Экологическая обстановка в мире давно уже перестала радовать земные экосистемы. Множество заводов, без которых человечеству просто не обойтись, выбрасывают ежегодно в атмосферу около 10 миллиардов тон углекислого газа. Многие относятся к этому скептически, утверждая, что количество диоксида углерода не меняется в экосистеме Земли.

На деле, проблема не столько в превышении количества CO2, сколько в нарушении обмена веществ в экосистеме Земли. До начала промышленной деятельности человека углекислый газ, при взаимодействии с водой выпадал в осадок в виде карбонатов, потом переходил в почву, откуда служил для многих растений и водорослей удобрениями. Но это процесс, растянутый на десятки и сотни лет. Человечество же использует запасы миллионов лет в сокращенные сроки, перерабатывая твердые формы углерода в виде нефти и угля. При сжигании этих ископаемых в механизмах и на заводах происходит выброс диоксида углерода в воздух.

Единственный выход это воспользоваться другим механизмом и размножить флору. Фотосинтез — это естественный механизм, предусмотренный природой для переработки CO2. Сегодня эта система нужна, как никогда ранее. Производство диоксида углерода растет и соизмеримо выбросам должно расти количество лесов, джунглей, парков и искусственных насаждений. Растение поглощает углекислый газ и выделяет кислород.

Дневное дыхание растений

Дневное дыхание связано с двумя процессами: непосредственно дыханием и фотосинтезом. Процесс дыхания, как и у человека, связан с окислением органических соединений и выделением диоксида углерода, воды и энергии. Вместо человеческих легких выступает вся поверхность растения. Химическая формула, описывающая реакции в процессе дыхания растений:

Любое дерево способно дышать всей поверхностью, даже поверхностью плодов. Но наиболее активно процесс дыхания происходит через устья листа, откуда и попадает по межклеточному пространству большая часть необходимых газов.

Если речь идет о дневном времени суток, то дыхание не столь заметно, как ночью. Поскольку работа растения направлена большей частью на постоянное запасание энергии в виде органических соединений (глюкозы). Попадающий в листья газ, при содействии воды и энергии солнечного света в хлоропластах превращается в глюкозу, которую организм запасает для дальнейшего использования. Собственно дыхание и является этим дальнейшим использованием.

Запасенная глюкоза, с помощью воды и кислорода разлагается на молекулы аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), углекислый газ и водород. АТФ – это твердая энергия. Биологический аккумулятор клеток, который обеспечивает энергетическими запасами все живое на планете. Позднее эти запасы будут использованы в жизнедеятельности каждой молекулы организма.

Кажется, что образуется замкнутый круг: фотосинтез происходит с образованием глюкозы и кислорода, но что толку, если потом в результате дыхания растений выделяется диоксид углерода и АТФ. А энергию растения расходуют лично на себя, ничего не оставляя другим. Но весь вопрос в количестве. Далеко не весь кислород, который образуется во время фотосинтеза, поглощается организмом во время дыхания. Растения производят в разы больше, чем поглощают. Может этим они и отличаются от человека. А все энергетические запасы растений рано или поздно переходят в запасы животных или человека. Так растения отдают все свои накопления ради существования экосистемы Земли.

В среднем 1 гектар лесов ежегодно выделяет 4 тонны кислорода и потребляет 5 тонн углекислого газа. Человек в день выдыхает до 1 килограмма диоксида углерода, в год — 365 кг. Следовательно, 1 гектар леса поглощает углекислоту, которую выдыхают 13 человек.

С увеличением процента содержания углекислого газа в атмосфере теоретически можно ускорить рост зеленых насаждений на Земле. Многие исследования показывают, что в условиях теплиц СО2 можно использовать как «воздушное удобрение», ведь иногда при дыхании кислородом растениями поглощается еще и углекислый газ. Но так происходит это только в условиях экспериментов. На открытых пространствах начавшийся рост активизирует насекомых, которые не позволяют лесам и джунглям разрастись. А культурные растения от таких добавок превращаются в легкую добычу для вредителей. Поэтому, чтобы не говорили скептики, нарушение обмена углеродом это плохо.

Ночное дыхание растений

Процесс дыхания растений мало чем отличается от дыхания животных и человека. Есть и ночное дыхание. Это явление было открыто Отто Варбургом в начале XX века. Ночью света нет, а значит нет и энергии для фотосинтеза. Растения перестают вырабатывать O2, но не могут перестать дышать. Кислород поглощается, а углекислый газ все так же продолжает выделяться.

Белки, жиры и углеводы, запасенные в процессе жизнедеятельности днем, благодаря циклу Кресса превращаются в углекислый газ, молекулы АТФ и водород.

АТФ расходуются на дальнейшие нужды, углекислый газ уходит в атмосферу по устьицам, а вот водород окисляется до воды. Растение не может позволить себе сбрасывать водород в атмосферу, поскольку легко может погибнуть от этого, поэтому происходит частичный выброс паров воды. Большая часть организма растения – вода. Она нужна во всех процессах, включая дневное и ночное дыхание. Окисленный водород будет использован вновь в следующих реакциях.

Именно из-за ночного дыхания не рекомендуется ставить цветы в спальнях. Это увеличивает содержание углекислоты в комнате. Что никак не скажется на цветах, но будет чувствительно для человека.

Для дыхания растений существует пороговое значение содержания кислорода. При увеличении содержания О2 в воздухе до 5-8 процентов – интенсивность дыхания у растений скачкообразно растет. Но после это рост практически прекращается. Сейчас кислорода в воздухе около 21 процента. А значит, растениям еще долго не нужно будет о нем беспокоиться.

В природе есть еще одно интересное явление, названное САМ — фотосинтезом. Это явление характерно для пустынных цветов и растений. В вечной погоне за сохранением водных ресурсов, эти растения приспособились к проведению фотосинтеза в ночь.

Водоросли и CO2

Под водорослями понимают все растения, находящиеся под водой и не имеющие корня. Интенсивнее всего, из водорослей, поглощает углекислоту одноклеточные водоросли — фитопланктон. В основном все водоросли дышат растворенным в воде кислородом, за исключением нескольких видов, осуществляющих бескислородный фотосинтез. Те в качестве акцептора электронов при дыхании используют элементную серу.

