Содержание
ДЫХАНИЕ • Большая российская энциклопедия
Авторы: Г. А. Дмитриева
ДЫХА́НИЕ, одна из основных жизненных функций; совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организмы кислорода О2 и использование его в окислительно-восстановительных реакциях с высвобождением энергии, необходимой для поддержания жизнедеятельности. По мере увеличения концентрации кислорода О2 в атмосфере Земли происходил переход от анаэробного расщепления питательных веществ к более эффективному – аэробному, связанному с использованием организмами O2 и удалением диоксида углерода СО2 (см. Газообмен). Различают внешнее Д., обеспечивающее обмен газов между организмом и окружающей средой, и тканевое, или клеточное, Д. – совокупность окислительно-восстановительных реакций, протекающих в живых клетках (см. Окисление биологическое).
Дыхание у животных и человека
У простейших, губок, кишечнополостных и некоторых др. организмов обмен газов между клетками и средой осуществляется путём диффузии через поверхность тела (прямое Д.). С усложнением организации и увеличением размеров тела развиваются специфич. структуры (см. Дыхания органы), принимающие на себя функцию Д., а также система кровообращения, ответственная за транспорт О2 и СО2 кровью или гемолимфой и обмен газами в органах дыхания. У мн. водных животных внешнее Д. осуществляется поверхностью тела и жабрами. Тело наземных членистоногих пронизано густой сетью воздухоносных трубочек – трахей. Лёгочное Д., обеспечивающее наибольшую активность газообмена, развивается у земноводных (в сочетании с кожным), но доминирующее значение приобретает у птиц и млекопитающих. Внешнее и тканевое Д. наряду с кровообращением и со специфич. газотранспортной средой – кровью (или гемолимфой), а также аппарат регуляции Д. образуют дыхательную систему.
У млекопитающих и человека газообмен происходит в осн. в альвеолах лёгких; ок. 2% О2 может поступать в кровь через кожу. Количество воздуха, вентилируемого лёгкими за 1 мин, называют минутным объёмом дыхания (МОД). У человека в состоянии покоя он составляет 5–8 л/мин, во время физич. работы – до 100 и более л/мин. Газообмен осуществляется через альвеоло-капиллярную мембрану благодаря разности парциального давления О2 (60–70 мм рт.ст.) и СО2 (7 мм рт. ст.), а транспорт О2 кровью – в осн. за счёт обратимого присоединения его к молекуле гемоглобина. Переход О2 в ткани происходит при его парциальном давлении в артериальной крови, равном 100 мм рт. ст., а в тканях – менее 40 мм рт. ст. CO2 переходит из тканей в кровь и из крови в альвеолы также благодаря перепаду парциального давления: в тканях ок. 60, в венозной крови ок. 47, в альвеолах – ок. 35 мм рт. ст. Ок. 80% CO2 переносится кровью в виде соединений с ионами щелочных металлов (дикарбонатов) и частично в растворённом состоянии и в связанной с гемоглобином форме.
Регуляция Д. осуществляется центр. нервной системой. Рефлекторные сокращения дыхательных мышц обеспечиваются двигательными нервами, ядра которых расположены в передних рогах серого вещества спинного мозга. Ритмичную смену вдоха и выдоха, координацию деятельности спинномозговых нервов обеспечивает дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозге. В варолиевом мосту находится пневматический центр, который совместно с дыхательным центром служит регулятором ритма Д. В регуляции ритма и частоты Д. большое значение имеют лёгочные рецепторы, импульсы от которых по блуждающим нервам поступают в дыхательный центр. Гл. фактором, регулирующим Д., является концентрация CO2 в крови; повышение его содержания ведёт к усиленным сокращениям дыхательной мускулатуры и увеличению МОД и сопровождается удалением избыточного CO2 из организма. Гомеостатич. механизм регуляции содержания O2 и CO2 в крови связан с наличием в сонных артериях рецепторов, чувствительных к изменениям химич. состава крови и обеспечивающих быстрые реакции дыхательного центра на изменение парциального давления O2 и CO2 в крови. Центр. хеморецепторы, расположенные на поверхности продолговатого мозга, реагируют на изменения CO2 в спинномозговой жидкости. Регуляция Д. направлена не только на автоматич. поддержание гомеостатич. констант парциального давления O2 и CO2, но и на предупреждение возможных отклонений. При нарушениях Д. и механизмов его регуляции возникают изменения газового состава крови.
