来说，不管是有氧呼吸还是无氧呼 吸，糖的分解都先经过糖酵解阶段，形成丙酮酸， 然后才分道扬镳。 无氧 →无氧呼吸→酒精或乳酸 葡萄糖→→丙酮酸
⒋ 抗坏血酸氧化酶 含铜，位于细胞质中，可以催化抗坏血酸的 氧化。在植物中普遍存在，果蔬中较多，与植物 的受精过程有密切关系，利于胚珠发育。 该酶对氧的亲和力低。 ⒌ 乙醇酸氧化酶体系 是一种黄素蛋白酶（含 FMN），不含金属， 存在于过氧化物酶体中，是光呼吸的末端氧化途 径，催化乙醇酸氧化为乙醛酸，并产生过氧化氢， 与甘氨酸和草酸生成有关。 该酶对氧的亲和力极低，不受氰化物和CO 抑制。
2、无氧呼吸（发酵） 一般指在无氧条件下，细胞把某些有机物质分解 成为不彻底的氧化产物，同时释放能量的过程。
高等植物无氧呼吸可产生酒精或乳酸： C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 +Δ G（-226kj） C6H12O6 2CH3CHOHCOOH+Δ G（-197kj）
二、呼吸作用的生理意义※
1. 提供植物生命活动所需要的大部分能量。 ATP等形式储存，逐步释放 需能过程？不需能过程？ 2. 为其它有机物合成提供原料。 如丙酮酸， -酮戊二酸可通过转氨基作用形 成 相应的氨基酸，进而合成蛋白质。 磷酸丙糖可以形成甘油。 脂肪 丙酮酸形成乙酰CoA，生成脂肪酸。
《植物生理学》第四章
酒精发酵酶:
C6H12O6
2C2H5OH+2CO2
+能量 （△G°′= -226 kJ·mol-1）
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乳酸发酵： 酶
C6H12O6
2CH3CHOHCOOH +能
量 △G°′= -197 kJ·mol-1
在高等植物中称为无氧呼吸，在微生物 中称为发酵。高等植物通常是以有氧呼吸为主， 但在特定的条件下，如暂时缺氧也可进行无氧呼 吸。
质子传递体包括一些脱氢酶的辅助因子，主要有NAD+、FMN、 FAD、泛醌（UQ或Q）等，它们既传递质子又传递电子。
除了UQ和细胞色素c（Cytc）外，组成呼吸链的有4种酶复合体， 另外还有一种ATP合酶复合体，它们嵌在线粒体内膜上。
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复合体Ⅰ：含有NADH脱氢酶，FMN,4个Fe-S蛋白 复合体Ⅱ：琥珀酸脱氢酶（FAD, Fe-S蛋白) 复合体Ⅲ：含有2个Cytb(b560和b565)，Cytc 和Fe-S。 复合体Ⅳ：含有细胞色素氧化酶复合物， Cyta,Cyta3。把Cytc的 电子传给O2，形成水。 复合体ⅴ：又称 ATP合成酶或称H+- ATP酶复合体
精品课件
（三）抗氰呼吸
1. 抗氰呼吸的概念
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。抗氰呼吸可以在某些条件下与
电子传递主路交替运行，因此，抗氰呼吸又称交替途径。
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2. 植物抗氰呼吸的生理意义
➢放热增温，促进植物开花、种子萌发 。 ➢增加乙烯生成，促进果实成熟，促进衰老。 ➢代谢的协同调控。 ➢增强抗逆性。
交替氧化酶又称抗氰氧化酶，它将UQH2的电子交给O2 生成H2O。它与氧的亲和力高，不受CN-、CO、N3-的抑制。
呼吸作用-植物生理
第四章植物的呼吸作用前面各章都是说明植物把外界物质改造为自身物质的过程，是新陈代谢的同化作用方面；本章讨论的呼吸作用，是将植物体内的物质不断分解的过程，是新陈代谢的异化作用方面。
呼吸作用释放的能量供给各种生理活动的需要，它的中间产物在植物体各主要物质之间的转变起着枢纽作用，因此，呼吸作用是植物代谢的中心、，十分重要。
第一节呼吸作用的概念、生理意义和场所一、呼吸作用的概念呼吸作用(respiration)包括有氧呼吸和无氧呼吸两大类型。
1．有氧呼吸有氧呼吸(aerobic respiration)指生活细胞在氧气的参与下，把某些有机物质彻底氧化分解，放出二氧化碳并形成水，同时释放能量的过程。
