Зимой когда листья опали растения не осуществляют фотосинтез но они

Обновлено: 05.10.2024

Прежде чем говорить о дыхании растений зимой, я попробую коротко рассказать о самой сущности процесса их дыхания. Дыхание – это процесс, свойственный всем живым организмам, включая и растения. Оно присуще любому органу, любой ткани, каждой клетке, которые дышат в течение всей жизни. Дыхание представляет собой окислительный распад органических веществ, в первую очередь углеводов, в результате, которого высвобождается энергия и образуется углекислый газ (CO2) и вода (H2O). Вещество, распадающееся в процессе дыхания, получило название дыхательного субстрата. По существу, дыхание ничем не отличается от горения. Принципиальное отличие дыхания состоит в том, что это многоступенчатый ферментативный процесс. Постепенность окисления обеспечивает образование большого количества промежуточных продуктов, которые используются в качестве полуфабрикатов для различных биосинтезов, а также выделение отдельных порций энергии и возможность их запасания в специальном химическом соединении (АТФ). В этом и состоит основное физиологическое значение процесса дыхания.
Основной путь окисления углеводов в растении состоит из двух стадий – аэробной и анаэробной. В соответствии с современными представлениями процесс дыхания включает два этапа. В ходе первого этапа, которому кислород не нужен, дыхательный субстрат, например глюкоза, распадается до пировиноградной кислоты, которая в ходе второго этапа может окисляться в присутствии кислорода (O2) до CO2 и воды – аэробная стадия. Если же процесс превращения пировиноградной кислоты в ходе второго этапа осуществляется без присутствия кислорода в анаэробных условиях, протекает брожение с образованием CO2 – анаэробная стадия. Анаэробная и аэробная стадии превращения дыхательного субстрата являются двумя сторонами единого дыхательного процесса. В отсутствии кислорода основным источником энергии в клетке служит брожение, а в аэробных условиях – окислительное расщепление дыхательных субстратов. Энергетическая эффективность анаэробного процесса дыхания значительно ниже аэробного дыхания.
Процесс дыхания у разных растений и их органов неодинаков, и его сравнивают по интенсивности, то есть по количеству выделенного CO2 на единицу массы в единицу времени. Интенсивность дыхания главным образом зависит от потребностей организма в продуктах дыхания и в первую очередь в АТФ. Как правило, более молодые растущие органы и ткани дышат интенсивнее. Так, максимальная интенсивность дыхания листьев и корней в их молодом возрасте снижается по мере уменьшения скорости роста. При старении листьев часто наблюдается временное повышение интенсивности дыхания, однако его энергетическая эффективность при этом снижается. Субстратом для дыхания растений могут служить не только глюкоза, но и жиры, белки, предварительно подвергнутые гидролизу, а также и органические кислоты.
Помимо зависимости дыхания растений от внутренних факторов существует зависимость его и от внешних факторов, к которым относятся содержание воды в растении, температура окружающего воздуха и почвы, степень аэрации, наличие у растения болезней или повреждений насекомыми, а также других механических повреждений. Недостаток влаги влияет на все процессы жизнедеятельности. С усилением водного дефицита, прежде всего, подавляется рост, затем фотосинтез и в последнюю очередь дыхание. Причем если интенсивность дыхания уменьшается примерно в 2 раза, то интенсивность фотосинтеза в 5 раз. При быстром нарастании водного дефицита часто наблюдается вспышка дыхания, но его энергетическая эффективность при этом снижается. Все это неблагоприятно сказывается на жизнедеятельности и продуктивности растений.

Зимний фотосинтез вечнозеленых растений.
В районах с мягкими зимами у вечнозеленых растений фотосинтез осуществляется в течение всего года. В местах с суровыми зимами фотосинтез может быть незначительным несколько недель или месяцев.

