Дыхание и обмен веществ у растений

Растения, как все живые организмы, постоянно дышат. Для этого им необходим кислород. Он нужен и одноклеточным, и многоклеточным растениям. Кислород участвует в процессах жизнедеятельности клеток, тканей и органов растения.

Большинство растений получает кислород из воздуха через устьица и чечевички. Водные растения потребляют его из воды всей поверхностью тела. Некоторые растения, произрастающие на заболоченных местах, имеют особые дыхательные корни, поглощающие кислород из воздуха.

Дыхание – сложный процесс, протекающий в клетках живого организма, в ходе которого при распаде органических веществ высвобождается энергия, необходимая для процессов жизнедеятельности организма. Основным органическим веществом, участвующим в дыхательном процессе, являются углеводы, главным образом сахара (особенно глюкоза). Интенсивность дыхания у растений зависит от количества углеводов, накопленных побегами на свету.

Дыхание – это протекающий с участием кислорода процесс распада органических питательных веществ до неорганических (углекислого газа и воды), сопровождающийся выделением энергии, которая используется растением для процессов жизнедеятельности.

Дыхание – процесс, противоположный фотосинтезу. Сравним процессы дыхания и фотосинтеза в клетках зеленого листа растения.

Процесс дыхания связан с непрерывным потреблением кислорода днем и ночью. Особенно интенсивно идет процесс дыхания в молодых тканях и органах растения. Интенсивность дыхания обусловлена потребностями роста и развития растений. Много кислорода требуется в зонах деления и роста клеток. Образование цветков и плодов, а также повреждение и особенно отрывание органов сопровождается усилением дыхания у растений. По окончании роста, с пожелтением листьев и особенно в зимнее время интенсивность дыхания заметно снижается, но не прекращается.

Дыхание – непременное условие жизни растений.

Дыхание листьев. (Анимация)

Чтобы жить, растение обязательно должно получать путем питания и дыхания необходимые ему вещества и энергию.

Поглощенные вещества в процессе преобразований в клетках и тканях становятся веществами, из которых растение строит свое тело. Все преобразования веществ, происходящие в организме, всегда сопровождаются потреблением энергии. Зеленое растение (как автотрофный организм), поглощая световую энергию, преобразует ее в химическую и накапливает в сложных органических соединениях. В процессе дыхания при расщеплении органических веществ эта энергия высвобождается и используется растением на преобразование веществ и процессы жизнедеятельности, которые происходят в клетках.

Оба эти процесса – фотосинтез и дыхание – идут путем последовательных многочисленных химических реакций, в которых одни вещества преобразуются в другие.

Например, в процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды образуются сахара, которые затем через ряд промежуточных реакций превращаются в крахмал, клетчатку или белки, жиры и витамины – вещества, необходимые растению для питания и запасания энергии.

Весь процесс дыхания протекает в клетках растительного организма. Он состоит из двух этапов, в ходе которых сложные органические вещества расщепляются на более простые, неорганические – углекислый газ и воду. На первом этапе при участии специальных белков, ускоряющих процесс (ферментов), происходит распад молекул глюкозы. В итоге из глюкозы образуются более простые органические соединения и выделяется немного энергии. Этот этап дыхательного процесса происходит в цитоплазме.

На втором этапе простые органические вещества, образовавшиеся на первом этапе, взаимодействуя с кислородом, окисляются – образуют углекислый газ и воду. При этом высвобождается много энергии. Второй этап дыхательного процесса протекает только с участием кислорода в специальных органоидах клетки – митохондриях .

Таким образом, в процессе дыхания происходит расщепление более сложных органических веществ на простые неорганические соединения – углекислый газ и воду. При этом растение обеспечивается высвобождающейся энергией. Одновременно идет передача различных химических элементов из одних соединений в другие. Эти превращения веществ в организме называют обменом веществ . Обмен веществ – один из важных признаков жизни.

Обмен веществ – это совокупность протекающих в организме различных химических превращений, обеспечивающих рост и развитие организма, его воспроизведение и постоянный контакт с окружающей средой.

Интерактивный урок-тренажёр. (Выполните все задания урока)

Обмен веществ связывает все органы организма в единое целое. Вместе с этим благодаря обмену веществ организм объединяется с окружающей средой. Из нее растение поглощает вещества через корни и листья и выделяет в среду продукты своей жизнедеятельности. Дыхание, как и питание, – необходимое условие обмена веществ, а значит, и жизни организма.

Дыхание растений и обмен веществ

Растения, как все живые организмы, постоянно дышат (аэробы). Для этого им необходим кислород. Он нужен и одноклеточным, и многоклеточным растениям. Кислород участвует в процессах жизнедеятельности клеток, тканей и органов растения.

Большинство растений получает кислород из воздуха через устьица и чечевички. Водные растения потребляют его из воды всей поверхно­стью тела. Некоторые растения, произрастающие на заболоченных ме­стах, имеют особые дыхательные корни, поглощающие кислород из воздуха.

Дыхание - сложный процесс, протекающий в клетках живого орга­низма, в ходе которого при распаде органических веществ высвобожда­ется энергия, необходимая для процессов жизнедеятельности организ­ма. Основным органическим веществом, участвующим в дыхательном процессе, являются углеводы, главным образом сахара (особенно глюко­за). Интенсивность дыхания у растений зависит от количества углево­дов, накопленных побегами на свету.

Весь процесс дыхания протекает в клетках растительного организма. Он сос­тоит из двух этапов, в ходе которых сложные органические вещества расщеп­ляются на более простые, неорганические - углекислый газ и воду. На пер­вом этапе при участии специальных белков, ускоряющих процесс (ферментов), про­исходит распад молекул глюкозы. В итоге из глюкозы образуются более простые органические соединения и выделяется немного энергии (2 АТФ). Этот этап дыхательного про­цесса происходит в цитоплазме.

На втором этапе простые органические вещества, образовавшиеся на первом этапе, взаимодействуя с кислородом, окисляются - образуют углекислый газ и во­ду. При этом высвобождается много энергии (38 АТФ). Второй этап дыхательного процесса протекает только с участием кислорода в специальных органоидах клетки - мито­хондриях.

