Дихання рослин

Дихання — сукупність процесів, які забезпечують надходження в організм кисню, використання його в біологічному окисненні органічних речовин і виведення з організму вуглекислого газу. Органічні речовини розщеплюються до неорганічних, що супроводжується виділенням енергії, необхідної для життєдіяльності рослини.

Дихання — багатоступеневий процес, і це рівняння показує лише початок і кінцеві його продукти.

Основу дихання становить окиснення білків, жирів і вуглеводів, унаслідок чого вивільняється енергія, потрібна для життєдіяльності клітини і всього організму. Відбувається воно в особливих органелах клітин — мітохондріях.

Дихають рослини цілодобово. На світлі в рослині одночасно з диханням відбувається фотосинтез, коли вона вбирає вуглекислого газу значно більше, ніж виділяє його в повітря.

Уночі в темряві фотосинтез не відбувається й кисень не виділяється, але його поглинає рослина для дихання. Вуглекислий газ, що виділяється під час дихання, надходить у повітря. На дихання зелені рослини витрачають 20-25 % органічних речовин, що утворюються під час фотосинтезу.

Корені рослин також дихають. Тому, щоб рослини добре росли й розвивались, землю на грядках періодично треба розпушувати.

Інтенсивність дихання залежить від температури: швидкість перебігу хімічних реакцій зростає в 2-2,5 разу за підвищення температури на 10 °С; більш інтенсивно дихання відбувається у тих місцях, де активізується ріст рослин; найбільш активно дихання відбувається в насінні, яке проростає.

Активізація дихання спостерігається у квітках, які розпускаються; під час дозрівання плодів, а вповільнюється під час зростання концентрації вуглекислоти в повітрі.

Якщо порівняти дихання з фотосинтезом, то ці два процеси за своїм напрямком є протилежними. За нормальних умов процес дихання в листках протікає значно повільніше, а в похмуру погоду за однакової швидкості фотосинтезу й дихання накопичення органічних речовин не відбувається.

Дихання рослин — характеристика і значення процесу

Один з найважливіших процесів в організмі живої істоти – це дихання. Рослини під час нього випускають енергію, яка була використана для їх функціонування.

Якщо ґрунт був оброблений небезпечними речовинами, а вода забруднена, то дерево не отримує достатньо кисню. Це позначається на його життєдіяльності: з часом частини рослини, а потім і вона сама гинуть.

Визначення поняття

Для нормального функціонування організму кожній клітині потрібна енергія. Вона з’являється під час процесу, який називають диханням, при якому розщеплюються органічні речовини під впливом кисню. В результаті з’являється вуглекислий газ, вода і вільна енергія.

Рослини будь-якого класу потребують сонячного світла, оскільки вони фотосинтезують. Як і будь-які інші живі організми, вони виділяють шкідливі гази. Хоча під впливом світла з них виходить ще й кисень.

Рослини дихають цілодобово, навіть в стані спокою. Саме тому вуглекислий газ вони виділяють постійно. А для нормального функціонування всіх органів в клітини повинен безперервно надходити кисень.

Сам процес, який називається диханням, здійснюється у два етапи:

Ці процеси взаємопов’язані, один не може протікати без іншого. А дихання у рослин практично не відрізняється від того, що проходить в організмі тварин.

Роль клітин

Особливу роль в процесі відіграють клітини. І у рослин, і у тварин дихання відбувається в спеціальних центрах — мітохондріях. Тут окислюються органічні речовини. Найчастіше енергія утворюється за допомогою вуглеводів, але іноді в процесі беруть участь білки та жири.

Під час дихання вода осідає в клітці. А вуглекислий газ залишає її, проходячи шлях дифузії. При цьому найчастіше він відразу використовується в фотосинтезі. Цей процес ступінчастий – все відбувається не відразу, а поступово.

В органах проходить безліч різних реакцій, в результаті яких утворюються і розпадаються такі речовини, як органічні кислоти. А вода і гази — це тільки кінцеві продукти всіх процесів.

Частина органічних речовин при цьому витрачається. Проростають насіння втрачають приблизно до 10% сухої маси. І тому для розвитку рослини потрібна сприятливе середовище. Чим гірше природні умови, тим інтенсивніше дихає організм. Насіння, які проростають, набухають, тому процеси в їх клітинах прискорюються. А простір між ними наповнюється повітрям, полегшуючи пересування газів.

Поживні речовини надходять в нього з ґрунту через корінь, а в клітинах вони перетворюються в енергію. Всі зелені рослини на планеті поглинають більше вуглекислого газу з атмосфери, ніж виділяють його.

Замість цього вони випускають в повітря кисень, необхідний для всіх інших живих організмів. Енергія, яка виділяється при диханні, необхідна для безперервного росту і розвитку квітки або дерева.