一般来说，葡萄糖是植物细胞呼吸最常利用的物质，因此，呼吸作用过程简括表示如下：C6H12O6＋6O2 → 6CO2＋6H2O+能量△G=2870kJ上述方程式是目前通常使用的。
然而最近有人认为，上述反应不能准确说明呼吸的真正过程，因为氧气在呼吸过程中不直接与葡萄糖作用，需要水分子参与到葡萄糖降解的中间产物里，中间产物的氢原子与空气中的氧气结合，还原成水。
为了更准确说明其生化变化，故将呼吸作用方程式改写为下式：C6H12O6＋6H2O＋602 → 6CO2＋12H2O＋能量△G=2870kJ有氧呼吸是高等植物进行呼吸的主要形式。
事实上，通常所提的呼吸作用就是指有氧呼吸，甚至把呼吸看成为有氧呼吸的同义语。
本书仍依此习惯称呼。
2.无氧呼吸无氧呼吸(anaerobic respiration)一般指在无氧条件下，细胞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。
这个过程用于高等植物，习惯上称为无氧呼吸，如应用于微生物，则惯称为发酵(fermentation）。
高等植物无氧呼吸可产生酒精，其过程与酒精发酵是相同的，反应如下：C6H12O6 → 2C2H5OH＋2CO2＋能量△G =100 kJ除了酒精以外，高等植物的无氧呼吸也可以产生乳酸，例如，马铃薯块茎、甜菜块根和玉米胚在进行无氧呼吸时，就产生乳酸。
植物生理学第四章植物的呼吸作用
一、生化途径多样性 2 三羧酸循环（TCA循环、柠檬酸循环）
2）总反应
丙酮酸+4NAD+＋FAD＋ADP＋ Pi ＋2H2O→ 3CO2+4NADH＋4H+＋ FADH2＋ATP
2ATP 3ATP
TCA循环中生成的NADH和 FADH2，经呼吸链将H+和电子传给 O2生成H2O,同时偶联氧化磷酸化生 成ATP。 底物水平磷酸化生成ATP。
一、生化途径多样性
3 戊糖磷酸途径（PPP、HMP途径）
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。
1）反应场所：细胞质 2）总反应： G6P＋2NADP＋＋H2O→Ru5P＋CO2＋ 2NADPH＋2H＋
核酮糖-5-磷酸
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 2 三羧酸循环（TCA循环、柠檬酸循环）
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CO2 D.需O2，接受电子，有氧条件下NAD＋和FAD 才能再生，否则TCA循环受阻。
(△G°′是指pH为7时标准自由能的变化)
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: C6H12O6 C6H12O6
酶
2C2H5OH+2CO2 2CH3CHOHCOOH
植物生理学第四章
第四章植物的呼吸作用一、名词解释1.呼吸作用2.有氧呼吸3.无氧呼吸4.呼吸速率5.呼吸商6.呼吸链7.糖酵解8.三羧酸循环9.戊糖磷酸途径10.P/O 11.氧化磷酸化12.末端氧化酶13.温度系数二、缩写符号翻译1.EMP2.TCA3.FAD4.FMN5.PPP6.RQ三、填空题1．除了绿色细胞可直接利用太阳能进行光合作用外，其它各类植物细胞生命活动所需能量(ATP)都依靠提供。
2．有氧呼吸的特点是有参与，底物氧化降解，释放的能量。
3．无氧呼吸的特点是无参与，底物氧化降解，释放的能量。
4．产生丙酮酸的糖酵解过程是和的共同途径。
5．植物组织衰老时，PPP途径在呼吸代谢中所占比例。
6．EMP途径是在中进行的，PPP途径是在中进行的，酒精发酵是在中进行的，TCA 循环是在中进行的。
7．电子传递和氧化磷酸化的酶系统位于。
8．组成呼吸链的成员可分为传递体和传递体。
9．植物呼吸作用末端氧化酶有、、、和。
10．细胞完成有氧呼吸需经历三个连续的过程，它们依次是，和。
11．呼吸作用是维持植物生命活动所必需的，是植物体内和代谢的中心。
