植物呼吸代谢及能量转换
植物生理学课件第四章呼吸作用
物质代谢的枢纽。 TCA既是糖、脂类和氨基酸 等彻底分解的共同途径，其中间产物又是合成 糖、脂类和氨基酸的原料。
3. 戊糖磷酸途径（pentose phosphate pathway, PPP）
CO2+H2O
中间代谢产物是合成糖类、脂类、蛋白 质和维生素及各种次生物质的原料
二、生物氧化（biological oxidation）
生物氧化是指发生在生物体细胞线粒 体内的一系列传递氢、电子的氧化还原反 应。生物氧化过程中释放的能量一部分以 热能形式散失，一部分贮存在高能磷酸化 合物ATP中。
简称TCA）
TCA循环中 虽然没有O2的 参加，但必须 在有氧条件下 经过呼吸链电 子传递，使 NAD+ 和FAD、 UQ在线粒体中 再生，该循环 才可继续，否 则TCA循环就会 受阻。
三羧酸循环的生理意义：
（1）TCA是植物体获得能量的最主要形式。 使NAD+和FAD还原成NADH和FADH2。这些电子供
1. 为植物生命活动提供能量
需呼吸作用提供 能量的生理过程有： 离子的主动吸收和运 输、细胞的分裂和伸 长、有机物的合成和 运输、种子萌发等。
不需呼吸作用直 接提供能量的生理过 程有：干种子的吸胀 吸水、离子的被动吸 收、蒸腾作用、光反 应等。
2. 中间产物是合成重要有机物质的原料
呼吸作用的中间产物如，
如：细胞色素系统、铁硫蛋白、铁氧还蛋白等。
呼吸传递体中除 UQ外,大多数组分是与 蛋白质结合，以复合体形式嵌入膜内存在的。
植物线粒体的电子传递链位于线粒体 的内膜上，由五种蛋白复合体组成。
10 11 第八章 呼吸作用2
二 氧化磷酸化
1 氧化磷酸化 2 底物水平磷酸化 3 氧化磷酸化的解偶联和抑制
氧化磷酸化 在线粒体中，电子经电子 传递链传递到氧的过程，伴随自由能 的释放，用于ADP的磷酸化形成ATP。 氧化磷酸化机理 化学渗透学说。通 过线粒体膜上的ATP合酶复合物（复 合物V）合成ATP。
抗氰呼吸(放热呼吸) 末端氧化酶：细胞色素氧化酶 交替氧化酶
•是提供合成其他有机物所需的原料
•植物抗病免疫方面有着重要作用
常用的方程式
C6H12O6＋6O2＋6H2O → 6CO2＋12H2O
光合作用的逆过程
植物呼吸代谢途径
呼吸代谢过程包括底物的降解（底物氧 化）和能量产生（末端氧化）。
有氧呼吸和无氧呼吸
有氧呼吸 是指呼吸底物在有氧条件下，被 彻底氧化降解为H2O和CO2并产生大量能 量（ATP）的过程；
2 外界条件对呼吸速率的影响
（1）温度 呼吸作用有温度三基点，即最低、最适、最高点 呼吸温度最低点 大多数植物在0℃以下时已无呼 吸或仅有微弱呼吸。 冬小麦 呼吸温度最高点 一般在35-45℃。 使呼吸过程以最快的，且是持续稳定的速度进行 的温度，称为呼吸最适温度。温带植物呼吸作用 的最适温度一般在25℃-35℃之间。
膜间隙
鱼藤酮不敏感
线粒体基质
琥珀酸：UQ氧化还原酶
Cytc氧化酶
抗氰呼吸(交替途径）
在许多高等植物中，氰化物（CN-）、 叠氮化物（N3-）和一氧化碳（CO）对 呼吸的抑制作用很小，将这种对氰化物 等不敏感的呼吸作用称为抗氰呼吸（交 替途径）。
电子传递途径如下
NADH FMN-FeS UQ…………O2 FP Alternative Oxidase O2
参与生物氧化反应的有多种氧 化酶，其中处于呼吸链一系列氧化 还原反应最末端，能活化分子态氧 的酶被称为末端氧化酶(terminal oxidase)。
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。
绿色植物的呼吸作用
绿色植物的呼吸作用
绿色植物呼吸的作用在于将氧气分解成二氧化碳、水和其他的物质，植物的呼吸分为有氧呼吸和无氧呼吸，有氧呼吸是指吸收氧气生成葡萄糖，而无氧呼吸最重要的物质是酶，植物会在无氧呼吸下将少量物质和酶转换成酒精。
绿色植物呼吸的作用
植物的呼吸分为有氧呼吸和无氧呼吸，有氧呼吸通常会生成葡萄糖，无氧呼吸通常会生成酒精，那绿色植物的呼吸作用是什么呢。
绿色植物会在光合作用下吸收氧气，然后将氧气分解成二氧化碳、水和其他的物质。
有氧呼吸和无氧呼吸最大的区别在于转换生成的物质不同，有氧呼吸是高等动物或植物呼吸的主要形式，无氧呼吸过程中不需要氧气，多发生在植物身上。
绿色植物呼吸时会将吸收进去的气体，转换成可利用的能量。
