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1、第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院第四章第四章 植物呼吸作用植物呼吸作用(h x zu yn)(h x zu yn)的生理生态的生理生态4.1 4.1 呼吸作用的概念及生理意义呼吸作用的概念及生理意义(yy)(yy)4.2 4.2 呼吸代谢的多样性呼吸代谢的多样性4.3 4.3 呼吸作用的指标和影响因素呼吸作用的指标和影响因素4.4 4.4 呼吸作用与农业生产呼吸作用与农业生产第一页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院4.1 4.1 呼吸作用的概念呼吸作用的概念(ginin)(ginin)及生理意义及生理意义
2、代谢（代谢（metabolism）是指维系生命活动过程中各种化学变化的是指维系生命活动过程中各种化学变化的总称。总称。从从性质性质上分：上分：物质代谢与能量代谢；物质代谢与能量代谢；从从方向方向上分：上分：同化（或合成）和异化（或分解）。同化（或合成）和异化（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自养性（自养性（autotropism），能进行光合作用，这是植物能进行光合作用，这是植物(zhw)(zhw)代谢生理研究的一个重点领域。代谢生理研究的一个重点领域。第二页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院4.1 4.1
3、 呼吸作用呼吸作用(h x zu yn)(h x zu yn)的概念及生理意义的概念及生理意义4.1.1 4.1.1 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（respiration）是指生活细胞是指生活细胞(xbo)(xbo)内的有机物，内的有机物，在酶的参与下，逐步氧化分解成简单物质，并释放能量的过程。在酶的参与下，逐步氧化分解成简单物质，并释放能量的过程。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，可将呼吸作用分为，可将呼吸作用分为有有氧呼吸氧呼吸和和无氧呼吸无氧呼吸两大类型。两大类型。第三页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙
4、江大学宁波理工学院（1 1）有氧呼吸有氧呼吸(hx)(hx)有氧呼吸（有氧呼吸（aerobic respiration）是指生物细胞利用是指生物细胞利用氧（氧（O2）,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，生成，生成CO2和和H2O,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可用下列总反应式来表示：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：C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+G0 G0=-2870KJmol-1 G0表示在表示在pH7下标准自由能的变化。下标准自由能的变化。有氧呼吸的特点：有氧呼吸的特
5、点：a.底物完全分解（逐步被分解）；底物完全分解（逐步被分解）；b.释放能量多。释放能量多。在正常情况下，有氧呼吸是高等植物进行呼吸的主要在正常情况下，有氧呼吸是高等植物进行呼吸的主要(zhyo)(zhyo)形式。形式。第四页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院（2 2）无氧呼吸）无氧呼吸(hx)(hx)无氧呼吸无氧呼吸(hx)(hx)（anaerobic respiration）指生活细胞在无氧条件下，把某指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，同时释放出部分能量的过程。些有机物分解成为不彻底的氧化产物，同时释放出部分能量
6、的过程。微生物中称为发酵（微生物中称为发酵（fermentation）酒精发酵（酵母菌）酒精发酵（酵母菌）C6H12O62C2H5OH+2CO2+G0 G0=-266KJmol-1 乳酸发酵（乳酸菌）乳酸发酵（乳酸菌）C6H12O62CH3CHOHCOOH+G0 G0=-197KJmol-1第五页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院 无氧呼吸的特点：无氧呼吸的特点：1.1.底物底物(d w)(d w)分解不彻底；分解不彻底；2.2.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
7、酒味，便是酒精发酵的结果；胡萝苹果、香蕉贮藏久了产生的酒味，便是酒精发酵的结果；胡萝卜、甜菜块根和青贮饲料在储存室也会产生乳酸等。卜、甜菜块根和青贮饲料在储存室也会产生乳酸等。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。第六页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院4.1.2 4.1.2 呼吸作用的生理呼吸作用的生理(shngl)(shngl)意义意义（1 1）为生命活动提供为生命活动提供(tgng)(tgng)能量。能量。呼吸作用释放出的能量主要以呼吸作用释放出的能量主要以ATP形式贮存起来，来满足植物体内各种生理过程。形式贮存起来，来
