§ 28. Дыхание и обмен веществ у растений

Определения и обозначения

Дыхание растений — процесс, при котором органические вещества окисляются с участием кислорода, высвобождая энергию. Исходные вещества — органическое вещество, например сахар, и кислород; продукты — углекислый газ и вода. Энергия нужна клеткам для работы, роста и восстановления.

Газообмен — поступление кислорода и выделение углекислого газа при дыхании. У листьев обмен газами происходит главным образом через устьица — небольшие отверстия на поверхности, а у стеблей — через чечевички; кислород также поступает через корни. Газообмен позволяет клеткам получать кислород и удалять образовавшийся углекислый газ.

Обмен веществ — совокупность процессов образования и распада веществ в организме. Растение создаёт органические вещества, а затем использует часть из них, в том числе при дыхании. Эти процессы обеспечивают материал для роста и поддерживают жизнедеятельность.

Окисление органических веществ — их распад с участием кислорода, при котором выделяется энергия. Это не то же самое, что горение: в клетках процесс идёт постепенно и под контролем организма. Окисление помогает объяснить, откуда клетки получают энергию для своей работы.

Как это устроено

Дыхание происходит во всех живых клетках растения, поскольку каждая клетка выполняет работу и нуждается в энергии. Для процесса используются органические вещества, накопленные растением, и кислород. В результате образуются углекислый газ и вода, а энергия высвобождается и становится доступной клеткам. Поэтому дышат не только листья, но и стебли, корни, цветки и другие живые части.

Кислород из окружающей среды должен попасть к клеткам, а углекислый газ, возникший при дыхании, — выйти наружу. У листьев обмен газами идёт главным образом через устьица, у стеблей — через чечевички, а корни получают кислород из воздуха между частицами почвы. Так устроено поступление газа к разным частям растения, даже если они находятся под землёй. Если к корням долго не поступает воздух, клеткам становится труднее получать энергию.

Дыхание идёт непрерывно, потому что потребность клеток в энергии не исчезает ночью. На свету дыхание тоже продолжается: наличие света само по себе не отменяет работу клеток. Просто одновременно может происходить фотосинтез, и тогда растение и создаёт органические вещества, и расходует их в дыхании. Эти процессы нельзя смешивать, даже если они идут в одно и то же время.

При фотосинтезе растение использует световую энергию, воду и углекислый газ, чтобы образовать органические вещества; энергия при этом запасается в них. При дыхании органические вещества распадаются с участием кислорода, и энергия высвобождается для клеточных процессов. Результаты процессов противоположны: один создаёт органические вещества, другой расходует их. Но они связаны, потому что органические вещества, образованные при фотосинтезе, могут служить материалом для дыхания.

Обмен веществ включает и образование веществ, и их расходование. Часть созданных органических веществ идёт на построение новых клеток и рост, а часть используется при дыхании. Благодаря этому растение получает и строительный материал, и энергию для жизненных процессов. Если нарушается поступление нужных веществ или их превращение, нормальная работа организма затрудняется.

Сравнение фотосинтеза и дыхания растений

Сначала сравните исходные вещества и продукты: это помогает не путать процессы. Затем обратите внимание на роль энергии: при фотосинтезе она запасается, а при дыхании становится доступной клеткам. Таблица также показывает, почему дыхание может идти ночью, а фотосинтез — нет.

Разбор задач

Растение оставили на ночь

В комнате растение оставили на ночь. Нужно определить, продолжается ли в его клетках дыхание и какой газ поглощается. Не следует считать отсутствие света признаком остановки всех процессов. Сначала отделим дыхание от фотосинтеза, а затем установим, какие вещества нужны дыханию.

1. Дыхание необходимо клеткам для получения энергии, поэтому оно не зависит от того, светло сейчас или темно.
2. Ночью фотосинтез обычно не происходит, но это не отменяет дыхания в живых клетках растения.
3. При дыхании расходуются органические вещества и кислород, а образуются углекислый газ и вода.

