Bài giảng Sinh lý học thực vật: Chương 5 Hô hấp của thực vật, cung cấp cho người học những kiến thức như: Bản chất của hô hấp; Hô hấp kỵ khí và lên men; Các bước chính của quá trình hô hấp;...Mời các bạn cùng tham khảo!
Chương V – Hô hấp thực vật Bản chất hơ hấp • • • Hơ hấp giải phóng lượng từ phâ n tử glucose phân hủy thành phâ n tử khí cacbonic Nó thực qua loạt bước kiểm sốt enzim Cần ơxi để hồn thành q trình hơ h ấp hiếu khí Hơ hấp kỵ khí lên men • Khi chưa có ơxi địa chất trước • Đến nay: số vi khuẩn sinh vật • • Giải phóng ít hơn 6% năng lượng so với hơ hấp hiế u khí, năng lượng được lưu trữ chiếm khoảng 29% (48 Kcals năng lượng giải phóng) Quan trọng trong một số ngành cơng nghiệp Vai trị hơ hấp • • • • • Hơ hấp là đặc trưng của mọi cơ thể sống, là b iểu hiện của sự sống Hơ hấp cung cấp năng lượng dạng ATP cho mọi hoạt động sống trong cơ thể Tạo ra nhiều sản phẩm trung gian có vai trị q uan trọng trong hoạt động sống của cơ thể. Hơ hấp làm giảm cường độ quang hợp. Hơ hấp sáng làm giảm mạnh quang hợp do ph ân huỷ ngun liệu quang hợp, cạnh tranh ánh Các bước q trình h hấp • - - - Đường phân (Glycolysis): Giai đoạn quan trọng đầu tiên diễn ra trong t ế bào chất và khơng cần oxy Có ba bước chính và vài bước nhỏ hơn, mỗi bước được điều khiển bởi một enzyme. Giải phóng một lượng nhỏ năng lượng và m ột số ngun tử hydro được lấy ra từ các hợp chất có nguồn gốc từ một phân tử glucose • • • 1. Trong một loạt các phản ứng, phân tử gluc ose sẽ chuyển thành phân tử fructose mang ha i phốt phát (P) (photphotin hóa) 2. Phân tử đường fructose được phân cắt thàn h hai mảnh 3carbon gọi là glyceraldehyde 3 phosphate (GA3P) 3. Một vài hyđrơ, năng lượng, nước được loạ i ra từ những mảnh 3carbon, để lại axit pyru vic (tạo axit pyruvic) • • • Hai phân tử ATP cung cấp lượng cầ n thiết để bắt đầu trình đường phân Đến hình thành axit pyruvic, bốn phân tử ATP giải phóng (+ phân tử ATP) Năng lượng axit pyruvic, dẫ n đến ion hydro điện tử lượng cao giải phóng suốt trình t ạm thời nắm giữ phân tử ch ất nhận, NAD (nicotinamide adenine dinuc Hô hấp hiếu khí • • Hai giai đoạn chính: chu trình Crebs (chu t rình citric axit) vận chuyển điện tử Xảy ty thể liên quan đến nhiều bước nhỏ hơn, bước điều khiển enzime Chu trình Crebs (chu trình acid citric) • • • • • Chu trình acid citric diễn chất c ty thể Trước vào chu trình: Khí cacbonic giải phóng từ axit pyru vic Những cịn lại tái cấu trúc để tạo nhóm 2-carbon acetyl Nhóm acetyl kết hợp với phân tử chất nhận gọi coenzyme A (CoA) • • • Một ít năng lượng ban đầu bị giữ lại trong phân tử glucose được giải phóng trong suốt q trình glycolysis Trong suốt chu trình Crebs, các điện tử năng lư ợng cao và hydro được liên tục loại bỏ Sự loại bỏ này kéo theo một loạt các axit hữu c ơ và sau sự vận chuyển, cuối cùng tạo ra các h ợp chất như NADH (reduced nicotinamide adeni ne dinucleotide) và FADH2 (reduced flavin adeni ne dinucleotide), cũng như một lượng nhỏ ATP 5.2.2 Hơ hấp kỵ khí – lên me n • • Hơ hấp kỵ khí là q trình phân huỷ glucose t rong đIều kiện khơng có O2 tham gia. Giai đo ạn đầu của hơ hấp kỵ khí là đường phân. Tu y nhiên trong hơ hấp kỵ khí đường phân chỉ x ảy ra giai đoạn phân huỷ glucose thành Axit p yruvic và NADH2 cịn giai đoạn NADH2 thự c hiện chuỗi hơ hấp khơng xảy ra do khơng c ó O2. Bởi vậy kết quả đường phân trong hơ hấp kỵ khí là: C6H12O6 => 2CH3COCOOH + 2NADH • • Phần lớn lượng bị giữ lại axit l actic, hợp chất khác tạo Trong hơ hấp kỵ khí, hydro lấy từ phân tử glucose trình glycol ysis kết hợp với ion vơ cơ, ví dụ , lưu huỳnh vi khuẩn (được thảo luận chương 17) chuyển đổi sulfat (SO4) lưu huỳnh (S) hợp chất lưu huỳnh mộ • • • 7% tổng số lượng phâ n tử glucose bị trình hơ hấp kỵ khí lên