8、满足植物体内各种生理过程。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：离子的主动吸收和运输、细胞的分裂和伸长、有机物的合成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。和运输、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：干种子吸胀吸水、离子的被动吸收、蒸腾作用、光反应干种子吸胀吸水、离子的被动吸收、蒸腾作用、光反应等。等。第七页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院（2 2）为重要有机物质提供合成为重要有机物质提供合成(hchng)(hchng)原料原料呼吸作用的
9、中间产物如呼吸作用的中间产物如 呼吸作用是有机物质代谢呼吸作用是有机物质代谢(dixi)(dixi)的中心。的中心。第八页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院（3 3）为代谢活动提供还原力）为代谢活动提供还原力 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NADH、NADPH、UQH2等可为脂等可为脂肪、蛋白质生物合成、硝酸盐还原等生理过程提供还原力。肪、蛋白质生物合成、硝酸盐还原等生理过程提供还原力。（4 4）增强植物抗病免疫能力）增强植物抗病免疫能力 植物受到病菌侵染时，侵染部位呼吸速率急剧升高，以通过生物体氧化分解植物受到病菌侵染时
10、，侵染部位呼吸速率急剧升高，以通过生物体氧化分解有毒物质；有毒物质；受伤时，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，受伤时，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。以阻止病菌的侵染。呼吸作用的加强还可以促进具有呼吸作用的加强还可以促进具有(jyu)(jyu)杀菌作用的绿原酸、咖啡酸的合成杀菌作用的绿原酸、咖啡酸的合成。第九页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院4.2 4.2 呼吸代谢途径的多样性呼吸代谢途径的多样性 植物呼吸代谢具有多种途径，不同植物、同一植物的不同器官或组织在不同生育时期植物
11、呼吸代谢具有多种途径，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条件下，底物的氧化降解可走不同的路径或不同环境条件下，底物的氧化降解可走不同的路径 基因通过酶控制的代谢，调控植物的形态基因通过酶控制的代谢，调控植物的形态(xngti)(xngti)结构和生理功能；在一定结构和生理功能；在一定限度内，代谢类型、生理功能和环境条件也调控基因的表达。限度内，代谢类型、生理功能和环境条件也调控基因的表达。第十页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院4.2.14.2.1化学途径的多样性化学途径的多样性4.2.14.2.1.1 .1 糖酵解糖酵
12、解 糖酵解（糖酵解（glycolysis）指葡萄糖在无氧条件下被酶降解为丙酮酸，并释放能量的指葡萄糖在无氧条件下被酶降解为丙酮酸，并释放能量的过程过程(guchng)(guchng)。也称之为也称之为EMP途径（途径（Embden,Meyerhof,Parnas）。）。进行的部位：进行的部位：细胞质中。细胞质中。EMP：淀粉淀粉(dinfn)（starch）ATPADP磷酸磷酸(ln sun)己糖（己糖（Hexose phosphate）NAD+NADHCOO-COCH3丙酮酸（丙酮酸（Pyruvate）ADPADPATPATP磷酸丙糖（磷酸丙糖（Triose phosphate）第十一页，共
13、六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院 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（水分子和被氧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（水分子和被氧化的糖分子），糖酵解途径也称为分子内呼吸（化的糖分子），糖酵解途径也称为分子内呼吸（intramolecular respiration）。）。EMP的生理意义的生理意义(yy)(yy)：（1 1）提供物质合成的中间产物：）提供物质合成的中间产物：如甘油醛如甘油醛-3-磷酸是合成其他有机物的重要原料；丙酮酸通过氨基磷酸是合成其他有机物的重要原料；丙酮酸通过氨基化作用可生成丙氨酸；在有
14、氧条件下，进入三羧酸循环和呼吸链，被化作用可生成丙氨酸；在有氧条件下，进入三羧酸循环和呼吸链，被彻底氧化成彻底氧化成CO2和和H2O；在无氧条件下进行无氧呼吸，生成酒精或乳酸。；在无氧条件下进行无氧呼吸，生成酒精或乳酸。（2 2）提供部分）提供部分ATP和和NADH 为生活细胞提供部分能量和还原力。为生活细胞提供部分能量和还原力。第十二页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院4.2.4.2.1.2 1.2 无氧呼吸无氧呼吸高等植物在高等植物在无氧无氧条件下，催化丙酮酸形成乙醇条件下，催化丙酮酸形成乙醇(y chn)(y chn)或乳酸的全过程。植物
