Може ли растението да диша?

Ц. Разкрийте нуждата на растението от въздух, дишане. Разберете как протича процесът на дишане при растенията.

ОТНОСНО. Стайно растение, коктейлни тръби, вазелин, лупа.

Ход. Възрастен пита дали растенията дишат, как да докажат, че дишат. Въз основа на знанията за процеса на дишане при хората децата определят, че когато дишате, въздухът трябва да тече в растението и да го напуска. Вдишайте и издишайте през тръбата. След това отворът на тръбата се покрива с вазелин. Децата се опитват да дишат през сондата и заключават, че вазелинът не позволява на въздуха да преминава през него. Предполага се, че растенията имат много малки дупки в листата, през които дишат. За да проверите това, намажете едната или двете страни на листа с вазелин, наблюдавайте листата ежедневно в продължение на една седмица. Седмица по-късно те заключават: листата „дишат“ с долната си страна, защото онези листа, които бяха намазани с вазелин от долната страна, умряха.

Растенията имат ли дихателни органи?

Ц.Определете, че всички части на растението участват в дишането.

ОТНОСНО.Прозрачен съд с вода, лист на дълго стъбло или стъбло, коктейлна тръба, лупа.

Ход.Възрастният иска да разбере дали въздухът преминава през листата в растението. Правят се предложения как да се открие въздух: децата разглеждат стъблото, изрязано през лупа (има дупки), потапят стъблото във вода (наблюдават отделянето на мехурчета от стъблото). Възрастен с деца провежда експеримента "През листата" в следната последователност: а) налейте вода в бутилка, оставяйки я 2-3 см празна; б) поставете листа в бутилката, така че върхът на стъблото да бъде потопен във вода; плътно покрийте отвора на бутилката с пластилин, като корк; в) тук правят дупка за сламата и я вкарват така, че върхът да не стига до водата, фиксират сламата с пластилин; г) заставайки пред огледалото, изсмуквайте въздух от бутилката. Въздушните мехурчета започват да излизат от края на стъблото, потопен във вода. Децата заключават, че въздухът преминава през листа в стъблото, тъй като изпускането на въздушни мехурчета във водата е видимо.

Корените имат ли нужда от въздух?

Ц.Идентифицирайте причината за необходимостта на растението от разрохкване; докажете, че растението диша във всички части.

ОТНОСНО.Контейнер с вода, почвата е уплътнена и рохкава, два прозрачни контейнера с кълнове от боб, пулверизатор, растително масло, две еднакви растения в саксии.

Ход.Децата откриват защо едно растение расте по-добре от друго. Помислете, определете, че почвата в едната саксия е плътна, в другата - рохкава. Защо гъстата почва е по-лоша? Те го доказват чрез потапяне на същите бучки във вода (водата преминава по-лошо, има малко въздух, тъй като по-малко въздушни мехурчета се отделят от плътната земя). Изяснете дали корените се нуждаят от въздух: за това три еднакви кълнове от боб се поставят в прозрачни съдове с вода. В единия контейнер, използвайки спрей бутилка, въздухът се изпомпва до корените, вторият се оставя непроменен, в третия върху повърхността на водата се излива тънък слой растително масло, което предотвратява преминаването на въздух към корените. Те наблюдават промяната в разсад (той расте добре в първия контейнер, по-лошо във втория, в третия - растението умира), правят заключения за необходимостта от въздух за корените, скицират резултата. Растенията се нуждаят от рохкава почва, за да могат корените да имат достъп до въздух.

Какво издава растението?

Ц.Установете, че растението произвежда кислород. Разберете необходимостта от дишане за растенията.

ОТНОСНО.Голям стъклен съд със запечатан капак, стрък растение във вода или малка саксия с растение, петънце, кибрит.

Ход.Възрастен кани децата да разберат защо е толкова приятно да се диша в гората. Децата предполагат, че растенията отделят кислород за дишането на човека. Предположението се доказва от опит: саксия с растение (или стъбло) се поставя във висок прозрачен съд със запечатан капак. Те се поставят на топло, светло място (ако растението осигурява кислород, трябва да има повече от него в буркана). След 1-2 дни възрастен ще зададе на децата въпроса как да разберат дали кислородът се е натрупал в буркана (кислородът гори). Наблюдавайте ярката светкавица на пламъка на треската, въведена в контейнера, веднага след отстраняване на капака. Направете заключение, като използвате модела на зависимост на животните и хората от растенията (животните и хората се нуждаят от растения за дишане).