呼吸作用对植物体本身的意义在于能分解出有机物，植物进行呼吸作用时最重要的物质是酶，酒精发酵的过程也能称为无氧呼吸，苹果之所以会腐烂，是因为它的果皮接受到了氧气，在自我进行无氧呼吸。
绿色植物白天和夜晚都会进行呼吸，进行呼吸作用时有氧呼吸比无氧呼吸产生的能量多，这是因为有氧呼吸是转换氧气形成的，而氧气中的物质较多。
有氧呼吸是在无氧呼吸的基础上进行的，很久之前动植物的呼吸形式只有无氧呼吸。
呼吸作用的代谢途径
丙酮酸的还原（去路）
乙醇发酵 COOH CH3 C O CHO CHOH CH3 CO2 CH3 起催化作用的酶分别是： 丙酮酸脱氢酶和乙醇脱氢酶 NADH2 NAD+
丙酮酸氧化放出二氧化碳。 TCA循环（三羧酸循环）
氧化磷酸化
底物水平磷酸化仅见于下列三个反应：
⑴ 3-磷酸甘油酸激酶 1,3-二磷酸甘油酸+ADP 3-磷酸甘油酸+ATP ⑵ 丙酮酸激酶 磷酸烯醇式丙酮酸+ADP 烯醇式丙酮酸+ATP ⑶ 琥珀酰硫激酶 琥珀酰CoA+H3PO4+GDP 琥珀酸+CoA+GTP
三磷酸鸟苷(GTP)参与蛋白质的合成
七、ATP的转换及利用
八、能荷(energy charge)
细胞中有许多酶的活力依赖于ATP／AMP或ATP／ADP浓度之比。在细胞中存在着ATP-ADP-AMP系统。此系统被称为腺苷酸库 可用能量载荷，简称能荷(energy charge)来表示。 [ATP]+1/2[ADP] [ATP]+[ADP]+[AMP]
-酮戊二酸脱氢酶系
该酶系包括三种不同的酶及六种辅助因子。 三种酶是-酮戊二酸脱羧酶、硫辛酸琥珀酰酰转移酶和二氢硫锌酸脱氢酶集成的复合体。 该酶系中的6种辅助因子是焦磷酸硫胺素(TPP)、CoA-SH、FAD、NAD+、硫辛酸和Mg2+。
三羧酸循环八步生化反应
第 五步 琥珀酰辅酶A在二磷酰鸟昔(GDP)和Pi参与下，生成琥珀酸和三磷酸鸟昔(GTP)。 催化的酶是：琥珀酰辅酶A合成酶
多酚氧化酶
抗坏血酸氧化酶
过氧化物酶与过氧化氢酶
乙醇酸氧化酶体系
（二）、呼吸链组分的排列顺序
植物的呼吸与能量转换
植物呼吸与光合作用：探讨植物呼吸与光合作用的相互影响，以及如何提高植物的能量转换效 率。
植物呼吸与生长：研究植物呼吸与生长的关系，以及如何通过调节呼吸来促进植物的生长和发 育。
植物呼吸与环境适应性：分析植物在不同环境下的呼吸变化，以及如何提高植物的适应性和生 存能力。
植物呼吸与其他生理过程：探讨植物呼吸与其他生理过程的相互关系，如植物激素、营养物质 运输等，以及这些相互关系对植物生长和发育的影响。
活动
合成有机物： 呼吸作用释放 的能量用于合 成有机物，如 蛋白质、核酸
等
促进生长：呼 吸作用产生的 能量和中间产 物可促进植物
生长和发育
抵抗逆境：呼 吸作用产生的 能量有助于植 物抵抗逆境， 如干旱、低温
等
植物呼吸能够提供能量，维持生命活动 植物呼吸能够调节体温，适应环境温度变化 植物呼吸能够促进水分吸收和运输，适应水分条件 植物呼吸能够影响植物形态结构，适应光照、土壤等环境条件
应用前景：通过优化植物呼吸过程，提高农作物的产量和品质
挑战：如何平衡植物呼吸与产量之间的关系，解决农业生产中的实际问题
未来研究方向：深入探究植物呼吸的分子机制，发掘更多具有应用价值的基因资源 跨学科合作：植物呼吸研究需要与农业、生物信息学等多学科领域进行交叉融合，共 同推进农业生产的可持续发展
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研究方向：探讨植物如何适应气候变化，提高抗逆性 研究重点：分析植物呼吸在温度、湿度等环境因素变化下的响应机制 研究目标：为培育适应气候变化的农作物提供理论支持，保障粮食安全 研究价值：为全球气候变化背景下的生态保护和可持续发展提供科学依据
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植物呼吸的遗传学研究：探索植物呼吸相关基因的变异和表达，以改良植物的 呼吸效率和抗逆性。
植物生理学植物的呼吸作用
3、没有丙酮酸氧化过程，缺乏新物质合成 的原料。
（3） CO2 CO2浓度增高, 呼吸受抑,
＞5％时，明显抑制, 土壤积累CO2可达4％～10％
（4）水分
➢种 子 含 水 量 是制约种子呼 吸强弱的重要 因素。
＜10％
呼吸开始 有氧呼吸 下降
无氧呼吸出现并 逐步增强，有氧 呼吸迅速下降。
过高? O2 过低?
