Процессы дыхания и фотосинтеза являются «привилегией» подданных царства растений. Знание про них является одним из тех обязательных минимумов, которые требуются от школьника, готовящегося к ЕГЭ по биологии.

Определение

Дыхание – это процесс поглощения растениями кислорода и выделение ими углекислого газа.

Фотосинтез – это процесс образования органических веществ при использовании энергии солнца, углекислого газа и воды, который происходит в клетках зеленых растений.

Сравнение

Дыхание – это естественный процесс газообмена, который растения, как все живые организмы, осуществляют с внешней средой. Дыхание происходит во всех органах растения. Оно осуществляется через устьица, чечевички и трещины в коре деревьев.

Процесс дыхания происходит в круглосуточном режиме. Организацией дыхания заняты специальные органеллы клетки – митохондрии.

Отличие дыхания от фотосинтеза

Фотосинтез – это процесс, который невозможен без солнечного света, поэтому он происходит лишь в светлое время суток или при наличии запасенной растениями ранее энергии нашей звезды. Фотосинтез может происходить лишь в клетках растений, которые содержат хлоропласты с пигментом хлорофиллом. Традиционно фотосинтез происходит в листьях, пока они зеленые, в стеблях, в отдельных частях цветка, в плодах.

В процессе дыхания клетки растения поглощают атмосферный кислород, используя накопленные органические соединения, конкретно – крахмал. При этом происходят расход, трата, уничтожение органического вещества. В результате дыхания выделяется углекислота, которая возвращается в атмосферу, и вода, которая остается в середине живого организма.

В процессе фотосинтеза растение поглощает углекислый газ и использует накопленную воду. Под действием энергии солнечных квантов происходит окислительно-восстановительная реакция, результатом которой является образование органических веществ (сахаров или крахмала) и выделение кислорода.

Выводы сайт

1. Дыхание обеспечивает жизнь самого растения, а выделенный кислород и накопленные в результате фотосинтеза органические вещества дают возможность существовать на Земле гетеротрофным организмам.
2. Дыхание происходит в растениях постоянно, а фотосинтез идет лишь под действием солнечного света.
3. В дыхании задействованы все клетки растения, а в фотосинтезе – лишь зеленые.
4. При дыхании кислород поглощается, а при фотосинтезе – выделяется.
5. В дыхании органические вещества расщепляются, а при фотосинтезе – синтезируются.

Кандидат сельскохозяйственных наук А. ТАРАБРИН

БОЛЬШАЯ НАУКА В МАЛЕНЬКОМ ОГОРОДЕ

Известно, что любое растение "добывает" пищу не только из почвы, но и из воздуха. 95% урожая определяют органические вещества, полученные в зеленых листьях за счет воздушного питания растений - фотосинтеза, и лишь остальные 5% зависят от почвенного или минерального питания.

Тем не менее большинство садоводов основное внимание уделяют прежде всего минеральному питанию. Они регулярно вносят удобрения, рыхлят почву, поливают, забывая о воздушном питании растений. Даже приблизительно нельзя сказать, сколько мы "не добираем" урожая лишь из-за того, что как бы "не замечаем" фотосинтеза.

О масштабах фотосинтеза и его значении в природе можно судить уже по одному количеству солнечной энергии, перехватываемой зелеными листьями и "законсервированной" в растениях. Ежегодно только растения суши запасают в виде углеводов столько энергии, сколько могли бы израсходовать сто тысяч больших городов в течение 100 лет!

О значении и сущности фотосинтеза говорил еще К. А. Тимирязев в 1878 году в своей знаменитой книге "Жизнь растений". "Когда-то, где-то на Землю упал луч солнца, но упал он не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка, или лучше сказать на хлорофилловое зерно. Ударяясь о него, он потух, перестал быть светом, но не исчез. Он только затратился на внутреннюю работу. В той или иной форме он вошел в состав хлеба, послужившего нам пищей. Он преобразовался в наши мускулы, в наши нервы. Этот луч согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу..." Слова эти не устарели до сих пор. За прошедшие годы они лишь уточнились и дополнились новыми данными о дыхании.