Преди да говоря за дишането на растенията през зимата, ще се опитам накратко да разкажа за самата същност на процеса на тяхното дишане. Дишането е процес, общ за всички живи организми, включително растенията. Той е присъщ на всеки орган, всяка тъкан, всяка клетка, която диша през целия живот. Дишането е окислително разграждане на органични вещества, предимно въглехидрати, което води до освобождаване на енергия и образуване на въглероден диоксид (CO2) и вода (H2O). Веществото, което се разлага по време на дишането, се нарича дихателен субстрат. По същество дишането не се различава от изгарянето. Основната разлика между дишането е, че то е многоетапен ензимен процес. Постепенното окисление осигурява образуването на голям брой междинни продукти, които се използват като полуфабрикати за различни биосинтези, както и отделянето на отделни порции енергия и възможността за съхранението им в специално химично съединение (АТФ). Това е основното физиологично значение на дихателния процес.
Основният път на окисляване на въглехидратите в дадено растение се състои от два етапа - аеробен и анаеробен. В съответствие със съвременните концепции процесът на дишане включва два етапа. По време на първия етап, който не се нуждае от кислород, дихателният субстрат, например глюкозата, се разлага до пировиноградна киселина, която във втория етап може да се окисли в присъствието на кислород (O2) до CO2 и вода - аеробния етап. Ако процесът на превръщане на пировиноградната киселина по време на втория етап се извършва без присъствието на кислород при анаеробни условия, ферментацията протича с образуването на CO2 - анаеробният етап. Анаеробният и аеробният етап на трансформация на дихателния субстрат са две страни на един дихателен процес. При липса на кислород основният източник на енергия в клетката е ферментацията, а при аеробни условия окислителното разграждане на дихателните субстрати. Енергийната ефективност на анаеробното дишане е значително по-ниска от аеробното дишане.
Процесът на дишане при различните растения и техните органи не е еднакъв и се сравнява по интензивност, т.е. по количеството СО2, отделено за единица маса за единица време. Интензивността на дишането зависи главно от нуждите на тялото от продукти на дишането и на първо място от АТФ. По правило по-младите растящи органи и тъкани дишат по-интензивно. По този начин максималната честота на дишане на листата и корените в тяхната млада възраст намалява с намаляването на скоростта на растеж. С остаряването на листата често се наблюдава временно увеличаване на интензивността на дишането, но енергийната му ефективност намалява. Субстратът за дишане на растенията може да служи не само на глюкоза, но и на мазнини, протеини, предварително подложени на хидролиза, както и на органични киселини.
В допълнение към зависимостта на дишането на растенията от вътрешни фактори, това зависи и от външни фактори, които включват водното съдържание в растението, температурата на околния въздух и почвата, степента на аерация, наличието на болести или увреждане на насекомите в растението, както и други механични повреди. Липсата на влага засяга всички жизненоважни процеси. С увеличаване на водния дефицит, растежът се потиска преди всичко, след това фотосинтезата и последно дишането. Освен това, ако интензивността на дишането намалее с около 2 пъти, тогава интензивността на фотосинтезата е 5 пъти. С бързо нарастване на дефицита на вода често се наблюдава проблясък на дишането, но енергийната му ефективност намалява. Всичко това се отразява неблагоприятно на живота и производителността на растенията.

