Дыхание растений

План:

 

1. Введение
2. Общая характеристика дыхания растений
3. Дыхание клеток в разных фазах роста
4. Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Дыхание - важнейший физиологический процесс, в результате которого происходит выделение энергии, необходимой для жизнедеятельности растительного организма. При дыхании поглощается кислород и выделяется углекислый газ. Установлено, что дыхание животных и растений протекает однотипно, несмотря на отсутствие у растений специальных органов дыхания.

Наиболее простой механизм обмена газами у водорослей, которые не имеют тканей и органов, а воздух непосредственно проникает в каждую клетку. У мхов, папоротников, голосеменных и покрытосеменных воздух проходит более сложный путь. Через устьица он поступает в межклетники, которые пронизывают все растения, а оттуда - в клетки. У наземных растений устьица, как правило, расположены на нижней стороне листа, а у живущих в воде - на верхней, так как нижней стороной он лежит на поверхности воды. Поступление воздуха в листья регулируется периодическим открыванием и закрыванием устьиц. Внутрь стволов деревьев и кустарников, покрытых толстой пробкой или корой, воздух поступает через отверстия - чечевички. Хорошо видны чечевички у березы, они крупные (до 15 см) и имеют вид узких темных поперечных полосок. У ряда болотных растений затруднено поступление воздуха в корни, так как в насыщенной влагой почве мало воздуха. У этих растений сформировались приспособления, обеспечивающие нормальный газообмен. Так, у некоторых растений образовались дыхательные корни, которые выступают над поверхностью воды, например у растений мангровых лесов. Процесс дыхания связан с непрерывным потреблением кислорода клетками и тканями растений и осуществляется при участии различных ферментов. Вначале сложные органические вещества (белки, жиры, углеводы) под действием ферментов распадаются на более простые, которые при участии кислорода расщепляются до конца, т.е. до образования углекислого газа и воды. При этом освобождается энергия, которая используется растением (а также любым живым организмом) на процессы жизнедеятельности: поглощение из почвы воды и минеральных веществ, их передвижение, рост, развитие, размножение.

В освобождении энергии, заключенной  в органических веществах, состоит  главное значение дыхания. По существу, при дыхании освобождается солнечная энергия, которую растение использовало в процессе фотосинтеза на образование органических веществ и таким путем запасло ее.

В процессе дыхания окисление  сложных органических веществ до углекислого газа и воды происходит постепенно и энергия освобождается небольшими порциями. Если бы энергия освобождалась вся сразу, тогда клетка сгорела бы.

Дыхание, подобно другим процессам жизнедеятельности, зависит  от факторов среды: температуры, влажности, содержания кислорода, степени освещенности и др. Для протекания процессов дыхания требуются определенные температурные условия, причем они разные у каждого вида растений и его органов. У большинства растений для дыхания наиболее благоприятна температура 25 - 30°С. У некоторых видов растений дыхание происходит и при отрицательных температурах, хотя этот процесс протекает очень слабо. Например, почки лиственных и иглы хвойных деревьев дышат и при температуре - 20 - 25°С. У арктических растений даже при низких температурах интенсивность дыхания высокая.

Интенсивность дыхания  растений зависит от содержания воды в клетках. Чем меньше воды в клетках, тем слабее идет в них дыхание. Очень слабо дышат сухие семена. С увеличением влажности дыхание  семян возрастает в сотни и  тысячи раз. Это отрицательно сказывается на хранении семян, так как они сильно разогреваются и погибают. Повышение интенсивности дыхания имеет огромное биологические значение для прорастания семян, поскольку усиление дыхания сопровождается освобождением большого количества энергии, необходимой для роста и развития зародыша.

На дыхание растений влияет содержание кислорода в окружающей среде. Угнетение  дыхания начинается при уменьшении содержания кислорода до 5%. Недостаток кислорода испытывают подземные  органы (корни и корневища) растений, обитающих на заболоченных и глинистых почвах.

В растениеводстве применяются  различные агротехнические приемы для улучшения дыхания корней. Так, проводят комплексную обработку  посевов машинами, чтобы сократить  число обработок и уменьшить  уплотненность почвы. Специальными культиваторами почву рыхлят и таким путем улучшают доступ воздуха к корням, при этом срезают сорняки, подкармливают культурные растения. Сильно увлажненные земли осушают, создают дренаж.

На дыхание растений влияет и  свет, хотя дышат они днем и ночью, на свету и в темноте. Свет вызывает повышение температуры растения, отчего дыхание его усиливается. У светолюбивых растений,  дыхание более интенсивное, чем у теневыносливых.