Дыхание - это протекающий с участием кислорода процесс распада органических питательных веществ до неорганических (углекисло­го газа и воды), сопровождающийся выделением энергии, которая используется растением для процессов жизнедеятельности.

С 6 Н 12 О 6 + 6 О 2 = 6СО 2 + 6 Н 2 О + Энергия (38 АТФ)

Дыхание - процесс, противоположный фотосинтезу

Фотосинтез

Дыхание

1. Поглощение углекислого газа 2. Выделение кислорода. 3. Образование сложных органи­ческих веществ (преимущес-твен­но сахаров) из простых неорга­нических. 4. Поглощение воды. 5. Поглощение с помощью хлоро­филла солнечной энергии и на­копление ее в органических веществах. б. Происходит только на свету. 7. Протекает в хлоропластах. 8. Происходит только в зеленых ча­стях растения, преимуще-ственно в листе.

1. Поглощение кислорода. 2. Выделение углекислого газа. 3. Расщепление сложных органи­ческих веществ (преимуще-ствен­но сахаров) на простые неорга­нические. 4. Выделение воды. 5. Высвобождение химической энергии при окислении органических веществ 6. Происходит непрерывно на све­ту и в темноте. 7. Протекает в цитоплазме и мито­хондриях. 8. Происходит в клетках всех орга­нов растения (зеленых и незе­леных)

Процесс дыхания связан с непрерывным потреблением кислорода днем и ночью. Особенно интенсивно идет процесс дыхания в молодых тканях и органах растения. Интенсивность дыхания обусловлена потреб­ностями роста и развития растений. Много кислорода требуется в зонах деления и роста клеток. Образование цветков и плодов, а также повреж­дение и особенно отрывание органов сопровождается усилением дыха­ния у растений. По окончании роста, с пожелтением листьев и, особенно в зимнее время интенсивность дыхания заметно снижается, но не пре­кращается.

Ды­хание, как и питание, - необходимое условие обмена веществ, а зна­чит, и жизни организма.

Ø С1. В небольших помещениях с обилием комнатных растений ночью концентрация кислорода уменьшается. Объясните почему. 1) ночью с прекращением фотосинтеза выделение кислорода прекращается; 2) в процессе дыхания растений (они дышат постоянно) уменьшается концентрация О 2 и повышается концентрация СО 2

Ø С1. Известно, что опытным путём на свету трудно обнаружить дыхание растений. Объясните, почему.

1) на свету в растении наряду с дыханием происходит фотосинтез, при котором углекислый газ используется; 2) в результате фотосинтеза кислорода образуется гораздо больше, чем используется при дыхании растений.

Ø С1. Почему растения не могут жить без дыхания? 1) в процессе дыхания растительные клетки поглощают кислород, который расщепляет сложные органические вещества (углеводы, жиры, белки) до менее сложных;2) при этом освобождается энергия, которая запасается в АТФ и используется на процессы жизнедеятельности: питание, рост, развитие, размножение и др.

Ø С4. Газовый состав атмосферы поддерживается на относительно постоянном уровне. Объясните, какую роль играют в этом организмы. 1) фотосинтез, дыхание, брожение регулируют концентрацию О2, СО2; 2) транспирация, потоотделение, дыхание регулируют концентрацию паров воды; 3) жизнедеятельность некоторых бактерий регулирует содержание азота в атмосфере.

Значение воды в жизнедеятельности растений

Вода необходима для жизни любого растения. Она составляет 70-95 % сырой массы тела растения. У растений все процессы жизнеде­ятельности протекают с использованием воды.

Обмен веществ в растительном организме происходит только при достаточном количестве воды. С водой в растение поступают минераль­ные соли из почвы. Она обеспечивает непрерывный ток питательных ве­ществ по проводящей системе. Без воды не могут прорастать семена, не будет в зеленых листьях фотосинтеза. Вода в виде растворов, наполняю­щих клетки и ткани растения, обеспечивает ему упругость, сохранение определенной формы.

• Поглощение воды из внешней среды - обязательное условие сущест­вования растительного организма.

Растение получает воду главным образом из почвы с помощью корневых волосков корня. Наземные части растения, в основном лис­тья, через устьица испаряют значительное количество воды. Эти поте­ри влаги регулярно восполняются, так как корни постоянно поглоща­ют воду.

Бывает, что в жаркие часы дня расход воды испарением превышает ее поступление. Тогда у растения листья увядают, особенно самые ниж­ние. За ночные часы, когда корни продолжают всасывать воду, а испаре­ние у растения снижено, содержание воды в клетках снова восстанавли­вается и клетки и органы растения вновь приобретают упругое состояние. При пересадке рассады удаляют нижние листья для уменьшения испарения воды.

Главным способом поступления воды в живые клетки является ее ос­мотическое поглощение. Осмос - это способность растворителя (воды) поступать в клеточные растворы. При этом поступление воды приводит к увеличению объема жидкости в клетке. Сила осмотического поглоще­ния, с которой вода входит в клетку, называется сосущей силой .

Поглощение воды из почвы и потеря ее при испарении создают постоянный водный об­мен у растения. Водный обмен осуществляется с током воды через все органы растения.

Он складывается из трех этапов:

· поглощения во­ды корнями,

· передвижения ее по сосудам древесины,

· испарения воды листьями.

Обычно при нормальном водном обмене, сколь­ко воды поступает в растение, столько ее и ис­паряется.

Водный ток в растении идет в восходящем направлении: снизу вверх. Он зависит от силы всасывания воды клетками корневых волос­ков внизу и от интенсивности испарения наверху.

Корневое давление является нижним дви­гателем водного тока

сосущая сила листьев - верхним.

Постоянный ток во­ды от корневой системы к надземным частям растения служит сред­ством транспортировки и накопления в органах тела минеральных ве­ществ и различных химических соединений, поступающих из корней. Он объединяет все органы растения в единое целое. Помимо этого, восходящий ток воды в растении необходим для нормального водо­снабжения всех клеток. Особенно он важен для осуществления процес­са фотосинтеза в листьях.

