06 第五章 植物的呼吸作用.ppt

第1页：呼吸作用的概念和生理意义

• 呼吸作用的概念和生理意义
• 呼吸代谢的多样性
• 呼吸作用的指标及影响因素
• 呼吸作用与农业生产第五章植物的呼吸作用

第2页：

第3页：概念是指生活细胞内的有机物

概念是指生活细胞内的有机物

一.概念是指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。§4-1.呼吸作用的概念和意义

第4页：有氧呼吸

1.有氧呼吸OH2O

第5页：无氧呼吸

2.无氧呼吸

第6页：生理意义

二.生理意义

第7页：为植物生命活动提供能量和还原力

1.为植物生命活动提供能量和还原力NADHNADPHFADH2

第8页：中间产物是合成重要有机物质的原料植物激素

2.中间产物是合成重要有机物质的原料植物激素

第9页：植物受到病菌侵染或受伤时，呼吸速率升高

植物受到病菌侵染或受伤时，呼吸速率升高，分解有毒物质或促进伤口愈合。伤呼吸，加速木栓化或木质化，减少感染促进具有杀菌作用的绿原酸、咖啡酸等的合成，增强免疫能力。3.在植物抗病免疫方面有重要作用

第10页：呼吸代谢的多样性◆植物呼吸代谢并不只有一

§4-2.呼吸代谢的多样性◆植物呼吸代谢并不只有一种途径。植物、器官或组织、生育时期、环境条件◆汤佩松(1965)：提出呼吸代谢多条线路的观点，主题思想是阐明呼吸代谢与其它生理功能之间控制与被控制的相互制约的关系。

第11页：呼吸代谢生化途径的多样性

• 呼吸代谢生化途径的多样性
• 电子传递途径的多样性
• 末端氧化酶的多样性
• 呼吸代谢多样性的内容

第12页：呼吸代谢生化途径的多样性

• 呼吸代谢生化途径的多样性
• EMP
• 无氧呼吸
• TCA循环
• PPP
• GAC
• 乙醇酸氧化途径

第13页：植物体内主要呼吸代谢途径相互关系示意图

植物体内主要呼吸代谢途径相互关系示意图

第14页：PEP1．糖酵解

PEP1．糖酵解（Glycolysis）EMPC6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2CH3COCOOH + 2NADH + 2ATP + 2H+ + 2H2O细胞浆ATPNADH

第15页：反应物是葡萄糖，产物是丙酮酸

• 反应物是葡萄糖，产物是丙酮酸，没有彻底氧化
• 产生的能量少，但其中许多物质是细胞代谢的重要中间物。2个NADH2，2个ATP
• 不需要O2
• 糖酵解的控制点：（不可逆反应部位）糖酵解特点磷酸果糖激酶（PFK，Phosphofructokinase）丙酮酸激酶（Pyruvate Kinase）已糖激酶（Hexokinase）糖异生

第16页：Tyr的命运

Tyr的命运

第17页：无氧呼吸

无氧呼吸（Anaerobic Respiration）

第18页：

第19页：丙酮酸脱氢酶复合体：丙酮酸脱羧酶

丙酮酸脱氢酶复合体：丙酮酸脱羧酶，二氢硫辛酸转乙酰基转移酶，二氢硫辛酸脱氢酶，CoA-SH，FAD，NAD+，硫辛酸，Mg2+ , 硫胺素焦磷酸（TPP+）丙酮酸生成乙酰COA：EMP—TCA的纽带

第20页：三羧酸循环

2.三羧酸循环（TCA cycle）柠檬酸环或Krebs环TyrATPNADHFADH2线粒体基质CO2呼吸电子传递链

第21页：三羧酸循环的特点和生理意义

• 三羧酸循环的特点和生理意义
• TCA循环是生物体利用糖或其它物质氧化获得能量的有效途径。CO2中的氧来自被氧化的底物和水中的氧
• 在每次循环中消耗2分子H2O。柠檬酸合成; 苹果酸生成。CH3COCOOH + 4NAD+ + FAD+ + GDP + Pi + 3H2O3CO2 + 4NADH2 + FADH2 + GTP

第22页：TCA循环中并没有分子氧的直接参与

4.TCA循环中并没有分子氧的直接参与，但该循环必须在有氧条件下才能进行。5.该循环既是糖、脂肪、蛋白彻底氧化分解的共同途径；又可通过代谢中间产物与其他代谢途径发生联系和相互转变。