Изменения в окружающей среде, связанные  с деятельностью человека, также воздействуют на дыхание растений. Отрицательно влияют на дыхание вредные примеси, пыль, выделяемые промышленными предприятиями.

Наиболее интенсивно дышат молодые органы и ткани  растений, находящиеся в состоянии  активного роста. Цветение и плодоношение сопровождаются усилением дыхания развивающихся цветков и плодов, что связано с образованием новых органов и тканей, обладающих высоким уровнем обмена веществ. В данном реферате мы попробуем изучить изменение дыхания растений в онтогенезе.

 

 

 

Общая характеристика дыхания растений

 

Дыхание — процесс  универсальный. Оно является неотъемлемым свойством всех организмов, населяющих нашу планету, и присуще любому органу, любой ткани, каждой клетке, которые дышат на протяжении всей своей жизнедеятельности. Дыхание всегда связано с жизнью, тогда как прекращение дыхания — с гибелью живого. В связи с этим проблеме дыхания уделяется большое внимание в исследованиях биологов всех специальностей и профилей..

Жизнь организма в  целом, как и каждое проявление жизнедеятельности, необходимо связаны с расходованием энергии. Клеточное деление, рост, развитие и размножение, поглощение и передвижение воды и питательных веществ, разнообразные синтезы и все другие процессы и функции осуществимы лишь при постоянном удовлетворении обусловленных ими потребностей в энергии и пластических веществах, которые служат клетке строительным материалом.

  Источником энергии для живой клетки служит химическая (свободная) энергия потребляемых ею питательных веществ. Распад этих веществ, происходящий в акте дыхания, сопровождается освобождением энергии, которая и обеспечивает удовлетворение жизненных потребностей организма.

Сам же процесс дыхания  представляет собой сложную многозвенную систему сопряженных окислительно-восстановительных процессов, в ходе которых имеет место изменение химической природы органических соединений и использование содержащейся в них энергии.

Ферментативные реакции, обеспечивающие биосинтез белков, нуклеиновых  кислот, других полимеров и их различных производных, называют анаболическими, в противоположность катаболическим, содержанием которых является разрушение, распад органических соединений.

 Совокупность ферментативных  реакций,  с  помощью  которых  осуществляется  процесс дыхания,  относится  к  категории катаболических.

   На протяжении многих десятилетий биологическое значение дыхания сводилось только к высвобождению энергии дыхательного субстрата и использованию ее в процессах, осуществляющихся с затратой энергии. Детальное изучение биохимической природы и ферментативных механизмов, с которыми связан процесс дыхания, позволило убедиться в огромном значении промежуточных продуктов, которые возникают на пути преобразования органической молекулы и, являясь активными метаболитами, играют исключительно важную роль в созидательном, конструктивном обмене клетки.

  Растительная клетка использует в качестве дыхательного материала самые разнообразные органические вещества, окислительно-восстановительные    превращения    которых    осуществляются с участием весьма сложного комплекса каталитических механизмов:  ферментов,  активирующих водород;   ферментов,  активирующих кислород; ферментов, выполняющих роль промежуточных медиаторов (или переносчиков электронов); и вспомогательных ферментов. Таким образом, сложная цепь сопряженных окислительно-восстановительных    процессов    представляет собой многозвенное строго отрегулированное  сочетание  ферментативных   систем   различной  природы,  осуществляющих различные  функции.   Большой набор ферментативных систем, участвующих в акте дыхания, обеспечивает широкие адаптивные возможности растительного организма к постоянно меняющимся условиям  внешней среды   (температура,   влажность,     освещенность,     концентрация     кислорода и др.).  С помощью каталитических систем дыхания запасы свободной энергии,  содержащиеся  в   молекуле   органического  вещества, являющегося дыхательным субстратом, превращаются в мобильную форму, легко используемую в любых процессах, связанных с потреблением энергии.

Как известно, энергия  органических веществ, используемых в  качестве  дыхательного  субстрата,   ведет  свое   происхождение   от кванта   света,   адсорбируемого  зеленым   растением   и   небольшой группой  фотоавтотрофных  микроорганизмов  в  процессе  фотосинтеза.  Образующиеся  в ходе  последнего  органические соединении и  являются  практически  единственным  источником  пластических и энергетических ресурсов, за счет которых и обеспечивается существование всего живого населения земного шара. Необходимо, однако, подчеркнуть, что практически вся масса ассимилятов, создаваемых  в  процессе  фотосинтеза,  принадлежит к соединениям неспецифических, а в химическом    отношении    инертным. То же относится и к содержащейся в этих соединениях химической энергии, которая также не может быть непосредственно использована для осуществления какого-либо из видов клеточной «работы».

