Интересный факт из биологии, что процесс фотосинтеза осуществляется только днем с использованием энергии Солнца. Откуда растения получают энергию ночью, когда фотосинтез невозможен? Что происходит зимой, когда деревья сбрасывают свои зеленые листья? Неужели жизнь растения совсем замирает? В статье мы узнаем всё о дыхании растений.

Первое, что мы обычно узнаем о растениях на уроках биологии - это то, что они снабжают нас кислородом и очищают воздух от углекислого газа. Да, действительно, растения в процессе фотосинтеза используют СО2 для синтеза сахаров и выделяют кислород. А как же дыхание? Дышат ли растения?

Растения так же, как и мы с вами, относятся к аэробным организмам, а это значит, что для их жизнедеятельности нужен кислород. В растительных клетках, как и в клетках других ядерных организмов, есть "энергетические станции" - митохондрии. Для чего?

В процессе дыхания органические вещества (как правило, углеводы) "сгорают" в митохондриях с использованием кислорода. Синтезируется энергетическая валюта клеток - АТФ, образуются вода и углекислый газ, а часть энергии выделяется в форме тепла.

Итак, фотосинтез у растений происходит на свете, а дыхание - 24 часа в сутки! Фотосинтез осуществляют только зеленые части растений, а дышат все его части!

Днем, когда фотосинтез и дыхание осуществляются одновременно, количество кислорода, образующегося обычно превышает количество выделенного углекислого газа. Ночью в воздух выделяется только углекислый газ.

Именно с этим связано существование ложных представлений о растениях-вампирах, которые отбирают энергию (это объясняют чрезмерным потреблением кислорода и выделением углекислого газа). Но приходилось ли вам ночевать когда в лесу в палатке?

Наверное, дышалось легко и никто не почувствовал недостатка кислорода. Надо понимать, что количество выделенного растением углекислого газа или поглощенного кислорода ночью незначительная по сравнению с тем количеством кислорода, которое она выделяет в день.

На самом деле люди, дыша, выделяют значительно больше углекислого газа, чем растения. Для того, чтобы образовалось столько углекислого газа, сколько его выделяет обычный человек, надо бы было почти 10000 кг растений! Если в вашей спальне их именно столько - открывайте двери и окна. Столько нет? Спите спокойно!

Итак, комнатные растения - прекрасные поставщики кислорода, особенно в зимний период. Многие из них обладают бактерицидными свойствами, а один из лучших способов очистки воздуха - правильное озеленение комнаты, в том числе использование растений, которые выделяют фитонциды (природные антибиотики). Установлено, что люди, у которых дома много растений, гораздо реже болеют, в частности гриппом.

Дышат все части растений: листья, стебли, корни и даже цветы. Интересно, что корни дышат слабее, чем фотосинтезирующие листья. А лепестки цветов (видоизмененные листья) дышат в 18-20 раз активнее, чем листья. Лиственные деревья дышат активнее, чем хвойные, а у растений засушливых земель - суккулентов - скорость дыхания очень низкая.

Интенсивность дыхания зависит от многих факторов: времени года, времени суток, температуры, интенсивности освещения и др.

Всего в процессе развития клеток, тканей, органов растений интенсивность дыхания сначала растет, достигает максимума на время максимальной скорости роста, а затем постепенно снижается. Человек также больше энергии требует в период активного роста.

Молодые деревья тратят треть суточных продуктов фотосинтеза на дыхание. Части растений, завершили рост (старые листья, стебли, древесина или созревшее семена) имеют невысокую интенсивность дыхания, но она никогда не падает до нуля.

У растений также бывают периоды кратковременного и усиленного дыхания. В сочных плодах перед полным созреванием происходит временная (2-3 дня) активация дыхания - климактерический подъем дыхания. Примером проявления активного дыхания растений является высокое содержание углекислого газа (до 13%, в норме - 0,03%) в атмосфере элеваторов, где хранят зерно.

Вследствие дыхания образуется вода, которая увлажняет семена, и выделяется тепло. Дышать в таких помещениях очень трудно. Температура семена на элеваторах может достигать + 60-90 ° С, и тогда семена "горят" и теряют способность прорастать.

Дыхание зависит и от атмосферного давления. Американский биолог Фрэнк Браун обнаружил, что дыхание в клетках ячеек клубней картофеля усиливается за роста атмосферного давления и наоборот. Глазки картофеля на двое суток раньше, чем барометр "предусматривают" изменение погоды. Перед дождем, то есть за снижения давления, они задерживают дыхание.