无氧呼吸的消失点
氧饱和点 oxygen saturation point
氧 饱 和 点 与 温 度 有 关
长时间的无氧呼吸为什么会使植物受到伤害？
1、无氧呼吸产生酒精，酒精使细胞质的蛋 白质变性；
电子传递体包括细胞色素系统和某些黄素蛋白、铁硫蛋白 呼吸链传递体传递电子的顺序是： 代谢物→NAD+→FAD→CoQ→细胞色素系统→O2。
氢传递体包括一些脱氢酶的辅助因子， 主要有NAD＋、FMN、FAD、CoQ等。 它们既传递电子，也传递质子；
2.呼吸链上的传递体
H+
图示五种酶复合体
呼吸链的组成 呼吸链中五种酶复合体 (1)复合体Ⅰ(NADH:泛醌氧化还原酶) (2)复合体Ⅱ(琥珀酸:泛醌氧化还原酶) (3)复合体Ⅲ(UQH2 :细胞色素C氧化还原酶) (4)复合体Ⅳ(Cytc:细胞色素氧化酶) (5)复合体Ⅴ(ATP合成酶)
呼吸底物的含量 机械损伤
4.乙醛酸循环(glyoxylic acid cycle) GAC
脂肪
5.乙醇酸氧化途径 (glycolic acid oxidation pathway) GAP
水稻根系 H2O2
（二）电子传递途径的多样性
第4课 绿色植物的新陈代谢(2)
【典例 3】(2018·济宁)精准扶贫是当前新农村建设的首要任务，建 造塑料大棚生产有机农产品，可以有效促进农民增收。金乡白 梨瓜因无公害、肉质甜脆、口感清爽深受消费者青睐，如图 46 依次为叶片进行的三项生理活动过程，晴朗的夏季光合作用和 呼吸作用的强度以及大棚内二氧化碳含量的变化曲线。
图 46
【类题演练 1-1】(2019·娄底)如图 4-3，甲、乙两个实验装置均 在适宜温度、足够阳光的环境下进行，下列说法正确的是 ()
图 43 A．甲的红墨水滴向右边移动 B．乙的红墨水滴向右边移动 C．甲的红墨水滴不移动 D．乙的红墨水滴不移动
【解析】图甲植物因缺少二氧化碳，故只进行呼吸作用， 呼吸作用消耗氧气，产生的二氧化碳被氢氧化钠溶液吸 收，故装置内的气压减小，红墨水滴向左移动。图乙中植 物光合作用强度大于呼吸作用强度，钟罩内二氧化碳含量 减少，故碳酸氢钠分解产生二氧化碳，补充光合作用消耗 的二氧化碳，而光合作用产生的氧气使装置内的气压增 大，玻璃管中的红墨水滴向右移动。 【答案】 B
1．(2019·台湾)小帆想知道某一植株在不同环境条件下，
叶片进行光合作用速率的快慢，依据下列数据进行推
测，最合理的是
()
A．单位时间内产生氧气的量
B．单位时间内消耗叶绿素的量
C．单位时间内消耗葡萄糖的量
D．单位时间内产生二氧化碳的量 【答案】 A
2．(2019·南充)如图 4-1 是植物叶片的生理活动示意图，下
专题一 光合作用和呼吸作用的物质变化
光合作用、呼吸作用和蒸腾作用是植物的三大生理作 用。光合作用利用水和二氧化碳合成有机物和氧气，而呼 吸作用利用氧气分解有机物产生水和二氧化碳，我们根据 产物的不同，可以判断植物发生的变化属于何种作用。
植物生理学ppt课件ch4 植物的呼吸作用
在植物中普遍存在，其中以蔬菜 和果实（特别是葫芦科果实）中较多。 这种酶与植物的受精过程有密切关系， 并且有利于胚珠的发育。
（属。黄素氧化酶 存在于乙醛酸循环体中，能把脂肪 酸氧化分解，最后形成过氧化氢。 过氧化氢在过氧化氢酶催化下放出 氧和生成水。
oxidase）
最主要末端氧化酶。含铜和铁，它的 作用是把细胞色素a3的电子传给氧分子， 激活分子氧，与质子（H+）结合生成水。
（2）交替氧化酶（altemate oxidase）
位于内膜UQ和复合体Ⅲ之间， 含铁，它可以绕过复合体Ⅲ和Ⅳ把电 子传递给氧分子，形成H2O，所以它 对氰化物不敏感，故又称这种呼吸为 抗氰呼吸（cyanide resistant respiration）。
呼吸链就是电子传递链 （electron transport chain）。
组成呼吸链的传递体可分为 氢传递体和电子传递体。
氢传递体
传递氢（包括质子和电子，以 2H++2e-表示）它们是作为脱氢酶的辅助 因子，有下列几种：
