Процессы дыхания и фотосинтеза являются «привилегией» подданных царства растений. Знание про них является одним из тех обязательных минимумов, которые требуются от школьника, готовящегося к ЕГЭ по биологии.

Определение

Дыхание – это процесс поглощения растениями кислорода и выделение ими углекислого газа.

Фотосинтез – это процесс образования органических веществ при использовании энергии солнца, углекислого газа и воды, который происходит в клетках зеленых растений.

Сравнение

Дыхание – это естественный процесс газообмена, который растения, как все живые организмы, осуществляют с внешней средой. Дыхание происходит во всех органах растения. Оно осуществляется через устьица, чечевички и трещины в коре деревьев.

Процесс дыхания происходит в круглосуточном режиме. Организацией дыхания заняты специальные органеллы клетки – митохондрии.

Отличие дыхания от фотосинтеза

Фотосинтез – это процесс, который невозможен без солнечного света, поэтому он происходит лишь в светлое время суток или при наличии запасенной растениями ранее энергии нашей звезды. Фотосинтез может происходить лишь в клетках растений, которые содержат хлоропласты с пигментом хлорофиллом. Традиционно фотосинтез происходит в листьях, пока они зеленые, в стеблях, в отдельных частях цветка, в плодах.

В процессе дыхания клетки растения поглощают атмосферный кислород, используя накопленные органические соединения, конкретно – крахмал. При этом происходят расход, трата, уничтожение органического вещества. В результате дыхания выделяется углекислота, которая возвращается в атмосферу, и вода, которая остается в середине живого организма.

В процессе фотосинтеза растение поглощает углекислый газ и использует накопленную воду. Под действием энергии солнечных квантов происходит окислительно-восстановительная реакция, результатом которой является образование органических веществ (сахаров или крахмала) и выделение кислорода.

Выводы сайт

1. Дыхание обеспечивает жизнь самого растения, а выделенный кислород и накопленные в результате фотосинтеза органические вещества дают возможность существовать на Земле гетеротрофным организмам.
2. Дыхание происходит в растениях постоянно, а фотосинтез идет лишь под действием солнечного света.
3. В дыхании задействованы все клетки растения, а в фотосинтезе – лишь зеленые.
4. При дыхании кислород поглощается, а при фотосинтезе – выделяется.
5. В дыхании органические вещества расщепляются, а при фотосинтезе – синтезируются.

Дыхание – это процесс поглощения растениями кислорода и выделение ими углекислого газа;

Фотосинтез – это процесс образования органических веществ при использовании энергии солнца, углекислого газа и воды, который происходит в клетках зеленых растений.

Дыхание и фотосинтез имеют одинаковые промежуточные продукты: ФГК, ФГА, рибулоза, ПВК, ФЕП, малат и др. Это говорит о возможности переключения с одного процесса на другой. И дыхание, и фотосинтез – это процессы и окислительные, и восстановительные, и распада, и синтеза. Обязательным участником обоих процессов является вода. При фотосинтезе она служит донором водорода для восстановления НАДФ+, а при дыхании окисление веществ может происходить с помощью кислорода воды.

В чем же разница между дыханием и фотосинтезом?

Дыхание – это естественный процесс газообмена, который растения, как все живые организмы, осуществляют с внешней средой. Дыхание происходит во всех органах растения. Оно осуществляется через устьица, чечевички и трещины в коре деревьев; Процесс дыхания происходит в круглосуточном режиме. Организацией дыхания заняты специальные органеллы клетки – митохондрии; Фотосинтез – это процесс, который невозможен без солнечного света, поэтому он происходит лишь в светлое время суток или при наличии запасенной растениями ранее энергии нашей звезды. Фотосинтез может происходить лишь в клетках растений, которые содержат хлоропласты с пигментом хлорофиллом. Традиционно фотосинтез происходит в листьях, пока они зеленые, в стеблях, в отдельных частях цветка, в плодах; В процессе дыхания клетки растения поглощают атмосферный кислород, используя накопленные орган соед-я (крахмал). При этом происходят расход, трата, уничтожение орган в-ва. В результате дыхания выделяется углекислота, которая возвращается в атмосферу, и вода, которая остается в середине живого организма; В процессе фотосинтеза растение поглощает углекислый газ и использует накопленную воду. Под действием энергии солнечных квантов происходит о-в-ая реакция, результатом которой является образование орган-х в-в (сахаров/крахмала) и выделение кислорода.