Дыхание растений
происходит гл. обр. за счёт окисления углеводов, образуемых в процессе фотосинтеза, протекающего в клетках одновременно с Д. Растения дышат постоянно: и днём, и ночью. Кислород воздуха поступает в клетки разл. органов растений преим. через многочисл. устьица (их особенно много в листьях) и сильно разветвлённую сеть межклеточных воздухоносных каналов; кроме того, клетки используют О2, выделяемый в ходе фотосинтеза. Интенсивность Д. определяется количеством выделяемого СО2 или потребляемого О2 на 1 г сухой массы за час и варьирует в пределах от 0,02–0,10 до 715 мг газа. Самой высокой интенсивностью Д. отличаются молодые, быстро растущие органы и ткани: прорастающие семена, развивающийся зародыш, листья, способные к быстрым делениям клетки камбия и осуществляющие транспорт веществ клетки флоэмы, репродуктивные органы (включая цветки). Интенсивность Д. максимальна перед цветением; у пестиков она в 20 раз больше, чем у лепестков. Незадолго до начала старения организма происходит т. н. климактерич. подъём Д., что обусловлено накоплением в клетках этилена, активирующего дыхательные ферменты. Растения, закончившие рост или находящиеся в покое, характеризуются низкой интенсивностью Д. Светолюбивые растения дышат интенсивнее теневыносливых.
Д. осуществляется при темп-ре от –25 °С до 50–60 °C. Считается, что для растений умеренной зоны Д. оптимально при 37–38 °C. Сильное кратковременное охлаждение или нагревание растений, как и переменные темп-ры, стимулируют Д. , поэтому урожай (семена, клубни, плоды) обычно хранят в помещениях с постоянной темп-рой. Интенсивность Д. возрастает с увеличением оводнённости клеток листьев до 80%, т. к. вода влияет на ширину устьичных щелей, через которые идёт газообмен. Дальнейший рост количества воды и накопление её в межклетниках мешает диффузии О2 и тормозит дыхание.
Некоторые растения, корни которых испытывают длительный дефицит О2, выработали разл. приспособления, стимулирующие Д., напр. образование у болотного кипариса и прибрежных растений, периодически затапливаемых водой, дыхательных корней, поглощающих О2 из воздуха и снабжающих им остальные корни, или формирование у риса спец. ткани (аэренхимы) с крупными межклетниками, которые служат резервуаром О2. Д. могут стимулировать любые механические или химич. воздействия (ранение, высокая концентрация некоторых веществ, в т. ч. токсичных). Оно зависит также от фотосинтеза: рост растения и увеличение его массы возможны лишь тогда, когда органич. веществ синтезируется больше, чем окисляется при дыхании.
Различают Д., поддерживающее жизнедеятельность, и Д., поддерживающее рост. В оптимальных условиях в проростках, кончиках корней, при распускании листьев интенсивность Д., обеспечивающего энергией рост, в 3–10 раз больше интенсивности Д., поддерживающего жизнедеятельность; по мере дифференцировки и старения тканей активность первого сильно снижается.
Дыхание растений, бактерий и грибов
Для протекания процессов жизнедеятельности всем клеткам необходима энергия. Они получают энергию в процессе дыхания.
Дыхание и его значение
Дыхание — процесс, при котором под действием кислорода происходит разложение органических веществ (сахаров) с выделением энергии. Дыхание большинства живых организмов происходит одинаково. В процессе дыхания поглощается кислород, а выделяется углекислый газ. Схематично процесс дыхания можно изобразить так:
органические вещества+ кислород
вода + углекислый газ + энергия
Дыхание связано с непрерывным потреблением кислорода клетками живых организмов. Кислород необходим для расщепления сложных органических веществ до углекислого газа и воды. При этом освобождается энергия, которая расходуется на различные процессы жизнедеятельности: рост, развитие, размножение, синтез белков. Именно в освобождении энергии, заключенной в органических веществах, и состоит значение дыхания. В процессе дыхания сложные органические вещества распадаются на более простые постепенно. Поэтому энергия выделяется небольшими порциями и клетка не перегревается.
