Особенности дыхания у растений. Охарактеризуйте дыхание растений
Особенности дыхания у растений
В дыхательную цепь митохондрий обычно входят пять различных цитохромов, где один атом кислорода расходуется на синтез трех молекул АТФ.
Поток электронов в дыхательной цепи напоминает таковой при фотосинтезе. Как отмечалось, дыхательная цепь впервые появляется у прокариот и по разветвленности сходна с митохондриальной цепью. У хемосинтетиков типичные митохондрии отсутствуют, слабо сопряжены процессы окисления и фосфорилирования, а также отмечен низкий потенциал донора электронов. Цикл Кребса универсален для всех организмов, дышащих кислородом.
В метаболизм растительной клетки кислород вовлекается разными путями:
- восстановлением одно- и двухвалентными донорами электронов с участием оксидаз;
- включением продуктов его восстановления в окисляемую молекулу с участием гидроксилаз;
- непосредственным включением кислорода в молекулу окисляемого субстрата оксигеназами.
Для растений, как и для преобладающего большинства живых существ, характерны разнообразные превращения одного и того же вещества. Высвобождение энергии при дыхании имеет фазовый характер и происходит постепенно (Г. Кребс, Г. Корнберг, 1959) по мере разукрупнения окисляемого субстрата, что предотвращает бесполезное улетучивание энергии в виде теплоты. Этим целям как раз служит разветвленная и многокомпонентная система ферментов, участвующих в дыхании. Растительные организмы обладают и каталитическими механизмами для Использования разнообразных соединений в качестве субстрата для дыхания.
Механизмы аэробного дыхания и фотосинтеза у растений связаны как в филогенезе, так и в онтогенезе. Они зеркально отображают и взаимодополняют друг друга, снабжают организм энергией и метаболитами. Характерно, что в ассимилирующей клетке фотосинтез подавляет гликолиз. Но свет оказывает влияние и на дыхание через накопление АТФ. «Избыток» синтеза АТФ в процессе фотофосфорилирования оказывает ингибирующее действие на работу ЭТЦ митохондрий. Образующиеся в результате цикла Кребса промежуточные продукты (дикарбоновые кислоты, аминокислоты и др.) Используются в клетке на свету, поэтому его подавление какими-либо воздействиями отрицательно влияет и на фотосинтез.
У растений и микроорганизмов кроме цикла Кребса как его видоизменения встречаются и дополнительные пути окисления углеводов. К ним относятся обратимое расщепление сукцината на ацетил-КоА и НАДФ ∙ Н2, Превращение жиров в углеводы (с образованием малата и ФЕП как промежуточных продуктов), ПФП (его доля составляет 10—14%), ГГЦ в пероксисомах (фотодыхание при накоплении в листьях гликолевой кислоты). В онтогенезе растений аэробный обмен возникает на базе анаэробного. Отсутствие узкой специализации у растений к определенному типу и субстратам дыхания очень важно для обеспечения жизни в часто меняющихся условиях среды. Для растений характерно цианид-устойчивое дыхание из-за наличия в митохондриях цианид-резистентных оксидаз.
Сравнение процессов фотосинтеза и дыхания (по Б. А. Рубину, И. Ф. Гавриленко, 1972)
| Показатели | Фотосинтез | Дыхание |
| CO2 | Поглощается | Выделяется |
| O2 | Выделяется | Поглощается |
| h3O | Разлагается | Синтезируется |
| Энергия | Аккумулируется | Выделяется |
| Органические вещества | Синтезируются | Разлагаются |
В целом механизм аэробного дыхания растений принципиально не отличается от механизма аэробного дыхания животных и свидетельствует об общности их происхождения.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
www.activestudy.info
1. Дыхание. Определение. Уравнение. Значение дыхания в жизни растительного организма. Специфика дыхания у растений
Образующиеся в ходе фотосинтеза сахара и другие органические соединения используются клетками растительного организма в качестве питательных веществ. Клетки незеленых частей и все клетки растения в темноте питаются веществами углеводной природы гетеротрофно и в этом принципиально не отличаются от животных клеток. Важнейшим этапом питания органическими веществами на клеточном уровне является процесс дыхания.
Клеточное дыхание — это окислительный, с участием кислорода распад органических питательных веществ, сопровождающийся образованием химически активных метаболитов и освобождением энергии, которые используются клетками для процессов жизнедеятельности.
