怎么证明植物存在光呼吸（证明植物会呼吸的实验）

光呼吸是植物绿色组织在光下吸收氧气和释放二氧化碳的过程。其底物是乙醇酸，它的主要来源是核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）与氧气在RuBP羧化酶加氧酶的催化下，形成1分子磷酸甘油酸及1分子磷酸乙醇酸，后者在磷酸酯酶催化下形成乙醇酸。由于RuBP是在光下不断循环形成（见光合作用），所以光呼吸依赖于光。由于RuBP 羧化酶加氧酶既可催化RuBP发生羧化反应，又可催化RuBP与氧气发生加氧反应。所以，二氧化碳与氧气浓度之比将影响其速率。C4植物的速率很低，几乎测不出，这主要是由于C4植物叶肉细胞中无RuBP羧化酶加氧酶，维管束鞘细胞虽然有此酶，但由于C4途径使该酶的周围二氧化碳的浓度较高，因而使该酶催化的加氧反应受到抑制，从而使其底物来源减少所致。

机理 光合碳循环中催化CO2固定的二磷酸核酮糖（RuBP）羧化酶同时具有加氧酶的功能，催化RuBP的加氧反应，生成磷酸乙醇酸和 3-磷酸甘油酸（3－PGA）

磷酸乙醇酸被磷酸酯酶分解生成乙醇酸，后者在乙醇酸氧化酶催化下氧化成乙醛酸

乙醛酸经转氨反应变为甘氨酸后，由两个分子甘氨酸生成丝氨酸、CO2和NH3各一分子。这便是光呼吸的放CO2反应。丝氨酸以后转变为羟基丙酮酸，再被还原及磷酸化成为3-PGA，后者又进入光合碳循环。光呼吸的总结果是把每5个RuBP固定碳原子的数目从5降为3.5。

种间差别 四碳植物如玉米、甘蔗、高粱等的光呼吸很弱，在光下只放出很少的CO2，它们的CO2补偿点也较低，只有2～5vpm[lvpm=1／1000 000（体积比）]。三碳植物如小麦、大豆、烟草等的光呼吸较强，可达一般空气中光合强度的50％；它们的 CO2补偿点也较高，可达40～60vpm。三碳植物光合固定的碳有这么大的部分通过光呼吸重新放出，便降低了它们的光合效率（见四碳植物）。

测定方法 因为光呼吸中吸O2、放CO2与光合作用（吸CO2、放O2）同时进行，所以用一般的气体交换方法难于测定。可用的光呼吸测定方法有以下几种：①在光照一段时间后，突然停止照光，出现CO2猝发，它的速率可代表光呼吸的速率；②使叶片在低O2（＜1％）条件下进行光合作用，因此时光呼吸不进行，所以光合速率较高，其与常氧浓度（21％）下光合速率之差，可代表光呼吸速率；③将CO2浓度与光合速率的关系曲线外推到CO2为零时，光合速率为负值，它代表光呼吸速率；④向叶片供应14CO2使之进行光合作用后，以无CO2的空气通过叶片表面，通过后含有呼吸时释出的14CO2，从光下与暗中释放的14CO2之差可以计算光呼吸。

生理意义 有几种不同意见。一种意见认为光呼吸是有害的过程，它使植物损失有机碳和能量。而这种损失是RuBP羧化酶在有氧条件下不可避免地发生加氧反应的结果。另一种意见认为光呼吸有积极的生理功能，它使叶片在光很强而CO2不足的情况下，维持叶片内部一定的CO2水平，来避免光合机构在无CO2时的光氧化破坏；一定的CO2水平也可使RuBP羧化酶经常处于活化状态，有利于光合作用的进行。此外，光呼吸过程中还生成甘氨酸和丝氨酸，从而与氮代谢相联系。

植物光呼吸的原理？

光呼吸（英语：Photorespiration）是所有行光合作用的细胞（该处“细胞”包括原核生物和真核生物，但并非所有这些细胞都能运行完整的光呼吸）在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。它是光合作用一个损耗能量的副反应。过程中氧气被消耗，并且会生成二氧化碳。光呼吸约抵消30%的光合作用。因此降低光呼吸被认为是提高光合作用效能的途径之一。但是人们后来发现，光呼吸有着很重要的细胞保护作用。

在光呼吸过程中，参与光合作用的一对组合：反应物1,5-二磷酸核酮糖（Ribulose-1,5-bisphosphate，简称为RuBP）和催化剂1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase， 简称为Rubisco）发生了与其在光合作用中不同的反应。RuBP在Rubisco的作用下增加两个氧原子，再经过一系列反应，最终生成3-磷酸甘油酸。后者再经过部分光合作用过程，可再次重新生成为RuBP。

换言之，Rubisco对RuBP有两种作用，既可将之导入生成能量获得碳素的光合作用，也能使之进入消耗能量释放碳素的光呼吸。由此可见，光呼吸和光合作用关系密切，它们之间的关系可以作一形象的理解：糖工厂内（行光合作用细胞，特别是植物）的葡萄糖生产线（光合作用）因一部机器（1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶）构造不完善，一部分原材料（1,5-二磷酸核酮糖）不断被错误加工，产出次品（2-磷酸乙醇酸），虽然有一补救措施，可将次品重加工并再次投入生产线，但是整个过程却是非常费时费力的。这个错误加工和补救的过程就是光呼吸。

发生光呼吸的细胞需要三个细胞器的协同作用才能将光呼吸起始阶段产生的“次品”“修复”，耗时耗能。这也是早期光呼吸被人们称作“卡尔文循环中的漏逸”，“Rubisco的构造缺陷”的原因。有人提出，在农业上抑制光呼吸能促进植物生长。科学家在基因工程方面做出多种尝试，试求降低植物的光呼吸，促进植物成长，为世界粮食问题提供一种解决方案。但是后来科学家发现，光呼吸可消除多余的NADPH和ATP，减少细胞受损的可能，有其正面意义。又因为光呼吸与大气中氧气/二氧化碳比例联系非常紧密，科学家甚至认为可以通过控制陆地植物的数量，以控制地球大气氧气和二氧化碳的成分比。

我们常称动物的呼吸为“吐故纳新”，植物也会呼吸吗？当然。同动物一样，植物也要通过呼吸作用将植物体内的某些有机物质进行分解，释放出供给植物各项生理活动所需要的能量，并在此过程中合成新的生命物质。植物的呼吸作用根据需要氧的参与与否，可以分为有氧呼吸和无氧呼吸两大类，这是与动物的呼吸不同的。

有氧呼吸，顾名思义就是需要氧气参与的呼吸作用，其主要特点是吸进氧气，氧化分解有机物而释放二氧化碳。

如何证明植物会做有氧呼吸呢？让我们来做一个小实验：随便摘几片叶子，把它们装到一个瓶子里面，然后将瓶子密封，并放到一个阴暗的地方。隔一夜以后，打开瓶塞，向里面倒一点澄清的石灰水，摇动几下，结果会怎么样呢？澄清的石灰水变得浑浊了。奇怪，这是什么原因呢？原来，澄清的石灰水里含有很多氢氧化钙，这种物质有个特点，只要遇到二氧化碳，它就会和二氧化碳起化学反应，并生成一种叫做碳酸钙的白色沉淀物，使石灰水变得混浊。这个现象说明，瓶子里面产生了许多二氧化碳，比大气中的比例大多了。如果我们再将一根燃烧的火柴伸到瓶子里面，火柴很快就熄灭了，这说明，瓶子里面缺少了支持燃烧的物质——氧气。