Дыхание растений
Дыхание растении — процесс, противоположный фотосинтезу. При фотосинтезе из углекислого газа и воды образуются органические вещества и выделяется кислород.
При дыхании органические вещества под действием кислорода расщепляются до углекислого газа и воды. Солнечная энергия, которая была запасена в процессе фотосинтеза, расходуется при дыхании. Фотосинтез осуществляется только днем. Дыхание идет во всех клетках непрерывно и днем, и ночью. Значит, на свету в растении происходят два противоположных процесса — фотосинтез и дыхание, а в темноте только дыхание. Кислорода при фотосинтезе выделяется гораздо больше, чем расходуется в процессе дыхания. Поэтому воздух богаче кислородом там, где больше зеленых растений. Дышат все органы растения. Большое значение для поступления кислорода к внутренним частям растения, особенно к подземным, имеют межклетники.
Дыхание и брожение бактерий
Бактерии, которые дышат, потребляя кислород для разложения органических веществ до углекислого газа и воды, называют аэробными Бактерии, не нуждающиеся в кислороде, называются анаэробными. Они добывают энергию в результате брожения — разложения сложных органических веществ (например, сахаров) на более простые органические вещества без потребления кислорода. По образующимся продуктам различают спиртовое, молочно-кислое, маслянокислое и другие виды брожения. При спиртовом брожении сахар распадается до спирта, при молочнокислом — до молочной кислоты.
Дыхание и брожение грибов
Большинство грибов дышат, используя кислород воздуха для расщепления органических веществ и освобождения энергии. Есть грибы, например дрожжи, которые могут жить в бескислородной среде. Они сбраживают органические вещества. Дрожжи широко используются в хлебопечении, пивоварении, виноделии.
Как дышат растения? — WorldAtlas
Процесс дыхания важен для всех живых существ, потому что они используют его, чтобы остаться в живых.
- Дыхание — один из самых важных процессов для всех живых существ, потому что мы используем его, чтобы выжить.
- Дыхание — процесс, противоположный фотосинтезу.
- Темное дыхание происходит при отсутствии света, а фотодыхание происходит только при наличии света.
Процесс дыхания важен для всех живых существ, потому что они используют его, чтобы выжить. Это справедливо и для растительных клеток. Им необходим процесс дыхания так же, как людям и животным. Растения дышат, используя процесс клеточного дыхания. Это означает, что они используют питательные вещества, полученные из почвы, и превращают их в энергию. Эта энергия используется для подпитки всей их клеточной активности. Этот процесс отличается от фотосинтеза.
Фотосинтез — это процесс, при котором растения преобразуют энергию света в химическую энергию. Они сохраняют эту энергию в виде глюкозы, которую затем используют для дыхания. Таким образом, разница в том, что во время дыхания растения потребляют различные питательные вещества, чтобы поддерживать жизнь своих клеток, а во время фотосинтеза они производят себе пищу.
Противоположность фотосинтезу
Вот более подробное объяснение процесса дыхания у растений. Мы уже упомянули, как это связано с использованием глюкозы (сахара), которая вырабатывается во время фотосинтеза, в сочетании с кислородом для создания энергии. Эта энергия отвечает за рост растений. Дыхание можно считать процессом, противоположным фотосинтезу. Растения производят пищу в естественном мире.
Дыхание можно считать процессом, противоположным фотосинтезу.
Растения используют углекислый газ из окружающей среды и производят глюкозу и кислород. Позже их можно будет использовать в качестве источника энергии. Фотосинтез происходит только в листьях и стеблях. Это отличается от процесса дыхания. Встречается в корнях, а также в листьях и стеблях. Растения получают кислород, необходимый для этого процесса, через устьица. Процесс дыхания происходит в митохондриях клеток при наличии кислорода. Этот процесс называется аэробным дыханием.