У растений дыхание в основе своей - процесс, противоположный фотосинтезу. Молекула сахара глюкозы окисляется кислородом воздуха до углекислого газа и воды с выделением заключенной в углеводах энергии. Эта энергия идет на осуществление и поддержку всех жизненных процессов: поглощение и испарение воды и минеральных солей, рост и развитие растений.

Именно в освобождении энергии и направлении ее на нужды растений и заключается главный смысл дыхания, которое происходит во всех живых клетках растений.

По сути, дыхание поддерживает саму жизнь на Земле! Но как именно это происходит? За счет какой формы энергии? Не вдаваясь в подробности, скажем лишь, что весь смысл дыхания состоит в образовании аденозинтрифосфорной кислоты или сокращенно АТФ - органического вещества, в состав которого входят азотистое основание аденин, пятиуглеродистый сахар рибоза (вместе они составляют аденозин) и три остатка фосфорной кислоты, соединенные между собой фосфатной связью, при распаде которой и освобождается энергия, необходимая для всего живого на Земле.

Образно это можно сравнить с работой аккумуляторной батареи, которая отдает энергию по потребности и снова заряжается у растений за счет солнечной энергии при фотосинтезе.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Срез листа под микроскопом. По мере поступления воды тонкие наружные стенки клеток растягиваются и тянут за собой более толстые внутренние. В это время устьица (отверстия) открываются: из листа выделяется кислород, а поступает в него углекислый газ.

Солнце в течение дня меняет свое положение, описывая траекторию дуги примерно 60° зимой и 120° и более летом. Это надо учитывать при выборе места для теплицы.

Живая изгородь высотой не более 1,8 метра, растущая к югу и западу от теплицы, снизит силу преобладающих ветров, не вызывая затенения. Забор с северной стороны, поставленный близко к теплице, не отбрасывает тень.

Установленные на крыше и боковых стенках теплицы форточки улавливают поток холодного воздуха и направляют его вниз к полу. Когда поток нагревается, он поднимается вверх и выходит наружу через форточки, расположенные с подветренной стороны.

Практически выходит, что урожай растений - это разница между фотосинтезом и дыханием: чем выше фотосинтез и ниже дыхание, тем выше урожай, и наоборот. В природе фотосинтез меняется сравнительно мало. Зато дыхание может возрастать в сто и даже тысячу раз. К тому же соотношение между производящими и потребляющими частями растений строится по принципу: один с сошкой (фотосинтез) - семеро с ложкой (дыхание). В самом деле, ведь фотосинтез идет только в листьях и только днем на свету, тогда как дышат растения круглые сутки, а накопление органических веществ (основы урожая) возможно лишь при условии, что фотосинтез намного превышает дыхание. К великому сожалению, это бывает значительно реже, чем хотелось бы.

К тому же все это мы рассматриваем сейчас в несколько упрощенном виде. На самом деле растение - единый целостный организм, в котором все процессы тесно взаимосвязаны, с одной стороны, друг с другом, с другой - с окружающей их внешней средой: светом, теплом, влагой. Влияние внешних условий на любое растение сложно, ведь в природе все условия действуют на растение одновременно. И пока мы не знаем, где же кончается действие одного из них и начинается действие другого и какое именно условие оказывается решающим в данный период роста и развития растения.

Чтобы ответить на этот вопрос и были сооружены огромные оранжереи с полностью управляемым климатом - климатроны. Один из них - климатрон Миссурийского ботанического сада в городе Сент-Луисе (США), построенный видным американским ученым Ф. Вентом. Он установил, что из всех внешних условий решающим фактором роста томатов является ночная температура. Если ночью она поднималась выше 24 или опускалась ниже 16 градусов, плоды вообще не завязывались. Ночная температура оказалась решающей и для урожая картофеля. Клубни лучше всего образовывались при температуре ночью около 12 градусов. Именно поэтому в жаркое лето 1999 года во многих зонах нашей страны, в том числе в Подмосковье, урожай картофеля снизился вдвое по сравнению с прошлыми годами.

