Чем дышат растения кислородом или углекислым газом

Чем дышат растения кислородом или углекислым газом

Все растения на нашей замечательной планете выделяют кислород: деревья на вашей улице, водоросли в парковом пруду, маленький кактус на вашем окне. На суше этот процесс незаметен: мы не видим, как растения выделяют кислород, так же как мы не видим его, когда вдыхаем. Но под водой можно заметить, как над водорослями появляются крошечные пузырьки. Благодаря растениям кислород составляет более 1/5 атмосферы Земли — идеальное соотношение для нашего дыхания. В XVII веке ученые начали понимать, что растения выделяют кислород. Вначале они удивлялись, откуда брался кислород в воздухе, ведь, по их предположениям, атмосфера должна была его терять. В конце концов, день и ночь во многих местах на планете горит огонь, сжигая при этом кислород. Миллиарды животных вдыхают кислород, используют его и выдыхают затем углекислый газ. Почему в воздухе не увеличивается процент углекислого газа? И почему кислород еще до сих пор не исчез?

Некоторые ученые заметили, что свеча в маленьком закрытом пространстве со временем, израсходовав весь кислород, затухает. Однако она снова разгорается, если некоторое время в этом пространстве подержать живое зеленое растение. Стало очевидным, что растения выделяют кислород. Но, как и почему?

Вот как все происходит. Зеленые растения используют энергию солнца для производства пищи для себя — сахара. Для выработки сахаров и крахмала они берут воду из почвы и углекислый газ из воздуха. Другими словами, кислород высвобождается, когда растения питаются, то есть он является таким же побочным продуктом на фабрике по производству пищи для растений, как и приятный аромат в пекарне во время приготовления хлеба.

Зеленый цвет в листьях растений — важнейшая составляющая этого необыкновенного процесса, поскольку это цвет пигмента хлорофилла. Помните воду, которую растения всасывают из почвы? Каждая молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Хлорофилл в листьях растений использует энергию солнечного света для расщепления молекул воды, отделения водорода от кислорода.

Некоторые атомы вновь «склеиваются» вместе, опять превращаясь в воду. При этом высвобождается гораздо больше энергии, чем нужно растению; растение использует энергию для производства вещества, называемого АТФ (аденозинтрифосфат). АТФ забирает углерод из углекислого газа и водород из расщепленной воды, превращая все это в сахара — пищу для растений! Кислород из расщепленной воды просто остается в воздухе. Таким образом, атмосфера Земли постоянно обогащается кислородом, потому что растения любят сладкое. Весь этот процесс называется фотосинтезом — в переводе с греческого, это означает «соединять при свете».

Ночью, когда света нет, растения ведут себя подобно людям — потребляют кислород из воздуха, выделяя углекислый газ. При дневном свете растения также «вдыхают» немного кислорода, но в основном в них протекает процесс фотосинтеза, в ходе которого выделяется намного больше кислорода, чем они потребляют.

Фотосинтез, обогащающий атмосферу кислородом, и дыхание животных, насыщающее ее углекислым газом, уравновешивают друг друга. Но с XIX века уровень содержания углекислого газа начал быстро расти. Поскольку углекислый газ поглощает солнечное тепло, все большие опасения вызывает «парниковый эффект», в результате которого средние температуры на Земле повышаются. А ведь даже незначительное их повышение может вызвать засухи, увеличить площади пустынь, что повлечет за собой уменьшение количества продовольствия на Земле.

Выходом из положения, возможно, станет создание новых автомобилей и фабрик, которые будут сжигать меньше бензина и угля, тем самым производя меньше углекислого газа. Также очень важно положить конец вырубке тропических лесов, ведь они — основные поставщики зеленых растений на Земле, которые очищают воздух от избыточного углекислого газа и постоянно поставляют нам кислород для дыхания.

Установлено, что биохимические реакции, протекающие в организме человека и животных, одинаковы. Дышат ли растения? В ходе многих экспериментов на этот вопрос ученые дали положительный ответ.

