В дыхании участвуют системы, которые снабжают организм кислородом. У растений оно идентично животному. Этот процесс длится круглосуточно. Дыхание у растений происходит в клетках органов, расположенных на всей поверхности листьев, стеблей и корней. В нем взаимодействуют все клетки организма. Если у представителя флоры произойдет закупорка клеток, то поступление углекислого газа прекратится. В этом случае растение может погибнуть.
Историческая справка
О том, что растения при дыхании выделяют кислород, было написано в научных трудах А.Л. Лавуазье. В 1773-1783 он проводил опыты. Итогом его работ стало открытие, что при горении и дыхании поглощается большое количество кислорода. При этом выделяется углекислый газ и тепло.
На основании своих трудов ученый выявил, что дыхание является горением питательных веществ в живом организме. Позже эту деятельность продолжил Я. Ингенхауз. Он доказал, что и в темноте, и при солнечном свете происходит поглощение углекислого газа и выделение кислорода. Это означает, что растения при дыхании могут перерабатывать как СО2, так и О2, в зависимости от того, участвует ли свет в этом процессе или нет.
Подобные исследования проводили Х.Ф. Шейнбайн и А.Н. Бах. В 1897 году была открыта теория биологического окисления. В этом же году похожие труды представил К. Энглер. В 1955 году О. Хаяиши и Г.С. Мэзон при помощи опытов подтвердили, что кислород является важным элементом органических соединений.
Специфика дыхания у растений
Дыханием называют универсальный процесс. Он считается неотъемлемой частью всех живых организмов. Принято думать, что дыхание у растений происходит в клетках органов и тканей, через которые происходит газообмен. Такую систему связывают с жизнью, а прекращение дыхания – со смертью всего живого.
Проявление жизнедеятельности неразрывно связано с расходованием энергии. При этом происходит развитие, размножение, рост, клеточное деление. Передвигаются и поглощаются питательные вещества, вода, различные синтезы и процессы. Органы дыхания растений являются сложной многозвенной системой. Сопряженные окислительные процессы изменяют химический состав органических соединений.
Клеточное дыхание
Такое дыхание является окислительным процессом. В нем участвует кислород и распад важных питательных веществ. Происходит освобождение энергии и образование активных метаболитов. Клетками они применяются для образования необходимых процессов жизнедеятельности. В этом случае дыхание у растений происходит в клетках органов и рассчитывается с помощью суммарного уравнения:
С6Н12О6 + 602 > 6С02 + 6Н20 + 2875 кДж/моль.
Полученная энергия освобождается не целиком. Часть энергии аккумулируется в аденозинтрифосфат. После синтеза на мембране образовываются разности электрических зарядов. Такое явление предшествует разности концентраций ионов водорода, которые образовываются в двух сторонах мембраны. Дыхание и питание растений происходят при помощи протонного градиента. Он является главным материалом энергии, необходим для тонких процессов, происходящих в клетке. Такие процессы применяются при синтезе, поступлениях, передвижениях воды и питательных элементов. В химической структуре создается разность потенциалов между окружающей средой и цитоплазмой. Энергия, которая не смогла накопиться в протонном градиенте, рассеивается в качестве света.
Каталитические процессы дыхания
Окисление субстратов происходит при помощи ферментов. Их называют белковыми катализаторами. Ферменты обладают некоторыми особенностями:
- очень высокой лабильностью;
- повышенной активностью;
- большой специфичностью по отношению к субстратам.
Дыхание и питание растений зависит от пространственной ориентации, которая изменяется под воздействием внутренних и внешних факторов. Происходит регуляция обмена веществ. С понятием электронов связаны некоторые способы окисления. Типы окислительных реакций:
- отдача электронов;
- присоединение кислорода;
- отнятие водорода;
- возникновение гидратированного соединения;
- отнятие протонов и двух электронов.
Окисление вещества сопряжено с восстановлением акцептора. Такие ферменты принято считать оксидоредуктазами. При этом происходит отсоединение протонов и электронов. Их принимает акцептор. Энзим формирует реакцию переноса. К таким процессам относятся аэробное и анаэробное дыхание.
Аэробное дыхание
Такая система дыхания относится к окислительному процессу. При дыхании растение поглощает углекислый газ, выделяя при этом кислород. Субстрат распадается на энергии неорганических веществ. Главными субстратами для дыхания растений являются углеводы. Кроме них, может расходоваться запас белков и жиров.
Такое дыхание включает в себя два главных этапа:
- Бескислородный процесс. В нем происходит медленный постепенный распад субстратов, освобождение атомов водорода и связывание процесса с коферментами.
- Кислородный процесс. Здесь наблюдается последующее отщепление атомов водорода. Они отходят от дыхательного субстрата и постепенно окисляются. В итоге происходит перенос электронов на кислород.
Анаэробное дыхание
Такое дыхание растений происходит при помощи микроорганизмов, живущих на клетках растения. Для окисления веществ они не используют молекулярный кислород. Им необходима азотная соль, угольная и серная кислота, которая при длительных процессах превращается в восстановленные соединения. Необходимая энергия достигается при помощи расщепления сложных молекул органических веществ на наиболее простые. Конечным акцептором электронов считаются карбонаты, сульфаты и нитриты. Азотная соль, серная и угольная кислота превращаются в восстановительные соединения.
Корневая система
Неотъемлемой частью процесса является дыхание корней растений. Для активного произрастания представителям флоры необходим свежий воздух, поступающий к корневой системе. Такое дыхание осуществляется с помощью кислорода, который циркулирует в крупных порах.
При некапиллярной порозности во время затяжных ливней или переизбытке влаги в горшке почва перенасыщается влагой. В этот период корневая система испытывает асфиксию. Некоторые подвиды растений могут дышать благодаря кислороду, растворенному во влаге. При этом поток воды должен циркулировать или быть проточным. При застое влаги корни представителей флоры не получают необходимого кислорода.
В приемлемых условиях при дыхании растение поглощает углекислый газ. Но при застойном режиме оно не может вести полноценный газообмен. Рост значительно замедляется. По отношению к азоту уровень кислорода снижается на 21%. Прекращается использование минеральных ресурсов почвы. Растение захватывает воздух, который поступает за счет листьев, стебля и коры растения.
Значение дыхания
Дыхание у растений происходит в клетках органов и является основным процессом обмена веществ. Энергия, которая выделяется при дыхании, расходуется на рост и активность представителей флоры.
Дыхание растений сравнивают с фотосинтезом. Процесс проходит несколько этапов. На промежуточных стадиях формируются органические соединения. Они применяются в метаболических реакциях. К ним относят пентозы и органические кислоты, которые образуются при дыхательном распаде. Поэтому дыхание принято считать источником метаболитов.
Система дыхания считается поставщиком энергетических эквивалентов НАДФ-Н и АТФ. Растения при дыхании выделяют кислород. В этом процессе у представителей флоры образуется вода. При обезвоживании растения она предохраняет его от гибели.
Иногда энергия дыхания может быть выделена в качестве тепла. В этом случае дыхательный процесс приведет к ненужной затрате сухого вещества. Усиление процесса дыхания для самого растения далеко не во всех случаях является полезным.
