§ 17. Обмен веществ — важнейший признак жизни растений

Взаимосвязанные процессы образования (синтеза) и разрушения (расщепления) веществ, непрерывно протекающие в организме и обеспечивающие его неразрывную связь с окружающей средой.

• 1. Пластический обмен (ассимиляция) — процессы усвоения поступающих веществ и синтеза сложных органических соединений клетки, идущие с поглощением и затратой энергии.
• 2. Энергетический обмен (диссимиляция) — расщепление и окисление органических веществ при участии кислорода, сопровождающееся высвобождением энергии, необходимой для жизнедеятельности.

Неразрывно сопряжённый с обменом веществ процесс поглощения, преобразования, накопления и расхода энергии в живом растительном организме.

• 1. Связывание энергии — трансформация солнечной световой энергии в химическую энергию органических веществ в хлоропластах.
• 2. Высвобождение энергии — дыхательное окисление глюкозы и крахмала с образованием молекул АТФ, расходуемых на деление клеток, всасывание воды и ростовые движения.

Процесс поглощения растительным организмом из внешней среды необходимых химических соединений (минеральных и органических) и заключённой в них энергии.

• 1. Минеральное (почвенное) питание — поглощение корневой системой почвенного раствора воды и солей азота, фосфора, калия и микроэлементов.
• 2. Воздушное питание (фотосинтез) — поглощение листьями углекислого газа из атмосферы с образованием сахаров за счёт энергии солнечного света.

Способность зелёных растений самостоятельно создавать органические вещества из неорганических соединений (углекислого газа и воды) с помощью энергии света, не нуждаясь в готовой органике извне.

Обмен веществ (метаболизм) — это совокупность взаимосвязанных процессов поступления веществ из окружающей среды в организм, их химического превращения (образования и разрушения) во всех живых клетках и выделения ненужных продуктов жизнедеятельности обратно в окружающую среду. Обмен веществ обеспечивает непрерывное обновление клеточных структур, рост, развитие организма и поддержание постоянства его внутренней среды.

Способы получения питательных веществ зависят от биологического типа питания организмов:

• Зелёные растения (автотрофы) получают вещества непосредственно из неживой природы:
• из почвы через корневую систему всасывают воду и растворённые минеральные соли (почвенное минеральное питание);
• из атмосферного воздуха через устьица листьев поглощают углекислый газ, из которого в процессе фотосинтеза синтезируют сахара и крахмал (воздушное питание);
• Животные, грибы и большинство бактерий (гетеротрофы) не способны создавать органические вещества сами и получают их в готовом виде с пищей, поедая растения или других животных;
• Растения-паразиты (повилика, петров крест, заразиха), лишенные хлорофилла, получают готовые органические соединения и воду непосредственно из проводящих тканей растений-хозяев.

Живые организмы используют энергию, высвобождающуюся при окислении и расщеплении органических веществ в процессе клеточного дыхания, на следующие ключевые нужды:

• Биосинтез и рост: на построение новых клеточных стенок, мембран и органоидов при непрерывном делении клеток конусов нарастания корней и побегов;
• Транспорт веществ: на активное всасывание минеральных ионов корневыми волосками и их нагнетание в сосуды под действием корневого давления, а также отток сахаров по ситовидным трубкам;
• Двигательные реакции: на открытие и закрытие устьичных клеток кожицы, ростовые изгибы побегов в сторону света (фототропизм) и ориентирование корней вниз (геотропизм);
• Терморегуляция и защитные процессы: на поддержание стабильности клеточного содержимого при резких изменениях внешней температуры.

Обмен веществ признан фундаментальной основой жизни по ряду определяющих причин:

• Источник энергии и пластического материала: организм является открытой системой, которой ежесекундно требуются новые порции энергии для биохимических реакций; прекращение поступления веществ означает немедленную остановку всех жизненных процессов;
• Постоянное самообновление: молекулы белков и клеточные мембраны непрерывно подвергаются естественному старению и разрушению; благодаря обмену веществ организм беспрерывно синтезирует новые структуры взамен распавшихся;
• Связь со средой: именно благодаря обмену веществ организм адаптируется к условиям внешней среды, регулирует солевой баланс и температуру;
• Прекращение обмена веществ необратимо означает биологическую гибель (смерть) клетки и всего организма в целом.