Дыхание растений происходит при различных температурах от -25 ° С до + 50- 60 ° С. Для большинства растений минимальная температура дыхания составляет 0 ° С. В промежутке температур от 0 ° C до 30 ° C с повышением температуры на каждые 10 ° C интенсивность дыхания возрастает только в 2 раза. При температурах свыше 40-50 ° C дыхания замедляется.

Высокие температуры - одна из причин усиленного дыхания тропических растений, которые "сжигают" 70-80% суточных продуктов фотосинтеза. Самая благоприятная температура для дыхания 35-40 ° С, для фотосинтеза она ниже на 5-10 ° С. Поэтому при высоких температурах растение интенсивно расходует органические вещества, а их синтез почти прекращается, что приводит к снижению урожая многим видам растений.

Да, растения продолжают дышать зимой! Летних запасов углеводов вполне достаточно для того, чтобы пережить зиму и восстановить рост весной. Почки плодовых деревьев дышат с -14 ° С, а хвоя сосны - даже при -25 ° С!

Усиливаются процессы дыхания у растений, пораженных болезнью. Профессор Калифорнийского университета С. Е. Ярвуд измерял температуру листьев растений, инфицированных вирусом или грибком, и сравнивал ее с температурой здорового растения. Температура больных частей растения повышалась аж на 2 ° С.

Разве не напоминают вам растения больных детей? Вспомните себя с температурой 38,6 ° С. Повышенная температура в устойчивых к заболеванию растений длится дольше, чем у неустойчивых. Оказывается, что в таких условиях в клетках синтезируются защитные фенольные соединения, ядовитые для возбудителей болезни. Усиленно дышат и раненые растения, что тоже приводит к заметному повышению их температуры в участках повреждения.

Дыхание - это не только процесс поставки энергии для роста и развития растительного организма. От дыхания зависит поглощение воды и питательных минеральных элементов. На промежуточных этапах дыхания образуются соединения (органические кислоты, сахар), используемых в различных реакциях обмена веществ. В засушливых условиях вода выделяется при дыхании, что может уберечь растение от обезвоживания! Подобно механизмам обеспечения водой верблюда, правда?

Растения не имеют специальных органов дыхания, похожих на наши легкие. Кислород поступает к ним через естественные отверстия. Кроме этого, растения используют тот кислород, который образуется в процессе фотосинтеза. Надземные части растений получают кислород из воздуха непосредственно через поры.

Поры в листьях - это устьица, Поры на ветвях деревьев - чечевички. Как правило, устьица находятся с нижней стороны листочка. Они образованы особыми замыкающими клетками, содержащие зеленый пигмент хлорофилл. Через щель в листочек поступает воздух и испаряется влага.

На листочках водных растений, листья которых плавают на поверхности воды (например, кувшинки), устьица расположены только на верхней поверхности листа. Количество устьиц на 1 мм² листа в среднем составляет 300! Меньше устьиц обнаружено в листьях традесканции - 14 на мм², а больше всего - в листьях дуба болотного - 1200 на мм². Корни растений имеют поры.

На берегах Юго-Восточной Азии, Океании, Австралии, Мадагаскара, Экваториальной Африки на грани моря и суши растут мангровые растения. К ним относятся около 40 видов деревьев и кустарников, приспособившиеся к приливам, во время которых они до верхушки кроны погружаются в воду.

Мангры называют растениями-амфибиями. Во время отлива обнажается илистый грунт, пронизанный корнями и почти без кислорода. Как же мангровые растения выживают в таких условиях?

Мангры получают кислород с помощью особых дыхательных корней-пневматофор, которые, в отличие от обычных, растут вверх, имеют пористое строение и большие межклетники, заполненные воздухом. К условиях недостатка кислорода приспособлены и листья таких растений.

Так, авиценния - растение, названная в честь древнего персидского учёного-энциклопедиста врача и философа Авиценна, - во время прилива почти вся покрывается
водой, а нижняя поверхность ее листьев густо опушенная. Под водой между волосками задерживаются пузырьки воздуха, кислород которого растение использует во время затопления. А корни авиценнии - это прямостоячие вырасти, поднимающиеся на 20-25 см над поверхностью почвы. Благодаря хорошо развитой системе межклетников, воздух легко поступает в корень.