(1)NAD（即辅酶Ⅰ） (2)NADP（即辅酶Ⅱ） (3)黄素单核苷酸（FMN） (4)黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）
第一节 呼吸作用的概念、 生理意义和场所
1. 呼吸作用的概念
1） 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。
C6H12O6+6O2
6CO2+6H2O+能量
△G’=2870KJ
因为氧在呼吸过程中不直接与葡萄糖
复合体Ⅰ
组成 NADH脱氢酶 FMN 3个Fe-S蛋白
生物光合作用和呼吸作用反应方程整理
生物光合作用和呼吸作用反应方程整理生命体内的光合作用和呼吸作用是生物体内发生的两个反应，它们分别负责着生物体的能量供应和废物排出。
光合作用和呼吸作用的反应方程式是理解生命科学的重要基础，下面我们将详细讲解它们的反应方程式。
一、光合作用反应方程光合作用是指绿色植物和一些原生生物能够利用光能进行化学合成反应产生能量，并释放出氧气。
反应方程式如下：6CO₂ + 6H₂O + 光能→ C₆H₁₂O₆ + 6O₂这是一个充满魅力的反应方程式，它代表了植物和生物体内进行的重要代谢反应，也是地球存在的理由。
这个反应方程式中，二氧化碳和水受到光照刺激，并经过多道反应生成了葡萄糖和氧气。
其中，葡萄糖是植物和生物体内储存的主要能源，氧气则被释放到大气中，维持了地球大气中的氧气浓度。
二、呼吸作用反应方程呼吸作用是指生物体内一种重要的代谢反应，能够氧化食物和糖分并将其转化为能量。
反应方程式如下：C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 能量这个反应方程式中，葡萄糖和氧气作为反应物，经过一系列反应产生了二氧化碳、水和能量。
其中，能量被生物体用来进行各种生理活动。
呼吸作用是生命体内的一个重要过程，也是生命体内体力和智力能够持续进行的原因。
三、光合作用和呼吸作用的关系光合作用和呼吸作用都是生命体内的代谢过程，它们之间存在着一种相互关系。
光合作用是利用光能将CO₂和H₂O转化为葡萄糖，呼吸作用则是将葡萄糖转换为能量。
因此，光合作用和呼吸作用是一种循环，植物通过光合作用获得能量和氧气，生物体则通过呼吸作用将食物和糖分转换为能量，并将排出的二氧化碳和水再次提供给植物进行光合作用，形成了一个良性循环。
综上所述，生命体内的光合作用和呼吸作用是生命活动中不可或缺的两个过程，它们之间形成了一种自己的循环，相互促进和协调。
掌握反应方程式可以帮助我们更好地理解生命科学的本质，为相关领域的学习和研究提供了重要的基础。
第4章 植物的呼吸作用习题与题解(08级园艺、设施)1
第4章植物的呼吸作用基本内容：4 .1 . 呼吸作用的概念及其生理意义呼吸作用是生活细胞在一系列酶的催化下，把作为呼吸底物的有机物进行氧化分解并释放能量的过程。
呼吸作用按照其需氧情况，可分为有氧呼吸和无氧呼吸两大类型。
在正常情况下，有氧呼吸是植物进行呼吸的主要形式，但至今仍保留着无氧呼吸的能力，在缺氧条件下，植物可以进行短暂的无氧呼吸。
呼吸作用是高等植物的重要生理功能。
呼吸作用停止，就意味着生物体的死亡。
1.呼吸作用将植物体内的有机物质不断氧化分解，并将释放出的能量通过氧化磷酸化作用转换成ATP，供植物体内其它生理活动所需要；2.呼吸代谢的许多中间产物是植物体内氨基酸、蛋白质、脂肪、激素、次生代谢物质合成的原料。
所以，呼吸作用是植物体内物质代谢与能量代谢的中心。
3.呼吸作用可以增强植物的抗病能力。
4.提供还原力(NADH 、NADPH)，用于物质合成过程等。
4. 2 呼吸代谢多条途径呼吸作用通过多条途径控制其他生理过程的运转，同时，呼吸作用本身又受到基因和环境因素的调控。
呼吸代谢的多样性是植物长期进化过程中形成的一种对多变环境的适应性表现。
呼吸代谢多条路线理论的内容包括三个多样性：1.呼吸化学途径的多样性包括有EMT`、PPP、TCA、GAC等。
EMP-TCA循环是植物体内有机物质氧化分解的重要途径，而PPP途径和抗氰呼吸在植物呼吸代谢中也占有重要地位。
在植物衰老时，PPP会加强，植物感病时、跃变型果实抗氰呼吸会加强。
有氧呼吸和无氧呼吸的共同途径是糖酵解。
