Дыхание растений и животных - материалы для подготовки к егэ по биологоии.

Даже биохимические реакции, протекающие в организме при дыхании, одинаковы у растений и животных. Но что такое дыхание и для чего нам кислород? Он нужен, чтобы окислять органические вещества, которые мы получаем с пищей. При окислении пищи освобождается энергия, заключенная в органических молекулах. То есть, дыхание необходимо для добывания энергии. Конечно, у растений нет ни рта, ни легких, они дышат не так, как люди. Но принцип одинаков – растения дышат, добывая кислород, чтобы получить энергию.

В древности в атмосфере Земли кислорода не было, зато углекислого газа было значительно больше. Растения и выработали у себя способность поглощать углекислый газ и, добывая энергию из солнечных , образовывать из него необходимые вещества. А в атмосферу они выделяли кислород, давший жизнь всему "дышащему миру". Ну а как же все происходит на опыте?

Ученые провели интересный опыт. Они выращивали капусту и свеклу сначала на воздухе. Затем поставили половину растений в камеру, в которой кислорода было всего 2,5%. Другая половина партии, контрольные растения, осталась на воздухе при 21% кислорода. И те и другие растения освещались круглосуточно. Можно подумать, что растения без кислорода погибнут, но это неправда. Через шесть суток они весили вдвое больше, чем контрольные!

Но как же так? Разве растения дышат без кислорода?.. Просто растения умеют очень эффективно использовать энергию солнечного света. А когда свет сменяется темнотой, растения переключаются с одного источника энергии на другой. На свету они синтезируют органические вещества, используя энергию света, а в темноте дышат, добывают энергию окислением веществ, образовавшихся на свету. Это дыхание называется темновым. Такое переключение позволяет растению экономить внутренние резервы, раз ему доступен солнечный свет – внешний источник энергии.

Однако растения дышат и на свету. Но это приносит им только вред. Поглощая кислород, они выделяют углекислый газ – основную свою пищу. Поэтому начинают медленнее расти. Правда растения без светового дыхания все-таки есть. Это кукуруза и сахарный тростник. Известно, как быстро и мощно они разрастаются.

О причине возникновения светового дыхания пока существуют лишь гипотезы. Ученые предполагают, что световое дыхание получило начало от симбиоза примитивных фотосинтезирующих организмов с нефотосинтезирующими, дышащими. Симбиоз – это взаимное воздействие, полезное обеим сторонам. Маленькие фотосинтетики, живущие в воде, поглощали из среды углекислый газ и выделяли кислород. Если бы в среде не было дышащих организмов, которые, наоборот, поглощали кислород и выделяли углекислый газ, то скоро условия жизни стали бы для фотосинтетиков невыносимыми. Поэтому выжили лишь те, которые, в свою очередь, были чем-то полезны для нефотосинтетиков. Одним из способов быть полезным могло служить выделение каких-нибудь веществ, которыми могли бы питаться нефотосинтетики. Таким веществом могла быть гликолевая кислота, одно из веществ, образующихся при фотосинтезе. Ее выделяют и некоторые современные водоросли. Таким образом, фотосинтетики "кормили" нефотосинтетиков гликолевой кислотой, чтобы те поглощали из среды кислород, окисляя гликолевую кислоту. Гликолевая кислота и есть то вещество, которое через несколько биохимических превращений окисляется в растениях с образованием углекислого газа при световом дыхании. Значит, чем больше в среде кислорода, тем больше образуется гликолевой кислоты, тем интенсивнее может протекать световое дыхание и тем больше углекислого газа, поглощенного при фотосинтезе, выделится опять в среду.

Вероятно, таким же образом разрабатывалась у растений и способность регулировать световое дыхание в соответствии с концентрацией углекислого газа. Дышащие организмы не только поглощали из среды кислород, нежелательный для фотосинтетиков, но и обогащали ее углекислым газом, необходимым для них.

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: C6 H12 O6 + 6*O2 = 6*CO2 + 6*H2O + + 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 ее 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°, а затем резко падает. Дыхание снижается при понижении температуры, однако у зимующих растений его можно обнаружить даже при -20°. При понижении температуры до 3-5° 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 ее.