Отличия: Дыхание обеспечивает жизнь самого растения, а выделенный кислород и накопленные в результате фотосинтеза органические вещества дают возможность существовать на Земле гетеротрофным организмам; Дыхание происходит в растениях постоянно, а фотосинтез идет лишь под действием солнечного света; В дыхании задействованы все клетки растения, а в фотосинтезе – лишь зеленые; При дыхании кислород поглощается, а при фотосинтезе – выделяется; В дыхании органические вещества расщепляются, а при фотосинтезе – синтезируются.

11.Как можно определить интенсивность дыхания?

Определение интенсивности дыхания зависит от t

Показатели интенсивности дыхания прямо противоположны показателям интенсивности фотосинтеза. Интенсивность дыхания можно определить:

1) по кол-ву выделенного С02; 2) по кол-ву поглощ кислорода; 3) по убыли сухой массы. Все эти три показателя рассчитываются на единицу массы в единицу времени.

Повторите особенности строения пластид, которые вы изучили в предыдущей теме. в клетках каких организмов есть пластиды? Для чего они нужны? вспомните строение хлоропласта. Сколько мембран входит в его состав? Какие структуры образует внутренняя мембрана хлоропласта?

Где происходит фотосинтез

Фотосинтез — это процесс образования живыми организмами органических веществ из неорганических с использованием энергии света. Фотосинтез осуществляют как одноклеточные организмы (цианобактерии и водоросли), так и многоклеточные (водоросли и наземные растения). Фотосинтез может происходить во всех частях организма, содержащих хлоропласты.

В клетках растений процесс фотосинтеза происходит в хлоропластах. Предками хлоропластов были прокариотические цианобактерии.

Эти бактерии превратились в хлоропласты, когда вступили в симбиоз с эукариотическими клетками и поселились внутри них. Кроме хлоропластов существуют и другие типы пластид — хромопласты и лейкопласты. Но фотосинтез в них не происходит.

В результате фотосинтеза из углекислого газа (CO 2) и воды (H 2 O) с помощью солнечной энергии образуются углеводы (C 6 HO 6):

Этот процесс состоит из двух основных фаз — световой и тем-новой (рис. 16.1).

Процессы световой фазы фотосинтеза

В начале световой фазы кванты света улавливаются пигментом хлорофиллом, который находится на мембранах тилакоидов. Энергия квантов света переходит на электроны, которые захватываются молекулами-переносчиками. Энергия этих электронов используется в тилакоидах для синтеза АТФ. Утраченные электроны заменяются электронами, образующимися в результате расщепления (фотолиза) воды под действием света. Суммарное уравнение фотолиза воды можно представить так:

Кислород выделяется как побочный продукт реакции, а протоны Н+ подхватываются молекулами-переносчиками НАДФ (никотин-амидадениндинуклеотидфосфат). Присоединяя к себе протоны, они становятся аккумуляторами энергии (НАДФ^) и используются в темновой фазе для синтеза углеводов.

Таким образом, результатом световой фазы фотосинтеза является образование кислорода, синтез АТФ и восстановление НАДФ.

Процессы темновой фазы фотосинтеза

Темновая фаза фотосинтеза осуществляется в строме хлоропластов. Совокупность реакций, протекающих в этом процессе, называется циклом Кальвина. в нем с участием углекислого газа, поступающего извне, и продуктов световой фазы фотосинтеза НАДФ^ и АТФ образуются молекулы глюкозы.

Эта фаза называется темновой не потому, что происходит в темноте. У большинства растений она происходит днем. Такое название означает лишь то, что свет не принимает в ней непосредственного участия.

