Урок Получить доступ за 75 баллов Дыхание растений. Передвижение и испарение воды в растениях

Растения состоят из одной или множества клеток.

Дыхание - такой же признак, характерный для живых организмов, как и рост, размножение.

Даже одноклеточные растения, такие как водоросль хлорелла, дышат, хотя и живут в воде.

Зачем растениям нужен кислород?

О том, что растения являются главным источником кислорода (О₂), знают даже ученики младших классов.

Из-за этого и возникает путаница.

Многие ошибочно считают, что раз растения внешне не похожи на животных, значит дыхание у них происходит «в обратную сторону».

Часто люди думают, что растительные клетки выделяют кислород и поглощают углекислый газ (СО₂) и таким образом дышат.

Мы развеем эти заблуждения.

Но для начала зададим вопрос: "Почему ученые не советуют ставить большие растения в спальне?"

Почему у людей, которые не слушались этого совета, утром болела голова и они себя чувствовали, мягко говоря, не очень хорошо?

Исследователи выяснили причину этого странного явления.

Оказывается, что растения, так же, как и люди, поглощают кислород и выделяют углекислый газ.

За счет этого они получают энергию.

Человек, который ночью спал в комнате с растениями, не получал достаточно кислорода и буквально травился углекислым газом, выделенным растением.

Схематично молекулу углекислого газа (СО₂) можно представить так:

Запомните и никогда не путайте:

Дыхание - это процесс поглощение кислорода, а фотосинтез - его выделение растительными клетками.

Отличие дыхания от фотосинтеза:

Влияние внешних факторов на процесс дыхания растений

• увеличение содержания кислорода в воздухе до 8–10 % сопровождается повышением интенсивности дыхания у растений, но дальнейшее увеличение концентрации кислорода не влияет существенно на дыхание
• в атмосфере чистого кислорода (без примесей азота и углекислого газа) интенсивность дыхания растений снижается. При длительном его действии растение погибает
• при высоком содержании углекислого газа в воздухе дыхание растений замедляется, так как устьица закрываются
• дыхание некоторых растений идет и при температуре ниже 0 ^оС (например, ель дышит при -25 ^оС)
• активность дыхания, возрастает при повышении температуры до определенного предела (+35- 40 ^о С)

• повышение содержания воды в семенах приводит к резкому увеличению интенсивности дыхания
• такие элементы, как сера, железо, медь, марганец, необходимы для дыхания, поэтому дыхание активируется при их высоком содержании (например, в воде)
• механическое повреждение усиливает дыхание
• интенсивность дыхания корней, как и листьев, по мере старения растений снижается

Откуда берется энергия у растений?

Когда вы учили строение клетки, то узнали о такой органелле, как митохондрия.

На рисунке она похожа на фасолинку, хотя встречаются и другие ее формы.

Это очень странная часть клетки.

Некоторые ученые считают, что она образовалась из какого-то микроорганизма, который проник в клетку-хозяина и потом потерял большую часть своих способностей.

Правда, митохондрии сохранили способность двигаться и даже могут сливаться друг с другом!

Эта органелла стала просто незаменимой для клеток.

Ведь она выполняет одну из главных задач - образует молекулу АТФ (Аденозин-Три-Фосфорная кислота).

Когда от АТФ отщепляется один из трех фосфатов, то выделяется 40 000 Джоулей энергии.

Чтобы было понятнее - столько энергии нужно, чтобы нагреть примерно половину стакана льда до состояния кипятка.

И это только один фосфат отщепляется, а если три?

Представляете, сколько энергии в одной молекуле?

Присоединяя фосфаты, АТФ запасает энергию и постепенно отдает ее.

«А при чем здесь кислород?» - спросите вы.

Кислород участвует в сложном процессе образования АТФ с помощью глюкозы внутри митохондрии. Это называется внутриклеточным дыханием.

И в результате всех этих химических реакций образуется углекислый газ и вода, так же, как и при горении.

Следовательно, горение похоже на дыхание.

