У растений газообмен происходит через: Дыхание у растений

Содержание

21. Дайте понятие транспирации и газообмена у растений. Какова биологическая роль этих процессов?

Вода, находящаяся
в растении, непосредственно контактирует
с водой из почвы и с парами воды в
окружающем растение воздухе. Основная
масса воды поступает в растение через
корневые волоски. Вода проходит через
кору корня в ксилему, поднимается по
ксилеме к листьям и испаряется с
поверхности клеток мезофилла, а затем
диффундирует наружу через устьица.
Последний процесс называется транспирацией,
а поток воды к транспирирующей поверхности
– транспирационным током. Итак,
транспирация – испарение воды с
поверхности растения, в нем участвуют:

Устьица – поры,
через которые диффундирует вода,
испарившаяся с поверхности клеток;
такие поры есть в эпидермисе листьев и
зленых стеблей (испараяют около 90% воды)

Кутикула – восковой
слой, покрывающий эпидермис листьев и
стеблей; через него проходит вода,
испаряющаяся с наружных стенок клеток
эпидермиса (около 10%)

Чечевички – обычно
их роль в испарении воды очень мала, но
у листопадных деревьев после сбрасывания
листвы через чечевички теряется основная
масса воды.

Обмен
СО₂
и О₂
между средой и организмом называется
газообменом. У растений газообмен
происходит через поры в эпидермисе –
устьица. Растения поглащают СО₂
и выделяют О₂
в процессе фотосинтеза, а в процессе
дыхания наоборот: О₂
используется, а СО₂
выделяется. В естественных условиях
процесс фотосинтеза преобладает над
процессом дыхания, поэтому в нашей
атмосфере с течением времени накапливается
О₂.

Устьица – основные
участники транспирации и газообмена,
поэтому целесообразно будет описать
механизм их работы. Само устьице –
межклетник между двумя замыкающими
клетками фосолевидной формы. Щель между
этими клетками может расширяться и
сужаться, регулируя газообмен. Под щелью
расположена дыхательная полость,
окруженная клетками мезофила листа, а
замыкающие клетки окружены клетками
эпидермы. Механизм работы устьиц
основывается на осмотических свойствах
клетки. При освещении поверхности листа
солнцем в замыкающих клетках осуществляется
фотосинтез, вырабатывается сахар, что
влечет за собой активное поступление
ионов калия. В результате концентрация
клеточного сока увеличивается, возникает
разность концентраций в околоустьичных
и замыкающих клетках. В силу осмотических
свойств из околоустьичных клеток в
замыкающие клетки поступает вода, что
ведет к увеличению объема и тургора
устьичных клеток. Утолщения на внутренней
поверхности замыкающих клеток обеспечивает
неравномерное растяжение клеточной
стенки, в результате замыкающие клетки
приобретают ярко выраженную бобовидную
форму, вызывая открытие устьичной щели.
С падением интенсивности фотосинтеза
(с наступление темносты) количество
сахара снижается, ионы калия уходят,
происходит отток воды в окружающие
клетки, тургорное давление снижается
и устьица закрываются.

Биологическая
роль.

Траспирационный
ток нужен для доставки минеральных
солей всем частям растения, т.к. эти
вещества переносятся вместе с водой.

Быстрое поглащение
воды позволяет корням извлекать воду
и растворенные в ней вещества из более
отдаленных участков почвы.

Транспирации
сопутсвтует испарение воды из клеток
мезофила. Этот процесс идет с затратой
энергии, поэтому испарение приводит к
охлаждению листьев. Это очень важно,
особенно на открытом солнце.

В результате
газообмена происходит накопление
кислорода в атмосфере.

Ученые нашли семейство генов, отвечающих за работу ионных каналов в устьицах растений

В недалеком будущем даже засушливые районы Земли смогут обеспечить растущее население планеты продовольствием — или хотя бы биоэтанолом. Ученые сумели не только отыскать генетические корни механизма, регулирующего процессы обмена веществ между растениями и окружающим миром, но и вмешаться в него.

