Способы управления дыханием растений

Регулирование дыхания сельскохозяйственных продуктов при хранении

Различные стимуляторы роста: ауксины (ИУК, НУК) и гиббереллины — стимулируют общий уровень активности дыхания за счет усиления пентозофосфатного пути.

Ингибиторы (например, динитрофенол, гидразид малеиновой кислоты, фенилмеркурхлорид) значительно снижают интенсивность дыхания за счет изменения активности ферментных систем. Эта особенность используется при обработке посевов ингибиторами роста за 2-3 недели до уборки, для снижения потерь накопленных углеводов, ингибирования биохимических процессов.

В конечном счете урожай растений определяет соотношение фотосинтеза и дыхания, при этом используется основная формула:

М+м= fРТ -аР₁Т_1,где М — сухая масса всего растения (без азота и золы) за весь период вегетации, м — масса опавших за время вегетации частей растения, f — интенсивность фотосинтеза, а — интенсивность дыхания, Р — фотосинтезирующая площадь, Р₁ — масса растения, Т — длительность фотосинтетической деятельности растения, Т₁ — время дыхания растения.

Оценка эффективность накопления растением биомассы определяется рядом показателей: суточным приростом биомассы растения, коэффициентом эффективности роста, соотношением фотосинтеза и дыхания.

Суточный прирост биомассы растения определяется по формуле:

где P_{g —} брутто-фотосинтез целого растения (количество поглощенного углекислого газа) и R_{t —} дыхание целого растения за сутки.

Если расход на дыхание относят к единице биомассы растения, то получают удельное дыхание (УД, г СН₂О/г . сутки).

Коэффициент эффективности роста (КЭР) в результате дыхание варьирует в зависимости от вида растения от 0,3 до 0,8. Чем выше КЭР, тем ниже эффективность превращения субстрата в структурную биомассу. Чем выше содержание белка и липидов в биомассе и чем больше глюкозы используется для восстановления нитратов, тем ниже коэффициент эффективности роста.

Основной показатель накопления биомассы — это соотношение фотосинтеза и дыхания, которое высчитывается по формуле:

Это соотношение составляет 30-60%, что позволяет судить об эффективности продуцирования биомассы, и выявить, насколько сельскохозяйственные культуры и сорта экономно используют ассимиляты на дыхание. При этом в стрессовых ситуациях фотосинтез подавляется быстрее, чем дыхание.

В практике сельского хозяйства особенно важным является вопрос регуляции того или иного физиологического процесса. В открытом грунте регуляц3ия процесса дыхания практически невозможна. Однако в защищенном грунте и в условиях хранилищ, где происходит хранение разного рода сельскохозяйственных продуктов такая регуляция вполне возможна.

Наиболее широко распространенным и важным приемом регуляции дыхания является регуляция состава газовой среды. Так, увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере ведет не только к увеличению интенсивности фотосинтеза, но и, автоматически, к уменьшению интенсивности процесса дыхания, что, безусловно, способствует повышению урожая культур в защищенном грунте.

Особенно важным процессом в практике сельского хозяйства является процесс сохранения семян, плодов, корнеплодов, клубней как семенного, так и продовольственного назначения. Сохранность указанной продукции обеспечивается соблюдением определенного режима влажности и температуры, а также газового состава среды и использованием ряда регуляторов роста. При этом все физиологические процессы внутри семян, корнеплодов, клубней, плодов снижаются до минимума, что и обеспечивает долгий период их сохранности. Очень важным моментом является закладка на хранение хорошо вызревших плодов, корнеплодов, клубней, семян. Недозрелые органы при дыхании переходят на систему анаэробного разложения органических веществ, накапливают этиловый спирт, ацетальдегид, поэтому их вкус значительно ухудшается и хранятся они хуже, быстрее заболевают, теряют нужные качества: всхожесть, способность к прорастанию.

Регуляция дыхания семян:

влажность 14-15% для семян злаковых и бобовых культур, 8-9% — для семян масличных культур,

Регуляция дыхания плодов:

использование специальных газовых смесей в хранилищах с высоким содержанием углекислого газа,

использование ингибиторов роста (этилена и абсцизовой кислоты), как в составе газовой смеси, так и путем обработки хранящихся плодов.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Источник

54. Зависимость дыхания от внешних факторов. Регуляция дыхания растений.

