植物生理第四章-呼吸作用.ppt
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1、第三章第三章植物的呼吸作用植物的呼吸作用3.1呼吸作用的概念及生理意义呼吸作用的概念及生理意义3.2呼吸代谢的多样性呼吸代谢的多样性*3.3呼吸作用的指标及影响因素呼吸作用的指标及影响因素3.4呼吸作用与农业生产呼吸作用与农业生产*返回总目录13.1呼吸作用的概念及生理意义呼吸作用的概念及生理意义绿色植物代谢的特点绿色植物代谢的特点3.1.1呼吸作用的概念及类型呼吸作用的概念及类型3.1.2呼吸作用的生理意义呼吸作用的生理意义2绿色植物代谢的特点:绿色植物代谢的特点:绿色植物代谢的特点:绿色植物代谢的特点:代谢(代谢(代谢(代谢(metabolismmetabolism)是指维持生命活动过程中
2、各是指维持生命活动过程中各是指维持生命活动过程中各是指维持生命活动过程中各种化学变化的总称。种化学变化的总称。种化学变化的总称。种化学变化的总称。从从从从性质性质性质性质上分:上分:上分:上分:物质代谢和能量代谢;物质代谢和能量代谢;物质代谢和能量代谢;物质代谢和能量代谢;从从从从方向方向方向方向上分:上分:上分:上分:同化同化同化同化(或合成或合成或合成或合成)和异化和异化和异化和异化(或分解或分解或分解或分解)。绿色植物代谢的一个最大特点是其绿色植物代谢的一个最大特点是其绿色植物代谢的一个最大特点是其绿色植物代谢的一个最大特点是其自养性自养性自养性自养性(autotropism)(auto
3、tropism),能进行光合作用,这是植物代谢生理能进行光合作用,这是植物代谢生理能进行光合作用,这是植物代谢生理能进行光合作用,这是植物代谢生理研究的一个重点领域。研究的一个重点领域。研究的一个重点领域。研究的一个重点领域。33.1.1呼吸作用的概念及类型呼吸作用的概念及类型呼吸作用呼吸作用呼吸作用呼吸作用(respiration)(respiration)是指生活细胞内的有机物,是指生活细胞内的有机物,是指生活细胞内的有机物,是指生活细胞内的有机物,在酶的参与下,逐步氧化分解成简单物质,并释放能在酶的参与下,逐步氧化分解成简单物质,并释放能在酶的参与下,逐步氧化分解成简单物质,并释放能在酶
4、的参与下,逐步氧化分解成简单物质,并释放能量的过程。量的过程。量的过程。量的过程。依据呼吸过程中依据呼吸过程中依据呼吸过程中依据呼吸过程中是否有氧参与,是否有氧参与,是否有氧参与,是否有氧参与,可将呼吸作用分可将呼吸作用分可将呼吸作用分可将呼吸作用分为为为为有氧呼吸有氧呼吸有氧呼吸有氧呼吸和和和和无氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸两大类型。两大类型。两大类型。两大类型。43.1.1.13.1.1.1有氧呼吸有氧呼吸有氧呼吸有氧呼吸有氧呼吸(有氧呼吸(有氧呼吸(有氧呼吸(aerobicrespirationaerobicrespiration)是指生活细胞利是指生活细胞利是指生活细胞利是指生活细胞
5、利用用用用氧(氧(氧(氧(OO2 2),将某些有机物质,将某些有机物质,将某些有机物质,将某些有机物质彻底氧化分解,彻底氧化分解,彻底氧化分解,彻底氧化分解,生成生成生成生成COCO2 2和和和和HH2 2OO,并释放能量的过程。,并释放能量的过程。,并释放能量的过程。,并释放能量的过程。如以葡萄糖作为呼吸底物,则有氧呼吸的总过程如以葡萄糖作为呼吸底物,则有氧呼吸的总过程如以葡萄糖作为呼吸底物,则有氧呼吸的总过程如以葡萄糖作为呼吸底物,则有氧呼吸的总过程可用下列总反应式来表示:可用下列总反应式来表示:可用下列总反应式来表示:可用下列总反应式来表示:CC6 6HH1212OO6 6+6H+6H2