Все растения на нашей замечательной планете выделяют кислород: деревья на вашей улице, водоросли в парковом пруду, маленький кактус на вашем окне... На суше этот процесс незаметен: мы не видим, как растения выделяют кислород, так же как мы не видим его, когда вдыхаем. Но под водой можно заметить, как над водорослями появляются крошечные пузырьки. Благодаря растениям кислород составляет более 1/5 атмосферы Земли - идеальное соотношение для нашего дыхания. В XVII веке ученые начали понимать, что растения выделяют кислород. Вначале они удивлялись, откуда брался кислород в воздухе, ведь, по их предположениям, атмосфера должна была его терять. В конце концов, день и ночь во многих местах на планете горит огонь, сжигая при этом кислород. Миллиарды животных вдыхают кислород, используют его и выдыхают затем углекислый газ. Почему в воздухе не увеличивается процент углекислого газа? И почему кислород еще до сих пор не исчез?

Некоторые ученые заметили, что свеча в маленьком закрытом пространстве со временем, израсходовав весь кислород, затухает. Однако она снова разгорается, если некоторое время в этом пространстве подержать живое зеленое растение. Стало очевидным, что растения выделяют кислород. Но, как и почему?

Вот как все происходит. Зеленые растения используют энергию солнца для производства пищи для себя - сахара. Для выработки сахаров и крахмала они берут воду из почвы и углекислый газ из воздуха. Другими словами, кислород высвобождается, когда растения питаются, то есть он является таким же побочным продуктом на фабрике по производству пищи для растений, как и приятный аромат в пекарне во время приготовления хлеба.

Зеленый цвет в листьях растений - важнейшая составляющая этого необыкновенного процесса, поскольку это цвет пигмента хлорофилла. Помните воду, которую растения всасывают из почвы? Каждая молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Хлорофилл в листьях растений использует энергию солнечного света для расщепления молекул воды, отделения водорода от кислорода.

Некоторые атомы вновь «склеиваются» вместе, опять превращаясь в воду. При этом высвобождается гораздо больше энергии, чем нужно растению; растение использует энергию для производства вещества, называемого АТФ (аденозинтрифосфат). АТФ забирает углерод из углекислого газа и водород из расщепленной воды, превращая все это в сахара - пищу для растений! Кислород из расщепленной воды просто остается в воздухе. Таким образом, атмосфера Земли постоянно обогащается кислородом, потому что растения любят сладкое. Весь этот процесс называется фотосинтезом - в переводе с греческого, это означает «соединять при свете».

Ночью, когда света нет, растения ведут себя подобно людям - потребляют кислород из воздуха, выделяя углекислый газ. При дневном свете растения также «вдыхают» немного кислорода, но в основном в них протекает процесс фотосинтеза, в ходе которого выделяется намного больше кислорода, чем они потребляют.

Фотосинтез, обогащающий атмосферу кислородом, и дыхание животных, насыщающее ее углекислым газом, уравновешивают друг друга. Но с XIX века уровень содержания углекислого газа начал быстро расти. Поскольку углекислый газ поглощает солнечное тепло, все большие опасения вызывает «парниковый эффект», в результате которого средние температуры на Земле повышаются. А ведь даже незначительное их повышение может вызвать засухи, увеличить площади пустынь, что повлечет за собой уменьшение количества продовольствия на Земле.

Продолжателей оказалось много. Они повторяли опыты Пристли, ставили свои и снова убеждались в способности растений очищать воздух.

Но вскоре ученые обнаружили еще одну особенность. Оказывается, растение очищает воздух днем, в присутствии солнечного света. Ночью оно прекращает эту работу.

Заметили, что на ночь не следует приносить в комнату много цветов. Будет тяжело дышать, потому что ночью растение забирает чистый воздух, или, как теперь говорят, поглощает кислород.

Тут мы должны будем немного задержаться. Нельзя продолжать рассказ о раскрытии тайн зеленого растения, не сказав о воздухе, в котором живет растение.

Еще в младших классах школы вам рассказывали о воздухе. Вы знаете, что это смесь газов: азота, кислорода, углекислого газа и некоторых других. Мы их не видим, потому что они бесцветны. Они не имеют ни запаха, ни вкуса. Но для науки это не было препятствием. Ученые изучили состав воздуха и даже вычислили, сколько какого газа в нем содержится. Больше всего в воздухе оказалось азота.

