Что делают растения на свету. Как дышат растения? Практическое изучение вопроса. Причины развития светового дыхания
Н.Ю. Феоктистова
Что «делают» растения ночью? На этот вопрос так и хочется ответить: «Отдыхают». Ведь, казалось бы, вся «активная жизнь» растения происходит днем. В дневные часы цветы раскрываются и опыляются насекомыми, развертываются листья, молодые стебли растут и тянут свои верхушки к солнцу. Именно в течение светлого времени суток растения используют солнечную энергию для того, чтобы преобразовывать углекислый газ, поглощаемый ими из атмосферного воздуха, в сахар.
Однако растение не только синтезирует органические вещества – оно их и использует в процессе дыхания, снова окисляя до углекислого газа и поглощая при этом кислород. Но количество кислорода, необходимого растениям для дыхания, примерно в 30 раз меньше того, что выделяется ими в процессе фотосинтеза. Ночью, в темноте, фотосинтез не происходит, но и в это время растения потребляют так мало кислорода, что это нисколько не сказывается на нас с вами. Поэтому старая традиция выносить растения из комнаты больного на ночь совершенно не обоснованна.
А еще есть ряд видов растений, которые потребляют углекислый газ именно ночью. Поскольку энергии солнечного света, необходимой для полного восстановления углерода, в это время нет, сахар, конечно, не образуется. Но поглощенная из воздуха углекислота сохраняется в составе яблочной или аспарагиновой кислот, которые потом, уже на свету, вновь разлагаются, высвобождая СО2. Именно эти молекулы углекислого газа включаются в цикл основных реакций фотосинтеза – так называемый цикл Кальвина. У большинства же растений этот цикл начинается с захвата молекулы СО2 непосредственно из воздуха. Такой «простой» способ носит название С3-пути фотосинтеза, а если углекислый газ предварительно запасается в яблочной кислоте – это С4-путь.
Казалось бы, зачем нужны дополнительные сложности? В первую очередь для того, чтобы экономить воду. Ведь поглощать углекислоту растение может только через открытые устьица, через которые происходит и испарение воды. И днем, в жару, воды через устьица теряется намного больше, чем ночью. А у С4-растений устьица днем закрыты, и вода не испаряется. Газообмен же эти растения осуществляют в прохладные ночные часы. Кроме того, С4-путь в целом более эффективен, он позволяет синтезировать большее количество органических веществ в единицу времени. Но только в условиях хорошей освещенности и при достаточно высокой температуре воздуха.
Так что С4-фотосинтез свойствен «южанам» – растениям из жарких областей. Он присущ большинству кактусов, некоторым другим суккулентам, ряду бромелиевых – например всем хорошо известному ананасу (Ananas comosus), сахарному тростнику и кукурузе.
Интересно, что еще в 1813 г., задолго до того, как стали известны биохимические реакции, лежащие в основе фотосинтеза, исследователь Бенджамин Хейн написал в Линнеевское научное общество о том, что листья ряда суккулентных растений имеют особенно острый вкус по утрам, а затем, к середине дня, их вкус становится более мягким.
Способность использовать связанный в органических кислотах СО2 обусловлена генетически, но реализация этой программы находится и под контролем внешней среды. При сильном дожде, когда угрозы высыхания нет, а освещенность невысока, С4-растения могут открывают свои устьица днем и переходить на обычный С3-путь.
А что еще может происходить с растениями по ночам?
Некоторые виды приспособились привлекать своих опылителей именно в ночные часы. Для этого они используют разные средства: и усиливающийся к ночи запах, и приятный и заметный для глаза ночных опылителей цвет – белый или желтовато-бежевый. На такие цветы летят ночные бабочки. Именно они опыляют цветы жасмина (Jasminum), гардении (Gardenia), лунных цветов (Ipomea alba), вечерницы, или ночной фиалки (Hesperis), любки двулистной (Platanthera bifolia), лилии кудреватой (Lilium martagon) и ряда других растений.