Хотя растения и выделены в отдельное царство, их организм, как и наш, нуждается в газообмене и терморегуляции. В отличие от специализированных и разделенных систем большинства многоклеточных животных у растений эти функции выполняет единственная структура, называемая устьицем.

100%

Устьица

(лат. stoma, от греческого рот, уста)— в ботанике это пора, находящаяся на нижнем или верхнем слое эпидермиса листа растения, через которое происходит испарение воды и газообмен с окружающей средой. Пора состоит из пары…

Эта микроскопическая пора ведет в небольшую полость и окружена двумя замыкающими клетками, способными закрывать и открывать обмен парами и газами с окружающей средой. Такая активная регуляция позволяет не только реагировать на изменения температуры и предотвращать избыточную потерю воды в жаркие часы, но и защищать лист от повреждающего действия озона.

Известно, что в ходе фотосинтеза, благодаря которому существует почти вся известная жизнь на нашей планете, в растениях происходит превращение углекислого газа и воды в органические молекулы моносахаридов и кислорода. Таким образом, в органических веществах в ходе этой реакции запасается энергия Солнца, которая и стоит в начале всей пищевой цепи.

Углекислый газ для участия в фотосинтезе попадает внутрь листьев и лепестков только через устьица, поскольку толстая кутикула, покрывающая листья и клеточные стенки, препятствуют его непосредственному прохождению через мембраны, как это, например, происходит в наших легких.

«Желание» растений использовать в фотосинтезе весь доступный углекислый газ приводит к тому, что подъем его концентрации в атмосфере незамедлительно вызывает расширение устьиц. Однако совместно с ускорением газообмена более интенсивно происходит и испарение воды, каждая капля которой с трудом достается даже тем, кто растёт на болотах, не говоря уже о суккулентах — обитателях пустынь.

Изучение механизмов работы этой клеточной структуры и явилось целью работы двух научных групп.

В то время как японские специалисты нашли семейство генов, отвечающих за работу этих клеток, другая международная команда исследователей независимо создала «цветок», не реагирующий на колебания углекислого газа в окружающей среде.

Практически все «движения» растений обеспечиваются изменением содержания воды, а соответственно, и объема тех или иных клеток. По такому же принципу работают и замыкающие клетки устьиц, но в отличие от животных систем они самодостаточны – то есть функции восприятия и ответного действия объединены в одну клетку. Воспринимают же эти клетки практически все важные события в жизни растения — колебания концентрации CO₂, абсцизовой кислоты, озона, переход от темного к светлому, изменения влажности, появлению ионов кальция, пероксида водорода и оксида азота.

Изменения, связанные с этими факторами, приводят к отмыканию анионных каналов, пропускающих в клетку хлор и малат; вместе с анионами в клетке накапливается и вода, вызывающая в итоге «разбухание» и открытие устьица. Или наоборот – при повышенной концентрации CO₂ в окружающей среде растение пытается максимально его использовать, «выгоняя» из клеток ионы, а заодно и воду, – в результате устьице закрывается.

Белок SLAC1, ставший объектом исследования, равно как и структура самих каналов, были неплохо изучены прежде, но их связь, а главное, влияние на жизнедеятельность всего растения ученые показали только сейчас.

Расшифрован геном кукурузы

Ученые из Университета Вашингтона объявили о завершении проекта по расшифровке генома кукурузы. Руководитель широкомасштабного исследования, Ричард Вильсон, сегодня доложит…

Выбор белка объяснялся наличием его гомологов, регулирующих ток анионов у грибов и бактерий. Выбор же растительной модели учеными даже не обсуждался, так как Arabidopsis thaliana был не просто первым, но до недавнего времени и единственным видом растений с полностью расшифрованной последовательностью генома. Значение этого растения для ботаников сходно с важностью дрозофилы и круглого червя C. elegans для зоологов. Многочисленные же генетические опыты на нем уже успели объяснить некоторые механизмы циркадианных ритмов, фотосинтеза и даже защитных реакций.