15、或乳酸的全过程。植物在无氧条件下通常是进行酒精发酵（在无氧条件下通常是进行酒精发酵（alcohol fermentation）。）。（细胞质）（细胞质）CH3COCOOH CO2+CH3CHOCH3CHO+NADH+H+CH3CH2OH+NAD+C6H12O6+2ADP+2Pi 2C2H5OH+2CO+2ATP+2H2O丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶乙醇乙醇(y chn)脱氢酶脱氢酶第十三页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院 缺少丙酮酸羧化酶而含有乳酸脱氢酶（缺少丙酮酸羧化酶而含有乳酸脱氢酶（lacticacid dehydrogenase）的）的组
16、织里，丙酮酸便被组织里，丙酮酸便被NADH还原成乳酸，还原成乳酸，即乳酸发酵（即乳酸发酵（lactate fermentation）。）。进行的部位：进行的部位：在细胞质中。在细胞质中。CH3COCOOH+NADH+H+CH3CHOHCOOH+NAD+乳酸发酵的总反应式如下乳酸发酵的总反应式如下(rxi)(rxi)：C6H12O6+2ADP+2Pi 2CH3CHOHCOOH+2ATP+2H2O 在无氧条件下，通过酒精发酵或乳酸发酵，实现了在无氧条件下，通过酒精发酵或乳酸发酵，实现了NAD+的再生，这就的再生，这就使糖酵解得以继续进行。使糖酵解得以继续进行。乳酸乳酸(r sun)脱氢酶脱氢酶第十
17、四页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院4.2.4.2.1.3 1.3 三羧酸三羧酸(su sun)(su sun)循环循环进行的部位进行的部位(bwi)：细胞线粒体：细胞线粒体衬质（衬质（mitochondrial stroma）丙酮酸丙酮酸NAD+NADHCO2乙酰乙酰CoACoASH草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸FADH2FAD柠檬酸循环柠檬酸循环(xnhun)ATPADP+Pi2CO2NADH3NAD+3第十五页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院TCA循环的意义和特点：循环的意义和特点：（1
18、 1）是有氧呼吸产生）是有氧呼吸产生CO2的主要来源。的主要来源。当外界当外界(wiji)(wiji)环境中的环境中的CO2浓度增高时，脱羧反应受抑制，呼浓度增高时，脱羧反应受抑制，呼吸速率下降。吸速率下降。（2 2）形成还原物质）形成还原物质NADH+H+,经过电子传递链偶联经过电子传递链偶联ATP的形成。的形成。3.3.提供物质合成的中间产物。提供物质合成的中间产物。如丙酮酸可以转变成丙氨酸，草酰乙酸可以转变成天冬氨如丙酮酸可以转变成丙氨酸，草酰乙酸可以转变成天冬氨酸等。酸等。第十六页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院4.2.4.2.1.4
19、 1.4 戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径 戊糖磷酸途径（戊糖磷酸途径（Pentose phosphate pathway,PPP）,又称己糖磷酸又称己糖磷酸途径（途径（hexose monophosphate pathway,HMP）戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径是指葡萄糖在细胞质内进行的直接氧化降解是指葡萄糖在细胞质内进行的直接氧化降解(jin(jin ji)ji)的酶促反应过程。的酶促反应过程。氧化(ynghu)阶段非氧化(ynghu)阶段葡萄糖葡萄糖-6-磷酸6-磷酸葡萄糖酸核酮糖-5-磷酸ATPADPNADP+NADPHNADP+NADPHCO26mol的核酮糖-5-磷酸C3C7糖的异构5mol葡
20、葡萄-6-磷酸第十七页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院戊糖磷酸途径的意义：戊糖磷酸途径的意义：（1 1）PPP是一个不经糖酵解，而对葡萄糖进行直接氧化的过程，生成是一个不经糖酵解，而对葡萄糖进行直接氧化的过程，生成的的NADPH通过磷酸化作用通过磷酸化作用(zuyng)(zuyng)生成生成ATP。（2 2）该途径中脱氢酶的辅酶是）该途径中脱氢酶的辅酶是NADP+,形成的形成的NADPH+H+，用于脂，用于脂肪酸和固醇等的合成。肪酸和固醇等的合成。（3 3）该途径的中间产物是许多重要物质的合成原料。）该途径的中间产物是许多重要物质的合成原料。
21、植物在感病、受伤或干旱情况下，植物在感病、受伤或干旱情况下，PPP途径明显加强；途径明显加强；植物组织衰老时，植物组织衰老时，PPP所占比例上升；所占比例上升；水稻、油菜等种子形成过程中，水稻、油菜等种子形成过程中，PPP所占比例上升。所占比例上升。（4 4）将呼吸作用和光合作用联系起来。）将呼吸作用和光合作用联系起来。Ru5P核酸核酸(h sun)的原料的原料E4P、PEP莽草酸莽草酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸生长素、木质素生长素、木质素绿原酸、咖啡绿原酸、咖啡(kfi)酸酸第十八页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院4.2.4.2.1.5 1.
