Растения поглощают кислород и выделяют углекислый газ в процессе

Обновлено: 04.07.2024

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.

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.

Получение энергии в группе цианобактерий

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.

Схематический процесс 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 …

Растения, как все живые организмы, в процессе дыхания поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Газообмен у них происходит через устьица на листьях, а также через чечевички на стеблях и трещины в коре. Внутри тканей кислород следует по межклетникам, потом проникает в клетки. Доступ кислорода ко всем органам растения — одно из основных условий жизни.

При плохой обработке почвы или на переувлажненных почвах корням растений не хватает воздуха и, следовательно, кислорода. Поэтому при застое воды на отдельных участках поля большинство растений погибает. Ведь растения, так же как люди или животные, умирают без кислорода. Но у них потребность в кислороде меньше, чем у животных, и у них нет таких сложных органов дыхания.

Дыхание

Дыхание — это поступление в организм кислорода и удаление углекислого газа, а также использование кислорода для окисления органических веществ с освобождением энергии (Рис.1).

Рис.1 Сравнение дыхания и фотосинтеза растений

Дыхание	Признак	Фотосинтез
Кислород	1.Поглощаемый газ	Углекислый газ
Углекислый газ	2.Выделяемый газ	Кислород
Чечевички, устьица, кожица семян и т.д.	3.Пути газообмена	Только через устьица
Во всех живых клетках	4.В каких клетках происходит	Только в зеленых клетках, содержащих хлорофилл
Получение и использование энергии из питательных веществ на рост и развитие	5.Роль в жизни растений	Запасание энергии света в виде питательных веществ

Во время дыхания часть органических веществ расходуется. Например, прорастающее зерно теряет 3-10% сухого вещества. Чем более неблагоприятна oкружающая среда для прорастания, тем больше требуется питательных веществ и тем интенсивнее дыхание проростка. Энергия, выделяемая во время дыхания, затрачивается на рост и развитие органов растений. Подтвердим опытным путем поглощение прорастающим семенем кислорода и выделение им углекислого газа (Рис.2).

Рис.2 Поглощение кислорода и выделение углекислого газа прорастающими семенами (1-влажные семена, 2-сухие семена)

Возьмем 2 широкогорлые стеклянные банки и в одну из них положим проросшие семена гороха (20-30 шт.). В другую — столько же сухих, непроросших семян гороха. Банки плотно закрываем крышками и ставим в теплое место. Через неделю в банку с сухими семенами опустим горящую свечу. Свеча не потухнет, будет продолжать гореть. Поскольку дыхание сухих семян замедленное, за неделю они не успели поглотить весь кислород из воздуха в банке.

В банке с проросшими семенами свеча сразу же погаснет. Почему? Проросшие семена дышат интенсивно, поэтому они поглотили весь кислород в банке и насытили воздух углекислым газом. Во время набухания и прорастания семян и дальнейшего развития растений дыхание в тканях усиливается. Межклеточные воздушные пространства в тканях растений облегчают движение газов.

Влияние различных условий на дыхание растений

Интенсивность дыхания у разных частей растения неодинакова. Наиболее высока она у молодых быстро растущих органов и тканей. С окончанием периода активного роста растений дыхание их тканей ослабевает. Активнее дышат высокогорные и светолюбивые растения (по сравнению с теневыносливыми). Дыхание растений усиливается с повышением температуры, когда речь идет о потеплении. Но в зной оно ослабевает, а при 45-50°С почти прекращается. Таким образом, на дыхание растений влияют различные факторы.

1. Влияние воды.

Сухие семена (10-12% влаги) дышат очень слабо. Если содержание влаги в семенах достигает 33%, то дыхание усиливается, расход питательных веществ увеличивается, и семена начинают прорастать. Поэтому при хранении в зернохранилищах влажность зерна не должна превышать 12-14%. Только в таких условиях семена могут долго храниться.

2. Влияние температуры.

Чем выше температура окружающей среды, тем интенсивнее дышат семена. Даже зимой при температуре -20-25°С дыхание растений не прекращается, оно лишь замедляется. Дыхание семян прекращается при температуре +50°С. Зимой в клубнях картофеля, хранящегося при низкой температуре, дыхание замедляется.