Придание  этой   потенциальной энергии   активной   формы,   ее преобразование в  «энергию действия», равно как и преобразование неспецифических продуктов фотосинтеза в специфические для организма компоненты протопласта, иными словами ассимиляция этих соединений,— таково назначение функции, именуемой дыханием. Следовательно, так же как и фотосинтез, дыхание служит целям обеспечения  материальных и энергетических потребностей организмов,  и  в  первую    очередь,    естественно,    гетеротрофных. Кроме того, только через системы дыхания удовлетворяются потребности всех не зеленых клеток зеленого растения и также содержащих хлорофилл клеток в отсутствие света.

Признавая огромную, ни с  чем не сравнимую по значению роль фотосинтеза в становлении органической материи, мы вместе с тем не можем  не учитывать, что все создаваемые  в ходе этой уникальной функции богатства  становятся эффективным достоянием живой клетки только благодаря существованию другой столь же важной по выполняемой ею роли, какой является дыхание.

 

 

 

 

Дыхание клеток на разных фазах роста.

Совершенствование методов  исследования сделало возможным изучение дыхания отдельных микроскопических участков тканей и облегчило выяснение значения фазы роста клеток для характера дыхательного процесса. Уже первые исследования, проведенные в этом направлении, дали ряд интересных и неожиданных результатов: оказалось, что не всегда более молодые клетки дышат интенсивнее, как можно было ожидать на основе данных, полученных при грубом сравнении дыхания органов разного возраста.

Дыхание меристематических  тканей растений отличается рядом своеобразных особенностей. Это впервые показали Рулянд и Рамсгорн (1938), изучая дыхательный газообмен различных меристем (кончики корней бобов, камбий сирени и липы). Эти ученые обнаружили, что этим тканям свойственно аэробное брожение, т. е. наряду с кислородным дыханием в них осуществляется процесс спиртового брожения. Оказалось, что в камбии и кончиках корней содержится небольшое количество этилового спирта и уксусного альдегида. Дыхательный коэффициент этих тканей оказался повышенным и иногда достигал нескольких единиц

Как видно из приведенных  данных, поглощение кислорода в меристемах значительно меньше по сравнению с клетками, перешедшими к растяжению или закончившими рост. Дыхательный коэффициент в камбии и кончиках корней всегда выше единицы и обычно резко уменьшается при переходе к зоне растяжения вследствие усиления поглощения кислорода.

При расчете  на единицу белкового азота цифры  поглощения кислорода были бы еще ниже по сравнению с другими тканями.

Увеличение  меристематической активности (ускорение клеточных делений), что достигалось в исследованиях Рулян-да и Рамсгорна воздействием гетероауксина, приводит к еще более высоким величинам ДК, обусловленным снижением поглощения кислорода. Одновременно при применении стимулятора увеличивается накопление продуктов спиртового брожения.

Г. Ваннер (1950) и др., изучая дыхание в разных срезах корней пшеницы, обнаружили, что в зоне растяжения при расчете на единицу белкового азота кислорода поглощается почти в три раза больше, чем в меристематической зоне. Это позднее было подтверждено опытами Л. Элиассона , 1955). Ваннер, 1950) получил подобные результаты для корней лука, Г. Балдовинос (, 1953) и Д. Р. Годдард и Б. Дж. Меуз (, 1950) — для корней кукурузы. Годдард и Меуз обнаружили, что в меристематической зоне корней интенсивность дыхания при расчете на единицу азота низкая, в зоне растяжения она сильно возрастает и достигает максимума, а после прекращения роста снижается до постоянного уровня. Р. Броун и Д. Броадбент ,( 1950) не нашли столь значительных различий в интенсивности дыхания разных зон роста корней гороха. Таким образом, переход клетки от эмбрионального состояния к фазе растяжения обычно связан со значительным активированием кислородного дыхания. Причина этих изменений дыхания пока остается неясной. Некоторые исследователи считают, что более интенсивное дыхание зоны растяжения является следствием того, что эта фаза роста клеток помимо поглощения воды, накопления осмотически активных веществ и роста клеточных оболочек связана также с интенсивным новообразованием цитоплазмы (Броун и Броадбент, 1950 и др.).