22、5 乙醛酸循环乙醛酸循环(xnhun)(xnhun)脂肪酸经脂肪酸经-氧化分解为乙酰氧化分解为乙酰CoA，在乙醛酸体（在乙醛酸体（glyoxysome）内）内经催化生成琥珀酸、乙醛酸、苹果酸和草酰乙酸的过程，称为经催化生成琥珀酸、乙醛酸、苹果酸和草酰乙酸的过程，称为乙醛乙醛酸循环（酸循环（glyoxylic acid cycle.GAC），又称），又称“脂肪呼吸脂肪呼吸”。GAC途径中形成途径中形成(xngchng)(xngchng)的琥珀酸可转化为糖类，将脂质代的琥珀酸可转化为糖类，将脂质代谢与糖类代谢联系起来。有利于油料种子的萌发以及光合产物谢与糖类代谢联系起来。有利于油料种子的萌发以及光
23、合产物向贮藏物质脂肪的转化。向贮藏物质脂肪的转化。GAC是油料种子特有的一种呼吸代谢途径。是油料种子特有的一种呼吸代谢途径。第十九页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院4.2.4.2.1.6 1.6 乙醇乙醇(y chn)(y chn)酸氧化途径酸氧化途径 乙醇乙醇(y chn)(y chn)酸氧化途径酸氧化途径（glycolic acid oxidation pathway,GAOP）是水稻根系特有的糖降解途径。是水稻根系特有的糖降解途径。参与乙醇酸氧化途径的关键酶是参与乙醇酸氧化途径的关键酶是乙醇酸氧化酶（乙醇酸氧化酶（glycolate o
24、xidase）.第二十页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院乙醇酸氧化乙醇酸氧化(ynghu)途径途径葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰COA乙酸乙酸(y sun)乙醇乙醇(y chn)酸氧化酶酸氧化酶O2H2O2乙醇酸乙醇酸O2O2H2O2H2O2乙醛酸乙醛酸草酸草酸H2O2O2H2O2H2O+O甲酸甲酸CO2CO2甲酰四氢叶酸甲酰四氢叶酸（GAOP：水稻根系供氧不足时）水稻根系供氧不足时）H2O2分解产生的分解产生的新生态氧，可氧化新生态氧，可氧化各种还原性物质，各种还原性物质，抑制还原性物质抑制还原性物质对水稻根的毒害对水稻根的毒害第二十一页
25、，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院4.4.2.2 2.2 电子传递途径电子传递途径(tjng)(tjng)的多样性的多样性 电子传递链（电子传递链（electron transport chain）是指负责传递氢是指负责传递氢（H+e）或电子）或电子(dinz)(dinz)到分子氧的一系列传递体按一定顺序排到分子氧的一系列传递体按一定顺序排列所组成的总轨道，又称列所组成的总轨道，又称呼吸链（呼吸链（respiratory chain）。）。呼吸传递体的类型：呼吸传递体的类型：（1 1）氢传递体）氢传递体既传递电子，也传递质子；既传递电子，也传递
26、质子；如如NAD+、FMN（FAD）、）、UQ等等 （2 2）电子传递体）电子传递体只传递电子，不传递质子。只传递电子，不传递质子。如细胞色素系统、某些黄素蛋白、铁硫蛋白、铁氧还蛋白如细胞色素系统、某些黄素蛋白、铁硫蛋白、铁氧还蛋白等。等。第二十二页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院 NADH等还原性物质中的电子经电子传递链传递给分子氧生成水，等还原性物质中的电子经电子传递链传递给分子氧生成水，并偶联并偶联ADP和和Pi生成生成ATP的过程，称为的过程，称为氧化氧化(ynghu)(ynghu)磷酸化（磷酸化（oxidative phosphor
