Газообмен листьев



Лист и его органы дыхания

 

 

Лист – вегетативный орган растения. Он располагается на побеге, или стебле, месторасположениие листа называют узлом.  От узла отходят боковые органы – листья, почки, ветки, придаточные корни.

 

Лист выполняет важные функции в жизни растения. Основными функциями листа являются газообмен, фотосинтез и транспирация. Именно с помощью листьев растение хорошо улавливает солнечный свет.

 

Мякоть листа состоит из:

  • эпидермиса (кожицы),
  • столбчатой ткани (хлоренхимы),
  • губчатой ткани (аэренхимы),
  • жилок (сосудисто-волокнистого пучка),
  • межклетников,
  • замыкающих клеток и устьица.

 

 

Устьица представляют собой крошечные поры. Количество устьиц у разных растений ризменяется от нескольких десятков до нескольких тысяч на 1 кв.мм. Они расположены на эпидермисе листьев,  стеблей и других органов. Устьице состоит из 2-х замыкающих клеток, содержащих хлоропласты, и соответственно, способных к фотосинтезу.

 

 

При недостатке влаги замыкающие клетки начинают тесно прилегать друг к другу. При избытке воды в замыкающих клетках они увеличиваются в объеме, их более тонкие стенки начинают растягиваться. Таким образом, между замыкающими клетками образуется отверстие – устьичная щель. Она способна сужаться или расширяться, что регулирует испарение воды и газообмен.

 

 

Под устьичной щелью располагается межклетник. Он представляет собой воздушную полость, окруженную клетками мякоти листа. Через открытые устьица внутрь листа проникает воздух, который в дальнейшем используется в процессах дыхания и фотосинтеза. Благодаря наличию хлорофилла в столбчатом мезофилле – основной ткани пластинки листа, и происходит фотосинтез.

 

 

 

 

Благодаря межклетникам и устьицам, расположенным в губчатом мезофилле листа, происходит процесс газообмена.

 

 

Клетки кожицы, примыкающие к замыкающим клеткам, называют сопровождающими, или околоустьичными. Замыкающие и сопровождающие клетки – это устьичный аппарат. Устьица могут располагаться на верхней плоскости листа, снизу листа или сразу с 2-х сторон. У большинства растений они расположены на нижней поверхности листа, это предотвращает пересыхание влаги на солнечном свету.

 

 

Важной особенностью клеточного строения листа является содержание хлоропластов в некоторых клетках. Их основная функция – фотосинтез.

 

 

Что такое газообмен листьев

 

 

Растения, как и все живые организмы, растут, питаются, размножаются и дышат. Дыхание представляет собой процесс поглощения организмом кислорода и удаления из него углекислого газа. Процесс не прекращается ни днем, ни ночью. Органы дыхания у растений не такие сложные, как у животных или людей. Из воздуха кислород попадает в ткани и клетки растений через лист, стебель или корень. Больше всего кислорода попадает в растение именно через листья.

 

 

Существует два основных типа дыхания, присущее и листьям растения: аэробное и анаэробное.

  • Аэробное дыхание происходит в митохондриях всех эукариотических организмов и свойственно всем высшим организмам, для него требуется атмосферный кислород. Оно представляет собой окислительный процесс, состоящий из бескислородной и кислородной стадии. Бескислородная стадия сопровождается освобождением водорода. Во время кислородной стадии  расщепляются атомы.
  • Энаэробное дыхание происходит у прокариотических организмов – бактерий и дрожжей, сопровождается отсутствием кислорода и образование этилового спирта и диоксида углерода. При нем окисляется молекулярный водород и энергия, необходимая для синтеза аденозинтрифосфорной кислоты.

 

 

Газообмен листьев представляет собой совокупность процессов обмена газами между живыми организмами, в частности растениями,  и окружающей средой. У растений он осуществляется через устьица листьев, чечевички или мелкие трещины в коре.

