一、呼吸作用的定義

  呼吸作用(respiration)包括了有氧呼吸和無氧呼吸兩大類型。有氧呼吸(aerobic respiration)是生活細胞吸收O2,將澱粉、葡萄糖、蔗糖等有機物質徹底氧化,放出CO2和形成H2O,並釋放能量的過程。例如以葡萄糖為底物時,有氧呼吸的總反應式如下:

C6H12O6+6O26CO2+6H2O+能量

  無氧呼吸(anaerobic respiration)是指生活細胞在無氧條件下,把某些有機物如葡萄糖、果糖等分解成不徹底的氧化產物,同時釋放出能量的過程,這個過程又叫發酵作用(fermentation)。高等植物的呼吸主要是有氧呼吸,無氧呼吸時產生酒精。因此,以葡萄糖為底物時,無氧呼吸的總反應式是:

C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量

  植物進行呼吸時,釋放的能量大部分以熱量形式轉移到大氣和土壤中,這部分熱量對植物本身並沒有什麼作用和好處,只有少數種類的植物在外界溫度低時,這些熱量可以促進代謝和生長。呼吸作用釋放的另一部分能量則以ATPNADHNADPH的形式貯存起來,這些化合物特別是ATP為植物生命活動的許多基本過程所必需。

  呼吸作用有兩種定義。一種是廣義的定義,即包括有氧呼吸和無氧呼吸。另一種是狹義的定義,專指有氧呼吸,平時所說的呼吸作用往往是指有氧呼吸。

  有氧呼吸和無氧呼吸的總反應式似乎是將呼吸作用簡單化了。實際上呼吸作用包含一系列的不同酶催化的反應過程,以及包含電子傳遞和能量轉換過程。更為複雜的是呼吸作用的中間代謝產物被用作蛋白質、核酸、脂肪、色素等植物體內許多重要物質的合成原料。因此,往往只有一部分呼吸底物被全部氧化產生CO2H2O,而另一部分則用於細胞物質的生物合成過程。


二、呼吸商

  呼吸商(respiratory quotient,簡稱RQ),是指呼吸作用所釋放的CO2和吸收的O2的分子比。當蔗糖、葡萄糖或澱粉等碳水化合物作為呼吸底物時,如果它們被完全氧化,則細胞的耗氧量和釋放CO2量相等,即RQ值約等於1。例如,多種植物葉片的RQ約為1.05,禾穀類種子或其他澱粉類種子萌發時,RQ接近1。一些含油和脂肪類種子萌發時,RQ約為0.7。以油或脂肪作呼吸底物時,需要消耗大量的O2。可以通過呼吸底物完全氧化的方程式來計算呼吸商。例如:

C6H12O6+6O26CO26H2O

六碳糖 RQ=6/6=1

2C57H104O9157O2114CO2104H2O

                          蓖麻油 RQ114/1570.73

  通過測定植物不同組織或器官的RQ,可以判斷呼吸底物的類型。不過,呼吸商往往還受到許多其他因素的影響而變得更為複雜。例如:無氧呼吸時,沒有O2的吸收,只有CO2的釋放,此時RQ值為無窮大;當植物體內發生物質的轉化,呼吸作用中間產物用於其他物質的生物合成時,RQ值會受到影響;植物體內往往是多種呼吸底物同時進行呼吸作用,其呼吸商實際上是這些物質氧化時細胞耗O2量和釋放CO2量的總體結果;此外,一些物理因素如種皮不透氣性,很難獲得種子萌發時的耗O2量和CO2釋放量的真實資料,因而測定的RQ值的可信程度低。

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