Типы дыхания
У растений существует два типа дыхания. Эти два типа — темновое дыхание и фотодыхание. Темное дыхание происходит, когда нет света, что логично, учитывая название. Фотодыхание, с другой стороны, происходит только при наличии света. Это довольно просто и имеет смысл. Температура воздуха важна для процесса дыхания. Процесс постоянный, то есть продолжается в течение всего дня.
Однако ночное дыхание более интенсивное и заметное, поскольку в это время фотосинтеза не происходит. Температура ночью должна быть ниже, чем днем. Это связано с тем, что растения могут получить стресс от «работы» весь день. Это работает так же, как с людьми, которые занимаются физической активностью. Если вы бегаете весь день, вам нужно, чтобы вечером было прохладнее, чтобы вы могли остыть. То же самое касается растений и процесса дыхания.
Если температура по-прежнему высока, когда частота дыхания увеличивается ночью, это может привести к повреждению растения. Важным элементом этого процесса являются корни. Корни — часть растения, не участвующая в фотосинтезе, но здесь они так же важны, как листья и стебель. Корни дышат кислородом, но количество кислорода, необходимого корням, различается от растения к растению. Изучая этот процесс и то, как он работает, мы можем увидеть сходство между растениями и другими живыми организмами, такими как животные и люди.
Antonia Čirjak в ответ
Рост и развитие растений | Служба распространения знаний OSU
Фотосинтез, дыхание и транспирация — три основные функции, обеспечивающие рост и развитие растений (рис. 24). Все три необходимы для выживания растения. То, насколько хорошо растение способно регулировать эти функции, сильно влияет на его способность конкурировать и размножаться.
Фотосинтез
Одним из основных различий между растениями и животными является способность растений производить себе пищу. Этот процесс называется фотосинтезом , что буквально означает «собирать вместе со светом». Для производства пищи растению требуется энергия солнца, углекислый газ из воздуха и вода из почвы. В процессе фотосинтеза он расщепляет углекислый газ на углерод и кислород, добавляет воду и образует углеводы (крахмалы и сахара). Кислород является побочным продуктом.
Формулу фотосинтеза можно записать следующим образом:
Углекислый газ + Вода + Солнечный свет = Сахар + Кислород или 6 CO 2 + 6 H 2 0 + Энергия => C 6 H 1 0 6 + 6 0 2
После производства углеводов растение либо использует их в качестве энергии, либо накапливает, либо превращает в сложные энергетические соединения, такие как масла и белки. Все эти пищевые продукты называются фотосинтетами . Растение использует их, когда свет ограничен, или переносит их к своим корням или развивающимся плодам.
Фотосинтез происходит только в слоях мезофилла листьев растений и, в некоторых случаях, в клетках мезофилла стебля. Клетки мезофилла зажаты между верхней и нижней эпидермой листа и содержат многочисленные хлоропласты , в которых происходит фотосинтез. Хлоропласты невероятно малы. Один квадратный миллиметр размером с точку на странице содержит 400 000 хлоропластов.
Хлорофилл , пигмент, придающий листьям зеленый цвет, содержится в хлоропластах. Он отвечает за улавливание световой энергии солнца. Часто хлоропласты располагаются перпендикулярно падающим солнечным лучам, чтобы они могли максимально поглощать солнечный свет. Если какой-либо из компонентов фотосинтеза — света, воды и углекислого газа — не хватает, фотосинтез останавливается. При отсутствии какого-либо фактора в течение длительного периода времени растение погибает. Каждый из этих факторов описан ниже.
Свет
Фотосинтез зависит от наличия света. Как правило, с увеличением интенсивности солнечного света увеличивается и фотосинтез. Однако для каждого вида растений существует максимальный уровень интенсивности света, выше которого фотосинтез не усиливается. Многие огородные культуры, например томаты, лучше всего реагируют на максимальное количество солнечного света. Урожайность томатов резко снижается при снижении интенсивности света. Только несколько сортов томатов дают плоды при минимальном солнечном свете.
Вода
Вода является одним из исходных материалов для фотосинтеза. Он попадает в растение корнями и перемещается вверх по ксилеме.