CH3COCOOH + 4NAD+ + FAD+ + GDP + Pi + 3H2O3CO2 + 4NADH2 + FADH2 + GTP

第23页：ATPNADPH细胞质

ATPNADPH细胞质3.磷酸戊糖途径（Pentose Phosphate Pathway, PPP）（HMP）C6H12O6+12NADP+6CO2+12NADPH2（循环六次）6 G-6-P + 12NADP+ + 7H2O6CO2 + 12 NADPH2 + 5 G-6-P + Pi

第24页：特点

• 不经糖酵解，葡萄糖直接脱羧，脱氢
• （是非氧化的）分子间基团转移，重排
• 细胞浆
• 葡萄糖循环一次放出一分子CO2，产生2分子NADPH2

第25页：中间产物如RU5P和R5P是核酸的原料

• 中间产物如RU5P和R5P是核酸的原料，GAP与EMP相沟通。F6P，7-P-景天庚酮糖(SBP)使呼吸与光合作用连系
• NADPH，特别是脂肪合成需要NADPH供给，NADPH能被植物线粒体氧化形成ATP
• 抗病：4-P-赤藓糖和GAP可以合成莽草酸，它是多种具抗病作用的多酚物质的前体。如木质素，花菁苷等。=C6C1——标记C6-G释放的14CO2标记C1-G释放的14CO2————————————磷酸戊糖途径的生理意义各组织中EMP与PPP途径各占比例不同，用标记实验中的C6/C1来衡量。（PPP中的CO2来自C1)

第26页：乙醛酸循环

4.乙醛酸循环(glyoxylic acid cycle) GAC脂肪

第27页：乙醇酸氧化途径

5.乙醇酸氧化途径(glycolic acid oxidation pathway) GAP水稻根系H2O2

第28页：电子传递途径的多样性

（二）电子传递途径的多样性

第29页：呼吸链(respiratory

呼吸链(respiratory chain)即呼吸电子传递链(electron transport chain)，是线粒体内膜上由呼吸传递体组成的电子传递总轨道。1.呼吸链的概念和组成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；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。

第30页：研究方法

研究方法

第31页：氧化还原电位

氧化还原电位

第32页：呼吸链五种酶复合体的组成

• 图示五种酶复合体H+呼吸链的组成呼吸链中五种酶复合体
• 复合体Ⅰ(NADH:泛醌氧化还原酶)
• 复合体Ⅱ(琥珀酸:泛醌氧化还原酶)
• 复合体Ⅲ(UQH2 :细胞色素C氧化还原酶)
• 复合体Ⅳ(Cytc:细胞色素氧化酶)
• 复合体Ⅴ(ATP合成酶)
• 呼吸链上的传递体

第33页：H+电子传递链

H+电子传递链

第34页：

第35页：电子传递链的多样性

3.电子传递链的多样性

第36页：表不同电子传递途径的性质的比较抑制剂

表不同电子传递途径的性质的比较抑制剂

第37页：磷酸化的概念及类型ADP+Pi

• 磷酸化的概念及类型ADP+Pi +energyATP
• 底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)
• 氧化磷酸化

第38页：在高等植物中以这种形式形成的ATP只占一

在高等植物中以这种形式形成的ATP只占一小部分，糖酵解过程中有两个步骤发生底物水平磷酸化：在TCA循环中，由琥珀酰CoA形成琥珀酸时通过底物水平磷酸化生成ATP。

第39页：氧化磷酸化

2. 氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)

第40页：呼吸链电子传递与ATP形成部位

NADHFMN Fe·SCoQCytb Fe·S Cytc1CytcCytaa3O2ADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPFe·SFADH细胞色素氧化酶P/O=3-51.90-38.5-103.81ATPADPPi-35.1KJ.mol-1++ATP可能形成部位

第41页：

第42页：氧化磷酸化的机理化学渗透假说

• 氧化磷酸化的机理化学渗透假说(P.Mitchell1961年)要点
• 呼吸传递体不对称地分布在线粒体内膜上
• 呼吸链的复合体中递氢体有质子泵作用,它可以将H+从线粒体内膜的内侧泵至外侧,在内膜两侧建立起质子浓度梯度和电位梯度
• 由质子动力势梯度推动ADP和Pi合成ATP

第43页：结合转化机制的变构学说

结合转化机制的变构学说

第44页：氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂

• 氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂
• 解偶联剂(uncoupler)如2，4-二硝基苯酚(DNP)
• 抑制剂（depressant)如寡霉素
• 离子载体抑制剂