Научные основы учения о роли кислорода в дыхании были заложены трудами A. Л. Лавуазье. В 1774 г. кислород независимо открыли Пристли и Шееле, а Лавуазье дал название этому элементу. Изучая одновременно процесс дыхания животных и горение, Лавуазье в 1773 — 1783 гг. пришел к выводу. что при дыхании, как и при горении, поглощается 02 и образуется С02, причем в том и другом случаях выделяется теплота. На основании своих опытов он заключил, что процесс горения состоит в присоединении кислорода к субстрату и что дыхание есть медленно текущее горение питательных веществ в живом организме.
Я. Ингенхауз в 1778—1780 гг. показал, что зеленые растения в темноте, а незеленые части растений и в темноте, и на свету поглощают кислород и выделяют С02 так же, как животные. Основателем учения о дыхании растений считают Н. Т. Соссюра. В 1797—1804 гг., впервые широко использовав количественный анализ, он установил, что в темноте растения поглощают столько же кислорода, сколько выделяется С02, т.е. соотношение С02/02, как правило, равно 1. При этом одновременно с С02 образуется и вода. Мнение Соссюра о том. что описанный им газообмен у растений является процессом дыхания и что этот процесс обеспечивает растительный организм энергией, долгое время не признавалось. Утверждалось, что в ночное время растения выделяют тот С02, который не был использован при фотосинтезе, и что этот С02 не имеет отношения к дыханию.
Однако постепенно накапливалось все больше данных о том, что дыхание животных и растений протекает однотипно, несмотря на отсутствие у растений специальных дыхательных органов, причем основным субстратом дыхания служат сахара. И. П. Бородин (1876) в серии точных опытов установил, что интенсивность дыхания листоносных побегов в темноте в первую очередь зависит от количества углеводов, накопленных ими на свету.
Во второй половине XIX в. в результате изучения дыхания у растительных и животных объектов общее уравнение этого процесса приняло следующий вид:
ЗНАЧЕНИЕ ДЫХАНИЯ В ЖИЗНИ РАСТЕНИЯ
Дыхание — один из центральных процессов обмена веществ растительного организма. Выделяющаяся при дыхании энергия тратится как на процессы роста, так и нa поддержание в активном состоянии уже закончивших рост органов растения. Вместе с тем значение дыхания не ограничивается тем, что это процесс, поставляющий энергию. Дыхание, подобно фотосинтезу, сложный окислительно_восстановительный процесc, идущий через ряд этапов. На его промежуточных стадиях образуются органические соединения, которые затем используются в различных метаболических реакциях. К промежуточным соединениям относят органические кислоты и пентозы образующиеся при разных путях дыхательного распада. Таким образом, процесс дыхания — источник многих метаболитов. Несмотря на то что процесс дыхания в суммарном виде противоположен фотосинтезу, в некоторых случаях они могут дополнять друг друга. Оба процесса являются поставщиками как энергетических эквивалентов (АТФ, НАДФ-Н), так и метаболитов. Как видно из суммарного уравнения, в процессе дыхания образуется также вода. Эта вода в крайних условиях обезвоживания может быть использована растением и предохранить его от гибели. В некоторых случаях, когда энергия дыхания выделяется в виде тепла, дыхание ведет к бесполезной потере сухого вещества. В этой связи при рассмотрении процесса дыхания надо помнить, что не всегда усиление процесса дыхания является полезным для растительного организма.
studfiles.net
Особенности дыхания растений
Образующиеся в ходе фотосинтеза сахара и другие органические соединения используются клетками растительного организма в качестве питательных веществ. Клетки незеленых частей и все клетки растения в темноте питаются веществами углеводной природы гетеротрофно и в этом принципиально не отличаются от животных клеток. Важнейшим этапом питания органическими веществами на клеточном уровне является процесс дыхания.
Клеточное дыхание — это окислительный, с участием кислорода распад органических питательных веществ, сопровождающийся образованием химически активных метаболитов и освобождением энергии, которые используются клетками для процессов жизнедеятельности.
