Дыхание растений

Определения и обозначения

Дыхание растений — процесс, при котором клетки расщепляют органические вещества и получают энергию. Оно происходит постоянно, пока клетки живы, а не только при свете или во время роста. Благодаря дыханию растение может использовать запасённую в органических веществах энергию для работы клеток.

Клеточное дыхание — окисление органических веществ в клетках с участием кислорода, при котором образуются углекислый газ и вода. Слово «окисление» здесь означает превращение веществ с участием кислорода, а не просто их соприкосновение с воздухом. Это определение помогает понять, какие вещества расходуются и какие появляются при дыхании.

Газообмен — поступление кислорода в растение и выделение углекислого газа. Через устьица листьев, чечевички стеблей и поверхность корней газы проходят внутрь и наружу. Газообмен нужен, чтобы кислород достигал клеток, где идёт дыхание.

Дыхание и фотосинтез — разные процессы, хотя в обоих участвуют газы. При дыхании органические вещества расходуются, а энергия высвобождается; при фотосинтезе на свету из воды и углекислого газа образуются органические вещества. Сравнение помогает не путать получение энергии с созданием пищи для растения.

Как это устроено

Главный материал для дыхания — органические вещества, прежде всего сахара. Растение получает их главным образом при фотосинтезе: на свету клетки с хлоропластами создают сахара из воды и углекислого газа. Получается связь двух процессов: фотосинтез создаёт запас вещества, а дыхание позволяет клеткам использовать его энергию. Часть органических веществ может сохраняться про запас и расходоваться позднее.

Во время дыхания органические вещества соединяются с кислородом и постепенно расщепляются. В результате появляются углекислый газ и вода, а энергия высвобождается. Она не превращается в новое органическое вещество, а становится доступной клеткам для выполнения работы. Поэтому дыхание можно представить так: органические вещества + кислород → углекислый газ + вода + энергия.

Клеткам постоянно требуется энергия: например, чтобы делиться, расти и поглощать вещества из окружающей среды. При дыхании энергия высвобождается из органических веществ и может использоваться для этих процессов. Если дыхание прекращается, клетки не получают необходимой энергии и их жизнедеятельность нарушается. Именно поэтому дыхание важно не только во время активного роста, но и в покое.

Кислород из окружающей среды попадает внутрь растения через разные участки поверхности. В листьях его обмену помогают устьица, в стеблях — чечевички, а в корнях газообмен идёт через поверхность, соприкасающуюся с почвой. Между клетками находятся заполненные воздухом пространства — межклетники, по которым газы перемещаются к клеткам. Такой путь нужен, потому что дышат не только наружные ткани, но и клетки внутри органов.

Дыхание происходит во всех живых клетках растения и не зависит от того, светло ли вокруг. Поэтому растение дышит и днём, и ночью. Фотосинтез, напротив, возможен только на свету и только в клетках с хлоропластами, где есть условия для образования органических веществ. Днём оба процесса могут идти одновременно, но это не делает их одним и тем же процессом.

Сравнение дыхания и фотосинтеза

Сначала сравни, где и когда идут процессы: это помогает отличить дыхание от фотосинтеза. Затем проверь исходные и образующиеся вещества — у процессов они различаются. Наконец, обрати внимание на энергию: дыхание высвобождает её, а фотосинтез запасает в органических веществах.

Разбор задач

Растение днём на свету

Условие. Ученик наблюдал растение днём на свету и решил, что оно только поглощает углекислый газ. Нужно объяснить, какие процессы идут в растении и какие газы участвуют в каждом из них. Чтобы ответить, важно учитывать не только заметный обмен газами, но и то, что в клетках одновременно идёт дыхание.

1. Определи условия: растение освещено, поэтому в клетках с хлоропластами возможен фотосинтез. Для него поглощается углекислый газ, а выделяется кислород.
2. Вспомни, что дыхание не прекращается на свету. При нём растение поглощает кислород, а выделяет углекислый газ.
3. Сопоставь процессы: днём они идут одновременно, но используют и выделяют разные газы. Наблюдение за одним процессом не означает, что второй остановился.

Ответ. На свету растение фотосинтезирует и одновременно дышит. При фотосинтезе оно поглощает углекислый газ и выделяет кислород, а при дыхании поглощает кислород и выделяет углекислый газ.