Общие сведения

Атмосфера Земли в древние времена была лишена кислорода. Однако углекислого газа было довольно много. В процессе эволюции у растений выработалась способность к его поглощению. В результате энергия солнечного света преобразовывалась в питательные вещества., а в атмосферу выделялся кислород, что дало жизнь другим организмам. Одним из первых экспериментов, в ходе которого было выяснено, как дышат растения, был опыт со свеклой и капустой. Сначала культуры выращивались на открытом воздухе. Затем половину из них поместили в камеру, где содержание кислорода было около 2.5%. Другая часть осталась на воздухе, в котором О2 было

Как дышат растения на свету и в темноте?

Дело в том, что представители флоры способны очень эффективно использовать солнечную энергию. При наступлении темноты происходит в некотором роде "переключение" с одного источника на другой. Как дышат растения на свету и в темноте? При поступлении солнечной энергии происходит синтезирование органических веществ. При наступлении темноты происходит процесс окисления соединений. В последнем случае говорят о "темновом" дыхании, а в первом – о "световом". Способность к такому переключению позволяет экономить внутренние энергетические резервы. Но представители флоры дышат и на свету, однако этот процесс не приносит им пользы. Поглощая кислород, растения выделяют углекислый газ. Он является основной их пищей. В связи с этим рост несколько замедляется. Есть, однако, и такие представители флоры, которым свет не мешает развиваться. Светового дыхания, например, нет у сахарного тростника и кукурузы.

Читайте также:  Конфидент от клопов инструкция по применению

Причины развития светового дыхания

Одним из соединений, которое образуется при фотосинтезе, является гликолевая кислота. Это вещество выделяется и некоторыми современными водорослями. В результате нефотосинтетики получали от фотосинтетиков гликолевую кислоту. Это, в свою очередь, способствовало усилению потребления кислорода для окисления соединения.

Вывод

Гликолевая кислота – это то самое вещество, которое в процессе нескольких биохимических реакций окисляется и образует углекислый газ.

Эксперименты

Можно посмотреть на практике, как дышат растения. 6 класс школьной программы по биологии очень подробно освещает этот вопрос. Для наблюдения за процессом можно взять лист комнатного цветка. Кроме того, потребуется лупа, прозрачная емкость, наполненная водой, коктейльная трубочка. Опыт, доказывающий, что растения дышат, позволяет не только понять ход процесса, но и выявить потребность образца в кислороде. На срезе листа можно увидеть небольшие отверстия. Часть образца погружается в воду, при этом отмечается выделение пузырьков. Есть еще один способ посмотреть, как дышат растения. Для этого следует взять бутылку, налить в нее воды, оставив незаполненной примерно на два-три сантиметра. Лист на длинном стебельке вставляется так, чтобы его кончик погрузился в жидкость. Отверстие бутылки плотно замазывают пластилином (вместо пробки). В нем делается отверстие для соломинки, которую вставляют так, чтобы она не касалась воды. Через соломинку следует отсосать из бутылки воздух. Из стебля, погруженного в воду, начнут выделяться пузырьки.

Дыха́ние (лат. respiratio ) — основная форма диссимиляции у животных, растений и многих микроорганизмов. Дыхание — это физиологический процесс, обеспечивающий нормальное течение метаболизма (обмена веществ и энергии) живых организмов и способствующий поддержанию гомеостаза (постоянства внутренней среды), получая из окружающей среды кислород (О2) и отводя в окружающую среду в газообразном состоянии некоторую часть продуктов метаболизма организма (СО2, H2O и другие). В зависимости от интенсивности обмена веществ человек выделяет через лёгкие в среднем около 5 — 18 [ цитата не приведена 289 дней (обс.) ] литров углекислого газа (СО2), и 50 граммов воды в час. А с ними — около 400 других примесей летучих соединений, в том числе и ацетон. В процессе дыхания богатые химической энергией вещества, принадлежащие организму, окисляются до бедных энергией конечных продуктов (диоксида углерода и воды), используя для этого молекулярный кислород.

Под внешним дыханием понимают газообмен между организмом и окружающей средой, включающий поглощение кислорода и выделение углекислого газа, а также транспорт этих газов внутри организма по системе дыхательных трубочек (трахейнодышащие насекомые) или в системе кровообращения.

Клеточное дыхание включает биохимические процессы транспортировки белков через клеточные мембраны; а также собственно окисление в митохондриях, приводящее к преобразованию химической энергии пищи.