6、 2OO+6+6OO2 26C6COO2 2+12H+12H2 2OO+G+G GG=-2870KJmol=-2870KJmol-1-1GG 表示在表示在表示在表示在pH=7pH=7下标准自由能的变化。下标准自由能的变化。下标准自由能的变化。下标准自由能的变化。5有氧呼吸的特点:有氧呼吸的特点:有氧呼吸的特点:有氧呼吸的特点:1 1底物分解完全(逐步被分解);底物分解完全(逐步被分解);底物分解完全(逐步被分解);底物分解完全(逐步被分解);2.2.释放能量多。释放能量多。释放能量多。释放能量多。在正常情况下,在正常情况下,在正常情况下,在正常情况下,有氧呼吸有氧呼吸有氧呼吸有氧呼吸是高等植物
7、进行呼吸是高等植物进行呼吸是高等植物进行呼吸是高等植物进行呼吸的主要形式。的主要形式。的主要形式。的主要形式。63.1.1.23.1.1.2无氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸(anaerobicrespiration)(anaerobicrespiration)指生活细胞在指生活细胞在指生活细胞在指生活细胞在无无无无氧氧氧氧条件下,把某些有机物分解成为条件下,把某些有机物分解成为条件下,把某些有机物分解成为条件下,把某些有机物分解成为不彻底的氧化不彻底的氧化不彻底的氧化不彻底的氧化产物,产物,产物,产物,同时释放出部分能量的过程。同时释放出部分能量的过程。同时释放
8、出部分能量的过程。同时释放出部分能量的过程。微生物中称为微生物中称为微生物中称为微生物中称为发酵(发酵(发酵(发酵(fermentationfermentation)酒精发酵酒精发酵酒精发酵酒精发酵(酵母菌酵母菌酵母菌酵母菌):C C6 6HH1212OO6 62C2C2 2HH5 5OH+2COOH+2CO2 2+Go+GoGGo o=-226KJmol=-226KJmol-1-1 乳酸发酵乳酸发酵乳酸发酵乳酸发酵(乳酸菌乳酸菌乳酸菌乳酸菌):C C6 6HH1212OO6 62CH2CH3 3CHOHCOOH+GoCHOHCOOH+GoGGo o=-197KJmol=-197KJmol-1
9、-1 7无氧呼吸的特点:无氧呼吸的特点:无氧呼吸的特点:无氧呼吸的特点:1.1.底物分解不彻底;底物分解不彻底;底物分解不彻底;底物分解不彻底;2.2.释放的能量少。释放的能量少。释放的能量少。释放的能量少。有氧呼吸是由无氧呼吸进化而来的。有氧呼吸是由无氧呼吸进化而来的。苹果、香蕉贮藏久了产生的酒味苹果、香蕉贮藏久了产生的酒味苹果、香蕉贮藏久了产生的酒味苹果、香蕉贮藏久了产生的酒味,便是酒精发酵,便是酒精发酵,便是酒精发酵,便是酒精发酵的结果;胡萝卜、甜菜块根和青贮饲料在储藏时也会的结果;胡萝卜、甜菜块根和青贮饲料在储藏时也会的结果;胡萝卜、甜菜块根和青贮饲料在储藏时也会的结果;胡萝卜、甜菜块
10、根和青贮饲料在储藏时也会产生乳酸等。产生乳酸等。产生乳酸等。产生乳酸等。动物组织中也会进行乳酸发酵。动物组织中也会进行乳酸发酵。动物组织中也会进行乳酸发酵。动物组织中也会进行乳酸发酵。83.1.2呼吸作用的生理意义呼吸作用的生理意义1.1.为生命活动提供能量为生命活动提供能量为生命活动提供能量为生命活动提供能量需呼吸作用提供能量的生理过程有:需呼吸作用提供能量的生理过程有:需呼吸作用提供能量的生理过程有:需呼吸作用提供能量的生理过程有:离子的主动离子的主动离子的主动离子的主动吸收和运输、细胞的分裂和伸长、有机物的合成和运吸收和运输、细胞的分裂和伸长、有机物的合成和运吸收和运输、细胞的分裂和伸长