27、ylation）。每吸收一个氧原子与所酯化的无机磷分子数之比，或每传递两每吸收一个氧原子与所酯化的无机磷分子数之比，或每传递两个电子与产生的个电子与产生的ATP数之比，称为数之比，称为P/O比比，是衡量线粒体氧化磷酸化作是衡量线粒体氧化磷酸化作用的活力指标。用的活力指标。呼吸链的四个复合体中，呼吸链的四个复合体中，复合体复合体、和和是是ATP的形成偶联部的形成偶联部位，位，复合体复合体不能偶联不能偶联ATP的形成。的形成。第二十三页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院第二十四页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大
28、学宁波理工学院第二十五页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院第二十六页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院 TCA中的中的NADH的的P/O=？EMP中的中的NADH的的P/O=？NADPH的的P/O=？琥珀酸脱氢形成的琥珀酸脱氢形成的UQH2的的P/O=？解偶联作用（解偶联作用（uncoupling）：）：有些化合物能消除有些化合物能消除(xioch)(xioch)跨膜的质子跨膜的质子梯度或电位差，使梯度或电位差，使ATP不能形成，从而解除电子传递与磷酸化的不能形成，从而解除电子传递与磷酸化的偶联
29、作用。偶联作用。解偶联剂（解偶联剂（uncoupler）：）：如如2 2，4-4-二硝基苯酚（二硝基苯酚（2，4-dinitrophenol,DNP）,呈弱酸性和脂溶性，可结合呈弱酸性和脂溶性，可结合H+并进入膜内，并进入膜内，从而消除跨膜质子梯度，抑制从而消除跨膜质子梯度，抑制ATP的形成。的形成。第二十七页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院4.4.2.2.1 2.2.1 电子传递主路电子传递主路复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体广泛广泛(gungfn)存在于动物、植物及微生物中。存在于动物、植物及微生物中。鱼藤酮鱼藤酮抗霉素抗霉素A
30、CN-（抑制（抑制(yzh)物作用位点）物作用位点）FAD-FeSNADHFMN-Fe-SUQ-Cytb-Fe-S-Cytc1Cytc-Cyta-a3O2第二十八页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院4.4.2.2.2 2.2.2 电子传递支路电子传递支路(zh l)(zh l)电子传递主路：电子传递主路：P/O=3 支路支路1：P/O=2 支路支路2：P/O=2 支路支路3：P/O=1 支路支路4：P/O=1（交替（交替(jiot)途径途径（AP），），又称抗氰支路）又称抗氰支路）NADHFMN Fe-S UQ Cytb Fe-S Cytc1
31、Cytc Cytaa3 O2FP21FP32FP4Cytb53FP交替氧化酶交替氧化酶4第二十九页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院第三十页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院4.4.2.3 2.3 末端氧化末端氧化(ynghu)(ynghu)系统的多样性系统的多样性 末端末端(m dun)(m dun)氧化酶（氧化酶（terminal oxidase）是指处于呼吸链的末端将电是指处于呼吸链的末端将电子传给子传给O2，使其活化并形成，使其活化并形成H2O或或H2O2的酶类。的酶类。4.4.2.3.
