Дыхание - один из важнейших физиологических процессов обмена веществ у растений, в результате которого происходит поглощение кислорода и окисление органического вещества с выделением углекислого газа. Дышат все живые органы, клетки и ткани растения. При дыхании выделяется энергия, за счет которой идут многие физиологические процессы. Часть энергии, не используемая растением, выделяется в виде тепла. В нормальных условиях основным дыхательным материалом являются углеводы (сахара).
Представление о начальных и конечных продуктах обмена при дыхании дает основное уравнение дыхания: C6 H12 O6 + 6*O2 = 6*CO2 + 6*H2O + + 674 ккал (сахар + кислород = углекислый газ + вода). Как видно из этого уравнения, в процессе дыхания образуется вода. Исследования показали, что в крайних условиях обезвоживания растение может использовать эту воду и предохранить себя от гибели.
Доступ кислорода ко всем органам растения - одно из основных условий дыхания. При его недостатке растение может некоторое время дышать за счет кислорода, извлекаемого из воды и Сахаров самого растения. Однако такое анаэробное дыхание возможно лишь короткое время.
При длительном недостатке кислорода растение погибает. При плохой обработке почвы или на переувлажненных почвах корням растений не хватает воздуха, а следовательно, кислорода. Кислородное голодание корневой системы замедляет поглощение воды из почвы и ее передвижение в растении. Поэтому при застое воды на отдельных участках поля большинство растений погибает. Многие дикорастущие болотные и водные растения имеют специальные приспособления для обеспечения корней кислородом. Это система межклеточных полостей, наполненных воздухом, или специальная воздухоносная ткань (аэренхима) в коре, например у тростника. У некоторых болотных тропических растений есть специальные воздушные корни.
Об интенсивности процесса дыхания судят по количеству выделяемого углекислого газа или поглощенного кислорода. Дыхание идет более интенсивно в молодом растущем растении, с возрастом интенсивность его снижается. Листья дышат интенсивнее стеблей и корней. Во время цветения повышается дыхание у цветков и снижается в других органах растения. Оно резко возрастает во время созревания плодов.
Теневыносливые растения дышат слабее светолюбивых. Для высокогорных растений характерна повышенная интенсивность дыхания. Очень активно дыхание плесневых грибов, бактерий.
На интенсивность дыхания сильно влияет температура воздуха: оно усиливается при повышении температуры с 5 до 40°, а затем резко падает. Дыхание снижается при понижении температуры, однако у зимующих растений его можно обнаружить даже при -20°. При понижении температуры до 3-5° дыхание замедляется, а это позволяет при хранении урожая сберечь тысячи тонн органического вещества, расходуемого на дыхание. Механическое повреждение растения усиливает дыхание.
Дыхание снижается при повышении содержания углекислого газа в воздухе. Этим пользуются при хранении фруктов и винограда, а также при закладке силоса, сенажа, накачивая в хранилища углекислый газ. Будучи тяжелее воздуха, углекислый газ вытесняет его из силосной и сенажной массы, подавляет дыхание, не дает консервируемой массе разогреваться и хорошо сохраняет ее.
Может происходить благодаря совершенно разным, подходящим для данных условий обитания системам. Это могут быть устьица и чечевички – специальные органы, способные получать и усваивать кислород напрямую из окружающего воздуха и служащие для газообмена между всеми органами и окружающей средой. Дышат растения и корнями, поглощающая жизненно необходимый газ в условиях заболоченной местности. У большелистных растений, а также у тропических видов в процессе поглощения газа участвует вся живая поверхность сразу, всеми частями и те растения, которые растут в воде.
Процесс дыхания
Известно, что в процессе самого дыхания образуются два главных вещества: углекислый газ, выпускаемый в атмосферу, и обыкновенная вода, аккумулируемая самим растением. Вся энергия, сопровождающая подобную реакцию распада органических составляющих на более простые, идет на становление и поддержание нормального уровня жизнедеятельности растения, дальнейший рост и активное развитие его ветвей, корней и плодов.
Не стоит путать дыхание и сложный процесс фотосинтеза. Эти явления абсолютно противоположны. Если первый проходит с непосредственным поглощением кислорода всеми имеющимися элементами растения и активным выделением энергии и углекислого газа, то второй скорее наоборот использует энергию солнца, газ и воду для создания особо сложных веществ, таких как, например, сахар и газ кислород.