men Phần lớn lượng vào trình lên men rượu axit lactic tiêu tan dạng nhiệt Chỉ có hai phân tử ATP tạo Ảnh hưởng điều kiện bên ngồi đến hơ hấp • • • Nhiệt độ: Nhiệt độ đóng vai trị tỷ lệ nhiề u phản ứng khác xảy Ví dụ, n hiệt độ khơng khí tăng từ 20°C lên đến 30 °C, tỷ lệ hô hấp thực vật tăng gấp đôi đ ôi chí gấp ba Hơ hấp xảy nhanh hơn, lượng giải phóng nhiều hơn, trọng lượng giảm Các tế bào hô hấp chuyển đổi lượn g lưu trữ tinh bột đường t Nước • • • • Trong hô hấp nước vừa là sản phẩm vừa là n guyên liệu trực tiếp tham gia vào cơ chế hô h ấp Là môi trường cho các phản ứng trong tế bào Tế bào sống: 90%, hạt giống trưởng thành: 1 0% Khi hàm lượng nước trong mô bị giảm đột n gột (hạn hán, nhiệt độ cao) hô hấp lại tăng m ạnh nhưng hiệu quả năng lượng lại thấp. Nă Khơng khí • • • Cây ngập úng lâu ngày chết? Lưu trữ thực phẩm: giảm oxy (không 1%?) Hàm lượng O2 cao kích thích hơ hấp hiếu khí, làm tăng q trình hơ hấp Ngược lại, hàm lượng O2 giảm hô hấp giảm chuy ển sang dạng hơ hấp kỵ khí • • • • Hàm lượng CO2 môi trường? Phụ thuộc vào thành phần khí gian b Trong gian bào hàm lượng O2 thấp h ơn mơi trường (7-18%) cịn hàm lượng C O2 cao môi trường (0,9-7,5%) Thay đổi tuỳ lồi cây, tuỳ loại mơ, mơ nằm sâu thể hàm lượng khí thấp O2 Ở mô hàm lượng khí gia Chất khống • • • Các nguyên tố khoáng, đặc biệt ng uyên tố vi lượng có ảnh hưởng nhiều mặt đến hơ hấp Vai trị quan trọng chất khống đ ối với hơ hấp ảnh hưởng đến hoạt tính hệ enzime hơ hấp Phần lớn chất kho có tác dụng kích thích hoạt tính e nzime nên làm tăng hơ hấp Bên cạnh có nhiều chất khống c ó tác dụng ức chế hoạt tính enzime nên gi Ánh sáng • • • Trước người ta cho hoạt động củ a hô hấp không chịu ảnh hưởng ánh s Nhưng nhờ phương pháp ngh iên cứu sử dụng đồng vị phóng x nhà khoa học xác định ánh sáng có ảnh hưởng đến hơ hấp Trước hết ánh sáng ảnh hưởng đến quan g hợp mà quang hợp trình cung cấ p nguyên liệu cho hô hấp Ánh sáng ảnh hưởng trực tiếp đến h Thành phần lồi • • • • Các lồi khác có q trình hơ hấp kh ông giống nhau: cường độ, đường, hệ số hơ hấp Trước hết lồi khác có cường độ hô hấp khác Bảng: Cường độ hô hấp số lồ i thực vật Tính chất hệ oxy hố khử, đường biế • Hệ số hơ hấp loài khác c ũng khác sử dụng chất chủ yế u không giống Cây sử dụng ng uyên liệu hô hấp chủ yếu gluxit HSH H = 1, sử dụng chất hô hấp axit hữu HSHH > 1, cịn ch ứa nhiều protein, dùng protein làm chất HSHH < • • Bảng: Hệ số hơ hấp (CO2/O2) số • • • Tuổi Hơ hấp cịn chịu ảnh hưởng trình phát triển cá thể Thường già cường độ hô hấp giảm, đườ ng biến đổi chất chuyển từ đường phâ n – chu trình Crebs sang pentozo P Cây c àng già hiệu lượng giảm Ngoài ảnh hưởng thành phần loài, tuổ i đến hô hấp, quan khác c ây có q trình hơ hấp khác • • • Chất điều hoà sinh trưởng Các chất đIều hồ sinh trưởng có vai trị q uan trọng tồn đời sống thực vật có hơ hấp Đối với q trình h hấp, chất điều hồ sinh trưởng có tác dụ ng nhiều mặt Chất ĐHST làm tăng cường độ hô h ấp vào giai đoạn nẩy mầm giai đoạn si nh trưởng mạnh Đó chất Đ HST kích thích hoạt tính nhiều hệ enzi Xem them trang 184 plans biolo gy Xem trang 187 2008 ... hơ hấp khác • • • Chất điều hồ sinh trưởng Các chất đIều hồ sinh trưởng có vai trị q uan trọng toàn đời sống thực vật có hơ hấp Đối với q trình h hấp, chất điều hồ sinh trưởng có tác dụ ng nhiều... thành phần khí gian b Trong gian bào hàm lượng O2 thấp h ơn môi trường ( 7-1 8%) cịn hàm lượng C O2 cao mơi trường (0, 9-7 ,5% ) Thay đổi tuỳ lồi cây, tuỳ loại mơ, mơ nằm sâu thể hàm lượng khí thấp... Hơ hấp sáng làm giảm mạnh quang hợp do ph ân huỷ ngun liệu quang hợp, cạnh tranh ánh Các bước q trình h hấp • - - - Đường phân (Glycolysis): Giai đoạn quan trọng đầu tiên diễn ra trong t ế bào chất và khơng cần oxy