 

 

Газообмен обеспечивает жизнедеятельность между живыми организмами и окружающей средой. В процессе диффузии растения поглощают кислород из воды или воздуха, а окружающую среду выделяют углекислый газ, образовавшийся в результате фотосинтеза. В процессе фотосинтеза растения, наоборот, поглощают из окружающей среды углекислый газ и выделяют в нее кислород. Следовательно,  дыхание и фотосинтез у листьев растений – полностью противоположные процессы, и в то же время взаимосвязанные межу собой.

 


Функция газообмена листа

 

 

Функции листа разнообразны: газообмен, фотосинтез, испарение, запас питательных веществ, удаление ненужных веществ. Благодаря работе устьиц происходит газообмен между растением и окружающей его атмосферой.

 

 

Доступ кислороду к органам растения, в том числе и листьев, это – одно из важнейших условий его жизни.  Растениям требуется относительно мало кислорода по сравнению с животными. На дыхание растений кислорода тратится намного меньше, чем выделяется в процессе фотосинтеза

 

 

Кислород жизненно необходим для дыхания растения, а углекислый газ нужен растению для образования органических веществ. В воздух выделяется кислород через устьица листа, образованный в процессе фотосинтеза. Образовавшийся у  растения в процессе дыхания углекислый газ удаляется.

 

 

Дыхание, газообмен, фотосинтез во всех клетках листа происходят непрерывно. Как только прекращается дыхание, лист погибает.

 

 

Вследствие процесса газообмена листья защищены от иссушения, в них сохраняется вода в засушливый период.

 

 


Процесс газообмена в листьях

 

 

Газообмен листьев происходит благодаря диффузии газов через всю поверхность листа и через устьица листьев. Под диффузией понимают процесс, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного разных веществ.

 

 

Основной оборот газа у растений главным образом происходит через листья благодаря большой площади его поверхности и очень малой толщине. В мякоти листа содержится огромное количество хлоропластов с зеленым хлорофиллом.

 

 

Кислород поступает в ткани растения, далее через межклетники он проникает в его клетки.

 

 

Обмен газов происходит при открытии и закрытии устьиц между листом и атмосферой. Через устьица кислород поступает в лист, через них же выводится углекислый газ и испаряется влага. В процессе фотосинтеза поступление углекислого  газа осуществлятся через щель в клетках устьиц. Затем он поступает к хлорофилосодержащим тканям листа.

 

 

Это сопровождается выделением кислорода – освободившись в процессе фотосинтеза, он начинает выходить наружу. В процессе дыхания растение поглощает кислород, а выделяет углекислый газ. Кроме кислорода растения способны высвобождать водяные пары, также выходящие через устьица. Этот процесс называют транспирацией. Таким образом, газообменные процессы в листе регулируются благодаря открыванию и закрыванию устьичной щели.

 

 


Через что происходит газообмен листьев

 

 

Газообмен происходит благодаря работе устьиц. Дыхание в листьях происходит в клетках органов, которые  расположены по всей поверхности. Такие же клетки расположены и на поверхности стебля и корней. Но, основной оборот газа проходит именно через листья.

 

 

Замыкающие клетки устьиц листьев могут меняться в размерах, расширяться, сужаться или замыкаться. Благодаря этому свойству через них происходит испарение воды и газообмен. Клетки, примыкающие к устьичной щели, более утолщенные. В зависимости от объема воды в устьичных клетках, их оболочки, которые имеют разную толщину, в разной степени растягиваются. Благодаря этому процессу открывается или замыкается устьичная щель. Только замыкающие клетки кожицы содержат хлоропласты. Изменение формы замыкающих клеток приводит к изменению ширины устьичной щели. Наружная часть устьица состоит из пленчатых выступов, которые ограничивают небольшое пространство от наружных поверхностей.

 

 

Скорость газообмена и транспирации в листьях растений может регулироваться  открыванием и закрыванием устьичной щели.

 

 

При транспирации выводится водяной пар. Воду испаряют все части растения, но больше всего ее испаряют листья, создавая особый микроклимат возле растения. Устьичная транспирация листа является самой интенсивной.

 

 


Приспособление листьев к газообмену

 

 

Для осуществления газообмена листьев есть специальные приспособления – кожица, жилки, устьица и чечевички.

