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5第5章植物的呼吸作用--复习材料+自测题第5章植物的呼吸作用一、教学大纲基本要求掌握呼吸作用的概念及其生理意义；了解线粒体的结构和功能；熟悉糖酵解、三羧酸循环和戊糖磷酸循环等呼吸代谢的生化途径；熟悉呼吸链的概念、组成、电子传递多条途径和末端氧化系统的多样性；了解氧化磷酸化、呼吸作用中的能量代谢和呼吸代谢的调控；掌握呼吸作用的生理指标及其影响因素；掌握呼吸速率的概念及其测定方法；了解种子、果实、块根、块茎等器官的呼吸特点和这些器官贮藏保鲜的关系，并掌握呼吸作用与农业生产的关系。
二、本章知识要点呼吸作用是一切生活细胞的基本特征。
呼吸作用是将植物体内的物质不断分解的过程，是新陈代谢的异化作用。
呼吸作用为植物体的生命活动提供了所需的能量，其中间产物又能转变为其他重要的有机物（蛋白质、核酸、脂肪等），所以呼吸作用就成为植物体内代谢的中心。
按照需氧状况将呼吸作用分为有氧呼吸和无氧呼吸两大类型。
在正常情况下，有氧呼吸是高等植物进行呼吸的主要形式，在缺氧条件下，植物进行无氧呼吸。
从进化的观点看，有氧呼吸是由无氧呼吸进化而来的。
高等植物的呼吸主要是有氧呼吸，但仍保留无氧呼吸的能力。
高等植物的呼吸生化途径、电子传递途径和末端氧化系统具有多样性。
呼吸代谢的多样性是植物在长期进化中形成的对多变环境适应的一种表现。
EMP-TCAC-细胞色素系统是植物体内有机物质氧化分解的主要途径，而PPP、GAC途径和抗氰呼吸在植物呼吸代谢中也占有重要地位。
呼吸底物的彻底氧化包括CO2的释放与H2O的产生，以及将底物中的能量转换成ATP。
EMP-TCAC途径只有CO2的释放，没有H2O的形成，绝大部分能量还贮存在NADH和FADH2中。
这些物质所含的氢不能被大气中的氧所氧化，而是要经过一系列可进行迅速氧化还原的呼吸传递体的传递之后，才能与分子氧结合生成水。
而作为生物体内“能量货币”的ATP就是在与电子传递相偶联的磷酸化过程中大量形成。
第二节、植物的呼吸作用
过实验来
何利用推荐的器材设计实验的
首先请兴趣小组的同学向大家描述该实验是我们分别取了号锥形瓶根据推荐器材的具体作用
压时一定不要用太
石灰水变浑浊，因此就不能动物体内的有机物分解时
呼吸作用。
你认为这种说法是
初中生物学教师一般所任教学班级较多，几天后，乙暖水瓶中的温度也有不同程度的升高，教师应抓住这一契机，组织学生一起分析乙暖水瓶中的温度升高的原因。
境、层层递进的思维启动，诱发了学生学习的内在动因，学生在这种自主、探究的学习过程中始终保持最佳情绪状态，不仅获得了知识、技能，而且发展了学生的探索精神和创新能力。
第五章植物呼吸作用及其利用一、教学目标：1.知识性目标①描述绿色植物的呼吸作用。
②说明呼吸作用对植物生长发育的意义。
③阐明呼吸作用和光合作用之间的关系。
④举例说明呼吸作用在生产生活实际中的应用。
2.技能性目标1、尝试植物的呼吸作用实验。
2、运用植物的呼吸作用原理来解决日常生产和生活中的实际问题。
3.情感性目标1、过小组探究，形成团结合作的精神。
2、养成理论联系实际、实事求是的科学态度。
二、教学重点：1.探究呼吸作用的实验及观察分析。
2. 呼吸作用的概念和意义3.光合作用与呼吸作用的区别和联系。
三、教学难点：植物的呼吸作用释放能量。
四、课前准备：１、提前36小时为每组准备好两套两个分别装有新鲜和煮熟的菠菜叶的密闭的透明广口瓶，并用黑纸包裹后放在暗处。
２、澄清石灰水，量筒，火柴，蜡烛，燃烧匙。
３、提前三天准备好装有新鲜香芹根、新鲜大枣、正在萌发的黄豆种子的密闭的透明广口瓶。
４、提前两天准备好两个分别装有正在萌发的种子和煮熟的种子的保温瓶，并插上温度计密封放置。
５、多媒体课件。
五、教学方法：小组探究、实验观察，分析、归纳，应用、提高。
六、教学过程：七、板书设计：第五章植物的呼吸作用及其利用1、公式：有机物+氧气二氧化碳+水+能量2、利用：八、课后反思：1、实验方法的改进提高了实验的成功率。
2、重视实验的设计、运用实验逐步引导学生总结得出结论，培养了学生的科学思维能力。
3、运用能比较法使学生对光合作用和呼吸作用的理解更透彻。