Фитопланктон обитает в верхних слоях воды, поскольку ему требуется большое количество солнечной энергии для фотосинтеза. При наличии в воде растворенного углекислого газа фитопланктон осуществляет фотосинтезирующий процесс, побочным продуктом которого является кислород. Большим отличием этих водорослей от наземных растений является количество производимого кислорода. За один цикл фотосинтеза фитопланктон производит кислорода в 3-4 раза больше собственного веса. Неудивительно, что при таких показателях 70 процентов атмосферного кислорода произведено в воде.

Фотосинтез

О фотосинтезе уже шла речь в этой статье. Стоит рассмотреть его более подробно. Как уже говорилось ранее, фотосинтез происходит в хлоропластах. За две фазы происходит процесс образования новой молекулы глюкозы, которая после используется в химических процессах растения.

Во время световой фазы используется энергия солнца. Под ее действием вода отдает электрон и распадается на положительно заряженные частицы водорода (Н) и радикалы гидроксида (ОН). После этого оставшиеся частицы ОН образуют воду и кислород, который сразу же удаляется в атмосферу. В хлоропласте остались электроны и положительно заряженные частицы водорода. Эти частицы накапливаются на различных сторонах мембраны тилакоида (одной из частей хлоропластов), из-за разницы концентраций протоны из большей концентрации стремятся проникнуть через мембрану к протонам с меньшей концентрацией. Когда разность потенциалов между ними достигнет 200 миллиВольт, произойдет разряд и молекула АТФ зарядится, а никотинамидадениндинуклеотидфосфат (сокращенно НАДФ) восстановится до НАДФ*Н. Эти два компонента и будут необходимы в темновой фазе фотосинтеза.

В теневой фазе АТФ является аккумулятором, а НАДФ курьером, который доставляет в другую часть хлоропласта протон Н. К тому же растению нужен будет СО2, который послужит основой для будущей молекулы глюкозы. В итоге химических реакций из молекул СО2 и водорода, с помощью энергии из АТФ получается глюкоза С6Н12О6, которая и является первым питательным веществом во всех пищевых цепочках Земли.

Заключение

Хлоропласты — устройство для сбора солнечной энергии возрастом 3 миллиарда лет. Эта микроскопическая солнечная батарея дает жизнь лесам, полям, планктону морей, а также животным включая нас с вами.

Биосфера, работающая на солнечной энергии, собирает и обрабатывает в 6 раз больше энергии, чем вся человеческая цивилизация. Сейчас мы понимаем, как фотосинтез работает на химическом уровне. Мы способны повторить этот процесс лабораторных условиях, но у нас это получается хуже, чем у растений. Неудивительно, ведь природа занималась этим миллиарды лет, а мы только что начали. Но если бы мы смогли раскрыть тайны фотосинтеза, все источники энергии, от которых мы зависим сегодня — уголь, нефть, природный газ ушли в прошлое. Фотосинтез — идеальная экологическая энергия, она не загрязняет воздух, не даёт выбросов углерода. Искусственный фотосинтез в достаточно больших масштабах позволил бы снизить парниковый эффект, ведущий к опасному изменению климата …

Как правильно дышать для улучшения здоровья

Дыхание — это бессознательный процесс. Однако существует несколько оптимальных способов дыхания.

Что происходит, когда человек дышит?

Дыхание представляет собой сложный процесс воздухообмена, в котором участвуют многие органы:

Легкие — это пара губчатых органов, расположенных по обе стороны грудной клетки. Легкие расширяются, когда человек вдыхает, и сжимаются, когда выдыхает. Каждое легкое окружено тонкой мембраной, называемой плеврой , которая защищает легкое и позволяет ему скользить вперед и назад во время дыхания.

Диафрагма — это тонкая мышца, которая располагается под легкими и над брюшной полостью. Ее движение вверх-вниз помогает легким сжиматься и расширяться.

Межреберные мышцы — это мышцы, которые располагаются между ребрами. Они помогают грудной полости расширяться и сокращаться.

Легкие, диафрагма и межреберные мышцы работают вместе, позволяя человеку дышать.

При вдохе диафрагма движется вниз. Это увеличивает пространство в грудной полости, позволяя легким расширяться и наполняться воздухом.

При выдохе диафрагма расслабляется, сокращая пространство в грудной полости. Это заставляет легкие выпускать воздух.

Как правильно дышать?

Хотя дыхание это естественный процесс, некоторые люди могут быть удивлены, узнав, что существуют правильный и неправильный способ дыхания.

Врачи дают следующие рекомендации о том, как правильно дышать.

Используйте нос

Дыхание через нос может замедлить дыхание и заставить легкие работать более эффективно. Это облегчает потребление оксида азота, который помогает с транспортировкой кислорода по всему организму.

При дыхании через нос:

  • фильтруются токсины и аллергены из воздуха, тем самым предотвращая их попадание в организм
  • воздух становится теплым
  • увлажняется слишком сухой воздух

Однако дыхание через рот иногда необходимо, если человек занимается физическими упражнениями или имеет заложенность пазух носа.

Используйте живот

Самый эффективный способ дышать — это “опускать воздух вниз, к животу”. Когда диафрагма опускается вниз, живот расширяется, чтобы наполнить легкие воздухом.

“Дыхание животом” эффективно, поскольку тянет легкие вниз, создавая отрицательное давление внутри грудной клетки. Это приводит к поступлению воздуха в легкие.

Советы для правильного дыхания

Важно не переусердствовать с дыханием. У некоторых людей это может привести к беспокойству и одышке.

Не задумывайтесь

Следует помнить, что нормальное дыхание — это тщательно отрегулированный процесс, который не требует сознательного мышления.

Вместе легкие и почки поддерживают рН крови в узком диапазоне, чтобы позволить организму функционировать должным образом. Рецепторы в организме контролируют рН крови и уровень кислорода. Эти рецепторы посылают сигналы в мозг, который, в свою очередь, посылает нервные импульсы, сообщающие организму, как часто нужно дышать и насколько глубоко.

