我们知道，大多数哺乳动物、鸟类、两栖动物，甚至植物都需要与外界交换气体。这个过程，就是我们所说的“呼吸”。它是机体与外部环境之间气体交换的一个重要生理过程。在人类和大多数哺乳动物中，呼吸包括三个相互关联的主要环节：外部呼吸，即肺通气和肺换气；气体在血液中的运输；以及内呼吸，指的是血液与细胞之间的气体交换。
哺乳动物的呼吸过程
与动物一样，地球上的大多数植物也需要进行气体交换，但植物并不像动物那样拥有专门且复杂的呼吸系统。植物的气体交换过程不同于动物，它们的细胞通过代谢路径将有机物逐步氧化分解，释放出能量，这个过程我们称之为“植物呼吸”。
植物的“呼吸作用”——气泡的形成
植物的气体交换主要通过“气孔”进行，这些微小的孔隙位于叶片的下表皮，能够吸入氧气，支持植物的呼吸作用。而在水生植物的根部，气泡的形成也正是植物进行呼吸的一个表现。
植物的气体交换器官——气孔
植物的呼吸作用可以分为两种类型：有氧呼吸和无氧呼吸。有氧呼吸是指植物细胞在有氧条件下，利用氧气将有机物完全氧化，最终生成二氧化碳和水，并释放出能量。这一过程的特点是，底物会彻底分解，释放出大量的能量，是植物最常见的呼吸方式。
有氧呼吸的过程
以葡萄糖为例，植物在有氧呼吸的过程中，将其转化为二氧化碳和水，同时释放出能量。这一过程不仅发生在植物的细胞质中，还包括线粒体中的复杂反应。具体的化学反应式可表示为：
有氧呼吸的反应方程式：
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 能量（ATP）
无氧呼吸的过程
相较于有氧呼吸，无氧呼吸则发生在缺氧环境下，细胞将有机物部分分解，生成不完全的氧化产物，并释放出少量的能量。无氧呼吸的特点是能量释放较少，且分解不彻底。常见的无氧呼吸产物包括酒精和乳酸。例如，当水果如苹果或香蕉长时间储存时，会产生酒味，这是酒精发酵的结果；类似的，胡萝卜、甜菜等块根植物在储藏过程中也可能会产生乳酸。无氧呼吸通常被认为是从有氧呼吸进化而来。
无氧呼吸的反应方程式： C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 少量能量（ATP）
参与植物呼吸作用的代谢途径
植物的呼吸作用涉及多个代谢途径，其中最重要的包括以下三种：
1. 糖酵解途径（EMP途径）
糖酵解是指在无氧条件下，葡萄糖被酶降解为丙酮酸，并释放出能量的过程。这个过程主要发生在细胞质中，是大多数植物呼吸作用的第一步。不论是有氧呼吸还是无氧呼吸，葡萄糖的分解都首先需要通过糖酵解。糖酵解过程不涉及氧气，并且不会产生二氧化碳，但会释放出ATP和NADH，为细胞提供能量。
2. 三羧酸循环（TCA循环）
当丙酮酸进入线粒体后，在有氧条件下，它会进入三羧酸循环，也叫TCA循环。这个循环是有氧呼吸中非常重要的步骤，通过逐步氧化丙酮酸，最终生成水和二氧化碳，并释放能量。TCA循环的一个显著特点是，它涉及多个中间产物的转化，最终产生大量的NADH和FADH₂，这些产物将在后续的电子传递链中发挥作用。
3. 生物氧化（电子传递链和氧化磷酸化）
生物氧化是指有机物在细胞内的氧化降解过程，它不仅消耗氧气，还生成二氧化碳和水，同时释放出能量。在线粒体内，电子传递链负责将NADH和FADH₂中的电子传递到氧分子上，并通过氧化磷酸化合成ATP。此过程是能量生产的核心环节。
电子传递链由多个酶复合物和辅因子组成，分为多个阶段，从而逐步将电子传递给氧，生成水，并驱动ATP的合成。
4. 其他代谢途径
除了上述的主要代谢途径外，植物还可能利用一些辅助的呼吸途径。例如，磷酸戊糖途径可以代替糖酵解途径，而在无氧条件下，乙醛酸循环和乙醇酸途径也可能被启动，以帮助植物在低氧环境下进行能量代谢。
农业中的应用
植物的呼吸作用不仅是自然界中的基础生理过程，在农业生产中也有着重要的影响。例如，在农业种植中，良好的通气条件和适宜的环境可以促进植物的呼吸作用，从而促进植物生长。水稻苗期的出苗、花卉和水培蔬菜的生长都依赖于良好的呼吸作用。
在粮食储存中，为了减少呼吸作用的负面影响，通常需要控制环境湿度和温度，确保适当的通风，防止过多的呼吸作用导致食品的腐烂或营养流失。在玉米、粮食等作物的晒制过程中，农民往往会精心处理，控制干燥和通风条件，以抑制过度的呼吸作用。
在水果和蔬菜的储存过程中，为了减缓其呼吸作用，通常会采用低温和气体成分调节，例如提高氮气浓度，降低氧气浓度。这可以有效延长食品的保鲜期，减少品质的损失。
日常生活中的呼吸作用
我们日常生活中也会遇到呼吸作用的影响。例如，土豆在水中浸泡可以防止变褐，这其实是通过隔绝氧气来抑制酚氧化酶的活性，从而减少氧化变色。新采摘的茶叶需要迅速焙炒（“杀青”），以去除氧化酶，保持其翠绿色和清香。
虽然红茶的制备过程与此相反，使用多酚氧化酶促进茶叶中酚类化合物的氧化，形成红褐色的色素，正是通过这种方式来制作特有的茶色和口感。
这些生活中的细节，都是植物呼吸作用在我们身边的体现，影响着我们所吃的食物、饮品，甚至日常的农业操作。