Дыхание растений и животных по биологии - процесс уникальный и универсальный. Оно выступает как неотъемлемое свойство любого организма, населяющего Землю. Рассмотрим далее, как происходит дыхание растений.

Биология

Жизнь организмов, как и любое проявление их деятельности, непосредственно связаны с расходом энергии. Дыхание растений, питание, органы, фотосинтез, передвижение и поглощение воды и необходимых соединений, а также многие функции связаны с непрерывным удовлетворением необходимых потребностей. Организмам требуется энергия. Она поступает от потребляемых питательных соединений. Кроме этого, организму нужны пластические вещества, служащие в качестве строительного материала для клеток. Распад этих соединений, который происходит в процессе дыхания, сопровождается высвобождением энергии. Она и обеспечивает удовлетворение жизненно-важных потребностей.

Рост и дыхание растений

Эти два процесса тесно связаны друг с другом. Полноценное дыхание растений обеспечивает активное развитие организма. Сам процесс представлен в виде сложной системы, включающей множество сопряженных окислительно-восстановительных реакций. В ходе них изменяется химическая природа органических соединений и используется присутствующая в них энергия.

Общая характеристика

Клеточное дыхание растений - окислительный процесс, происходящий с участием кислорода. В ходе него происходит распад соединений, который сопровождается образованием химически активных продуктов и высвобождением энергии. Суммарное уравнение всего процесса выглядит так:

С6Н12О6 + 602 > 6С02 + 6Н20 + 2875 кДж/моль

Далеко не вся энергия, которая высвобождается, может использоваться для обеспечения процессов жизнедеятельности. Организму необходима в основном та ее часть, которая сосредотачивается в АТФ. Во многих случаях синтезу аденозинтрифосфата предшествует формирование разности электрозарядов на мембране. Этот процесс связан с отличиями в концентрации водородных ионов по разные ее стороны. По современным данным не только аденозинтрифосфат, но и протонный градиент выступает источником энергии для обеспечения жизнедеятельности клетки. Обе формы могут использоваться для активации процессов синтеза, поступления, перемещения питательных соединений и воды, формирования разности потенциалов между внешней средой и цитоплазмой. Энергия, которая не накапливается в АТФ и протонном градиенте, в большей степени рассеивается в виде света или тепла. Она является бесполезной для организма.

Зачем нужен этот процесс?

Какое значение имеет дыхание у растений? Этот процесс считается центральным в жизнедеятельности организма. Энергия, которая выделяется при дыхании, используется для роста и поддержания в активном состоянии уже развитых частей растения. Однако это далеко не все моменты, определяющие важность этого процесса. Рассмотрим, в чем основная роль дыхания растений. Этот процесс, как выше было сказано, представляет собой сложную окислительно-восстановительную реакцию. Она проходит в несколько этапов. На промежуточных стадиях происходит образование органических соединений. Впоследствии они используются в разных метаболических реакциях. Среди промежуточных соединений можно выделить пентозы и органические кислоты. Дыхание растений, таким образом, - это источник множества метаболитов. Из суммарного уравнения видно, что в ходе этого процесса образуется также и вода. В условиях обезвоживания она может спасти организм от гибели. В суммарном виде дыхание противоположно фотосинтезу. Однако в ряде случаев эти процессы дополняют друг друга. Они способствуют поставке и энергетических эквивалентов, и метаболитов. В некоторых случаях при выделении энергии в виде тепла, дыхание растений приводит к бесполезной утрате сухого вещества. Поэтому далеко не всегда увеличение интенсивности этого процесса полезно для организма.

Особенности

Дыхание растений осуществляется круглосуточно. В ходе этого процесса организмы поглощают кислород из атмосферы. Кроме этого, они вдыхают О2, образованный у них вследствие фотосинтеза и имеющийся в межклетниках. В течение дня кислород в основном поступает через устьица молодых побегов и листьев, чечевички стеблей, а также кожицу корней. Ночью практически у всех растений они прикрыты. В этот период для дыхания растения используют кислород, который накопился межклетниках и образовался при фотосинтезе. Кислород, поступивший в клетки, окисляет органические сложные соединения, имеющиеся в них, преобразуя их в воду и углекислый газ. При этом происходит высвобождение энергии, затраченной на их формирование при фотосинтезе. Углекислый газ удаляется из организма через клеточную поверхность молодых корней, чечевички, устьица.

Опыты

Чтобы убедиться в том, что дыхание растений действительно происходит, можно следующим образом:

Как использовать полученные знания?