2 呼吸链电子传递途径多样性，包括主链细胞色素系统、抗氰支路等。
3 呼吸作用末端氧化系统多样性，包括细胞色素氧化酶、抗氰氧化酶、酚氧化酶、抗坏血酸氧化酶、乙醇酸氧化酶。
植物依赖于呼吸代谢多样性，适应于复杂、多变的环境条件。
4. 3 电子传递与氧化磷酸化呼吸链传递体可以把代谢物脱下的电子有序地传递给氧生成水。
呼吸传递体有两大类：氢传递体(NAD、FMN、FAD、UQ)和电子传递体(细胞色素系统、铁硫蛋白)。
动植物的呼吸作用
动、植物的呼吸作用呼吸作用是维持所有动、植物生存的基本的能量转换作用，它是指生物体内的有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，最终生成二氧化碳或其他产物，并且释放出能量的总过程。
并且，它分为有氧呼吸和无氧呼吸。
在本文将从呼吸作用的作用体、作用过程、意义来阐明呼吸作用。
众所周知，有氧呼吸发生于各个细胞的线粒体中。
据科学家研究，线粒体是属于一种本身具有ＤＮＡ和遗传物质的半自主的细胞器。
由此，科学家推测，在远古时代，存在一种以氧气、糖类合成能量——三磷酸腺苷（ATP）的某种细菌，在一定巧合下，它被我们真核动物的祖先但并没有酶解。
形成了现在的由两层膜包被，外膜平滑，内膜向内折叠形成嵴，两层膜之间有腔，线粒体中央是基质，基质内含有与三羧酸循环所需的全部酶类，内膜上具有呼吸链酶系及ATP酶复合体的线粒体。
线粒体外膜是位于线粒体最外围的一层单位膜，厚度约为6-7nm。
其中磷脂与蛋白质的质量为0.9:1，与真核细胞细胞膜的同一比例相近。
线粒体外膜中酶的含量相对较少，其标志酶为单胺氧化酶。
它主要参与诸如脂肪酸链延伸、肾上腺素氧化以及色氨酸生物降解等生化反应，它也能同时对那些将在线粒体基质中进行彻底氧化的物质先行初步分解。
而线粒体膜间隙是线粒体外膜与线粒体内膜之间的空隙，宽约6-8nm，其中充满无定形液体。
它相较外膜膜通透性较低，所以线粒体膜间隙内容物的组成与细胞质基质十分接近，含有众多生化反应底物、可溶性的酶和辅助因子等。
线粒体膜间隙中还含有比细胞质基质中浓度更高的腺苷酸激酶、单磷酸激酶和二磷酸激酶等激酶，其中腺苷酸激酶是线粒体膜间隙的标志酶。
线粒体的内膜较为重要，它是能量合成的主要场所。
它是位于线粒体外膜内侧、包裹着线粒体基质的单位膜。
线粒体内膜含有比外膜更多的蛋白质（超过151种，约占线粒体所含所有蛋白质的五分之一），所以承担着更复杂的生化反应。
存在于线粒体内膜中的几类蛋白质主要负责以下生理过程：特异性载体运输磷酸、谷氨酸、鸟氨酸、各种离子及核苷酸等代谢产物和中间产物；内膜转运酶运输蛋白质；参与氧化磷酸化中的氧化还原反应；参与ATP 的合成；控制线粒体的分裂与融合。
生命科学第4讲绿色植物的物质和能量转换
化学能转换为生物能
过程
生物能是生命体通过化学反应所释放的能量。在细胞呼吸过程中，有机物在细胞内经过 一系列的氧化还原反应，释放出其中的化学能，供细胞代谢和维持生命活动所需。
场所
细胞呼吸主要在线粒体中进行，线粒体是细胞内的“动力工厂”，负责提供能量。
意义
细胞呼吸是生物体内最基本的化学反应之一，它为细胞提供了能量，支持了生命活动的 进行。
促进物质循环
绿色植物作为分解者，参与有机物的 分解和物质的循环，对维持生态系统 的物质平衡具有重要作用。
04
CATALOGUE
绿色植物的未来应用
在农业上的应用
提高粮食产量
通过基因工程和育种技术，培育出抗逆性强 、产量高的农作物品种，提高粮食生产的效 率。
改善农产品品质
利用转基因技术改良农作物的营养成分和口感，满 足消费者对高品质农产品的需求。
和生态功能。
在新能源开发中的应用
生物质能
利用植物的光合作用和生物质资源，生产生物质能，替代化石能 源。
生物燃料
利用植物油、动物脂肪等生物质资源，生产生物燃料，减少对化 石燃料的依赖。
生物质材料
利用植物纤维和其他生物质资源，生产可降解的生物质材料，替 代塑料等不可降解材料。
THANKS
感谢观看
减少农药使用
通过生物防治和天敌引入等生态农业技术， 降低农药气净化
01
利用植物的吸收和转化功能，降低空气中的污染物浓度，改善