Есть лишь небольшая разница: при горении в результате реакции кислорода с молекулами других веществ, энергия высвобождается мгновенно.

Опыты, доказывающие дыхание растений

Опыт №1  Образование углекислого газа при дыхании

Возьмем веточку растения, поставим ее в стакан с водой; рядом поставим другой стакан с прозрачной известковой водой, закроем всё стеклянным колпаком и поместим в темное место, чтобы приостановился процесс выделения кислорода.

Примерно через сутки мы увидим, что стакан с известковой водой помутнел, эта реакция известковой воды на углекислый газ.

Откуда в закрытом колпаке образовался углекислый газ?

Делаем вывод: растение выделило углекислый газ в ходе дыхания.

Таким образом, мы видим, что растение активно дышит, забирая из воздуха кислород и выделяя углекислый газ.

Но не забывайте, что дыхание растений идет непрерывно и днем, и ночью, как у человека и животных.

Опыт №2  Необходимость воздуха для дыхания корней

Взяли два растения и поместили их в сосуды с водой, на поверхность воды налили масло (слой масла задерживает поступление воздуха в воду).

Воду в одном из сосудов ежедневно насыщаем воздухом из пульверизатора, растение в этом сосуде активно развивается.

А другое растение начинает гибнуть из-за недостатка воздуха, который необходим корням растения. 

Вывод: корни растения дышат, без дыхания корней все растение может погибнуть.

Опыт № 3  Дыхание семян

В одну банку положим проросшие семена, в другую банку положим сухие семена.

Закроем плотно обе банки и поставим в темное теплое место.

На следующий день проверим состав воздуха.

Вы знаете, что для горения необходим кислород.

Опустим в бутылку с сухими семенами зажженную свечку - она хорошо и непрерывно горит, то есть воздух в банке остался неизменным, так как непрорастающие семена дышат очень слабо.

А если поместим свечку в банку с прорастающими семенами, свечка сразу потухнет, потому что прорастающие семена активно израсходуют кислород в ходе дыхания и выделят большое количество углекислого газа, а раз нет кислорода - горение свечи происходить не может, так как для горения нужен кислород.

Опыт доказывает, что проросшие семена активно дышат, поглощая кислород и выделяя углекислый газ.

Вывод: дыхание растениям необходимо для получения энергии, которая тратится на различные процессы жизнедеятельности (рост, размножение, питание и другие процессы)

Дыхание во всех живых клетках и органов растения происходит непрерывно.

Как и животные, растения погибают с прекращением дыхания.

Растения пьют воду так же, как и люди.

Только процесс этот происходит путем поглощения влаги из почвы.

Для того чтобы вырастить 1 кг пшеницы, нужно затратить 1 тонну воды.

Если бы эта влага никуда не девалась из растений, то их бы просто разрывало от высокого давления, как лопается воздушный шарик.

Избавиться от лишней воды помогает такое явление, как испарение, или, по-научному, транспирация.

Потеют ли растения?

Люди испаряют жидкость через кожу, рот и нос.

В зимнее время можно увидеть, как вода в виде пара выходит изо рта, а если у человека есть усы, то она оседает на них в виде инея.

Летом в этом процессе помогают также потовые железы, удаляя излишки влаги в виде пота.

Растения не потеют и у них нет рта. Как же они избавляются от лишней воды?

Для этого у высших растений есть орган, который называется устьицем.

На каждом, даже маленьком листике, расположены сотни таких органов, и чем больше площадь листа, тем больше устьиц у него.

Как вы знаете, самые большие листья обычно у растений тропических лесов, поскольку в том климате бывают сезоны обильных дождей.

Как устроено устьице?

Устьице состоит из двух продолговатых, так называемых замыкающих клеток, между которыми есть небольшое расстояние - устьичная щель или пора.

Та сторона, которая не соприкасается с другими клетками, имеет более толстую оболочку.

Когда воды поступает слишком много, клетка начинает раздуваться, а толстая сторона не дает оболочке слишком сильно растягиваться.

Из- за этого устьичные клетки выгибаются, как сосиски на сковородке.