Поддерживайте здоровый образ жизни

Люди могут улучшить свое дыхание, поддерживая здоровый образ жизни:

  1. Регулярные физические упражнения помогают увеличить емкость легких, то есть количество кислорода, которое человек может вдыхать с каждым вдохом.
  2. Избегайте больших приемов пищи : употребление большого количества пищи может вызвать вздутие живота. Когда живот раздут, он может давить на диафрагму, не давая ей эффективно опускаться. Это может привести к одышке .
  3. Поддержание умеренного веса : наличие избыточного веса увеличивает риск возникновения трудностей с дыханием, таких как обструктивное апноэ сна. Люди могут уменьшить этот риск, поддерживая умеренный вес.
  4. Отказ от курения : легкие содержат крошечные воздушные мешочки, называемые альвеолами , которые отвечают за обмен кислородом и углекислым газом между легкими и капиллярными кровеносными сосудами. Курение повреждает альвеолы, делая их менее эффективными.

Следите за качеством воздуха

Люди могут следить за качеством воздуха в районах, где они живут и работают. Данная информация помогает ограничить воздействие загрязняющих веществ и аллергенов, которые влияют на дыхание.

Советы для людей с респираторными заболеваниями

Люди, страдающие респираторными заболеваниями, такими как бронхиальная астма или хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ), могут принимать дополнительные меры предосторожности для защиты здоровья легких.

  • Употребление большого количества воды добавляет влажность в воздух, который человек вдыхает. Влажный воздух не вызывает раздражение дыхательных путей.
  • Устранение источников загрязнения воздуха в помещениях: люди должны следить, чтобы их жилая и рабочая среда были чистыми и хорошо проветриваемыми. Это поможет предотвратить раздражение дыхательных путей.
  • Использование защитного оборудования на работе: некоторые люди могут работать в среде, где они подвергаются воздействию пыли, химических веществ или паров. Эти люди должны носить маску, чтобы избежать вдыхания этих раздражителей.
  • Получение прививки от гриппа или пневмонии помогают защитить людей с респираторными заболеваниями.
  • Дыхательные упражнения и другие техники релаксации могут помочь человеку оставаться спокойным и предотвратить гипервентиляцию.

Дыхательная гимнастика

Дыхательные упражнения помогают замедлить дыхание человека и повысить эффективность работы легких. Упражнения особенно полезны для людей с астмой, ХОБЛ и другими заболеваниями, которые проявляются одышкой.

Люди должны начать практиковать дыхательные упражнения, когда их дыхание нормальное, а не когда они испытывают одышку.

Врачи рекомендуют попробовать две различные дыхательные техники: дыхание с поджатыми губами и диафрагмальное (брюшное) дыхание.

В идеале люди должны практиковать оба упражнения по 5-10 минут каждый день и постепенно увеличивать продолжительность.

Дыхание через сжатые губы

  • Сядьте в кресло и расслабьте мышцы шеи и плеч.
  • Медленно вдохните через нос, держа рот закрытым. Вдыхайте в течение 2 секунд.
  • Подожмите губы, как будто насвистываете или задуваете свечу. Медленно выдыхайте в течение 4 секунд.
  • Повторите дыхание

Диафрагмальное дыхание

Человек может выполнять следующие действия, лежа или сидя на стуле.

  • Положите обе руки на живот, чувствуя его движение.
  • Закройте рот и медленно вдохните через нос, чувствуя, как живот поднимается и надувается, как воздушный шар.
  • Медленно выдыхайте через сжатые губы, как будто выдувая пузыри, причем каждый выдох занимает примерно в два-три раза больше времени, чем вдох.
  • Повторите эти шаги в течение 5-10 минут. Держите руки на животе, чтобы осознать правильную технику дыхания.

Заключение

Использование правильных дыхательных техник может улучшить эффективность легких человека. Это также может помочь уменьшить стресс и беспокойство. Поэтому правильное дыхание полезно как для физического, так и для психического здоровья.

Уделяя несколько минут каждый день практике дыхательных техник, вы можете сформировать правильные дыхательные привычки. Это может помочь людям с респираторными заболеваниями справиться с одышкой.

Приглашаем подписаться на наш канал в Яндекс Дзен

Дыхание растений

Что такое дыхание

Каждая клетка нуждается в энергии для жизни. Получение энергии происходит при расщеплении органических веществ в процессе дыхания. Такое расщепление происходит под воздействием кислорода и ещё называется окислением. В результате образуются вода, углекислый газ и свободная энергия.

Необходимая растению энергия содержится в химических связях сложных органических веществ. Изначально это энергия солнца, запасённая растением в процессе фотосинтеза.

Дыхание у растений принципиально не отличается от дыхания животных, или грибов. Какой газ растения выделяют при дыхании, такой же выделяют любые другие организмы. Это углекислый газ.

Рис. 1. Схема дыхания растений.

Известно, что на свету растения выделяют ещё и кислород, но это происходит в результате другого процесса – фотосинтеза.

Дыхание идёт круглосуточно, поэтому образование углекислого газа происходит постоянно. Также постоянно в клетки растений для их нормальной жизнедеятельности должен поступать кислород.

Это же справедливо и для растения в целом.

Дыхание растений включает два процесса:

  • клеточное дыхание;
  • газообмен растения с внешней средой.

Клеточное дыхание растений

Дыхательными центрами клетки являются митохондрии. Они есть и у животных.

Именно в этих органоидах происходит окисление органических веществ. Обычно такими веществами являются углеводы, но дыхание может идти и за счёт белков или жиров.

При окислении выделяется энергия. Вода остаётся в клетке, а углекислый газ путём диффузии покидает клетку и может сразу использоваться в фотосинтезе.

Процесс дыхания ступенчатый. Вода и углекислый газ образуются не сразу, а являются конечными продуктами. До этого в ходе многих реакций образуются и вновь распадаются другие вещества.

Газообмен с внешней средой

В отличие от животных растения не имеют специальных органов дыхания. Газообмен осуществляется через специальные структуры в покровных тканях:

  • устьица;
  • чечевички.

Устьица располагаются в кожице листьев и молодых стеблей (эпидерме). Каждое из устьиц имеет замыкающие клетки, способные менять тургор (наполненность водой) и закрывать устьичную щель. Устьичные щели осуществляют газообмен и испарение воды листьями.

Рис. 2. Устьица под микроскопом.

Чечевички – это более крупные, чем устьица, структуры, расположенные в пробке стебля.

Рис. 3. Чечевички на стволе берёзы.

Дыхание и фотосинтез

Между процессами дыхания и фотосинтеза существует связь. Это процессы противоположные и в растении следуют один за другим.

Фотосинтез является способом питания. В ходе этого процесса образуются органические вещества, содержащие энергию, полученную в виде света.

Дыхание – это способ высвобождения энергии, запасённой в питательных веществах.

Дыхание в разных частях растения

Интенсивность дыхания неодинакова в разных органах. Наиболее активно дышат:

  • прорастающие семена;
  • распускающиеся цветы;
  • растущие органы.

Не рекомендуется ставить крупные растения в спальной комнате, поскольку ночью они поглощают большое количество кислорода и выделяют углекислый газ.

Корни также, как и надземные органы, дышат. Для нормального дыхания корней необходимо рыхлить почву.

Что влияет на интенсивность дыхания

Факторами, влияющими на интенсивность дыхания, являются:

  • температура;
  • влажность;
  • содержание кислорода в воздухе.

При усилении любого из этих факторов дыхание становится интенсивнее.

Человек управляет дыханием семян и плодов для сохранения урожая и посевного материала. Для этого в помещениях, где хранятся семена, поддерживается необходимая влажность, температура и обеспечивается приток свежего воздуха.

Что мы узнали?

Изучая в 6 классе данную тему, мы выяснили, что дыхание растений – процесс, обеспечивающий клетки энергией. Кислород также необходим растениям, как углекислый газ. Процесс дыхания и фотосинтеза участвуют одни и те же вещества. При дыхании кислород и органические вещества являются исходными, а вода и углекислый газ – конечными продуктами. При фотосинтезе – наоборот.

Как и где происходит процесс фотосинтеза у растений?

Каждое живое существо на планете нуждается в пище или энергии, чтобы выжить. Некоторые организмы питаются другими существами, тогда как другие могут производить свои собственные питательные элементы. Растения сами производят продукты питания, глюкозу, в процессе, который называется фотосинтезом.

Фотосинтез и дыхание взаимосвязаны. Результатом фотосинтеза является глюкоза, которая хранится как химическая энергия в растительных клетках. Эта накопленная химическая энергия получается в результате превращения неорганического углерода (углекислого газа) в органический углерод. Процесс дыхания высвобождает накопленную химическую энергию.

Помимо продуктов, которые они производят, растениям также необходим углерод, водород и кислород, чтобы выжить. Вода, поглощенная из почвы, обеспечивает водород и кислород. Во время фотосинтеза, углерод и вода используются для синтеза пищи. Растения также нуждаются в нитратах, чтобы производить аминокислоты (аминокислота — ингредиент для выработки белка). В дополнение к этому, они нуждаются в магнии для производства хлорофилла.

Заметка: Живые существа, которые зависят от других продуктов питания называются гетеротрофами. Травоядные, такие как коровы, а также растения, питающиеся насекомыми, являются примерами гетеротрофов. Живые существа, производящие собственную пищу, называются автотрофами. Зеленые растения и водоросли — примеры автотрофов.

В этой статье вы узнаете больше о том, как происходит фотосинтез у растений и об необходимы для этого процесса условиях.

Определение фотосинтеза

Фотосинтез — это химический процесс, посредством которого растения, некоторые бактерии и водоросли производят глюкозу и кислород из углекислого газа и воды, используя только свет в качестве источника энергии.

Этот процесс чрезвычайно важен для жизни на Земле, поскольку благодаря ему выделяется кислород, от которого зависит вся жизнь.

Зачем растениям нужна глюкоза (пища)?

Подобно людям и другим живым существам, растения также нуждаются в питании для поддержания жизнедеятельности. Значение глюкозы для растений заключается в следующем:

  • Глюкоза, полученная в результате фотосинтеза, используется во время дыхания для высвобождения энергии, необходимой растению для других жизненно важных процессов.
  • Растительные клетки также превращают часть глюкозы в крахмал, который используют по мере необходимости. По этой причине мертвые растения используются в качестве биомассы, ведь в них хранится химическая энергия.
  • Глюкоза также необходима, чтобы производить другие химические вещества, такие как белки, жиры и растительные сахара, необходимые для обеспечения роста и других важных процессов.

Фазы фотосинтеза

Процесс фотосинтеза разделен на две фазы: световую и темновую.

Световая фаза фотосинтеза

Как следует из названия, световые фазы нуждаются в солнечном свете. В светозависимых реакциях энергия солнечного света поглощается хлорофиллом и преобразуется в запасенную химическую энергию в виде молекулы электронного носителя НАДФН (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) и молекулы энергии АТФ (аденозинтрифосфат). Световые фазы протекают в тилакоидных мембранах в пределах хлоропласта.

Темновая фаза фотосинтеза или цикл Кальвина

В темновой фазе или цикле Кальвина возбужденные электроны из световой фазы обеспечивают энергию для образования углеводов из молекул углекислого газа. Не зависящие от света фазы иногда называют циклом Кальвина из-за цикличности процесса.

Хотя темновые фазы не используют свет в качестве реагента (и, как результат, могут происходить днем или ночью), им необходимо, чтобы продукты светозависимых реакций функционировали. Независимые от света молекулы зависят от молекул энергоносителей — АТФ и НАДФН — для создания новых молекул углеводов. После передачи энергии молекулы энергоносители возвращаются к световым фазам для получения более энергичных электронов. Кроме того, несколько ферментов темновой фазы активируются с помощью света.

Схема фаз фотосинтеза

Заметка: Это означает, что темновые фазы не будут продолжаться, если растения будут лишены света слишком долго, так как они используют продукты световых фаз.

Строение листьев растений

Мы не можем полностью изучить фотосинтез, не зная больше о строении листа. Лист адаптирован для того, чтобы играть жизненно важную роль в процессе фотосинтеза.

Внешнее строение листьев

  • Площадь

Одной из самых главных особенностей растений является большая площадь поверхности листьев. Большинство зеленых растений имеют широкие, плоские и открытые листья, которые способны захватывать столько солнечной энергии (солнечного света), сколько необходимо для фотосинтеза.

  • Центральная жилка и черешок

Центральная жилка и черешок соединяются вместе и являются основанием листа. Черешок располагает лист таким образом, чтобы он получал как можно больше света.

