Дыхание растений

Что такое дыхание растений?

 

Дыхание растений представляет собой серию ферментативных реакций, которые позволяют растениям превращать накопленную энергию углеводов, вырабатываемых в процессе фотосинтеза, в форму энергии, которую они могут использовать для ускорения роста и метаболических процессов.

 

Посредством фотосинтеза растения превращают солнечный свет в потенциальную энергию в виде химических связей углеводных молекул. Однако, чтобы использовать эту накопленную энергию для обеспечения жизненно важных процессов – от роста и размножения до заживления поврежденных структур – растения должны преобразовать ее в пригодную для использования форму. Это преобразование происходит посредством клеточного дыхания, основного биохимического пути, также обнаруженного у животных и других организмов.

 

 

Как животные и люди, растения тоже дышат

Растения нуждаются в кислороде для дыхания, которые в свою очередь выделяют углекислый газ. В отличие от животных и людей, растения не имеют каких-либо специализированных структур для газообразного обмена и по сравнению с животными и людьми корни растений, стебли и листья дышат с очень низкой скоростью.

 

 

Как происходит дыхание растений?

 

 

 

Все зеленые растения дышат через процесс клеточного дыхания.

Дыхание состоит из сложной серии химических реакций. На первом этапе глюкоза окисляется, и химическая потенциальная энергия ее связей передается химическим потенциальным связям молекулы АТФ (аденозинтрифосфата). Затем молекула АТФ может транспортироваться по всей клетке, где ее накопленная энергия используется для выполнения различных задач внутри клетки. Этот процесс выделяет углекислый газ и воду.

 

 

Что происходит в клетках растений при дыхании?

 

 

 

Растения дышат на протяжении всей своей жизни, так как клетка растения требует энергии для своего выживания. Но растения не дышат, как люди и животные, они дышат через процесс, называемый клеточным дыханием.

Клеточное дыхание у растений – это процесс, используемый растениями для преобразования питательных веществ, полученных из почвы, в энергию, которая питает клеточную деятельность растений.

 

Глюкоза, образующаяся в процессе фотосинтеза, распространяется вокруг растения в виде растворимых сахаров и дает энергию клеткам растения во время дыхания. Первой стадией дыхания является гликолиз, который расщепляет молекулу глюкозы на две меньшие молекулы, называемые пируватом, и выделяет небольшое количество энергии АТФ (аденозинтрифосфат). Эта стадия (анаэробное дыхание) не нуждается в кислороде.

 

На втором этапе молекулы пирувата реорганизуются и снова сливаются в цикле. В то время как молекулы реорганизуются, образуется углекислый газ, а электроны удаляются и помещаются в систему переноса электронов, которая (как и при фотосинтезе) производит много АТФ для растения, чтобы использовать его для роста и размножения. Эта стадия (аэробное дыхание) действительно нуждается в кислороде.

 

Результатом клеточного дыхания является то, что растение поглощает глюкозу и кислород, выделяет углекислый газ и воду и выделяет энергию. Растения дышат в любое время дня и ночи, потому что их клетки нуждаются в постоянном источнике энергии, чтобы остаться в живых. Помимо того, что растение используется для выделения энергии посредством дыхания, глюкоза, образующаяся в процессе фотосинтеза, превращается в крахмал, жиры и масла для хранения и используется для производства целлюлозы для роста и регенерации клеточных стенок и белков.

 

 

Какие условия необходимы для дыхания растений?

 

 

Дыхание состоит из ряда реакций, которые происходят главным образом в митохондриях растительных клеток. В дополнение к типу растений, несколько факторов окружающей среды влияют на скорость дыхания растительной клетки.

 

Возраст ткани / Стадия жизни

У более молодой ткани частота дыхания выше, чем у более старой. Таким образом, верхушка корня и молодые листья имеют более высокую частоту дыхания, чем более старые корневые сегменты и листья.

 

Когда семя впервые впитывает воду, частота дыхания клеток быстро возрастает, но выравнивается примерно через 20 минут.

 

Созревшие плоды вызывают всплеск дыхательной активности, который достигает кульминации, когда плоды достигают максимальной зрелости.