ü С1. Растения в течение жизни поглощают значительное количество воды. На какие два основных процесса

жизнедеятельности расходуется большая часть потребляемой воды? Ответ поясните. 1) испарение, обеспечи-вающее передвижение воды и растворённых в-в и защиту от перегрева; 2) фотосинтез, в процессе которого образуются орг в-ва и выделяется кислород

Достаток или дефицит влаги в клетках влияет на все жизнедеятель­ные процессы растения.

По отношению к воде растения делят на экологические группы

Ø Гидатофиты (от греч. гидатос - «вода», фитон - «растение») - водные тра­вы (элодея, лотос, кувшинки). Гидатофиты полностью погружены в воду. Стеб­ли почти не имеют механических тканей и поддерживаются водой. В тканях растений имеется много крупных межклетников, заполненных воздухом.

Ø Гидрофиты (от греч. гидрос - «водный») - растения, частично погруженные в воду (стрелолист, камыш, рогоз, тростник, аир). Обычно обитают по берегам водоемов на сырых лугах.

Ø Гигрофиты (от греч. гигра - «влага») - растения влажных мест с высокой влажностью воздуха (калужница, осоки). 1) растения влажных местообитаний; 2) крупные голые листья; 3) устьица не закрываются; 4) имеют специальные водные устьица - гидотоды; 5) сосудов мало.

Ø Мезофиты (от греч. мезос - «сред­ний») - растения, живущие в условиях умеренного увлажнения и хорошего ми­нерального питания (нивяник, ландыш, земляника, яблоня, ель, дуб). Растут в лесах, на лугах, в поле. Большин­ство сельскохозяйственных растений - мезофиты. Они лучше развиваются при дополнительном поливе. 1) растения достаточного увлажнения; 2) растут в основном на лугах и в лесах; 3) вегетационный период короткий, не более 6 недель; 4) засушливое время переживают в виде семян или луковиц, клубней, корневищ.

Ø Ксерофиты (от греч. ксерос - «су­хой») - растения сухих местообитаний, где воды в почве мало, а воздух сухой (алоэ, кактусы, саксаул). Среди ксерофитов различают сухие и сочные. Сочные ксерофиты с мясистыми листьями (алоэ, толстянки) или мясистыми стеблями (кактусы - опунция) называют суккулентами . Сухие ксерофиты - склерофиты (от греч. склерос - «жесткий») приспособлены к жесткой экономии воды, к уменьшению испарения (ковыль, саксаул, верблюжья колючка). 1) растения сухих местообитаний; 2) способны переносить недостаток влаги; 3) уменьшена поверхность листьев; 4) опушение листьев очень обильное; 5) обладают глубокими корневыми системами.

Видоизменения листьев возникли в процессе эволюции вследствие влияния окружающей среды, поэтому они иног­да не похожи на обыкновенный лист.

· Колючки у кактусов, барбариса и др. - приспособления к уменьше­нию площади испарения и своего рода защита от поедания животными.

· Усики у гороха, чины прикрепляют лазаю­щий стебель к опоре.

· Сочные чешуи луковиц , листья кочана капусты запаса­ют питательные вещества,

· Кроющие чешуи почек - видоизмененные листья, которые защищают зача­ток побега.

· У насекомоядных растений (росянка, пузырчатка и др.) листья - ловчие аппараты . Насекомоядные растения произрастают на почвах, бедных минеральными веществами, особенно с недоста-точным содержанием азота, фосфора, калия и серы. Из тел насе-комых эти растения получают неорганические в-ва.

Листопад - явление закономерное и физиологически необходимое. Благодаря листопаду растения предохраняют себя от гибели в течение неблагоприятного времени года - зимы - или засушливого периода в жарком климате.

ü Сбрасывая листья, которые имеют огромную испаряю­щую поверхность, растения как бы балансируют возмож­ный приход и необходимый расход воды за указанный пе­риод.

ü Сбрасывая листья, растения освобождаются от накопившихся в них различных продуктов отброса , полу­чающихся при обмене веществ.

ü Листопад предохраняет ветви от обламывания под давлением масс снега.

Но у не­которых цветковых растений листья сохраняются всю зиму. Это вечнозеленые кустарнички брусника, вереск, клюква. Мелкие плотные листья этих растений, слабо ис­паряющие воду, сохраняются под снегом. Зимуют с зеле­ными листьями и многие травы, например земляника, клевер, чистотел.

Называя некоторые растения вечнозелеными, надо по­мнить, что листья этих растений не вечны. Они живут не­сколько лет и постепенно опадают. Но на новых побегах этих растений вырастают новые листья.

Размножение растений. Размножение - процесс, приводящий к увеличению числа особей.

У цветковых растений различают

Ø вегетатив­ное размножение, при котором образование новых особей происходит из клеток вегетативных органов,

Ø семенное размножение, при котором формирование нового организ­ма происходит из зиготы, возникаю-щей при слиянии поло­вых клеток, чему предшествует ряд сложных процессов, осуществляющихся главным образом в цветках.

Размножение растений при помощи вегетативных орга­нов называется вегетативным.

Вегетативное размноже­ние , осуществляемое при вмешательстве человека, называ­ется искусственным. К искусственному вегетативному размножению цветковых прибе-гают в том случае,

§ если рас­тение не дает семян

§ ускорить цветение и плодоно-шение.

В естественных условиях и в культуре растения часто размно-жаются одними и теми же орга-нами. Очень часто происходит размножение при помощи черен-ков. Чере­нок - это отрезок любо-го вегетативного органа растений, способный к восстановлению недостающих органов. Отрез­ки побега с 1-3 листьями, в пазухах которых развиваются пазушные почки, называются стеблевыми черенками . В ес­тественных усло-виях такими черенками легко размножа­ются ивы, тополя, а в культуре - герань, смородина…

Размножение листьями проис-ходит реже, но встречает­ся у таких растений, как луговой сердечник. На влажной почве у основания отломившегося листа развивается прида­точная почка, из которой вырастает новое растение. Лис­тьями размножают узамбарскую фиалку, некоторые виды бегонии и другие растения.