Двуокись углерода
Для фотосинтеза также требуется двуокись углерода (CO 2 ), которая поступает в растение через устьица (рис. 25). У большинства растений фотосинтез колеблется в течение дня, когда устьица открываются и закрываются. Как правило, они открываются утром, закрываются в полдень, снова открываются ближе к вечеру и закрываются навсегда вечером.
В воздухе много углекислого газа, поэтому он не является ограничивающим фактором для роста растений. Однако он быстро расходуется в процессе фотосинтеза и очень медленно восполняется в атмосфере. Плотно закрытые теплицы могут не пропускать достаточное количество наружного воздуха и, следовательно, может не хватать достаточного количества углекислого газа для роста растений. Генераторы углекислого газа используются в коммерческих теплицах для выращивания таких культур, как розы, гвоздики и томаты. В небольших домашних теплицах сухой лед является эффективным источником углекислого газа.
Температура
Хотя температура и не является прямым компонентом фотосинтеза, она важна. Фотосинтез происходит с максимальной скоростью между 65° и 85°F и снижается при более высоких или низких температурах.
Дыхание
Углеводы, образующиеся в процессе фотосинтеза, представляют ценность для растений, когда они преобразуются в энергию. Эта энергия используется для роста клеток и создания новых тканей. Химический процесс, посредством которого сахара и крахмалы превращаются в энергию, называется 9.0039 окисление и аналогично сжиганию дерева или угля для получения тепла. Контролируемое окисление в живой клетке называется дыханием. Это показано этим уравнением:
C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 => 6 CO 2 + 6 H 2 O + Energy
. Это равное. по существу противоположен фотосинтезу. Фотосинтез — это процесс строительства, а дыхание — процесс разрушения.
Фотосинтез | Дыхание | |
---|---|---|
Еда | производит продукты питания | использует еду |
Энергия | хранит энергию | высвобождает энергию |
Вода | использует воду | производит воду |
Двуокись углерода | использует двуокись углерода | производит двуокись углерода |
Кислород | выделяет кислород | использует кислород |
Свет | возникает при солнечном свете | встречается как в темноте, так и на свету |
В отличие от фотосинтеза дыхание не зависит от света, поэтому оно происходит как ночью, так и днем. Дыхание происходит во всех формах жизни и во всех клетках.
Транспирация
Когда замыкающие клетки листа сокращаются, его устьица открываются и вода теряется. Этот процесс называется транспирацией . В свою очередь, больше воды проходит через растение от корней. Скорость транспирации напрямую связана с тем, открыты или закрыты устьица. Устьица составляют только 1% поверхности листа, но 90% воды испаряется.
Транспирация является необходимым процессом, при котором используется около 90% воды, поступающей в корни растений. Остальные 10% используются в химических реакциях и в тканях растений. Транспирация отвечает за несколько вещей:
- Транспортировка минералов из почвы по всему заводу.
- Охлаждение установки за счет испарения.
- Перевозка сахаров и растительных химикатов.
- Поддержание тургорного давления.
Количество и скорость потери воды зависят от таких факторов, как температура, влажность, ветер или движение воздуха. Транспирация часто бывает наибольшей в жаркую, сухую (низкая относительная влажность) и ветреную погоду.
Уравновешивание
Чтобы растение правильно росло и развивалось, оно должно сбалансировать фотосинтез, дыхание и транспирацию. Предоставленные сами себе, растения хорошо справляются с этим сложным балансом. Если растение фотосинтезирует с высокой скоростью, но скорость его дыхания недостаточно высока, чтобы разрушить произведенный фотосинтез, фотосинтез либо замедлится, либо остановится.
С другой стороны, если дыхание намного быстрее фотосинтеза, у растения не будет достаточно фотосинтеза для производства энергии для роста. Следовательно, рост либо замедлится, либо вовсе остановится.
Когда устьица открыты, происходит транспирация, иногда с очень высокой скоростью. Растение кукурузы может испарять 50 галлонов воды за сезон, но большое дерево может двигаться со скоростью 100 галлонов в день!
У растений возникают проблемы, если они теряют слишком много воды, поэтому устьица закрываются в жаркие и засушливые периоды, когда транспирация самая высокая.