А есть растения (их называют хироптерофильными), которые опыляются в ночные часы летучими мышами. Больше всего таких растений в тропиках Азии, Америки и Австралии, меньше в – Африке. Это бананы, агавы, боабабы, некоторые представители семейств миртовых, бобовых, бегониевых, геснериевых, синюховых.
Цветки хироптерофильных растений раскрываются только с наступлением сумерек и не отличаются яркостью окраски – как правило, они зеленовато-желтые, коричневые или фиолетовые. Запах у таких цветков весьма специфический, часто неприятный для нас, но, наверное, привлекательный для летучих мышей. Кроме того, цветки хироптерофильных растений обычно крупные, с прочным околоцветником и снабжены «посадочными площадками» для своих опылителей. В качестве таких площадок могут выступать толстые цветоножки и цветоносы или безлистные участки ветвей, примыкающих к цветкам.
Некоторые хироптерофильные растения даже «разговаривают» со своими опылителями, привлекая их. Когда цветок лианы Mucuna holtonii, принадлежащей к семейству бобовых и произрастающей в тропических лесах Центральной Америки, становится готовым к опылению, один из его лепестков приобретает специфическую вогнутую форму. Этот вогнутый лепесток концентрирует и отражает сигнал, издаваемый летучими мышами, отправившимися на поиски корма, и таким образом сообщает им о своем местонахождении.
Но не только рукокрылые млекопитающие опыляют цветы. В тропиках известно более 40 видов зверьков из других отрядов, активно участвующих в опылении около 25 видов растений. У многих из этих растений, как и у тех, которые опыляются летучими мышами, цветки крупные и прочные, часто неприятно пахнущие и образующие большое количество пыльцы и нектара. Обычно число цветков на таких растениях или в их соцветиях невелико, цветки располагаются низко над землей и раскрываются только к ночи, чтобы обеспечить максимальное удобство ночным зверюшкам.
Ночная жизнь цветов не ограничивается привлечением опылителей. Целый ряд растений закрывает лепестки на ночь, но при этом внутри цветка остаются ночевать насекомые. Наиболее известным примером подобной «гостиницы» для насекомых, является амазонская лилия (Victoria amasonica). Впервые европейцы увидели ее в 1801 г., а подробное описание растения было сделано в 1837 г. английским ботаником Шомбургом. Ученый был просто потрясен и его гигантскими листьями, и чудесными цветами и назвал цветок «Нимфея Виктория», в честь английской королевы Виктории.
Семена виктории амазонской впервые были присланы в Европу в 1827 г., но тогда они не проросли. В 1846 г. семена отправили в Европу снова, на этот раз в бутыли с водой. И они не только отлично перенесли дорогу, но и развились в полноценные растения, которые через 3 года зацвели. Произошло это в ботаническом саду «Кью» в Англии. Весть о том, что виктория должна зацвести, быстро распространилась не только среди служащих ботанического сада, но и среди художников и репортеров. В оранжерее собралась огромная толпа. Все с нетерпением следили за часами, ожидая раскрытия цветка. В 5 часов вечера еще закрытый бутон поднялся над водой, его чашелистики раскрылись и появились снежно-белые лепестки. По оранжерее распространился замечательный запах зрелого ананаса. Через несколько часов цветок закрылся и опустился под воду. Снова он появился только в 7 часов вечера следующего дня. Но, к удивлению всех присутствующих, лепестки чудо-цветка были уже не белые, а ярко-розовые. Вскоре они стали опадать, при этом их окраска становилась все более и более интенсивной. После полного опадения лепестков началось активное движение тычинок, которое, по свидетельству присутствующих, даже было слышно.