Биологическое значение и планетарная роль фотосинтеза

Процесс фотосинтеза является основным способом образования органических веществ на нашей планете. За год фотосинтезирующие организмы образуют более 150 млрд тонн органических веществ. Фотосинтез также обеспечивает поступление в атмосферу кислорода (ежегодно до 200 млрд тонн), который живые организмы используют в процессах дыхания (рис. 16.2).

Следствием фотосинтеза стало также формирование большого количества полезных ископаемых.

Еще одно следствие фотосинтеза — озоновый слой. Он представляет собой тонкий слой нашей атмосферы, который образуется из кислорода под действием солнечного излучения. Наличие этого слоя значительно ослабляет поток ультрафиолетовых лучей, достигающих поверхности планеты. Это предохраняет живые организмы от негативных последствий (значительно снижает риск повреждения молекул ДНК в клетках).

Биологическое значение и планетарная роль клеточного дыхания

Фотосинтез является очень важным процессом не только для растений, но и для других живых организмов. Он является источником кислорода, который организмы могут использовать для производства энергии.

Энергия организмам нужна постоянно: даже когда организм спит, в нем происходит множество процессов. Образуются новые вещества и разрушаются старые, растут и делятся клетки, сердце прокачивает кровь по сосудам — все это требует затрат энергии, которая образуется в результате процессов клеточного дыхания. Именно благодаря клеточному дыханию живым организмам удается поддерживать высокий уровень жизнедеятельности.

Например, оно позволяет тюленям и белым медведям вырабатывать достаточно тепла, чтобы выживать в суровых условиях Арктики.

Крайне важной является планетарная роль клеточного дыхания. Зеленые растения непрерывно производят кислород, и поддерживать его содержание в атмосфере на определенном уровне возможно только благодаря процессам клеточного дыхания. Если равновесие между производством и потреблением кислорода нарушится, то это может привести к катастрофическим последствиям для всей планеты.

Как недостаток, так и избыток кислорода в атмосфере приведет к массовой гибели организмов. Его недостаток будет причиной удушья, а избыток приведет к кислородному отравлению организмов.

Чтобы обеспечить доставку молекул углекислого газа (CO 2) для фотосинтеза, растения открывают устьица на листьях. Но в жарком климате это приводит к большим потерям воды. Поэтому растения из семейств Толстянковые и Кактусовые ночью накапливают углекислый газ в своих клетках в виде определенных соединений, а днем используют его для фотосинтеза. Этот тип фотосинтеза называется САМ-метаболизм (в переводе с английского — метаболизм по типу толстянковых).

Фотосинтез происходит в хлоропластах и состоит из двух фаз — световой и темновой. в ходе световой фазы кванты света улавливаются пигментом хлорофиллом, и их энергия используется для синтеза АТФ. в темновой фазе фотосинтеза за счет АТФ и других продуктов световой фазы происходит фиксация молекул CO 2 и образуются молекулы глюкозы. Живые организмы в процессе фотосинтеза кислород производят, а в ходе клеточного дыхания — потребляют. Эти процессы совместно обеспечивают благоприятные условия для существования на Земле живых организмов.

Проверьте свои знания

1. Какие типы пластид существуют? 2. в каких пластидах происходит фотосинтез? 3. Кроме хлорофилла в пластидах растений есть и другие пигменты. Для чего они им нужны? 4. Какие процессы происходят во время фазы фотосинтеза: а) световой б) темновой? 5. Сравните световую фазу фотосинтеза и аэробное дыхание. 6. На конкретных примерах объясните, в чем заключается планетарная роль клеточного дыхания. 7*. Из дополнительных источников ознакомьтесь с Cg-фотосинтезом и ^-фотосинтезом. Сравните растения с этими типами фотосинтеза.

Это материал учебника

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?

Процесс дыхания растений

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.

От чего зависит дыхание 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.

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.

Что происходит с растениями зимой?

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?

Как дышат растения?

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 мм 2 листа в среднем составляет 300! Меньше устьиц обнаружено в листьях традесканции - 14 на мм 2 , а больше всего - в листьях дуба болотного - 1200 на мм 2 . 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.

Могут ли растения жить без кислорода?

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).