代谢速率-强度等生理指标的科学界定

代谢速率\强度等生理指标的科学界定

摘要针对现行生物学教材与教学中误用、混淆代谢速率、强度的问题，提出并倡导用单位时间内底物的减少量或产物的生成量测度代谢反应的速率，如光合速率、呼吸速率；用单位生物量的反应速率测度代谢反应的比速率，即代谢强度，如光合作用强度、呼吸作用强度。

AbstractAccording to the misusage and confusion of metabolism rate，intensity in biological textbooks and teaching，the paper pointed out and advocated that metabolism rate，such as photosynthetic rate，respiratory rate，which was defined as the decrement of reactant or the gain of product within unit time.Metabolism intensity，such as photosynthetic intensity，respiratory intensity，which was defined as the metabolism rate per unit biomass，namely，specific metabolism rate.

Key wordsmetabolism rate；metabolism intensity；scientific definition

新陈代谢是生命现象里的重要属性，包括物质和能量转换2个方面。绝大多数生物活动能量归根结底来自太阳能，依靠绿色植物、蓝藻的光合作用进行光合磷酸化，将太阳能转变为活跃的化学能ATP和NADPH，进而以稳定的化学能形式如糖储存。推动生理活动的代谢能ATP，则主要靠呼吸作用（细胞暗呼吸）以氧化磷酸化、底物水平磷酸化的机制产生。

我国近30年来的生物学教材用光合速率、光合强度、呼吸速率、呼吸强度作为定量评价的生理指标，从字面上理解其中的速率、强度，完全可以反映出代谢反应的快慢和强弱，但其内涵却是这样定义的：光合速率是单位时间内单位叶面积的光合作用活动[1-2]。光合速率（Photosynthetic rate）是指单位时间、单位叶面积吸收CO2的量或放出O2的量[2-3]。光合强度（Photosynthetic intensity）是植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。可以这样理解[2]：光合作用速率是针对单位时间、单位叶面积吸收CO2的量或放出O2的量，光合作用强度是针对单位时间内制造糖类的数量，由于吸收CO2的量或放出O2的量与制造糖类的量之间具有一定的数量关系，若制造的糖类是葡萄糖时，吸收6个分子的CO2，可制造1个葡萄糖分子。因此，这2个概念没有本质区别，只是测定的角度不同。对呼吸作用进行测量的呼吸速率、强度的定义和对光合作用的描述如出一辙，呼吸速率（Respiratory rate）又称呼吸强度（Respiratory intensity），通常以单位时间内单位鲜重或干重植物组织或原生质释放的CO2量（QCO2）或吸收O2的量（QO2）来表示[3]。

上述教材、教学对代谢速率、强度的量度定义、理解，存在误用和混淆等问题。无论是光合作用还是呼吸作用，其中的代谢反应都是化学反应—生物化学反应，那么对反应速率的定义不应该有双重标准，只能执行统一的标准[4-7]。假定一个代谢反应如下：

A+B=C+D

式中：A、B为代谢反应底物；C、D为反应产物。则有：

V=-dA/dt=-dB/dt=dC/dt=dD/dt

式中：V为代谢反应速率，表示代谢反应的快慢；dA、dB为单位时间dt 内反应底物的减少量；dC、dD 为单位时间dt内反应产物的生成量。另有：

Q=V/S

式中：Q为代谢反应比速率，表示代谢反应的强度；V为代谢反应速率，表示代谢反应的快慢；S表示生物量。

把上述生物代谢反应速率、比速率的统一定义标准应用于生物代谢生理指标的评价，即反应速率是单位时间内底物的减少量或产物的生成量，表示代谢反应的快慢。光合速率、呼吸速率采用这种定义就不会产生疑议。

讨论特定的代谢生理活动，如光合作用，为了使2种不同生物个体的反应速率有共同比较的基础，需要引入比速率的概念，即单位生物量的反应速率，比速率用以表示代谢反应的强度。其中的生物量可用叶面积、鲜重或干重等来表示。用比速率度量光合作用、呼吸作用，才是众所周知的光合强度、呼吸强度的真实含义。

通过这种科学界定，可以明确区分光合速率与光合强度、呼吸速率与呼吸强度，避免歧义与混淆，从而方便教学，也比较容易辨析。

参考文献

[1] 吴相钰，陈守良，葛明德.陈阅增普通生物学[M].3版.北京：高等教育出版社，2009：77.

[2] 张鸿亮.光合作用的几个概念辨析[J].生物学教学，2007，32（6）：77.

[3] 李合生.现代植物生理学[M].2版.北京：高等教育出版社，2006：136，182.

[4] 金金，刘程惠，胡文忠，等.不同贮藏温度对鲜切甘薯呼吸代谢及营养成分的影响[J].保鲜与加工，2010（4）：28-32.

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