Но кроме необыкновенной красоты у цветков виктории есть еще удивительные особенности, связанные с привлечением насекомых. В первый день температура в белом цветке виктории повышается по сравнению с окружающим воздухом примерно на 11°С, и к вечеру, с наступлением прохлады, в этом «тепленьком местечке» скапливается большое количество насекомых. Кроме того, на плодолистиках цветка образуются особые пищевые тельца, также привлекающие опылителей. Когда цветок закрывается и опускается под воду, вместе с ним опускаются и насекомые. Там они проводят ночь и весь следующий день, – до тех пор, пока цветок снова не поднимется на поверхность. Только теперь он уже холодный и не ароматный, и насекомые, нагруженный пыльцой, летят в поисках новых теплых и ароматных белых цветов, чтобы опылись их, а заодно и переночевать в следующей теплой и безопасной «гостинице».
Еще один, пожалуй, не менее красивый цветок также предоставляет своим опылителям ночные квартиры – это лотос. Есть два вида лотоса. В Старом Свете растет лотос орехоносный с розовыми, а в Америке – лотос американский с желтыми цветками. Лотос способен поддерживать внутри своих цветков относительно постоянную температуру – значительно более высокую, чем температура окружающего воздуха. Даже если снаружи всего +10°С, внутри цветка – +30...+35°С! Цветки лотоса разогреваются за 1–2 дня до раскрытия, и постоянная температура поддерживается в них в течение 2–4 дней. За это время созревают пыльники, а рыльце пестика становится способным воспринимать пыльцу.
Опыляют лотос жуки и пчелы, для активного полета которых нужна температура как раз около 30°С. Если насекомые оказываются в цветке после его закрытия и проводят ночь в тепле и уюте, активно передвигаясь и покрываясь пыльцой, то утром, когда цветок раскроется, они сразу же способны лететь на другие цветки. Таким образом «постояльцы» лотоса получают преимущество перед оцепеневшими насекомыми, проведшими ночь на холоде. Так тепло цветка, переданное насекомому, способствует процветанию популяции лотоса.
Многие представители семейства ароидных, такие как гигантский аморфофаллус (Amorphophallus titanus), всем хорошо известная монстера и филодендроны имеют черешки цветков, которые продуцируют тепло в ночные часы, усиливая запах и помогая насекомым-опылителям с максимальными удобствами провести ночь. Малоприятный запах аморфофаллуса привлекает, например, массу жуков, которые находят среди лепестков гигантского соцветия и теплую квартиру, и еду, и брачных партнеров. Еще одно интересное растение из семейства ароидных – Typophonium brownii – мимикрирует под кучки помета животных, привлекая к себе навозных жуков, которых «отлавливает» на ночь и заставляет переносить на себе свою пыльцу.
Видеокурс «Получи пятерку» включает все темы, необходимые для успешной сдачи ЕГЭ по математике на 60-65 баллов. Полностью все задачи 1-13 Профильного ЕГЭ по математике. Подходит также для сдачи Базового ЕГЭ по математике. Если вы хотите сдать ЕГЭ на 90-100 баллов, вам надо решать часть 1 за 30 минут и без ошибок!
Курс подготовки к ЕГЭ для 10-11 класса, а также для преподавателей. Все необходимое, чтобы решить часть 1 ЕГЭ по математике (первые 12 задач) и задачу 13 (тригонометрия). А это более 70 баллов на ЕГЭ, и без них не обойтись ни стобалльнику, ни гуманитарию.
Вся необходимая теория. Быстрые способы решения, ловушки и секреты ЕГЭ. Разобраны все актуальные задания части 1 из Банка заданий ФИПИ. Курс полностью соответствует требованиям ЕГЭ-2018.
Курс содержит 5 больших тем, по 2,5 часа каждая. Каждая тема дается с нуля, просто и понятно.
Сотни заданий ЕГЭ. Текстовые задачи и теория вероятностей. Простые и легко запоминаемые алгоритмы решения задач. Геометрия. Теория, справочный материал, разбор всех типов заданий ЕГЭ. Стереометрия. Хитрые приемы решения, полезные шпаргалки, развитие пространственного воображения. Тригонометрия с нуля - до задачи 13. Понимание вместо зубрежки. Наглядное объяснение сложных понятий. Алгебра. Корни, степени и логарифмы, функция и производная. База для решения сложных задач 2 части ЕГЭ.
Продолжателей оказалось много. Они повторяли опыты Пристли, ставили свои и снова убеждались в способности растений очищать воздух.
Но вскоре ученые обнаружили еще одну особенность. Оказывается, растение очищает воздух днем, в присутствии солнечного света. Ночью оно прекращает эту работу.
Заметили, что на ночь не следует приносить в комнату много цветов. Будет тяжело дышать, потому что ночью растение забирает чистый воздух, или, как теперь говорят, поглощает кислород.
Тут мы должны будем немного задержаться. Нельзя продолжать рассказ о раскрытии тайн зеленого растения, не сказав о воздухе, в котором живет растение.
Еще в младших классах школы вам рассказывали о воздухе. Вы знаете, что это смесь газов: азота, кислорода, углекислого газа и некоторых других. Мы их не видим, потому что они бесцветны. Они не имеют ни запаха, ни вкуса. Но для науки это не было препятствием. Ученые изучили состав воздуха и даже вычислили, сколько какого газа в нем содержится. Больше всего в воздухе оказалось азота.
Ученые исследовали воздух, вдыхаемый живыми существами, и воздух выдыхаемый. И что же обнаружилось? Азота выдыхают столько же, сколько вдыхают. Следовательно, азот воздуха не используется организмом.
А вот кислорода в выдыхаемом воздухе почти нет. Вместо него появляется другой газ - углекислый.
Возьмите немного известковой воды и через стеклянную трубку подышите в воду - она замутится. Отчего это?
Так действует на известковую воду углекислый газ, который вы выдохнули.
Все живые существа выдыхают углекислый газ. А растения? Как дышат они? И дышат ли вообще?
Конечно, у растений нет особых органов дыхания - легких, как у нас с вами. Но ведь и человек дышит не только легкими, а еще и кожей.
Дыхание растения похоже на наше кожное.
Воздух входит в него и выходит обратно через маленькие отверстия в листьях. Их можно увидеть под микроскопом. Они называются устьицами.
Интересной способностью обладают эти устьица: они то широко раскрываются, то делаются узенькими щелочками, а иной раз и совсем закрываются. Через них-то и проникает воздух в растения; через них же из растения испаряется влага.
Растение, так же как и человек, использует для дыхания только кислород, а выдыхает углекислый газ.
Эти маленькие отверстия в листе - устьица - видны под микроскопом.
Вы можете проверить это. Проделайте такой опыт. Достаньте несколько листьев примулы и опустите черешками в воду.
Рядом с листьями поставьте немного известковой воды в стакане. Теперь закройте все это большой банкой и поставьте в темное место. Через некоторое время загляните в стакан с известковой водой - она замутилась.
Приготовьте в другом стакане еще немного известковой воды и опять, как в прошлый раз, через трубку подышите в нее. Она тоже замутится.
И вы и листья примулы выдохнули углекислый газ, поэтому известковая вода замутилась.
Но почему надо было ставить листья в темное место? Разве на свету листья бы не дышали? Нет, не в том дело.
На свету листья тоже дышат, но одновременно они выполняют другую работу, которая как бы заслоняет, не дает увидеть процесс дыхания.
Как растения реагируют на недостаток света?
Как растения реагируют на избыток света?
Почему растениям нужен солнечный свет?
Процесс фотосинтеза - один из самых удивительных процессов живой природы. Для выработки хлорофилла растения усваивают углекислоту при участии солнечной энергии, которой нужно довольно много. При недостатке солнечного света растения начинают чахнуть и могут погибнуть. Особенно необходим свет в весенне-летние месяцы, когда жизненные процессы растений протекают особенно энергично.
Крупные деревья, например, могут довольно долго жить при недостаточном освещении, но не изменится его форма роста. К таким растениям относятся древесные фикусы, эвкалипт, гибискус, авокадо, фейхоа и др.
А декоративноцветущие растения в условиях недостаточной освещенности не зацветут.
Как улучшить световой режим?
Летом растения лучше вынести на открытый воздух. Стекло задерживает ультрафиолетовые лучи, которые способствуют уничтожению микробов и оздоровлению растений. На первое время растения необходимо притенить от полуденного солнца марлей или газетой.
Каким растениям нужен прямой солнечный свет?
Длительно цветущим растениям, агавам, алоэ, луковичным, некоторым кактусам, олеандру, пеларгонии, гербере и др. нужен прямой солнечный свет. Такие растения лучше поставить на хорошо освещенный подоконник, так, чтобы они не касались стекла.
Каким растениям нужна полутень или тень?
В полутени нормально растут фуксия, филодендрон, папоротники и т. д. Чтобы обеспечить полутень, растения надо поставить под прикрытие других, более солнцелюбивых, или же на затененные деревьями окна.
Такие растения, как плющ, некоторые бромелиевые, отдельные виды папоротников, монстера, необходимо держать как можно дальше от источников света.
Сколько света нужно комнатным растениям?
Какой световой режим нужен таким комнатным растениям, как:
Зачем нужно поворачивать растения?
Растения, расположенные на подоконнике, как правило, обращены к свету только одной стороной. Его листья и стебли тянутся к окну. Для предотвращения искривления стебля необходимо периодически поворачивать горшок вокруг оси. Как правило, все комнатные растения обращены к источнику света только одной стороной, поэтому обязательно периодически поворачивайте их.
Какие растения нельзя поворачивать и переставлять?
Существуют чувствительные растения, которые не любят разворота. Изменение положения падения солнечного света они воспринимают как сигнал опасности, могут сбросить бутоны, а иногда и листья. Лучше такие растения как, кактусы, азалия, камелия ставить точно в то же положение, в котором они обычно стоят.
У какого окна расположить растение для максимального комфорта?
Юго-восточное и юго-западное окно лучше всего подойдет для обитателей открытых пространств, таких растений, как суккуленты, многие луковичные растения (хаворция, гастерия, молочай, роза, клубневые бегонии, большинство кактусов, алоэ, гиппеаструм, валотта, зефирантес, эукомис).
Западное и восточное окно подходит для большинства комнатных растений. На подоконнике будет комфортно для многих цветущих и некоторых декоративнолистных комнатных растений. Также себя будут хорошо чувствовать ахименес, каладиум, маранта, бугенвиллия, пеперомия, бальзамин, некоторые традесканции, каллизия, сентлолия, каланхоэ, многие бегонии.
Окна на северо-восток, северо-запад . Возле таких окон можно поставить растения, которым не нужно солнце в течение всего дня, например, лианы, которые живут в условиях значительного затенения.
Северное окно . Только немногие из декоративнолистных растений могут приспособиться к условиям недостаточной освещенности: аглаонема, асплениум. Также такие условия подойдут большинству папоротников. Однако декоративноцветущие растения при такой освещенности не зацветут.
Какая зависимость цветения от длины светового дня?
Для активного роста большинству растений необходимы 12-16 часов в день естественного или достаточно яркого искусственного освещения.
Однако для стимуляции процесса цветения разным растениям нужно разное количество света в сутки. Существуют растения длинного дня, короткого дня и нейтральные.
Нейтральные растения начинают цвести, если в течение нескольких недель они получают достаточное количество света (довольно яркий свет 12-14 часов в сутки).
Растения длинного дня образуют завязь и распускают цветки, если в течение нескольких недель они получают от 13 до 15 часов света в сутки
У растений короткого дня завязь и цветы появляются только в том случае, если 8-10 недель они получают строго определенное количество света: 12, 13 или 14 часов. Зимой количество солнечного света невелико, однако его будет достаточно для цветения растений короткого дня, к примеру пуансеттии.
Для некоторых растений, например каланхое, кактус-декабрист, хризантемы для стимуляции цветения необходимо строго определенное количество светлых часов и правильное чередование дня и ночи. Если регулярно включать электрическое освещения, прерывая ночной сон этих растений, то они могут и не зацвести.
Также растения не цветут, если они не получают своего суточного минимума. Для таких растений можно применять искусственное освещение.
