как происходит газообмен у растений?
Газообмен осуществляется, главным образом, через устьица листа. В зависимости от количества воды в устьичных клетках их неравномерно утолщенные оболочки растягиваются в разной степени, что способствует открыванию или замыканию устьичной щели. Через эту щель углекислый газ поступает к хлорофиллсодержащим тканям листа, а освобожденный в ходе фотосинтеза кислород выходит наружу. В процессе дыхания кислород, наоборот, поглощается, а углекислый газ поступает в окружающую среду. Таким образом, процессы фотосинтеза и дыхания противоположны друг другу, но в то же время и взаимосвязаны. В процессе фотосинтеза кислорода освобождается больше, чем потребляется при дыхании, поэтому зеленые растения обогащают им атмосферу. Водяные пары также выходят в окружающую среду через устьица. Как вы помните, этот процесс называется транспирацией. Скорость газообмена в растении регулируется открыванием и закрыванием устьичной щели. Удостовериться в том, что растение в процессе фотосинтеза выделяет кислород можно с помощью такого опыта. Одно растение плотно накроем стеклянным колпаком и поставим на несколько суток в темное место, а другое, также накрытое колпаком, оставим на свету. Через несколько суток под стеклянные колпаки, которыми накрыты растения, поставим зажженные свечи. Вы сможете убедиться, что свеча будет дольше гореть под колпаком, которым было накрыто освещенное растение. Это объясняется тем, что фотосинтез осуществляется только на свету, поэтому кислород накапливается именно под этим колпаком. В растении, которое оставалось в темноте, в отличие от освещенного, фотосинтез не происходит и кислород, необходимый для горения, не выделяется. Чтобы выявить дыхание у растений, возьмите два стеклянных сосуда с чистой водой и с веточкой элодеи в каждом. В один из них долейте прозрачной известковой воды. Накройте сосуды колпаками и поставьте в темное место. Через два-три дня можно увидеть, что известковая вода помутнела. Это свидетельствует о том, что растение во время дыхания выделяет углекислый газ, который и реагирует с известковой водой.
у растений – в процессе дыхания (поглощают О2 и выделяют СО2) и фотосинтеза (поглощают СО2 и выделяют О2). У зелёных растений ночью происходит только дыхание, а днём – ещё и фотосинтез, т. е. одновременно два противоположных процесса. Если бы они были одинаково сильны, в растении не было бы прироста сухой массы. Но поскольку поглощение углекислого газа при фотосинтезе происходит в 10–20 раз интенсивнее, чем выделение его при дыхании, в растении постепенно накапливаются органические вещества.
Газообмен осуществляется, главным образом, через устьица листа. В зависимости от количества воды в устьичных клетках их неравномерно утолщенные оболочки растягиваются в разной степени, что способствует открыванию или замыканию устьичной щели. Через эту щель углекислый газ поступает к хлорофиллсодержащим тканям листа, а освобожденный в ходе фотосинтеза кислород выходит наружу. В процессе дыхания кислород, наоборот, поглощается, а углекислый газ поступает в окружающую среду. Таким образом, процессы фотосинтеза и дыхания противоположны друг другу, но в то же время и взаимосвязаны. В процессе фотосинтеза кислорода освобождается больше, чем потребляется при дыхании, поэтому зеленые растения обогащают им атмосферу. Водяные пары также выходят в окружающую среду через устьица. Как вы помните, этот процесс называется транспирацией. Скорость газообмена в растении регулируется открыванием и закрыванием устьичной щели. Удостовериться в том, что растение в процессе фотосинтеза выделяет кислород можно с помощью такого опыта. Одно растение плотно накроем стеклянным колпаком и поставим на несколько суток в темное место, а другое, также накрытое колпаком, оставим на свету. Через несколько суток под стеклянные колпаки, которыми накрыты растения, поставим зажженные свечи. Вы сможете убедиться, что свеча будет дольше гореть под колпаком, которым было накрыто освещенное растение. Это объясняется тем, что фотосинтез осуществляется только на свету, поэтому кислород накапливается именно под этим колпаком. В растении, которое оставалось в темноте, в отличие от освещенного, фотосинтез не происходит и кислород, необходимый для горения, не выделяется. Чтобы выявить дыхание у растений, возьмите два стеклянных сосуда с чистой водой и с веточкой элодеи в каждом. В один из них долейте прозрачной известковой воды. Накройте сосуды колпаками и поставьте в темное место. Через два-три дня можно увидеть, что известковая вода помутнела. Это свидетельствует о том, что растение во время дыхания выделяет углекислый газ, который и реагирует с известковой водой.