Особенности дыхательного процесса
В почве растения дышат корнями, при этом выделяется не газ, а углекислота. Любопытно, что луковичные растения ведут более активный процесс поглощения кислорода, чем растения с корнями, однако это вовсе не значит, что, к примеру, декоративные комнатные луковичные растения поглотят весь кислород в комнате. Они не только дышат, но и «выдыхают».
Сама интенсивность дыхания живых растений конечно же не сравнима с дыханием и напрямую зависит от возраста и текущей потребности. Так особенно молодым, быстро побегам для роста всех клеток и дальнейшего образования цветов кислорода требуется, безусловно, больше, нежели отцветшим и пожелтевшим растениям, готовящимся уйти в своеобразную зимнюю спячку, замедлив все биологические процессы. Важно отметить, что дыхание цветов гораздо интенсивнее, нежели дыхание листьев того же растения, которые, в свою очередь, более активны в этом процессе по сравнению с обычными стеблями и плодами.
Опытным путем доказано, что дыхание напрямую зависит от уровня сложившихся температур и усиливается с ростом столбика термометра. Свет также способствует увеличению уровня углеводов, тех соединений, которые становятся активными участниками системы поглощения кислорода. Высшие растения наделены особой способностью бескислородного, анаэробного процесса, происходящего с задействованием всего внутреннего потенциала живого существа, с использованием реакций распада органических соединений.
Как известно, растения, как и любые другие живые организмы, непрерывно дышат. С этой целью им просто необходим кислород. В кислороде нуждаются как одноклеточные, так и многоклеточные растения. Он принимает участие в процессах жизненных функций тканей, клеток и органов растения.
Большая часть растений поглощает кислород из воздуха сквозь устьица и чечевицы. Водные растения получают его из водной среды всем телом. Определенные виды растений, которые растут в топких местах, обладают особыми дыхательными корнями, получающие кислород из воздуха.
Дыхание – это очень сложный процесс, который происходит в клетках живых организмов, в процессе, которого при разложении органических веществ, происходит выделение энергии, необходимой для процессов жизненных функций организма. Главной органической субстанцией, принимающей участие в процессе дыхания, являются углеводы. Частота дыхания у растений обусловлена количеством углеводов, аккумулированных росточками на свету.
Проще говоря, дыхание является протекающим процессом, с участием кислорода, разложения органических питательных субстанций до неорганических(воды и углекислого газа), который сопровождается выделение энергии, используемой растениями для жизненных функций.
Дыхание – это противоположный процесс фотосинтезу. Процесс дыхания тесно связан с постоянным поглощением кислорода, как днем, так и ночью. Особо интенсивно идет процесс дыхания в молодых органах и тканях растения. Частота дыхания предопределена необходимостью роста и развития растений. Большая часть кислорода приходится на зоны деления и развитие клеток. Формирование, а также урон, в особенности обрывание органов, сопровождается учащенным дыханием у растений. После окончания роста, с пожелтением листьев и, особенно в зимний период, частота дыхания значительно снижается, но ни в коем случае не прекращается. Дыхание является непременным условием жизни и развития растений.
Чтобы жить, растению необходимо получать посредством удобрений и дыхания нужные ему вещества, а также энергию. Впитанные вещества в процессе превращений в тканях и клетках становятся веществами, из которых растения строят свое тело. Все преобразования веществ, которые протекают в организме растений, всегда сопровождаются расходом энергии. Зеленое растение, впитывая световую энергию, трансформирует ее в химическую и скапливает в сложных органических соединениях. В дыхательном процессе при распаде органических веществ данная энергия освобождается и применяется растением на превращение субстанций и процессов жизнедеятельности, которые протекают в клетках.
Дыхание и фотосинтез идут путем многочисленных последовательных химических воздействий, в которых одни вещества трансформируются в другие. Например, в процессе фотосинтеза из воды и углекислого газа образуется глюкоза, которая через некоторое время преобразовывается в крахмал, клетчатку, жиры и витамины. Это те вещества, которые необходимы растению для подкормки и скапливания энергии.
