植物生理学第五章

植物生理学的知识点的超全总结！下图包括了 呼吸作用的概念和生理意义 、呼吸代谢途径 、电子传递链与氧化磷酸化 、呼吸过程中能量的贮存和利用、呼吸作用的调控 、 呼吸作用的影响因素 等方面的知识，快收藏学起来吧！

植物的呼吸作用

• 呼吸作用的概念和生理意义
  • 呼吸作用的概念
    • 有氧呼吸
    • 无氧呼吸
      • 酒精发酵
      • 乳酸发酵
  • 呼吸作用的指标
  • 呼吸作用的生理意义
    • 为生命活动提供能量
    • 为重要有机物质提供合成原料
    • 为代谢活动提供还原力
    • 增强植物抗病免疫能力
• 呼吸代谢途径
  • 糖酵解
    • 无氧，葡萄糖等六碳糖分解为丙酮酸，又称EMP。在细胞原生质内进行。
  • 发酵作用
    • 无氧，乳酸发酵和酒精发酵，积累对原生质有毒害作用。
  • 三羧酸循环
    • TCA循环，线粒体中进行。丙酮酸有氧分解，形成水和二氧化碳。没有分子氧的直接参与。每次循环消耗2分子水，一分子用于柠檬酸的合成，一分子用于延胡索酸加水生成苹果酸。
  • 磷酸戊糖途径
    • PPP,HMP。是细胞质中进行的葡萄糖-6-磷酸直接氧化途径，在植物体内普遍存在。G6P后经两次脱氢，一次脱羧形成Ru5P,6Ru5P通过分子重排重新形成G6P,每一循环实际消耗1G。
  • 乙醛酸循环
    • GAC，当油料种子萌发是，通过GAC将脂肪转化为糖。
  • 乙醇酸氧化途径
    • 水稻根系特有的糖降解途径。主要酶是乙醇酸氧化酶。
• 电子传递链与氧化磷酸化
  • 电子传递链
    • 呼吸链是指在线粒体内膜上按氧化还原电位高低有序排列的一系列氢及电子传递体构成的系统。
    • 氢传递体：NAD,FAD,FMN,UO 电子传递体：Cytb,Cytc,Cytaa3,Fe-s系统
    • 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）
  • 氧化磷酸化
    • 当底物脱下的氢经呼吸链(氢和电子传递体)传至氧的过程中,伴随着ADP和Pi合成ATP的过程称氧化磷酸化。氧化磷酸化机理:Mitchell化学渗透学说。
    • 抑制
      • 解偶联：电子仍然传递但不能合成ATP
        • 解偶联剂
        • 2,4-二硝基苯酚
      • 抑制氧化磷酸化：阻断电子传递
        • NADP→UQ:鱼藤酮，安米妥
        • 琥珀酸→FAD:丙二酸
        • Cytb→Cytc1:抗霉素A
        • Cyta→O: CN,叠氮化物，CO
  • 末端氧化酶
    • 能将底物上脱下的电子最终传递给O2,并形成H2O或H2O2的酶类
      • 细胞色素氧化酶
        • 细胞色素氧化酶在有氧呼吸中有极重要作用，与O2的亲和力极高，位于线粒体中。植物组织中消耗的近80%的O2由此酶作用完成，特别是代谢活跃的幼嫩组织
        • 细胞色素氧化酶包括Cyt.a和Cyta3, 含有两个铁卟啉和两个铜原子，作用是将电子传给O2,生成H2O。细胞色素氧化酶易受氰化物、CO的抑制
      • 交替氧化酶
        • 交替氧化酶又称抗氰氧化酶，对氧的亲和力高，对氰化物不敏感，位于线粒体中。在植物和微生物中广泛存在
        • Cyanide resistant respiration:不受CN和N3及CO等呼吸抑制剂所抑制的呼吸称为抗氰呼吸
  • 线粒体外的末端氧化酶
    • 酚氧化酶
      • 在植物体内普遍存在，存在于质体、微体中，是一种含铜的氧化酶。有单酚氧化酶(酪氨酸酶)，多酚氧化酶(儿茶酚氧化酶)。催化分子氧将各种酚氧化成醌。植物组织受伤后呼吸增强，增加的这部分呼吸称为伤呼吸，它与酚氧化酶的活性加强有关。酚氧化酶对氧的亲和力中等。
    • 抗坏血酸氧化酶
      • 催化分子氧将抗坏血酸氧化并生成水。抗坏血酸氧化酶定位于细胞质中，是- -种含铜的氧化酶，在植物中普遍存在，以蔬菜和果实中较多。对氧的亲和力低
    • 乙醇酸氧化酶
      • 是-种黄素蛋白酶，存在于乙醛酸循环体中，为不含金属的氧化酶。催化乙醇酸氧化为乙醛并产生过氧化氢，与甘氨酸和草酸生成有关，与氧的亲和力极低
    • 黄素氧化酶