У организмов, имеющих большие площади поверхности, контактирующие с внешней средой, дыхание может происходить за счёт диффузии газов непосредственно к клеткам через поры (например, в листьях растений, у полостных животных). При небольшой относительной площади поверхности транспорт газов осуществляется за счёт циркуляции крови (у позвоночных и других) либо в трахеях (у насекомых).

Содержание

Дыхание у растений [ править | править код ]

Все растения в светлое время суток поглощают углекислый газ, а вырабатывают кислород — это фаза роста. Ночью фаза сна, происходит обратный процесс: кислород поглощается в процессе дыхания, выделяется углекислый газ, количество выделяемого СО2 ничтожно [ источник не указан 663 дня ] и не обсуждается учеными.

Общие принципы организации процесса дыхания на молекулярном уровне у растений и животных схожи. Однако в связи с тем, что растения ведут прикрепленный образ жизни, их метаболизм постоянно должен подстраиваться к изменяющимся внешним условиям, поэтому и их клеточное дыхание имеет некоторые особенности (дополнительные пути окисления, альтернативные ферменты).

Газообмен с внешней средой осуществляется через устьица и чечевички, трещины в коре (у деревьев).

Дыхание у человека [ править | править код ]

Взрослый человек, находясь в состоянии покоя, совершает в среднем 14 дыхательных движений в минуту [1] . Вместе с тем частота дыхания может претерпевать значительные колебания (от 10 до 18 за минуту) [1] . У детей частота дыхания составляет 20—30 дыхательных движений в минуту; у грудных детей — 30—40; у новорождённых — 40—60 [1] .

В течение одного вдоха (в спокойном состоянии) в лёгкие поступает 400—500 мл воздуха. Этот объём воздуха называется дыхательным объёмом (ДО). Такое же количество воздуха поступает из лёгких в атмосферу в течение спокойного выдоха. Максимально глубокий вдох составляет около 2000 мл воздуха. Максимальный выдох также составляет около 2000 мл.

После максимального выдоха в лёгких остаётся воздух в количестве около 1500 мл, называемый остаточным объёмом лёгких. После спокойного выдоха в лёгких остаётся примерно 3000 мл. Этот объём воздуха называется функциональной остаточной ёмкостью (ФОЁ) лёгких.

Благодаря ФОЁ в альвеолярном воздухе поддерживается относительно постоянное соотношение содержания кислорода и углекислого газа, так как ФОЁ в несколько раз больше ДО. Только 2/3 ДО достигает альвеол, который называется объёмом альвеолярной вентиляции.

Взрослый человек (при дыхательном объёме 0,5 литра и частоте 14 дыхательных движений в минуту) пропускает через лёгкие 7 литров воздуха в минуту [1] . В состоянии физической нагрузки минутный объём дыхания может достигать 120 литров в минуту [1] .

Читайте также:  Дикий подсолнух лекарки 7 букв

При спокойном дыхании соотношение вдоха и выдоха по времени составляет 1:1,3 [2] .

Без дыхания человек обычно может прожить до 5—7 минут, после чего наступают потеря сознания, необратимые изменения в мозге и смерть.

Дыхание — одна из немногих способностей организма, которая может контролироваться сознательно и неосознанно. При частом и поверхностном дыхании возбудимость нервных центров повышается, а при глубоком — наоборот, снижается.

Виды дыхания: глубокое и поверхностное, частое и редкое, верхнее, среднее (грудное) и нижнее (брюшное).

Особые виды дыхательных движений наблюдаются при икоте и смехе.

Внешнее дыхание [ править | править код ]

Дыхание у человека включает внешнее дыхание и тканевое дыхание.