32、12.3.1细胞色素氧化酶（细胞色素氧化酶（cytochrome oxidase）在植物组织中普遍存在，位于线粒体中，该酶包括在植物组织中普遍存在，位于线粒体中，该酶包括Cyta和和Cyta3，含有含有铁和铜（各两个）。是植物体内主要的末端氧化酶，承担细胞铁和铜（各两个）。是植物体内主要的末端氧化酶，承担细胞内内80%的耗的耗O2量。与氧的亲和力极高，受氰化物、量。与氧的亲和力极高，受氰化物、CO的抑制。的抑制。第三十一页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院4.4.2.3.2 2.3.2 交替氧化酶（交替氧化酶（alternative oxida
33、se,AO）又称抗氰）又称抗氰氧化酶（氧化酶（cyanide-resistant oxidase）。）。该酶含有该酶含有(hn yu)(hn yu)Fe2+。对氧的亲和力高，对氰化物不敏感，。对氧的亲和力高，对氰化物不敏感，易被水杨基氧肟酸（易被水杨基氧肟酸（SHAM）所抑制。抗氰呼吸又称）所抑制。抗氰呼吸又称放热呼吸放热呼吸（thermogen respiration）第三十二页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院抗氰呼吸的生理抗氰呼吸的生理(shngl)意义：意义：（1 1）放热效应：）放热效应：有利于早春时节植物的开花或种子萌发。有利于早春
34、时节植物的开花或种子萌发。（2 2）促进果实成熟：）促进果实成熟：在果实成熟过程中出现的呼吸跃变现象，与抗在果实成熟过程中出现的呼吸跃变现象，与抗氰呼吸速率增强有关。氰呼吸速率增强有关。（3 3）增强抗病力：）增强抗病力：抗黑斑病的甘薯块根组织抗黑斑病的甘薯块根组织(zzh)(zzh)的抗氰呼吸速率的抗氰呼吸速率明显高于感病品种。明显高于感病品种。第三十三页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院4.4.2.3.32.3.3酚氧化酶（酚氧化酶（phenol oxidase）在植物体内普遍存在，定位于质体和微体中，含铜；催化酚氧化在植物体内普遍存在，定
35、位于质体和微体中，含铜；催化酚氧化成醌。成醌。（1 1）单元酚氧化酶（）单元酚氧化酶（monopheol oxidase）,如酪氨酸酶（如酪氨酸酶（tyrosinase）;（2 2）多元酚氧化酶（）多元酚氧化酶（polyphenol oxidase）,如儿茶酚氧化酶如儿茶酚氧化酶（catechol oxidase）。）。酚氧化酶对氧的亲和力中等酚氧化酶对氧的亲和力中等(zhngdng)(zhngdng)，易受氰化物和，易受氰化物和CO的抑制。的抑制。第三十四页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院酚氧化酶在生活中的应用：酚氧化酶在生活中的应用：马铃
36、薯、苹果、梨等受伤后出现伤口褐变，就是酚氧化酶作用的马铃薯、苹果、梨等受伤后出现伤口褐变，就是酚氧化酶作用的结果，形成的醌对微生物有毒，可对植物组织起到保护作用。结果，形成的醌对微生物有毒，可对植物组织起到保护作用。植物组织受伤后酚氧化酶的活性加强而使呼吸增强的部分植物组织受伤后酚氧化酶的活性加强而使呼吸增强的部分称为伤呼吸（称为伤呼吸（wound respiration）。）。制红茶时，采用短时发酵，利用多酚氧化酶将茶叶中的酚类氧化，制红茶时，采用短时发酵，利用多酚氧化酶将茶叶中的酚类氧化，并聚合并聚合(jh)(jh)成红褐色的色素，使茶色更艳。成红褐色的色素，使茶色更艳。制绿茶时，要及时杀
37、青，抑制多酚氧化酶的活性，使茶色更绿。制绿茶时，要及时杀青，抑制多酚氧化酶的活性，使茶色更绿。第三十五页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院酚氧化酶与电子传递酚氧化酶与电子传递1/2O2MH2MNAD+NADH+H+酚酚醌醌2Cu2+2Cu+O2-H2O第三十六页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院4.4.2.3.4 2.3.4 抗坏血酸氧化酶（抗坏血酸氧化酶（ascorbic acid oxidase）在植物在植物(zhw)(zhw)中普遍存在，果蔬中含量多，定位于细胞质中，含中普遍存在，果蔬中含
38、量多，定位于细胞质中，含Cu。该酶对氧的亲和力低，受氰化物抑制，对该酶对氧的亲和力低，受氰化物抑制，对CO不敏感。不敏感。H2OO2-MH2MNADP+NADPH+H+2GSHGSSG脱氢抗坏血酸脱氢抗坏血酸抗坏血酸抗坏血酸2Cu2+2Cu+1/2O2第三十七页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院4.4.2.3.5 2.3.5 乙醇酸氧化酶（乙醇酸氧化酶（glycolate oxidase）存在于过氧化物体内存在于过氧化物体内(t ni)(t ni)，是一种黄素蛋白酶（含，是一种黄素蛋白酶（含FMN），），不含金属。不含金属。该酶与氧的亲和力极低