Ответ: ночью растение продолжает дышать и поглощает кислород. Одновременно при дыхании выделяется углекислый газ. Отсутствие фотосинтеза не означает, что дыхание прекратилось.

Корням перекрыли доступ воздуха

У растения перекрыли доступ воздуха к корням. Нужно объяснить, почему это может нарушить их жизнедеятельность. Корни — живой орган, и их клетки тоже выполняют работу. Поэтому важно проследить, что произойдёт с дыханием при недостатке кислорода.

1. Кислород поступает к корням из воздуха, находящегося между частицами почвы.
2. Клетки корней используют этот кислород при дыхании, когда органические вещества распадаются и высвобождается энергия.
3. Если доступ воздуха перекрыт, кислорода становится недостаточно, и клетки получают меньше энергии для своей работы.

Ответ: недостаток кислорода может нарушить дыхание клеток корней. Из-за нехватки энергии ухудшается их жизнедеятельность, а это может сказаться и на состоянии всего растения. Значит, корням важно получать воздух из почвы.

Днём одновременно идут два процесса

В светлое время суток растение одновременно фотосинтезирует и дышит. Нужно назвать вещества, которые расходуются и образуются в каждом процессе, и объяснить, почему нельзя считать, что дыхания на свету нет. Для решения сравним исходные вещества и результаты, не смешивая два процесса в один. Свет необходим фотосинтезу, но дыхание связано с потребностью клеток в энергии.

1. При фотосинтезе расходуются вода и углекислый газ, а на свету образуются органические вещества и кислород.
2. При дыхании расходуются органические вещества и кислород, а образуются углекислый газ и вода; энергия высвобождается.
3. Оба процесса могут идти одновременно, потому что фотосинтез создаёт вещества, а дыхание обеспечивает клетки энергией.

Ответ: на свету дыхание не прекращается, а происходит наряду с фотосинтезом. При фотосинтезе растение образует органические вещества, при дыхании часть таких веществ расходуется. Поэтому выделение кислорода при фотосинтезе не доказывает, что клетки перестали дышать.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что растения дышат только ночью. Так думают, потому что путают дыхание с обменом газами, который заметен на фоне дневного фотосинтеза. Проверьте себя вопросом: нужны ли клеткам энергия и дыхание в течение дня? Если да, дыхание не может ограничиваться ночью.

Ошибка: смешивать дыхание с фотосинтезом. Обычно их путают из-за газов: в одном процессе участвует кислород, а в другом он образуется. Сравните, что происходит с органическими веществами: при фотосинтезе они создаются, а при дыхании расходуются.

Ошибка: полагать, что дышат только листья. Листья заметнее всего участвуют в газообмене, но дыхание идёт во всех живых клетках, включая клетки корней и стеблей. Чтобы проверить ответ, вспомните, что корни тоже живые и им нужна энергия для работы.

Ошибка: считать, что кислород нужен растению только для фотосинтеза. Это неверно: кислород используется и при дыхании, а корни не фотосинтезируют, но дышат. Проверьте себя, назвав роль кислорода в каждом процессе: он участвует в дыхании и образуется при фотосинтезе.

Связь с другими темами

Чтобы понять дыхание, нужно знать, что клетки состоят из веществ, а органы растения связаны между собой и получают необходимое для работы. Эта тема продолжает изучение фотосинтеза: сравните роль света, исходные вещества и продукты двух процессов. Знание о дыхании пригодится при изучении клеточного строения, питания растений и условий их роста. Оно помогает объяснить, почему для нормальной жизнедеятельности растению нужны и органические вещества, и доступ воздуха.

Что запомнить

• Растения дышат постоянно — днём и ночью.
• Дыхание происходит во всех живых клетках растения.
• Для дыхания используются кислород и органические вещества.
• При дыхании образуются углекислый газ и вода, высвобождается энергия.
• Газообмен у листьев происходит главным образом через устьица.
• Фотосинтез образует органические вещества, а дыхание расходует их.