 

 

Со всех сторон лист окружен покровной тканью – эпидермой или кожицей, состоящей из слоя плотно примыкающих живых клеток без межклетников между ними. Наружные стенки покровных клеток утолщенные. Эти клетки выделяют воскоподобные вещества, образующие кутикулу. Клетки кожицы не содержат хлорофилла. Поэтому, они не способны к фотосинтезу и газообмену. Но, они свободно пропускают солнечные лучи в глубину листа к фотосинтезирующим клеткам основной ткани. Их называют паренхимами.

 

 

Кожица листа также непроницаема для газов. С одной стороны, эпидермис защищает листья растения от высыхания. Но, с другой стороны, через него проходят  массы газов и паров воды, причем в разных направлениях. К ним относятся весьма интенсивные процессы газообмена и парообмена. У листьев растений проблема  газообмена и парообмена успешно разрешается через устьица.

 

 

Почти всю площадь листа, кроме жилок, занимает основная ткань, мезофилл. Она состоит из столбчатой и губчатой фотосинтезирующих тканей. Столбчатый мезофилл, или основная фотосинтезирующая ткань листа, располагается над верхним слоем кожицы и состоит из вертикально вытянутых клеток. Они плотно прижаты друг к другу и содержат хлорофилл в большом количестве. Благодаря наличию хлоропластов в столбчатой ткани мякоти листа происходит фотосинтез с образованием органических веществ. Они доставляются в разные части растения.

 

 

Губчатый мезофилл расположен ниже относительно столбчатого мезофилла. Он состоит из фотосинтезирующих клеток, которые рыхло расположены и имеют большие межклетники. Благодаря этому осуществляется свободный газообмен с внешней средой.

 

 

В эпидермисе листа располагаются устьица. Через устьица и межклетники губчатого мезофилла углекислый газ поступает в клетки столбчатого мезофилла. Образованный в процессе фотосинтеза кислород свободно проникает в атмосферу из листа. Площадь поверхности клеток губчатого мезофилла превышает площадь поверхности листа. Это способствует интенсивному газообмену листьев.

 

 

Устьица занимают не более 2 процентов площади всего листа. Длина устьичной щели составляет 20-30 мкм. Ширина щели колеблется в пределах  3-6  мкм

 

 


Что происходит в листе во время газообмена

 

 

При солнечном свете в замыкающих клетках устьица вырабатывается сахар, ответственный за  оттягивание воды от соседних клеток. Происходит увеличение тургора в замыкающих клетках, при этом тонкие места оболочки устьичных клеток растягиваются намного сильнее по сравнению с толстыми. Выступы в форме выпуклостей, которые выпячиваются в щель устьица, принимают плоскую форму. Все это приводит к раскрытию устьица.

 

В темноте сахар переходит в крахмал, соответственно, в замыкающих клетках начинает падать тургор. Ослабляется растяжение тонких участков оболочки. Они начинают выпячиваться навстречу во встречных направлениях. Соответственно, происходит закрытие устьица.

 

Через устьичные щели воздух попадает к внутренним клеткам листа. Через них же пары воды и газы выходят наружу.

 


Влияние различных факторов на газообмен листьев

 

 

  1. Если почва плохо обработана, недостаточно увлажнена, или наоборот переувлажнена с избытком, то корням растения не хватает кислорода. Не поступает кислород и к остальным частям растения, включая и листья, что приводит к полной гибели растения.
  2. Чем выше температура воздуха, тем более интенсивно происходят процессы дыхания и газообмена. Доказано, что при температуре выше +40С и ниже 0С эти процессы в листьях замедляются вплоть до полного прекращения.
  3. Газообмен листьев ускоряется при хорошей освещенности.
  4. Возраст листьев также влияет на процесс газообмена – чем старше лист, тем медленнее он происходит.
  5. Испарение воды снижает температуру растения, защищает его от перегрева, обеспечивает приток веществ от корня к стеблю, листьям и другим частям растения. От скорости и интенсивности транспирации зависит интенсивность фотосинтеза и газообмена листьев.

 

Добавить комментарий

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

Яндекс.Метрика