Материал: физиология ответы

2. Особенности органов, их физиологическое состояние.

Корни дышат слабее листьев, а интенсивность дыхания цветков в 3 – 4 раза выше.

Разница в интенсивности дыхания органов в некоторой степени связана с тем, что они по-разному снабжаются кислородом. В листовой пластинке кислород свободно поступает к каждой клетке. Сочные плоды, клубни, корнеплоды, клетки толстых стволов и корней вентилируются плохо. В этих органах интенсивность дыхания невелика, развиваются анаэробные процессы, увеличивается ДК.

3. Скорость дыхания тканей определяется их физиологической активностью.

Клетки камбия, способные к быстрым делениям, клетки флоэмы, поглощают в 10 – 15 раз больше кислорода, чем малоактивные клетки древесины.

Органы растения, закончившие рост или находящиеся в покое, сухие семена, созревшие плоды характеризуются низкой интенсивностью дыхания.

4. Расположение ткани.

Кожура плодов, лучше обеспечиваемая кислородом, дышит в 3 раза интенсивнее, чем внутренние ткани околоплодника.

5. Возраст растений.

Молодые растения и органы дышат интенсивнее старых. Особенно велика интенсивность дыхания растущих частей.

Прорастание семян и начало роста зародыша вызывается очень сильным увеличением интенсивности дыхания. Интенсивный рост стимулирует поглощение минеральных веществ, поступление воды в клетки, синтез разных веществ, необходимых для образования новых клеток, а для этого необходима энергия.

Внешние факторы:

1. Влажность. Содержание воды в тканях растения оказывает большое влияние на интенсивность дыхания.

Увеличение оводненности ткани по-разному влияет на интенсивность дыхания разных органов растений. Повышение ее содержания в семенах увеличивает интенсивность дыхания. Обратный процесс постепенного уменьшения интенсивности дыхания наблюдается при созревании семян, связанном с потерей им воды.

Увеличение оводненности клеток листьев тоже приводит к росту интенсивности дыхания, так как вода влияет на ширину устьичных щелей, через которые поступает кислород, и на активность дыхательных ферментов. Однако дальнейший рост количества воды, накопление ее в межклетниках и в свободных пространствах клеточных стенок, мешая газообмену, тормозит дыхание.

Интенсивность дыхания в условиях орошения у большинства культур уменьшается, в условиях засухи увеличивается.

Избыток воды в почве приводит к нарушению ее аэрации, корни и листья отмирают.

2. Газовый состав среды

Интенсивность дыхания побегов почти не изменяется при снижении концентрации кислорода до 9 – 10%; сильное уменьшение интенсивности дыхания наблюдается лишь при уменьшении кислорода до 3%.

Дефицит кислорода для дыхания чаще могут испытывать корни, особенно на очень плотных почвах или почвах, содержащих избыток воды.

При недостатке кислорода в тканях идет гликолиз, спиртовое или молочнокислое брожение, образуется мало АТФ.

В условиях гипоксии углекислый газ продолжает выделяться почти с такой же скоростью, как в анаэробных условиях, что приводит к увеличению дыхательного коэффициента.

Интенсивность дыхания зависит не столько от количества кислорода во внешней среде, сколько от скорости поступления его в ткани.

Высокая концентрация углекислого газа подавляет и даже почти останавливает дыхание. У листьев это связано с закрыванием устьиц. У корней в этих условиях не только тормозится дыхание, но и останавливается рост.

3. Температура

Дыхание осуществляется в широком диапазоне температур: от – 25С до +50 -+60С

Для большинства растений минимальной является температура, близкая к нулю.

Максимальная температура +50 – +60С

Оптимальная температура для дыхания растений умеренной зоны +37 – +38С

Реакция дыхания на температуру зависит от происхождения вида: при низких температурах интенсивнее дышат северные растения, а при высоких – южные.

Увеличение интенсивности дыхания по мере повышения температуры от нуля до ее оптимальных значений можно объяснить увеличением активности ферментов.

Так как в основе дыхания лежат химические реакции, зависимость его интенсивности от температуры подчиняется правилу Вант-Гоффа: при повышении температуры на 10С интенсивность дыхания увеличивается в 2-3 раза, однако только при температуре +10-+30С. Сильное охлаждение или сильное нагревание растений стимулируют дыхание. Переменные температуры также стимулируют дыхание.

На зависимость интенсивности дыхания от температуры сильно влияет физиологическое состояние тканей, в частности, содержание воды в клетках. Увеличение температуры оказывает минимальное влияние на интенсивность дыхания при низкой влажности тканей.

Изменение температуры существенно влияет на химизм дыхания и на соотношение между активностью отдельных групп окислительных ферментов. С повышением температуры углекислый газ выделяется быстрее, чем поглощается кислород, поэтому увеличивается ДК. Это объясняется тем, что оксидазы менее чувствительны к изменению температуры, чем карбоксилазы.

