История изучения процесса дыхания у растений кратко. Чем дышат растения. Как использовать полученные знания

Дыхание является универсальным свойством всех живых организмов, которые населяют Землю. Суть этого процесса у растений , также как у животных, состоит в поглощении кислорода, который взаимодействует с органическими соединениями тканей их организмов с образованием углекислоты и воды. При дыхании вода используется самим растительным организмом, а углекислоту растения выделяют в окружающее пространство. Дыхание характеризуется тем, что для выделения энергии расходуется органическое вещество, то есть это процесс, обратный фотосинтезу, при котором происходит накопление питательных веществ в тканях растений. В светлое время суток практически все растения продуцируют кислород, но в их клетках имеет место и дыхание, протекающее менее интенсивно. В ночное время процесс дыхания происходит активнее, тогда как фотосинтез прекращается без доступа света.

Жизнь растительной клетки и, соответственно, существование растения в целом, возможно лишь при условии постоянного притока энергии и пластических веществ, которые можно рассматривать как строительный материал. С точки зрения химической природы акт дыхания – это состоящая из многочисленных звеньев цепочка сопряженных окислительно-восстановительных реакций, происходящих на уровне клеточных органелл и сопровождающихся расщеплением органических веществ с последующим использованием заключенной в них энергии для питания растений . Внешним дыханием называют газообмен между организмом растения и окружающей средой через устьица листьев, чечевички в коре стволов деревьев. Органами дыхания высших растений являются зеленые листья, стебли (стволы деревьев), у водорослей – все их клетки. От стандартного типа очень отличается принцип дыхания некоторых бактерий, которые добывают необходимую для существования энергию посредством окисления мнеральных веществ. Так, нитрифицирующие бактерии осуществляют окисление аммиака до азотной кислоты, а серные бактерии сероводород – до серной кислоты.

Клеточное дыхание растений происходит в специальных структурах клеток – митохондриях. Причем эти органеллы растительных клеток имеют ряд существенных отличий от таковых животных, что связано с особенностями жизнедеятельности растений (прикрепленный образ жизни, необходимость изменять метаболизм в соответствии с переменчивыми условиями окружающей среды). Поэтому у растений имеются дополнительные пути окисления органических соединений, вырабатываются альтернативные ферменты. Схематически процесс дыхания выглядит как реакция окисления сахаров посредством поглощаемого кислорода до воды и углекислоты. При этом выделяется тепло, что четко прослеживается при прорастании семян и распускании цветов некоторых видов растений. Дыхание не следует рассматривать исключительно как процесс поставки энергии для роста и развития организма растения. Значение процесса дыхания растений очень велико. На промежуточных этапах этого процесса образуется ряд органических соединений, используемых затем в разных реакциях обмена веществ, к примеру, пентозы и органические кислоты. Несмотря на то, что дыхание и фотосинтез по своей природе противоположны, часто они взаимодополняют друг друга, так как являются источниками энергетических носителей (АТФ, НАДФ-Н) и метаболитов в клетке. В засушливых условиях вода, выделяемая при дыхании, может уберечь растение от обезвоживания. Но не во всех случаях интенсификация этого процесса полезна для растения, так как избыточное выделение энергии дыхания в виде тепла приводит к ненужной потере сухого вещества клеток.

Красоту природы составляют растения, деревья, цветы, трава. Без всего этого просто невозможно было бы существовать, ведь растения выделяют кислород, который нам нужен для дыхания. Но, как бы нелепо это не звучало, растения тоже дышат. Давайте разберемся, а как дышат растения.

Как происходит дыхание растений

Дыхание растений охватывает все его части – стебли, листья, корни, плоды, цветки. Также как человек и животные растения дышат кислородом, поглощая его вместе с углекислым газом из воздуха. Во время дыхания растения тратят углеводы, которые образуются во время фотосинтеза. Фотосинтез же, это процесс, в процессе выполнения которого образуются органические вещества, присущ он только зеленым растениям. Органические вещества образуются из воды, элементов питания, подаваемые корнями, из солнечной энергии или света, а также углекислого газа, который поглощается из воздуха. Данная фотосинтетическая деятельность протекает в естественных условиях только в светлое время суток, в оставшееся же время все накопленные продукты отходят из листьев и другие части растения. Продуктами процесса фотосинтеза являются углеводы (крахмал и сахар), а также белки. Влияние на фотосинтез оказывают температура, воздух, вода и прочие факторы.