Научные основы учения о роли кислорода в дыхании были заложены трудами A. Л. Лавуазье. В 1774 г. кислород независимо открыли Пристли и Шееле, а Лавуазье дал название этому элементу. Изучая одновременно процесс дыхания животных и горение, Лавуазье в 1773 — 1783 гг. пришел к выводу. что при дыхании, как и при горении, поглощается O2 и образуется СO2, причем в том и другом случаях выделяется теплота. На основании своих опытов он заключил, что процесс горения состоит в присоединении кислорода к субстрату и что дыхание есть медленно текущее горение питательных веществ в живом организме.
Я. Ингенхауз в 1778—1780 гг. показал, что зеленые растения в темноте, а незеленые части растений и в темноте, и на свету поглощают кислород и выделяют СO2 так же, как животные. Основателем учения о дыхании растений считают Н. Т. Соссюра. В 1797—1804 гг., впервые широко использовав количественный анализ, он установил, что в темноте растения поглощают столько же кислорода, сколько выделяется СO2, т.е. соотношение СO2/O2, как правило, равно 1. При этом одновременно с СO2 образуется и вода. Мнение Соссюра о том. что описанный им газообмен у растений является процессом дыхания и что этот процесс обеспечивает растительный организм энергией, долгое время не признавалось. Утверждалось, что в ночное время растения выделяют тот СO2, который не был использован при фотосинтезе, и что этот СO2 не имеет отношения к дыханию.
Однако постепенно накапливалось все больше данных о том, что дыхание животных и растений протекает однотипно, несмотря на отсутствие у растений специальных дыхательных органов, причем основным субстратом дыхания служат сахара. И. П. Бородин (1876) в серии точных опытов установил, что интенсивность дыхания листоносных побегов в темноте в первую очередь зависит от количества углеводов, накопленных ими на свету.
Во второй половине XIX в. в результате изучения дыхания у растительных и животных объектов общее уравнение этого процесса приняло следующий вид:
С6Н12О6 + 6O2→ 6СO2 + 6Н2O + энергия (2875 кДж/моль)
Значение дыхания в жизни растения
Дыхание — один из центральных процессов обмена веществ растительного организма. Выделяющаяся при дыхании энергия тратится как на процессы роста, так и нa поддержание в активном состоянии уже закончивших рост органов растения. Вместе с тем значение дыхания не ограничивается тем, что это процесс, поставляющий энергию. Дыхание, подобно фотосинтезу, сложный окислительно_восстановительный процесc, идущий через ряд этапов. На его промежуточных стадиях образуются органические соединения, которые затем используются в различных метаболических реакциях. К промежуточным соединениям относят органические кислоты и пентозы образующиеся при разных путях дыхательного распада. Таким образом, процесс дыхания — источник многих метаболитов. Несмотря на то что процесс дыхания в суммарном виде противоположен фотосинтезу, в некоторых случаях они могут дополнять друг друга. Оба процесса являются поставщиками как энергетических эквивалентов (АТФ, НАДФ-Н), так и метаболитов. Как видно из суммарного уравнения, в процессе дыхания образуется также вода. Эта вода в крайних условиях обезвоживания может быть использована растением и предохранить его от гибели. В некоторых случаях, когда энергия дыхания выделяется в виде тепла, дыхание ведет к бесполезной потере сухого вещества. В этой связи при рассмотрении процесса дыхания надо помнить, что не всегда усиление процесса дыхания является полезным для растительного организма.
biofile.ru
Дыхание растений — Юнциклопедия
Дыхание — один из важнейших физиологических процессов обмена веществ у растений, в результате которого происходит поглощение кислорода и окисление органического вещества с выделением углекислого газа. Дышат все живые органы, клетки и ткани растения. При дыхании выделяется энергия, за счет которой идут многие физиологические процессы. Часть энергии, не используемая растением, выделяется в виде тепла. В нормальных условиях основным дыхательным материалом являются углеводы (сахара).
Представление о начальных и конечных продуктах обмена при дыхании дает основное уравнение дыхания: C6h22O6 + 6O2 = 6CO2 + 6h3O + 674 ккал (сахар + кислород = углекислый газ + вода). Как видно из этого уравнения, в процессе дыхания образуется вода. Исследования показали, что в крайних условиях обезвоживания растение может использовать эту воду и предохранить себя от гибели.
Доступ кислорода ко всем органам растения — одно из основных условий дыхания. При его недостатке растение может некоторое время дышать за счет кислорода, извлекаемого из воды и сахаров самого растения. Однако такое анаэробное дыхание возможно лишь короткое время.