Весь процесс дыхания происходит в клетках растения. Он включает в себя два этапа, в процессе которых сложные органические вещества распадаются на простые, неорганические – воду и углекислый газ. На первом этапе при содействии белков, ускоряющих процесс, производится расщепление молекул глюкозы. В конечном результате из глюкозы формируются простые органические соединения, и выделяется небольшая часть энергии. Данный этап дыхательного процесса производиться в цитоплазме. На втором этапе простые органические вещества, которые образовались на первом этапе, вступая в реакцию с кислородом, окисляются, то есть образуют воду и углекислый газ. При этом вырабатывается очень много энергии. Второй этап дыхательного процесса происходит только лишь с взаимодействием кислорода в митохондриях.
Отсюда следует, что в дыхательном процессе происходит распад более сложных органических субстанций на более простые неорганические соединения – воду и углекислый газ. При этом растение обеспечивается энергией. Синхронно идет передача разных химических компонентов из одних соединений в другие. Такие превращения субстанций в растительном организме называют обменом веществ. Обмен веществ является одним из важных признаков жизнедеятельности. Он представляет собой совокупность происходящих в растительном организме разных химических преобразований, которые обеспечивают рост и развитие растения, его воспроизведение, а также непрерывный контакт с окружающей средой.
Обмен веществ объединяет все органы организма в единое целое. Вместе с тем, благодаря этому обмену веществ, организм соединяется с окружающей средой. Из нее растение впитывает необходимые вещества через корни и листья, после чего вырабатывает в окружающую среду продукты своей жизнедеятельности. Дыхательный процесс, как и питание, – основное условие для обмена веществ, а, следовательно, и жизни растения.
К некоторым вещам, которые существуют в окружающей среде, обыватель даже не присматривается, полагая их обычными, и не дает себе отчета, как устроено все это. Например, все ли помнят, каким образом дышат растения: цветы, деревья и травы?
Растения — это удивительные организмы, которые так же, как и человек не прекращают свою жизнедеятельность в любое время суток. Ночью так же, как и у людей, все функции становятся замедленными, однако дыхание не прекращается, как и у человека.
Дыхание
Любое растение потребляет при дыхании кислород и выдыхает углекислый газ. В этом отношении растения также очень похожи на человека. Дыхание требуется травам, цветам и деревьям для производства энергии, которая в дальнейшем трансформируется в питательную среду для растительных организмов.
Деревья и травы получают нужный им кислород через листву. Каждый листик при этом обладает защитной оболочкой, в которой присутствуют крохотные отверстия — устьица, которые нужны для газообмена.
В каждой клетке растения имеются особые приспособления, помогающие работать отверстиям для дыхания. Клетки для дыхания располагаются на нижней стороне листочков. Устройство дыхания всех растений гораздо проще, чем у человека, но она имеет не меньшую важность.
Также дыхание осуществляется через трещинки в коре и стебельках. При этом кислород, попадая в организм, начинает двигаться по тканям, растворяясь в жидкости, которая питает стенки клеток. Таким образом, кислород попадает непосредственно в клетки.
Дыхание помогает растениям расти, образуя новые побеги. Если дыхание растения будет нарушено, то оно погибнет. При дыхании растительные организмы тратят углеводы, образующиеся при фотосинтезе, который осуществляется в дневное время. Ведь только под солнцем могут вырабатываться те вещества, которые необходимы для жизнедеятельности зеленых организмов. В ночной период питательные жидкости и вещества распределяются по всем тканям, и растение выделяет в атмосферу кислород.
Польза
Растения в нашей жизни играют очень важную роль. Они очищают воздух от вредных примесей, насыщают его кислородом, способствуют сохранению уровня рек и водоемов. Одним словом — растительные организмы обеспечивают всему живому полноценное существование. Если исчезнут леса, кустарники, травы и цветы, то вместе с ними исчезнут и водоемы. Без чистого воздуха и воды не сможет существовать ни одно создание фауны, включая человека.
Установлено, что биохимические реакции, протекающие в организме человека и животных, одинаковы. Дышат ли растения? В ходе многих экспериментов на этот вопрос ученые дали положительный ответ.
Кислород необходим для окисления органических веществ. При этом происходит высвобождение энергии, которая заключена в молекулах. Но если у человека есть рот, легкие, нос, через которые поступает кислород в организм, как дышат растения? Об этом далее в статье.