Функция внешнего дыхания обеспечивается как дыхательной системой, так и системой кровообращения. Атмосферный воздух попадает в лёгкие из носоглотки (где предварительно очищается от механических примесей, увлажняется и согревается) через гортань и трахеобронхиальное дерево (трахею, главные бронхи, долевые бронхи, сегментарные бронхи, дольковые бронхи, бронхиолы и альвеолярные ходы) попадает в лёгочные альвеолы. Дыхательные бронхиолы, альвеолярные ходы и альвеолярные мешочки с альвеолами составляют единое альвеолярное дерево, а вышеуказанные структуры, отходящие от одной конечной бронхиолы, образуют функционально-анатомическую единицу дыхательной паренхимы лёгкого — а́цинус (лат. ácinus — гроздь). Смена воздуха обеспечивается дыхательной мускулатурой, осуществляющей вдох (набор воздуха в лёгкие) и выдох (удаление воздуха из лёгких). Через мембрану альвеол осуществляется газообмен между атмосферным воздухом и циркулирующей кровью [3] . Далее кровь, обогащённая кислородом, возвращается в сердце, откуда по артериям разносится ко всем органам и тканям организма. По мере удаления от сердца и деления, калибр артерий постепенно уменьшается до артериол и капилляров, через мембрану которых происходит газообмен с тканями и органами. Таким образом, граница между внешним и клеточным дыханием пролегает по клеточной мембране периферических клеток.

Внешнее дыхание человека включает две стадии:

  1. вентиляция альвеол,
  2. диффузия газов из альвеол в кровь и обратно.

Вентиляция альвеол осуществляется чередованием вдоха (инспирация) и выдоха (экспирация). При вдохе в альвеолы поступает атмосферный воздух, а при выдохе из альвеол удаляется воздух, насыщенный углекислым газом. Вдох и выдох осуществляется путём изменения размеров грудной клетки с помощью дыхательных мышц.

Выделяют два типа дыхания по способу расширения грудной клетки:

  1. грудной тип дыхания (расширение грудной клетки производится путём поднятия рёбер),
  2. брюшной тип дыхания (расширение грудной клетки производится путём уплощения диафрагмы).

Тип дыхания зависит от двух факторов:

  1. возраст человека (подвижность грудной клетки уменьшается с возрастом),
  2. профессия человека (при физическом труде преобладает брюшной тип дыхания).

Патология внешнего дыхания [ править | править код ]

Основная форма патологии внешнего дыхания — дыхательная недостаточность. В зависимости от характера течения патологического процесса различают острую и хроническую дыхательную недостаточность. Кроме того, выделяют три типа дыхательной недостаточности:

  • обструктивый тип;
  • рестриктивный тип;
  • смешанный тип.

Тахипно́э или «дыхание загнанного зверя» — учащённое поверхностное дыхание (ЧД свыше 20 дыхательных движений в минуту). Учащённое дыхание возникает обычно при раздражении дыхательного центра продуктами жизнедеятельности организма (углекислый газ). Наблюдается при анемии, лихорадке, заболеваниях крови. При желании может вызываться усилием воли (гипервентиляция), например, перед предполагаемой задержкой дыхания. При истерии частота дыхательных движений может достигать 60—80 в минуту.

Брадипно́э — патологическое урежение дыхания — развивается при понижении возбудимости дыхательного центра, либо при угнетении его функции, которое может быть вызвано повышением внутричерепного давления (опухоль головного мозга, менингит, кровоизлияние в мозг, отёк мозга) или воздействием на дыхательный центр накопившихся в значительных количествах в крови токсических продуктов метаболизма (уремия, печёночная или диабетическая кома, некоторые острые инфекционные заболевания и отравления) [4] .

Апно́э (др.-греч. ἄπνοια , дословно «безветрие»; отсутствие дыхания) — отсутствие или остановка дыхательных движений. Патологический процесс, связанный с патологией дыхательной мускулатуры, например, отравление ядом, действующим подобно кураре либо параличом дыхательного центра, например, в результате отёка мозга или черепно-мозговой травмы. Отдельно выделяют синдром обструктивного апноэ сна [5] , вызываемый провисанием верхних дыхательных путей. Этот вид апноэ обычно встречается у людей, которые храпят во сне и является плохим прогностическим признаком в плане риска развития острой сердечно-сосудистой недостаточности.