第45页：末端氧化酶：能将底物所脱下的氢中的电子最

末端氧化酶：能将底物所脱下的氢中的电子最后传给O2，并形成H2O或H2O2的酶类。交替氧化酶：又称抗氢氧化酶细胞色素氧化酶线粒外末端氧化酶（三）、末端氧化酶的多样性

第46页：交替氧化酶

交替氧化酶（线粒体）该E含Fe2+, 其功能是将UQH2的电子经FP传给O2生成H2O。对O2的亲和力高，易被水杨基氧肟酸（SHAM）所抑制，对氰化物不敏感。交替氧化E位于线粒体内膜。

第47页：抗氰呼吸在高等植物中广泛存在

抗氰呼吸在高等植物中广泛存在。最典型的例子是天南星科植物的佛焰花序，其呼吸速率比一般植物高100倍以上，呼吸放热很多。使组织温度比环境温度高出10-20 oC 。抗氰呼吸交替氧化酶

第48页：放热反应抗氰呼吸释放的热量对产热植物早春

• 放热反应抗氰呼吸释放的热量对产热植物早春开花有保护作用，有利于种子萌发
• 促进果实成熟在果实成熟过程中，抗氰呼吸速率增强，出现的呼吸跃变现象
• 增强抗病能力
• 代谢协同调控
• 当底物和NADH过剩时，分流电子；
• cyt 途径受阻时，保证EMP-TCA途径、PPP正常运转。抗氰呼吸的生理意义

第49页：该E含铜，包括单酚氧化

该E含铜，包括单酚氧化E（酪氨酸E）和多酚氧化E（儿茶酚氧化E）。其功能是催化O2将酚氧化成醌并生成H2O。对O2的亲和力中等，易受氰化物抑制。多酚氧化酶（质体和微体）MH2MNAD+NADH+H+酚醌2Cu2+2Cu2+H2O1/2O2

第50页：酚氧化酶在生活中的应用

酚氧化酶在生活中的应用：将土豆丝侵泡在水中（起隔绝氧和稀释E及底物的作用），抑制其变褐；制绿茶时把采下的茶叶立即焙炒杀青，破坏多酚氧化E，以保持其绿色；制红茶时，则要揉破细胞，通过多酚氧化E的作用将茶叶中的酚类氧化，并聚合为红褐色的物质。

第51页：末端氧化酶的多样性

末端氧化酶的多样性

第52页：

第53页：呼吸代谢的多样性，是植物在长期进化过程中

呼吸代谢的多样性，是植物在长期进化过程中对不断变化的外界环境的一种适应性表现，以不同方式为植物提供新的物质和能量。生理意义

第54页：细胞质中的氢还原体是如何进入线粒体的

细胞质中的氢还原体是如何进入线粒体的？EMPHMPNADHNADPH

第55页：甘油－3－磷酸穿梭GP-DHAP穿梭甘油

甘油－3－磷酸穿梭GP-DHAP穿梭甘油－3－磷酸脱氢酶细胞质NADH线粒体内膜FADH2穿梭机制跨膜运动

第56页：苹果酸穿梭苹果酸脱氢酶

苹果酸穿梭苹果酸脱氢酶

第57页：

第58页：呼吸作用中的能量计算

呼吸作用中的能量计算

第59页：ADP和NADP+在光合和呼吸中可共用

• ADP和NADP+在光合和呼吸中可共用
• 光合C3途径与呼吸PPP途径基本上正反反应，中间产物可交替使用
• 光合释放O2→呼吸，呼吸释放CO2→光合
• 光合作用与呼吸作用的关系联系

第60页：光合作用与呼吸作用的区别光合作用呼吸作用

• 光合作用与呼吸作用的区别光合作用呼吸作用原料CO
• H2OO
• 淀粉、己糖等有机物产物O
• 淀粉、己糖、蔗糖等有机物CO
• H2O等能量转换贮藏能量的过程光能电能活跃的化学能稳定的化学能释放能量的过程稳定的化学能活跃的化学能发生部位绿色细胞、叶绿体、细胞质生活细胞、线粒体、细胞质发生条件光照下才可发生光下、暗处都可发生