  • Листовая пластинка

Простые листья имеют одну листовую пластину, а сложные — несколько. Листовая пластинка — одна из самых главных составляющих листа, которая непосредственно участвует в процессе фотосинтеза.

  • Жилы

Сеть жилок в листьях переносит воду от стеблей к листьям. Выделяемая глюкоза также направляется в другие части растения из листьев через жилки. Кроме того, эти части листа поддерживают и удерживают листовую пластину плоской для большего захвата солнечного света. Расположение жилок (жилкование) зависит от вида растения.

  • Основание листа

Основанием листа выступает самая нижняя его часть, которая сочленена со стеблем. Зачастую, у основания листа располагается парное количество прилистников.

  • Край листа

В зависимости от вида растения, край листа может иметь различную форму, включая: цельнокрайнюю, зубчатую, пильчатую, выемчатую, городчатую и т.п.

  • Верхушка листа

Как и край листа, верхушка бывает различной формы, включая: острую, округлую, туповатую, вытянутую, оттянутою и т.д.

Внутреннее строение листьев

Ниже представлена ​​близкая схема внутреннего строения тканей листьев:

  • Кутикула

Кутикула выступает главным, защитным слоем на поверхности растения. Как правило, она толще на верхней части листа. Кутикула покрыта веществом, похожим на воск, благодаря которому защищает растение от воды.

  • Эпидермис

Эпидермис — слой клеток, который является покровной тканью листа. Его главная функция — защита внутренних тканей листа от обезвоживания, механических повреждений и инфекций. Он также регулирует процесс газообмена и транспирации.

  • Мезофилл

Мезофилл — это основная ткань растения. Здесь происходит процесс фотосинтеза. У большинства растений мезофилл разделен на два слоя: верхний — палисадный и нижний — губчатый.

  • Защитные клетки

Защитные клетки — специализированные клетки в эпидермисе листьев, которые используются для контроля газообмена. Они выполняют защитную функцию для устьица. Устьичные поры становятся большими, когда вода есть в свободном доступе, в противном случае, защитные клетки становятся вялыми.

  • Устьице

Фотосинтез зависит от проникновения углекислого газа (CO2) из воздуха через устьица в ткани мезофилла. Кислород (O2), полученный как побочный продукт фотосинтеза, выходит из растения через устьица. Когда устьица открытые, вода теряется в результате испарения и должна быть восполнена через поток транспирации, водой, поглощенной корнями. Растения вынуждены уравновешивать количество поглощенного СО2 из воздуха и потерю воды через устьичные поры.

Условия, необходимые для фотосинтеза

Ниже приведены условия, которые необходимы растениям для осуществления процесса фотосинтеза:

  • Углекислый газ. Бесцветный природный газ без запаха, обнаруженный в воздухе и имеет научное обозначение CO2. Он образуется при горении углерода и органических соединений, а также возникает в процессе дыхания.
  • Вода. Прозрачное жидкое химическое вещество без запаха и вкуса (в нормальных условиях).
  • Свет. Хотя искусственный свет также подходит для растений, естественный солнечный свет, как правило, создает лучшие условия для фотосинтеза, потому что в нем присутствует природное ультрафиолетовое излучение, которое оказывает положительное влияние на растения.
  • Хлорофилл. Это зеленый пигмент, найденный в листьях растений.
  • Питательные вещества и минералы. Химические вещества и органические соединения, которые корни растений поглощают из почвы.

Что образуется в результате фотосинтеза?

  • Глюкоза;
  • Кислород.

Заметка: Растения получают CO2 из воздуха через их листья, и воду из почвы через корни. Световая энергия исходит от Солнца. Полученный кислород выделяется в воздух из листьев. Получаемую глюкозу можно превратить в другие вещества, такие как крахмал, который используется как запас энергии.

Если факторы, способствующие фотосинтезу, отсутствуют или присутствуют в недостаточном количестве, это может негативно повлиять на растение. Например, меньшее количество света создает благоприятные условия для насекомых, которые едят листья растения, а недостаток воды замедляет.

Где происходит фотосинтез?

Фотосинтез происходит внутри растительных клеток, в мелких пластидах, называемых хлоропластами. Хлоропласты (в основном встречающиеся в слое мезофилла) содержат зеленое вещество, называемое хлорофиллом. Ниже приведены другие части клетки, которые работают с хлоропластом, чтобы осуществить фотосинтез.

Строение растительной клетки

Функции частей растительной клетки

  • Клеточная стенка: обеспечивает структурную и механическую поддержку, защищает клетки от патогенов, фиксирует и определяет форму клетки, контролирует скорость и направление роста, а также придает форму растениям.
  • Цитоплазма: обеспечивает платформу для большинства химических процессов, контролируемых ферментами.
  • Мембрана: действует как барьер, контролируя движение веществ в клетку и из нее.
  • Хлоропласты: как было описано выше, они содержат хлорофилл, зеленое вещество, которое поглощает световую энергию в процессе фотосинтеза.
  • Вакуоль: полость внутри клеточной цитоплазмы, которая накапливает воду.
  • Клеточное ядро: содержит генетическую марку (ДНК), которая контролирует деятельность клетки.

Хлорофилл поглощает световую энергию, необходимую для фотосинтеза. Важно отметить, что поглощаются не все цветовые длины волны света. Растения в основном поглощают красную и синюю волны — они не поглощают свет в зеленом диапазоне.

Углекислый газ в процессе фотосинтеза

Растения получают углекислый газ из воздуха через их листья. Углекислый газ просачивается через маленькое отверстие в нижней части листа — устьицу.

Нижняя часть листа имеет свободно расположенные клетки, чтобы углекислый газ достиг других клеток в листьях. Это также позволяет кислороду, образующемуся при фотосинтезе, легко покидать лист.

Углекислый газ присутствует в воздухе, которым мы дышим, в очень низких концентрациях и служит необходимым фактором темновой фазы фотосинтеза.

Свет в процессе фотосинтеза

Лист обычно имеет большую площадь поверхности, поэтому он может поглощать много света. Его верхняя поверхность защищена от потери воды, болезней и воздействия погоды восковым слоем (кутикулой). Верх листа находится там, где падает свет. Этот слой мезофилла называется палисадным. Он приспособлен для поглощения большого количества света, ведь в нем находится много хлоропластов.