Температура часто оказывается едва ли не "главным врагом" будущего урожая, причем не только тогда, когда бывает слишком низкой, но и в тех случаях, когда намного превышает оптимальную. Немецкие ученые X. Лир, Г. Польстер установили, что в ясные солнечные дни для получения урожая наиболее продуктивны ранние утренние часы, когда температура воздуха не превышает 20-25°С. Прирост органической массы в это время в 30 раз больше, чем при более высоких температурах.

И это вполне понятно и объяснимо. Именно в утренние часы фотосинтез достигает своего максимума, тогда как дыхание, сильно зависящее от температуры, становится минимальным. Вот почему растения особенно отзывчивы на утренние поливы. Воды, особенно огурцам, томатам, кабачкам, требуется много и желательно не очень холодной.

В совершенно необычную и непривычную среду попадают растения при выращивании их в закрытом грунте. В условиях теплиц все внешние факторы нередко начинают работать как бы против растений. Пытаясь с помощью обыкновенной пленки защитить растения от холода, мы никак не можем избавить их от перегрева, что сделать намного труднее. Ведь даже весной температура в теплицах иногда превышает оптимальную (около 20 градусов). Что же говорить о периоде апрель - август?

В пасмурные дни теплица невольно превращается для растений в темницу, скупые лучи солнца едва проникают сквозь пленку. Из-за нехватки света фотосинтез резко падает, тогда как дыхание идет своим чередом, нередко перекрывает фотосинтез и заметно снижает будущий урожай.

Другая беда подстерегает растения в теплице в ясные теплые солнечные дни. Теплица превращается в такие дни в раскаленную пустыню. "Перегрев" листьев и нехватка углекислого газа - основного "сырья" для создания углеводов - приводят к резкому падению фотосинтеза. Напомним, что в воздухе содержится всего лишь 0,03% углекислого газа, или 3 части на 10 тысяч частей воздуха, и нехватка этого газа в теплицах в дневные часы - вполне обычное дело. Зато в сто и даже тысячу раз (в зависимости от температуры) возрастает дыхание. Естественно, что в эти часы о накоплении углеводов не может быть и речи. Наоборот, растение теряет даже то, что было накоплено в более благоприятное время.

А что необходимо делать садоводу? Прежде всего, регулярно следить за температурой с помощью размещенных внутри и снаружи теплицы термометров или, что лучше, психрометров (приборов с двумя термометрами, у одного из которых резервуар обтянут влажной материей), позволяющих одновременно наблюдать за температурой и относительной влажностью воздуха, что очень важно. Для защиты от перегрева хорошо иметь с обеих торцовых стен теплицы широкие двери. Вместе со свежим холодным воздухом через приоткрытые двери устремляется в теплицу поток углекислого газа, что заметно повышает фотосинтез, особенно при нехватке света.

Если этого недостаточно, нужны боковые окна, самое простое - прибить пленку внизу с боков к деревянным рейкам и скатывать ее, поднимая на нужную высоту.

Несколько слов о почвенном питании растений. До сих пор многие садоводы считают, что обильный урожай овощей можно вырастить лишь с помощью органических удобрений. Минеральные же удобрения, по их мнению, - сплошные ядовитые нитраты.

Что касается нитратов, то есть очень мудрая заповедь: "Не перекорми!" Вносить удобрений надо столько, сколько необходимо растениям, и не сразу, а дробно, по мере их потребления. Обо всем этом журнал "Наука и жизнь" писал уже много раз (см. № 4, 1992 г.; № 6, 1993 г.; №№ 3, 4, 5, 1999 г.).