空气质量。
水体净化
02
利用植物的吸收和过滤作用，去除水体中的有害物质，净化水
源。
土壤修复
03
利用植物的生长和代谢过程，修复受损的土壤，提高土壤肥力
绿色植物在生态系统中的作用
植物循环生理过程
植物循环生理过程植物的循环生理过程是植物生命活动的重要组成部分，包括光合作用、呼吸作用、蒸腾作用、水分吸收与运输、养分吸收与运输、生长与发育以及物质合成与分解等。
这些过程相互联系、相互影响，共同维持植物的正常生理功能。
1. 光合作用光合作用是植物利用光能将二氧化碳和水转换成有机物和氧气的过程。
这个过程是植物生长和发育的基础，也是地球上生物圈中氧气的主要来源。
光合作用释放的氧气供动物呼吸，同时植物通过光合作用将太阳能转化为化学能，为植物的生长和发育提供能量。
2. 呼吸作用呼吸作用是植物细胞在氧气的作用下，将有机物分解成二氧化碳和水，并释放能量的过程。
这个过程是植物生命活动中必不可少的环节，它为植物的生长和发育提供能量。
3. 蒸腾作用蒸腾作用是植物吸收和运输水分的主要动力，它有助于植物保持水分平衡，调节温度，并促进水分和养分的吸收与运输。
4. 水分吸收与运输植物通过根系吸收水分，然后通过木质部导管将水分运输到地上部分。
这个过程需要能量的支持，而蒸腾作用提供了这种能量。
5. 养分吸收与运输植物通过根系吸收养分，如氮、磷、钾等矿物质和微量元素。
这些养分通过根部导管运输到植物的各个部分，用于合成蛋白质和其他重要的有机物。
6. 生长与发育植物的生长与发育是一个复杂的过程，涉及到细胞分裂、伸长和分化等。
这些过程受到许多内部和外部因素的影响，如光照、温度、水分和养分等。
7. 物质合成与分解植物通过光合作用和其他生化过程合成有机物，如碳水化合物、蛋白质和脂肪等。
同时，植物也通过分解代谢过程分解这些有机物，为生命活动提供能量和养分。
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。
植物的呼吸作用
2、呼吸作用与果蔬的保鲜
3、呼吸作用与作物栽培
1、呼吸作用与种子贮藏 含水量一般油料种子8％～9％以下，淀粉种子12％～ 14％时，种子中原生质处于凝胶状态，呼吸酶活性低，
呼吸极微弱，可以安全贮藏——安全含水量。
当含水量油料种子达10％～11％，淀粉种子达到15
酵母菌的酒精发酵是酿酒工业中的主要生物化学过程。 厌氧下每分子葡萄糖经酒精发酵后产生 2分子乙醇、2分子CO2和2分子 ATP。 C6H12O6 +2ADP+2H3PO4 酶 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP +2H2O
2、乳酸发酵：在含有乳酸脱氢酶的组织里，丙酮酸便被NADH还原为
释放的CO2（mol） 吸收的O2（mol）
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 C6H12O6 + 6O2 →6CO2+6H2O RQ = 6/6 = 1.0
2、以脂肪或其它高度还原的化合物为呼吸底物，氧化过程中脱下的氢相对较多 (H/O比大) ，形成H2O时消耗的O2多，呼吸商小于1，如以棕榈酸作为呼吸底物，： C16H32O2 + 23O2 →16CO2+16H2O RQ=16/23 = 0.7
有 生活细胞利用分子氧(O2),将某些有机物彻底氧化分解,形成CO2和 H O，同时释放能量的过程。 氧 2 C6H12O6+6O2 酶 6CO2+6H2O △G°′= -2870kJ·mol-1 呼 (△G 是指pH为7时标准自由能的变化) 吸
°′
类 型 无 酒精发酵: 高等植物 氧 呼 C6H12O6 酶 2C2H5OH+2CO2 △G°′= -226 kJ·mol-1 吸 乳酸发酵：动物及马铃薯、甜菜块根玉米胚和青贮饲料
植物的呼吸作用(共80张PPT)
2、氧化脱羧阶段
柠檬酸 →→→
→ 琥珀酸(4C) + 2CO2
3、OAA的再生
琥珀酸 →→→ OAA
小结
三羧酸循环特点
• （1）丙酮酸脱羧形成CO2，是有氧呼吸释放CO2的主要来源， 并且释放的中CO2的氧不是直接来自空气中的氧。