Долната граница на температурата за дишане е доста под 0 ° C. Според академик Н.А. Максимов, зимуващи бъбреци и игли иглолистни дървета може да диша при -20 ...- 25 ° С. Ще опиша подробно по-долу такова дишане при такива отрицателни температури. Интензивността на дишането се увеличава бързо, когато температурата се повиши до 35–40 ° C. По-нататъшното повишаване на температурата води до намаляване на дишането. В температурния диапазон от 0 до 40 ° C, когато температурата се повиши с 10 ° C, интензивността на дишането приблизително се удвоява.
Аерацията е от съществено значение за дихателния процес, т.е. съдържанието на кислород в околните растения атмосфера. Нормалното съдържание на кислород във въздуха (до 21%) е достатъчно за нормалното дишане на растенията. Респираторната депресия започва, когато съдържанието на кислород е по-малко от 5%, като в този случай може да започне анаеробно дишане. Също така ще обсъдя подробно последиците от такова дишане на растенията по-долу. Честотата на дишането обикновено се увеличава в резултат на инфекция на растенията с патогени. Това може да се комбинира с нарушение на процеса на окисляване и увеличаване на дела на анаеробното дишане, което значително намалява съхранението на окислителна енергия в АТФ и увеличава разсейването на енергия под формата на топлина. Това важи особено за растения, които не са устойчиви на патогена.
Заедно с болестите вредителите нанасят значителни щети на растенията, което се дължи, наред с други неща, на значително стимулиране на дишането и се обяснява с увеличаване на енергийните разходи за зареждане на флоемни окончания с продукти за фотосинтеза и за възстановителни процеси. Интензивността на дишането рязко се увеличава с механично увреждане на растението, което е защитна реакция на тялото.
Дишането играе важна роля при решаването на проблема с производителността на растенията. Оценката на количественото съотношение на дишането и фотосинтезата представлява особен интерес. По време на фотосинтезата органичните вещества се натрупват, докато дишането се мобилизира, за да осигури всички жизненоважни процеси. Дишането доставя енергия за биосинтез, абсорбция и транспорт на вещества, механична (движение на органи, вътрешно движение на органели), електрическа (генериране на биотокове) и други видове работа в клетката. Дишането осигурява различни биосинтези с редуциращи агенти и междинни продукти като полуфабрикати. Процесът на окисляване детоксикира токсичните метаболитни продукти. По този начин дишането е тясно свързано с всички метаболитни процеси в организма и е процес, без който животът е невъзможен. Следователно въпросът за връзката между фотосинтезата и дишането в процеса на създаване на реколта далеч надхвърля простото сравнение на функциите на синтез и разлагане на органичните съединения на растението.
Във въглеродния баланс на цялото растение консумацията на фотосинтетични продукти за дишане при благоприятни условия на растеж и развитие е 30–40%, т.е. само около половината от въглерода, усвоен по време на фотосинтезата, се изразходва за натрупване на биомаса. Останалата част от въглерода се окислява по време на дишането. Получените енергийни еквиваленти (АТФ) и междинните продукти се използват в процесите, свързани с образуването на растителна биомаса и поддържането на нейната структурна и функционална цялост.
По този начин, след внимателно четене на посочената същност на процеса на дишане на растенията, може да се разбере, че дишането, подобно на фотосинтезата, играе основна роля в живота на всички растения. Следователно, за да се осигури нормален живот на всяко растение по всяко време от живота му, включително зимни периоди, трябва да му осигурите нормални условия за дихателния процес. Тоест винаги да има необходимите запаси от продукти за фотосинтеза, необходимата вода, температура, въздушни условия и отсъствието на болести и механични повреди и вредители за осъществяване на процеса на дишане, което е трудно да се приложи в реалния живот.
След това искам да премина директно към въпроса, който е основната тема на тази статия. Как дишат растенията през зимата? Както знаете, основното снабдяване с кислород във въздуха за дишане се случва в растенията през цялото време вегетационен период - в листа през отворени устици, в издънки, клонки и стволове през отворена леща. В допълнение, малка част от кислорода във въздуха навлиза в растението през кутикулата - защитната повърхностна мембрана на всички растителни органи - и, вероятно, като част от водния поток от кореновата им система, който също се използва за дишане. И какво се случва с посочените пътища за подаване на кислород във въздуха след края на вегетационния период на растенията?
През есента, в края на септември или началото на октомври, всички плодове, ягодоплодни, орехови и други дървесни растения спират да растат, листата падат и те преминават в състояние на покой. След като листата отпаднат, мястото на отделяне бързо се обраства с непроницаем корков слой. Лещата от леторасти, клонки и стволове също е покрита със здрава коркова кърпа. В резултат на това обменът на газ през кората се оказва много ограничен, дишането и транспирацията на вода в надземните части на растението са силно отслабени и се извършват само през кутикулата. Но след падането на листата биохимичните процеси не избледняват, някои от тях дори се активират и всичко това изисква постоянно присъствие на и без това отслабено дишане. При тревистите растения - естествено растящи и засети треви, зимни култури, ягоди и други - зимуват със зелени листа, през есента, когато температурата на въздуха спадне и продължителността на деня намалява, процесите на растеж също спират, но те нямат състояние на покой. При такива условия обменът на газ чрез техните обвивки и дишането също е силно отслабен, но за да се поддържат необходимите биохимични процеси, отслабеният режим на дишане се запазва. Посоченият отслабен режим на аеробно дишане при условия на нормално зимуване на растенията не изисква големи разходи за съхраняваните продукти на фотосинтезата.
