Як дихають рослини?

Красу природи становлять рослини, дерева, квіти, трава. Без всього цього просто неможливо було б існувати, адже рослини виділяють кисень, який нам потрібен для дихання. Але, як би безглуздо це не звучало, рослини теж дихають. Давайте розберемося, а як дихають рослини.

Як відбувається дихання рослин

Дихання рослин охоплює всі його частини – стебла, листя, коріння, плоди, квітки. Також як людина і тварини рослини дихають киснем, поглинаючи його разом з вуглекислим газом з повітря. Під час дихання рослини витрачають вуглеводи, які утворюються під час фотосинтезу. Фотосинтез ж, це процес, в процесі виконання якого утворюються органічні речовини, притаманний він тільки зеленим рослинам. Органічні речовини утворюються з води, елементів живлення, що подаються країнами, з сонячної енергії або світла, а також вуглекислого газу, який поглинається з повітря. Дана фотосинтетична діяльність протікає в природних умовах тільки в світлий час доби, в час, що залишився же час всі накопичені продукти відходять з листя та інші частини рослини. Продуктами процесу фотосинтезу є вуглеводи (крохмаль і цукор), а також білки. Вплив на фотосинтез надають температура, повітря, вода і інші фактори.

Дихання вважається протилежним фотосинтезу процесом. Його особливістю є безперервність протягом усієї доби. Цікаво, а за допомогою чого дихають рослини? Основним дихальним речовиною є цукор, при його нестачі розпаду піддаються органічні кислоти, жири, білки. Дихання впливає на процес зростання найбезпосереднішим чином. Хімічна енергія, яка звільняється при диханні, служить джерелом процесу утворення нових органів рослин. При порушенні процесу дихання в кореневій системі, це може загрожувати рослині загибеллю. Все це підтверджує єдність фотосинтезу і дихання в рослинному організмі.

Відповідаючи на питання, чим дихають рослини, ми можемо з точністю стверджувати, що дихання – це складний біохімічний процес, в результаті якого рослини поглинають вуглекислий газ за допомогою продихів на листках, через них же вони виділяють кисень.

Дихання

Дихання є універсальним фізіологічним процесом, властивим усім живим організмам: бактеріям, тваринам, рослинам.

У рослин дихання виконує дві важливі біологічні функції. По- перше, воно забезпечує рослину енергією у формі АТФ. По-друге, дихання є багатоетапним процесом, у ході якого утворюються численні проміжні речовини, які самі по собі становлять цінність для метаболізму рослин. Вони спрямовуються на ті чи інші біохімічні реакції. Ця функція дихання може бути визначена як створення метаболічного фонду рослини.

Сумарне рівняння процесу дихання має такий вигляд:

Це рівняння, яке показує тільки початкові й кінцеві продукти процесу, свідчить, що дихання є окисненням органічних речовин, у ході якого складна органічна речовина розпадеться до вуглекислого газу і води з отриманням хімічної енергії.

При диханні відбувається розпад органічних речовин, і тому за біохімічною суттю дихання протилежне фотосинтезу. Отже, продукція фотосинтетичного процесу витрачається двома каналами: основна частина утворених при фотосинтезі органічних речовин спрямовується на побудову самого тіла рослини, а інша (менша частіша) включається в дихальний процес для звільнення зв’язаної в цих речовинах енергії.

Енергія, що вивільняється в процесі дихання, частково виділяється у вигляді тепла, а частина – накопичується у вигляді хімічної енергії, яка зв’язується і зберігається у формі АТФ. Цей процес називають окисним фосфорилюванням. Йому відповідає рівняння:

Синтез АТФ, їх зарядка енергією – це основна функція дихального процесу. Схема нарис. 3.13 показує різноманітність завдань, що вирішуються при диханні в рослин завдяки продукуванню АТФ.

При диханні витрачаються органічні речовини, і вага рослини зменшується. Так, наприклад, якщо зерно кукурудзи при посіві ва- жить0,529 г, то після двохднів проростання його вага дорівнює всього 0,290 г. За цей час воно витрачає на дихання майже 45% запасних поживних речовин.

Дихання зумовлює і зміну складу повітря навколо рослини. Кількість кисню знижується (він витрачається при диханні), а кількість

Рис. 3.13. Шляхи витрати енергії, що запасається рослинами в молекулах АТФ

вуглекислого газу зростає (при диханні він виділяється). Пов’язане дихання і з продукуванням теплової енергії. Звичайно її виділяється небагато, але при диханні проростаючого насіння кількість виділеного тепла може бути настільки великою, що насіння нагріватиметься до температури 60-90 °С.

