§ 20. Дыхание растений

Физиологический процесс поглощения живыми клетками растения кислорода из окружающей среды, окислительного расщепления органических веществ до углекислого газа и воды с высвобождением энергии, необходимой для жизнедеятельности организма.

• 1. Всеобщность процесса — протекает непрерывно во всех живых клетках растительного организма (в растущих почках, листьях, стебле, корнях и семенах).
• 2. Энергетическое значение — освобождающаяся энергия расходуется на рост, клеточное деление, синтез ферментов и всасывание минеральных растворов, а часть её рассеивается в виде тепла.
• 3. Круглосуточность — осуществляется непрерывно 24 часа в сутки: и на свету, и в темноте.

Совокупность процессов непрерывного обмена газами между организмом растения и внешней окружающей средой.

• 1. Газообмен при дыхании — постоянное поглощение кислорода из воздуха, почвенных пор или воды и выделение образовавшегося углекислого газа.
• 2. Газообмен при фотосинтезе — поглощение углекислого газа и выделение свободного кислорода на свету (в солнечный день объём выделяемого кислорода в 10–20 раз превышает дыхательное потребление).

Микроскопические регулируемые щели в кожице (эпидерме) листьев и молодых зелёных побегов, окаймлённые двумя замыкающими клетками полулунной формы.

• 1. Механизм действия — регулируют газообмен за счёт изменения тургорного давления в замыкающих клетках: раскрываются при насыщении влагой и смыкаются при её дефиците или в темноте.
• 2. Функция в газообмене — обеспечивают поступление кислорода для дыхания внутренних тканей листа и вывод паров воды и углекислого газа.

Мелкие бугорки на поверхности побегов и стволов деревьев и кустарников, образованные рыхло расположенными клетками с крупными межклетниками, пронизывающими водонепроницаемый пробковый слой коры.

• 1. Анатомическое назначение — служат дыхательными отверстиями в плотной многослойной пробке многолетних ветвей и стволов.
• 2. Вентиляция глубоких слоёв — снабжают кислородом живые клетки луба, камбия и сердцевины, предотвращая их задыхание под толстым защитным покровом коры.

Пространства и ходы различной величины, расположенные между неплотно прилегающими друг к другу живыми клетками растительных тканей (особенно в губчатой ткани листа и коре корней).

• 1. Внутренняя циркуляция — образуют разветвлённую систему воздушных ходов, сообщающихся с внешней средой через устьица и чечевички.
• 2. Доставка кислорода — обеспечивают быструю диффузию кислорода ко всем глубоко лежащим клеткам, лишённым прямого контакта с атмосферой.

Дыханием называют физиологический процесс постоянного газообмена между организмом и окружающей средой, при котором живые клетки непрерывно поглощают кислород, вступающий в окислительные реакции с органическими веществами (углеводами, белками, липидами). В результате сложных химических превращений молекулы органических соединений распадаются до конечных продуктов обмена — углекислого газа и воды, а выделяющаяся при этом энергия аккумулируется и используется организмом для осуществления всех процессов жизнедеятельности: клеточного деления, роста органов, движения цитоплазмы, всасывания солей и адаптации к меняющимся условиям внешней среды.

Биологическое значение дыхания для растительного организма заключается в следующем:

• Энергетическое обеспечение: дыхание служит главным источником химической энергии; без энергии дыхания невозможны всасывание воды и солей корнями, транспорт веществ по ситовидным трубкам, синтез клеточных стенок и нарастание верхушек побегов;
• Поставка пластических блоков: в ходе промежуточных этапов дыхательного окисления углеводов образуются органические кислоты и промежуточные метаболиты, служащие сырьём для биосинтеза аминокислот, белков, липидов и растительных гормонов;
• Терморегуляция тканей: часть высвобождаемой энергии выделяется в форме тепла, поддерживая необходимый температурный баланс внутри прорастающих почек и цветков при весенних заморозках;
• Основа сохранения жизни: прекращение дыхания даже на непродолжительное время приводит к быстрому накоплению токсичных недоокисленных продуктов, энергетическому параличу клеток и необратимой гибели растения.

Закладывать сырые и недосушенные семена на хранение в амбары и зернохранилища категорически нельзя по ряду критических причин:

• Лавинообразное самосогревание: влага пробуждает зародыши семян из состояния глубокого покоя, стимулируя бурное дыхание; при интенсивном дыхании выделяется огромное количество тепла и водяного пара; температура зерновой насыпи может взлететь до +50...+60 °C, что приводит к температурной коагуляции белков и тепловой гибели («свариванию») зародышей;
• Истощение запасов питательных веществ: активное дыхание заставляет клетки зародышей ускоренно сжигать крахмал и белки эндосперма или семядолей, в результате чего семена теряют всхожесть и питательную ценность;
• Развитие патогенных плесневых грибов и бактерий: тепло и сырость создают идеальную среду для вспышки семенных инфекций (плесневения, гниения), заражающих и отравляющих токсинами всю массу собранного урожая;
• Закисание и спиртовое брожение: при нехватке кислорода внутри плотной мокрой массы зерна дыхание сменяется брожением с накоплением ядовитого этилового спирта, убивающего зародыши.

Для обеспечения корневой системы кислородом и предотвращения кислородного голодания тканей применяют проверенные агротехнические и биологические методы:

• Регулярное рыхление почвы («сухой полив»): разрушение поверхностной плотной корки после полива или дождей повышает скважность и пористость грунта, открывая путь кислороду воздуха в глубокие слои почвы;
• Мелиорация и дренаж переувлажнённых земель: на заболоченных участках избыток гравитационной воды вытесняет почвенный воздух, поэтому прокладка дренажных каналов и осушение восстанавливают аэрацию корнеобитаемого горизонта;
• Структурирование тяжёлых почв: внесение в плотные глинистые грунты песка, торфа или зрелого компоста улучшает комковатую структуру почвы, формируя широкие воздушные каналы;
• Очистка листьев от пыли и загрязнений: слой пыли закупоривает устьица листьев, мешая газообмену всей надземной части растения; регулярное обмывание побегов и посадка пылеустойчивых пород (липа, дуб, вяз, тополь) помогают нормализовать снабжение растения газами;
• Искусственная аэрация субстратов: в теплицах и установках гидропоники питательный раствор обогащают кислородом непрерывным барботированием (продувкой пузырьками воздуха) с помощью компрессоров.