Так называемое рефлекторное или «ложное апноэ» иногда наступает при сильном раздражении кожи (например, при погружении тела в холодную воду). Апноэ (как патологическое состояние) также следует отличать от искусственно вызванной задержки дыхания (например, при погружении в жидкость) — в результате развившегося кислородного голодания (на фоне прекращения поступления кислорода из атмосферного воздуха в альвеолы) происходит отключение коры головного мозга (потеря сознания или прекращение процессов высшей нервной деятельности), после чего подкорковые и стволовые структуры (дыхательный центр) дают команду на вдох. Если при этом атмосферный воздух проникает в лёгкие, то по мере достижения кислородом тканей и органов (в том числе и ЦНС) происходит спонтанное восстановление сознания. Если тело находится в жидкой среде, то происходит проникновение жидкости в дыхательные пути и развивается утопление (обычное или «сухое», связанное с ларингоспазмом).

Одышка или диспно́э — нарушение частоты и глубины дыхания, сопровождающееся ощущением нехватки воздуха. В случае патологических изменений сердечной мышцы одышка поначалу появляется при физической нагрузке, а затем возникает и в покое, особенно в горизонтальном положении (в связи с увеличением венозного возврата крови к сердцу), заставляя пациента принимать вынужденное положение сидя, способствующее депонированию венозной крови системы нижней полой вены в ногах (ортопное). Приступы резкой одышки (чаще ночные) при заболеваниях сердца — проявление сердечной астмы: одышка в этих случаях инспираторная (затруднён вдох). Экспираторная одышка (затруднён выдох) возникает при сужении просвета мелких бронхов и бронхиол (например, при бронхиальной астме) или при потере эластичности лёгочной ткани (например, при развитии хронической эмфиземе лёгких). «Мозговая» одышка возникает при непосредственном раздражении дыхательного центра (опухоли, кровоизлияния и другие этиологические факторы).

Читайте также:  Психрометр своими руками в домашних условиях

Патологические типы внешнего дыхания:

  • периодическое дыхание по типу Чейна — Стокса — дыхание, при котором поверхностные и редкие дыхательные движения постепенно учащаются и углубляются и, достигнув максимума на пятый — седьмой вдох, вновь ослабляются и урежаются, после чего наступает пауза. Затем цикл дыхания повторяется в той же последовательности и переходит в очередную дыхательную паузу. Название дано по именам медиков Джона Чейна и Уильяма Стокса, в чьих работах начала XIX века этот симптом был впервые описан. Механизм патологического дыхания Чейна — Стокса объясняется снижением чувствительности дыхательного центра к СО2: во время фазы апноэ снижается парциальное напряжение кислорода в артериальной крови (РаО2) и нарастает парциальное напряжение углекислого газа (гиперкапния), что приводит к возбуждению дыхательного центра, и вызывает фазу гипервентиляции и гипокапнии (снижение PaCO2). Дыхание Чейна — Стокса встречается в норме у детей младшего возраста, иногда у взрослых во время сна; патологическое дыхание Чейна — Стокса может быть обусловлено черепно-мозговой травмой, гидроцефалией, интоксикацией, выраженным атеросклерозомсосудов головного мозга, при сердечной недостаточности (за счёт увеличения времени кровотока от лёгких к мозгу).
  • большое и шумноедыха́ние Куссма́уля — глубокое, редкое, шумное дыхание [6] , является одной из форм проявления гипервентиляции, часто ассоциируется с тяжёлым метаболическим ацидозом, в частности, диабетическим кетоацидозом, ацетонемическим синдромом (недиабетическим кетоацидозом) и терминальной стадии почечной недостаточности. Данный тип патологического дыхания носит имя Адольфа Куссмауля — немецкого врача, опубликовавшего своё исследование в 1874 году[7] и описавшего появление этого типа дыхания как знак комы и неминуемой смерти лиц с сахарным диабетом. В настоящее время в научной литературе упоминается как симптом Куссмауля — глубокое шумное ритмичное дыхание пациента, находящегося в бессознательном состоянии, вызываемое раздражением дыхательного центра ацетоуксусной и бета-оксимасляной кислотами. Указывает на наличие метаболического ацидоза [8] .

Основные типы нарушений внешнего дыхания:

  • альвеолярная гиповентиляция,
  • альвеолярная гипервентиляция,
  • нарушения лёгочной перфузии,
  • нарушения вентиляционно-перфузионных отношений,
  • нарушения диффузии.

Часто наблюдается сочетание типов нарушений.