Оптимальные температуры фотосинтеза ниже оптимальных температур фотосинтеза.

4. Механические и химические раздражители

Химические раздражители: как ядовитые вещества (кокаин, морфин и др.; в малых дозах), так и некоторые безвредные вещества, взятые в больших количествах, например, нейтральные соли щелочных и щелочно-земельных металлов стимулируют дыхание. В больших дозах наркотические вещества подавляют интенсивность дыхания.

Механические раздражители: под их действием интенсивность дыхания увеличивается.

5. Свет

Влияние света на дыхание, особенно зеленых клеток, до сих пор изучено недостаточно.

Деккер впервые доказал, что на свету интенсивность дыхания увеличивается по сравнению с темнотой.

На дыхание влияет не только количество света, но и его качество. Интенсивность дыхания увеличивается при освещении растений синим светом, который поглощается флавиновыми ферментами, являющимися компонентами дыхательной цепи. Увеличение интенсивности дыхания происходит и под влиянием ультрафиолетовых лучей, которые поглощаются тирозином, входящим в состав белковых молекул. Красный свет не оказывает такого влияния.

Свет влияет на дыхание не только непосредственно, активируя ферменты, но и косвенно. Если растение долго находится в темноте, то малая интенсивность дыхания вызывается недостатком дыхательного субстрата, образуемого во время фотосинтеза.

Вопрос 16. Дыхательный коэффициент, способ его определения

Дыхательный коэффициент (ДК) – это отношение количества выделенного углекислого газа к количеству поглощенного кислорода.

Дыхательный коэффициент – качественный показатель (в отличие от интенсивности дыхания, которая выступает количественной мерой дыхания, измеряется количеством кислорода, поглощенного за 1 час одним граммом растительного материала, а также количеством углекислого газа, выделенным за 1 час одним граммом растительной массы) дыхания растений, так как в первую очередь зависит от химической природы окисляемого вещества. Дыхательный коэффициент выступает как мера окисленности субстрата.

На величину ДК влияют:

1. Природа дыхательного субстрата

Количество кислорода, необходимое для окисления субстрата в аэробных условиях, находится в обратной зависимости от его содержания в молекуле субстрата: чем меньше атомов углерода в молекуле, тем больше кислорода тратится на окисление.

• Если дыхательный субстрат – углеводы, то ДК = 1

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6СО₂ + 6Н₂О

• Если дыхательный субстрат – органические кислоты, например, оксалоацетат, то ДК больше 1

2Н₂С₂О₄ + О₂ = 4СО₂ + 2Н₂О, ДК = 4

• Если дыхательный субстрат – белки и жиры, то ДК меньше 1

С₁₈Н₃₆О₂ + 26О₂ = 18СО₂ + 18Н₂О, ДК = 0,69

2. Снабжение клеток кислородом. В условиях пониженного снабжения кислородом (гипоксии) происходит спиртовое брожение, во время которого в результате декарбоксилирования образуется углекислый газ, поэтому величина ДК увеличивается.

3. Местоположение ткани – на поверхности органа или внутри него. Например, меристемы, расположенные в почках или закрытые влагалищем листа, плохо снабжаются кислородом; получают энергию в основном за счет гликолиза, и ДК у них при распаде углеводов =2. Меньшее потребленение кислорода приводит к накоплению метаболитов и восстановленных коферментов, которые могут быть использованы для синтеза нуклеиновых кислот, белков.

Таким образом, дыхательный коэффициент = 1, если дыхательным субстратом являются углеводы, клетка хорошо снабжается кислородом и распад дыхательного субстрата происходит до образования воды и углекислого газа. Если же окисление субстрата идет не до конца и накапливаются органические кислоты, то величина ДК уменьшается.

Манометрический способ определения ДК

Прибор

Прибор для определения ДК состоит из пробирки, в которую плотно вставляется пробка с изогнутой под прямым углом тонкой трубкой. К трубке присоединена измерительная шкала из миллиметровой бумаги.

Если объемы поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа равны (ДК=1), то капля в трубке передвигаться не будет.

При величине ДК не равной 1, т.е. объемы поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа не соответствуют друг другу, капля перемещается.

Она будет перемещаться в сторону пробирки, если объем выделенного углекислого газа будет меньше поглощенного кислорода, и давление в пробирке упадет (ДК меньше 1).

Капля передвинется от пробирки к концу трубки, при объеме выделенного углекислого газа больше объема поглощенного кислорода, и давление в пробирке увеличится (ДК больше 1). Поэтому, описанные принцип прибора используется преимущественно для определения ДК масличных и зернобобовых культур.