Общие сведения
В древние времена была лишена кислорода. Однако было довольно много. В процессе эволюции у растений выработалась способность к его поглощению. В результате энергия солнечного света преобразовывалась в а в атмосферу выделялся кислород, что дало жизнь другим организмам. Одним из первых экспериментов, в ходе которого было выяснено, как дышат растения, был опыт со свеклой и капустой. Сначала культуры выращивались на открытом воздухе. Затем половину из них поместили в камеру, где содержание кислорода было около 2.5%. Другая часть осталась на воздухе, в котором О 2 было
21%. Освещение и тех, и других осуществлялось круглосуточно. Предполагалось, что растения, помещенные в камеру, погибнут без кислорода. Однако спустя шесть дней их вес был значительно выше, чем у тех, которые остались на воздухе. Как дышат растения без кислорода? Об этом далее.
Как дышат растения на свету и в темноте?
Дело в том, что представители флоры способны очень эффективно использовать солнечную энергию. При наступлении темноты происходит в некотором роде "переключение" с одного источника на другой. Как дышат растения на свету и в темноте? При поступлении солнечной энергии происходит синтезирование органических веществ. При наступлении темноты происходит процесс окисления соединений. В последнем случае говорят о "темновом" дыхании, а в первом - о "световом". Способность к такому переключению позволяет экономить внутренние энергетические резервы. Но представители флоры дышат и на свету, однако этот процесс не приносит им пользы. Поглощая углекислый газ. Он является основной их пищей. В связи с этим рост несколько замедляется. Есть, однако, и такие представители флоры, которым свет не мешает развиваться. Светового дыхания, например, нет у и кукурузы.
Причины развития светового дыхания
Началом, как предполагают ученые, стал симбиоз фотосинтезирующих примитивных организмов с нефотосинтезирующими. Под симбиозом понимают взаимное участие в процессах, которое полезно обеим сторонам. Жившие в воде маленькие фотосинтетики поглощали из окружающей среды углекислый газ, выделяя при этом кислород. Если бы дышащих, поглощающих О 2 организмов в среде не было, то для фотосинтетиков создались бы невыносимые условия. Но в процессе эволюции выжили и те представители органического мира, которые были чем-то полезны и для нефотосинтетиков.
Одним из соединений, которое образуется при фотосинтезе, является гликолевая кислота. Это вещество выделяется и некоторыми современными водорослями. В результате нефотосинтетики получали от фотосинтетиков гликолевую кислоту. Это, в свою очередь, способствовало усилению потребления кислорода для окисления соединения.
Вывод
Гликолевая кислота - это то самое вещество, которое в процессе нескольких биохимических реакций окисляется и образует углекислый газ.
Соответственно, можно сделать вывод, что чем больше в воздухе кислорода, тем больше формируется гликолевой кислоты. Это обеспечивает большую интенсивность светового дыхания. В результате в среду выделяется большее количество углекислого газа. Ученые предполагают, что по аналогичному принципу вырабатывалась у растений и способность к регулированию светового дыхания в соответствии с уровнем углекислого газа в воздухе. Организмы не только поглощали из окружающей среды кислород, губительный для фотосинтетиков, но и выделяли углекислый газ, который им был необходим.
Эксперименты
Можно посмотреть на практике, как дышат растения. 6 класс школьной программы по биологии очень подробно освещает этот вопрос. Для наблюдения за процессом можно взять лист комнатного цветка. Кроме того, потребуется лупа, прозрачная емкость, наполненная водой, коктейльная трубочка. Опыт, доказывающий, что растения дышат, позволяет не только понять ход процесса, но и образца в кислороде. На срезе листа можно увидеть небольшие отверстия. Часть образца погружается в воду, при этом отмечается выделение пузырьков. Есть еще один способ посмотреть, как дышат растения. Для этого следует взять бутылку, налить в нее воды, оставив незаполненной примерно на два-три сантиметра. Лист на длинном стебельке вставляется так, чтобы его кончик погрузился в жидкость. Отверстие бутылки плотно замазывают пластилином (вместо пробки). В нем делается отверстие для соломинки, которую вставляют так, чтобы она не касалась воды. Через соломинку следует отсосать из бутылки воздух. Из стебля, погруженного в воду, начнут выделяться пузырьки.