Температура. Дыхание у некоторых растений идет и при температуре ниже 0 о С. Так, хвоя ели дышит при –25 о С. Интенсивность дыхания, как всякой ферментативной реакции, возрастает при повышении температуры до определенного предела (35-40 о С).

Кислород необходим для осуществления дыхания, так как он является конечным акцептором электронов в дыхательной электронтранспортной цепи. Увеличение содержания кислорода в воздухе до 8-10 % сопровождается повышением интенсивности дыхания. Дальнейшее увеличение концентрации кислорода существенно не влияет на дыхание. Однако в атмосфере чистого кислорода дыхание растений снижается, а при длительном его действии растение погибает. Гибель растения обусловлена усилением в клетках свободнорадикальных реакций и повреждением мембран вследствие окисления их липидов.

Углекислый газ является конечным продуктом дыхания. При высокой концентрации газа дыхание растений снижается по следующим причинам: 1) ингибируются дыхательные ферменты, 2) закрываются устьица, что препятствует доступу кислорода к клеткам.

Содержание воды. Водный дефицит растущих тканей увеличивает интенсивность дыхания из-за активации распада сложных углеводов (например, крахмала) на более простые, которые являются субстратом дыхания. Однако при этом нарушается сопряжение окисления и фосфорилирования. Дыхание в этом случае представляет бесполезную трату вещества. Иная закономерность характерна для органов, находящихся в состоянии покоя. Повышение содержания воды в семенах приводит к резкому увеличению интенсивности дыхания.

Свет. Трудно выявить влияние света на дыхание зеленых растений, так как одновременно с дыханием осуществляется противоположный процесс – фотосинтез. Освещенность, при которой интенсивность фотосинтеза равна интенсивности дыхания по уровню поглощенного и выделенного углекислого газа, называют компенсационным пунктом. Дыхание незеленых тканей активируется светом коротковолновой части спектра, так как максимумы поглощения флавинов и цитохромов расположены в области 380-600 нм.

Минеральные вещества. Такие элементы как фосфор, сера, железо, медь, марганец необходимы для дыхания, являясь составной частью ферментов или как фосфор промежуточным продуктом. При повышении концентрации солей в питательном растворе, на котором выращивают проростки, их дыхание активируется (эффект «солевого дыхания»).

Механическое повреждение усиливает дыхание из-за быстрого окисления фенольных и других соединений, которые выходят из поврежденных вакуолей и становятся доступными для оксидаз.

Регуляция дыхания:

Эффект Пастера. Торможение распада сахаров и более эффективное их использование в присутствии кислорода получило название «эффекта Пастера». Механизм эффекта Пастера состоит в том, что в присут­ствии О2 интенсивно идущий процесс окислительного фосфорилирования конкурентно уменьшает количество молекул АДФ, вступающих в гликолиз. По этой причине, а также из-за тормозящего действия АДФ (синтез которого резко возрастает в аэробных условиях) на фосфофруктокиназу, скорость процессов гликолиза в присутствии О2 снижается. Избыток АТР может способ­ствовать и ресинтезу глюкозы из Увеличение концентрации молекул АДФ в условиях аэробиоза также способствует синтетическим про­цессам.

Дыхательный контроль. Возрастание функциональной актив­ности клеток сопровождается усилением дыхания. В значитель­ной степени это достигается благодаря механизму дыхатель­ного контроля, или акцепторного контроля дыхания. Дыха­тельным контролем называют зависимость скорости потреб­ления О2 митохондриями, от концентрации АДФ, который служит акцептором фосфата при окислительном фосфорилировании.

Регуляция гликолиза. Интенсивность гликолиза контроли­руется в нескольких участках. Вовлечение глюкозы в процесс гликолиза регулируется на уровне фермента гексокиназы по типу обратной связи: избыток продукта реакции (глюкозо-6-фосфата) аллостерически подавляет деятельность фермента.

Второй участок регуляции скорости гликолиза находится на уровне фосфофруктокиназы. Фермент аллостерически ингибируется высокой концентрацией АТФ и активируется неорга­ническим фосфатом.. Ингибирование АТФ предотвращает развитие реакции в обратном направлении при высокой концентрации фруктозо-6-фосфата.