Наблюдаемое поглощение СО2 или прирост сухой массы в течение зимы были установлены для сосны ежовой и сосны ладанной на юге Соединенных Штатов, для сосны замечательной и сосны обыкновенной в Аберистуите (Уэльс) и для широколистных вечнозеленых растений в Северной Италии. Деревья дугласии накапливали значительные количества продуктов фотосинтеза зимой в мягких климатических условиях прибрежного района северо-запада Соединенных Штатов. В засушливый год чистый прирост продуктов фотосинтеза в течение зимы приближался к 1/4 общего прироста за весь год. Вдоль всей прибрежной зоны Норвегии у сосен и елей уменьшалась сухая масса в течение коротких периодов зимой, но за всю зиму у них обнаружился чистый прирост, доказавший превышение фотосинтеза над дыханием. Сухая масса сеянцев ели ситхинской в Южной Шотландии удваивалась за период с конца сентября и до середины апреля. Большая часть прироста приходилась на конец марта - начало апреля, но некоторое количество сухой массы накапливалось в середине зимы.

В районах с холодными зимами интенсивность фотосинтеза у вечнозеленых растений наблюдалась вплоть до точки замерзания или даже немного ниже. Например, около Мюнхена поглощение СО2 елью европейской происходило в дни, когда температура воздуха была немного ниже нуля. В долине около Инсбрука (Австрия) фотосинтез ели европейской продолжался и зимой до наступления сильных морозов. Однако на границе древесной растительности около горы Патчеркофель морозная погода в ноябре (от -10° до -15°) вызвала прекращение фотосинтеза. Пизек и Випклер (1958) показали, что интенсивность нетто-фотосинтеза ели европейской и сосны кедровой европейской была заметной до поздней осени. Последующие изменения температуры на несколько градусов ниже и выше нуля вызывали колебания поглощения СО2. Как только температура падала ниже -4° или -5°С, фотосинтез прекращался. Если же после этого морозы повторялись в течение нескольких ночей, то днем фотосинтез был ингибирован, даже если температура поднималась выше нуля. После мороза от -6° до -8°С нетто-фотосинтез прекращался, и требовалось несколько дней с мягкой погодой для восстановления фотосинтетической способности. Полностью фотосинтез возобновлялся с повышением температуры весной. Особенно это касалось частей кроны, в которых происходил распад хлорофилла в течение зимы. Весной вместе с колебаниями температуры колебалась и интенсивность фотосинтеза. Следовательно, фотосинтетический аппарат оставался функционально активным только до тех пор, пока зимой не наступали морозы, У верхней границы распространения леса температуры были в течение 4-5 месяцев такими низкими, что фотосинтез по существу был невозможен.

Пользуйтесь, пожалуйста, поисковиками.

Оказывается, у них есть особый — зимний — режим фотосинтеза. Правда, кислород во время этого процесса не вырабатывается, зато иголки в целости и сохранности.

Сосна Старый Тикко в Швеции. Фото © Wikipedia

Этому дереву 9550 лет. Такие цифры выдал радиоуглеродный анализ. Это обыкновенная сосна, Pinus sylvestris. Она растёт по всей Евразии. Конкретно этот экземпляр нашёл профессор шведского Университета Умео Лейф Куллман на горе Фулуфьеллет в центре страны. Он назвал его Старым Тикко (в честь своей собаки). Теперь это одна из главных достопримечательностей расположенного в тех местах национального парка. По оценкам исследователей, старейшее из известных отдельно стоящих деревьев.

Не в последнюю очередь из-за него биологи из того же университета задались вопросом о секретах живучести хвойных. Больше всего их интересовало, что именно происходит внутри иголок зимой. И дело не только в промёрзшей земле и, как следствие, полном отсутствии воды. Как с этим справляются вечнозелёные, вполне понятно — для того природа и наградила их тонкими иголками вместо плоских листьев. Меньше площадь поверхности — меньше испарения. Плюс слой воска на каждой иголочке. Но есть ещё одна проблема. На самом деле тяжелее всего хвойным деревьям приходится даже не зимой, а ранней весной. Ещё очень холодно, а солнца уже довольно много. И это весьма неудачное сочетание: интенсивный свет в морозные дни может навсегда разрушить белки, необходимые для фотосинтеза. Спрашивается, как же хвойным удаётся этого избежать?