В заключение несколько слов о выращивании овощей на балконах и лоджиях. Живем мы в однокомнатной квартире на втором этаже кирпичного дома в Красногорском районе Подмосковья. Вблизи нет зданий и затеняющих деревьев. Размер балкона 3 метра на 70 см. Овощи мы выращиваем по методу американского овощевода доктора Дж. Миттлайдера на смеси опилок с песком. Берем шесть литровых кружек опилок (без стружки), три кружки песка (без глины), две столовые ложки (с верхом) питательной смеси № 1 и одну столовую ложку (с верхом) смеси № 2. Смесь № 1 готовим следующим образом: 5 кг молотого известняка или доломитовой муки смешиваем с 40 г борной кислоты; смесь № 2-3 кг комплексного удобрения "Азофоска" смешиваем с 450 г (два с половиной стакана) сернокислого магния и 3 чайными ложками (без верха) борной и молибденовой кислоты.

Приготовленной смесью набиваем пластмассовые корытца для цветов и тазы с отверстиями 0,5 см в дне и с боков. Для подкормки растений в 1 литре горячей воды растворяем четыре чайные ложки (с верхом) смеси № 2. Всякий раз перед подкормкой берем из приготовленной емкости 100 г раствора и разбавляем его в 10 раз водой. Этого количества хватает на подкормку примерно 10 растений. Частота подкормок: в ясную теплую солнечную погоду - один раз в 7-10 дней, в холодную и пасмурную - два раза в месяц.

В корытцах выращиваем огурцы, в тазах - помидоры, по 1-3 штуки в каждом, в зависимости от размера посуды. Собираем по килограмму помидоров с каждого куста. Выращиваем их в основном из купленной рассады. Правда, в 1999 году сами вырастили рассаду, но несколько запоздали с посевом семян, и из нее выросли "игрушечные" помидоры высотой 40 см, сплошь усыпанные ярко-красными плодами, каждый размером со сливу. Но они были так красивы, что многие прохожие невольно останавливались, чтобы полюбоваться на это чудо.

На каждом балконе - свои условия для выращивания растений, и нельзя заранее сказать, что с северной стороны все овощи будут расти плохо, а с южной - наоборот, хорошо. Необходимое условие на все случаи: остекленные лицевая и тем более торцовая стороны балкона должны открываться на всю их ширину. Если этого нет, лучше оставить балкон или лоджию неостекленными, а в холодную погоду вносить растения в комнату.

САДОВОДУ - НА ЗАМЕТКУ

Многие новые сорта овощных культур позволяют избежать несоответствия своих требований реальным условиям выращивания. Так, устойчивы: к недостатку освещенности - гибриды томата F 1 Оля, баклажана F 1 Плутон, сорта салата Балет, Келтик; к пониженным температурам - сорта тыквы Улыбка, петрушки Берлинская, свеклы Детройт, редьки Чернавка, огурца Сириус, гибриды томатов F 1 Леля, F 1 Оля; к засухе - гибриды огурца F 1 Мазай, сорта редиса Злата, баклажана Квартет.

Все живое на поверхности нашей планеты дышит являясь составной частью биосферы.

Дыхание – процесс в результате которого высвобождается энергия получаемая от Солнца. С помощью хлорофилла у растений, бактериохлорофилла и бактериородопсина у бактерий солнечное излучение превращается в химическую энергию. Она преобразовывается в сахар, крахмал, жиры, белки и прочие энергетически богатые вещества. Такой процесс называется фотосинтезом.

Дыхание – изменение преобразующее эту энергию для клеток живых организмов. Известно, что любому организму для жизни необходима энергия. Таким образом, фотосинтез и дыхание взаимосвязанные процессы.

Образно выражаясь, фотосинтез - способ с помощью которого солнечные ресурсы попадают в биосферу в которой живет в том числе и человек.