При длительном недостатке кислорода растение погибает. При плохой обработке почвы или на переувлажненных почвах корням растений не хватает воздуха, а следовательно, кислорода. Кислородное голодание корневой системы замедляет поглощение воды из почвы и её передвижение в растении. Поэтому при застое воды на отдельных участках поля большинство растений погибает. Многие дикорастущие болотные и водные растения имеют специальные приспособления для обеспечения корней кислородом. Это система межклеточных полостей, наполненных воздухом, или специальная воздухоносная ткань (аэренхима) в коре, например у тростника. У некоторых болотных тропических растений есть специальные воздушные корни.
Об интенсивности процесса дыхания судят по количеству выделяемого углекислого газа или поглощенного кислорода. Дыхание идет более интенсивно в молодом растущем растении, с возрастом интенсивность его снижается. Листья дышат интенсивнее стеблей и корней. Во время цветения повышается дыхание у цветков и снижается в других органах растения. Оно резко возрастает во время созревания плодов.
Теневыносливые растения дышат слабее светолюбивых. Для высокогорных растений характерна повышенная интенсивность дыхания. Очень активно дыхание плесневых грибов, бактерий.
На интенсивность дыхания сильно влияет температура воздуха: оно усиливается при повышении температуры с 5 до 40 °C, а затем резко падает. Дыхание снижается при понижении температуры, однако у зимующих растений его можно обнаружить даже при −20 °C. При понижении температуры до 3–5 °C дыхание замедляется, а это позволяет при хранении урожая сберечь тысячи тонн органического вещества, расходуемого на дыхание. Механическое повреждение растения усиливает дыхание.
Дыхание снижается при повышении содержания углекислого газа в воздухе. Этим пользуются при хранении фруктов и винограда, а также при закладке силоса, сенажа, накачивая в хранилища углекислый газ. Будучи тяжелее воздуха, углекислый газ вытесняет его из силосной и сенажной массы, подавляет дыхание, не дает консервируемой массе разогреваться и хорошо сохраняет её.
yunc.org
|
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. |
beaplanet.ru
Параграф 17. Дыхание растений
1. Какой газ при дыхании поглощается, а какой — выделяется?
В ходе дыхания поглощается кислород и выделяется углекислый газ.
2. Назовите газ, поддерживающий горение.
Кислород поддерживает горение.
Вопросы
1. Какое значение имеет дыхание?
Живые организмы в процессе дыхания получают энергию, необходимую для жизнедеятельности.
2. Как можно доказать, что органы растения дышат?
Возьмём три ёмкости из бесцветного прозрачного стекла, например бутылки. В одну из них поместим 30— 40 набухших, прорастающих семян гороха, фасоли или других растений. Сухие семена брать не следует. Они находятся в состоянии покоя, и поэтому все процессы жизнедеятельности, в том числе и дыхания, у них протекают очень слабо.
Во вторую бутылку положим корнеплоды моркови. Чтобы активизировать их клетки, перед опытом корнеплоды следует 2—3 дня подержать в воде.
В третью бутылку поместим свежесрезанные стебли растений с листьями. Плотно закроем бутылки пробками и поставим в тёмное тёплое место. На следующий день проверим, изменился ли состав воздуха в бутылках.
Опустим в каждую из бутылок зажжённую свечу, прикреплённую к проволоке. Свечи гаснут, потому что в процессе дыхания органы растения поглотили кислород из воздуха, находящегося в бутылках, и выделили большое количество углекислого газа. В этом легко убедиться с помощью известковой воды, которая мутнеет, взаимодействуя с углекислым газом.
Если вместо бутылок взять термос, хорошо сохраняющий тепло, то, опустив в него термометр, легко заметить повышение температуры. Это часть энергии при дыхании выделилась в виде тепла.
3. Почему нельзя закладывать на хранение влажные семена?
Во влажных семенах все процессы жизнедеятельности, в том числе и дыхание, протекают очень интенсивно. Такие семена за одни сутки расходуют на дыхание столько питательных веществ, сколько за целый год хранения в сухом состоянии. В семенах истощается запас питательных веществ, необходимый для прорастания. Они в короткий срок полностью теряют пищевые и посевные качества.