И щель между ними увеличивается, позволяя испаряться большему количеству воды.

Кстати, дыхание наземных растений также осуществляется через устьица.

Где находятся устьица?

Устьица у привычных нам деревьев, таких как береза, дуб, клен и других, расположены в преимущественно на нижней стороне листа.

У однодольных, листья которых стоят почти вертикально по отношению к солнцу, устьица почти равномерно покрывают обе стороны.

Почему так? По одной простой причине: чтобы нежные оболочки клеток, образующих эти органы, не страдали от избыточного ультрафиолета.

Ведь эти невидимые лучи изменяют структуру молекул оболочки, делая ее менее эластичной.

Обожженные клетки теряют свои способности расширять или сужать пору.

Под устьичными клетками находится нежная паренхимная ткань, которую тоже нужно защищать от солнечных ожогов.

Транспирация (движение воды и ее испарение через наружные органы) может осуществляться не только через устьица, но и через клетки кожицы верхней поверхности листа, покрытые кутикулой.

Такое испарение воды называется кутикулярная транспирация.

Но испарение воды с верхней поверхности листа незначительное, так как лист покрыт восковым налетом и устьица практически там отсутствуют.

Поэтому устьичная транспирация идет намного интенсивнее, чем кутикулярная.

Испарение воды растением способствует передвижению воды и минеральных веществ от корней по стеблю к листьям.

Посмотрите, как выглядит молекула воды:

Сейчас мы рассмотрим один пример.

Самое высокое дерево в мире - секвойя.

Она называется также «мамонтовым деревом» и высота ее почти 116 метров.

Если 80 твоих одноклассников и одноклассниц среднего роста поставить друг другу на голову, верхний ребенок сможет украсить макушку такого дерева к Новому году.

Представляете, какие мощные насосы должны работать в секвойе, чтобы доставлять воду к кончикам ее иголок наверху?

Но у «мамонтова дерева» нет насосов и даже нет мышц, таких как сердечная, которые помогают людям обеспечить движение жидкости в организме.

Как вода поднимается к верхушкам деревьев?

Вода, на самом деле, способна двигаться против силы тяжести.

Правда, только в очень тонких сосудах - капиллярах.

В этом ей помогают силы поверхностного натяжения.

Пока воздействие этих сил больше, чем давление столба воздуха, жидкость будет стремиться по капилляру вверх.

Можно провести опыт, доказывающий движение воды и минеральных веществ по сосудам растения

Возьмем лист бальзамина или цветок подснежника, опустим в воду с окрашенной водой (чернила для окрашивания как бы дает замену минеральным веществам) и увидим, что по жилкам (сосудам) поднимается окрашенная вода.

Поднятию воды по растению также способствует транспирация, о которой мы уже знаем, и корневое давление. Убедиться в этом мы можем, глядя на следующий опыт.

Опыт показывающий силу корневого давления.

Берем растение бальзамина и срезаем его побег, оставив только небольшой пенек и корень в почве. На пенек надеваем стеклянную трубку, через некоторое время вода будет подниматься по трубке и вытекать наружу.

Делаем вывод: корень всасывает воду из почвы и по сосудам корня вода под давлением попадает в стебель растения.

Чтобы впитывать воду, у корней есть специальные выросты - корневые волоски, которые проводят воду внутрь растения.

А вот так выглядят некоторые корни:

Как же происходит всасывание воды корневыми волосками?

Для этого необходимо рассмотреть движение воды на клеточном уровне.

Движение воды в клетке зависит от количества соли в межклеточном пространстве и самой клетке.

Движение воды через полунепроницаемую мембрану из области с низкой концентрацией соли в область с высокой концентрацией соли называется осмос.

Если раствор в клетке перенасыщен солями, то вода, которая находится снаружи клетки, стремится его разбавить.

Когда, наоборот, межклеточная жидкость более "соленая", то вода вытекает из клетки в направлении высокой концентрации ионов.

Благодаря осмосу происходит передвижение воды по клеткам и межклеточному пространству.