11、、有机物的合成和运吸收和运输、细胞的分裂和伸长、有机物的合成和运输、种子萌发等。输、种子萌发等。输、种子萌发等。输、种子萌发等。不需要呼吸直接提供能量的生理过程有:不需要呼吸直接提供能量的生理过程有:不需要呼吸直接提供能量的生理过程有:不需要呼吸直接提供能量的生理过程有:干种子干种子干种子干种子的吸胀吸水、离子的被动吸收、蒸腾作用、光反应等的吸胀吸水、离子的被动吸收、蒸腾作用、光反应等的吸胀吸水、离子的被动吸收、蒸腾作用、光反应等的吸胀吸水、离子的被动吸收、蒸腾作用、光反应等;92.2.为重要有机物质提供合成原料。为重要有机物质提供合成原料。为重要有机物质提供合成原料。为重要有机物质提供合成原
12、料。呼吸作用的中间产物,如:呼吸作用的中间产物,如:呼吸作用的中间产物,如:呼吸作用的中间产物,如:-酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸合成合成合成合成糖类、脂类、糖类、脂类、糖类、脂类、糖类、脂类、氨基酸、蛋白质、氨基酸、蛋白质、氨基酸、蛋白质、氨基酸、蛋白质、酶、核酸、色素、酶、核酸、色素、酶、核酸、色素、酶、核酸、色素、激素、维生素激素、维生素激素、维生素激素、维生素呼吸作用是有机物质代谢的中心呼吸作用是有机物质代谢的中心103.3.为代谢活动提供还原力。为代谢活动提供还原力。为代谢活动提供还原力。为代谢活动提供还原力。在呼吸
13、底物降解过程中形成的在呼吸底物降解过程中形成的在呼吸底物降解过程中形成的在呼吸底物降解过程中形成的NADHNADH、NADPHNADPH、UQHUQH2 2等可为脂肪、蛋白质生物合成、硝酸盐还原等生等可为脂肪、蛋白质生物合成、硝酸盐还原等生等可为脂肪、蛋白质生物合成、硝酸盐还原等生等可为脂肪、蛋白质生物合成、硝酸盐还原等生理过程理过程理过程理过程提供还原力提供还原力提供还原力提供还原力;4.4.增强植物抗病免疫能力。增强植物抗病免疫能力。增强植物抗病免疫能力。增强植物抗病免疫能力。植物受植物受植物受植物受病菌侵染病菌侵染病菌侵染病菌侵染时,侵染部位时,侵染部位时,侵染部位时,侵染部位呼吸速率急
14、剧升高呼吸速率急剧升高呼吸速率急剧升高呼吸速率急剧升高,以通过生物氧化分解有毒物质;以通过生物氧化分解有毒物质;以通过生物氧化分解有毒物质;以通过生物氧化分解有毒物质;受伤时受伤时受伤时受伤时,也通过旺盛的呼吸,促进伤口愈合,使伤,也通过旺盛的呼吸,促进伤口愈合,使伤,也通过旺盛的呼吸,促进伤口愈合,使伤,也通过旺盛的呼吸,促进伤口愈合,使伤口迅速木质化或栓质化,以阻止病菌的侵染。口迅速木质化或栓质化,以阻止病菌的侵染。口迅速木质化或栓质化,以阻止病菌的侵染。口迅速木质化或栓质化,以阻止病菌的侵染。呼吸作用的加强还可促进具有呼吸作用的加强还可促进具有呼吸作用的加强还可促进具有呼吸作用的加强还可
15、促进具有杀菌杀菌杀菌杀菌作用的绿原酸、作用的绿原酸、作用的绿原酸、作用的绿原酸、咖啡酸的合成。咖啡酸的合成。咖啡酸的合成。咖啡酸的合成。113.2呼吸代谢的多样性呼吸代谢的多样性*概述概述3.2.1化学途径的多样性化学途径的多样性3.2.2电子传递途径的多样性电子传递途径的多样性3.2.3末端氧化系统的多样性末端氧化系统的多样性3.2.4呼吸代谢多样性的生理意义呼吸代谢多样性的生理意义12呼吸代谢多样性概述:呼吸代谢多样性概述:呼吸代谢多样性概述:呼吸代谢多样性概述:植物呼吸代谢具有多种途径,不同植物、同一植物呼吸代谢具有多种途径,不同植物、同一植物呼吸代谢具有多种途径,不同植物、同一植物呼吸
