Учебно-методический комплекс дисциплины «Физиология растений» (стр. 4 )

Тема 5. .Дыхание растений.

1.Химизм дыхания.

2.Дыхание анаэробное и аэробное.

3.Экологические и онтогенетические аспекты дыхания.

Окислительно-восстановительные системы растений

  Дыхание –обязательное условие жизни. Оно обеспечивает обмен веществ и энергии, лежащих в основе жизненных процессов любого организма. Этот процесс окисления продуктов фотосинтеза, при котором потребляется О2 и выделяется СО2. Происходит диссимиляция – расщепление органических веществ с использованием заключенной в них энергии. При дыхании органические вещества превращаются в промежуточные продукты неполного окисления и конечные неорганические продукты СО2 и Н2О, бедные энергией.. Процесс дыхания является источником энергии, используемой для ростовых процессов растений, различных синтетических реакций поглощения элементов минерального питания, передвижения ассимилятов. Процесс дыхания – это источник лабильных соединений, которые образуются как его промежуточные продукты и служат исходным материалом для ряда синтетических материалов. Главным субстратом дыхания является углеводы.

Дыхательный коэффициент – суммарное уравнение дыхания показывает, что при окислении глюкозы обьемы газов обменивающихся при дыхании, равны

С6Н12 +6О2 = 6СО2 + 6Н20

Согласно этому уравнению, растение помещенное в закрытый сосуд не будет изменять обьём воздуха, изменится лишь состав его –кислород заменится СО2.. Для характеристики соотношения между выделенным углекислым газом и поглощенным кислородом пользуются показателем, который называется дыхательным коэффициентов ДК = vСО2

  О2

Дыхательный коэффициент показывает, за счёт каких продуктов осуществляется дыхание. При дыхании выделяется значительное кол-во тепла, однако повышение температуры  в растениях незначительное, и  в условиях атмосферы не всегда улавливается. В быстрорастущих частях растений, дыхание  проходит интенсивнее, чем у животных. Интенсивность дыхания семян, прорастающих при 37 С равна интенсивности дыхания человека, выделяющего в течение суток СО2 в кол-ве равном 1,2 % массы  его тела. Поэтому очень энергично дышат цветки, особенно распускающиеся. Поэтому не рекомендуется оставлять на ночь цветки в спальных  комнатах, поскольку они поглощают большое кол-во О2 и выделяют СО2. У цветов интенсивно дышат пестики, тычинки с пыльниками. С возрастом растений интенсивность дыхания его органов падает.

  Химизм дыхания. Окисление органических веществ в процессе дыхания осуществляется ступенчато, постепенно, используя мало энергии. Энергия дыхания, которая  используется полностью растительным организмом в химических реакциях, превращается в тепловую и рассеивается. Основным органом дыхания растений  является митохондрии. В мембранах митохондрий находятся ферменты, катализирующих процессы окисления и фосфорилирования. Окисление органических веществ в живых тканях растений и животных происходит  с участием ферментов –дегидрогеназ –активаторов и переносчиков водорода дыхательного материла – активаторов молекулярного кислорода. Характер окислительной системы связан с видовой и Характер окислительной системы связан с видовой и сортовой спецификой растительного организма. В процессе развития растений одни окислительные системы сменяются другими, что следует рассматривать как процесс приспособления дыхания к условиям жизни растительного организма.

Дыхание анаэробное и аэробное – Состоит из 2-х этапов  1- анаэробное: дыхательный субстрат углеводы распадается до простейших продуктов типа пировиноградной кислоты. Дальше превращение пировиноградной кислоты может проходить 2-мя путями –кислородным до конечных продуктов СО2 и Н2О или анаэробным по типу брожения. Схема процесса дыхания:

Углеводы (С6Н12О6)

1-й этап анаэробные  превращения

Промежуточные продукты  (2СН3СОСООН + 4Н)

2- этап_______________________________________________

брожение  дыхание

(2СО2 +2С2Н5ОН)  (6СО2 + 6Н2О)

Общая схема связи брожения и дыхания

Л. Пастер доказал, что высшие растения не прекращают выделения СО2 после того, как попадают в среду, лишенную кислорода. На дыхание растений в этих условиях сопровождается накоплением в их тканях спирта.. При дыхании такого типа жизнь зелёного растения продолжается недолго –оно погибает. Очевидно происходит отравление продуктами обмена, которые образуются в этом случае. Брожение и дыхание тесно связаны друг с другом, так как в растения найдены те же промежуточные продукты, которые образуются в дрожжах при спиртовом брожении ( глюкоза-6фосфат, фруктоза 6-фосфат и др. Эти фосфорные эфиры найдены в листьях гороха, сахарной свеклы, овса, ячменя и прорастающих семян гороха. В листьях ячменя обнаружены фосфорглицериновая  и пировиноградная  кислоты,  в луке пировиноградная

кислота. При аэробном дыхании конечным продуктом окисления является вода.