 

Температура

Частота дыхания в растительной клетке уменьшается при понижении температуры до тех пор, пока дыхание почти или полностью не остановится при низких температурах. Дыхание увеличивается с ростом температуры, пока не будут достигнуты очень высокие температуры, что приведет к ухудшению состояния тканей.

 

Температура сильно влияет на дыхание для поддержания (гораздо больше, чем клетки, предназначенные для роста растений). У растений в умеренном климате частота дыхания зимой значительно ниже, чем в теплое лето.

 

Частоту дыхания фруктов можно контролировать, храня фрукты в прохладных, сухих местах. Более низкие температуры хранения могут замедлить дыхание и созревание фруктов.

 

Кислород

Дыхание замедляется с уменьшением доступного кислорода. В условиях, когда кислорода нет, как, например, в плохо дренируемой почве, происходит анаэробное дыхание (брожение). Анаэробное дыхание приводит к образованию углекислого газа, некоторого количества энергии и этанола. Этот тип дыхания также используется для создания спиртов.

 

Частота дыхания для большинства растений достигает пика при нормальном уровне кислорода в атмосфере.

Если, например, корни дерева затоплены в течение длительных периодов времени, они не могут поглощать кислород и преобразовывать глюкозу для поддержания клеточных метаболических процессов. В результате заболачивание и чрезмерное орошение могут лишить корни кислорода, убить корневую ткань, повредить деревья и снизить урожайность.

 

Углекислый газ

Двуокись углерода, один из отходов дыхания, также влияетелен. Чем выше концентрация углекислого газа, тем ниже частота дыхания.

 

Повреждения

Дыхание усиливается как непосредственно зараженными, так и окружающими клетками, когда ткань растения повреждена или заражена. Часто, когда в яблоке есть червячная дыра, маленький коричневый синяк окружает его — это указывает на усиление дыхания в области вокруг поврежденных клеток.

 

Недостаток воды

Сухая ткань имеет более низкую частоту дыхания, чем гидратированная. Хотя засуха оказывает гораздо большее влияние на процесс фотосинтеза в растительных клетках, недостаток доступной воды также отрицательно влияет на дыхание.

 

Доступные сахара

Листья верхнего купола часто видят более высокие частоты дыхания.

Увеличение доступных сахаров в результате фотосинтеза обычно приводит к увеличению частоты дыхания. Частота дыхания в листьях верхнего купола будет выше, чем в листьях нижнего купола, потому что верхушки производят больше сахара.

 

 

Процессы, происходящие при дыхании растений

 

 

Во время дыхания в разных частях растений происходит очень мало газообмена. Поэтому каждая часть заботится о своих собственных потребностях в энергии.

 

 

Корни, стебли и листья растений обмениваются газами для дыхания отдельно. Как мы все знаем, листья имеют крошечные поры, называемые устьицами, которые используются для обмена газов. Кислород, всасываемый через устьицы, используется клетками в листьях для расщепления глюкозы на углекислый газ и воду.

 

Дыхание в корнях

Корни, подземная часть растений поглощает воздух из воздушных пространств, присутствующих между частицами почвы. Таким образом, кислород, поглощаемый через корни, используется для высвобождения энергии, которая впоследствии используется для транспортировки минералов и солей из почвы.

 

Дыхание в стеблях

В случае стебля воздух рассеивается в устьицах и проходит через различные части клетки для дыхания. Диоксид углерода, образующийся на этой стадии, также диффундирует через устьица. У высших или древесных растений газообразный обмен осуществляется чечевицами.

 

Дыхание в листьях

Листья содержат крошечные поры, называемые устьицами. Обмен газов происходит через устьица в процессе диффузии. Каждая стома контролируется ячейками охраны. Открытие и закрытие стомы помогают в обмене газами между атмосферой и внутренней частью листьев.

 

 

Связь дыхания и фотосинтеза

 

 

Все организмы, животные и растения должны получать энергию для поддержания основных биологических функций для выживания и размножения. Растения преобразуют энергию солнечного света в сахар в процессе, называемом фотосинтезом. Фотосинтез использует энергию света для преобразования молекул воды и углекислого газа в глюкозу (молекулу сахара) и кислород. Кислород высвобождается или «выдыхается» из листьев, в то время как энергия, содержащаяся в молекулах глюкозы, используется во всем растении для роста, формирования цветов и развития плодов.