Источник
Устьичная транспирация и механизм ее регулирования.
Устьица представляют собой щель в подъустьичную полость, окаймленную двумя замыкающими клетками серповидной формы. Стенки замыкающих клеток, обращенные к щели, образуют утолщения. Противоположные стенки тонкие. Устьичная щель ведёт в обширный межклетник – подустьичную полость. Устьице нередко бывает окружено двумя или несколькими клетками (прилегающими), отличающимися по форме от основной массы клеток эпидермиса. В основе устьичных движений лежит обратимое изменение тургора замыкающих клеток. Тонкие участки их стенок с повышением тургора растягиваются и вытягиваются в направлении от устьичной щели. В этом же направлении выгибаются и стенки, обращенные к щели. Ширина щели увеличивается, и устьице открывается. С понижением тургора замыкающих клеток устьице закрывается. Устьица играют важную роль в газообмене между листом и атмосферой, так как являются основным путем для водяного пара, углекислого газа и кислорода. Устьица находятся на обеих сторонах листа. Есть виды растений, у которых устьица располагаются только на нижней стороне листа. В среднем число устьиц колеблется от 50 до 500 на 1 мм 2 . Транспирация через устьица идет почти с такой же скоростью, как и с поверхности чистой воды. Это объясняется законом И. Стефана: через малые отверстия скорость диффузии газов пропорциональна не площади отверстия, а диаметру или длине окружности. Поэтому, хотя площадь устьичных отверстий мала по отношению к площади всего листа (0,5-2 %), испарение воды через устьица идет очень интенсивно.
Транспирация слагается из двух процессов: 1 — передвижения воды в листе из сосудов ксилемы по симпласту и, преимущественно, по клеточным стенкам, так как в стенках транспорт воды встречает меньшее сопротивление, 2 — испарения воды из клеточных стенок в межклетники и подъустьичные полости с последующей диффузией в окружающую атмосферу через устьичные щели (слайд 4.3). Чем меньше относительная влажность атмосферного воздуха, тем ниже его водный потенциал. Если водный потенциал воздуха меньше водного потенциала подъустьичных полостей, то молекулы воды испаряются наружу.
Основным фактором, влияющим на открывание и закрывание устьиц, является содержание воды в листе, в том числе и в замыкающих клетках устьиц (слайд 4.4). Высокая оводненность замыкающих клеток приводит к открыванию устьиц. При недостатке воды замыкающие клетки выпрямляются и устьичная щель закрывается. Кроме того, по мере увеличения водного дефицита в тканях растения повышается концентрация ингибитора роста абсцизовой кислоты. Она подавляет деятельность Н + -насосов в плазмалемме замыкающих клеток, вследствие чего снижается их тургор и устьица закрываются. Абсцизовая кислота также ингибирует синтез фермента -амилазы, что приводит к снижению гидролиза крахмала, поэтому сосущая сила замыкающих клеток уменьшается и устьица закрываются (слайд 4.5).
Так как замыкающие клетки устьиц содержат хлоропласты, синтез углеводов в процессе фотосинтеза в замыкающих клетках увеличивает их сосущую силу и вызывает поглощение воды, способствуя этим открыванию устьиц.
При снижении концентрации СО2 в подъустьичной полости ниже 0,03 %, тургор замыкающих клеток увеличивается и устьица открываются. Повышение концентрации СО2 в воздухе вызывает закрытие устьиц. Это происходит в межклетниках листа ночью, когда в результате отсутствия фотосинтеза и продолжающегося дыхания уровень углекислого газа в тканях повышается. Такое влияние углекислого газа объясняет, почему ночью устьица закрыты и открываются с восходом солнца. Сдвиг рН в щелочную сторону вследствие уменьшения концентрации СО2 увеличивает активность ферментов, участвующих в распаде крахмала, тогда как при кислом рН при повышении содержания СО2 в межклетниках повышается активность ферментов, катализирующих синтез крахмала.