В световых фазах, процесс фотосинтеза увеличивается с большим количеством света. Больше молекул хлорофилла ионизируется, и больше генерируется АТФ и НАДФН, если световые фотоны сосредоточены на зеленом листе. Хотя свет чрезвычайно важен в световых фазах, необходимо отметить, что чрезмерное его количество может повредить хлорофилл, и уменьшить процесс фотосинтеза.

Световые фазы не слишком сильно зависят от температуры, воды или углекислого газа, хотя все они нужны для завершения процесса фотосинтеза.

Вода в процессе фотосинтеза

Растения получают воду, необходимую для фотосинтеза через свои корни. Они имеют корневые волоски, которые разрастаются в почве. Корни характеризуются большой площадью поверхности и тонкими стенками, что позволяет воде легко проходить сквозь них.

На изображении представлены растения и их клетки с достаточным количеством воды (слева) и ее нехваткой (справа).

Заметка: Корневые клетки не содержат хлоропластов, поскольку они, как правило, находятся в темноте и не могут фотосинтезировать.

Если растение не впитывает достаточное количество воды, оно увядает. Без воды, растение будет не способно фотосинтезировать достаточно быстро, и может даже погибнуть.

Какое значение имеет вода для растений?

  • Обеспечивает растворенными минералами, которые поддерживают здоровье растений;
  • Является средой для транспортировки минеральных ресурсов;
  • Поддерживает устойчивость и прямостояние;
  • Охлаждает и насыщает влагой;
  • Дает возможность проводить различные химические реакции в растительных клетках.

Значение фотосинтеза в природе

Биохимический процесс фотосинтеза использует энергию солнечного света для преобразования воды и углекислого газа в кислород и глюкозу. Глюкоза используется в качестве строительных блоков в растениях для роста тканей. Таким образом, фотосинтез — это способ, благодаря которому формируются корни, стебли, листья, цветы и плоды. Без процесса фотосинтеза растения не смогут расти или размножаться.

  • Продуценты

Из-за фотосинтетической способности, растения известны как продуценты и служат основой почти каждой пищевой цепи на Земле. (Водоросли являются эквивалентом растений в водных экосистемах). Вся пища, которую мы едим, происходит от организмов, являющихся фотосинтетиками. Мы питаемся этими растениями напрямую или едим животных, таких как коровы или свиньи, которые потребляют растительную пищу.

  • Основа пищевой цепи

Внутри водных систем, растения и водоросли также составляют основу пищевой цепи. Водоросли служат пищей для беспозвоночных, которые, в свою очередь, выступают источником питания для более крупных организмов. Без фотосинтеза в водной среде жизнь была бы невозможна.

  • Удаление углекислого газа

Фотосинтез превращает углекислый газ в кислород. Во время фотосинтеза углекислый газ из атмосферы поступает в растение, а затем выделяется в виде кислорода. В сегодняшнем мире, где уровни двуокиси углерода растут ужасающими темпами, любой процесс, который устраняет углекислый газ из атмосферы, является экологически важным.

  • Круговорот питательных веществ

Растения и другие фотосинтезирующие организмы играют жизненно важную роль в круговороте питательных веществ. Азот в воздухе фиксируется в растительных тканях и становится доступным для создания белков. Микроэлементы, находящиеся в почве, также могут быть включены в растительную ткань и стать доступными для травоядных животных, дальше по пищевой цепи.

  • Фотосинтетическая зависимость

Фотосинтез зависит от интенсивности и качества света. На экваторе, где солнечный свет обилен весь год и вода не является ограничивающим фактором, растения имеют высокие темпы роста, и могут стать довольно большими. И наоборот, фотосинтез в более глубоких частях океана встречается реже, поскольку свет не проникает в эти слои, и в результате эта экосистема оказывается более бесплодной.

Чем дышат растения и как дышат растения

Дыхание — это цепь химических реакций, которая позволяет всем живым существам синтезировать энергию, необходимую для поддержания жизнедеятельности. Чем дышат растения и как дышат растения — об этом читайте ниже.

Это биохимический процесс, при котором воздух перемещается между внешней средой и тканями и клетками вида. При дыхании происходит вдыхание кислорода и выдох углекислого газа. Поскольку сущность получает энергию за счет окисления питательных веществ и, следовательно, высвобождения отходов, это называется метаболическим процессом.

Давайте взглянем на дыхание растений, чтобы узнать о процессе дыхания и о различных типах дыхания, которые происходят у растений.

Дышают ли растения ?

Да, как животные и люди, растения тоже дышат.

Растения действительно нуждаются в кислороде, чтобы дышать, в ответ на это выделяется углекислый газ. В отличие от людей и животных, растения не обладают какими-либо специализированными структурами для обмена газов, однако они обладают устьицами (обнаруженными в листьях) и чечевичками (обнаруженными в стеблях), активно участвующими в газообмене. Листья, стебли и корни растений дышат медленнее, чем люди и животные.

Дыхание отличается от дыхания. И животные, и люди дышат, что является одной из ступеней дыхания. Растения участвуют в дыхании на протяжении всей своей жизни, так как растительной клетке нужна энергия для выживания, однако растения дышат иначе, благодаря процессу, известному как клеточное дыхание.

В процессе клеточного дыхания растения производят молекулы глюкозы посредством фотосинтеза, улавливая энергию солнечного света и превращая ее в глюкозу. Несколько живых экспериментов демонстрируют дыхание растений. Все растения дышат, чтобы обеспечить энергией свои клетки, чтобы они были активными или живыми.

Давайте посмотрим на дыхательный процесс у растений.

Процесс дыхания у растений

Во время дыхания в разных частях растения происходит значительно меньший газообмен. Следовательно, каждая часть питает и удовлетворяет свои собственные потребности в энергии.

Следовательно, листья, стебли и корни растений обмениваются газами по отдельности. Листья обладают устьицами — крошечными порами, предназначенными для газообмена. Кислород, потребляемый через устьица, используется клетками листьев для разложения глюкозы на воду и углекислый газ.

