Вплив зовнішніх умов на процес дихання.

Процес дихання – одна з важливих сторін обміну речовин. Воно являє собою комплекс окислювальних і відновлювальних процесів, які каталізуються відповідними ферментами. Дихання слугує джерелом енергії для всіх біохімічних процесів, які відбуваються в клітинах організму. Хімічна енергія, яка утворюється в процесі дихання, по-різному перетворюється, обумовлюючи проходження ряду процесів, пов’язаних з перетворенням речовин, ростом і рухами рослин. Частина її виділяється у вигляді теплової енергії.
Інтенсивність дихання різна в окремих органах рослини. Вона може змінюватися з віком рослини. Особливо інтенсивно дихає насіння, яке проростає, а також квітки у вищих рослин. Великою енергією дихання відрізняються нижчі організми – бактерії і цвільові грибки.
Інтенсивність дихання змінюється в процесі онтогенезу рослин. У молодої рослини дихання відбувається інтенсивніше, а з віком значно зменшується. За дослідженнями вчених у листках зимової капусти “Амагер” після її зрізування дихання складало 314 мг вуглекислого газу на 1 кг сирої маси на годину, а на 70-й день – всього 27 мг. Під час цвітіння у квітів спостерігається значне підвищення дихання і падіння його в листках та інших вегетативних органах. З моменту утворення плодів і в міру їх збільшення дихання падає, а вже коли дозрівають і при збереженні різко зростає.
Особливе значення на дихання рослин має температура. З її підвищенням величина дихання також зростає, а з її пониженням помітно падає. До температури 40⁰C дихання підвищується, а при 50⁰С, починається відмирання цитоплазми, і дихання різко падає. Однією з важливих умов для дихання є наявність кисню. Але не потрібно забувати, що дихають не лише надземні органи, а й підземні. Тому дуже важливо постійно проводити спушування грунту. На тих грунтах, де є надлишок вологи (заболочення), коренева система може відчувати недостачу кисню, що рано чи пізно призведе до негативного впливу на ріст та розвиток рослини в цілому.
Важливе значення на дихання виявляє вуглекислий газ. При підвищеному його вмісті дихання падає. Високі концентрації вуглекислоти використовуються для зберігання плодів та овочів.
Дихання підвищується під впливом подразнень. Якщо рослину поранити, дихання зросте. Розрізана картопля, за дослідженнями польських вчених, дихає в 5-6 разів інтенсивніше, ніж ціла. Отже, дихання важливий фізіологічний процес, що допомагає рослинам рости та розвиватися.

Дихання притаманне всім органам, тканинам і клітинам рослини. Інтенсивність дихання можна уявити, вимірюючи кількість вуглекислого газу, що виділяється тканиною, або вимірюючи кисень, що поглинається нею. Більш інтенсивно дихають молоді, швидко зростаючі органи і тканини рослин. Найбільш активно дихання репродуктивних органів, потім листя; слабкіше дихають стебла і коріння. Тіньовитривалі рослини дихають слабкіше світлолюбних. Для високогірних рослин, адаптованих до зниженого парціального тиску O₂, характерна підвищена інтенсивність дихання. Дуже активним є дихання цвілевих грибів, бактерій. Дихання посилюється з підвищенням температури (на кожні 10 °C — приблизно у 2-3 рази), зупиняючись за температури у 45-50°C. У тканинах зимуючих органів рослин (бруньки листвяних дерев, голки хвойних) дихання продовжується (з різко зниженою інтенсивністю) і при значних морозах. Дихання рослин стимулюють механічні та хімічні подразнення (поранення, деякі отрути, наркотики). Закономірно змінюється дихання під час розвитку рослини та її органів. Сухе насіння дихає досить слабко. При набуханні і наступному проростанні насіння дихання посилюється у сотні і тисячі разів. Із закінченням періоду активного росту рослин дихання їхніх тканин слабшає, що пов'язується з процесом старіння протоплазми. При дозріванні насіння, плодів інтенсивність дихання зменшується. Відповідно до теорії радянського біохіміка А. Н. Баха, процес дихання, тобто окислення вуглеводів, жирів, білків, здійснюється за допомогою окисної системи клітини в два етапи ^[1]:

1. активація кисню (O₂) повітря шляхом його приєднання до ненасичених, здатних мимоволі окислюватися сполукам, що містяться в живій клітині (оксигенази) з утворенням перекисів,

2. активація перекисів із звільненням атомарного кисню, здатного окислювати важкоокислювані органічні речовини.

За теорією дегідрування російського ботаніка В. І. Палладіна, найважливіша ланка дихання — активація водню субстрату, здійснювана дегідрогеназою. Обов'язковий учасник складного ланцюга процесів дихання — вода, водень якої разом з воднем субстрату використовується для відновлення самоокислюваних сполук — так званих дихальних пігментів. Вуглекислий газ (CO₂), що виділяється при диханні, утворюється без участі кисню повітря, тобто анаеробно. Кисень повітря йде на окислення дихальних хромогенів, що перетворюються при цьому в дихальні пігменти. Подальший розвиток теорія дихання отримала в дослідженнях радянського ботаніка С. П. Костичева, згідно з якими перші етапи аеробного дихання аналогічні процесам, властивим анаеробам. Перетворення утворюваного при цьому проміжного продукту можуть йти з участю кисню, що властиво для аеробів. У анаеробів ж ці перетворення йдуть без участі молекулярного кисню.

За сучасними уявленнями, процес окислення, який становить хімічну основу дихання, полягає у втраті речовиною електрона. Здатність приєднувати або віддавати електрони залежить від величини окисного потенціалу з'єднання. Кисень володіє найвищим окислювальним потенціалом і, отже, максимальною здатністю приєднувати електрони. Однак потенціал кисню сильно відрізняється від потенціалу дихального субстрату. Тому роль проміжних перенощиків електронів від дихального субстрату до кисню виконують специфічні сполуки. Почергово окиснюючись і відновлюючись, вони утворюють систему перенесення електронів. Приєднавши до себе електрон від менш окисненого компонента, такий перенощик відновлюється і, віддаючи його наступному компоненту з більш високим потенціалом, окислюється. Так електрон передається від однієї ланки дихального ланцюга до іншого і, врешті-решт, кисню. Це заключний етап дихання.

Всі ці процеси (активація кисню, водню, перенос електрона ланцюговою реакцією на кисень) здійснюються головним чином у мітохондріях завдяки розгалуженій системі окислювально-відновних ферментів. Шляхом проходження до кисню електрони, що мобілізуються спочатку від молекули органічної речовини, поступово віддають закладену в них енергію, яку клітина запасає у формі хімічних сполук, головним чином АТФ.

Завдяки досконалим механізмам запасання та використання енергії процеси енергообміну в клітині йдуть з дуже високим коефіцієнтом корисної дії, поки недосяжним в техніці. Біологічна роль дихання не вичерпується використанням енергії, накопиченої в окислюваній органічній молекулі. У ході окислювальних перетворень органічних речовин утворюються активні проміжні сполуки — метаболіти, які жива клітина використовує для синтезу специфічних складових частин своєї протоплазми, утворення ферментів. Усім цим визначається центральне місце, що займає дихання в комплексі процесів обміну речовин живої клітини. У диханні схрещуються і пов'язуються між собою процеси обміну білків, нуклеїнових кислот, вуглеводів, жирів та інших компонентів протоплазми.

Дата добавления: 2015-07-17