Процесс преобразования солнечной энергии

Важнейшим химическим элементом в процессе фотосинтеза является углерод, поскольку он способен образовывать молекулярные цепочки. На суше это явление происходит прежде всего в зеленых растениях. В морях солнечное излучение поглощается одноклеточными организмами, известными под названием фитопланктона, содержащими хлорофилл, то есть зелень листьев. Фитопланктон использует для этого углекислый газ, растворенный в морской воде.
За один год с помощью образования органического вещества из углекислого газа и воды на свету извлекается в общей сложности 200 миллиардов тонн углерода. Атомы углерода связаны в сложных молекулах организмов в биомассу. 90 ТВт – именно такое количество солнечного излучения ежесекундно превращается в химическую энергию биомассы для дальнейшего .

Биомасса – это вещество, из которого состоит вся биосфера. Ежесекундно содержимое этой гигантской кладовой энергии уменьшается на 90 ТВт, используемых в процессе дыхания живых организмов, их отмирания, сгорания древесины, растительных и органических отходов. Но в то же время одинаковое количество солнечной энергии за счет поступает в биосферу путем фотосинтеза (90 ТВт).

Любопытно, что зеленые растения на суше поглощают 60 ТВт солнечного излучения, в то время как фитопланктон в морях – всего лишь 30 ТВт, хотя мировой океан занимает большую часть поверхности Земли.

Человечество стало использовать биомассу в более значительных масштабах, чтобы тем самым компенсировать весьма ограниченные ресурсы нефти и угля.

Организмы освобождают энергию из органического вещества биомассы (то есть пищи) в процессе дыхания. При этом используется кислород воздуха и вырабатывается углекислый газ и водяной пар.

Таким образом, дыхание – это процесс противоположный фотосинтезу.

Фотосинтез и дыхание дополняют друг друга обеспечивая нормальное течение метаболизма (обмена веществ). Они взаимообусловлены и не могут существовать отдельно. Ведь эти жизненно важные процессы возникли одновременно два миллиарда лет тому назад.

Повторите особенности строения пластид, которые вы изучили в предыдущей теме. в клетках каких организмов есть пластиды? Для чего они нужны? вспомните строение хлоропласта. Сколько мембран входит в его состав? Какие структуры образует внутренняя мембрана хлоропласта?

Где происходит фотосинтез

Фотосинтез — это процесс образования живыми организмами органических веществ из неорганических с использованием энергии света. Фотосинтез осуществляют как одноклеточные организмы (цианобактерии и водоросли), так и многоклеточные (водоросли и наземные растения). Фотосинтез может происходить во всех частях организма, содержащих хлоропласты.

В клетках растений процесс фотосинтеза происходит в хлоропластах. Предками хлоропластов были прокариотические цианобактерии.

Эти бактерии превратились в хлоропласты, когда вступили в симбиоз с эукариотическими клетками и поселились внутри них. Кроме хлоропластов существуют и другие типы пластид — хромопласты и лейкопласты. Но фотосинтез в них не происходит.

В результате фотосинтеза из углекислого газа (CO 2) и воды (H 2 O) с помощью солнечной энергии образуются углеводы (C 6 HO 6):

Этот процесс состоит из двух основных фаз — световой и тем-новой (рис. 16.1).

Процессы световой фазы фотосинтеза

В начале световой фазы кванты света улавливаются пигментом хлорофиллом, который находится на мембранах тилакоидов. Энергия квантов света переходит на электроны, которые захватываются молекулами-переносчиками. Энергия этих электронов используется в тилакоидах для синтеза АТФ. Утраченные электроны заменяются электронами, образующимися в результате расщепления (фотолиза) воды под действием света. Суммарное уравнение фотолиза воды можно представить так:

Кислород выделяется как побочный продукт реакции, а протоны Н+ подхватываются молекулами-переносчиками НАДФ (никотин-амидадениндинуклеотидфосфат). Присоединяя к себе протоны, они становятся аккумуляторами энергии (НАДФ^) и используются в темновой фазе для синтеза углеводов.

Таким образом, результатом световой фазы фотосинтеза является образование кислорода, синтез АТФ и восстановление НАДФ.