На листьях бриофиллюма образуются почки-детки , которые, опадая на землю, укореняются и дают начало новым рас­тениям.

Многие виды луков, лилий, нарциссов, тюльпанов раз­множаются луковицами. У луковицы от донца берет начало мочковатая корневая система, а из некоторых почек развиваются молодые луковички, называемые детками. Из каждой луковички-детки со временем вырастает новое взрослое растение. Маленькие луковички могут образовы­ваться не только под землей, но и в пазухах листьев некото­рых лилейных. Опадая на землю, такие луковицы-детки также развиваются в новое растение.

Растения легко размножаются особыми ползучими по­бегами - усами (земляника, живучка ползучая).

Размножение делением:

§ кустов (сирень) когда растение достигает значительных размеров, его можно разделить на несколько частей;

§ корневищ (ирисы) каждый отрезок, взятый для размножения, должен иметь или пазушную, или верхушечную почку

§ клубней (картофель, топинамбур), когда их недостаточно для посадки на определенной пло­щади, особенно если это ценный сорт. Деление клубня проводится так, чтобы каждая часть имела глазок и чтобы запас питательных веществ был достаточным для воспроизведения нового растения;

§ корней (малина, хрен) которые в благоприятных условиях дают новые растения;

§ корневых шишек - клубнекорней, которые отличаются от настоящего корня тем, что они не имеют узлов и междоузлий. Почки распо­ложены только на корневой шейке или стеблевом конце, поэтому у георгинов, клубневой бегонии и проводится деление корневой шейки с клубневидными образования­ми корней.

Размножение отводками. При размножении отводка­ми не отделенный от материнского растения побег пригиба­ют к почве, надрезают кору под почкой и присыпают зем­лей. Когда в месте надреза появятся корни и разовьются надземные побеги, молодое растеньице отделяют от материнского и пересаживают. Отводками можно размножать смородину, крыжовник и др. растения.

Прививка. Особым способом вегетативного размноже­ния является прививка. Прививкой называют пересадку части живого растения, снабженной почкой, на другое рас­тение, с которым первое скрещивается. Растение, на кото­рое прививают, называется подвоем ; растение, которое прививают, - привоем.

У привитых растений привой не образует корней и питается за счет подвоя, подвой же получает от привоя органические вещества, синтезированные в его листьях. Прививки чаще всего применяются для размножения пло­довых деревьев, которые с трудом образуют придаточные корни и не могут разводиться другим способом. Прививка также может проводиться пересадкой кусочка стебля с одной поч­кой под кору привоя (окулировка ) и скрещиванием одина­ковых по толщине привоя и подвоя (копулировка ). При прививках надо учитывать возраст и положение черенка на материнском растении, а также особенности привоя. Таким образом, разные способы вегетативного размноже­ния показывают, что у многих растений может восстано­виться целый организм из части.

Взаимосвязь органов. Несмотря на то, что все органы растения имеют присущее только им строение и выполня­ют специфические функции, благодаря проводящей систе­ме они связаны воедино, и растение функционирует как сложный целостный организм. Нарушение целостности любого органа обязательно отражается на строении и раз­витии других органов, причем это влияние может быть как положительным, так и отрицательным. Например, удале­ние верхушки стебля и корня способствует интенсивному развитию надземной и подземной частей растения, а удале­ние листьев задерживает рост и развитие и может даже привести к его гибели. Нарушение строения любого органа влечет за собой и нарушение его функций, что отражается на функционировании всего растения.

1. Питание растений

Питание растений может быть минеральным и воздушным. Воздушное питание – это фотосинтез, а минеральное – поглощение из почвы корневыми волосками воды и растворенных в ней минеральных веществ. Преобладающими компонентами являются азот, калий и фосфор. Азот обеспечивает быстрый рост растений, фосфор – созревание плодов, а калий – быстрому оттоку органических веществ от листьев к корням. Недостаток или избыток минерального питания приводят к болезням растений.

Фотосинтез – создание органических веществ из неорганических с использованием энергии света. В этом процессе ведущим органом является лист растения. Строение листа хорошо соответствует этой функции: он имеет плоскую листовую пластинку, а в мякоти листа содержится огромное количество хлоропластов с зелёным хлорофиллом.

Опыт 1. Образование в листьях органических веществ

Цель: выяснить, в каких клетках зеленого листа образуются органические вещества (крахмал, сахар).

Что делаем: комнатное растение герань окаймлённая поместим на трое суток в тёмный шкаф (чтобы произошёл отток питательных веществ из листьев). Через трое суток вынем растение из шкафа. Прикрепим на один из листьев конверт из чёрной бумаги с вырезанным словом «свет» и поставим растение на свет или под электрическую лампочку. Через 8-10 часов срежем лист. Снимем бумагу. Опустим лист в кипящую воду, а затем на несколько минут в горячий спирт (в нём хлорофилл хорошо растворяется). Когда спирт окрасится в зелёный цвет, а лист обесцветится, промоем его водой и поместим в слабый раствор йода.

Что наблюдаем: на обесцвеченном листе появятся синие буквы (крах-мал синеет от йода). Буквы появляются на той части листа, на которую падал свет. Значит, в освещённой части листа образовался крахмал. Необходимо обратить внимание на то, что белая полоска по краю листа не окрасилась. Это объясняет то, что в пластидах клеток белой полоски листа герани окаймлённой нет хлорофилла. Поэтому крахмал не обнаруживается.

Вывод: таким образом, органические вещества (крахмал, сахар) обра-зуются только в клетках с хлоропластами, и для их образования необходим свет.

Специальные исследования учёных показали, что на свету в хлоропла-стах образуется сахар. Затем в результате превращений из сахара в хлоропла-стах образуется крахмал. Крахмал – это органическое вещество, которое в воде не растворяется.