• （2）琥珀酰CoA形成琥珀酸时通过底物磷酸化生成ATP （能量的
2、复合体II：
琥珀酸脱氢酶
FAD
3个Fe-S中心
功能 催化琥珀酸氧化
为延胡索酸，并将H转 移到FAD生成FADH2， 然后再把H转移到UQ生 成UQH2。
3、复合体III：
细胞色素bc1复合物
UQH2 Fe-S中心
Cytb Cytc1
功能 催化电子从UQH2经 Cytb→FeS→Cytc1传递到Cytc，这
B. 乳酸发酵
在无氧条件下, 丙酮酸被直接还原为乳酸的过程。
二、呼吸作用的生理意义
1、为生命活动 提供能量；
2、为其它合成 代谢提供原料 。
第二节 植物的呼吸代谢途径
• 呼吸代谢途径的多样性 • 1、糖酵解途径-细胞质 • 2、三羧酸循环-线粒体 • 3、戊糖磷酸途径-细胞质和质体
一、糖酵解(EMP途径)
1、有氧呼吸：指生活细胞利用分子氧将体内的某
些有机物质彻底氧化分解, 放能量的过程。
形成CO2和H2O,同时释
能量的去向？
2、无氧呼吸：一般指生活细胞在无氧条件下利用有机物
分子内部的氧,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。（发酵作用）
A. 酒精发酵
在无氧条件下, 丙酮酸脱羧生成CO2和乙醛 ，乙醛再被还原为乙醇的过程。
植物呼吸现象表达式
植物呼吸现象表达式
植物呼吸作用的表达式可以概括为：氧气+ 有机物（如葡萄糖、淀粉）→ 二氧化碳+ 水+ 能量。
具体来说，植物呼吸是一个释放能量的化学过程，这一过程主要在细胞内的线粒体中进行。
在有氧条件下，植物利用氧气将储存能量的有机物质（比如葡萄糖）氧化分解，产生二氧化碳、水以及三磷酸腺苷（ATP），即能量的货币形式。
这个过程对于植物的生命活动至关重要，因为它提供了必要的能量来支持植物的生长、维持细胞结构、进行营养物质的运输和吸收等生命活动。
此外，植物呼吸与光合作用是相互依赖的过程。
在白天，植物通过光合作用吸收二氧化碳和水，并在阳光的帮助下转化为有机物和氧气；而在夜间或无光条件下，植物则通过呼吸作用消耗这些储存的有机物，释放出二氧化碳和水，并产生用于生命活动的能量。
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1.线粒体内的末端氧化酶
细胞色素氧化酶植物体内最主要的末端 氧化酶，其作用是将Cyta中的电子 传递给O2，它与O2的亲和力最高。
在幼嫩组织中较活跃，在成熟组织 中活性较小。通常呼吸作用中耗氧 量的80%由这种酶承担。该酶易受 CN-、CO和N3-的抑制。
抗氰氧化酶 又名交替氧化酶，将UQH2
质体
一 淀粉和蔗糖的降解
（一）淀粉的降解 淀粉是植物最重要的储藏多糖。 淀粉降解可通过淀粉磷酸化分解 和淀粉水解。
淀粉 叶绿体/淀粉体 葡萄糖
蔗糖 细胞质 葡萄糖/果糖
糖酵解途径
糖酵解途径（EMP途径）：葡
萄糖或淀粉经过一系列无氧的氧化 过程而分解成为丙酮酸的代谢途径 （在细胞质中进行）。
有氧呼吸和无氧呼吸
有氧呼吸是指呼吸底物在有氧条件下，
被彻底氧化降解为H2O和CO2并产生 大量能量（ATP）的过程； 无氧呼吸是在无氧或缺氧的条件下，
呼吸底物被部分氧化分解（不被彻底
氧化为H2O和CO2）并只有较少能量 产生的过程，高等植物进行无氧呼吸
时产生乳酸或乙醇。
呼吸作用的生理指标
呼吸商（RQ）：呼吸底物在呼吸
丙酮酸在线粒体中经过三羧酸 循环彻底氧化降解生成CO2和H2O。
磷酸戊糖途径的特点 （1）在细胞质中进行； （2）主要中间产物是五碳糖。
五 电子传递和氧化磷酸化作用
一、电子传递链 二、氧化磷酸化 三、抗氰呼吸 四、末端氧化系统的多样性 五、呼吸作用中的能量代谢
一、电子传递链
电子最终经细胞色素氧化酶传递给氧，形成水。
C6H12O6 + 6 O2 +6 H2O → 6 CO2 + 12 H2O
呼吸作用的生理意义
（1）为植物生命活动提供能量 （2）为植物体内其他重要有机物
质合成提供原料，是植物代 谢的中心 （3）在植物抗病免疫方面起重要 作用。
植物呼吸代谢的途径