4、实验多、知识点多成为一节课完成教学任务的难点，须进一步摸索出更合理的教法。
植物的呼吸作用
植物的呼吸作用是重要的生理过程，它允许植物从环境空气中吸收氧气，并释放二氧化碳。
与动物呼吸相似，植物呼吸依赖于氧气的摄入和二氧化碳的排出，但过程由于植物的特殊结构而有所不同。
在植物的呼吸作用中，氧气通过气孔进入植物的叶片，然后进入叶绿体中的细胞。
在叶绿体中，氧气参与到细胞呼吸中的氧化过程中，以产生能量和水的副产物。
同时，二氧化碳作为呼吸废物由细胞释放出来，并通过气孔离开植物体。
植物的呼吸作用是不断进行的，即使在夜晚或光合作用停止的情况下也是如此。
由于植物被动感知周围环境中的氧气浓度和二氧化碳浓度，它们能够在不同条件下调节呼吸速率。
在光合作用进程中，光合产物提供的能量可以通过呼吸消耗，以维持植物的正常生长和代谢。
值得注意的是，植物的呼吸作用和动物呼吸作用虽然存在相似之处，但并不相同。
植物利用光合作用将二氧化碳转化为有机物质（葡萄糖），同时释放氧气。
然而，在光合作用停止或不足的情况下，植物需要通过呼吸作用来从外部环境获取能量。
总而言之，植物的呼吸作用是一个重要的生理过程，它使植物能够从环境中摄取氧气、释放二氧化碳，并产生能量维持生长和代谢。
这一过程通过细胞内过程进行，而植物能够根据环境条件调节呼吸速率。
尽管与动物呼吸作用存在相似之处，但植物的呼吸作用在光合作用停止时起到重要的能量供应作用。
第5章植物的呼吸作用respirationLife on Earth depends on flow of energy from sun•1 呼吸作用的概念和生理意义•2 植物呼吸代谢途径–有氧呼吸（aerobic respiration ）–无氧呼吸（anaerobic respiration ）•3 植物体内呼吸电子传递途径(electron transport chain ) 的多样性–3.1 细胞色素电子传递途径–3.2 交替氧化酶途径及意义•4 植物呼吸作用的调节•5 影响呼吸作用的因素呼吸速率与呼吸商呼吸速率的测定•6 呼吸作用的实践应用1.1 呼吸作用的概念呼吸作用(respiration )是氧化有机物并释放能量的异化作用(disassimilation )。
有氧呼吸(aerobic respiration )指生活细胞利用分子氧将体内的某些有机物质彻底氧化分解,形成CO 2和H 2O,同时释放能量的过程。
无氧呼吸(anaerobic respiration )一般指生活细胞在无氧条件下利用有机物分子内部的氧,把某些有机物分解成为不彻底的氧化产物,同时释放能量的过程。
呼吸作用的底物(respiratory substrate)：糖、氨基酸、脂类有氧呼吸反应式：无氧呼吸反应式：1.2 呼吸作用的生理意义• 1. 为植物生命活动提供能量（ATP ）• 2. 为植物体内有机物质的生物合成提供还原力如NADPH 、NADH 、FADH 2•3. 中间产物是合成植物体内重要有机物质的原料•4. 在植物抗病免疫方面有着重要作用1.3. 线粒体Mitochondrion结构与功能•线粒体是进行呼吸作用的细胞器•形态：椭圆型，直径0.5-1.0微米，长1-2微米•双层膜结构：外膜：蛋白质少，脂类多，膜透性大内膜：蛋白质较多，膜透性小，氧化磷酸化和呼吸电子传递场所基质：内膜的内侧空间，可溶性部分三羧酸循环地点膜间空间(intermembrane space)：线粒体内膜与外膜之间的空隙，内含许多可溶性酶底物和辅助因子。
内膜向中心内陷，形成片状或管状的皱褶，称为嵴(cristae)，由于嵴的存在，使内膜的表面积增加，利于呼吸过程中的酶促反应。
•在线粒体内膜的内侧表面有许多小而带柄的颗粒，即ATP合酶复合体，它是合成ATP的场所。