Особливості газообміну

У рослинних організмів немає спеціальних частин тіла, які відповідали б за дихання. Обмін газами відбувається через отвори, розташовані в покривних тканинах. Вони діляться на два типи:

Останні розташовані на листках рослини. У кожного продихи є свої клітини, в яких постійно змінюється наповненість водою. Коли вони розбухають, то закривають щілини. Через продихи листя поглинають і випускають газ, а також випаровують зайву вологу.

На стеблах знаходяться більші отвори, їх називають сочевичками. Вони мають витягнуту вузьку форму, нагадують порізи або подряпини. Через них також проходить газ і кисень, виходить зайва вода.

Рослини отримують повітря не тільки в чистому, але і в розчиненому вигляді. Він надходить до стебел через коріння з ґрунту. Якщо ґрунт бідний або занадто сухий, дерева і квіти можуть загинути.

Процес фотосинтезу

Фотосинтез і дихання пов’язані, хоча це протилежні процеси. Їх перебіг послідовне. Фотосинтез – це один із способів харчування рослини. Під сонячними променями дерева і чагарники утворюють речовини з енергії, яку вони отримали завдяки освітленню.

А диханням називається метод її звільнення. Вихідна енергія міститься в поживних речовинах, які рослина запасає. Але між процесами дихання і фотосинтезу є відмінності.

У першому випадку дерево, квітка або мох виділяють вуглекислий газ. Саме при диханні рослина поглинає кисень, як і інші живі істоти. Газообмін проходить через продихи та сочевички.

Якщо говорити коротко і зрозуміло, то під час цього процесу рослина отримує корисні речовини з навколишнього середовища. Під час дихання воно поглинає з них енергію, використовує її для розвитку і зростання. А надлишки викидає назад в атмосферу.

Під час фотосинтезу рослинні організми поглинають газ, а виділяють кисень. Саме тому так цінуються дерева і квіти, адже вони роблять атмосферу придатною для життя інших істот — людини і тварин. Газообмін проходить тільки через продихи. А сам процес здійснюється лише в зелених клітинах. Вони містять спеціальну речовину-хлорофіл.

Фотосинтез відіграє особливу роль в житті рослин. Під час цього процесу поглинається сонячне світло, завдяки якому можуть харчуватися клітини організму.

Світло запасається рослиною, щоб витрачатися на його розвиток і зростання.

Дихання в різних частинах дерева не однаково за інтенсивністю. Але є окремі елементи, де процес протікає швидко:

Біологи не рекомендують розставляти такі рослини в житлових приміщеннях – вони виділяють багато газу. Він робить повітря непридатним для людини. Не варто ставити в кімнатах і зрізані квіти, оскільки вони поглинають занадто багато кисню.

Не тільки надземні органи можуть дихати. Повітрям насичуються і клітини коренів. Для їх нормального розвитку потрібно часто рихлити ґрунт навколо рослини.

Вплив природних умов

Велику активність проявляють рослини, які можна зустріти в горах або постійно освітлюваних місцевостях. Тіньолюбиві організми дихають не так часто і швидко.

На інтенсивність процесу впливають і інші природні умови:

Якщо насіння висадити в сухий ґрунт, то їх дихання буде уповільненим. Для нормального розвитку і витрати поживних речовин вологість ґрунту повинна бути не менше 33%. Але для тривалого зберігання зерна і сухих рослин її рівень необхідно знизити до 14%.

Інтенсивність дихання безпосередньо залежить від температури повітря. Чим вона вища, тим швидше протікає процес.

Він не зупиняється навіть взимку при -20 °С, тільки сповільнюється. Завдяки цьому власникам дачних ділянок вдається зберегти бульби картоплі в льохах і підвалах цілими. Але занадто висока температура теж негативно позначається на стані рослини. Насіння перестають дихати, якщо спека доходить до +50 °С.

Величезне значення має ступінь освітленості. Чим яскравіше в приміщенні, тим швидше будуть проростати насіння. Якщо розсада занадто виросла, то її потрібно помістити в тінь. Квіти та дерева, які зустрічаються в прохолодних місцевостях з низькою освітленістю, дихають набагато повільніше.

Кисень необхідний всім живим організмам на планеті, крім бактерій. Але в повітрі він міститься в певному співвідношенні з іншими газами.

Склад атмосфери змінюється, коли в неї потрапляють промислові відходи. У деяких місцевостях повітря стає непридатним для проживання тварин і людини.

Через забруднення з’являються дірки в озоновому шарі, через що з’являється парниковий ефект. Наслідки таких змін – танення льодовиків і затоплення деяких ділянок суші, а також зрушення сезонів року.