В процессе выращивания культурных насаждений почва уплотняется, а содержание в ней воздуха значительно снижается. Для улучшения течения процессов жизнедеятельности осуществляют рыхление грунта. От недостатка кислорода особенно страдают те растения, которые выращиваются на заболоченных (сильно увлажненных) почвах. Улучшение снабжения О2 достигается путем осушения земли. Негативным образом на процессе дыхания сказывается пыль, которая оседает на листьях. Твердые мелкие ее частицы забивают устьица, что значительно затрудняет поступление кислорода в листья. Кроме этого, вредное воздействие оказывают и примеси, которые попадают в воздух при сжигании на промышленных предприятиях разного вида топлива. В этой связи при озеленении городской территории, как правило, высаживают деревья, устойчивые к запыленности. К ним, например, относят конский каштан, липу, черемуху, тополь. В процессе хранения зерна особое внимание следует уделять их влажности. Дело в том, что при повышении ее уровня усиливается интенсивность дыхания. Это, в свою очередь, способствует тому, что семена начинают сильно разогреваться выделяющимся теплом. Это, в свою очередь, негативно сказывается на зародышах - они погибают. Во избежание таких последствий семена, которые закладываются на хранение, должны быть сухими. Само же помещение необходимо хорошо проветривать.

Заключение

Таким образом, дыхание растений имеет огромное значение для обеспечения нормального их развития на любой стадии. Без этого процесса невозможно не только обеспечение нормальной жизнедеятельности организма, но и формирование всех его участков. В ходе дыхания образуются важнейшие соединения, без которых существование растения невозможно. Этот сложный, многоэтапный процесс является центральным звеном во всей жизни любого организма. Знания об этом способствуют обеспечению надлежащих условий выращивания и хранения культурных растений, достижению высокой урожайности зерновых и прочих сельскохозяйственных насаждений. Известно, что при дыхании выделяется тепло. Возле некоторых культур температура воздуха может повышаться более чем на 10 градусов. Такое свойство используется человеком в разных целях.

В растениях обнаружено более 70 химических элементов, при этом достоверно установлено, что 17 из них абсолютно необходимы для нормального роста, развития и плодоношения. Первые три элемента: водород (H), кислород (O), углерод (C), растения берут из воздуха и воды. Другие 14 элементов: азот (N), фосфор (P), калий (K), кальций (Ca), хлор (Cl), магний (Mg), сера (S), железо (Fe), марганец (Mn), цинк (Zn), медь (Cu), бор(B), молибден (Mo), кобальт (Co) растения берут из почвы.

Химические элементы, находящиеся в почве принято разделять на две группы обусловленные количеством потребления их растениями.

  • Макроэлементы: азот (N), фосфор (P), калий (K), кальций (Ca), магний (Mg) и сера (S).
  • Микроэлементы: железо (Fe), хлор (Cl), марганец (Mn), цинк (Zn), медь (Cu), бор(B), молибден (Mo), кобальт (Co).

Железо и хлор по количествам, поглощаемым растениями, занимают промежуточное положение между макро- и микроэлементами, однако их чаще относят к микроэлементам.

Микроэлементы потребляются растениями в количествах несколько тысяч раз меньших, чем макроэлементы, отсюда и их название.

Азот входит в состав белков, хлорофилла и является основой всех жизненных процессов. Растениям требуется довольно много азота. Каждая клетка должна в изобилии получать азотные соединения. Азот в растениях очень подвижен и способен быстро перемещаться в то место где в его присутствии возникает необходимость. Как правило, это верхние части растений, где происходит наиболее интенсивный рост. Визуально это перемещение можно наблюдать при недостаточном снабжении растения азотом, при котором нижние самые старые листья начинают равномерно окрашиваться в жёлтый цвет, а впоследствии отмирают, что и свидетельствует о перемещении из них азота в верхние части растения.

Фосфор, как и азот необходим для роста всех частей растения. Он входит в состав хромосом, находящихся в ядрах клеток. Именно хромосомы ответственны за деление клеток их рост и передачу наследственности. Фосфор способствует прорастанию семени, стимулирует формирование корня и рост растения на ранних стадиях развития. Подсчитано, что 50% всего необходимого фосфора растение поглощает к тому времени, когда оно достигает всего лишь 20% своей высоты. Это говорит о необходимости контроля поступления фосфора при выращивании рассады. Если она не получит фосфор в достаточном количестве, то растениям будет нанесён ущерб, который почти невозможно устранить впоследствии даже если рассада при пересадке попадёт в плодородную почву не имеющую недостатка в фосфоре.

Калий (K) также как и азот требуется растениям непрерывно и в больших количествах. Потребность в калии возрастает пропорционально росту культуры, поэтому снабжение этим элементом должно быть обильным в период наиболее интенсивного роста. Калий не входит в состав органических веществ, но играет важную роль в их образовании. Многосторонние функции калия в растениях находят своё выражение в том, что он повышает устойчивость растений к болезням, увеличивает холодостойкость, препятствует полеганию злаковых культур, улучшает вкусовые качества форму и цвет овощей. Как и азот, калий интенсивно перемещается по растению и присутствует во всех его частях. Калий может поглощаться в несколько избыточном количестве, что не вредит растениям.

Кальций (Ca) – необходимый элемент питания, который поглощается растениями в количестве, часто превосходящем количество фосфора, но меньше чем азота или калия. Он участвует в создании важного соединения пектата, межклеточного вещества которое скрепляет клетки между собой и способствует их удержанию вместе. Кальций улучшает растворимость многих соединений, в почве делая их доступными для растений, стимулирует активность клубеньковых бактерий, которые фиксируют свободный азот из воздуха. Принято считать, что кальций имеет прямое отношение к развитию корневой системы, так как корни не способны расти в поисках кальция, а должны с ним иметь непосредственный контакт.