12．能破坏氧化磷酸化作用的物质有两类，它们是和。
13．苹果削皮后会出现褐色，这是酶作用的结果，该酶中含有金属。
14．天南星科海芋属植物开花时放热很多，这是因为它进行的结果。
15．线粒体氧化磷酸化活力的一个重要指标是。
16．以葡萄糖为呼吸底物并完全氧化时，呼吸商是。
17．以脂肪或蛋白质为呼吸底物时，呼吸商。
18．对同一种植物而言，其呼吸作用的最适温度总是光合作用的最适温度。
19．生殖器官的呼吸作用比营养器官，种子内胚的呼吸作用比胚乳。
20．植物组织受伤时，呼吸速率。
四、选择题（单选或多选）1．苹果贮藏久了，组织内部会发生（）。
A．抗氰呼吸B．酒精发酵C．糖酵解D．乳酸发酵2．在植物正常生长条件下，植物细胞中葡萄糖降解主要是通过（）。
A．PPP B．EMP-TCA C．EMP D．TCA3．植物呼吸速率最高的器官是（）。
第四章 植物的呼吸作用
《植物生理学习题集》第四章植物的呼吸作用Ⅰ教学大纲基本要求和知识要点一、教学大纲基本要求了解呼吸作用的概念及其生理意义；了解线粒体的结构和功能；熟悉糖酵解、三羧酸循环和戊糖磷酸循环等呼吸代谢的生化途径；熟悉呼吸链的概念、组成、电子传递多条途径和末端氧化系统的多样性；了解氧化磷酸化、呼吸作用中的能量代谢和呼吸代谢的调控；了解呼吸作用的生理指标及其影响因素；掌握测定呼吸速率的基本方法；了解种子、果实、块根、块茎等器官的呼吸特点和这些器官贮藏保鲜的关系，了解呼吸作用和光合作用的关系。
二、知识要点呼吸作用是一切生活细胞的基本特征。
呼吸作用是将植物体内的物质不断分解的过程，是新陈代谢的异化作用。
呼吸作用为植物体的生命活动提供了所需的能量，其中间产物又能转变为其他重要的有机物（蛋白质、核酸、脂肪等），所以呼吸作用就成为植物体内代谢的中心。
按照需氧状况将呼吸作用分为有氧呼吸和无氧呼吸两大类型。
在正常情况下，有氧呼吸是高等植物进行呼吸的主要形式，在缺氧条件下，植物进行无氧呼吸。
从进化的观点看，有氧呼吸是由无氧呼吸进化而来的。
高等植物的呼吸主要是有氧呼吸，但仍保留无氧呼吸的能力。
高等植物的呼吸生化途径、电子传递途径和末端氧化系统具有多样性。
呼吸代谢的多样性是植物在长期进化中形成的对多变环境适应的一种表现。
EMP-TCA- 细胞色素系统是植物体内有机物质氧化分解的主要途径，而PPP 、GAC 途径和抗氰呼吸在植物呼吸代谢中也占有重要地位。
呼吸底物的彻底氧化包括CO 2 的释放与H 2 O 的产生，以及将底物中的能量转换成ATP 。
EMP-TCA 途径只有CO 2 的释放，没有H 2 O 的形成，绝大部分能量还贮存在NADH 和FADH 2 中。
这些物质所含的氢不能被大气中的氧所氧化，而是要经过一系列可进行迅速氧化还原的呼吸传递体的传递之后，才能与分子氧结合生成水。
而作为生物体内“能量货币”的ATP 就是在与电子传递相偶联的磷酸化过程中大量形成。
第四章植物呼吸作用
第四章植物的呼吸作用一、名词说明。
一、呼吸作用：是植物代谢的中心，是一切生物细胞的一起特点，是将体内的物质不断分解，并释放能量以供给各类生理活动的需要，属于新陈代谢的异化作用方面，包括有氧呼吸和无氧呼吸。
二、有氧呼吸：生活细胞在O2的参与下，把某些有机物完全氧化分解，放出CO2并形成H2O，同时释放能量的进程。
3、无氧呼吸：在无氧的条件下，细胞把某些有机物分解成为不完全的氧化物，同时释放能量的进程。
4、P/O比：在以某一底物作为呼吸底物时，每利用一个氧原子、或每对电子通过呼吸链传递给氧所酯化无机磷的分子数，或每消耗一个氧原子有几个ADP被酯化呈ATP。
它是线粒体氧化磷酸化活力的一个重要指标。
五、氧化磷酸化：电子通过线粒体的电子传递链传递给氧的进程中，伴随ATP合酶催化，使ADP和磷酸合成ATP的进程。
六、能荷：说明腺苷酸系统的能量状态，是ATP-ADP-AMP系统中可利用的高能磷酸键的气宇。
细胞中的腺苷酸的总量是恒定的，假设腺苷酸全数为ATP，那么能荷为，细胞充满能量；假设腺苷酸全数为ADP，那么能荷为；假设腺苷酸全数为AMP，那么能荷为0，细胞能量完全被放出。
7、能荷调剂：通过调剂能荷维持细胞内ATP、ADP、AMP三者间的动态平稳。
八、结尾氧化酶：指处于生物氧化还原电子传递系统的最结尾，最终把电子传递到分子氧并形成水或过氧化氢的酶。
九、巴斯德效应：氧能够降低糖类的分解代谢和减少糖酵解产物的积存，即氧对发酵作用的抑制现象称为巴斯德效应。
10、底物水平磷酸化：由底物的分子磷酸直接转到ADP，最后形成ATP的进程称为底物水平磷酸化。
1一、抗氰呼吸：在氰化物存在的条件下，某些植物呼吸不受抑制，把这种呼吸称为抗氰呼吸。
抗氰呼吸电子传递途径在某些条件下与正常的NADH电子传递途径交替进行，因此又称为交替途径。
1二、呼吸速度：也称为呼吸强度，是衡量呼吸强弱的生理指标，通经常使用单位时刻内单位鲜重或干重植物组织或原生质释放的CO2的体积或所吸收的O2的体积或有机物质的消耗量来表示。
植物生理学-呼吸作用
糖酵解途径分三个阶段：
(1) 已糖磷酸化 (2) 已糖磷酸的裂解 (3) ATP和丙酮酸的生成
糖酵解
和发酵途径
植物的呼吸代谢途径
糖酵解的生理意义
普遍存在于生物体中，是有氧呼吸和无氧呼吸的共同 途径
糖酵解一些中间产物(如丙糖磷酸)和最终产物丙酮酸
的化学性质十分活跃，参与不同物质的合成
为糖的异生提供了基本途径 糖酵解释放一些能量，供生物体需要，对于厌氧生物 来说是糖分解和获取能量的主要方式
呼吸作用的概念和生理意义
呼吸作用的生理意义
提供植物生命活动所需要的大部分能量 为其他化合物合成提供原料
呼吸作用的概念和生理意义
在进化上
无氧呼吸早于有氧呼吸，因为地球开始时无游离氧，只 有绿色光合生物出现后才有氧，进而有了有氧呼吸
至今仍有专性嫌气微生物只能在无氧下生活，有氧 反而有害
高等植物虽有各种氧化酶，但仍保存了无氧呼吸的 方式，在种子萌发初期和体积大的延存器官中(块根、 块茎及果实)内部仍进行无氧呼吸; 在水淹时也可进 行无氧呼吸
第四章 植物的呼吸作用
Plants carry on both photosynthesis and respiration
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第四章 植物的呼吸作用
呼吸作用的概念和生理意义 植物的呼吸代谢途径 电子传递与氧化磷酸化
呼吸作用中能量的储存与利用 呼吸作用的调节和控制 影响呼吸作用的因素 呼吸作用与农业生产
影响呼吸作用的因素
O2 O2浓度下降时，有氧呼吸抑制，无氧呼吸增强 长时间无氧呼吸会造成植物受伤死亡 CO2
CO2对呼吸作用具有抑制作用，但只有在CO2浓度远远超
第四章植物的呼吸作用
其中2ATP是通过基质水平的磷酸化（或转磷 化）开成的，有别于氧化磷酸化。
丙酮酸在无氧 条件下可进一 步转变为乙醇 或乳酸，这便 是无氧呼吸。
二、三羧酸循环（TCAC）
EMP产生的Pyr在有氧条件下，进入线粒体， 经TCAC彻底氧化分解为CO2。
即呼吸链上的末端氧化酶（Cyt a3），是一种
含铁的酶，它将呼吸链上传来的电子传递给O2，
将其还原成H2O：
4e-
4H+
4Cyt a3(Fe2+)+O2
2O2-
2H2O
4Cyt a3(Fe3+)
该酶是植物体内最重要的末端氧化酶，正常情 况下氧的消耗近 4/5 是由该酶完成的。
细胞色素氧化酶可被KCN、NaN3、CO等强烈抑制。
NAD+： 辅酶I，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸， 脱氢酶的辅酶，在生物体内的氧化还原反应中起 传递氢的作用：
NAD：
NAD+
+2H NADH+H+
-2H
NADP+： NADP+ +2H
-2H
NADPH+H+
FAD： 黄素腺嘌呤二核苷酸，脱氢酶的辅基；
FAD
+2H -2H
FADH2
1、乙酰CoA 的形成：
是指淀粉或葡萄糖在一系列酶的催化下，氧 化分解为丙酮酸的过程。由于糖的氧化分解是脱 氢氧化，没有O2的参与，故称为酵解。该途径简 称为EMP途径。
EMP是在细胞质中进行的，六碳糖经磷酸 化后先裂解为2分子三碳糖，然后再经脱氢氧化 转变为三碳酸——丙酮酸。
植物生理学-第四章植物的呼吸作用
指植物组织在一定时间内，释放CO2与吸收O2的数量比值。
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释放CO2的量 R·Q = 吸收O2的量
单击此处添加标题
R·Q是表示呼吸底物的性质和氧气供应状态的一种指标。
单击此处添加标题
R·Q = 6CO2 / 6O2= 1
１、呼吸底物的性质 （１）呼吸底物为糖类（Ｇ）而又完全氧化时，Ｒ·Ｑ为１。
乙醇酸氧化E（过氧化物体）
章节一
细胞色素氧化
交替氧化E
酚氧化E
Vc氧化E
乙醇酸氧化E
分布部位
所含金属
对O2亲 和力
对氰 化物敏感
线粒体 线粒体 质体 细胞质 过氧化 微体 物体
若糖类在缺氧情况下进行酒精发酵，呼吸商大于1，异常的高； 若在呼吸过程中形成不完全氧化的有机酸，呼吸商小于1。如G不完全氧化成苹果酸：
三、呼吸速率的影响因素
（一）内部因素的影响 1、不同植物种类，呼吸速率不同。
植物种类 呼吸速率（氧气，鲜重） μl · g-1 · h-1 仙人掌 3.00 蚕豆 96.60 小麦 251.00 细菌 10 000.00
二、呼吸商的影响因素
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O
R·Q = 4CO2 / 11O2= 0.36
如：油料种子萌发初期，棕榈酸先氧化为蔗糖。
（2）若呼吸底物是富含氢的物质，如蛋白质或脂肪，则呼吸商小于1。
C16H32O2 + 11O2 C12H22O11 + 4CO2 +5H2O
乙醇酸氧化途径
PPP在G降解中所占的比例与生理过程有关：
感病、受旱、受伤的组织中，PPP加强 植物组织衰老时，PPP所占比例上升 水稻、油菜等种子形成过程中，PPP所占比例上升
考研神圣总结04 植物的呼吸作用
第四章植物的呼吸的作用1、有氧呼吸：C6H12O6+6H20+6O2→6CO2+12H2O+能量2、无氧呼吸：C6H12O6→2C2H50H（酒精）+2CO2+能量3、发酵（无氧呼吸的一种）：C6H12O6→2CH3CHOHCOOH（乳酸）+能量4、呼吸作用糖的分解代谢途径：糖酵解（EMP途径，胞质溶液）、戊糖磷酸途径（胞质溶液和质体）、三羧酸循环（线粒体）。
5、EMP途径：己糖在有氧或无氧的状态下均能分解丙酮酸的过程。
过程中没有氧分子参与，氧来自于水或被氧化的糖分子，也称内呼吸。
6、EMP途径过程：己糖磷酸化阶段（淀粉或己糖活化，消耗ATP，形成G6P（己糖磷酸），再消耗ATP形成果糖-1，6-二磷酸）、己糖磷酸裂解阶段（己糖磷酸裂解为甘油醛-3-磷酸（PAGld）和二羟丙酮酸，即之间的相互转化）、氧化产能阶段（PGAld氧化释放能量，经甘油酸磷酸、烯醇丙酮酸磷酸（PEP），形成ATP和NADH+和H+，生成丙酮酸的过程）。
7、底物水平磷酸化：底物分子磷酸直接转到ADP生成ATP的过程。
8、EMP方程式：葡萄糖+2NAD++2ADP+2Pi→2丙酮酸+2NADH+2H++2ATP+2H2O9、EMP的生理意义：是有氧和无氧呼吸的共同途径；丙糖磷酸、丙酮酸等中间产物参与不同物质的合成；大多数反应均可逆，为糖异生作用提供基本途径；释放能量供生物体需要（尤其是厌氧生物）。
10、戊糖磷酸途径：PPP途径，是有氧呼吸途径。
分两个阶段：氧化阶段（G6P（己糖磷酸，葡糖-6-磷酸）经过二次脱氢、一次脱羧，生成1个Ru5P（核酮糖-5-磷酸）和2个NADPH，释放CO2的过程）、非氧化阶段（以Ru5P为起点，经一系列反应生成果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸（PGAld））。
氧化阶段为可逆反应，非氧化阶段为可逆反应。
11、PPP途径的反应方程：6G6P+12NADP++7H2O→5G6P+6CO2+Pi+12NADPH+12H+11、PPP途径生理意义：合成的NADPH为细胞的合成反应提供主要的还原动力；合成的中间产物为许多重要化合物合成提供原料，如Ru5P是合成甘氨酸的原料；非氧化阶段的中间产物、酶和光合作用的中间产物、酶相同。
植物生理学第四章 植物的呼吸作用07
(2)电子传递体系磷酸化(氧化磷酸化)是指电子 从NADH或FADH\-2脱下,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。
糖酵解化学历程 Glu → G6P → F6P → F1,6BP → 3PGA + DHAP
链接动动画画：糖酵解
2. 糖酵解的生理意义 (1)糖酵解普遍存在于生物体中, 是有氧 呼吸和无氧呼吸的共同途径。
(2)糖酵解过程中产生的一系列中间产物, 在不同外界条件和生理状态下,可以通过 各种代谢途径,产生不同的生理反应,在植 物体内呼吸代谢和有机物质转化中起着枢 纽作用。
第一节 呼吸作用的概念、类型和生理意义 第二节 高等植物呼吸代谢的多样性 第三节 呼吸作用的调节 第四节 呼吸作用的生理指标及其影响因素 第五节 植物呼吸作用与农业生产的关系
第一节 呼吸作用的概念、类型与生理意义
一、呼吸作用的概念与类型: 呼吸作用(respiration)是在酶的催化下，氧化
有机物并释放能量的异化作用(disassimilation) 。
动画
Structure organization of the mitochondrion
糖酵解产生的丙酮酸是通过丙酮酸转运 器（pyruvate translocator）输入线粒 体基质的。丙酮酸转运器位于线粒体内 膜，促进丙酮酸和线粒体基质中OH-进行 电中性交换，使丙酮酸进入线粒体基 质。
PPP途径化学历 程（2）
3
PPP途径化学历程（3）
2. 戊糖磷酸途径的特点和生理意义:
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《植物生理学习题集》第四章植物的呼吸作用Ⅰ教学大纲基本要求和知识要点一、教学大纲基本要求了解呼吸作用的概念及其生理意义；了解线粒体的结构和功能；熟悉糖酵解、三羧酸循环和戊糖磷酸循环等呼吸代谢的生化途径；熟悉呼吸链的概念、组成、电子传递多条途径和末端氧化系统的多样性；了解氧化磷酸化、呼吸作用中的能量代谢和呼吸代谢的调控；了解呼吸作用的生理指标及其影响因素；掌握测定呼吸速率的基本方法；了解种子、果实、块根、块茎等器官的呼吸特点和这些器官贮藏保鲜的关系，了解呼吸作用和光合作用的关系。
二、知识要点呼吸作用是一切生活细胞的基本特征。
呼吸作用是将植物体内的物质不断分解的过程，是新陈代谢的异化作用。
呼吸作用为植物体的生命活动提供了所需的能量，其中间产物又能转变为其他重要的有机物（蛋白质、核酸、脂肪等），所以呼吸作用就成为植物体内代谢的中心。
按照需氧状况将呼吸作用分为有氧呼吸和无氧呼吸两大类型。
在正常情况下，有氧呼吸是高等植物进行呼吸的主要形式，在缺氧条件下，植物进行无氧呼吸。
从进化的观点看，有氧呼吸是由无氧呼吸进化而来的。
高等植物的呼吸主要是有氧呼吸，但仍保留无氧呼吸的能力。
高等植物的呼吸生化途径、电子传递途径和末端氧化系统具有多样性。
呼吸代谢的多样性是植物在长期进化中形成的对多变环境适应的一种表现。
EMP-TCA- 细胞色素系统是植物体内有机物质氧化分解的主要途径，而PPP 、GAC 途径和抗氰呼吸在植物呼吸代谢中也占有重要地位。
呼吸底物的彻底氧化包括CO 2 的释放与H 2 O 的产生，以及将底物中的能量转换成ATP 。
EMP-TCA 途径只有CO 2 的释放，没有H 2 O 的形成，绝大部分能量还贮存在NADH 和FADH 2 中。
这些物质所含的氢不能被大气中的氧所氧化，而是要经过一系列可进行迅速氧化还原的呼吸传递体的传递之后，才能与分子氧结合生成水。
而作为生物体内“能量货币”的ATP 就是在与电子传递相偶联的磷酸化过程中大量形成。
因而，呼吸电子传递链和氧化磷酸化在植物生命活动中是至关重要的。
呼吸作用与植物各器官的生长与发育都有直接或间接的关系，凡是生长旺盛，生理活性高的部位都有强的呼吸强度。
植物呼吸代谢受着多种内、外因素( 主要是生理状态、温度、O 2 、CO 2 和水分) 的影响，为了保证植物生命活动的正常运转，就必须有一套应变调控措施。
许多研究结果表明，细胞内呼吸代谢主要是通过能荷以及关键酶的合成和活性的调节来实现的。
呼吸作用影响植物生命活动的全局，因而与农作物栽培、育种以及种子、果蔬、块根、块茎的贮藏都有着密切的关系。
我们可根据植物呼吸作用自身的规律采取有效措施，利用呼吸，控制呼吸，使其更好地服务于人类。
Ⅱ习题一、名词解释呼吸作用呼吸跃变P/O 巴斯德效应有氧呼吸无氧呼吸消失点抗氰呼吸磷酸戊糖途径无氧呼吸呼吸链温度系数伤呼吸呼吸商氧化磷酸化糖酵解乙醛酸循环呼吸速率末端氧化酶三羧酸循环二、写出下列符号的中文名称EMP TCA PPP HMP RQ DNP三、填空题1. 产生丙酮酸的糖酵解过程是（）和（）的共同途径。
2. 糖酵解的酶系定位于（）内，三羧酸循环酶系定位于（）内，呼吸链的组分定位于（）上。
3. 末端氧化酶有（）、（）、（）、（）和（）五种以上。
4. 抗坏血酸氧化酶是广泛存在于植物体内的一种含金属（）的氧化酶，存在于（）中或与（）结合。
5. 酚氧化酶是一种含金属（）的氧化酶，存在于（）、（）内，在烤烟时，要防止（），避免（）产生，以保证烟叶质量。
6. EMP 在（）中进行，TCA 在（）中进行，PPP 在（）进行。
7. EMP - TCA 途径中，CO 2 释放发生在（）中，具体反应部位是（）、（）、（）。
8. 若2 分子葡萄糖经线粒体彻底氧化，那么在EMP 中净生成（）分子ATP ，在TCA 中净生成（）分子ATP ，在呼吸链上净生成（）分子ATP 。
9. EMP-TCA 中脱氢部位为（）、（）、（）、（）、（）和（），催化相应脱氢反应的酶为（）、（）、（）、（）、（）和（）。
10. PPP 中CO 2 释放部位是（），脱氢部位是（）和（），催化两步脱氢的酶分别为（）和（），脱氢酶的辅酶为（）。
11. 呼吸商的功能在于指出（）和（），若呼吸底物为葡萄糖并彻底氧化时，RQ 为（），若底物为脂肪或蛋白质时，RQ 为（），若底物为局部氧化的有机酸时，RQ 为（）。
12. 呼吸链上偶联的ATP 形成部位为（）、（）和（）。
13. C 1 /C 6 比值变化可以反应呼吸途径的发生情况，如果只有EMP-TCA 途径发生，那么C 1 /C 6 应等于（），假若同时还有PPP 途径发生，则C 1 /C 6 应比（）。
14. 在乙醛酸循环中，有两处乙酰CoA 参与反应，一是在（）酶催化下，乙酰CoA 与草酰乙酸结合生成（），二是在（）酶催化下，乙酰CoA 与乙醛酸结合生成（）。
15. 有两类物质能够破坏氧化磷酸化作用，一类是解偶联剂，如（）和（），可使氧化与磷酸化解偶联，造成浪费性的无效呼吸。
另一类是电子传递抑制剂，如（）可阻断2H 从NADH 2 向FMN 传递，（）可阻断电子从Cytb 向Cytc 传递，（）、（）、（）等可阻断电子从Cyta 向Cyta 3 的传递。
16. 需要呼吸作用提供能量的生理过程有（）、（）、（）等，不需要呼吸作用直接提供能量的生理过程有（）、（）、（）等。
17. 通常用TTC 法测定植物根系或种子活力，TTC 的中文名称是（）18. 和TTC 反应后的根尖变成（）色，这是由于TTC 被还原产生了（），可用（）将其研磨提取。
19. 用TTC 比色法测定植物根系活力时，根系活力的单位是（）。
20. BTB 为酸碱指示剂，酸性条件下呈（）色，碱性条件下呈（）色。
21. 快速测定植物种子生活力的方法有：（）、（）和（）。
22. 用TTC 法测定种子生活力时观察到的现象是（）。
23. 用BTB 法测定种子生活力时观察到的现象是（）。
四、选择题1. 植物组织衰老时，PPP 途径在呼吸代谢途径中所占比例（）（1 ）下降（2 ）上升（3 ）维持一定水平（4 ）不一定2. 在植物正常生长的条件下，植物的细胞里葡萄糖降解主要是通过（）（1 ）EMP-TCA （2 ）PPP （3 ）EMP （4 ）TCA3. 在植物体内，油脂与糖可以发生相互转变，油脂转化为糖时，呼吸商（）（1 ）变小（2 ）变大（3 ）不变化（4 ）不确定4. 呼吸跃变型果实在成熟过程中，与呼吸速率增强密切相关物质是（）（1 ）酚类化合物（2 ）糖类化合物（3 ）乙烯（4 ）赤霉素5. 下列哪类植物呼吸作用最强（）（1 ）木本植物（2 ）草本植物（3 ）微生物（4 ）具有CAM 途径的植物6. 当植物组织从有氧条件下转放到无氧条件下，糖酵解速度加快，是由于（）（1 ）柠檬酸和ATP 合成减少（2 ）ADP 和Pi 减少（3 ）NADH+H + 合成增加（4 ）ATP 合成增加7. TCA 中，在底物水平合成的高能磷酸化合物是在下列哪一反应步骤中形成的（）（1 ）柠檬酸→α- 酮戊二酸（2 ）琥珀酰CoA →琥珀酸（3 ）琥珀酸→延胡索酸（4 ）延胡索酸→苹果酸8. 交替氧化酶途径的P/O 比值为：（）（1 ）1 （2 ）2 （3 ）3 （4 ）49. 存在于线粒体内的末端氧化酶是（）（1 ）酚氧化酶（2 ）黄素氧化酶（3 ）交替氧化酶（4 ）过氧化物酶10. 测定植物根系活力时，在装入根尖的小烧杯中除加入0.4%TTC 溶液外，还加入（）（1 ）保险粉（2 ）乙酸乙酯（3 ）蒸馏水（4 ）磷酸缓冲液（或缓冲溶液）11. 用TTC 法测定根系活力时，在37 ℃温箱保温1 小时后，立即加入1mol/L 的H 2 SO 4 。
其目的是为了（）（1 ）终止反应（2 ）便于研磨提取TTF（3 ）保持适宜pH 值（4 ）提供H + ，有利于反应1. （2 ）2. （1 ）3. （2 ）4. （3 ）5. （3 ）6. （1 ）7. （2 ）8. （1 ）9. （3 ）10. （4 ）11. （1 ）五、是非题1. CoQ 是呼吸链的组分之一，其作用就是传递电子。
（）2. 呼吸作用是一个消耗O 2 与释放CO 2 过程，所以不消耗O 2 的呼吸作用是不存在的。
（）3. 小麦感染锈病后，体内的酚氧化酶和抗坏血酸氧化酶的活性增高。
（）4. 提高外界CO 2 浓度可以抑制植物呼吸作用，因而在甘薯贮藏期间尽可能提高空气中CO 2 浓度，并使之处于缺氧环境中，对贮藏是有利的。
（）5. 所有的末端氧化酶都位于呼吸链末端。
（）6. 呼吸跃变是所有果实在成熟过程中表现出的呼吸现象。
（）7. 抗氰呼吸中能释放出较多的热量而合成ATP 却较少。
（）8. TCA 循环中不能产生高能磷酸化合物。
（）9. 有解偶联剂存在时，从电子传递中产生的能量会以热的形式散失。
（）10. 呼吸商越高，底物本身的氧化程度越低。
（）1. ×2. ×3. √4. ×5. ×6. ×7. √8. ×9. √10. ×六、问答题1.如何控制保鲜贮藏果实的呼吸跃变？2. 长时间的无氧呼吸为何会使植物受伤死亡？3. 机械损伤会显著加快植物组织呼吸速率的原因何在？4. 呼吸作用有哪些生理功能？5. 如何判断证明细胞组织中EMP-TCA 与PPP 途径所占比例？6. 呼吸作用与农作物栽培有何关系？7. 随着种子成熟呼吸减弱的原因是什么？8. 一般种子在萌发过程中呼吸商有何变化？为什么？9. 光合作用与呼吸作用有何联系和区别？10. 光呼吸与暗呼吸有何区别？11. 简述如何调节呼吸作用？12. 抗病植物感病后呼吸速率提高有何意义？13. PPP 有何生理意义？14. 抗氰呼吸有何生理功能？15. 呼吸作用与谷物种子贮藏的关系如何？Ⅲ参考答案一、名词解释呼吸作用是指生活细胞内的有机物质，在一系列酶的参与下，逐步氧化分解，同时释放能量的过程。
包括有氧呼吸和无氧呼吸两大类型。
有氧呼吸是指生活细胞在氧气参与下，将有机物质彻底氧化分解，放出CO 2 并形成水，同时释放能量的过程。
无氧呼吸是指生活细胞在无氧（或缺氧）条件下，将呼吸基质分解为不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。
呼吸商（亦称呼吸系数，简称RQ ）是指植物组织在一定时间内放出CO 2 与吸收O 2 的数量（体积或mol ）之比。
呼吸速率是常用的呼吸生理指标，通常以单位时间内，单位重量（干重、鲜重）或单位面积所释放出的CO 2 重量（或体积）或所吸收O 2 的重量（或体积）来表示。
呼吸跃变在某些果实成熟过程中，采收后，呼吸即降到最低水平，但在成熟之前，呼吸又进入一次高潮，几天之内达到最高峰，称做呼吸高峰；然后又下降直至很低水平。