Очищення повітря

Атмосфера забруднюється не тільки через людську діяльність, а й внаслідок життєвих процесів інших організмів. Якість повітря погіршують кілька типів речовин:

• вуглекислий газ;
• виробничі відходи – сажа, пил, зола, дим, кіптява;
• отруйні синтетичні речовини;
• сільськогосподарські хімікати;
• вихлопні гази.

Але чисте повітря потрібен не тільки для наземних частин — стебел, листя, квіток. Коріння також потребують кисню. Недолік повітря і надлишок вологи призводять до загибелі дерева.

У зелених насаджень є кілька корисних функцій:

• збагачення атмосфери киснем;
• створення нових органічних речовин;
• поліпшення стану ґрунту;
• підтримка оптимальної кількості вуглекислого газу в повітрі.

Сонячне світло в рослинах накопичується у вигляді поживних речовин. Вони необхідні всім живим організмам. Накопичену енергію квіти та дерева використовують для окислення деяких речовин. Але схема фотосинтезу набагато важливіше, ніж процес дихання.

Обмін речовин в деревах і чагарниках відбувається поступово. Дихання супроводжується фотосинтезом, обидва процеси тісно пов’язані. Рослини забезпечують атмосферу киснем і очищають її від шкідливого газу.

§ 5. ОБМІН РЕЧОВИН ТА ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ В ОРГАНІЗМІ ЛЮДИНИ — ОСНОВНА ВЛАСТИВІСТЬ ЖИВОГО

Годинник зроблений із декількох десятків деталей, автомобіль – з декількох сотень, сучасний комп’ютер – з декількох десятків тисяч. А людина? Важко повірити, але це факт: в організмі новонародженої дитини міститься близько 2 трильйонів клітин, а організм кожної дорослої людина складається більш ніж із 60-100 трильйонів клітин. Яка основна властивість організму людини забезпечить їхню життєдіяльність?

У чому полягає сутність обміну речовин та перетворення енергії в організмі людини?

Організм людини є відкритою біологічною системою, оскільки між організмом і довкіллям постійно відбувається обмін речовин та енергії.

Обмін речовин й енергії в організмі здійснюється завдяки сукупності фізіологічних функцій – взаємопов’язаних процесів дихання, травлення, виділення, транспорту речовин тощо. З обміном речовин й енергії пов’язані й усі інші властивості організму, якими є подразливість, ріст, розвиток, адаптивність та ін.

Основа будь-яких фізіологічних функцій – перетворення речовин та енергії, які відбуваються в клітинах. Поживні речовини, що надходять в організм, потрапляють до клітин і вступають у хімічні реакції розпаду, обміну, заміщення, сполучення, окиснення, відновлення. Ці хімічні перетворення речовин супроводжуються фізичними процесами перетворення енергії. Хімічна енергія сполук після їхнього розпаду може перетворюватися в механічну енергію скорочення м’язів, електричну енергію імпульсів для діяльності нервової системи, променеву енергію теплового випромінювання. Частина звільненої енергії використовується клітинами для утворення власних речовин, необхідних для розмноження, росту, оновлення органел, регенерації тканин тощо. Інша частина енергії перетворюється в теплоту, що її організм виділяє в навколишнє середовище.

Під час обміну речовин та перетворення енергії в організмі людини здійснюється низка функцій, а саме: 1) пластична (забезпечення потреб організму в речовинах); 2) енергетична (забезпечення потреб організму в енергії); 3) гомеостатична (підтримання сталості внутрішніх умов для життєдіяльності організму).

Отже, ОБМІН РЕЧОВИН ТА ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ – сукупність фізіологічних, хімічних та фізичних перетворень речовин і енергії в організмі від часу їх надходження з навколишнього середовища до виділення продуктів розпаду й тепла.

Які етапи обміну речовин й енергії виділяють в організмі?

Хімічні речовини та енергія їх хімічних зв’язків потрапляють до організму людини через травну систему. Прості сполуки та малі за розмірами молекули всмоктуються й одразу потрапляють у кров. А складні органічні речовини зазнають фізичних й хімічних перетворень, у результаті яких розпадаються на прості сполуки: білки розщепляються на амінокислоти, жири – на жирні кислоти й спирти, вуглеводи – на моносахариди. Ці речовини всмоктуються в кров чи лімфу й переносяться до клітин.

Усередині клітин відбувається другий етап обміну речовин та енергії – внутрішньоклітинний, або проміжний. Основою цього етапу є дві групи процесів:

• процеси синтезу – утворення складних органічних сполук із простих, на які затрачається енергія (асиміляція);

• процеси розпаду – перетворення складних органічних сполук на прості, під час яких енергія виділяється (дисиміляція).

Асиміляція і дисиміляція відбуваються водночас і взаємопов’язані між собою. У результаті розщеплення речовин звільняється енергія, яка затрачається на синтез сполук.