Тема 6. Минеральное питание растений.

1.Физиологическая роль элементов минерального питания.

2. Корневая система как орган поглощения, усвоения минеральных солей и 

  обмена веществ.

3. Особенности почвы как субстрата, питающего растение.

  В минеральном питании и фотосинтезе проявляется 1 особенность – их автотропность, т. е. способность строить свое тело из  неоргонических веществ. Исследованиями  доказано, что в с состав клеток растений входят все химические элементы. По данным Вернадского в клетках растений найдены редкие и радиоактивные элементы. В се элементы, входящие в состав растений, можно разделить на 3 группы :

1/Макроэлементы, встречаются в растениях в кол-ве 10-10-20  степени. К ним относятся О2,СО2, углерод, азот, фосфор, калий сера, магний, натрий, алюминий.

  Микроэлементы обнаруживаются в раст. в кол-ве от 10-3  до 10-5. Это марганец, бор, стронций, медь, цинк, фтор, олово, никель, титан кобальт, йод.

Ультрамикроэлементы  10-6 до 10-12 –мышьяк, германий, железо, золото, ртуть и др.. Физиологическая их роль закл-я Что из этих элементов строятся углеводы, белковые вещ-ва, составляющие основу живой материи. В состав протоплазмы входит фосфор и сера.

Минеральные вещества  проявляют токсическое и антитоксическое влияние на живые ткани, выполняют функции катализаторов биохимических реакций, играют роль в изменении тургора и проницаемости цитоплазмы и яв-я центрами электрических и радиоактивных явлений в растительных организмах.

  Корневое питание растений  - это процесс поглощения и усвоения ими из окружающей среды химических элементов. Чтобы решить вопрос о необходимых для растений элементов питания, растения начали выращивать из искусственно составленных питательных смесей и наблюдать за их ростом и развитием при различных соотношениях элементов в питательных с местах.  Различают следующие методы культур: водных, песчаных и почвенных.

  Макроэлементы –неметаллы поглощаются из почвы корневой системы растений в виде (анионов и катионов), фосфор и сера – в виде анионов фосфорной и серной кислот, которые образуют сложные соединения с органическими веществами –белками, углеводами и жирами. Например, Сера, например в виде анионов SO4. В восстановленной форме она входит в состав белков в виде сульфгидрильной  ( R-CH) и дисульфидной  (R - S –S-R) групп.  Сульфгидрильную группу  содержит цистенин – а - амин в-тиоминпропионавая кислота. Такое взаимное превращение влияет на оксилительно-восстановительный потенциал клеток и вместе с тем яв-я одним из регуляторов действия  протеолитических  ферментов. К этой группе аминокислот относится азотистое органическое содержащее соединение –трипептид, глютатион.

Корневая система, как орган поглощения, усвоения минеральных солей и обмена веществ.

Корень - один из основных вегетативных органов листостебельных растений. Различают стежневую и мочковатую корневую систему. Первая свойственна двудольным, а вторая – однодольным. И некоторым двудольным растениям. Стержневой корень яв-я продолжением стебля, на определённом  расстоянии от поверхности почвы у него образ-я боковые корни, которые также ветвятся. Мочковой корень у основания стебля, у самой поверхности почвы образует прядь нитевидных корешков мочек. Функция корневой системы – служит для прикрепления растения к субстрату, для поглощения воды и питательных веществ из него синтеза органических веществ, которые затем перемещаются в др. органы растения и для выделения некоторых продуктов обмена.

Механизм поступления питательных веществ из почвы в корни растений. Сушествуют следующие механизмы обеспечения корневой системы питательными веществами. Корневой перехват питательных веществ – корни в процессе роста вступают в контакт с новыми объёмами почвы, содержащей питательные элементы, которые и поглощаются

Массовый поток ионов к поверхности корней при поглощении воды корнями растений ионы получают возможность двигаться к поверхности корня с массовым потоком воды. Это основный путь обеспечения корневой системы питательными веществами и зависит от содержания воды в почве, концентрации ионов в почвенном растворе, скорости их поглощения корнями и величины корневой системы. Диффузный поток ионов к корню.

  Поглощение того или иного питательного вещества сопровождается уменьшением его концентрации у поверхности корня и возникновением перпендикулярного к его поверхности градиента концентрации, в направлении которого ионы будут диффундировать к корню из ризосферы. Например, Са и Мг поступают к корневой системе за счёт массового потока и корневого перехвата, катионы К – диффузионным и массовым потоками, анионы фосфора –путём диффузии.

  Подкормкой можно повысить стойкость растений против вредителей. Например, массовое размножение тли на растениях может быть индикатором на повышенное содержание аминокислот в тканях растений из-за неблагоприятных условий питания растений и в частности из-за недостатка калия, фосфора, отдельны микроэлементов и избыточного питания растений азотом.

Тема 7. (продолжение). Минеральные удобрения и урожайность. 1.Физиологические основы применения удобрений.