Локалізація дихання

На відміну від тварин і людини рослини не мають спеціальних органів або структур, що виконують функцію дихання. Його здійснюють усі живі клітини, у протопласті яких є спеціальні органели, відповідальні за функцію дихання – мітохондрії, їх кількість в окремій клітині коливається від 50 до 5000 штук.

Хімізм дихання

Дихання є складним окисно-відновним процесом, що відбувається в кілька етапів. Протягом нього початковий дихальний матеріал послідовно через систему взаємопов’язаних реакцій окиснюється з виділенням енергії. Енергія, як зазначалося вище, йде на синтез АДФ.

Залежно від властивостей дихального матеріалу, генетичних особливостей рослин і деяких інших чинників дихання може здійснюватися у різний спосіб. При окисненні вуглеводів, яке у рослин реалізується найчастіше, дихання відбувається в два послідовні етапи.

На першому етапі початковий дихальний матеріал окиснюється в бескисневих, тобто анаеробних, умовах до піровиноградної кислоти. Цей процес дістав назву гліколізу. На другому етапі піровиноградна кислота окиснюється до вуглекислого газу за участю кисню, тобто в аеробних умовах. Цей процес був відкритий і вивчений англійським ученим німецького походження Г. Кребсом. За це досягнення у 1953 році науковець отримав Нобелівську премію, а сам комплекс перетворень дістав назву циклу Кребса.

Гліколіз. Гліколіз представлений низкою послідовних реакцій. Локалізований він не в мітохондріях, а зазвичай в цитозолі клітин. Загальна схема перетворення речовин при гліколізі наведена на рис. 3.14.

При гліколізі глюкоза спочатку зазнає процесу фосфорилювання із утворенням глюкозофосфатата витратою однієї молекули АТФ, що підвищує її реакційну здатність, а потім перетворюється на фрукто- зофосфат за допомогою ферменту ізомерази. Фруктозофосфат ще раз піддається фосфорилюванню з утворенням фруктозодифосфата. На цей процес витрачається ще одна молекула АТФ.

Наступний етап гліколізу полягає в розщепленні фруктозодифосфата ферментом альдолазою на дві тріози – фосфо гліцериновий альдегід і фосфодіоксиацетон. Ці дві речовини можуть взаємно перетворюватися одна на одну під дією відповідної ізомерази, так що завжди підтримується їх співвідношення 1:1, і в міру витрати фосфоглицеринового альдегіду його фонд поповнюється за рахунок фосфодіоксиацетона.

У подальший о кисню вальний процес залучається тільки фосфогліцериновий альдегід. Під дією ферментного комплексу, що містить спеціальний ферментфосфогліцерин-альдегід-дегідрогеназу, він без участі кисню повітря окиснюється з одночасним додатковим фосфорилюванням до дифосфогліцеринової кислоти.

Рис. 3.14. Загальна схема хімічних перетворень речовин у процесі гліколізу

Дифосфогліцеринова кислота, у процесі подальших перетворень дефосфорилюється із синтезом молекул АТФ і перетворюється на піровиноградну кислоту. У результаті гліколізу з однієї молекули моносахариду утворюється дві молекули піровиноградної кислоти. Вуглекислий газ на цьому першому’ етапі дихального процесу не виділяється. Чиста енергетична продуктивність гліколізу складає дві молекули АТФ.

Цикл Кребса. У циклі Кребса піровиноградна кислота вступає в низку циклічних перетворень, у ході яких утворюється кілька три- і дикарбонових кислот. Загальна схема хімічних перетворень речовин у циклі Кребса показана на рис. 3.15.

Рис. 3.15. Загальна схема хімічних перетворень речовин у циклі Кребса

Ключову роль в аеробній фазі дихання відіграють реакції декарбоксилювання, що ведуть до укорочення ланцюжка вуглецевих атомів у піровиноградній кислоті та виділення вуглекислого газу. Подальші реакції циклу Кребса пов’язані з відновленням запасу щавлевооцетової кислоти, яка потрібна для включення в циклічні реакції оцтової кислоти. Усього при окисненні однієї молекули піровиноградної кислоти виділяється три молекули СО2.

Основні ланки електронно-транспортних ланцюгів становлять ферменти оксиредуктази. Усі ферменти – учасники електронно-транспортного ланцюга є бужами за винятком убіхінона, який за хімічною природою є ліпідом.

Усього в циклі Кребса утворюється 36 молекул АТФ. Разом з гліколізом це дає 38 молекул АТФ. Приймаючи енергетичну цінність однієї молекули АТФ у 7 ккал, бачимо, що дихання звільняє з дихального матеріалу 266 ккал хімічної енергії.

Оцінюючи біохімічні особливості дихання рослин, слід наголосити, що воно забезпечує рослини хімічною енергією та зв’язує між собою різні ланки метаболізму рослин. Важливою рисою дихання рослини є його поліфункціональність, що полягає у здатності залучати до окиснювальної дисиміляції різноманітні речовини від вуглеводів до білків.