Альвеолярная гиповентиляция [ править | править код ]

Альвеолярная гиповентиляция характеризуется недостаточной альвеолярной вентиляцией, в результате чего в кровь поступает меньше кислорода и обычно происходит недостаточный вывод из крови углекислого газа. Гиповентиляция приводит к снижению количества кислорода в крови (гипоксемия) и к увеличению количества углекислого газа в крови (гиперкапния).

Причины альвеолярной гиповентиляции:

  • нарушения проходимости дыхательных путей,
  • уменьшение дыхательной поверхности лёгких,
  • нарушение расправления и спадения альвеол,
  • патологические изменения грудной клетки,
  • механические препятствия экскурсиям грудной клетки,
  • расстройства деятельности дыхательной мускулатуры,
  • расстройства центральной регуляции дыхания.

Нарушения проходимости дыхательных путей:

  • спазм мелких бронхов (обструктивный бронхит, бронхиальная астма),
  • западение языка;
  • попадание в трахею или бронхи пищи, рвотных масс, инородных тел;
  • закупорка дыхательных путей новорождённых слизью, мокротой или меконием;
  • воспаление или отёк гортани;
  • обтурация или компрессия опухолью или абсцессом.

Тканевое дыхание [ править | править код ]

Тканево́е или кле́точное дыхание — совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов, в процессе которых происходит окисление углеводов, липидов и аминокислот до углекислого газа и воды. Высвобожденная энергия запасается в химических связях макроэргических соединений (молекул аденозинтрифосфорной кислоты и других макроэргов) и может быть использована организмом по мере необходимости. Входит в группу процессов катаболизма. На клеточном уровне рассматривают два основных вида дыхания: аэробное (с участием окислителя-кислорода) и анаэробное. При этом физиологические процессы транспортировки к клеткам многоклеточных организмов кислорода и удалению из них углекислого газа рассматриваются как функция внешнего дыхания.

Аэро́бное дыха́ние. В цикле Кребса основное количество молекул АТФ вырабатывается по способу окислительного фосфорилирования на последней стадии клеточного дыхания: в электронтранспортной цепи. Здесь происходит окисление НАД∙Н и ФАДН2, восстановленных в процессах гликолиза, β-окисления, цикла Кребса и т. д. Энергия, выделяющаяся в ходе этих реакций, благодаря цепи переносчиков электронов, локализованной во внутренней мембране митохондрий (у прокариот — в цитоплазматической мембране), трансформируется в трансмембранный протонный потенциал. Фермент АТФ-синтаза использует этот градиент для синтеза АТФ, преобразуя его энергию в энергию химических связей. Подсчитано, что молекула НАД∙Н может дать в ходе этого процесса 2,5 молекулы АТФ, ФАДН2 — 1,5 молекулы. Конечным акцептором электрона в дыхательной цепи аэробов является кислород.

Анаэро́бное дыха́ние — биохимический процесс окисления органических субстратов или молекулярного водорода с использованием в дыхательной ЭТЦ в качестве конечного акцептора электронов вместо O2 других окислителей неорганической или органической природы. Как и в случае аэробного дыхания, выделяющаяся в ходе реакции свободная энергия запасается в виде трансмембранного протонного потенциала, использующегося АТФ-синтазой для синтеза АТФ.

Дыхание и физические нагрузки [ править | править код ]

При физических нагрузках дыхание, как правило, усиливается. Обмен веществ ускоряется, мышцам требуется больше кислорода.

Ссылка на основную публикацию
Цветы для садика своими руками
Этот тематический раздел - только для тех, кто любит цветы. То есть, абсолютно для всех. На его страницах собрано множество...
Хранение сухих грибов в домашних условиях
Собрав хороший урожай грибов, многие грибники, особенно начинающие, стараются их засушить, чтобы наслаждаться ароматными блюдами весь год. Рассмотрим, как хранить...
Хранение укропа на зиму
Укроп – одна из самых вкусных и популярных приправ. Он придает многим блюдам неповторимый своеобразный вкус и аромат. В зелени...
Цветы для рабатки фото и названия
Что можно выращивать на рабатке? Каких-то чётких рекомендаций на этот счёт нет. На самом деле выбор настолько велик, что, как...
Adblock detector