Пневматофоры есть не только у мангров, но и у растений, растущих на пресноводных болотах тропических и умеренных широт. В Новой Гвинее они есть у ротанговой пальмы, которую используют для изготовления мебели. Стебли этой лианы достигают иногда 200-300 м.

В Северной Америке пневматофоры у болотного кипариса - дерева, произрастающего в 35-45 м с диаметром ствола до 2 м. Цилиндрические пневматофоры этого дерева выступают над поверхностью почвы, особенно у растений, произрастающих недалеко от воды. На болоте люди могут ходить по пневматофору, как по мостовой. Мексиканцы устраивают в них улья.

В воздухе содержится примерно 21% кислорода.
Этого вполне достаточно для нормальной жизнедеятельности растений. Правильный уход за растениями способствует нормальному дыханию. Регулярно мойте или протирайте листики от пыли. Но помните, что с опушенными листочками делать это нужно очень осторожно, желательно использовать специальную кисточку.

Есть случаи, когда растения оказываются в условиях недостатка кислорода. Чаще всего эта проблема касается корней. В хорошо аэрированной почве кислорода не меньше, чем в воздухе - 7-12%, в плохо обработанном его содержание снижается до 2%. Именно поэтому не стоит обильно поливать комнатные растения.

Блокировка доступа воздуха к корням приводит к тому, что растение буквально тонет в воде загнивают корни, листочки опускаются и желтеют.

Как помочь такой ситуации?

Выньте растение из горшка, очистите от почвы, промойте и осмотрите корни. Если они прочные и невредимы, пересадите растение в горшок со свежей, чуть увлажненной землей. На дно горшка насыпьте керамзит или мелкие глиняные черепки (дренаж), что будет способствовать лучшему газообмена корней.

Поместите горшок в затененное место подальше от прямых солнечных лучей и поливайте только тогда, когда верхний слой почвы подсохнет вглубь на несколько сантиметров. Еще меньше кислорода в очень заболоченных почвах. В них корни повреждаются, отмирают, и рост растений замедляется или вовсе прекращается.

Мимоза, которая способна моментально составлять свои листочки в ответ на прикосновение, в анаэробных условиях цепенеет и не реагирует ни на одно раздражение.

Выдающийся французский ученый Луи Пастер показал, что растения в среде без кислорода образуют не только СО2, но и спирт. В естественных условиях это возможно при вымокании.

Спирт обнаруживают даже в воде у растений. Вследствие частых разливов в бассейне реки Амазонки образуются непроточные мелкие водоемы, которые очень хорошо прогреваются и освещаются. Затопленые растения таких водоемов превращают сахар в спирт - происходит процесс брожения.

Местные жители научились использовать такую "воду" для приготовления напитков. Некоторые виды амазонских рыб переходят к нересту лишь тогда, когда в водоемах есть определенное количество спирта. Незначительные количества спирта у плодах яблок, мандаринов и др. Однако некоторые растения, которые живут в условиях постоянного затопления, приспособились к недостатку кислорода.

Так возникли дыхательные корни или пневматофоры у растений мангровых зарослей. Знакомый вам ситник имеет особую ткань - аеренхиму, для которой свойственны большие межклетники, заполненные воздухом.

Аэренхима образуется и в корнях других растений в ответ на недостаток кислорода, Формируются дополнительные корни, которые значительно толще, имеют хорошо развитую аеренхиму и обеспечивают процессы дыхания. Ученые установили, что рогоз, ива, другие болотные растения в условиях нормального обеспечения кислородом дышат в 2-3 раза слабее, чем растения, не приспособленные к кислородному дефицита (горох, фасоль, пшеница или тополь).

Сниженая интенсивность дыхания связана с их низкой потребностью в кислороде. Содержание сахаров в их корнях выше, а расходы за недостатка кислорода экономные. Интересно, что болотные и водные растения в условиях анаэробиозу накапливают не этиловый спирт, а менее ядовитые для растения молочную и яблочную кислоты.

Таким образом, водные и болотные растения приспособились к недостатку кислорода двумя способами: путем изменения обмена веществ и особого строения. Несмотря на полезные приспособления, длительная нехватка кислорода вредит даже таким растениям. Однако благодаря аэренхиме и пневматофору они успешно заселяют субстраты, на которых другие организмы не могут расти.