Дыхание считается противоположным фотосинтезу процессом. Его особенностью является непрерывность в течение всех суток. Интересно, а с помощью чего дышат растения? Основным дыхательным веществом является сахар, при его недостатке распаду подвергаются органические кислоты, жиры, белки. Дыхание влияет на процесс роста самым непосредственным образом. Химическая энергия, которая освобождается при дыхании, служит источником процесса образования новых органов растений. При нарушении процесса дыхания в корневой системе, это может грозить растению гибелью. Все это подтверждает единство фотосинтеза и дыхания в растительном организме.

Отвечая на вопрос, чем дышат растения, мы можем с точностью утверждать, что дыхание - это сложный биохимический процесс, в результате которого растения поглощают углекислый газ при помощи устьиц на листьях, через них же они выделяют кислород.

Несмотря на то, что большинство растений в светлое время суток вырабатывают кислород, в их клетках идёт и обратный процесс: кислород поглощается в процессе дыхания. Ночью в комнате, плотно уставленной растениями, можно наблюдать снижение концентрации кислорода и одновременно увеличение концентрации углекислого газа. На самом деле, в живых клетках растений процесс дыхания происходит круглосуточно, просто на свету скорость образования кислорода в результате фотосинтеза обычно превышает скорость его поглощения. Как и у животных, клеточное дыхание растений протекает в специальных клеточных органеллах — митохондриях и представляет собой окисление органических веществ молекуляным кислородом с выделением энергии. Общие принципы организации процесса дыхания на молекулярном уровне у растений и животных схожи. Однако в связи с тем, что растения ведут прикрепленный образ жизни, их метаболизм постоянно должен подстраиваться к изменяющимся внешним условиям, поэтому и их клеточное дыхание имеет некоторые особенности (дополнительные пути окисления, альтернативные ферменты).

Внешним дыханием (дыханием на уровне целого растения) называют поглощение организмом кислорода и выделение углекислого газа. Газообмен между растением и средой происходит частично путем диффузии (см. Физика , Химия) через покровные ткани а также через специализированные для газообмена структуры - устьица (см. Ботаика), а у одревесневших органов через чечевички (см. Ботаника) и трещины в коре. Дыхание на уровне целого растения является интегральным показателем, значение которого может сильно варьировать в зависимости от объекта, стадии онтогенеза, физиологического состояния и действия факторов окружающей среды. Скорость дыхания различных органов и тканей растений не одинакова. Наибольшей интенсивностью дыхания характеризуются быстро растущие ткани (меристемы, зоны растяжения, недифференцированные ткани), прорастающие семена, железистые клетки и др

И у растений и животных дыхание выполняет три основные функции. Во-первых, обеспечение клеток необходимой энергией - освобождаемая при окислении углеводов энергия преобразуется в конвертируемые формы клеточной энергии - ∆µН + и АТФ. Вторая, не менее важная функция - снабжение клетки метаболитами, которые образуются в ходе окисления глюкозы и используются в разнообразных биосинтезах. Третья функция связана с термогенезом, т.е. рассеиванием энергии в виде тепла.

Современная физиология дыхания растений занимается такими вопросами, как количественные и качественные изменения дыхательного метаболизма в ответ на изменение внешних условий, энергетическая эффективность дыхания, структура и механизмы действия окислительно-восстановительных ферментов, использование растениями промежуточных продуктов в различных биосинтетических процессах, исследование альтернативных путей переноса электронов и принципов организации электрон-транспортных цепей в сопрягающих мембранах.

Вопросы метаболизма напрямую не связанные с дыханием, но протекающие с участием молекулярного кислорода, а также проблема взаимодействия клетки с активными формами кислорода составляют важный раздел стресс- физиологии.

Литература:

Полевой В.В. Физиология растений: Учеб. для биол. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1989. - 464 с.

Физиология растений: Учебник для студ. вузов / Н.Д. Алехина, Ю.В. Балнокин, В.Ф. Гавриленко и др.; Под ред. И.П. Ермакова. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 640 с.