Ученые исследовали воздух, вдыхаемый живыми существами, и воздух выдыхаемый. И что же обнаружилось? Азота выдыхают столько же, сколько вдыхают. Следовательно, азот воздуха не используется организмом.

А вот кислорода в выдыхаемом воздухе почти нет. Вместо него появляется другой газ - углекислый.

Возьмите немного известковой воды и через стеклянную трубку подышите в воду - она замутится. Отчего это?

Так действует на известковую воду углекислый газ, который вы выдохнули.

Все живые существа выдыхают углекислый газ. А растения? Как дышат они? И дышат ли вообще?

Конечно, у растений нет особых органов дыхания - легких, как у нас с вами. Но ведь и человек дышит не только легкими, а еще и кожей.

Дыхание растения похоже на наше кожное.

Воздух входит в него и выходит обратно через маленькие отверстия в листьях. Их можно увидеть под микроскопом. Они называются устьицами.

Интересной способностью обладают эти устьица: они то широко раскрываются, то делаются узенькими щелочками, а иной раз и совсем закрываются. Через них-то и проникает воздух в растения; через них же из растения испаряется влага.

Растение, так же как и человек, использует для дыхания только кислород, а выдыхает углекислый газ.

Эти маленькие отверстия в листе - устьица - видны под микроскопом.

Вы можете проверить это. Проделайте такой опыт. Достаньте несколько листьев примулы и опустите черешками в воду.

Рядом с листьями поставьте немного известковой воды в стакане. Теперь закройте все это большой банкой и поставьте в темное место. Через некоторое время загляните в стакан с известковой водой - она замутилась.

Приготовьте в другом стакане еще немного известковой воды и опять, как в прошлый раз, через трубку подышите в нее. Она тоже замутится.

И вы и листья примулы выдохнули углекислый газ, поэтому известковая вода замутилась.

Но почему надо было ставить листья в темное место? Разве на свету листья бы не дышали? Нет, не в том дело.

На свету листья тоже дышат, но одновременно они выполняют другую работу, которая как бы заслоняет, не дает увидеть процесс дыхания.

Красоту природы составляют растения, деревья, цветы, трава. Без всего этого просто невозможно было бы существовать, ведь растения выделяют кислород, который нам нужен для дыхания. Но, как бы нелепо это не звучало, растения тоже дышат. Давайте разберемся, а как дышат растения.

Как происходит дыхание растений

Дыхание растений охватывает все его части – стебли, листья, корни, плоды, цветки. Также как человек и животные растения дышат кислородом, поглощая его вместе с углекислым газом из воздуха. Во время дыхания растения тратят углеводы, которые образуются во время фотосинтеза. Фотосинтез же, это процесс, в процессе выполнения которого образуются органические вещества, присущ он только зеленым растениям. Органические вещества образуются из воды, элементов питания, подаваемые корнями, из солнечной энергии или света, а также углекислого газа, который поглощается из воздуха. Данная фотосинтетическая деятельность протекает в естественных условиях только в светлое время суток, в оставшееся же время все накопленные продукты отходят из листьев и другие части растения. Продуктами процесса фотосинтеза являются углеводы (крахмал и сахар), а также белки. Влияние на фотосинтез оказывают температура, воздух, вода и прочие факторы.

Дыхание считается противоположным фотосинтезу процессом. Его особенностью является непрерывность в течение всех суток. Интересно, а с помощью чего дышат растения? Основным дыхательным веществом является сахар, при его недостатке распаду подвергаются органические кислоты, жиры, белки. Дыхание влияет на процесс роста самым непосредственным образом. Химическая энергия, которая освобождается при дыхании, служит источником процесса образования новых органов растений. При нарушении процесса дыхания в корневой системе, это может грозить растению гибелью. Все это подтверждает единство фотосинтеза и дыхания в растительном организме.

Отвечая на вопрос, чем дышат растения, мы можем с точностью утверждать, что дыхание - это сложный биохимический процесс, в результате которого растения поглощают углекислый газ при помощи устьиц на листьях, через них же они выделяют кислород.