Извършените наблюдения потвърдиха казаното и показаха, че при спящите растения интензивността на дишането наистина намалява значително. В същото време такава слаба честота на дишане се наблюдава през целия есенно-зимен период, особено след завършване на първия и втория етап на втвърдяване. Промяната в скоростта на дишане зависи от температурата на околния въздух, температурата вътре в снежната покривка и на почвената повърхност под снежната покривка, ако има снежна покривка и в нея има растения или части от тях. Повишаването на температурата има голям ефект върху увеличаването на интензивността на дишането. заобикаляща среда, особено до положителни стойности. Намаляването на околната температура води до намаляване на интензивността на дишането. Дори снежната покривка с голяма височина и плътност не предотвратява нарушаването на интензивността на аеробното дишане. Частично или пълно нарушаване на аеробното дишане и преминаването към анаеробно дишане може да се случи главно само когато над растението се образува земна ледена кора - слой лед, който е плътно замръзнал с почвата, или ако той или части от него останат дълго време под гъста снежна покривка при температури близки до 0 ° С, без светлина в размразена или леко замръзнала почва. Подобно явление може да се случи не само през зимата, но и през пролетта, лятото и есента при продължително заливане на растения с вода, това е така нареченото накисване.
Както бе споменато по-горе, дори в изследванията на Н.А. Максимов установява, че дишането на пъпките при дървесните растения, а това са частите от тези растения, които дишат най-силно през зимата, се наблюдава при -20 ... -25 ° C и с понижаване на температурата на въздуха се наблюдава значително намаляване на интензивността на дишането. Как може това да се случи в действителност, например плодови дървета, може да се види на фиг. 1, където показвам резултатите от експеримент, проведен в САЩ за измерване на сезонната зависимост на честотата на дишане на пъпките на крушово дърво (PD Kramer, TT Kozlovsky "Физиология на дървесните растения", Москва, "Горска индустрия", 1983 g). При разглеждането на тази цифра може да се види, че честотата на дишане на пъпките на крушовото дърво след навлизането му в органичен покой и в принудителен покой намалява 5 пъти. Но експериментът е проведен в климатичните условия на Калифорния, където не се наблюдават ниски отрицателни температури на въздуха през зимните периоди, поради което намаляване на интензивността на дишането през периода, когато крушата е в покой през тези периоди, не е много голямо. В нашите климатични условия честотата на дишане на овощните дървета през периода на зимен покой трябва да намалее, разбира се, с по-голям брой пъти.
Зимуване тревисти растения - зимните култури, засетите треви, ягоди и други, както вече споменахме, нямат период на почивка. Те имат само способността да намаляват по-рязко интензивността на растежа и дишането при ниски положителни температури на въздуха. След като се втвърдят през зимните месеци, те са в състояние да издържат на много ниски температури и да намалят честотата на дишане почти до нула. Така в експериментите на П.А. Хенкел и Л.С. Литвинов, през зимните месеци при отрицателни температури на въздуха ягодите показват рязко намаляване на интензивността на дишането и присъствието на листа и издънки в анабиотично състояние.
Наблюденията на дишането на растенията по време на зимуване в години с равномерен ход на отрицателни температури на въздуха показват, че консумацията им на съхраняваните продукти от фотосинтеза за дишане не е много значителна. Но зимите ни могат да бъдат мразовити и топли, с много сняг и малко сняг. През снежна зима всички тревисти растения и по-голямата част от храстите, както и долната част на дърветата, са изцяло в снега, където температурното течение е равномерно и равномерно и много по-високо, отколкото във въздуха и особено върху снежната повърхност. И така, според наблюденията на Г.В. Василченко, температурите на почвената повърхност под сняг в една от сибирските зими при температура на снежната повърхност от -40,5 ° С бяха -11,4 ° С при височина на снега 15-22 см, -1,8 при височина на снега 60-85 см ° С и с височина на сняг 97–170 см 0… -0,3 ° С. Тоест, дори при такава необичайно ниска температура на въздуха за растенията на снежната повърхност, растенията или техните части, напълно покрити със сняг, трябва да изпитват доста интензивно дишане, започвайки от почвената повърхност до определена височина в дебелината на снежната покривка. Например, в този случай такова дишане на листа и издънки на ягоди трябва да се наблюдава с височина на снежната покривка 50-60 см, дишането на пъпките на издънките на храсти и дървета (ябълкови и крушови стани) на тази височина ще се наблюдава до височина 30-40 см от повърхността на почвата, а при височината на снежната покривка е около 20 см - при пъпките на тези издънки, разположени близо до повърхността на почвата. По този начин най-голямата интензивност на дишането при растенията през зимата се наблюдава през топлите и снежни зими, а консумацията на продукти от фотосинтеза за дишане е най-голяма през такива зими.

