民國115年 高考三級 農業技術 作物學與作物生理學
第4題
植物在遭遇逆境（如乾旱、高溫、病菌感染等）時，細胞內產生的活性 氧族（Reactive oxygen species, ROS）如H2O2，會經由過氧化氫酶（C…
題目
植物在遭遇逆境（如乾旱、高溫、病菌感染等）時，細胞內產生的活性 氧族（Reactive oxygen species, ROS）如H2O2，會經由過氧化氫酶（Catalase, CAT）或過氧化酶（Peroxidase, POD），將H2O2 還原為H2O。請回答下 列問題： 解釋植物利用這2 種酵素解除H2O2 氧化逆境的生理意義差異性。 （10 分） 以穀胱苷肽過氧化酶（Glutathione peroxidase, GPx）催化的氧化還原反 應循環為例子，說明如何將H2O2 還原為H2O。並以循序漸進往前溯 源的方式，說明此氧化還原反應過程中的H（電子）的提供者，源頭 來自於植物行光合作用所吸收的太陽能（地球的生物能量源自於植物 吸收的太陽能）。（15 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、過氧化氫酶（Catalase, CAT）的特性：CAT為含血基質的四聚體酵素，主要位於過氧化體（peroxisome）與乙醛酸體，可將兩分子H2O2直接歧化為兩分子H2O與一分子O2，不需外加還原力。其米氏常數（Km）較高但轉換率高，適合清除光呼吸與脂肪酸β-氧化所產生的大量H2O2，屬於「粗放型、大量清除」的解毒機制。
- 二、過氧化酶（Peroxidase, POD）的特性：POD為含血基質酵素，以愈創木酚、抗壞血酸或NADH等為電子供體，將H2O2還原為H2O而基質被氧化。其Km較低、對H2O2親和力高，分布於細胞壁、細胞質與液胞，能在低濃度下精細調控H2O2；並參與細胞壁木質化、傷口癒合與病原防禦，兼具結構強化與訊息傳遞功能。
- 三、兩者生理意義的差異：CAT負責「大量、突發」H2O2的快速移除，避免氧化傷害擴散至胞器；POD則在「低濃度、持續」層次維持氧化還原恆定，並將H2O2用於木質化與防禦反應。二者分工使植物既能耐受逆境爆發，又能保留H2O2作為訊息分子（如氣孔關閉、抗病訊息、程式性細胞死亡），不致全面清除而喪失訊號功能。
- 四、GPx催化之循環：穀胱甘肽過氧化酶（Glutathione peroxidase, GPx）含硒半胱氨酸，可將H2O2還原為H2O，同時將兩分子還原態穀胱甘肽（GSH）氧化為氧化態穀胱甘肽（GSSG）；GSSG再由穀胱甘肽還原酶（Glutathione reductase, GR）以NADPH為還原力再生為GSH，形成GPx-GR循環。淨結果為NADPH＋H+＋H2O2→NADP+＋2H2O。
- 五、電子溯源的階梯：NADPH之還原力來自光反應中鐵氧還蛋白-NADP+還原酶（FNR）將電子交給NADP+，或來自五碳糖磷酸途徑；光反應電子則由光系統II之放氧複合體（OEC）光解水而來，水為最終電子供體。能量溯源為太陽能→光系統II／I→鐵氧還蛋白→NADPH→GSH→GPx→H2O2→H2O；夜間由光合產物經呼吸作用與五碳糖磷酸途徑供應NADPH，其碳源與能量同樣源自植物吸收之太陽能。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。