39、，不受氰化物和该酶与氧的亲和力极低，不受氰化物和CO抑制。抑制。4.4.6 4.4.6 黄素氧化酶（黄酶，乙醛酸体）黄素氧化酶（黄酶，乙醛酸体）辅基中辅基中不含金属不含金属（含（含FAD），把脂肪分解，最后形成），把脂肪分解，最后形成H2O2，对，对O2的亲和力极低，不受氰化物抑制。的亲和力极低，不受氰化物抑制。此外还有此外还有CAT、POD等等第三十八页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院第三十九页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院4.4.2.4 2.4 呼吸代谢多样性的生理意义呼吸代谢多样性的
40、生理意义(yy)(yy)呼吸代谢的多样性，是植物在长期进化过程中对不呼吸代谢的多样性，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物提供新的物质和能量。第四十页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院4.4.3 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4.4.3.1 3.1 呼吸作用的指标呼吸作用的指标（1 1）呼吸速率（）呼吸速率（respiratory rate）/呼吸强度呼吸强度 常以单位时间常以单位时间(shjin)(shjin)内单
41、位鲜重或干重植物组织或原生质释内单位鲜重或干重植物组织或原生质释放的放的CO2的量（的量（Q）或吸收）或吸收O2的量（的量（Q）来表示。）来表示。单位单位：molCO2g-1（FW或或DW）.h-1，molO2g-1（FW或或DW）.h-1等。等。第四十一页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院(2)(2)呼吸商（呼吸商（respiratory quotient,R.Q.）又称呼吸系数）又称呼吸系数（respiratory coefficient）。）。是指植物组织在一定是指植物组织在一定(ydng)(ydng)时间内，释放时间内，释放CO2与吸收
42、与吸收O2的数的数量（量（V或或mol）之比。）之比。R.Q.=释放释放(shfng)(shfng)CO2的量的量吸收吸收(xshu)(xshu)O2的量的量第四十二页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院4.4.3.2 3.2 呼吸商的影响因素呼吸商的影响因素底物类型底物类型 完全氧化时完全氧化时R.Q.葡萄糖葡萄糖 =1C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O R.Q.=6/6=1.0富含氢的脂肪、蛋白质富含氢的脂肪、蛋白质 1如苹果酸，如苹果酸，C4H6O5+3O2 4CO2+3H2O,R.Q.=4/3=1.33第四十三页，共六十一页。第四
43、章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院 呼吸商的大小与呼吸底物的性质关系密切，根据呼吸商的呼吸商的大小与呼吸底物的性质关系密切，根据呼吸商的大小可大致推测呼吸底物的类型。大小可大致推测呼吸底物的类型。植物材料的呼吸商也往往来自多种呼吸底物的平均值。植物材料的呼吸商也往往来自多种呼吸底物的平均值。氧气氧气：对呼吸商影响很大，如无氧条件下发生的酒精：对呼吸商影响很大，如无氧条件下发生的酒精(jijng)(jijng)发发酵，只有酵，只有CO2释放，无释放，无O2的吸收，则的吸收，则R.Q.远大于远大于1。如形成不完全氧化的中间产物如形成不完全氧化的中间产物(有机酸有机酸
44、),),R.Q.小于小于1 1。C6H12O6+3O2 C4H6O5+2CO2+3H2O R.Q.=0.67 第四十四页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院4.4.3.33.3呼吸速率的影响因素呼吸速率的影响因素（1 1）内部内部(nib)(nib)因素因素 植物种类：植物种类：凡是生长快的植物其呼吸速率也高凡是生长快的植物其呼吸速率也高 植物种类植物种类 呼吸速率呼吸速率（IO2g-1FWh-1）仙人掌仙人掌 3.00 蚕豆蚕豆 96.60 小麦小麦 251.00 细菌细菌 10 000.00第四十五页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生