На свету замыкающие клетки устьиц содержат значительно больше калия, чем в темноте. При открывании устьиц содержание калия в замыкающих клетках увеличивается в 4 раза при одновременном снижении его содержания в сопутствующих клетках. Установлено повышение содержания АТФ в замыкающих клетках устьиц в процессе их открывания. АТФ, образованная в процессе фотосинтетического фосфорилирования в замыкающих клетках, используется для усиления поступления калия. Усиленное поступление ионов калия повышает сосущую силу замыкающих клеток. В темноте ионы калия выделяются из замыкающих клеток и устьица закрываются.
Суточные колебания транспирации.
Периодичность суточного хода транспирации наблюдается у многих растений, но у разных видов растений устьица функционируют неодинаково (слайд 4.6). У деревьев, теневыносливых растений, многих злаков и других гидростабильных видов с совершенной регуляцией устьичной транспирации испарение воды начинается на рассвете, достигает максимума в утренние часы. В полдень транспирация снижается и вновь увеличивается в предвечерние часы при снижении температуры воздуха. Такой ход транспирации приводит к незначительным суточным изменениям осмотического давления и содержания воды в листьях. У видов растений, способных переносить резкие изменения содержания воды в клетках в течение дня, то есть у гидролабильных видов, наблюдается одновершинный суточный ход транспирации с максимумом в полуденные часы. В обоих случаях ночью транспирация минимальна или полностью прекращается.
Ночью у большинства растений устьица закрыты и газообмен и транспирация минимальны. В светлый период суток при благоприятных погодных условиях устьичные щели находятся в открытом состоянии. Через открытые устьица углекислый газ легко проникает во внутренние ткани растения, а кислород, образовавшийся в процессе фотосинтеза, а также пары воды выделяются в атмосферу.
Источник
Газообмен растения через устьица
Газообмен у цветковых растений
Растения расходуют на единицу массы меньше энергии, чем животные, поскольку интенсивность метаболизма у них ниже. Поэтому им нетребуется и столь же интенсивный газообмен, как у более сложно организованных животных, — достаточно воздуха, диффундирующего по межклетникам. Какие-либо специализированные вентиляционные механизмы у растений отсутствуют.
У цветковых растений газообмен осуществляется путем диффузии через устьица на листьях и на зеленых стеблях, а также через чечевички и трещины в коре на одревесневших стеблях. Листья тонкие и площадь поверхности у них велика, о чем уже говорилось в нашей статье, поэтому газообмен идет главным образом через них. В листьях двудольных эффективную диффузию обеспечивает губчатый мезофилл с его крупными межклетниками. Довольно крупные заполненные воздухом полости примыкают также к устьицам.
Поскольку работа всей этой системы зависит от диффузии, ясно, что диффундировать из растения во внешнюю среду тем же путем может и вода. Здесь кроется известная опасность — при чрезмерной потере воды растения завядают. Даже небольшой водный дефицит может затормозить рост растения (а значит, и снизить урожай, если речь идет о культурных растениях). У растений имеются защитные механизмы, позволяющие им закрывать устьица, если воды не хватает. В этом участвуют гормоны растений, в частности абсцизовая кислота.
Внутри растения распространение кислорода определяется диффузионными градиентами в воздухоносных межклетниках. По этим путям кислород достигает клеток и растворяется во влаге, покрывающей клеточные стенки. Отсюда он диффундирует уже внутрь клеток. СО2 движется по растению тем же путем, но в обратном направлении.
Осложняет ситуацию фотосинтез. В хлоропластах в качестве побочного продукта этого процесса образуется кислород. Этот кислород может здесь же использоваться для дыхания митохондриями, содержащимися в тех же клетках. Сходным образом обстоит дело и с СО2, образующимся при дыхании: хлоропласты могут использовать его для фотосинтеза.
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.
Источник