 

Внутри листа есть несколько структур, которые играют важную роль в движении питательных веществ и воды по всему растению.

 

Листья содержат воду, которая необходима для преобразования световой энергии в глюкозу посредством фотосинтеза. Листья имеют две структуры, которые сводят к минимуму потерю воды, кутикулу и устьица. Кутикулы являются восковым покрытием на верхнюю и нижнюю часть листьев, которые предотвращают испарение воды в атмосферу.

 

Хотя кутикула обеспечивает важную защиту от чрезмерной потери воды, листья не могут быть непроницаемыми, поскольку они также должны пропускать углекислый газ (для использования при фотосинтезе) и кислород. Эти газы попадают в лист и выходят из него через отверстия на нижней стороне, называемые устьицами. После того, как углекислый газ попадает в лист через устьицы, он попадает в клетки мезофилла, где происходит фотосинтез и строится глюкоза.

 

Связь между фотосинтезом и клеточным дыханием такова, что продукты одной системы являются реагентами другой. Фотосинтез включает использование энергии солнечного света, воды и углекислого газа для производства глюкозы и кислорода. Клеточное дыхание использует глюкозу и кислород для производства углекислого газа и воды. 

 

Люди, животные и растения зависят от цикла клеточного дыхания и фотосинтеза для выживания. Кислород, вырабатываемый растениями во время фотосинтеза, – это то, что люди и животные вдыхают, чтобы кровь транспортировалась в клетки для дыхания. Углекислый газ, образующийся во время дыхания, выделяется из организма и поглощается растениями, чтобы помочь обеспечить энергию, необходимую для роста и развития. Это бесконечный цикл, который поддерживает жизнь на земле.

 

Процесс фотосинтеза используется растениями и другими фотосинтезирующими организмами для производства энергии, тогда как процесс клеточного дыхания расщепляет энергию для использования. Несмотря на различия между этими двумя процессами, есть некоторые сходства. 

 

Например, оба процесса синтезируют и используют АТФ, универсальную энергию.

  • В процессе фотосинтеза АТФ производится с помощью энергии света (фотофосфорилирования) и используется для создания органических молекул
  • При клеточном дыхании АТФ образуется путем расщепления органических молекул (окислительное фосфорилирование)

 

Относительные скорости фотосинтеза, которые производят молекулы газа и дыхания, влияют на общую продуктивность растений. Там, где активность фотосинтеза превышает дыхание, рост растений протекает на высоком уровне. Там, где дыхание превышает фотосинтез, рост замедляется.

 

 

 

И фотосинтез, и дыхание увеличиваются с повышением температуры, но в определенный момент скорость фотосинтеза выравнивается, в то время как частота дыхания продолжает расти. Это может привести к истощению накопленной энергии. Чистая первичная продуктивность – количество биомассы, созданной зелеными растениями. Она может использоваться для остальной части пищевой цепи – представляет собой баланс фотосинтеза и дыхания, рассчитанный путем вычитания энергии, потерянной для дыхания, из общей химической энергии, производимой фотосинтезом.

 

Значение дыхания в жизни растений

 

 

Растения дышат, но они преимущественно участвуют в процессе, называемом фотосинтезом. Это совпадает с характеристиками дыхания, за исключением соответствующих химических реакций, протекающих в обратном направлении. 

Поскольку дыхание и фотосинтез дополняют друг друга во всех экосистемах планеты, дыхание имеет такое же жизненно важное значение для растений, как и для организмов, которые напрямую зависят от дыхания.

 

 

Углекислый газ является фактором для фотосинтеза. Животные вдыхают кислород и выдыхают углекислый газ. Растения потребляют углекислый газ и выдыхают кислород. 

Таким образом, животные дают растениям углекислый газ, тогда как растения дают животному кислород.

Существует равновесие между кислородом и углекислым газом между животными и растениями. Без одного другой не выживет долго.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Яндекс.Метрика