Процесс фотосинтеза можно представить в виде суммарного уравнения:

6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6 + 6О2

Таким образом, суть световых реакций заключается в том, что световая энергия превращается в химическую.

Образование органических веществ.

Образовавшийся в хлоропластах крахмал под воздействием особых ве-ществ превращается в растворимый сахар, который поступает к тканям всех органов растения. В клетках некоторых тканей сахар может вновь превра-титься в крахмал. Запасной крахмал накапливается в бесцветных пластидах.

Из сахаров, образовавшихся при фотосинтезе, а также минеральных со-лей, поглощённых корнями из почвы, растение создаёт вещества, которые ему необходимы: белки, жиры и многие другие белки, жиры и многие другие.

Часть органических веществ, синтезированных в листьях, расходуется на рост и питание растения. Другая часть откладывается в запас. У однолетних растений запасные вещества откладываются в семенах, плодах. У двулетних на первом году жизни они накапливаются в вегетативных органах. У многолетних трав вещества запасаются в подземных органах, а у деревьев и кустарников – в сердцевине, основной ткани коры и древесины. Кроме того, у них на определённом году жизни органические вещества начинают запасаться также в плодах и семенах.

2. Дыхание растений и газообмен

В живых клетках растения постоянно происходит обмен веществ и энергии.

Листья благодаря работе устьиц осуществляют такую важную функцию, как газообмен между растением и атмосферой. Через устьица лист с атмосферным воздухом поступают углекислый газ и кислород. Кислород используется при дыхании, углекислый газ необходим растению для образования органических веществ. Через устьица в воздух выделяется кислород, который образовался в процессе фотосинтеза. Удаляется и углекислый газ, появившийся у растения в процессе дыхания. Фотосинтез осуществляется только на свету, а дыхание на свету и в темноте, т.е. постоянно. Дыхание во всех живых клетках органов растения происходит непрерывно. Как и животные, растения погибают с прекращением дыхания.

В природе происходит обмен веществ между живым организмом и окружающей средой. Поглощение растением одних веществ из внешней среды сопровождается выделением других.

Опыт 2. Дыхание растений

Элодея, будучи водным растением, использует для питания углекислый газ, растворённый в воде.

Цель: выяснить, какое же вещество выделяет элодея во внешнюю среду при фотосинтезе?

Что делаем: стебли веточек подрежем под водой (вода кипяченная) у основания и прикроем стеклянной воронкой. Пробирку, до краёв заполненную водой помещаем на трубку воронки. Это сделать в двух вариантах. Одну ёмкость поставить в тёмное место, а другую – выставить на яркий солнечный или искусственный свет

В третью и четвёртую ёмкости добавить углекислый газ (добавить не-большое количество питьевой соды или можно подышать в трубочку) и так же один поставить в темноту другой на солнечный свет.

Что наблюдаем: через некоторое время в четвёртом варианте (сосуд, стоящий на ярком солнечном свете) начинают выделяться пузырьки. Этот газ вытесняет из пробирки воду, её уровень в пробирке вытесняется.

Что делаем: когда вода будет вытеснена газом полностью, необходимо осторожно снять пробирку с воронки. Плотно закрыть отверстие большим пальцем левой руки, а правой быстро внести в пробирку тлеющую лучинку.

Что наблюдаем: лучинка загорается ярким пламенем. Посмотрев на растения, которые поместили в темноту, увидим, что пузырьки газа из элодеи не выделяются, и пробирка осталась заполненная водой. То же самое с про-бирками в первом и втором варианте.

Вывод: отсюда следует, что газ, который выделила элодея – кислород. Таким образом, растение выделяет кислород только тогда, когда есть все условия для фотосинтеза – вода, углекислый газ, свет.

При дыхании происходит расход органических веществ – их разложение, т.е. окисление, соединение с кислородом. Этот процесс протекает во всех живых клетках растения и сопровождается выделение энергии – тепла. Поэтому все части растения дышат. В процессе фотосинтеза растения выделяют кислорода в 10-20 раз больше, чем поглощают его при дыхании.

Фотосинтез и дыхание идут путём последовательных многочисленных химических реакций, в которых одни вещества преобразуются в другие.

Так, в процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды, полученных растением из окружающей среды, образуются сахара, которые затем превращаются в крахмал, клетчатку или белки, жиры и витамины – вещества, необходимые растению для питания и запасания энергии. В процессе дыхания, наоборот, происходит расщепление созданных в процессе фотосинтеза органических веществ на неорганические соединения – углекислый газ и воду. При этом растение получает высвобождающуюся энергию. Эти превращения веществ в организме называют обменом веществ. Обмен веществ – один из важнейших признаков жизни: с прекращением обмена веществ прекращается жизнь растения.

3. Транспирация

Растения на 80% состоит из воды. Процесс испарения воды листьями у растений (транспирация) регулируется открыванием и закрыванием устьиц. Закрывая устьица, растение защищает себя от потери воды. Открывание и закрывание устьиц находится под влиянием факторов внешней и внутренней среды, в первую очередь температуры и интенсивности солнечного света.

Листья растений содержат много воды. Она поступает по проводящей системе от корней. Внутри листа вода продвигается по стенкам клеток и по межклетникам к устьицам, через которые уходит в виде пара (испаряется). Этот процесс легко проверить, если выполнить несложный опыт.

Опыт 3. Транспирация

Поместим в стеклянную колбу лист растения, изолировав его от окружающей среды. Через некоторое время стенки колбы покроются капельками воды. Это доказывает процесс транспирации.

Воду испаряет поверхность листа растения. Различают транспирацию кутикулярную (испарение всей поверхностью растения) и устьичную (испарение через устьица). Биологическое значение транспирации состоит в том, что она является средством передвижения воды и различных веществ по растению (присасывающее действие), способствует поступлению углекислого газа внутрь листа, углеродному питанию растений, защищает листья от перегрева.

Интенсивность испарения воды листьями зависит от:

Биологических особенностей растений;

Условий роста (растения засушливых местностей испаряют мало воды, влажных – значительно больше; теневые растения испаряют воды меньше, чем световые; много воды растения испаряют в зной, значительно меньше – в облачную погоду);

Освещения (рассеянный свет уменьшает транспирацию на 30-40%);

Осмотического давления клеточного сока;

Температуры почвы, воздуха и тела растения;

Влажности воздуха и скорости ветра.

Наибольшее количество воды испаряется у некоторых видов древесных пород через листовые рубцы (рубец, оставляемый опавшими листьями на стебле), которые оказываются наиболее уязвимыми местами на дереве.

Разные растения испаряют разные количества воды. Так, кукуруза за су-тки испаряет 0,8 л воды, капуста – 1 л, дуб – 50 л, береза – более 60 л. Леса из различных пород деревьев испаряют воды за лето с 1 га: еловый лес – 2240 т, буковый - 2070 т, дубовый – 1200 т, сосновый – 470 т.

При разных условиях растения по-разному испаряют воду. В пасмурную погоду испарение меньше, чем в солнечный день, а в ветреную погоду – больше, чем в тихую. Транспирация защищает растения от перегрева, т.к. в процессе испарения поглощается энергия. Чем больше листовая пластинка, тем больше ее поверхность и интенсивнее происходит процесс испарения.

4. Размножение растений

Половое размножение покрытосеменных растений связано с цветком. Его важнейшие части – тычинки и пестики. В них происходят сложные про-цессы, связанные с половым размножением.

В пыльниках тычинок происходит образование пыльцевых зерен. Наружная оболочка, как правило, неровная, с шипиками, бородавочками, выростами в виде сеточки. Пыльцевое зерно попадает на рыльце пестика и прикрепляется к нему благодаря особенностям строения оболочки, а также липким сахари-стым выделениям рыльца, к которым пыльца прилипает. Пыльцевое зерно набухает и прорастает, превращаясь в длинную, очень тонкую пыльцевую трубку. Пыльцевая трубка образуется в результате деления вегетативной клетки. Сначала эта трубка растёт между клетками рыльца, затем – столбика и наконец врастает в полость завязи.

Генеративная клетка пыльцевого зерна перемещается в пыльцевую трубку, делится и образует две мужские гаметы (спермии). Когда пыльцевая трубка через пыльцевход проникает внутрь зародышевого мешка, один из спермиев сливается с яйцеклеткой. Происходит оплодотворение, и образуется зигота.

Второй спермий сливается с ядром крупной центральной клеткой зародыше-вого мешка. Таким образом, у цветковых растений при оплодотворении про-исходит два слияния: первый спермий сливается с яйцеклеткой, второй – с крупной центральной клеткой. Двойное оплодотворение характерно только для цветковых растений.

Образовавшаяся при слиянии гамет зигота делится на две клетки. Каждая из возникших при этом клеток снова делится и т. д. В результате многократных делений клеток развивается многоклеточный зародыш нового растения.

Центральная клетка тоже делится, образуя клетки эндосперма, в которых на-капливаются запасы питательных веществ. Они необходимы для питания и развития зародыша. Из покрова семязачатка развивается семенная кожура. После оплодотворения из семязачатка развивается семя, состоящее из кожу-ры, зародыша и запаса питательных веществ.

После оплодотворения к завязи притекают питательные вещества, и она по-степенно превращается в спелый плод. Околоплодник, защищающий семена от неблагоприятных воздействий, развивается из стенок завязи. У некоторых растений в образовании плода принимают участие и другие части цветка.

Основной способ размножения цветковых растений – семенами. Но существует еще вегетативное размножение.

Вегетативное размножение - это размножение вегетативными органами растений - корнями, побегами или их частями. В его основе лежит способ-ность растений к регенерации, к восстановлению целого организма из части. Усиление функции вегетативного размножения привело к значительному видоизменению органов.

Специализированными побегами вегетативного размножения являются надземные и подземные столоны, корневища, клубни, луковицы и т. п.

1. Размножение черенками (надземными побегами). Самым распространенным методом размножения комнатных растений в домашних услови-ях является черенкование.

Черенками при размножении черенками могут выступать как стебли, ку-сочки стебля, листья.

Стеблевыми черенками размножаются большинство комнатных расте-ний.

Для этого выбирают здоровый нецветущий побег. Отрезают от него че-ренок длиной от 7-15 см (все зависит от длины стебля), обрезают побег ниже узла лезвием или острым ножом, отрезают листья с нижней части черенка, подготавливают раствор фитогормона и опускают туда на несколько секунд нижнюю часть побега, делают в почве углубление с помощью карандаша и помещают туда побег, почву вокруг приминают карандашом.

2. Размножение усами. Появление на концах некоторых цветущих рас-тений маленьких дочерних растеньиц свидетельствует о том, что пришло время для размножения.

Для этого достаточно прикопать дочернее растеньице в почву, а после укоренения, отделить от материнского. Если у дочернего растеньица имеются собственные корни, то его можно сразу отделить от материнского и высаживать как укоренившийся черенок.

3. Размножение корневыми отпрысками

4. Размножение отводками. Размножение отводками очень подходит для растений с длинными стеблями (это вьющиеся ампельные растения). Для этого достаточно выбрать сильный побег и прижать его к почве кусочком проволоки.

Эту процедуру следует проводить весной или летом. Как только побег уко-ренится и от него пойдут молодые побеги, растение можно отделять.

5. Делением куста. Растения, которые образуют поросль, можно раз-множать и делением куста.

6. Размножение листом. Размножение листом производится у таких комнатных растений, как толстянка, эхеверия, очиток. Для этого используют листовые черенки: берут крупный мясистый лист, который высаживают в почву, верхний слой которой покрыт крупнозернистым песком. Мелкий лист просто кладут на почву плашмя и слегка придавливают, а крупный лист про-сто погружают нижней частью в почву. Бегония королевская, бегония Мэсона размножаются с помощью части листа.

7. Подземными побегами (корневищем, клубнем, луковицей)

8. Размножение прививкой заключается в перенесении части одного растения на другое и сращивании их. Тем самым сохраняются сортовые осо-бенности прививаемого растения. Прививкой размножают розы, сирень, аза-лии, кактусы.

Условия жизни в воде более благоприятны и стабильны, чем на суше. По сравнению с воздухом вода плотнее и лучше поддерживает тела существ, позволяя активно двигаться в любом направлении и даже дрейфовать, не тратя сил, по воле течений. Жители моря в полной мере используют особенности своей среды обитания, выработав специфические способы перемещения, питания и размножения.

Плавать или ползать?

Нередко можно видеть рыб, которые, словно уснув, не меняя положения тела, замирают в воде на одном месте. Они не тонут и не всплывают, так как способны регулировать свою плавучесть с помощью плавательного пузыря. Этот внутренний эластичный мешок заполнен газовой смесью, объем которой меняется в зависимости от окружающего давления, позволяя рыбе держаться на нужной глубине. У наутилуса роль плавательного пузыря играют камеры раковины. Заполняя их водой, он погружается, а продувая - всплывает. Если такой системы нет, приходится все время активно плавать. Для этого служат органы локомоции (движения животных, связанные с их активным перемещением в пространстве): плавники, ласты, членистые конечности рачков, пульсирующие купола медуз, реактивные устройства кальмаров. Многие животные - морские звезды, улитки, крабы - передвигаются только по дну. Вместе с прикрепленными существами они составляют так называемый бентос.

На своем месте

В воде плавает множество пищи - планктона, мальков, органических остатков. Достаточно подгонять их к себе, никуда не перемещаясь, или просто расположиться там, где есть течение, и будешь сыт. Такую стратегию избрали многочисленные прикрепленные животные - губки, полипы, морские желуди, асцидии, двустворчатые моллюски, сидячие черви... Это так называемые фильтра-торы. Некоторые (например, актинии) не просто глотают подплывающую добычу, а сначала убивают ее ядом.

Дыхание в воде

Чтобы получать энергию, большинство организмов окисляют органику кислородом, который получают из воздуха или воды. Многие водные животные поглощают кислород из воды (дышат) жабрами. Это перистые или пластинчатые выросты, густо пронизанные кровеносными сосудами. Когда их омывает вода, кровь поглощает из нее кислород и отдает углекислый газ - отход, образующийся при окислении органики. Нужно только непрерывно прогонять через жабры воду, например шевеля жаберными крышками, как это делает большинство рыб. Многие примитивные животные, например губки и актинии, лишены жабр. Кислород поглощается ими из воды всей поверхностью тела.

Размножение

Половые клетки (гаметы), попав в воду, не высыхают и могут перемещаться в любом направлении. Этим пользуются многие животные для размножения. Например, прикрепленные организмы не способны искать себе половых партнеров, зато самцам и самкам достаточно одновременно выпустить в воду гаметы. Сперматозоиды сами найдут яйцеклетки и сольются с ними (произойдет наружное оплодотворение). В принципе то же самое происходит и при встрече партнеров у многих подвижных форм, включая рыб. У большинства морских беспозвоночных из оплодотворенного яйца развивается крошечная планктонная личинка, сильно отличающаяся строением и способом питания от взрослой особи. Ее превращение во взрослое животное (метаморфоз) часто происходит уже далеко от родителей, что облегчает расселение вида. Очевидно, такой способ размножения, когда родители не заботятся о своем потомстве, экономит их силы, но требует больших материальных затрат: ведь подавляющее число попавших в воду гамет, оплодотворенных икринок и личинок погибает зря или идет на корм другим животным. Поэтому некоторые морские животные заботятся о потомстве. Так, самец колюшки строит для икринок гнездо из кусочков водорослей, скрепляя их клейкой нитью, вырабатываемой его почками. А самка осьминога охраняет вход в пещерку, где развивается ее кладка.

Подцарство Простейшие включает в себя животных, тело которых состоит из одной клетки. Эта клетка выполняет все функции живого организма: она самостоятельно перемещается, питается, перерабатывает пищу, дышит, удаляет из своего организма ненужные вещества, размножается. Таким образом, простейшие сочетают в себе функции клетки и самостоятельного организма (у многоклеточных животных эти задачи выполняются различными группами клеток, объединенных в ткани и органы).

Среди простейших встречаются животные, у которых особи дочерних поколений при бесполом размножении остаются соединенными с материнскими организмами в единую колонию

В настоящее время известно около 70 тыс. видов простейших, большинство которых являются одноклеточными организмами, как правило, микроскопических размеров. В 1675 г. благодаря изобретению микроскопа голландский ученый Антони ван Левенгук смог заниматься изучением одноклеточных организмов. Обычные размеры простейших 20-50 мкм (микрон), а самые мелкие из них достигают всего 2-4 мкм. И только некоторые инфузории заметны невооруженным глазом, так как их длина достигает иногда S мм. А диаметр тела отдельных представителей вымерших одноклеточных - фораминифер был в сотни и тысячи раз больше.

Простейшие живут только в жидкой среде - в воде разнообразных водоемов - от морей до капелек на моховых «подушках» болот, в увлажненной почве, внутри растений и животных.

Среда обитания и внешнее строение. Амеба протей, или обыкновенная амеба, обитает на дне небольших пресных водоемов: в прудах, старых лужах, канавах с застойной водой. Ее величина не превышает 0,5 мм. Амеба протей не имеет постоянной формы тела, так как лишена плотной оболочки. Тело ее образует выросты - ложноножки. С их помощью амеба медленно передвигается - «перетекает» с одного места на другое, ползет по дну, захватывает добычу. За такую изменчивость формы тела амебе и присвоили имя древнегреческого божества Протея, который мог менять свой облик. Внешне амеба протей напоминает маленький студенистый комочек. Самостоятельный одноклеточный организм амебы содержит цитоплазму, покрытую клеточной мембраной. Наружный слой цитоплазмы прозрачный и более плотный. Bнутренний ее слой зернистый и более текучий. В цитоплазме находятся ядро и вакуоли - пищеварительная и сократительная

Движение. Передвигаясь, амеба как бы медленно перетекает по дну. Сначала у нее в каком-либо месте тела появляется выступ - ложноножка.

Она закрепляется на дне, а затем в нее медленно перемещается цитоплазма. Выпуская ложноножки в определенном направлении, амеба ползет со скоростью до 0,2 мм в минуту.

Питание. Амеба питается бактериями, одноклеточными животными и водорослями, мелкими органическими частицами - остатками умерших животных и растений. Наталкиваясь на добычу, амеба захватывает ее ложноножками и обволакивает со всех сторон (см. рис. 21). Вокруг этой добычи образуется пищеварительная вакуоль, в которой пища переваривается и из которой она всасывается в цитоплазму. После того как это произойдет, пищеварительная вакуоль перемещается к поверхности любой части тела амебы и непереварившееся содержимое вакуоли выбрасывается наружу. Для переваривания пищи с помощью одной вакуоли амебе требуется от 12 часов до 5 суток.

Выделение. В цитоплазме амебы имеется одна сократительная (или пульсирующая) вакуоль. В нее периодически собираются растворимые вредные вещества, которые образуются в теле амебы в процессе жизнедеятельности. Один раз в несколько минут эта вакуоль наполняется и, достигнув предельной величины, подходит к поверхности тела. Содержимое сократительной вакуоли выталкивается наружу. Кроме вредных веществ сократительная вакуоль выводит из тела амебы избыток воды, которая попадает из окружающей среды. Так как концентрация солей и органических веществ в теле амебы выше, чем в окружающей среде, вода постоянно поступает в организм, поэтому без ее выделения амеба могла бы лопнуть.

Дыхание. Амеба дышит растворенным в воде кислородом, который проникает в клетку: газообмен происходит через всю поверхность тела. Сложные органические вещества тела амебы окисляются поступившим кислородом. В результате этого выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности амебы. При этом образуются вода, углекислый газ и некоторые другие химические соединения, которые удаляются из организма.

Размножение. Амебы размножаются бесполым путем - делением клетки надвое. При бесполом размножении сначала пополам делится ядро амебы. Потом на теле амебы появляется перетяжка. Она делит его на две почти равные части, в каждой из которых оказывается по ядру. В благоприятных условиях амеба делится примерно раз в сутки.

Класс Млекопитающие. Общая характеристика класса. Внешнее строение. Скелет и мускулатура. Полость тела. Система органов. Нервная система и органы чувств. Поведение. Размножение и развитие. Забота о потомстве.

В теле млекопитающих различают те же отделы, что и у других наземных позвоночных животных: голову, шею, туловище, хвост и две пары конечностей. Конечности имеют типичные для позвоночных отделы: плечо (бедро), предплечье (голень) и кисть (стопу). Ноги располагаются не по бокам, как у земноводных и пресмыкающихся, а под туловищем. Поэтому туловище приподнято над землей. Это расширяет возможности в использовании конечностей. Среди зверей известны лазающие по деревьям, стопоходящие и пальцеходящие звери, прыгающие и летающие. В строении головы хорошо различимы лицевой и черепной отделы (рис. 191). Спереди находится рот, окруженный мягкими губами. На конце морды имеется покрытый голой кожей нос с парой носовых отверстий. Спереди по бокам головы расположены глаза, защищенные подвижными веками, по наружным краям которых находятся длинные ресницы. Хорошо развиты слёзные железы, секрет которых омывает глаза и обладает бактерицидным действием. Ближе к затылку, выше глаз, по бокам головы выступают крупные ушные раковины, которые поворачиваются в сторону источника звука и позволяют направленно улавливать его. В шерсти различают более жесткие и длинные остевые волосы и короткие мягкие волоски, образующие подшёрсток. Длинные жесткие волосы, расположенные на морде и выполняющие осязательную функцию, называются вибриссами. Звери периодически линяют по сезонам: меняется густота и окраска шерсти. Зимой шерсть более густая, а у зверей, обитающих на снежном покрове, становится белой. Летом шерсть более редкая и окрашена в защитные темные тона.Опорно-двигательная система. Скелет млекопитающих состоит из тех же отделов, что и у других наземных позвоночных животных: черепа, позвоночника, скелетов туловища, поясов и свободных конечностей. Кости млекопитающих прочные, многие срастаются вместе. Череп крупный, состоит из меньшего, чем у рептилий, числа костей, так как многие срастаются еще в эмбриональном периоде. Челюсти сильные, вооруженные зубами, которые находятся в углублениях - альвеолах.

Позвоночник состоит из следующих пяти отделов: шейного (семь позвонков), грудного (двенадцать позвонков), поясничного (шесть-семь позвонков), крестцового (четыре слившихся позвонка) и хвостового отдела из разного числа позвонков у разных млекопитающих. Позвонки массивные, с уплощенными поверхностями тел. К позвонкам грудного отдела причленя-ются ребра, часть их соединяется с грудиной, образуя грудную клетку. Пояс передних конечностей состоит из парных ключиц и парных лопаток. Кора-коиды (вороньи кости) у большинства зверей редуцированы. У лошадей и собак, у которых ноги движутся только вдоль продольной оси тела, редуцированы и ключицы. Пояс задних конечностей (тазовый пояс) состоит из двух крупных тазовых костей. Каждая из них возникла при срастании лобковой, седалищной и подвздошной костей. Тазовые кости срастаются с крестцом.

У млекопитающих сложная система мышц. Наиболее развиты мышцы, двигающие конечности. Они начинаются на костях поясов и прикрепляются к костям свободной конечности. Длинные сухожилия подходят к костям стопы и кисти, что обеспечивает хорошую подвижность конечностей, расширяя их приспособительные (адаптивные) возможности.

Хорошо развиты межреберные дыхательные мышцы, сокращение которых поднимает и опускает грудную клетку. Есть мышцы, которые соединяются с кожей: например мимические мышцы, сокращение которых вызывает подергивание кожи, движение шерстного покрова, вибрисс.

У всех млекопитающих грудная полость отделена от брюшной мускулистой перегородкой - диафрагмой. Она широким куполом входит в грудную полость и прилегает к легким.