Следва продължение

Имаше много наследници. Те повториха експериментите на Пристли, създадоха свои и отново се убедиха в способността на растенията да пречистват въздуха.

Но учените скоро откриха още една особеност. Оказва се, че растението пречиства въздуха през деня, в присъствието на слънчева светлина. През нощта спира тази работа.

Забелязахте, че не бива да носите много цветя в стаята през нощта. Ще бъде трудно да се диша, защото през нощта растението поема чист въздух или, както се казва сега, абсорбира кислород.

Тук ще трябва да се задържим малко. Не можете да продължите историята за разкриването на тайните на зеленото растение, без да говорите за въздуха, в който растението живее.

Дори в началното училище ви казваха за въздуха. Знаете, че това е смес от газове: азот, кислород, въглероден диоксид и някои други. Не ги виждаме, защото са безцветни. Те са без мирис и вкус. Но това не беше пречка за науката. Учените са изследвали състава на въздуха и дори са изчислили колко от кой газ съдържа. По-голямата част от азота беше във въздуха.

Учените са изследвали въздуха, вдишван от живите същества, и въздуха, издишан. И какво беше открито? Азотът се издишва толкова, колкото и вдишва. Следователно азотът във въздуха не се използва от тялото.

Но в издишания въздух почти няма кислород. Вместо това се появява друг газ - въглероден диоксид.

Вземете малко варова вода и дишайте във водата през стъклена тръба - тя ще стане мътна. Защо е това?

Ето как въглеродният диоксид, който издишвате, влияе върху варовитата вода.

Всички живи същества издишват въглероден диоксид. А растенията? Как дишат? И дишат ли изобщо?

Разбира се, растенията нямат специални дихателни органи - бели дробове, както имаме ние. Но човек също диша не само с белите дробове, но и с кожата си.

Дъхът на растението е подобен на нашата кожа.

Въздухът влиза и излиза през малки дупки в листата. Те могат да се видят под микроскоп. Те се наричат \u200b\u200bустици.

Тези устици имат интересна способност: отварят се широко, след това се превръщат в тесни процепи и понякога напълно се затварят. Чрез тях въздухът прониква в растенията; чрез тях влагата се изпарява от растението.

Растението, подобно на човек, използва само кислород за дишане и издишва въглероден диоксид.

Тези малки дупки в листата - устицата - се виждат под микроскоп.

Можете да го проверите. Направете този експеримент. Извадете няколко листа от иглика и ги потопете в дръжките.

Поставете малко варова вода в чаша до листата. Сега покрийте всичко това с голям буркан и го поставете на тъмно място. След малко погледнете чаша варова вода - мътна е.

Пригответе още малко варова вода в друга чаша и отново, както миналия път, вдишайте в нея през тръбата. Тя също ще се обърка.

И вие, и листата от иглика издишаха въглероден диоксид, така че варовиковата вода стана мътна.

Но защо беше необходимо да поставите листата на тъмно място? Няма ли листата да дишат на светлината? Не, не това е въпросът.

На светлина листата също дишат, но в същото време вършат и друга работа, която сякаш затъмнява, не позволява да се види дихателният процес.

Ако откриете грешка, моля, изберете част от текста и натиснете Ctrl + Enter.