16、代谢具有多种途径,不同植物、同一植物的不同器官或组织在不同生育时期或不同环境植物的不同器官或组织在不同生育时期或不同环境植物的不同器官或组织在不同生育时期或不同环境植物的不同器官或组织在不同生育时期或不同环境条件下,条件下,条件下,条件下,底物的氧化降解可走不同的途径底物的氧化降解可走不同的途径底物的氧化降解可走不同的途径底物的氧化降解可走不同的途径。呼吸代谢多条路线观点呼吸代谢多条路线观点呼吸代谢多条路线观点呼吸代谢多条路线观点(汤佩松汤佩松汤佩松汤佩松,1965):,1965):阐述了呼吸代谢与其他生理功能之间阐述了呼吸代谢与其他生理功能之间阐述了呼吸代谢与其他生理功能之间阐述了呼吸代谢与
17、其他生理功能之间控制和被控制控制和被控制控制和被控制控制和被控制的相互制约的关系。的相互制约的关系。的相互制约的关系。的相互制约的关系。13基因基因基因基因通过酶控制的代谢,调控植物的形态结构和通过酶控制的代谢,调控植物的形态结构和通过酶控制的代谢,调控植物的形态结构和通过酶控制的代谢,调控植物的形态结构和生理功能生理功能生理功能生理功能;在一定限度内,;在一定限度内,;在一定限度内,;在一定限度内,代谢类型、生理功能和环代谢类型、生理功能和环代谢类型、生理功能和环代谢类型、生理功能和环境条件也调控基因的表达境条件也调控基因的表达境条件也调控基因的表达境条件也调控基因的表达基因基因基因基因酶酶
18、酶酶代谢代谢代谢代谢基因基因基因基因有序有序有序有序表达表达表达表达功能功能功能功能性状性状性状性状结构结构结构结构生长生长生长生长发育发育发育发育时间进程时间进程时间进程时间进程143.2.1化学途径的多样性化学途径的多样性3.2.1.1糖酵解糖酵解3.2.1.2无氧呼吸无氧呼吸3.2.1.3三羧酸循环三羧酸循环3.2.1.4戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径3.2.1.5乙醛酸循环乙醛酸循环3.2.1.6乙醇酸氧化途径乙醇酸氧化途径153.2.1.13.2.1.1糖酵解糖酵解糖酵解糖酵解糖酵解糖酵解糖酵解糖酵解(glycolysis)(glycolysis)指葡萄糖在无氧条件下被酶降指葡萄糖在无氧条
19、件下被酶降指葡萄糖在无氧条件下被酶降指葡萄糖在无氧条件下被酶降解为丙酮酸,并释放能量的过程。解为丙酮酸,并释放能量的过程。解为丙酮酸,并释放能量的过程。解为丙酮酸,并释放能量的过程。也称之为也称之为也称之为也称之为EMPEMP途径途径途径途径(Embden,Meyerhof(Embden,Meyerhof,Parnas)Parnas)。1940,G.Embden,Q.Meyerhof,J.K.Parnast 1940,G.Embden,Q.Meyerhof,J.K.Parnast 等等提出提出,故也称为故也称为EMPEMP途径途径.生化历程:已糖的磷酸化生化历程:已糖的磷酸化,磷酸已糖的裂解磷
20、酸已糖的裂解,ATP,ATP和丙酮酸的生成和丙酮酸的生成.细胞质进行细胞质进行.细胞质进行细胞质进行.1617糖酵解中糖的氧化分解所需要的氧是来自组织内的糖酵解中糖的氧化分解所需要的氧是来自组织内的糖酵解中糖的氧化分解所需要的氧是来自组织内的糖酵解中糖的氧化分解所需要的氧是来自组织内的含氧物质含氧物质含氧物质含氧物质(水分子和被氧化的糖分子水分子和被氧化的糖分子水分子和被氧化的糖分子水分子和被氧化的糖分子),因此糖酵解途径,因此糖酵解途径,因此糖酵解途径,因此糖酵解途径也称也称也称也称分子内呼吸分子内呼吸分子内呼吸分子内呼吸(intramolecularrespiration)(intramo