Зачем нужно искусственное освещение?
Искусственное освещение используется:
- - если растения находятся в условиях недостаточной освещенности солнечным светом: в углах комнат с окнами на север, в комнатах с жалюзями и плотными занавесями;
- - для стимуляции цветения некоторых цветущих растений, например, узамбарских фиалок;
- - для выращивания таких красочных растений, как бегонии, бромелиевые;
- - для поддержания роста растений, не требующих периода зимнего покоя.
Зимой, применяя зимой искусственное освещение, можно настолько продлить день, что растения короткого дня начнут цвести.
Для большинства комнатных растений вполне подходят обычные флуоресцентные лампы, а лампы накаливания для целей искусственного освещения не эффетивны.
Продолжительность искусственного освещения обычно составляет 8-12 часов, хотя для цветущих растений может потребоваться до 18 часов света для образования бутонов и их развития.
Как растения реагируют на недостаток света
- Листья меньшего размера и бледнее, чем обычно
- Маленькие цветки или их отсутствие у цветущих видов
- Нижние листья желтеют, засыхают и опадают
- Отсутствие роста или вытянутые стебли с очень длинными междоузлиями
- Пестрые листья становятся зелеными
Как растения реагируют на избыток света
- Коричневые или серые пятна от ожогов
- Листья днем поникают
- Листья тенелюбивых растений сморщиваются и отмирают
Почему в период покоя растениям нужно меньше света?
В зимнее время у растений наступает период относительного покоя. Рост большинства растений замедляется или полностью прекращается, поэтому потребность в солнечном свете минимальна.
Продолжительность периода покоя составляет от трех до четырех месяцев.
1) Растения дышат так же, как мы: во всех органах растений часть глюкозы, полученной при фотосинтезе, окисляется кислородом. При этом образуется энергия, необходимая для жизни, а так же углекислый газ.
2) Почему в спальню нельзя ставить много растений? Растения, стоящие в спальне, ночью не будут выделять кислород, потому что в темноте фотосинтез не происходит. Следовательно, ночью растения не питаются. А дышат растения все время – и днем, и ночью. При дыхании растения, как и мы, поглощают кислород и выделяют углекислый газ, поэтому спящему человеку будет душно.
3) Почему при избыточном поливе растение погибает? Если почву залить водой, то в ней не будет воздуха, корни растений не смогут дышать и погибнут (задохнутся).
Тесты
1. Сравните питание и дыхание растений с нашим
А) растения питаются и дышат так же, как мы
Б) растения питаются так же, как мы, а дышат по-другому
В) растения питаются по-другому, а дышат так же, как мы
Г) растения питаются и дышат по-другому
2. Где у растений происходит окисление глюкозы
Б) в корнях
В) во всех органах
Г) нигде, у растений не происходит окисление глюкозы
3. Где у растений происходит образование углекислого газа
А) в зеленых листьях на свету
Б) в корнях
В) во всех органах
Г) нигде, у растений не происходит образование углекислого газа
4. Когда происходит дыхание и фотосинтез растений
А) дыхание и фотосинтез происходят постоянно
Б) дыхание только днем, а фотосинтез постоянно
В) фотосинтез только днем, а дыхание постоянно
Г) фотосинтез только днем, а дыхание только ночью
5. Где происходит дыхание и фотосинтез растений
А) дыхание и фотосинтез происходят во всех органах растения
Б) дыхание и фотосинтез происходят только в листьях
В) фотосинтез только в листьях, а дыхание во всех органах
Г) фотосинтез только в листьях, а дыхание только в корнях
6. В листьях растений происходит
А) фотосинтез
Б) фотосинтез и дыхание
7. В корнях растений происходит
А) фотосинтез
Б) фотосинтез и дыхание
В) фотосинтез, дыхание и поглощение минеральных солей
Г) дыхание и поглощение минеральных солей
8. Во всех органах растений происходит
А) фотосинтез
Б) фотосинтез и дыхание
В) дыхание и поглощение минеральных солей
Г) дыхание