Процеси синтезу не завжди врівноважені з процесами розпаду. Так, в організмі, що росте, переважають процеси синтезу, завдяки чому забезпечується ріст організму. Під час інтенсивної фізичної роботи та в старості переважають процеси розпаду.

Продукти обміну речовин виділяються в тканинну рідину і потім у кров та лімфу, які й транспортують їх до певних органів (печінки, легенів, нирок, шкіри, травного каналу) для видалення з організму.

Отже, в організмі людини відбуваються три основні етапи обміну речовин та перетворення енергії: 1) надходження речовин та енергії в організм; 2) внутрішньоклітинний обмін; 3) виділення речовин і енергії з організму.

Від чого залежить інтенсивність обміну речовин та перетворення енергії?

Обмін речовин та перетворення енергії в організмі людини відбуваються не завжди однаково. У здорової людини це пов’язано з віком, фізичним станом організму, статтю, масою тіла тощо. Так, із віком інтенсивність обміну знижується на 7-10 % кожні десять років, досягаючи в старості свого мінімуму, а простуда чи травми активізують обмінні процеси. Інтенсивність обміну речовин в організмі людини визначається харчовими й енергетичними потребами, що залежать від низки таких чинників.

1. Добові та сезонні зміни в природі, що зумовлюють ритмічність процесів обміну. Так вранці інтенсивність обміну речовин зростає, а вночі знижується, навесні та раннім літом обмін речовин підвищується.

2. Фізичне та розумове навантаження. Інтенсивність обміну речовин і перетворення енергії зростають за умов навантаження тому, що змінюються активність і кількість клітин, які реагують на ці зміни. Найбільший рівень обміну спостерігається в головному мозку, печінці та скелетних м’язах.

3. Споживання їжі. Під час прийому їжі інтенсивність обміну речовин зростає, що пов’язано з травною активністю клітин та органів. Цей ефект у фізіології називають специфічним динамічним упливом їжі.

4. Температура навколишнього середовища. Інтенсивність обміну речовин і перетворення енергії зростає у разі відхилень від температурної норми. Помітним є зростання інтенсивності зі зниженням температури.

Отже, обмін речовин та перетворення енергії в різних клітинах, тканинах, органах та організмах може відбуватися з різною інтенсивністю, що визначається потребами організму та умовами середовища.

Навчаємося пізнавати

Дослідницький практикум

САМОСПОСТЕРЕЖЕННЯ ЗА СПІВВІДНОШЕННЯМ МАСИ Й ЗРОСТУ ТІЛА

Мета: дослідити відповідність між масою тіла й зростом людини та вміти оцінювати ступінь цієї відповідності з використанням методу показників.

Обладнання: ваги, ростомір.

I. Визначення росту й маси свого тіла. Поміряйте зріст, виміряйте масу та порівняйте свої показники зі стандартними показниками таблиць для хлопців та дівчат.

II. Визначення індексу маси тіла (ІМТ) (індекс Кетеле).

Визначаємо індекс: ІМТ = М (кг) / P 2 (м) (дорівнює масі тіла в кілограмах, поділеній на зріст у квадраті в метрах). Ідеальна маса тіла дорослої людини коливається в межах ІМТ від 20 до 25 кг/м 2 . Якщо показники менші, то можна говорити про недостатню масу, якщо більші – про надлишкову масу.

Примітка. ІМТ для дорослих і для дітей обчислюють по-різному. Додатковими параметрами при визначенні індексу стають вік і стать дитини. Нормальний ІМТ у дітей менший, ніж у дорослих – від 15 до 18,5 років залежно від віку. Це пов’язано з різними пропорціями тіла в дітей і дорослих.

Біологія + Хімія

Закон збереження маси речовини Михайло Васильович Ломоносов (1711-1765) пов’язував із законом збереження енергії і розглядав їх як загальний закон природи – закон збереження маси та енергії. По суті, це – універсальний закон, але, як правило, його поділяють на дві частини. Хімія має справу із законом збереження маси, а фізика – із законом збереження енергії. Як формулюються ці закони? Наведіть докази, що ці закони діють і в організмі людини.

Запитання для самоконтролю

1. Що таке обмін речовин та перетворення енергії? 2. Яке значення мають обмін речовин та перетворення енергії? 3. Що таке асиміляція? 4. Що таке дисиміляція? 5. Наведіть приклади чинників, що впливають на обмін речовин і перетворення енергії. 6. Назвіть органи людини з найбільшою інтенсивністю обмінних процесів.

7. У чому полягає сутність обміну речовин та перетворення енергії в організмі людини? 8. Назвіть етапи обміну речовин та енергії в організмі. 9. Від чого залежить інтенсивність обміну речовин та перетворення енергії?

10. Доведіть, що така властивість живого, як обмін речовин та перетворення енергії, характерна і для організму людини.