21、lecularrespiration)。C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi 2C3H4O3+2NADH+2H+2ATP+2H2O 18EMP的生理意义:1提供物质合成的中间产物;如甘油醛-3-磷酸是合成其他有机物质的重要原料;丙酮酸通过氨基化作用可生成丙氨酸。在有氧条件下,丙酮酸进入三羧酸循环和呼吸链,被彻底氧化成CO2和H2O;在无氧条件下进行无氧呼吸,会生成酒精或乳酸。2 提供部分ATP和NADH。为生活细胞提供部分能量和还原力。(1分子葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸时也生成2分子ATP,生物体获得部分能量.)3.EMP是葡萄糖进行有氧或无氧分解的共同代谢途径.EMP是葡萄糖进行有氧或无
22、氧分解的共同代谢途径是葡萄糖进行有氧或无氧分解的共同代谢途径.193.2.1.23.2.1.2无氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸高等植物在高等植物在高等植物在高等植物在无氧无氧无氧无氧条件下,催化丙酮酸形成乙醇或乳条件下,催化丙酮酸形成乙醇或乳条件下,催化丙酮酸形成乙醇或乳条件下,催化丙酮酸形成乙醇或乳酸的全过程。酸的全过程。酸的全过程。酸的全过程。植物在无氧条件下通常是进行酒精发酵植物在无氧条件下通常是进行酒精发酵植物在无氧条件下通常是进行酒精发酵植物在无氧条件下通常是进行酒精发酵(alcoholfermentationalcoholfermentation)。)。)。)。(细胞质)(细胞质)
23、(细胞质)(细胞质)CHCH3 3COCOOHCOCOOHCOCO2 2+CH+CH3 3CHOCHOCHCH3 3CHO+NADHCHO+NADH+H+H+CHCH3 3CHCH2 2OHOH+NAD+NAD+CC6 6HH1212OO6 6+2ADP+2Pi+2ADP+2Pi2 2C C2 2HH5 5OH+2COOH+2CO2 2+2ATP+2H+2ATP+2H2 2OO乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶20在无在无在无在无氧条件氧条件氧条件氧条件下,通过酒精发酵或乳酸发酵,实现了下,通过酒精发酵或乳酸发酵,实现了下,通过酒精发酵或乳
24、酸发酵,实现了下,通过酒精发酵或乳酸发酵,实现了NADNAD+的再生的再生的再生的再生,这就使糖酵解得以继续进行。,这就使糖酵解得以继续进行。,这就使糖酵解得以继续进行。,这就使糖酵解得以继续进行。缺少丙酮酸脱羧酶而含有乳酸脱氢酶(缺少丙酮酸脱羧酶而含有乳酸脱氢酶(缺少丙酮酸脱羧酶而含有乳酸脱氢酶(缺少丙酮酸脱羧酶而含有乳酸脱氢酶(lacticlacticaciddehydrogenaseaciddehydrogenase)的组织里,丙酮酸便被)的组织里,丙酮酸便被)的组织里,丙酮酸便被)的组织里,丙酮酸便被NADHNADH还原为乳酸,还原为乳酸,还原为乳酸,还原为乳酸,即乳酸发酵即乳酸发酵即
25、乳酸发酵即乳酸发酵(lactatefermentation)(lactatefermentation)。进行的部位:进行的部位:进行的部位:进行的部位:在细胞质中。在细胞质中。在细胞质中。在细胞质中。CHCH3 3COCOOHCOCOOH+NADH+H+NADH+H+CHCH3 3CHOHCOOHCHOHCOOH+NAD+NAD+乳酸发酵的总反应式如下:乳酸发酵的总反应式如下:乳酸发酵的总反应式如下:乳酸发酵的总反应式如下:C C6 6HH1212OO6 6+2ADP+2Pi2CH+2ADP+2Pi2CH3 3CHOHCOOH+2ATP+2HCHOHCOOH+2ATP+2H2 2OO乳酸脱氢酶
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