Процессы темновой фазы фотосинтеза

Темновая фаза фотосинтеза осуществляется в строме хлоропластов. Совокупность реакций, протекающих в этом процессе, называется циклом Кальвина. в нем с участием углекислого газа, поступающего извне, и продуктов световой фазы фотосинтеза НАДФ^ и АТФ образуются молекулы глюкозы.

Эта фаза называется темновой не потому, что происходит в темноте. У большинства растений она происходит днем. Такое название означает лишь то, что свет не принимает в ней непосредственного участия.

Биологическое значение и планетарная роль фотосинтеза

Процесс фотосинтеза является основным способом образования органических веществ на нашей планете. За год фотосинтезирующие организмы образуют более 150 млрд тонн органических веществ. Фотосинтез также обеспечивает поступление в атмосферу кислорода (ежегодно до 200 млрд тонн), который живые организмы используют в процессах дыхания (рис. 16.2).

Следствием фотосинтеза стало также формирование большого количества полезных ископаемых.

Еще одно следствие фотосинтеза — озоновый слой. Он представляет собой тонкий слой нашей атмосферы, который образуется из кислорода под действием солнечного излучения. Наличие этого слоя значительно ослабляет поток ультрафиолетовых лучей, достигающих поверхности планеты. Это предохраняет живые организмы от негативных последствий (значительно снижает риск повреждения молекул ДНК в клетках).

Биологическое значение и планетарная роль клеточного дыхания

Фотосинтез является очень важным процессом не только для растений, но и для других живых организмов. Он является источником кислорода, который организмы могут использовать для производства энергии.

Энергия организмам нужна постоянно: даже когда организм спит, в нем происходит множество процессов. Образуются новые вещества и разрушаются старые, растут и делятся клетки, сердце прокачивает кровь по сосудам — все это требует затрат энергии, которая образуется в результате процессов клеточного дыхания. Именно благодаря клеточному дыханию живым организмам удается поддерживать высокий уровень жизнедеятельности.

Например, оно позволяет тюленям и белым медведям вырабатывать достаточно тепла, чтобы выживать в суровых условиях Арктики.

Крайне важной является планетарная роль клеточного дыхания. Зеленые растения непрерывно производят кислород, и поддерживать его содержание в атмосфере на определенном уровне возможно только благодаря процессам клеточного дыхания. Если равновесие между производством и потреблением кислорода нарушится, то это может привести к катастрофическим последствиям для всей планеты.

Как недостаток, так и избыток кислорода в атмосфере приведет к массовой гибели организмов. Его недостаток будет причиной удушья, а избыток приведет к кислородному отравлению организмов.

Чтобы обеспечить доставку молекул углекислого газа (CO 2) для фотосинтеза, растения открывают устьица на листьях. Но в жарком климате это приводит к большим потерям воды. Поэтому растения из семейств Толстянковые и Кактусовые ночью накапливают углекислый газ в своих клетках в виде определенных соединений, а днем используют его для фотосинтеза. Этот тип фотосинтеза называется САМ-метаболизм (в переводе с английского — метаболизм по типу толстянковых).

Фотосинтез происходит в хлоропластах и состоит из двух фаз — световой и темновой. в ходе световой фазы кванты света улавливаются пигментом хлорофиллом, и их энергия используется для синтеза АТФ. в темновой фазе фотосинтеза за счет АТФ и других продуктов световой фазы происходит фиксация молекул CO 2 и образуются молекулы глюкозы. Живые организмы в процессе фотосинтеза кислород производят, а в ходе клеточного дыхания — потребляют. Эти процессы совместно обеспечивают благоприятные условия для существования на Земле живых организмов.