Семена влажные и с примесью впитывающего влагу мусора (мезга, полова, шелуха) быстро разогреваются, покрываются плесенью и портятся.
Закладывать на хранение необходимо только сухие семена.
4. Почему культурные растения плохо растут на заболоченных почвах?
-При избыточном увлажнении воздух, необходимый для дыхания корней, вытесняется водой, что приводит к гибели растений.
-На заболоченной почве культурные растения развиваются очень плохо и по другой причине: именно в сырых местах много растений, выделяющих в почву токсичные для садовых культур вещества.
-Почвы болот имеют очень высокую кислотность, которую большинство культурных растений не переносит.
-Торф является теплоизолятором, и это его самое коварное свойство. На кустарнике или дереве уже распускается листва, а корни у растения еще не проснулись, поскольку скованы льдом. Растения гибнут от голода.
Подумайте
Каковы отличительные особенности процессов фотосинтеза и дыхания и какова взаимосвязь между ними?
Во время фотосинтеза поглощается энергия солнечного света и из неорганических создаются органические вещества. Во время дыхания растение расходует органические вещества, а энергия, необходимая для жизнедеятельности, освобождается.
Дыхание во всех живых клетках органов растения происходит непрерывно. Фотосинтез происходит только на свету.
На свету растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Но они и дышат, т. Е. поглощают кислород, но в гораздо меньших количествах, чем выделяют при фотосинтезе. Углекислого газа при фотосинтезе растения поглощают гораздо больше, чем выделяют при дыхании.
Задания
1. Изучив текст параграфа, заполните таблицу «Сравнение процессов фотосинтеза и дыхания».
2. Рассмотрите рисунок 74. Объясните, почему растение во второй банке погибло.
Для дыхания корней необходим воздух. Во втором варианте опыта воздух не проходил через слой масла.
resheba.com
Особенности дыхания растений
Процесс дыхания - одна из важных сторон обмена веществ. Оно представляет собой комплекс окислительных и восстановительных процессов, катализируемых соответствующими ферментами.
Дыхание служит источником энергии для всех биохимических процессов, происходящих в клетках организма. Химическая энергия, которая образуется в процессе дыхания, по-разному превращается, обусловливая прохождения ряда процессов, связанных с преобразованием веществ, ростом и движениями растений. Часть ее выделяется в виде тепловой энергии.
Интенсивность дыхания различна в отдельных органах растения. Она может меняться с возрастом растения. Особенно интенсивно дышит семян, прорастает, а также цветки у высших растений. Большой энергией дыхания отличаются низшие организмы - бактерии и цвильови грибки.
Интенсивность дыхания изменяется в процессе онтогенеза растений. У молодого растения дыхания происходит интенсивнее, а с возрастом значительно уменьшается. По исследованиям ученых в листьях зимней капусты "Амагер" после ее срезания дыхания составляло 314 мг углекислого газа на 1 кг сырой массы в час, а на 70-й день - всего 27 мг.
Во время цветения у цветов наблюдается значительное повышение дыхания и падение его в листьях и других вегетативных органах. С момента образования плодов и по мере их увеличения дыхания падает, а уж когда созревают и при сохранении резко возрастает.
Особое значение на дыхание растений имеет температура. С ее повышением величина дыхания также растет, а с ее понижением заметно падает. До температуры 40 ⁰ C дыхания повышается, а при 50 ⁰ С, начинается отмирание цитоплазмы и дыхание резко падает.
Одним из важных условий для дыхания является наличие кислорода. Но не нужно забывать, что дышат не только надземные органы, но и подземные. Поэтому очень важно постоянно проводить спушування почвы. На тех почвах, где есть избыток влаги (заболачивание), корневая система может испытывать нехватку кислорода, что рано или поздно приведет к негативному влиянию на рост и развитие растения в целом.
Большое значение для дыхания обнаруживает углекислый газ. При повышенном его содержании дыхания падает. Высокие концентрации углекислоты используются для хранения плодов и овощей.
Дыхание повышается под влиянием раздражений. Если растение ранить, дыхания возрастет. Разрезанная картофель, по исследованиям польских ученых, дышит в 5-6 раз интенсивнее, чем целая.
Следовательно, дыхание важный физиологический процесс, помогает растениям расти и развиваться.
worldofscience.ru