Хлор (Cl) может накапливаться в растениях в значительном количестве, так как существует множество источников поступления его в растения. Поэтому длительное время, проводя исследования, на него обращали внимание как на элемент, присутствие которого в больших количествах нежелательно для растений. И это действительно так. Некоторые овощные культуры плохо переносят даже умеренное количество хлора поступающего в растения. Это в свою очередь побудило некоторых производителей сложных удобрительных смесей подчёркивать в аннотациях, что их удобрения не содержат в своём составе хлор. Однако некоторое время спустя было доказано, что растения без хлора не могут существовать, и он приобрёл статус абсолютно необходимого элемента в питании растений.

Углерод – это краеугольный камень строительной структуры растений. Он входит в состав всех жизненно важных для растений соединений. Растения получают его из углекислого газа атмосферы. Под действием солнечной энергии на зёрна хлорофилла в клетках, растения строят свои удивительные структуры основой которых, всегда является углерод.

Магний (Mg) является строительным материалом для зелёного пигмента растений – хлорофилла, играет важную роль в фотосинтезе, переносе энергии в виде сахара. В растении магний также как азот и калий постоянно находится в движении, перемещаясь из тканей старых листьев в молодые, где происходит интенсивный рост. Красота зелёного мира растительности обязана магнию.

Сера (S) входит в состав белков, некоторых растительных масел и витаминов, участвует в белковом обмене, в реакциях окисления и восстановления и многих других, жизненно важных реакциях в растениях. Сера потребляется растениями в тех же количествах что и фосфор. Быстро распространяется внутри растения.

Железо (Fe) необходимо для образования хлорофилла, для нормального протекания окислительных процессов и дыхания растений. Рассматривая функции железа в растениях можно выделить присущее ему свойство каталитического ускорения образования хлорофилла что отличает его от других элементов участвующих в том же процессе.

Марганец (Mn) также как и железо участвует в синтезе хлорофилла. Самая высокая концентрация марганца наблюдается в тех тканях растения, которые содержат хлорофилл.

Медь (Cu) в растениях выполняет много функций. Её действие сложно и многообразно. Все исследования показывают, что медь имеет значение для расщепления белков в процессах роста растений. Замечено так же что концентрация меди в корнях выше, чем в листьях и в других тканях. Это даёт основание предположить важную роль меди в обмене веществ корневой системы растения.

Цинк (Zn) необходим для образования органических веществ, называемых ауксинами, которые вызывают удлинение стеблей и представляют собой стимуляторы роста растений.

Бор (B) в растениях воздействует на процессы цветения и плодоношения, прорастания пыльцы и деления клеток, на азотный обмен, на углеводный обмен, на активное поглощение солей, передвижение и деятельность гормонов, метаболизм пектиновых веществ, на водный обмен и на функции воды в растениях. Бор малоподвижен в растениях и практически не переходит из старых тканей во вновь образующиеся ткани. Если бор хорошо доступен, многие виды растений будут поглощать его гораздо в больших количествах, чем необходимо. Как правило, растения хорошо выносят широкий диапазон концентраций многих элементов питания, но это не относится к бору. Грань между недостатком и избытком бора очень узкая, и любой избыток бора токсичен.

Молибден (Mo) играет очень важную роль в процессах превращения одних форм азота в другие. Он входит в состав ферментов, превращающих нитраты в аммиак, который затем используется на построение белков. Если растения не получают молибден в достаточных количествах то это приводит к нарушению азотного обмена и в растениях накапливается большое количество нитратов.

Как видно из описания функций химических элементов ни один из них не встраивается в структуру растения, а лишь является строительным материалом, который растения берут из почвы или воздуха. Последние проявляют определённую избирательность, потребляя элементы по мере надобности, даже если все элементы находятся в почве с некоторым избытком.

Следует понимать, что ни один из выше перечисленных элементов не может быть заменён каким-либо другим. Это означает, что растение не сможет существовать при полном отсутствии либо острой нехватке хотя бы одного из семнадцати абсолютно необходимых элементов.

Иногда овощеводы концентрируют своё внимание исключительно на основных элементах питания, подкармливая растения мочевиной, суперфосфатом, хлористым калием, или комплексными удобрениями. Так поступая, они закладывают проблему, которая через годы обязательно проявится в виде дефицита нескольких абсолютно необходимых элементов питания. Что приведёт к отрицательным последствиям. В первые годы такой практики урожаи будут высокими. Однако почва уже начнёт постепенно истощаться по остальным питательным элементам, баланс питательных веществ нарушается, овощи обогащаются нитратами, и наконец, вслед за резким ухудшением качества, начинается снижение урожаев.

Именно такая практика использования только основных элементов и её отрицательные последствия отвращают многих от минеральных удобрений, хотя очевидно, что проблема заложена не в удобрениях, а в способах их применения.
Правильное питание растений – основное условие получения высокого и качественного урожая.