§24. Дыхание растений

Определения и обозначения

Дыхание растений — процесс расщепления органических веществ с участием кислорода, при котором выделяется энергия. Иначе говоря, клетка получает энергию из веществ, созданных растением или отложенных про запас. Она нужна для работы клеток и роста всего растения.

Клеточное дыхание — происходящие в клетках реакции, в ходе которых органические вещества окисляются и образуются углекислый газ и вода. Окисление здесь означает превращение вещества при участии кислорода. Благодаря этому клетка получает энергию из органических веществ.

Газообмен — поступление кислорода в растение и выделение углекислого газа при дыхании через доступные для обмена участки. Газы перемещаются между растением и окружающей средой через листья, стебли и корни. Этот обмен обеспечивает клетки кислородом и удаляет один из продуктов дыхания.

Фотосинтез — образование органических веществ на свету. Он отличается от дыхания: дыхание идёт постоянно и высвобождает энергию, а фотосинтез использует энергию света для создания органических веществ. Сравнение этих процессов помогает не путать их, даже когда оба происходят одновременно.

Как это устроено

Для дыхания клетке необходимы органические вещества и кислород. Органические вещества, например сахар, служат источником энергии: при их расщеплении клетка получает возможность выполнять свою работу. Растение создаёт эти вещества во время фотосинтеза, а при необходимости использует запасы, накопленные раньше. Поэтому дыхание возможно не только в зелёных листьях, но и в других живых частях растения.

Во время клеточного дыхания органические вещества окисляются, то есть вступают в реакции с участием кислорода. В результате образуются углекислый газ и вода, а энергия, заключённая в органических веществах, высвобождается. Клетка использует её для процессов жизнедеятельности, а не просто теряет. Если кислорода или доступных органических веществ недостаточно, нормальное получение энергии затрудняется.

Кислород и углекислый газ должны попасть к живым клеткам и выйти из растения, поэтому происходит газообмен. У листьев обмену помогают устьица — небольшие отверстия, у стеблей — чечевички, а корни обмениваются газами через свою поверхность. Через эти участки газы перемещаются между тканями растения и окружающей средой. Именно поэтому газообмен связан не с одним органом, а с разными частями растения.

Дыхание происходит во всех живых клетках и не прекращается с наступлением темноты: клеткам нужна энергия и ночью. Фотосинтез, напротив, зависит от света, потому что для образования органических веществ растению необходима световая энергия. Днём оба процесса могут идти одновременно, хотя имеют разные задачи и дают разные результаты. Нельзя считать, что при фотосинтезе дыхание останавливается.

Интенсивность дыхания связана с тем, насколько активно живёт и растёт растение. При прорастании семя начинает расти, и клеткам нужны энергия и вещества для новых процессов. Поэтому проростки обычно дышат интенсивнее, чем сухие семена, в которых жизнедеятельность заметно замедлена. Активно растущим частям растения также требуется больше энергии, чем находящимся в покое.

Сравнение дыхания и фотосинтеза растений

Сопоставляйте процессы по веществам, условиям и результату, а не только по тому, что происходит с газами. В таблице видно, почему дыхание и фотосинтез нельзя считать одним процессом. Помните также, что днём они могут идти в растении одновременно.

Разбор задач

Задача 1. Ученик поместил проростки в закрытый сосуд и сравнил состав воздуха в нём до и после опыта. Какие изменения он ожидает обнаружить и почему?

1. Проростки — живые растения, поэтому их клетки постоянно дышат.
2. Для дыхания они используют кислород из воздуха, который находится в сосуде.
3. При этом образуется углекислый газ, который попадает в воздух сосуда.
4. Так как сосуд закрыт, обмен с внешней средой ограничен, и изменения становятся заметны при сравнении состава воздуха.

Ответ. После опыта в сосуде будет меньше кислорода и больше углекислого газа. Это происходит потому, что проростки поглощают кислород и выделяют углекислый газ при дыхании.

Задача 2. В двух одинаковых сосудах находятся семена: одни проросшие, другие сухие. Предложите, в каком сосуде быстрее изменится состав воздуха, и объясните ответ.

1. Сравним состояние семян: проросшие уже активно растут, а сухие находятся в состоянии покоя.
2. Для роста проросткам нужно много энергии, поэтому их дыхание интенсивнее.
3. При более интенсивном дыхании за одинаковое время поглощается больше кислорода и образуется больше углекислого газа.
4. Значит, быстрее изменится состав воздуха в сосуде с проросшими семенами.

Ответ. Быстрее изменения произойдут в сосуде с проросшими семенами. Их клетки активнее дышат, чем клетки сухих семян, поэтому быстрее расходуют кислород и выделяют углекислый газ.

Задача 3. Растение стоит ночью в закрытом помещении. Объясните, какие газы оно обменивает с окружающей средой и почему нельзя считать, что ночью оно только поглощает кислород, а днём только выделяет его.

1. Ночью света нет, поэтому фотосинтез не идёт.
2. Дыхание при этом продолжается: клетки используют кислород и выделяют углекислый газ.
3. Днём дыхание также не останавливается, но на свету к нему добавляется фотосинтез.
4. При фотосинтезе поглощается углекислый газ и образуется кислород, поэтому дневной обмен зависит от одновременного действия двух процессов.

Ответ. Ночью растение поглощает кислород и выделяет углекислый газ. Днём оно тоже дышит, но одновременно может идти фотосинтез, поэтому неверно говорить, будто растение ночью только поглощает кислород, а днём только выделяет его.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что растения дышат только ночью. Её допускают, потому что ночью фотосинтез не идёт и проще заметить дыхание. Но дыхание не зависит от смены дня и ночи. Проверь себя: если клетке нужна энергия постоянно, может ли она прекратить получать её на свету?

Ошибка: путать дыхание с фотосинтезом. Оба процесса связаны с газами, поэтому их иногда смешивают. При дыхании органические вещества расщепляются и энергия высвобождается, а при фотосинтезе органические вещества образуются. Чтобы проверить ответ, выясни, создаётся вещество или расходуется.

Ошибка: утверждать, что днём растение не поглощает кислород. Так думают, замечая выделение кислорода при фотосинтезе. Однако дыхание продолжается и на свету, значит, клетки используют кислород; одновременно фотосинтез может образовывать его. Разделяй процессы, прежде чем делать вывод о газообмене.

Ошибка: полагать, что дышат только листья. Листья заметны, а другие органы часто остаются без внимания. Но дыхание идёт во всех живых клетках, в том числе в стеблях и корнях. Проверь себя вопросом: есть ли у этих органов живые клетки, которым нужна энергия?

Связь с другими темами

Чтобы понять дыхание, нужно знать, что растение состоит из клеток и что при фотосинтезе на свету образуются органические вещества. Эти знания объясняют, откуда клетки получают вещества для дыхания и почему дыхание отличается от фотосинтеза. Тема пригодится при изучении прорастания семян, роста растений и клеточного обмена веществ. Она также помогает понять, почему при хранении урожая учитывают условия, влияющие на дыхание и сохранность запасов.

Что запомнить

• Дыхание происходит во всех живых клетках растения.
• Растения дышат и днём, и ночью.
• Для дыхания используются кислород и органические вещества.
• При дыхании образуются углекислый газ и вода.
• При дыхании высвобождается энергия, необходимая клетке.
• Дыхание и фотосинтез — разные процессы; на свету они могут идти одновременно.