呼吸代谢过程包括底物的降解 （底物氧化）和能量产生（末 端氧化）。
葡萄糖 ＋ 2NDA+ + 2ADP2- + 2H2PO4- 2丙酮酸 ＋ 2NADH + 2H+ + 2ATP3- + 2H2O
三羧酸循环
植物线粒体 圆柱体和椭球 体，一个植物 细胞含有大约 数百个线粒体。
糖酵解产生的丙酮酸通过丙酮 转运器输入线粒体基质。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。
若呼吸底物为有机酸等氧化程 度较高的物质中呼吸商的变化
二、内部因素对呼吸速率的影响
不同植物，呼吸速率不同；同一植物的 不同器官或组织，或不同发育时期的同 一器官呼吸速率不同。
三、外界条件对呼吸速率的影响
1. 温度 2. O2 3. CO2 4. 水分含量
四、末端氧化系统的多样性
参与生物氧化反应的有多种氧 化酶，其中处于呼吸链一系列氧 化还原反应最末端，能活化分子 态氧的酶被称为末端氧化酶 (terminal oxidase)。
1.线粒体内的末端氧化酶 ① 细胞色素氧化酶 ② 抗氰氧化酶（交替氧化酶）
2. 线粒体外的末端氧化酶 ① 酚氧化酶 ② 抗坏血酸氧化酶 ③ 乙醇酸氧化酶
要求：掌握呼吸作用的概念和生 理意义，植物呼吸代谢途径的特 点及调控，植物呼吸作用和农业 生产的关系。 重点：植物呼吸代谢的多样性， 呼吸作用在农业生产中的应用。
第一节 呼吸作用的概念 第二节 植物呼吸代谢途径 第三节 呼吸代谢的调控 第四节 影响植物呼吸的因素
第一节 呼吸作用的概念
植物的呼吸作用：植物以碳水化合 物为底物，经过呼吸代谢途径降解， 产生能量和各种中间产物，供给其 他生命活动过程的需要。
②抵御逆境
③分流电子 当呼吸底物积累大于生长、储
存、ATP合成需要时，通过该途 径将多余能量消耗掉。
2. 线粒体外的末端氧化酶
多酚氧化酶：是含铜的酶，存在于 质体和微体中，催化酚类物质为醌 类物质。
在日常生活和生产活动中，经常 要采取一些措施抑制褐变，或利用 酚氧化酶的活动产生特定的颜色。
抗坏血酸氧化酶
常用的单位有 mol·g-1·h-1。
呼吸商(respiratory Quotient RQ)：
指植物组织在一定时间内放出 CO2的量与吸收O2的量之比值， 又称为呼吸系数。
RQ＝放出CO2量 吸收O2量
当呼吸底物为碳水化合物且又 被彻底氧化时，其RQ为1；
当呼吸底物为脂肪(脂肪酸)、 蛋白质等分子中含还原程度较 高的物质时，RQ＜1；
含铜氧化酶，位于细胞质或与细胞壁 相结合。
催化抗坏血酸脱氢反应，生成脱氢 抗坏血酸，脱下的氢传给氧生成水。
乙醇酸氧化酶：
一种黄素蛋白，存在于过氧化体 中，催化乙醇酸氧化为乙醛酸的 反应，在光呼吸中起重要作用。
过氧化物酶与过氧化氢酶
过氧化物酶催化H2O2对芳香族胺 类或酚类化合物的氧化。 过氧化氢酶催化H2O2的分解。
过程中所释放的CO2的量和吸收的O2 的量间的比值。 呼吸商（RQ）＝ 释放的CO2的量
吸收的O2的量
糖（RQ）＝ 1 油脂/蛋白质（RQ）< 1
呼吸强度
呼吸强度/呼吸速率：单位质量的
呼吸材料在单位时间内进行呼吸所消 耗的O2或释放的CO2的量。
第二节 植物呼吸代谢途径
1、淀粉和蔗糖的降解 2、糖酵解途径 3、三羧酸循环 4、磷酸戊糖途径 5、电子传递链 6、氧化磷酸化
第三节 呼吸代谢的调控（自学）
第四节 呼吸作用的生理指标 及其影响因素
一、生理指标 二、内部因素对呼吸速率的影响 三、外界条件对呼吸速率的影响
一、生理指标
1.呼吸速率
2.呼吸商(respiratory Quotient RQ)
呼吸速率：
植物材料以单位重量（鲜重、 干重）或蛋白氮等为基础，在 一定时间内所放出的CO2的量或 吸收的O2的量。
的电子传递给O2，该酶对O2的 亲和力高。
抗氰呼吸
高等植物存在着氰化物不敏感 的呼吸，即在氰化物存在时仍 有一定呼吸作用，称为抗氰呼 吸（交替途径）。
抗氰呼吸电子传递途径如下：
NADH FMN-FeS UQ…………O2
FP 交替氧化酶 O2
抗氰呼吸的生理意义： ①有利于传粉和种子萌发（放热）
天 南 星 科 植 物 的 佛 焰 花 序