Регуляция цикла Кребса. Дальнейшее использование обра­зующегося из пирувата ацетил-СоА зависит от энергетического состояния клетки. При малой энергетической потребности клетки дыхательным контролем тормозится работа дыхатель­ной цепи, а следовательно, реакций ЦТК и образования интермедиатов цикла, в том числе оксалоацетата, вовлекаю­щего ацетил-СоА в цикл Кребса. Это приводит к большему использованию ацетил-СоА в синтетических процессах, которые также потребляют энергию.

Источник

Дыхание растений

Дыхание является одним из важных условий жизни растения. Именно в процессе дыхания высвобождается энергия, используемая организмом для жизнедеятельности. Кратко и понятно о дыхании растений расскажем в данной статье.

Что такое дыхание

Каждая клетка нуждается в энергии для жизни. Получение энергии происходит при расщеплении органических веществ в процессе дыхания. Такое расщепление происходит под воздействием кислорода и ещё называется окислением. В результате образуются вода, углекислый газ и свободная энергия.

Необходимая растению энергия содержится в химических связях сложных органических веществ. Изначально это энергия солнца, запасённая растением в процессе фотосинтеза.

Дыхание у растений принципиально не отличается от дыхания животных, или грибов. Какой газ растения выделяют при дыхании, такой же выделяют любые другие организмы. Это углекислый газ.

Известно, что на свету растения выделяют ещё и кислород, но это происходит в результате другого процесса – фотосинтеза.

которые читают вместе с этой

Дыхание идёт круглосуточно, поэтому образование углекислого газа происходит постоянно. Также постоянно в клетки растений для их нормальной жизнедеятельности должен поступать кислород.

Это же справедливо и для растения в целом.

Дыхание растений включает два процесса:

Клеточное дыхание растений

Дыхательными центрами клетки являются митохондрии. Они есть и у животных.

Именно в этих органоидах происходит окисление органических веществ. Обычно такими веществами являются углеводы, но дыхание может идти и за счёт белков или жиров.

При окислении выделяется энергия. Вода остаётся в клетке, а углекислый газ путём диффузии покидает клетку и может сразу использоваться в фотосинтезе.

Процесс дыхания ступенчатый. Вода и углекислый газ образуются не сразу, а являются конечными продуктами. До этого в ходе многих реакций образуются и вновь распадаются другие вещества.

Газообмен с внешней средой

В отличие от животных растения не имеют специальных органов дыхания. Газообмен осуществляется через специальные структуры в покровных тканях:

Устьица располагаются в кожице листьев и молодых стеблей (эпидерме). Каждое из устьиц имеет замыкающие клетки, способные менять тургор (наполненность водой) и закрывать устьичную щель. Устьичные щели осуществляют газообмен и испарение воды листьями.

Чечевички – это более крупные, чем устьица, структуры, расположенные в пробке стебля.

Дыхание и фотосинтез

Между процессами дыхания и фотосинтеза существует связь. Это процессы противоположные и в растении следуют один за другим.

Фотосинтез является способом питания. В ходе этого процесса образуются органические вещества, содержащие энергию, полученную в виде света.

Дыхание – это способ высвобождения энергии, запасённой в питательных веществах.

Дыхание в разных частях растения

Интенсивность дыхания неодинакова в разных органах. Наиболее активно дышат:

Не рекомендуется ставить крупные растения в спальной комнате, поскольку ночью они поглощают большое количество кислорода и выделяют углекислый газ.

Корни также, как и надземные органы, дышат. Для нормального дыхания корней необходимо рыхлить почву.

Что влияет на интенсивность дыхания

Факторами, влияющими на интенсивность дыхания, являются:

При усилении любого из этих факторов дыхание становится интенсивнее.

Человек управляет дыханием семян и плодов для сохранения урожая и посевного материала. Для этого в помещениях, где хранятся семена, поддерживается необходимая влажность, температура и обеспечивается приток свежего воздуха.

Что мы узнали?

Изучая в 6 классе данную тему, мы выяснили, что дыхание растений – процесс, обеспечивающий клетки энергией. Кислород также необходим растениям, как углекислый газ. Процесс дыхания и фотосинтеза участвуют одни и те же вещества. При дыхании кислород и органические вещества являются исходными, а вода и углекислый газ – конечными продуктами. При фотосинтезе – наоборот.

Источник