Дыхание в корнях

Корни, подземная часть растений, впитывают воздух из воздушных зазоров / промежутков между частицами почвы. Следовательно, кислород, поглощенный корнями, используется для высвобождения энергии, которая в будущем будет использоваться для транспортировки солей и минералов из почвы.

Мы знаем, что растения обладают особой способностью синтезировать собственную пищу посредством фотосинтеза. Фотосинтез происходит только в тех частях растений, которые имеют хлорофилл — зеленых частях растений. Фотосинтез настолько очевиден, что иногда кажется, что он маскирует дыхательный процесс у растений. Дыхание не следует принимать за фотосинтез. Дыхание происходит в течение всего дня, но процесс фотосинтеза происходит днем, только при наличии солнечного света. Следовательно, дыхание растений становится очевидным в ночное время.

Это причина, по которой мы часто слышим, как люди предостерегают от сна под деревом в ночное время, поскольку это может привести к удушью из-за избыточного количества углекислого газа, выделяемого деревьями после дыхания.

Дыхание в стеблях

Воздух в случае стебля диффундирует в устьица и проходит через разные части клетки, чтобы дышать. На этом этапе высвободившийся диоксид углерода также распространяется через устьица. Известно, что чечевички осуществляют газообмен у древесных или высших растений.

Дыхание в листьях

Листья состоят из крошечных пор, известных как устьица. Газообмен происходит путем диффузии через устьица. Сторожевые клетки регулируют каждую из устьиц. Обмен газов происходит при закрытии и открытии устьиц между нижним листом и атмосферой.

Различия между дыханием растений и фотосинтезом

Разница между дыханием растений показана в таблице.

Фотосинтез Дыхание
Этот процесс характерен для всех зеленых растений, содержащих пигменты хлорофилла. Этот процесс характерен для всех живых существ, включая растения, животных, птиц и т. д.
Пища синтезируется. Пища окисляется.
Энергия сохраняется. Высвобождается энергия.
Это анаболический процесс. Это катаболический процесс.
Требуется цитохром. Здесь тоже нужен цитохром
Это эндотермический процесс. Это экзотермический процесс.
В его состав входят такие продукты, как вода, кислород и сахар. В его состав входят такие продукты, как диоксид углерода и водород.
Возникает в дневное время только при наличии солнечного света. Это непрерывный процесс, происходящий на протяжении всей жизни

Типы дыхания

Есть два основных типа дыхания.

Аэробное дыхание

Этот тип дыхания имеет место в митохондриях всех эукариотических организмов. F молекулы полностью окисляются в двуокись углерода, воду, и энергия высвобождается в присутствии кислорода. Этот тип дыхания наблюдается у всех высших организмов и требует атмосферного кислорода.

Анаэробное дыхание

Этот тип дыхания происходит в цитоплазме прокариотических образований, таких как дрожжи и бактерии. Здесь меньше энергии высвобождается в результате неполного окисления пищи в отсутствие кислорода. Этиловый спирт и диоксид углерода образуются во время анаэробного дыхания.

Как растения дышат ?

Все зеленые растения дышат посредством клеточного дыхания. В этом процессе питательные вещества, полученные из почвы, превращаются в энергию и используются для различных клеточных действий.

Дышат ли растения ночью ?

Да, растения дышат на протяжении всей своей жизни как днем, так и ночью. Химическое уравнение клеточного дыхания выражается как кислород + глюкоза -> углекислый газ + вода + тепловая энергия.

Назовите дыхательный орган в древесных стеблях ?

У твердых и древесных стеблей дыхание или газообмен происходит через чечевички. Это маленькие поры, разбросанные по всей коре и встречающиеся на всех деревьях.

Какова роль устьиц в дыхании растений ?

Устьица — это крошечные поры, расположенные на эпидермисе листьев, стеблей и других органов. Во время клеточного дыхания устьица способствуют газообмену, открывая и закрывая поры.

Какая часть корней участвует в обмене дыхательных газов ?

Корневые волоски, трубчатые отростки эпидермиса, участвуют в обмене дыхательных газов.

Дыхание растений — особенности, характеристика и значение процесса

Определение понятия

Для нормального функционирования организма каждой клетке нужна энергия. Она появляется во время процесса, какой называют дыханием, при котором расщепляются органические вещества под воздействием кислорода. В результате появляется углекислый газ, вода и свободная энергия.

Растения любого класса нуждаются в солнечном свете, так как они фотосинтезируют. Как и любые другие живые организмы, они выделяют вредные газы. Хотя под воздействием света из них выходит еще и кислород.

Растения дышат круглые сутки, даже в состоянии покоя. Именно поэтому углекислый газ они выделяют постоянно. А для нормального функционирования всех органов в клетки должен беспрерывно поступать кислород.

Сам процесс, который называется дыханием, осуществляется в два этапа:

  • газообмен с внешней средой;
  • клеточное дыхание.

Эти процессы взаимосвязаны, один не может протекать без другого. А дыхание у растений практически не отличается от того, что проходит в организме животных.

Роль клеток

Особую роль в процессе играют клетки. И у растений, и у животных дыхание происходит в специальных центрах — митохондриях. Здесь окисляются органические вещества. Чаще всего энергия образуется с помощью углеводов, но иногда в процессе участвуют белки и жиры.

Во время дыхания вода оседает в клетке. А углекислый газ покидает ее, проходя путь диффузии. При этом зачастую он сразу используется в фотосинтезе. Этот процесс ступенчатый — все происходит не сразу, а постепенно.

В органах проходит множество различных реакций, в результате которых образуются и распадаются такие вещества, как органические кислоты. А вода и газы — это только конечные продукты всех процессов.

Часть органических веществ при этом расходуется. Прорастающие семена теряют примерно до 10% сухой массы. И поэтому для развития растения нужна благоприятная среда. Чем хуже природные условия, тем интенсивнее дышит организм. Семена, которые прорастают, набухают, поэтому процессы в их клетках ускоряются. А пространство между ними наполняется воздухом, облегчая передвижение газов.

Питательные вещества поступают в него из почвы через корень, а в клетках они превращаются в энергию. Все зеленые растения на планете поглощают больше углекислого газа из атмосферы, чем выделяют его.

Вместо этого они выпускают в воздух кислород, необходимый для всех остальных живых организмов. Энергия, которая выделяется при дыхании, необходима для непрерывного роста и развития цветка или дерева.

