关于植物的呼吸作用是什么?

植物呼吸plant respiration植物在有氧条件下,将碳水化合物、脂肪、蛋白质等底物氧化,产生ATP、CO2和水的过程,是与光合作用相逆反的过程。植物组织在供氧不足或无氧时,其中的有机物可以部分分解,产生少量CO2并释放少量能量。这就是发酵作用,有时又称为无氧呼吸。与此相区别,氧气供应充分时的呼吸也称为有氧呼吸。三碳植物中的绿色部分,在光下以二磷酸核酮糖的氧化产物乙醇酸为底物,继续氧化,产生CO2,这个过程称为光呼吸。影响呼吸速率最显著的环境因素有温度、大气成分、水分和光照等。

温度能影响呼吸作用,主要是影响呼吸酶的活性。一般而言,在一定的温度范围内,呼吸强度随着温度的升高而增强。

根据温度对呼吸强度的影响原理,在生产实践上贮藏蔬菜和水果时应该降低温度,以减少呼吸消耗。温度降低的幅度以不破坏植物组织为标准,否则细胞受损,对病原微生物的抵抗力大减,也易腐烂损坏。

氧气是植物正常呼吸的重要因子,氧气不足直接影响呼吸速度,也影响到呼吸的性质。绿色植物在完全缺氧条件下就进行无氧呼吸,大多数陆生植物根尖细胞的无氧呼吸产物是酒精和CO2。酒精对细胞有毒害作用,所以大多数陆生植物不能长期忍受无氧呼吸。在低氧条件下通常无氧呼吸与有氧呼吸都能发生,氧气的存在对无氧呼吸起抑制作用。有氧呼吸强度随氧浓度的增加而增强。

微生物的无氧呼吸称为发酵,氧气对发酵有抑制作用。根据氧对呼吸作用影响的原理,在贮存蔬菜、水果时就降低氧的浓度,一般降到无氧呼吸的消失点,如降得太低,植物组织就进行无氧呼吸,无氧呼吸的产物(如酒精)往往对细胞有一定的毒害作用,而影响蔬菜、水果的贮藏保鲜。

增加 CO2的浓度对呼吸作用有明显的抑制效应。这可以从化学平衡的角度得到解释。据此原理,在蔬菜和水果的保鲜中,增加CO2的浓度也具有良好的保鲜效果。



植物在有氧条件下 ,将有机化合物氧化 ,产生CO2和水的过程。其化学反应式(以碳水化合物为例)为:C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+2821kJ。

此过程中产生的能量可以部分地用于各种生命活动,植物组织在供氧不足或无氧时,其中的有机物可以部分分解,产生少量 CO2 并释放少量能量。这就是发酵作用,有时又称为无氧呼吸。与此相区别,氧气供应充分时的呼吸也称为有氧呼吸。三碳植物中的绿色部分,在光下以二磷酸核酮糖的氧化产物乙醇酸为底物,继续氧化,产生CO2,这个过程称为光呼吸。

植物虽靠光合作用提供能量形成有机物,但非绿色部分(以及处于黑暗中的绿色部分)都是通过呼吸作用,将光合产物中的化学能释放出来,以 ATP中高能键的形式供各种生理活动之用,其基本反应与动物及微生物的相似,而且电子传递和磷酸化也在线粒体上进行。与高等动物不同之处在于:植物叶片扁而薄、气孔众多,与大气间气体交换方便,除沼泽植物如水稻有通气组织之外,没有肺鳃等呼吸器官。

呼吸速率因植物种类、发育时期和生理状态而异。幼嫩的、旺盛生长着的组织呼吸速率高,长成的和衰老的组织呼吸速率低;生殖器官的呼吸速率比营养器官要高。影响呼吸速率最显著的环境因素有温度、大气成分、水分和光照等。

呼吸对植物正常生活和产量形成必不可少。特别是低洼渍水地区,土壤中氧气不足使根系呼吸受阻,影响根系生长和对水与无机离子的吸收,种子和果实在贮藏中呼吸旺盛会消耗贮藏物质,影响种子寿命和果实的品质。常用控制含水量的办法降低种子的呼吸速率。对新鲜水果、蔬菜可以用降低O2浓度(至3%) 和提高CO2浓度( 至5% )的气调贮藏法来降低呼吸速率。



呼吸速率(respiratory rate)是最常用的代表呼吸强弱的生理指标,它可以用单位时间单位重量(干重、鲜重)的植物组织或单位细胞、毫克氮所放出的CO2的量(Qco2)或吸收的O2的量(Qo2)来表示。常用单位有:μmol·g-1·h-1, μl·g-1·h-1等。 测定呼吸速率的方法有多种,常用的有:用红外线CO2气体分析仪测定CO2的释放量;用氧电极测氧装置测定O2吸收量,还有广口瓶法(小篮子法)、气流法、 瓦布格微量呼吸检压法等。通常叶片、块根、块茎、果实等器官释放CO2的速率,用红外线CO2气体分析仪测定,而细胞、线粒体的耗氧速率可用氧电极和瓦布格检压计等测定。

植物呼吸作用CO2的总释放

植物组织在一定时间内,放出二氧化碳的量与吸收氧气的量的比值叫做呼吸商(respiratory quotient,RQ),又称呼吸系数(respiratory coefficient)。放出的CO2量吸收的O2量(5-21)通常,碳水化合物是主要的呼吸底物,脂肪、蛋白质以及有机酸等也可作为呼吸底物。底物种类不同,呼吸商也不同。如以葡萄糖作为呼吸底物,且完全氧化时,呼吸商是1 以富含氢的物质如脂肪、蛋白质或其它高度还原的化合物(H/O比大)为呼吸底物, 则在氧化过程中脱下的氢相对较多,形成H2O时消耗的O2多,呼吸商就小,如以棕榈酸作为呼吸底物,并彻底氧化时,其呼吸商小于1。

相反,以含氧比碳水化合物多的有机酸作为呼吸底物时,呼吸商则大于1,如柠檬酸的呼吸商为1.33。5小麦和亚麻种子萌发及幼苗生长过程中呼吸商的变C6H8O7+4.5O26CO2+4H2O 。

RQ=64.5=1.33可见呼吸商的大小和呼吸底物的性质关系密切,故可根据呼吸商的大小大致推测呼吸作用的底物及其性质的改变,例如油料种子萌发时,最初以脂肪酸作为呼吸底物,RQ约为0.4,但随后由于一部分脂肪酸转变为糖,并以糖作为呼吸底物,故RQ增加。有时呼吸商也可能是来自多种呼吸底物的平均值(图5-19)。当然,氧气供应状况对呼吸商影响也很大,在无氧条件下发生酒精发酵,只有CO2释放,无O2的吸收,则RQ=∞。植物体内发生合成作用,呼吸底物不能完全被氧化,其结果使RQ增大,如有羧化作用发生,则RQ减小。



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