45、态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院 植物种类 器 官 呼吸(hx)速率 （IO2g-1FWh-1）胡萝卜 根 25 叶 440 苹果 果肉 30 果皮 95 大麦种子 胚 715 (浸泡15h)胚乳 76 不同器官或组织不同器官或组织：生殖器官的呼吸：生殖器官的呼吸(hx)(hx)营养器官；营养器官；生长旺盛的生长旺盛的 生长缓慢的；幼嫩器官的生长缓慢的；幼嫩器官的 成熟器官的等。成熟器官的等。第四十六页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院(2)(2)外界条件的影响外界条件的影响 温度温度 呼吸速率随温度变化的曲线呈钟罩形。在呼吸速率随温
46、度变化的曲线呈钟罩形。在035范围内温范围内温度系数（度系数（Q10）22.5（温度每升高（温度每升高10 反应速率增加的倍数）。反应速率增加的倍数）。呼吸作用最适温度呼吸作用最适温度：是指能长期维持较高呼吸速率的温度。：是指能长期维持较高呼吸速率的温度。呼吸作用最适温度是呼吸作用最适温度是25 35，最高温度是，最高温度是35 45,呼呼吸作用最低温度则依植物种类不同吸作用最低温度则依植物种类不同(b tn)(b tn)有较大差异。有较大差异。第四十七页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院第四十八页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药
47、用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院氧气氧气 氧浓度影响呼吸速率和呼吸类型：氧浓度影响呼吸速率和呼吸类型：氧浓度在氧浓度在1020%,无氧呼吸不进无氧呼吸不进行，全部是有氧呼吸；当氧浓度行，全部是有氧呼吸；当氧浓度5%时，呼吸速率明显下降。因此，土壤板结，时，呼吸速率明显下降。因此，土壤板结，引起通气引起通气(tng q)(tng q)不良，影响根系的呼吸和生长。不良，影响根系的呼吸和生长。（适时中耕松土、开（适时中耕松土、开沟排水，减少沟排水，减少CO2，增加，增加O2）水分水分 整体植物组织的含水量增加，其呼吸速率也升高。整体植物组织的含水量增加，其呼吸速率也升高。除环境因素影响呼吸强度
48、外，除环境因素影响呼吸强度外，机械损伤机械损伤可促使呼吸加强；一些可促使呼吸加强；一些矿质元素矿质元素（如磷、铁、铜、锰等）也影响呼吸；内部因素如（如磷、铁、铜、锰等）也影响呼吸；内部因素如呼呼吸底物的多少吸底物的多少也会使呼吸作用加强或减弱。也会使呼吸作用加强或减弱。第五十页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院4.4.4 4 呼吸作用与农业生产呼吸作用与农业生产 呼吸效率（生长效率）：呼吸效率（生长效率）：1克葡萄糖氧化时所能生成的生物大克葡萄糖氧化时所能生成的生物大分子或合成新组织的克数（分子或合成新组织的克数（=合成生物大分子的克数合成生物
49、大分子的克数/g葡萄糖（葡萄糖（%）。）。幼嫩、生长旺盛和生理活性高部位呼吸效率高。水稻营养生幼嫩、生长旺盛和生理活性高部位呼吸效率高。水稻营养生长时生长效率为长时生长效率为60%-65%。维持呼吸（维持呼吸（maintenance respiration）：）：提供保持细胞活性所提供保持细胞活性所需能量的呼吸部分需能量的呼吸部分(b fen)(b fen)。效率低。随植物种类、温度不同而表现出。效率低。随植物种类、温度不同而表现出显著差异。显著差异。第五十一页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江大学宁波理工学院 生长呼吸（生长呼吸（growth respira
50、tion）：）：提供植物生长发育所需能量提供植物生长发育所需能量和物质，包括结构大分子合成和物质，包括结构大分子合成(hchng)(hchng)、离子吸收等。不同的植物种类、离子吸收等。不同的植物种类、不同（水稻）品种的生长呼吸变化不大，受温度影响不大。不同（水稻）品种的生长呼吸变化不大，受温度影响不大。植物幼嫩生长活跃时，生长呼吸是呼吸的主要部分。植物幼嫩生长活跃时，生长呼吸是呼吸的主要部分。模拟表明：马铃薯的维持呼吸消耗占光合作用的模拟表明：马铃薯的维持呼吸消耗占光合作用的21%，而生长而生长呼吸占呼吸占20%。第五十二页，共六十一页。第四章 植物呼吸作用的生理生态药用植物生理生态学-浙江