Учёные три зимы подряд рассматривали сосны в микроскоп. Как они подчеркнули, работать приходилось не где-нибудь в тёплой лаборатории, а прямо на морозе. Чтобы увидеть, что творится в хвоинках в условиях суровой зимы.

Как выяснилось, хвойные деревья зимой переходят на особую — "сокращённую" — схему фотосинтеза. Надо сказать, это вообще невероятно сложный процесс. В растениях работают два совершенно разных светособирающих комплекса: фотосистема I и фотосистема II. Правда, в порядке очерёдности получается, что сначала запускается вторая, а потом первая. Фотосистема II вырабатывает кислород из воды. Фотосистема I участвует в преобразовании углекислого газа. Летом действуют оба аппарата, но зимой они полноценно работать не могут — как минимум потому, что нет доступа к воде в жидком виде. Возникает вопрос: что делать с весенними лучами? Как установили учёные, хлорофиллы в фотосистеме II поглощают свет, но для собственных процессов его не используют, а передают энергию фотосистеме I. Измерения показали, что как раз ранней весной в фотосистему I поступает максимум "донорского" света. А там вся эта энергия рассеивается специальным пигментом. Таким образом удаётся благополучно пережить мороз и солнце и дождаться потепления, чтобы снова начать выработку кислорода.

Биологи уверены, что без этой способности хвойные деревья не могли бы оставаться вечнозелёными и выживать там, где другие растения жить не могут. А без них на Севере не могли бы выжить и люди — это был и материал для строительства домов, и дрова. И, наконец, ещё один занятный вывод учёных: трудно представить, что бы мы наряжали под Новый год, не будь на свете хитрого зимнего фотосинтеза.

Растения

Хвойные деревья осуществляют процесс фотосинтеза и питаются полезными веществами. Однако в отличие от большинства растений, они остаются зелеными даже зимой, во время суровых морозов. И пока остальные деревья ждут наступления теплоты, чтобы снова расцвести, хвойные гордо носят иголки. Но идет ли у них фотосинтез в это время года?

Интересные факты о хвойных

Хвойные деревья обладают рядом уникальных особенностей, которые не свойственны остальным растениям. Благодаря этому, с ними связано несколько интересных фактов:

В хвое большинства деревьев присутствует много витамина С.
У елей и некоторых других хвойных ветки, расположенные в верхней части ствола, гораздо пышнее, чем внизу. Это связано с тем, что на них попадает больше света.
Большинство хвойных являются долгожителями. Например, мамонтовое дерево может расти на протяжении 3 тысяч лет.
Многие грибы растут исключительно вблизи хвойных деревьев, например, маслята и т.д.
Зимой внутри хвойных лесов теплее, чем за их пределами, поскольку кроны деревьев задерживают тепло.

Также в хвойных лесах встречается разная живность. Животные обитают в этой среде из-за благоприятных условий, а некоторые, например, белки, любят кормиться кедровыми орехами и другими плодами.

Идет ли зимой фотосинтез у хвойных?

Фото ветки хвойного дерева крупным планом

Фотосинтез – это процесс, в ходе которого, под воздействием света, хлорофилл внутри растения из воды и углекислот образует органические вещества, выделяет кислород. Выполняется он и внутри хвойных деревьев. Однако по своим свойствам он схож с тем, что происходит в клетках других растений. Поэтому фотосинтез у хвойных в полной мере осуществляется в основном в плюсовую погоду.

Интересный факт: у хвойных деревьев фотосинтез происходит быстрее, чем у обычных деревьев, поскольку так они получают все необходимые вещества без использования корневой системы.

Если же температура опускается ниже -5 градусов Цельсия, деревья прекращают образование органики и выделение кислорода. Хлорофилл также продолжает поглощать солнечные лучи, но внутри иголок содержится недостаточно жидкости для фотосинтеза.

Однако стоит температуре снова стать плюсовой, у дерева появится возможность накопить влагу и возобновить производство органических веществ.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Читайте также: