Процесс дыхания растений

В конце XVIII века рядом ученых было установлено, что растения не только погло­щают углекислый газ, но и выделяют его. Это открытие получило название  процесс дыхания растений.

История изучения химизма дыхания

В конце XIX столетия А. Н. Бахом была разработана теория активации молекулярного кислорода. Молекулярный кислород не может вступать в соединения с окисляемым веществом, так как обе его связи за­няты. Для того чтобы его активировать, необходимо освобо­дить связи. Активированный кислород может соединяться с окисляемым веществом, образуя перекись, которая, распадаясь, осуществляет дальнейшее окисление.

В работах В. И. Палладина указывается, что в процессе ды­хания происходит активация водорода дыхательного вещества. Активация водорода заключается в том, что ферменты дегидрогеназы отнимают водород от дыхательного материала, вследст­вие чего последний окисляется, а активированный водород со­единяется с кислородом.

В настоящее время общепризнано, что в процессе дыхания активируется как кислород, так и водород. В дальнейшем рабо­тами С. П. Костычева была доказана связь между дыханием и брожением.

Начальная фаза превращения сахара происходит одинаково и при дыхании, и при брожении и образуются одина­ковые промежуточные продукты. Затем при дыхании эти про­дукты окисляются до СО₂ и Н₂О, а при брожении образуются спирт и СО₂. В последнем случае выделяется мало энергии: на одну грамм-молекулу сахара — 48 ккал.

В разработке химизма дыхания принимали участие многие ученые. Л. А. Иванов показал значение фосфорной кислоты в процессе дыхания: окислению подвергается не свободная молекула сахара, а ее фосфорный эфир.

Это указывает на то, что в процессе дыхания не только распадаются, но и синтезируются сложные органические соединения. А. Сент-Джорджи, X. Кребс и С. М. Джонсон детально исследовали химизм дыхания и пока­зали роль органических кислот в этом процессе.

Дыхание и фотосинтез

Дыхание это процесс, свойственный всем живым организмам. Оно представляет собой окислительный распад сложных органических соединений (в первую очередь углеводов), конечными продуктам которого являются углекислый газ и вода с выделением энергии. Дыхание как физиологический процесс может быть представлено следующей схемой:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ → 6СО₂ + 6Н₂О + 686 ккал.

Однако процесс окисления не столь прост, как показано на схеме, а идет через ряд промежуточных этапов. Значение дыха­ния состоит не только в освобождении энергии, но и в том, что при постепенном распаде углеводов образуется ряд различных промежуточных соединений, которые могут служить для синтеза органических веществ, например белков, жиров и других.

Таким образом дыхание — окислительный распад сложных органиче­ских соединений — является главным руслом превращения веществ и энергии в растении.

Сравнивая суммарные уравнения фотосинтеза и дыхания, видим, что при фотосинтезе образуются органические вещества с использованием солнечной энергии, а при дыхании растений эта энергия, накопленная в органическом веществе, освобож­дается:

6СО₂ + 6Н₂O → (энергия света(686ккал)/хлорофилл) → С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ (фотосинтез),

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ → 6СО₂ + 6Н₂О + 686 ккал (дыхание).

При образовании одной грамм-молекулы сахара в процессе фотосинтеза затрачивается 686 ккал солнечной энергии; такое же количество энергии выделяется и при ее окислении в про­цессе дыхания. Таким образом, в энергетическом отношении ды­хание — прямая противоположность фотосинтезу.

У растений в отличие от животных нет специальных органов дыхания, и кислород непосредственно поступает в каждую жи­вую клетку. Благодаря большому развитию поверхностей, тесно связанных с воздушным питанием, доступ воздуха к каждой клетке облегчен, и поэтому для поступления кислорода в клетку и освобождения ее от образовавшегося углекислого газа не тре­буется никаких дополнительных органов.

Процесс дыхания у разных зеленых растений и их органов неодина­ков и его сравнивают по интенсивности, т. е. по количеству вы­деленного в процессе дыхания углекислого газа на единицу веса в единицу времени.

Дыхание тесно связано с ростом, поэтому чем интенсивнее идет рост растения, тем сильнее процесс дыхания. Интенсив­ность дыхания также зависит от возраста растений: у молодых растений дыхание протекает более энергично, с возрастом интен­сивность дыхания уменьшается. Ниже показано изменение ин­тенсивности дыхания в процессе индивидуального развития                                (по Б. А. Рубину).

Листья капусты белокочанной (сорт Амагер)
Возраст растений (в сутках)	3	8	24	31	70
Дыхание (в мг С02 на кг сырого веса в час)	314	155	52	67	27
Листья подсолнечника
Возраст растений (в сутках)	22	36	50	64	99
Дыхание (в мг С02 на кг сырого веса в час)	300	87	46	59	25

 

Интенсивность дыхания различных ор­ганов растения зависит от наличия в клет­ках живого содержимого. Наиболее интен­сивно дышат цветки.

При дыхании массив­ных цветков, например Амазонской Виктории регии (Victoria regia), внутри цветков поднимается температура, пре­вышающая температуру воздуха на 12°.

Процесс дыхания растений можно наглядно наблюдать на прорастающих семенах пшеницы. Прорастающие семена также отличаются высокой интенсивностью дыхания. Если их поместить в хорошо изолированный от потери тепла приемник, например в дьюаровский сосуд, то можно наблюдать значительное повышение температуры, достигающее 30 —50°.

В этом случае семена могут даже погибнуть в связи с высокой температурой.