3.Влияние света.

При наличии достаточной освещенности дыхание растений ускоряется. Теневыносливые растения дышат слабее светолюбивых. Если поместить молодые проростки в темное место, их дыхание немного замедлится.

4.Влияние воздуха.

Всему живому на Земле, кроме некоторых бактерий, необходим кислород. Мы дышим воздухом, в котором кислород находится в определенном соотношении с другими газами (азот, инертные газы, углекислый газ).

Когда в воздух попадают отходы промышленного производства, это соотношение изменяется, что может оказаться губительным для растений, животных и человека.
В последнее время можно часто слышать выражения озоновые дыры, и парниковый эффект. Эти явления связаны с состоянием воздушной оболочки Земли. Накопление вредных веществ в атмосфере оказывает отрицательное воздействие на все живое, и на растения в том числе. Их дыхание замедляется.

Какие же вещества загрязняют воздух?

Вот главные из них:

1.Углекислый газ, выделяемый всеми живыми организмами, обитающими на Земле.
2.Отходы производства и газы, выделяемые заводами и фабриками, прежде всего угарный газ, зола, сажа, пыль, копоть, дым.
3.Выхлопные газы автомобилей.
4.Ядовитые газы, выделяемые синтетическими веществами, созданными химическим путем.
5.Пылевые частицы ядохимикатов, используемых в сельском хозяйстве.

Рост и развитие растений в условиях загрязненной атмосферы замедляются.
Они быстро подвергаются различным вредным воздействиям. Таким образом, воздух необходим не только для надземных органов растений, но и для корней, находящихся в почве. Если не будет обеспечен достаточный приток воздуха к корням, их дыхание замедлится, и они погибнут. Если корни постоянно покрыты водой, они загниют. Корни обеспечивают всю надземную часть растения питательными веществами и водой. Без них само растение неминуемо погибнет.

Роль зеленых растений:

1.Создание органических веществ.
2.Поступление кислорода в атмосферу
3.Поддержание постоянного содержания углекислого газа.
4.Участие в создании почв.

Зеленые растения запасают энергию космического светила — Солнца в виде органических веществ, используемых живыми существами нашей планеты.

Дыхание — это процесс, происходящий во всех живых организмах: поглощение кислорода и выделение углекислого газа. Кислород используется для окисления органических веществ, чтобы извлечь из них энергию. Растения запасают энергию солнечного света в виде органических веществ в ходе фотосинтеза и используют эту энергию, окисляя вещества в ходе дыхания, В целом, растения интенсивнее фотосинтезируют, чем дышат.

Всем известно, что растения способны поглощать углекислый газ. Не поэтому ли в лесах и парках столь свежий, чистый воздух?! В конце XVIII века ученые установили, что растения не только поглощают углекислый газ, но и выделяют его. Этот процесс получил название дыхания растений.

Дыхание — это общая особенность всех живых организмов на нашей планете. Одни организмы дышат в привычном для нас смысле, другие — в непривычном. Конечно, отличия в процессе дыхания человека и зеленого побега колоссальны. Но все же растения, как и мы, дышат и нуждаются в воздухе.

Суть дыхания растений сводится к поглощению кислорода, как это происходит и в человеческом организме. Поэтому можно смело утверждать, что дыхание растений и животных устроено по одному принципу. Кислород, поглощаемый в небольших количествах, взаимодействует с органическими тканями растений, что приводит к образованию углекислоты и воды.

Дыхание растения происходит на всех его клеточных уровнях, а орган дыхания растений — это вся его поверхность. В процессе дыхания растения поглощают большую часть кислорода в ночное время, пока солнце неактивно и процесс фотосинтеза останавливается. С наступлением утра фотосинтез запускается вновь, а интенсивность дыхания растений снижается. Выходит, различная интенсивность дыхания растений на протяжении дня позволяет не расходовать энергию зря. Это уравновешивает два процесса и дает растению возможность продолжать свой рост.

Биология

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.

Дыхание растений

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.

Устьица

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.

Чечевички

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.

Строение устьиц

Какая часть корней участвует в обмене дыхательных газов ?

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

Читайте также: