Процессы жизнедеятельности растений

Процессы жизнедеятельности растений

Некоторые процессы жизнедеятельности растений:

Питание - это процесс получения организмом энергии и веществ через пищу.

Типы питания

По типу питания живые организмы делятся на автотрофы, гетеротрофы и автогетеротрофы.

• Автотрофы - организмы, которые самостоятельно способны синтезировать органические вещества из неорганических.
• Гетеротрофы - организмы, использующие для питания готовые органические вещества.
• Автогетеротрофы (миксотрофы) - организмы, которые могут использовать как гетеротрофный, так и автотрофный способ питания. К примеру, эвглена зеленая на свету начинает фотосинтезировать, а в темноте питается гетеротрофно.

Пространственное распределение в двух питательных средах, в которых обитают растения (воздух и почва), привело к развитию у них двух органов питания:

ЛИСТ

КОРЕНЬ

Почвенное питание растений

(Корневое или минеральное)

– это процесс получения растением при помощи корней водных растворов минеральных веществ.

Тело растений на 50-98% состоит из воды.

Какие вещества поглощает корень?

ВОДА

Минеральные соли

Азот

Калий

Фосфор

Кальций

Магний

Сера

…

Почвенное питание – это поступление воды и минеральных солей в растение из почвы через корень .

Почвенное питание растений

• связано с поглощением воды и минеральных веществ с помощью корневых волосков зоны всасывания корня.

Вода, минеральные вещества  корневые волоски  клетки корня  сосуды корня  сосуды стебля  сосуды листа  клетки листа

Поперечный срез корня в зоне всасывания

Водоросли, а также некоторые водные растения усваивают питательные вещества всей поверхностью тела. Высшие растения поглощают их из почвы через корни. Вода и минеральные соли поступают в растение через корневые волоски. Число корневых волосков очень велико, что значительно увеличивает всасывающую поверхность корня.

Какие особенности строения и жизнедеятельности корневых волосков обеспечивают поступление растворенных веществ?

• Клеточная стенка имеет поры
• Мембрана полупроницаема
• Цитоплазма находится в постоянном движении

За счет чего вода с растворенными веществами поступает из корня в стебель

• КОРНЕВОЕ ДАВЛЕНИЕ, давление в проводящих сосудах корней, обеспечивающее передвижение воды и растворённых в ней минеральных веществ к надземным органам растения.
• Возникает за счёт разницы осмотического давления в клетках корня и почвенного раствора. Эта разница обычно составляет 1–3 атмосферы.
• Выше других корневое давление у растений засоленных мест.
• Повышение его в условиях, благоприятных для всасывания воды из почвы и одновременно затрудняющих транспирацию (напр. , в прохладные ночи при нагретой за день почве и влажном воздухе) , вызывает «плач» растений.

Как доказать явление корневого давления

У растения срезают стебель и на пенёк надевают резиновую трубку, которая соединяет его со стеклянной трубкой. При поливе тёплой водой, вода в трубке поднимается и выливается из трубки. При поливе холодной водой, вода из трубки не вытекает.

Вывод:

погл о щение воды корнем зависит от ее температуры

Почва – основной источник минерального питания растений

Почва –

это верхний слой земли, обладаю-щий плодородием.

Плодородие – способность почвы обеспечивать растения питательными веществами и водой.

Элементы необходимые растениям

Элемент

Значение

1. Азот

Составная часть всех белков

2. Сера

Входит в состав витамина В 1

3. Калий

Влияет на подвижность цитоплазмы и действие ферментов

4.Магний

5. Кальций

Входит в состав хлорофилла, необходимого для фотосинтеза

Уплотняет цитоплазму

6. Железо

Участвует в процессе дыхания

7. Марганец

Нужен для нормального роста растений

8. Медь

Нужна для правильного развития

9. Цинк

Недостаток сказывается на росте

10. Молибден

Нужен для развития листового аппарата

Почва постепенно истощается !

Отсутствие

тех или иных минеральных веществ в почве

обязательно сказывается на нормальном росте и развитии растений.

Органические

Минеральные

макроудобрения

микроудобрения

Подкормка – внесение удобрений в почву

Органические удобрения

• Навоз
• Птичий помет
• Навозная жижа

• Торф
• перегной

• Сапропель (ил)
• «Зеленые» удобрения
• Растения сидераты

Органические вещества почвы поглощаются после их минерализации (разрушения до минеральных веществ при участии бактерий и грибов)

Минеральные удобрения

Калийные

Азотные

Фосфорные

• Калийная соль, зола
• Увеличивают урожай корнеплодов, клубней, луковиц, увеличивают холодостойкость

• Аммиачная селитра, мочевина
• Увеличивают зеленую массу растений

• Суперфосфат, костная мука
• Увеличивают урожай плодов

Значение элементов питания

Азот

• Для роста растения

Пожелтевшие нижние листья

у табака — признак

недостатка азота.

Значение элементов питания

Фосфор

• Ускорение развития и плодоношения
• Усиление роста
• корней
• Повышение зимостойкости

Признаки недостатка

фосфора на листьях томата.

Значение элементов питания

Калий

• Поддерживает водный режим
• Повышает морозо- и

засухоустойчивость

• Снижение поражаемости заболеваниями

Недостаток калия – появление бурых пятен на листьях, отмирание листвы

Значение вспашки и копки земли

• 1) Большинство сорняков ПОГИБАЮТ после вспашки и копки, так как их корневые системы разрушаются.
• 2) После уничтожения сорняков культурные растения, выращиваемые человеком, ИЗБАВЛЯЮТСЯ ОТ КОНКУРЕНЦИИ с сорняками за солнечный свет, воду, минеральные соли.
• 3) Копка и вспашка способствует равномерному ПЕРЕМЕШИВАНИЮ почвы и распределению в ней перегноя, благодаря чему КОРНИ культурных растений могут расти глубже.
• 4) Копка и вспашка РАЗРЫХЛЯЮТ почву и улучшают ее аэрацию, делают более проницаемой для воды и воздуха.

Растения, которые в природных условиях получают минеральное питание не из почвы.

• 1)  Эпифиты (например, орхидеи) – с осадками из разлагающихся растительных остатков, скапливающихся в трещинах коры деревьев, развилках ветвей и др.;
• 2)  Многие бобовые (например, горох, фасоль) и другие растения (ольха), имеющие симбиоз с азотфиксирующими бактериями, получают соединения азота главным образом не из почвы;
• 3)  Паразиты (например, петров крест, заразиха) и полупаразит (например, омела) получают элементы минерального питания из растений-хозяев;
• 4)  Насекомоядные растения (например, росянка, венерина мухоловка) – из своих жертв;
• 5)  Водные растения (например, элодея, ряска) - поглощают элементы минерального питания из окружающей водной толщи.

Воздушное питание растений- фотосинтез

• сложный химический процесс преобразования энергии квантов света в энергию химических связей. В результате фотосинтеза происходит синтез органических веществ из неорганических.
• Этот процесс уникален и происходит только в растительных клетках, а также у некоторых бактерий (цианобактерий). Фотосинтез осуществляется при участии хлорофилла - зеленого пигмента, окрашивающего органы растений в зеленый цвет. Существуют и другие вспомогательные пигменты, которые вместе с хлорофиллом выполняют светособирающую или светозащитную функции.

Фазы фотосинтеза

• Фотосинтез состоит из двух фаз: светозависимой (световой) и светонезависимой (темновой).

Светозависимая фаза (световая)

• Эта фаза происходит только на свету на мембранах тилакоидов в хлоропластах. В ней принимают участие различные ферменты, белки-переносчики, молекулы АТФ-синтетазы и зеленый пигмент хлорофилл. Хлорофилл выполняет две функции: поглощения и передачи энергии.

• При воздействии кванта света хлорофилл теряет электрон, переходя в возбужденное состояние. С помощью переносчиков электроны скапливаются с наружной поверхности мембраны тилакоидов, тем временем внутри тилакоида происходит фотолиз воды (разложение под действием света): H2O → H+ + OH-
• Гидроксид-ионы отдают лишний электрон, превращаясь в реакционно способные радикалы OH, которые собираются вместе и образуют молекулу воды и свободный кислород (это побочный продукт, который в дальнейшем удаляется в ходе газообмена). 4OH → 2H2O + O2↑
• Образовавшиеся при фотолизе воды протоны (H+) скапливаются с внутренней стороны мембраны тилакоидов, а электроны - с внешней. В результате по обе стороны мембраны накапливаются противоположные заряды.
• При достижении критической разницы, часть протонов проталкивается на внешнюю сторону мембраны через канал АТФ-синтетазы. В результате этого выделяется энергия, которая может быть использована для фосфорилирования молекул АДФ.
• Протоны, попав на поверхность мембраны тилакоидов, соединяются с электронами и образуют атомарный водород, который используется для восстановления молекулы-переносчика НАДФ (никотинамиддинуклеотидфосфат). Благодаря этому окисленная форма - НАДФ+ превращается в восстановленную - НАДФ∗H.

Итак, в результате светозависимой фазы фотосинтеза образуются:

• Свободный кислород O 2  - в результате фотолиза воды
• АТФ - универсальный источник энергии
• НАДФ∗H - форма запасания атомов водорода

Кислород удаляется из клетки как побочный продукт фотосинтеза, он совершенно не нужен растению. АТФ и НАДФ∗H в дальнейшем оказываются более полезны: они транспортируются в строму хлоропласта и принимают участие в светонезависимой фазе фотосинтеза.

Светонезависимая (темновая) фаза

• Светонезависимая фаза происходит в строме (матриксе) хлоропласта постоянно: и днем, и ночью - вне зависимости от освещения.
• При участии АТФ и НАДФ∗H происходит восстановление CO2 до глюкозы C6H12O6. В светонезависимой фазе происходит цикл Кальвина, в ходе которого и образуется глюкоза. Для образования одной молекулы глюкозы требуется 6 молекул CO2, 12 НАДФ∗H и 18 АТФ.
• Таким образом, в результате темновой (светонезависимой) фазы фотосинтеза образуется глюкоза, которая в дальнейшем может быть преобразована в крахмал, служащий для запасания питательных веществ у растений.

Значение фотосинтеза

• Синтезируют органические вещества, являющиеся пищей для всего живого на планете
• Преобразуют энергию света в энергию химических связей, создают органическую массу
• Растения поддерживают определенный процент содержания O 2  в атмосфере, очищают ее от избытка CO 2
• Способствуют образованию защитного озонового экрана, поглощающего губительное для жизни ультрафиолетовое излучение

Выделение у растений  

• это процесс удаления из организма растений ненужных или вредных продуктов обмена веществ, позволяющий поддерживать их жизнедеятельность и адаптацию к окружающей среде.
• У растений нет специальных органов для удаления отходов. Процесс выделения проходит через части растения, такие как листья, корни, стебли, созревающие ткани, кора и другие.
• Выделение у растений играет важную роль в поддержании их жизнедеятельности и адаптации к внешним условиям.

Некоторые процессы выделения у растений:

• Транспирация. Избыток воды выводится с помощью этого процесса, который включает испарение капель воды с внешнего слоя растения, по большей части с листьев.
• Гуттация. Процесс выведения воды в виде капель жидкости на поверхности растения, его ещё называют «плач растения». Гуттация происходит, если количество нагнетаемой корнями воды превышает количество воды, нагнетаемой листьями.
• Выделение газов. Растения производят кислород и углекислый газ. Кислород образуется в процессе фотосинтеза, а углекислый газ — в процессе дыхания. Оба газа выводятся из растения с помощью устьиц, расположенных на поверхности листа.
• Выделение веществ. Некоторые растения выделяют во внешнюю среду, например, смолы, млечного сока.

Испарение воды у растений

• Транспирация - испарение воды с поверхности листа. Осуществляется через устьица в эпидермисе (кожице).
• Транспирация обеспечивает удаление из растения лишней воды. При этом освобождается место в сосудах, и вода опять может всасываться из почвы вместе с растворёнными солями. 
• Также транспирация охлаждает растение и защищает его от перегрева в жаркую погоду. 

Регуляция испарения

Дыхание растений

• это процесс высвобождения энергии химических связей органических соединений, при котором происходит их окисление до углекислого газа и воды.
• Дыхание характерно для всех органов растений, а не только для зелёных частей. Особенно интенсивно дыхание корней растений. Для нормального протекания этого процесса кислород должен проникать между частичками почвы, поэтому на излишне утрамбованных или залитых водой участках растения испытывают недостаток кислорода, хуже растут и даже погибают. 
• Процессы дыхания протекают постоянно — как днём, так и ночью. В противоположность этому световая фаза фотосинтеза, во время которой происходит выделение кислорода, протекает, как правило, только днём, на свету.
• Поскольку у растений, в отличие от животных, отсутствует система активной вентиляции организма (дыхательная система), кислород к органам поступает по системе межклетников. В листья и другие фотосинтезирующие органы растения он проникает через открытые устьица, а в покрытые пробкой органы — через чечевички. 

Сравнение дыхания и фотосинтеза

Рост и развитие растений

• это процессы, в ходе которых растения увеличиваются в размерах и усложняются на протяжении всего жизненного цикла. Рост — это необратимое увеличение размеров или массы частей растения, а развитие включает в себя изменения формы, структуры и функций по мере того, как растения проходят путь от прорастания до зрелости.

Рост у растений

• Рост растений подразумевает постоянные изменения в размерах растения. Он также включает увеличение размера, массы или объёма растительных структур. Процесс роста растений включает различные клеточные процессы, такие как деление клеток, удлинение и дифференцировка .
• В любой момент времени растения находятся на разных стадиях роста и развития. Это связано с уникальной способностью к неограниченному росту, которая возникает благодаря наличию особых активно делящихся клеток, называемых меристемами .
• Важная особенность роста растений – ритмичность , т. е. чередование процессов интенсивного и замедленного роста.
• Состояние покоя у растений – снижение интенсивности обмена веществ и скорости роста.

Рост растений может происходить в двух типах:

• Определенный рост: рост прекращается после достижения определенного размера или стадии развития, обычно наблюдается у однолетних растений
• Неопределённый рост: рост продолжается в течение всей жизни растения, что характерно для многолетних растений, таких как деревья и кустарники.

Факторы, влияющие на рост растений

• Свет: необходим для фотосинтеза; влияет на рост, цветение и плодоношение растений.
• Вода: важна для поглощения питательных веществ, фотосинтеза и роста клеток.
• Температура: влияет на ферментную активность, фотосинтез и метаболические процессы.
• Питательные вещества : макроэлементы, такие как азот, фосфор и калий, и микроэлементы, такие как железо, цинк и магний, имеют решающее значение для роста растений.
• рН почвы: Влияет на доступность питательных веществ и поглощение корнями.
• Воздух: кислород необходим для дыхания, а углекислый газ — для фотосинтеза.
• Влажность: Влияет на скорость испарения и поглощение воды.
• Ветер: Может влиять на форму и структуру растений, влияя на характер роста.

Регуляторы роста растений

• Фитогормоны - это вещества, образующиеся в процессе обмена веществ и необходимые в очень малых количествах для запуска и регуляции физиологических и морфогенетических программ растений. Они являются природными регуляторами роста и развития растений. Эти вещества образуются в определённых тканях растений и транспортируются в другие органы и ткани, оказывая на них влияние.

Влияние гормонов роста растений

Гербициды – это химические вещества, применяемые для уничтожения

растительности.

Развитие – качественные изменения организма и его составляющих.

Онтогенезом называют индивидуальное развитие организма от зиготы или вегетативного зачатка до естественной смерти.

У растительных организмов выделяют 4 этапа онтогенеза:

• Эмбриональный (зародышевый): от зиготы до формирования зародыша;
• Вегетативный (ювенильный): прорастание семени, формирование вегетативных органов;
• Генеративный (зрелости): формирование генеративных органов (цветков,плодов и семян);
• Сенильный (старение): от момента потери способности к цветению до отмирания.

Продолжительность жизни растений

Ростовые движения растений

• Характерным свойством живых организмов является способность воспринимать и реагировать на изменение условий окружающей среды.
• У высших растений способность к движению ограничивается отдельными органами или частями организма.

Тропизмы: Геотропизм.

• Свойство органа расти по направлению к центру Земли называется положительным геотропизмом. Он свойствен главному корню.
• Свойство органа расти в направлении, противоположном действию силы тяжести, называется отрицательным геотропизмом. Им обладает главный стебель.

Тропизмы: Фототропизм.

• Изгиб надземных частей высших растений под влиянием света называется фототропизмом.
• Обычно стебли обладают положительным фототропизмом.
• Листья могут располагаться по отношению к свету по-разному: одни перпендикулярно, другие под тем или иным углом в зависимости от интенсивности освещения и индивидуальности самого растения.
• Корни большинства растений отрицательно

фототропичны.

Изгиб органа в сторону света объясняется тем, что свет задерживает растяжение клеток, и поэтому затемненная сторона растет быстрее, вызывая положительный фототропизм.

Тропизмы: Хемотропизм.

Ростовые изгибы под влиянием химических раздражителей вызываются односторонним воздействием ионов некоторых солей. Может наблюдаться положительный и отрицательный хемотропизм, который изменяется в зависимости от концентрации и характера веществ. Благодаря хемотропизму осуществляется рост пыльцевой трубки в пестике, рост корней в сторону удобренных участков почвы.

Тропизмы: Термотропизм, аэротропизм и гидротропизм.

Изменение роста корней в сторону благоприятного теплового режима называется положительным термотропизмом, а в сторону благоприятного воздушного режима - положительным аэротропизмом. Корни обычно растут в почве в сторону влажной среды. Они положительно гидротропичны.

Настические ростовые движения (настии)

• вызываются факторами, действующими не односторонне, а равномерно на все растение. Они свойственны органам, имеющим двустороннее строение, лепесткам, листьям и т. п. Различают настии, вызываемые сменой дня и ночи. Цветки душистого табака, дурмана закрываются днем, а раскрываются ночью. Наоборот, цветки льна, вьюнка открываются утром и закрываются на ночь.

Термонастии и фотонастии

• Другой тип настии - термонастии. Они наблюдаются при смене температуры. Если внести закрытые цветки тюльпанов, шафранов из холодного помещения в теплое, то они через некоторое время раскроются.
• Наконец, некоторые цветки, например, тюльпанов, раскрываются на свету и закрываются в пасмурную погоду или к вечеру. Аналогичное явление можно наблюдать на корзинках одуванчика. Такие настии называются фотонастиями.

Нутационные движения (нутации)

Отличаются ритмичностью. Они возникают в результате колебаний тургора, вызываемых изменениями в вязкости и проницаемости цитоплазмы. Таким образом, было выяснено, что рост стебля происходит толчками. Верхушка его растет не вертикально, а по спирали. Примером нутаций являются вьющиеся растения.

Таксисы

• Таксисы— это движения целого самостоятельного организма в пространстве относительно действующего раздражителя, который имеет определённую направленность. Считается, что в основе активных движений растений лежат явления раздражимости и сократимости белковых молекул в цитоплазме растительных клеток, сочетающиеся с ростовыми процессами.