植物代謝

植物代謝
plantmetabolism
植物利用太陽能和無機物質，形成體內的有機物，並用於各種生命活動，同時排除廢物和多餘的能量的過程。代謝為一切生物所共有。植物獨特之處，在於自養性，即利用太陽光能，通過光合作用從二氧化碳、無機鹽和水合成各種含能有機物質，供其生命活動之需。植物的非光合器官，或在黑暗中的光合器官的生命活動，也靠利用現成的有機物，即葉片白天形成的光合產物及其中的能量，因而具有與其他生物相似的呼吸代謝及承擔呼吸的細胞器——線粒體。
植物的代謝產物，除二氧化碳和水向體外排出之外，其他廢物一般不排出體外，而是累積於液泡之中。液泡由液泡膜與原生質隔開，因而其中的有毒物質和不適宜的pH值不致傷害原生質。某些植物形成並積累多種特殊產物，稱為次生物質，其生理功能多不明。
植物的代謝是按照遺傳基因的潛勢，在環境條件的制約下有序地進行的，隨著發育的進程而形成不同的器官，合成不同的物質。遺傳基因的負載者——脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），以及回響外界條件、調節體內生理活動的植物激素，和催化各種生物化學反應的酶，既是代謝的產物，又反過來影響代謝。因此植物代謝的內容極其廣泛。
植物代謝的各個部分，往往不止一條途徑。例如碳水化合物降解的途徑有糖酵解（EMP）途徑和磷酸戊糖（HMP）途徑；呼吸鏈的電子傳遞有5條不同途徑，並且可以通過多種末端氧化酶把電子傳遞給氧氣。
不同的代謝途徑同時存在於植物體內，但各途徑運行的速率並不相等，速率間的比例也不固定。在特定環境中，植物的代謝以哪一途徑運行，以及途徑之間的變化，依植物的種類和器官、生長發育的狀況及環境條件而定。這些不同途徑的中間物是植物體內不同的物質的代謝基礎，並且常與相應的生理過程密切相關。
在物質代謝的同時，進行著能量代謝。植物首先通過光合作用把太陽的輻射能轉變為化學能貯藏於有機化合物中。然後一部分通過呼吸代謝以及其他多酶系統把各種有機化合物中的化學能分解出來而加以利用。其中一部分用於作功，如生物合成、根瘤固氮、維持跨生物膜的濃度差、離子吸收和體內的逆濃度梯度輸送。另一部分以熱的形式放出，在某些情況下，可顯著提高體溫。
植物體內各種需能反應都以ATP為直接能源。產生ATP的途徑有兩條，即光合磷酸化作用和氧化磷酸化作用，前者為植物所特有，後者則為動植物所共有。碳水化合物、脂肪和蛋白質等有機物在氧化時都可產生ATP，其機理也有兩種。一種與底物的氧化步驟相聯繫，稱為底物水平磷酸化；另一種與呼吸作用的電子傳遞（又稱呼吸鏈）相聯繫，稱為電子傳遞鏈水平磷酸化。後者是形成ATP的主要途徑。不同電子傳遞途徑中產生的ATP分子數不都相等，而其P／O比（即每吸收一個原子O所形成的ATP分子數）也不等。例如電子傳遞主路P／O＝3，而抗氰電子支路P／O＝1。ATP產生的量因植物種類、生長發育時期和環境條件不同而異，ATP的數量反過來又可影響和調節代謝和生理過程。