Живые семена в закрытом сосуде

Условие. Семена поместили в герметично закрытый сосуд, и требуется объяснить, почему со временем изменится состав воздуха. Герметичность означает, что воздух из комнаты не поступает внутрь и не заменяет тот, который находится в сосуде. Рассмотрим, что делают живые семена.

1. Установи, что семена живые, а значит, их клетки дышат. Для дыхания они используют органические вещества, запасённые в семени.
2. При дыхании семена поглощают кислород из воздуха сосуда. Одновременно клетки образуют углекислый газ и выделяют его.
3. Свяжи газообмен с закрытым сосудом: кислорода в нём становится меньше, а углекислого газа — больше. Это и приводит к изменению состава воздуха со временем.

Ответ. Состав воздуха изменится, потому что живые семена дышат: поглощают кислород и выделяют углекислый газ. В герметичном сосуде эти газы постепенно накапливаются и расходуются без постоянного обмена с внешним воздухом.

Проростки в тепле и холоде

Условие. В два сосуда поместили одинаковые проростки, один сосуд поставили в тепло, другой — в холод. Нужно предположить, где дыхание интенсивнее, и обосновать ответ. Здесь сравнивают именно дыхание, а не скорость фотосинтеза, поэтому следует вспомнить влияние температуры на жизненные процессы.

1. Уточни, что проростки одинаковые, а различается условие — температура. Значит, объяснение должно быть связано с тем, как тепло и холод влияют на работу живых клеток.
2. При подходящей для растения более высокой температуре жизненные процессы обычно идут быстрее. Поэтому реакции клеточного дыхания в тёплом сосуде происходят интенсивнее.
3. Сделай вывод о сравнении: в холоде дыхание обычно замедляется, а в тепле усиливается. Это рассуждение относится к дыханию и само по себе ничего не доказывает о фотосинтезе.

Ответ. Обычно дыхание будет интенсивнее у проростков в тепле, потому что повышение температуры в подходящих пределах ускоряет жизненные процессы. В холодном сосуде дыхание замедлится; сравнивать его с фотосинтезом в этой задаче не нужно.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что растения дышат только ночью. Так думают, потому что ночью фотосинтез прекращается и легче заметить дыхание как отдельный процесс. Но дыхание идёт и при свете, и в темноте. Проверь себя: если клетка жива, ей требуется энергия, значит, дыхание не ограничено ночью.

Ошибка: путать дыхание с фотосинтезом. В обоих процессах участвуют газы, поэтому их легко смешать. При дыхании кислород и органические вещества расходуются, а при фотосинтезе на свету создаются органические вещества. Чтобы проверить ответ, сравни отдельно исходные вещества и продукты каждого процесса.

Ошибка: утверждать, что растение дышит только листьями. Листья хорошо заметны и в них много устьиц, поэтому кажется, что газообмен возможен только там. На самом деле газы проходят также через чечевички стеблей и поверхность корней. Проверь себя: дыхание идёт во всех живых клетках, а не только в клетках листа.

Ошибка: считать, что дыхание обеспечивает растение веществами для роста. Такое мнение возникает, потому что дыхание связано с ростом и жизнедеятельностью. Но дыхание высвобождает энергию из органических веществ, а новые органические вещества растение главным образом создаёт при фотосинтезе. Проверка простая: спроси себя, образуются ли при дыхании сахара или расходуются.

Связь с другими темами

Для понимания дыхания пригодятся знания о клетках: дышат их живые части, а не растение как единое целое без участия клеток. Также нужно помнить, что растения поглощают вещества из окружающей среды и обмениваются с ней газами. Связь с фотосинтезом показывает, откуда берутся органические вещества для дыхания и как клетка использует их энергию. Эти знания помогут объяснить, почему при прорастании семян важны условия среды и почему хранение семян должно замедлять расход запасов.

Что запомнить

• Дыхание происходит во всех живых клетках растения.
• Растение дышит и днём, и ночью.
• Для дыхания нужны органические вещества и кислород.
• При дыхании образуются углекислый газ и вода.
• При дыхании высвобождается энергия, необходимая клеткам.
• Дыхание и фотосинтез — разные процессы.