第61页：呼吸作用的指标

• 呼吸作用的指标
• 呼吸商的影响因素
• 呼吸速率的影响因素
• 呼吸作用的指标及其影响因素

第62页：呼吸速率

• 呼吸速率(respiratory rate)μmol·g-l·h-1，μmol·m-2·s-1，μl·g-l·h-1等
• 呼吸商(respiratory quotient，RQ)又称呼吸系数RQ=释放的CO2量/吸收的O2量概念
• 呼吸作用的指标

第63页：植物种类呼吸速率

• 植物种类呼吸速率(O2，鲜重)/μl·g-l·h-1仙人掌6.80 景天属16.60 蚕豆96.60 小麦251.00 细菌10 000.00
• 呼吸速率的影响因素
• 内部因素的影响不同植物不同

第64页：不同器官或组织不同

不同器官或组织不同

第65页：①最适温度:25～35℃②最低温度

• ①最适温度:25～35℃②最低温度：0℃左右③最高温度：35～45℃④在0—35℃，温度系数(Q10)为2.0～2.
• 外界条件的影响
• 温度预先将豌豆幼苗放在25℃下，培养4天，其相对呼吸速率为10，在放到不同温度下培养3h, 测定相对速率的变化

第66页：呼吸开始下降＜20％10％～20％有氧呼

呼吸开始下降＜20％10％～20％有氧呼吸＜10％无氧呼吸出现并逐步增强，有氧呼吸迅速下降。（2）氧气过高?过低?O2

第67页：无氧呼吸的消失点氧饱和点oxygen

无氧呼吸的消失点氧饱和点oxygen saturation point

第68页：氧饱和点与温度有关

氧饱和点与温度有关

第69页：无氧呼吸产生酒精，酒精使细胞质的蛋白质变

• 无氧呼吸产生酒精，酒精使细胞质的蛋白质变性；
• 无氧呼吸利用葡萄糖产生的能量很少，植物要维持正常的生理需要就要消耗更多的有机物；
• 没有丙酮酸氧化过程，缺乏新物质合成的原料。长时间的无氧呼吸为什么会使植物受到伤害？

第70页：CO2浓度增高,呼吸受抑,＞5％时

CO2浓度增高,呼吸受抑,＞5％时，明显抑制,土壤积累CO2可达4％～10％（3）CO2

第71页：种子含水量是制约种子呼吸强弱的重要因素

种子含水量是制约种子呼吸强弱的重要因素。呼吸底物的含量机械损伤（4）水分

第72页：呼吸作用与作物栽培

• 呼吸作用与作物栽培
• 种子的安全贮藏与呼吸作用
• 果实、块根、块茎的呼吸作用与贮藏
• 呼吸作用与农业生产

第73页：①播前浸种，通过控制温度与通气提高种子的

①播前浸种，通过控制温度与通气提高种子的呼吸，以便促进种子萌发。②田间中耕松土和低洼地块开沟排水等均能增加土壤透气性，有效地抑制无氧呼吸。③在人工气候室栽培作物，降低夜温以减少呼吸消耗，有利于干物质积累。一.呼吸作用与作物栽培

第74页：油料种子:＜6％～8％淀粉种子:＜10％

油料种子:＜6％～8％淀粉种子:＜10％～12％安全含水量呼吸作用显著增强9％～10％13％～15％二.种子的安全贮藏与呼吸作用含水量

第75页：控制进仓种子的含水量，不得超过安全含水量

控制进仓种子的含水量，不得超过安全含水量注意库房的通风，增高CO2含量,降低O2含量充N贮藏粮食贮藏:

第76页：果实呼吸跃变

1.果实呼吸跃变(respiratory climacteric)跃变型(苹果、梨、香蕉、番茄等)非跃变型（柑橘、柠檬、菠萝等）两类概念三.果实、块根、块茎的呼吸作用与贮藏

第77页：

第78页：①温度苹果贮藏于22.5℃时

①温度苹果贮藏于22.5℃时，跃变出现早而显著，10℃下不十分显著，也出现，稍迟，2.5℃下几乎看不出来。②乙烯阀值：0.1g/L，促进成熟贮藏、运输中措施：降低温度，香蕉的最适温度是11~14℃，苹果是4℃。

增加CO2和N2的浓度，降低O2浓度(3-6%)

第79页：甘薯块根和马铃薯块茎甘薯块根

2.甘薯块根和马铃薯块茎甘薯块根：主要是控制温度和气体成分。适当提高[CO2]，有利于安全贮藏。＞15℃，引起发芽和病害＜9℃,受寒害安全贮藏温度:10～14℃马铃薯: 2～3℃适当提高湿度相对湿度90%自体保藏法