Особенности газообмена

У растительных организмов нет специальных частей тела, которые отвечали бы за дыхание. Обмен газами происходит через отверстия, расположенные в покровных тканях. Они делятся на два типа:

  • чечевички;
  • устьица.

Последние расположены на листьях растения. У каждого устьица есть свои клетки, в которых постоянно изменяется наполненность водой. Когда они разбухают, то закрывают щели. Через устьица листья поглощают и выпускают газ, а также испаряют лишнюю влагу.

На стеблях находятся более крупные отверстия, их называют чечевичками. Они имеют вытянутую узкую форму, напоминают порезы или царапины. Через них также проходит газ и кислород, выходит лишняя вода.

Растения получают воздух не только в чистом, но и в растворенном виде. Он поступает к стеблям через корни из почвы. Если грунт бедный или слишком сухой, деревья и цветы могут погибнуть.

Процесс фотосинтеза

Фотосинтез и дыхание связаны, хотя это противоположные процессы. Их протекание последовательное. Фотосинтез — это один из способов питания растения. Под солнечными лучами деревья и кустарники образуют вещества из энергии, которую они получили благодаря освещению.

А дыханием называется метод ее освобождения. Выходящая энергия содержится в питательных веществах, которые растение запасает. Но между процессами дыхания и фотосинтеза есть отличия.

В первом случае дерево, цветок или мох выделяют углекислый газ. Именно при дыхании растение поглощает кислород, как и другие живые существа. Газообмен проходит через устьица и чечевички. А у прорастающих семян такая тонкая кожа, что вещества могут выходить в атмосферу через ее отверстия.

Дыхание проходит в каждой клетке организма, так как в них образуется и хранится энергия. Если говорить кратко и понятно, то во время этого процесса растение получает полезные вещества из окружающей среды. Во время дыхания оно поглощает из них энергию, использует ее для развития и роста. А излишки выбрасывает обратно в атмосферу.

Во время фотосинтеза растительные организмы поглощают газ, а выделяют кислород. Именно поэтому так ценятся деревья и цветы, ведь они делают атмосферу пригодной для жизни других существ — человека и животных. Газообмен проходит только через устьица. А сам процесс осуществляется лишь в зеленых клетках. Они содержат специальное вещество — хлорофилл.

Фотосинтез играет особую роль в жизни растений. Во время этого процесса поглощается солнечный свет, благодаря которому могут питаться клетки организма. Свет запасается растением, чтобы расходоваться на его развитие и рост.

Дыхание в разных частях дерева не одинаково по интенсивности. Но есть отдельные элементы, где процесс протекает быстро:

  • растущие органы;
  • прорастающие семена;
  • распускающиеся цветы.

Биологи не рекомендуют расставлять такие растения в жилых помещениях — они выделяют много газа. Он делает воздух непригодным для человека. Не стоит ставить в комнатах и срезанные цветы, так как они поглощают слишком много кислорода.

Не только надземные органы могут дышать. Воздухом насыщаются и клетки корней. Для их нормального развития нужно часто рыхлить почву вокруг растения.

Влияние природных условий

Большую активность проявляют растения, которые можно встретить в горах или постоянно освещаемых местностях. Тенелюбивые организмы дышат не так часто и быстро. На интенсивность процесса влияют и другие природные условия:

  • вода;
  • температура воздуха;
  • содержание кислорода в атмосфере.

Если семена высадить в сухую почву, то их дыхание будет замедленным. Для нормального развития и расхода питательных веществ влажность грунта должна быть не менее 33%. Но для длительного хранения зерна и сухих растений ее уровень необходимо понизить до 14%.

Интенсивность дыхания напрямую зависит от температуры воздуха. Чем она выше, тем быстрее протекает процесс. Он не останавливается даже зимой при -20 С, только замедляется. Благодаря этому владельцам дачных участков удается сохранить клубни картофеля в погребах и подвалах целыми. Но слишком высокая температура тоже отрицательно сказывается на состоянии растения. Семена перестают дышать, если жара доходит до +50 С.

Огромное значение имеет степень освещенности. Чем ярче в помещении, тем быстрее будут прорастать семена. Если рассада слишком выросла, то ее нужно поместить в тень. Цветы и деревья, которые встречаются в прохладных местностях с низкой освещенностью, дышат гораздо медленнее.

Кислород необходим всем живым организмам на планете, кроме бактерий. Но в воздухе он содержится в определенном соотношении с другими газами. Состав атмосферы меняется, когда в нее попадают промышленные отходы. В некоторых местностях воздух становится непригодным для проживания животных и человека.

Из-за загрязнений появляются дыры в озоновом слое, из-за чего появляется парниковый эффект. Последствия таких изменений — таяние ледников и затопление некоторых участков суши, а также сдвиг сезонов года.

Очищение воздуха

Атмосфера загрязняется не только из-за человеческой деятельности, но и вследствие жизненных процессов других организмов. Качество воздуха ухудшают несколько типов веществ:

  • углекислый газ;
  • производственные отходы — сажа, пыль, зола, дым, копоть;
  • ядовитые синтетические вещества;
  • сельскохозяйственные химикаты;
  • выхлопные газы.

В загрязненной атмосфере растения дышат медленно, это ухудшает их развитие и рост. Но чистый воздух нужен не только для наземных частей — стеблей, листьев, цветков. Корни также нуждаются в кислороде. Недостаток воздуха и переизбыток влаги приводят к гибели дерева.

У зеленых насаждений есть несколько полезных функций:

  • обогащение атмосферы кислородом;
  • создание новых органических веществ;
  • улучшение состояния почвы;
  • поддержание оптимального количества углекислого газа в воздухе.

Солнечный свет в растениях накапливается в виде питательных веществ. Они необходимы всем живым организмам. Накопленную энергию цветы и деревья используют для окисления некоторых веществ. Но схема фотосинтеза гораздо важнее, чем процесс дыхания. Растения выделяют гораздо больше кислорода, чем углекислого газа.

Обмен веществ в деревьях и кустарниках происходит постепенно. Дыхание сопровождается фотосинтезом, оба процесса тесно связаны. Растения обеспечивают атмосферу кислородом и очищают ее от вредного газа.