2 植物呼吸代谢途径• 2.1 糖酵解(Glycolysis，EMP)• 2.2 无氧呼吸（Fermentation）• 2.3 三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle，TCA cycle）• 2.4 戊糖磷酸途径(pentose phosphate pathway,PPP)• 2.5 乙醛酸循环(glyoxylic acid cycle,GAC)• 2.6 乙醇酸氧化途径(glycolic acid oxidation pathway, GAOP)•Overview of respiration pathwayGlycolysis and tricarboxylic acid cycle2.1 糖酵解Glycolysis•EMP pathway (Embden-Meyerhoff-Parnass)•部位：细胞质cytosol•总反应式：淀粉/蔗糖－>丙酮酸•丙酮酸pyruvate：是无氧和有氧呼吸的分水岭己糖丙酮酸糖酵解Glycolysis 总反应式：C6H12O6+ 2NAD+ + 2ADP + 2Pi2CH3COCOOH + 2NADH + 2ATP + 2H++ 2H2O糖酵解glycolysis的生理意义(1)EMP是有氧呼吸和无氧呼吸的共同途径，在丙酮酸这一步分道扬镳；(2)糖酵解过程中产生的一系列中间产物,在呼吸代谢和有机物质转化中起着枢纽作用。
(3)对于厌氧生物来说,糖酵解是糖分解和获取能量的主要方式。
(4)EMP中除了己糖激酶、果糖磷酸激酶、丙酮酸激酶所催化的反应以外,其余反应均可逆转,这就为糖异生作用提供了基本途径。
2.2 无氧呼吸（发酵）Fermentation•无氧状态下糖酵解的后续过程。
主要在缺氧状态下的植物或微生物中发生•包括酒精发酵alcohol和乳酸发酵lactate两种方式旅鸫享受火棘的成熟浆果（酒精发酵）有氧厌氧－发酵线粒体细胞质cytosol无氧呼吸（发酵）Fermentation用于发面的单细胞真菌酵母成熟葡萄上存在野生酵母；酿酒葡萄使用的酵母菌株,当乙醇含量14％以下保持活力Lactic Acid Fermentation 乳酸发酵Alcoholic Fermentation 酒精发酵•NAD+与NADH的周转与丙酮酸还原之间的关系无氧呼吸为植物提供暂时的能量来源（产生少量的ATP），使植物适应短期缺氧条件（淹水、土壤板结等）；产生乙醇或乳酸，植物不能长期生存在缺氧的条件中2.3 三羧酸循环TriCarboxylic acid Cycle, TCA cycle又称柠檬酸循环(citric acid cycle)•有氧时，丙酮酸进入线粒体，经过一系列中间步骤最终彻底氧化成CO2和H2O的过程；•Krebs cycle (Nobel Prize)•TCA cycle 因其循环中所含的3个羧基的中间产物而得名•反应地点:线粒体基质mitochondrial matrix中(除琥珀酸脱氢酶)呼吸链•Reactions and enzymes ofcitric acid cycle.2丙酮酸＋8NAD＋＋2FAD＋2ADP＋2Pi+4H2O－－> 6CO2＋2ATP＋8NADH＋8H＋＋2FADH2p114Overview ofaerobic respirationTCA cycle的要点•丙酮酸彻底被氧化为CO2(×3)，即为呼吸中释放CO2•5次脱H过程，形成高能物质：4 NADH + 1 FADH2•形成ATP (×1) 琥珀酰CoA底物水平磷酸化•生成的NADH和FADH2，电子传递偶联氧化磷酸化生成ATP•TCA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。
2.4 戊糖磷酸途径Pentose Phosphate Pathway, PPP•独立于EMP-TCA途径之外，由G-6-P直接氧化脱氢，故又名为：–葡萄糖直接氧化途径；–己糖磷酸途径；–己糖磷酸旁路•在细胞质中进行•非主要途径：–PPP普遍存在，特别是在植物感病、受伤、干旱时，该途径可占全部呼吸的50%以上•氧化阶段：G-6-P至Ru-5-P，2次脱H和1次脱羧•非氧化阶段：Ru-5-P经过一系列分子内部重排，形成F-6-P和G-3-PPentose Phosphate Pathway戊糖磷酸途径PPP 的作用•在EMP －TCA 途径之外，糖分解不易受阻，扩大植物适应能力：–玉米根系遇2,4-D 等除草剂时，该途径增强•中间产物与核酸、细胞壁结构物质(木质素等)及激素合成相关。