这个小实验很简单，但足以证明植物的有氧呼吸是和动物一样吸收氧气、放出二氧化碳的。长期贮存菜或甘薯的地窖里，由于蔬菜或甘薯的呼吸作用，会使得地窖中的二氧化碳的浓度大大升高，氧气的浓度大大降低。如果人贸然进入地窖就会发生窒息晕倒，严重的会导致死亡。因此，在进入这些地方之前，要先用一支点燃的蜡烛或小灯放到地窖中试验一下，如果蜡烛或小灯很快就熄灭了，则千万不要进去。一定要通风一段时间以后，继续检验，没有问题再进入这些地方。

植物的另外一种呼吸作用就是无氧呼吸。无氧呼吸就是植物的细胞在无氧的条件下，把一些有机物分解为不彻底的氧化产物，同时释放出能量的过程。一般来说，高等植物的无氧呼吸都会产生一些酒精、乳酸等代谢物。比如苹果放的时间久了，内部果肉部分就会有酒味，这就是苹果因无氧呼吸产生酒精造成的。相类似的，马铃薯块茎、甜菜块根、胡萝卜和玉米胚等，在进行无氧呼吸后则会产生乳酸。

在无氧条件下，高等植物可以进行短期的无氧呼吸，以适应不利的环境条件，比如熬过水淹等灾害。但是，如果植物缺氧时间过长，不但无氧呼吸所产生的酒精和乳酸就会对植物体造成毒害，植物生长的能量也会供应不足，这将使得植物体内部的分解大于合成，导致植物因饥饿致死。所以，植物的无氧呼吸只是植物适应严酷的自然环境的权宜之计，有氧呼吸才是植物进行呼吸作用的主要方式。

我们通常所说的呼吸作用（包括有氧呼吸和无氧呼吸）在光下和暗处都能进行，人们通常称之为暗呼吸。20世纪60年代，科学家们发现，植物体内还存在着另外一种“呼吸作用”，这种呼吸作用只有在光照下才能进行，因此被形象地称为光呼吸。光呼吸现象在所有的高等植物中都存在，它把光合作用过程中产生的部分有机碳转变为二氧化碳，并把这些二氧化碳重新释放出去。光呼吸的存在在某种意义上来说是一种浪费，因为光呼吸整个反应的许多过程都是消耗能量的，而且它还能影响二氧化碳的固定速度。目前，光呼吸的作用机理已经被科学家搞明白了。原来，它主要是消耗了绿色植物叶片在光照下形成的乙醇酸这种物质。从乙醇酸的合成，到乙醇酸被氧化，形成二氧化碳再释放出去，这是一个相当复杂的过程，这一系列反应是在三种细胞器中完成的，它们分别是叶绿体、过氧化物体以及线粒体。

通过科学方法的测定人们已经知道，光呼吸所释放出的二氧化碳大约占整个光合作用二氧化碳固定量的20％~27％，也就是说，它把光合作用所固定的四分之一左右的碳又变成了二氧化碳释放出去。植物做了极大的努力，将太阳光能转变为化学能，将二氧化碳合成为有机物，并将化学能储藏在有机物中。可是光呼吸却把植物辛辛苦苦积累的一部分能量和有机物浪费掉了，这是为什么呢？有些人认为，光呼吸可以保护叶绿体，使叶绿体免受强光的伤害，不过并没有充分的证据来证实，所以，到目前为止，植物为什么会进行耗费能量的光呼吸还是一个令人费解的谜。

植物的呼吸作用是有热放出的，这是因为植物细胞分解有机物时，不能利用的多余能量就会以热的形式散发出来。如果把正在萌发的种子用棉布包起来进行隔温，那么种子的温度就可以达到四十度以上，有许多种子也会因为温度太高而死亡。所以，刚刚收获的湿种子如果堆积在一起，就会因为温度升高而引起霉烂；新鲜的植株堆积在一起，时间较长时也会发生霉变；如果植株在晾干的过程中不彻底，植物体仍然有部分呼吸能力，那么，在长期堆积在一起以后，内部的温度就会升高很多，严重的话甚至可以引起植株自然燃烧。