Біохімічна функція дихання, як зазначалося вище, не обмежується виробництвом енергії для рослини. Цей процес становить собою одну з центральних ланок обміну речовин, споживаючи широкий круг метаболітів й одночасно поставляючи для обміну вуглеводів, ліпідів і білків низку найважливіших продуктів, які використовуються для побудови складних органічних сполук. У першу чергу через цикл Кребса зв’язуються між собою вуглеводний, ліпідний і білковий обмін.

Дихання рослин

Дихання є умовою життя. Саме в процесі дихання звільняється енергія, яка використовується організмами для життєдіяльності. Коротко і зрозуміло про диханні рослин розповімо в даній статті.

Що таке дихання

Кожна клітина потребує енергії для життя. Отримання енергії відбувається при розщепленні органічних речовин в процесі дихання. Таке розщеплення відбувається під впливом кисню і ще називається окисленням. В результаті утворюються вода, вуглекислий газ і вільна енергія.

Необхідна рослині енергія міститься в хімічних зв’язках складних органічних речовин. Спочатку це енергія сонця, збережена в складних молекулах шляхом фотосинтезу.

Дихання у рослин принципово не відрізняється від дихання тварин, або грибів. Який газ рослини виділяють при диханні, такий же виділяють будь-які інші організми. Це вуглекислий газ.

Відомо, що на світлі рослини виділяють ще й кисень, але це відбувається в результаті іншого процесу – фотосинтезу.

Дихання йде цілодобово, тому утворення вуглекислого газу відбувається постійно. Також постійно в клітини рослин для їх нормальної життєдіяльності повинен надходити кисень.

Це ж справедливо і для рослини в цілому.

Таким чином, дихання включає два процеси:

• клітинне дихання;
• газообмін рослини із зовнішнім середовищем.

Клітинне дихання рослин

Дихальними центрами клітини є мітохондрії. Вони є і у тварин.

Саме в цих органелах відбувається окислення органічних речовин. Зазвичай такими речовинами є вуглеводи, але дихання може йти і за рахунок білків або жирів.

При окисленні виділяється енергія. Вода залишається в клітці, а вуглекислий газ шляхом дифузії залишає клітку і може відразу використовуватися в фотосинтезі.

Процес дихання ступінчастий. Вода і вуглекислий газ утворюються не відразу, а є кінцевими продуктами. До цього в ході багатьох реакцій утворюються і знову розпадаються інші речовини – органічні кислоти.

Газообмін із зовнішнім середовищем

На відміну від тварин, рослини не мають спеціальних органів дихання. Газообмін здійснюється через отвори в покривних тканинах:

Устячка розташовуються на листках. Кожне з них має клітини, здатні змінювати тургор (наповненість водою) і закривати устьічнимі щілину. Устьічниє щілини здійснюють газообмін і випаровування води листям.

Чечевички – це більші, ніж продихи, щілини на стеблах.

Повітря також може надходити в тканини рослин в розчиненому вигляді.

Дихання і фотосинтез
Між процесами дихання і фотосинтезу існує зв’язок. Це процеси протилежні, і в рослині йдуть один за іншим.

Фотосинтез є способом харчування. В ході цього процесу утворюються речовини, що містять енергію, отриману у вигляді світла.

Дихання – це спосіб звільнення енергії, запасеної в поживних речовинах.

Дихання в різних частинах рослини

Інтенсивність дихання не однакова в різних органах. Найбільш активно дихають:

• Насіння, яке проростає;
• Квіти, які розпускаються;
• зростаючі органи.

Не рекомендується ставити зрізані квіти в спальній кімнаті, оскільки вони поглинають велику кількість кисню і виділяють вуглекислий газ.

Коріння також, як і надземні органи, дихають. Для нормального дихання коренів необхідно рихлити ґрунт.

Що впливає на інтенсивність дихання

Факторами, що впливають на інтенсивність дихання, є:

• температура;
• вологість;
• вміст кисню в повітрі.

При посиленні будь-якого з цих факторів дихання стає інтенсивніше.

Людина керує диханням насіння і плодів для збереження врожаю і посівного матеріалу. Для цього в приміщеннях, де зберігається насіння, підтримується необхідна вологість, температура і забезпечується приплив свіжого повітря.

Що ми дізналися?

Вивчаючи в 6 класі дану тему, ми з’ясували, що дихання рослин – процес, що забезпечує клітини енергією. Кисень так само необхідний рослинам, як вуглекислий газ. Процеси дихання і фотосинтезу включають одні і ті ж речовини. При диханні кисень і органічні речовини є вихідними, а вода і вуглекислий газ – кінцевими продуктами. При фотосинтезі – навпаки.