      • 辅基中不含金属(含FAD) ,把脂肪分解，最后形成H2O2，对O2的亲和力极低，不受氰化物抑制。此外还有CAT、POD等
• 呼吸过程中能量的贮存和利用
  • 贮存能量
    • 主要形式：高能键，主要是高能磷酸键，特别是三磷酸腺苷
    • 过程：氧化磷酸化，转磷酸化作用，非氧化作用
  • 利用能量
  • 光合作用和呼吸作用的关系
    • 光合作用所需的ADP (供光合磷酸化产生ATP之用)和辅酶NADP (供产生NADPH之用)， 与呼吸作用所需的ADP和NADP是相同的。这两种物质在光合和呼吸中共用。
    • 光合作用的碳循环与呼吸作用的戊糖磷酸途径基本上是正反反应的关系。光合作用和呼吸作用之间有许多糖类(中间产物)是可以交替使用的。
    • 光合释放的氧可供呼吸利用, 而呼吸作用释放的二氧化碳亦能为光合作用所同化。
• 呼吸作用的调控
  • 巴斯德效应和糖酵解的调节
    • 磷酸果糖激酶；丙酮酸激酶
    • 巴斯德效应：氧气对无氧呼吸的抑制
  • 三羧酸循环的调节
    • 丙酮酸脱氢酶
  • 戊糖磷酸途径的调节
    • 葡萄糖-6-磷酸脱氢酶
  • 腺苷酸能荷的调节
    • 能荷:指细胞中腺苷酸系统的能量状态。是ATP -ADP - AMP系统中可利用的高能磷酸键的度量。细胞内通过腺苷酸之间的转化对呼吸代谢的调节。能荷代表了细胞的能量水平
    • 当能荷变小，活化ATP的合成反应，呼吸被促进。当能荷变大，ATP利用反应加强，呼吸被抑制。
• 呼吸作用的影响因素
  • 呼吸速率和呼吸商
    • 呼吸商的影响因素：底物种类，氧气供应状况
  • 内部因素对呼吸速率的影响
    • 不同植物呼吸速率不同:生长快速的植物，呼吸速率快
    • 不同器官，代谢不同，呼吸速率不同: 幼嫩器官呼吸强;生殖器官呼吸强;
    • 不同组织，呼吸速率不同:形成层呼吸强
    • 不同发育期，呼吸速率不同:幼叶呼吸强，成熟时下降;衰老时又上升。
  • 外界条件对呼吸速率的影响
    • 温度
      • 影响酶活性。钟型曲线，温度系数（Q10）
    • 氧气
      • 影响有氧活性。当氧浓度下降到20%以下时，植物的呼吸速率便开始下降
      • O2↑,呼吸↑。O2过低， 呼吸↑.Exhausting point(消失点，熄灭点) ,无O2,呼吸刚刚停止时的外界环境中O2浓度。
      • 无氧活性过久会对植物造成伤害
    • CO2
      • CO,是呼吸作用的最终产物，环境CO,增加，呼吸速率减慢。当CO2浓度高于5%时，有明显抑制呼吸作用的效应
      • 应用于果蔬贮藏保鲜。当浓度达到10%时，可使植物致死。
      • 适时中耕松土、开沟排水,有助于促进土壤空气和大气的气体交换,促进根系的生长。
    • H2O
      • 植物整体的呼吸速率，一般是随着植物组织含水量的增加而升高;当受旱接近萎蔫时，呼吸速率会有所增加，而萎蔫时间较长时，呼吸速率则会下降
      • 干燥种子水分上升，呼吸大大提高。
    • 机械损伤
      • 机械损伤会使组织呼吸速率加强。氧化酶与底物的间隔破坏; 细胞转变为分生组织，代谢旺盛。
      • 病原菌的侵染
      • 植物组织感病后呼吸增加，可能原因:宿主受体细胞的线粒体增多并被激活，氧化酶活性增强，分解毒素,抑制病原菌水解酶活性，促进伤口愈合。另外抗氰呼吸、PPP加强
• 呼吸作用与农业生产
  • 呼吸作用与作物栽培
    • 早发一壮根一 减少冠层有机物消耗。翻种;晒田
  • 呼吸作用与粮食贮藏
    • 呼吸↑,贮藏物质消耗↑，种子含水量↑，堆温↑,形成恶性循环。 微生物繁殖↑，堆呼吸大大↑。最终使贮藏种子发热霉变。
    • 生产措施：充分干燥种子，降低粮温，调节气体成分。
  • 呼吸作用与果蔬贮藏
    • 降低氧浓度;降低温度;“自体保藏法"
    • Respiratory climacteric (呼吸跃变) :部分果实成熟过程呼吸渐渐下降，但在成熟前呼吸又急剧升高，达到一个小高峰后再下降的现象。如苹果、梨、香蕉、草莓等,称跃变型果实。
    • 形成呼吸跃变的原因: CO←-Eth←ACC
    • 延长果实贮藏期限的措施：原理为设法降低呼吸，推迟呼吸跃变
      • 降温
      • 气调。增CO2，适当降氧，通风。
      • 去Eth
      • 生物技术转基因
  • 呼吸作用与农产品加工