–E4P 和PEP 可合成莽草酸，再合成芳香族氨基酸–合成与植物生长、抗病性有关的木质素、绿原酸、咖啡酸•生成NADPH ，为合成脂肪的主要还原力–油菜与大豆结荚期，种子内PPP 增强，与其中脂肪积累相关–NADPH 参与脂肪酸、固醇等的生物合成、非光合细胞的硝酸盐、亚硝酸盐的还原以及氨的同化•与抗病性相关，抗病性强的品种，该支路发达：–感染锈病的小麦叶片，靠该支路加强呼吸2.5 乙醛酸循环G lyoxylic A cid C ycle, GAC•脂肪酸经β-氧化分解为乙酰CoA ，在乙醛酸体（glyoxysome ）内生成琥珀酸、乙醛酸、苹果酸和草酰乙酸的酶促反应过程，称为乙醛酸循环（glyoxylic acid cycle, GAC ）素有“脂肪呼吸”之称。
•该途径中产生的琥珀酸可转化为糖•异柠檬酸裂解酶与苹果酸合酶是GAC 中两种特有的酶类异柠檬酸裂解酶苹果酸合成酶乙醛酸循环Glyoxylic Acid Cycle三羧酸循环tricarboxylic acid cycle TCA乙醛酸循环Glyoxylic Acid Cycle GAC•乙醛酸循环可以看成是三羧酸循环的一个支路，它在异柠檬酸处分支，绕过了三羧酸循环的两步脱羧反应，因而不发生氧化降解。
•除了异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶外，其余的酶都与三羧酸循环的酶相同。
GAC and TCA乙醛酸循环是富含脂肪的油料种子所特有的一种呼吸代谢途径•油料种子在发芽过程中，细胞中出现许多乙醛酸体•贮藏脂肪首先水解为甘油和脂肪酸，然后脂肪酸在乙醛酸体氧化分解为乙酰CoA ，并通过乙醛酸循环转化为糖类•淀粉种子萌发时不发生乙醛酸循环。
GAC and TCA乙醛酸循环的修正Mettler 和Beevers 等研究蓖麻种子萌发时脂肪向糖类的转化:•苹果酸直接进入细胞质后再脱氢、逆着糖酵解途径转变为蔗糖。
•在乙醛酸体和线粒体之间存在“苹果酸穿梭”。
•在线粒体中苹果酸脱氢变成草酰乙酸，草酰乙酸与谷氨酸进行转氨基反应，生成天冬氨酸与α-酮戊二酸，并同时透膜进入乙醛酸体，再次发生转氨基反应，所产生的谷氨酸透膜返回线粒体，而草酰乙酸，可继续参与乙醛酸循环。
GAC and TCA•通过“苹果酸穿梭”和转氨基反应解决了乙醛酸体内NAD +的再生和不断补充OAA 途径问题，这对保证GAC 的正常运转是至关重要的。
•植物体内主要呼吸代谢途径相互关系Overview of respiration2.6 乙醇酸氧化途径,GAOP G lycolic A cid O xidate P athway•水稻根系特有的糖降解途径。
•关键酶—乙醇酸氧化酶（glycolate oxidase ）。
水稻根系GAOP 途径•水稻一直生活在供氧不足的淹水条件下，当根际土壤存在某些还原性物质时，水稻根中的部分乙酰CoA 不进入TCA 循环，而是形成乙酸•乙酸在乙醇酸氧化酶及多种酶类催化下依次形成乙醇酸、乙醛酸、草酸和甲酸及CO 2，并且每次氧化均形成H 2O 2•H 2O 2氧化水稻根系周围的各种还原性物质（如H 2S 、Fe 2+等），从而抑制土壤中还原性物质对水稻根的毒害，以保证根系旺盛的生理机能2.7 植物呼吸代谢途径的多样性•植物在长期进化过程中对多变环境的适应表现•然而，植物体内存在着的多条化学途径并不是同等运行的•随着不同的植物种类、不同的发育时期、不同的生理状态和环境条件而有很大的差异。
植物呼吸代谢途径的多样性•TCA：在正常情况下以及在幼嫩的部位，生长旺盛的组织中•无氧呼吸：在缺氧条件下，丙酮酸有氧分解被抑制而积累，进行无氧呼吸•PPP：在衰老，感病、受旱、受伤的组织中•GAC：富含脂肪的油料种子萌发过程中•GAOP：水稻根系在淹水条件下•抗氰呼吸3. 呼吸链电子传递途径的多样性•3.1 细胞色素Cytochrome电子传递途径（生化）•3.2 交替氧化酶alternative oxidase途径•3.3 其他末端氧化酶terminal oxidase途径呼吸链（电子传递链）R espiratory (electron transport) chain •由位于线粒体内膜上的一系列电子传递体和氢传递体组成，它们负责把NADH和FADH2上的电子传递给O2•氢传递体：脱氢酶。