Японские ботаники начали свою работу с поиска гена, кодирующего SLAC1, и локализации последнего в растении. Выяснилось, что все семейство этих генов участвует в формировании анионных каналов, а локализованы каналы преимущественно в области устьиц.

100%

Дальнейшие действия экспериментаторов ничем не отличалась от многочисленных опытов с мышами – ученые создали так называемых нокаутных особей, у которых этот ген был дефективен. Эти «генетически модифицированные растения» не реагировали на подъем концентрации углекислого газа в воздухе открытием устьиц, а за счет этого существенно экономили драгоценную влагу.

Стоит признать, природа уже давно сама нашла альтернативу статическим устицам – устьица суккулентов обычно залеплены воском, а потому испарение воды через них практически не происходит. За это, впрочем, приходится платить недостатком углекислого газа, а следовательно, и относительно медленным ростом.

По мнению ученых, это открытие в перспективе может оказаться полезным при создании видов сельскохозяйственных культур, устойчивых к засухе, что особенно актуально в связи с прогнозами экологов и метеорологов на ближайшее будущее. Однако генным инженерам, по всей видимости, придется искать альтернативный механизм доставки CO₂к клеткам.

Механизмы газообмена

Все живые существа получают необходимую им энергию путем метаболизма богатых энергией соединений, таких как углеводы и жиры. У большинства организмов этот метаболизм происходит за счет дыхания — процесса, для которого требуется кислород (см. главу 6). При этом выделяется углекислый газ, который необходимо удалить из организма.

В растительных клетках углекислый газ тоже может быть побочным продуктом дыхания, но, поскольку он используется в фотосинтезе (см. главу 5), углекислый газ можно считать побочным продуктом. Углекислый газ должен быть доступен клеткам растений, а газообразный кислород должен быть удален. Таким образом, газообмен является важнейшим процессом энергетического обмена, а газообмен является необходимой предпосылкой жизни, потому что при недостатке энергии жизнь не может продолжаться.

Основным механизмом газообмена является диффузия через влажную мембрану. Диффузия — это движение молекул из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией в направлении градиента концентрации. В живых системах молекулы движутся через клеточные мембраны, которые постоянно увлажняются жидкостью.

Простые организмы

Одноклеточные организмы, такие как бактерии и простейшие, находятся в постоянном контакте с внешней средой. Газообмен происходит путем диффузии через их мембраны. Даже у простых многоклеточных организмов, таких как зеленые водоросли, их клетки могут находиться близко к окружающей среде, и газообмен может происходить легко.

У более крупных организмов приспособления приближают окружающую среду к клеткам. Печеночники, например, имеют многочисленные воздушные камеры во внутренней среде. Губки и гидры имеют центральные полости, заполненные водой, а планарии имеют ответвления желудочно-сосудистой полости, которые сообщаются со всеми частями тела.

Растения

Хотя растения являются сложными организмами, они обмениваются своими газами с окружающей средой довольно простым способом. У водных растений вода проходит между тканями и служит средой для газообмена. У наземных растений воздух поступает в ткани, а газы диффундируют во влагу, омывающую внутренние клетки.

В листе растения должен присутствовать обильный запас углекислого газа, а кислород от фотосинтеза должен быть удален. Через кутикулу листа газы не проходят; они проходят через поры, называемые устьицами в кутикуле и эпидермисе. Устьица многочисленны на нижней поверхности листа, и они обычно открываются в течение дня, когда скорость фотосинтеза самая высокая. Открытие и закрытие устьиц обусловлено физиологическими изменениями в окружающих замыкающих клетках (см. главу 20).

Животные

У животных газообмен протекает по той же схеме, что и у растений. Кислород и углекислый газ перемещаются путем диффузии через влажные мембраны. У простых животных обмен происходит непосредственно с окружающей средой. Но у сложных животных, таких как млекопитающие, обмен происходит между окружающей средой и кровью. Затем кровь переносит кислород к глубоко укоренившимся клеткам и переносит углекислый газ туда, где он может быть удален из организма.

Дождевые черви обмениваются кислородом и углекислым газом непосредственно через кожу. Кислород диффундирует в крошечные кровеносные сосуды на поверхности кожи, где он соединяется с красным пигментом 9.0007 гемоглобин. Гемоглобин слабо связывается с кислородом и переносит его через кровоток животного. Углекислый газ транспортируется обратно к коже гемоглобином.

Наземные членистоногие имеют ряд отверстий, называемых дыхальцами на поверхности тела. Дыхальца открываются в крошечные воздушные трубки, называемые трахеями, , которые расширяются в тонкие ответвления, проникающие во все части тела членистоногого.

Рыбы используют для газообмена внешние выступы поверхности тела, называемые жабрами. Жабры представляют собой лоскуты ткани, богато снабженные кровеносными сосудами. Когда рыба плывет, она набирает воду в рот и через жабры. Кислород диффундирует из воды в кровеносные сосуды жабр, а углекислый газ покидает кровеносные сосуды и попадает в воду, проходя мимо жабр.

Наземные позвоночные, такие как амфибии, рептилии, птицы и млекопитающие, имеют хорошо развитую дыхательную систему с легкими. Лягушки заглатывают воздух в легкие, где кислород диффундирует в кровь, чтобы соединиться с гемоглобином в красных кровяных тельцах. Земноводные также могут обмениваться газами через кожу. Рептилии имеют складчатые легкие, чтобы увеличить площадь поверхности для газообмена. Реберные мышцы способствуют расширению легких и защищают легкие от травм.

Птицы имеют большие воздушные пространства, называемые воздушными мешками в легких. Когда птица делает вдох, ее грудная клетка раздвигается и в легких создается частичный вакуум. Воздух устремляется в легкие, а затем в воздушные мешочки, где происходит большая часть газообмена. Эта система является адаптацией птиц к суровым условиям полета и их обширным метаболическим потребностям.

Легкие млекопитающих разделены на миллионы микроскопических воздушных мешочков, называемых альвеолами (единственное число — альвеола ). Каждая альвеола окружена богатой сетью кровеносных сосудов для транспортировки газов. Кроме того, у млекопитающих есть куполообразная диафрагма, которая отделяет грудную клетку от брюшной полости, обеспечивая отдельную грудную полость для дыхания и перекачивания крови. Во время вдоха диафрагма сокращается и уплощается, создавая частичный вакуум в легких. Легкие наполняются воздухом, происходит газообмен.

Поры, через которые выходит обменный газ, называется…

Перейти на

Упражнение

Питание растений
Питание животных
Волокно к ткани
Нагревать
Кислоты, основания и соли
Физические и химические изменения
Погода, климат и приспособления животных к климату
Ветры, бури и циклоны
Почвы
Дыхание в организмах
Транспорт у животных и растений
Размножение растений
Движение и время
Электрический ток и его эффекты
Легкий
Вода: драгоценный ресурс
Леса: наш спасательный круг
История сточных вод

Главная >

Решения НЦЭРТ
Класс 7
Наука
>

Глава 1. Питание растений
>

Упражнение
>
Вопрос 6

Вопрос 6 Упражнение

Поры, через которые выходят обменные газы, называются ________.

Ответ:

Поры, через которые выходят обменные газы, называются Устьица .

Связанные вопросы

В процессе фотосинтеза растения поглощают ____________________________________________ и выделяют ______…

Растение, являющееся частично автотрофным, называется ____________________.

Продукт фотосинтеза не является белком. (Т/Ф)

Растения, синтезирующие свою пищу, называются сапротрофами. (Т/Ф)

В процессе фотосинтеза выделяется углекислый газ. (Т/Ф)

Солнечная энергия преобразуется в химическую энергию в процессе фотосинтеза.