其实，我们的祖先很早就认识到了植物的呼吸作用带来的后果，并在生产、生活中采取了正确的措施。例如早稻在浸种催芽时要用温水淋种和时常翻新，目的就是控制温度和通风，使呼吸作用能够正常进行；稻田的晒田、作物的中耕松土、黏土的掺沙等耕作方法，可以改善土壤的通气条件，使根系得到充足的氧气进行呼吸；刚收获的植物种子要摊成薄层，快速晾干，以免种子因呼吸作用温度升高而引起霉烂……

现在，人们更是主动利用植物的呼吸作用，让它为人类的生产、生活服务。如在粮食贮藏期间，人们应用通风和密闭的方式，或者在密闭的粮仓中充入氮气，以抑制粮食的呼吸作用；在储藏蔬菜、果实的实践中，人们发明了一种叫做“自体保藏法”的储藏方法，在密闭的环境中，利用果实、蔬菜呼吸作用放出的二氧化碳，使二氧化碳保持一个合适的浓度，从而抑制呼吸作用，延长贮藏时间……

你可以先用碳十四标记二氧化碳，让植物吸收，然后植物就合成了带有放射性的有机物。

然后把植物放在无标记的空气环境中，光照后，检测植物周围空气有无放射性。如果有，就说明植物呼吸产生了二氧化碳。

我们说植物在光下把自己呼吸产生的二氧化碳完全吸收了，是从数量变化上说的。真正的反应不是线粒体产生的二氧化碳一定要进入叶绿体。

大自然是很神奇的，每一种植物，每一种动物都有着自己的生存之道

光呼吸（Photorespiration）是所有进行光合作用的细胞在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。它是光合作用一个损耗能量的副反应。绿色植物在照光条件下的呼吸作用。特点是呼吸基质在被分解转化过程中虽也放出CO2，但不能转换成能量ATP，而使光合产物被白白地耗费掉。在黑暗条件下，呼吸过程能不断转换形成ATP，并把自由能释放出来，以供根系的吸收功能、有机物质的合成与运转功能以及各种物质代谢反应等等功能的需要，从而促进生命活动的顺利进行。所以光呼吸越强，光合生产率相对就低。根据大气氧浓度21%时的测定，茶树叶片的光呼吸强度为1.6±0.1mgCO2/dm2/h，比一般植物高。

中文名

光呼吸

外文名

Photorespiration

意义

清净环境

类别

生态生物学

快速

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途径作用绿色植物研究史应用学科卡尔文循环光呼吸的损耗不被压制原因

基本信息

绿色植物在光照条件下， 吸收氧气和释放CO2的过程。它表明植物在进行光合作用的同时， 又进行呼吸作用。光呼吸的主要特点是： ①光呼吸氧化的有机物质 (即呼吸底物) 为乙醇酸， 乙醇酸是从同化CO2过程的中间产物转变而来的， 所以光呼吸与光合作用联系在一起，它只有在光照条件下才发生。②光呼吸的速度随大气中氧气的浓度增加而不断增加， 而一般的呼吸作用在氧气浓度为2%左右时已达饱和。③植物的光呼吸强弱也随CO2浓度而改变， CO2浓度低， 可促进乙醇酸的产生， 光呼吸作用就强， 反之就弱。

光呼吸（英语：photorespiration）是所有行光合作用的细胞（该处“细胞”包括原核生物和真核生物，但并非所有这些细胞都能运行完整的光呼吸）在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。它是光合作用一个损耗能量的副反应。过程中氧气被消耗，并且会生成二氧化碳。光呼吸约抵消30%的光合作用。因此降低光呼吸被认为是提高光合作用效能的途径之一。但是人们后来发现，光呼吸有着很重要的细胞保护作用。

所有光合植物都有，但是c4植物微弱，一般忽略不计；

结构基础：叶绿体、过氧化物酶体、线粒体。

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