Проверьте свои знания

1. Какие типы пластид существуют? 2. в каких пластидах происходит фотосинтез? 3. Кроме хлорофилла в пластидах растений есть и другие пигменты. Для чего они им нужны? 4. Какие процессы происходят во время фазы фотосинтеза: а) световой б) темновой? 5. Сравните световую фазу фотосинтеза и аэробное дыхание. 6. На конкретных примерах объясните, в чем заключается планетарная роль клеточного дыхания. 7*. Из дополнительных источников ознакомьтесь с Cg-фотосинтезом и ^-фотосинтезом. Сравните растения с этими типами фотосинтеза.

Это материал учебника

Просмотры: 3398

29.12.2015

Известно, что любое растение "добывает" пищу не только из почвы, но и из воздуха. 95% урожая определяют органические вещества, полученные в зеленых листьях за счет воздушного питания растений - фотосинтеза , и лишь остальные 5% зависят от почвенного или минерального питания.

Тем не менее большинство садоводов основное внимание уделяют прежде всего минеральному питанию. Они регулярно вносят удобрения, рыхлят почву, поливают, забывая о воздушном питании растений. Даже приблизительно нельзя сказать, сколько мы "не добираем" урожая лишь из-за того, что как бы "не замечаем" фотосинтеза.



О масштабах фотосинтеза и его значении в природе можно судить уже по одному количеству солнечной энергии, перехватываемой зелеными листьями и "законсервированной" в растениях. Ежегодно только растения суши запасают в виде углеводов столько энергии , сколько могли бы израсходовать сто тысяч больших городов в течение 100 лет !

О значении и сущности фотосинтеза говорил еще К. А. Тимирязев в 1878 году в своей знаменитой книге "Жизнь растений" . "Когда-то, где-то на Землю упал луч солнца, но упал он не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка, или лучше сказать на хлорофилловое зерно . Ударяясь о него, он потух, перестал быть светом, но не исчез . Он только затратился на внутреннюю работу . В той или иной форме он вошел в состав хлеба, послужившего нам пищей. Он преобразовался в наши мускулы, в наши нервы. Этот луч согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу ..." Слова эти не устарели до сих пор. За прошедшие годы они лишь уточнились и дополнились новыми данными о дыхании.

У растений дыхание в основе своей - процесс, противоположный фотосинтезу . Молекула сахара глюкозы окисляется кислородом воздуха до углекислого газа и воды с выделением заключенной в углеводах энергии. Эта энергия идет на осуществление и поддержку всех жизненных процессов: поглощение и испарение воды и минеральных солей, рост и развитие растений.

Именно в освобождении энергии и направлении ее на нужды растений и заключается главный смысл дыхания , которое происходит во всех живых клетках растений.

По сути, дыхание поддерживает саму жизнь на Земле! Но как именно это происходит? За счет какой формы энергии? Не вдаваясь в подробности, скажем лишь, что весь смысл дыхания состоит в образовании аденозинтрифосфорной кислоты или сокращенно АТФ - органического вещества, в состав которого входят азотистое основание аденин, пятиуглеродистый сахар рибоза (вместе они составляют аденозин) и три остатка фосфорной кислоты, соединенные между собой фосфатной связью, при распаде которой и освобождается энергия, необходимая для всего живого на Земле.

Аденозинтрифосфа́т (сокр. АТФ, англ. АТР) - нуклеозидтрифосфат, играющий исключительно важную роль в обмене энергии и веществ в организмах; в первую очередь соединение известно как универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах . АТФ был открыт в 1929 году группой учёных Гарвардской медицинской школы - Карлом Ломаном, Сайрусом Фиске и Йеллапрагадой Суббарао, а в 1941 году Фриц Липман показал, что АТФ является основным переносчиком энергии в клетке.

Образно это можно сравнить с работой аккумуляторной батареи, которая отдает энергию по потребности и снова заряжается у растений за счет солнечной энергии при фотосинтезе .

Практически выходит, что урожай растений - это разница между фотосинтезом и дыханием: чем выше фотосинтез и ниже дыхание, тем выше урожай, и наоборот . В природе фотосинтез меняется сравнительно мало. Зато дыхание может возрастать в сто и даже тысячу раз. К тому же соотношение между производящими и потребляющими частями растений строится по принципу: один с сошкой (фотосинтез) - семеро с ложкой (дыхание). В самом деле, ведь фотосинтез идет только в листьях и только днем на свету , тогда как дышат растения круглые сутки, а накопление органических веществ (основы урожая) возможно лишь при условии, что фотосинтез намного превышает дыхание. К великому сожалению, это бывает значительно реже, чем хотелось бы.

К тому же все это мы рассматриваем сейчас в несколько упрощенном виде. На самом деле растение - единый целостный организм, в котором все процессы тесно взаимосвязаны, с одной стороны, друг с другом, с другой - с окружающей их внешней средой: светом, теплом, влагой. Влияние внешних условий на любое растение сложно, ведь в природе все условия действуют на растение одновременно . И пока мы не знаем, где же кончается действие одного из них и начинается действие другого и какое именно условие оказывается решающим в данный период роста и развития растения.

Чтобы ответить на этот вопрос и были сооружены огромные оранжереи с полностью управляемым климатом - климатроны. Один из них - климатрон Миссурийского ботанического сада в городе Сент-Луисе (США), построенный видным американским ученым Ф. Вентом. Он установил, что из всех внешних условий решающим фактором роста томатов является ночная температура. Если ночью она поднималась выше 24 или опускалась ниже 16 градусов, плоды вообще не завязывались. Ночная температура оказалась решающей и для урожая картофеля. Клубни лучше всего образовывались при температуре ночью около 12 градусов. Именно поэтому в жаркое лето 1999 года во многих зонах нашей страны, в том числе в Подмосковье, урожай картофеля снизился вдвое по сравнению с прошлыми годами.

Температура часто оказывается едва ли не "главным врагом" будущего урожая, причем не только тогда, когда бывает слишком низкой, но и в тех случаях, когда намного превышает оптимальную. Немецкие ученые X. Лир, Г. Польстер установили, что в ясные солнечные дни для получения урожая наиболее продуктивны ранние утренние часы, когда температура воздуха не превышает 20-25°С. Прирост органической массы в это время в 30 раз больше, чем при более высоких температурах.

И это вполне понятно и объяснимо. Именно в утренние часы фотосинтез достигает своего максимума, тогда как дыхание, сильно зависящее от температуры, становится минимальным . Вот почему растения особенно отзывчивы на утренние поливы. Воды, особенно огурцам, томатам, кабачкам, требуется много и желательно не очень холодной.

В совершенно необычную и непривычную среду попадают растения при выращивании их в закрытом грунте. В условиях теплиц все внешние факторы нередко начинают работать как бы против растений. Пытаясь с помощью обыкновенной пленки защитить растения от холода, мы никак не можем избавить их от перегрева, что сделать намного труднее. Ведь даже весной температура в теплицах иногда превышает оптимальную (около 20 градусов). Что же говорить о периоде апрель - август?

В пасмурные дни теплица невольно превращается для растений в темницу, скупые лучи солнца едва проникают сквозь пленку. Из-за нехватки света фотосинтез резко падает, тогда как дыхание идет своим чередом, нередко перекрывает фотосинтез и заметно снижает будущий урожай .

Другая беда подстерегает растения в теплице в ясные теплые солнечные дни. Теплица превращается в такие дни в раскаленную пустыню. "Перегрев" листьев и нехватка углекислого газа - основного "сырья" для создания углеводов - приводят к резкому падению фотосинтеза . Напомним, что в воздухе содержится всего лишь 0,03% углекислого газа, или 3 части на 10 тысяч частей воздуха, и нехватка этого газа в теплицах в дневные часы - вполне обычное дело. Зато в сто и даже тысячу раз (в зависимости от температуры) возрастает дыхание. Естественно, что в эти часы о накоплении углеводов не может быть и речи. Наоборот, растение теряет даже то, что было накоплено в более благоприятное время.

«Наука и жизнь»