Растения, как все живые организмы, постоянно дышат (аэробы). Для этого им необходим кислород. Он нужен и одноклеточным, и многоклеточным растениям. Кислород участвует в процессах жизнедеятельности клеток, тканей и органов растения.
Большинство растений получает кислород из воздуха через устьица и чечевички. Водные растения потребляют его из воды всей поверхностью тела. Некоторые растения, произрастающие на заболоченных местах, имеют особые дыхательные корни, поглощающие кислород из воздуха.
Дыхание - сложный процесс, протекающий в клетках живого организма, в ходе которого при распаде органических веществ высвобождается энергия, необходимая для процессов жизнедеятельности организма. Основным органическим веществом, участвующим в дыхательном процессе, являются углеводы, главным образом сахара (особенно глюкоза). Интенсивность дыхания у растений зависит от количества углеводов, накопленных побегами на свету.
Весь процесс дыхания протекает в клетках растительного организма. Он состоит из двух этапов, в ходе которых сложные органические вещества расщепляются на более простые, неорганические - углекислый газ и воду. На первом этапе при участии специальных белков, ускоряющих процесс (ферментов), происходит распад молекул глюкозы. В итоге из глюкозы образуются более простые органические соединения и выделяется немного энергии (2 АТФ). Этот этап дыхательного процесса происходит в цитоплазме.
На втором этапе простые органические вещества, образовавшиеся на первом этапе, взаимодействуя с кислородом, окисляются - образуют углекислый газ и воду. При этом высвобождается много энергии (38 АТФ). Второй этап дыхательного процесса протекает только с участием кислорода в специальных органоидах клетки - митохондриях.
Дыхание - это протекающий с участием кислорода процесс распада органических питательных веществ до неорганических (углекислого газа и воды), сопровождающийся выделением энергии, которая используется растением для процессов жизнедеятельности.
С 6 Н 12 О 6 + 6 О 2 = 6СО 2 + 6 Н 2 О + Энергия (38 АТФ)
Дыхание - процесс, противоположный фотосинтезу
| Фотосинтез | Дыхание |
| 1. Поглощение углекислого газа 2. Выделение кислорода. 3. Образование сложных органических веществ (преимущес-твенно сахаров) из простых неорганических. 4. Поглощение воды. 5. Поглощение с помощью хлорофилла солнечной энергии и накопление ее в органических веществах. б. Происходит только на свету. 7. Протекает в хлоропластах. 8. Происходит только в зеленых частях растения, преимуще-ственно в листе. | 1. Поглощение кислорода. 2. Выделение углекислого газа. 3. Расщепление сложных органических веществ (преимуще-ственно сахаров) на простые неорганические. 4. Выделение воды. 5. Высвобождение химической энергии при окислении органических веществ 6. Происходит непрерывно на свету и в темноте. 7. Протекает в цитоплазме и митохондриях. 8. Происходит в клетках всех органов растения (зеленых и незеленых) |
Процесс дыхания связан с непрерывным потреблением кислорода днем и ночью. Особенно интенсивно идет процесс дыхания в молодых тканях и органах растения. Интенсивность дыхания обусловлена потребностями роста и развития растений. Много кислорода требуется в зонах деления и роста клеток. Образование цветков и плодов, а также повреждение и особенно отрывание органов сопровождается усилением дыхания у растений. По окончании роста, с пожелтением листьев и, особенно в зимнее время интенсивность дыхания заметно снижается, но не прекращается.
Дыхание, как и питание, - необходимое условие обмена веществ, а значит, и жизни организма.
Ø С1. В небольших помещениях с обилием комнатных растений ночью концентрация кислорода уменьшается. Объясните почему. 1) ночью с прекращением фотосинтеза выделение кислорода прекращается; 2) в процессе дыхания растений (они дышат постоянно) уменьшается концентрация О 2 и повышается концентрация СО 2
Ø С1. Известно, что опытным путём на свету трудно обнаружить дыхание растений. Объясните, почему.
1) на свету в растении наряду с дыханием происходит фотосинтез, при котором углекислый газ используется; 2) в результате фотосинтеза кислорода образуется гораздо больше, чем используется при дыхании растений.
Ø С1. Почему растения не могут жить без дыхания? 1) в процессе дыхания растительные клетки поглощают кислород, который расщепляет сложные органические вещества (углеводы, жиры, белки) до менее сложных;2) при этом освобождается энергия, которая запасается в АТФ и используется на процессы жизнедеятельности: питание, рост, развитие, размножение и др.
Ø С4. Газовый состав атмосферы поддерживается на относительно постоянном уровне. Объясните, какую роль играют в этом организмы. 1) фотосинтез, дыхание, брожение регулируют концентрацию О2, СО2; 2) транспирация, потоотделение, дыхание регулируют концентрацию паров воды; 3) жизнедеятельность некоторых бактерий регулирует содержание азота в атмосфере.
Значение воды в жизнедеятельности растений
Вода необходима для жизни любого растения. Она составляет 70-95 % сырой массы тела растения. У растений все процессы жизнедеятельности протекают с использованием воды.
Обмен веществ в растительном организме происходит только при достаточном количестве воды. С водой в растение поступают минеральные соли из почвы. Она обеспечивает непрерывный ток питательных веществ по проводящей системе. Без воды не могут прорастать семена, не будет в зеленых листьях фотосинтеза. Вода в виде растворов, наполняющих клетки и ткани растения, обеспечивает ему упругость, сохранение определенной формы.
- Поглощение воды из внешней среды - обязательное условие существования растительного организма.
Растение получает воду главным образом из почвы с помощью корневых волосков корня. Наземные части растения, в основном листья, через устьица испаряют значительное количество воды. Эти потери влаги регулярно восполняются, так как корни постоянно поглощают воду.
Бывает, что в жаркие часы дня расход воды испарением превышает ее поступление. Тогда у растения листья увядают, особенно самые нижние. За ночные часы, когда корни продолжают всасывать воду, а испарение у растения снижено, содержание воды в клетках снова восстанавливается и клетки и органы растения вновь приобретают упругое состояние. При пересадке рассады удаляют нижние листья для уменьшения испарения воды.
Главным способом поступления воды в живые клетки является ее осмотическое поглощение. Осмос - это способность растворителя (воды) поступать в клеточные растворы. При этом поступление воды приводит к увеличению объема жидкости в клетке. Сила осмотического поглощения, с которой вода входит в клетку, называется сосущей силой .
Поглощение воды из почвы и потеря ее при испарении создают постоянный водный обмен у растения. Водный обмен осуществляется с током воды через все органы растения.
Он складывается из трех этапов:
· поглощения воды корнями,
· передвижения ее по сосудам древесины,
· испарения воды листьями.
Обычно при нормальном водном обмене, сколько воды поступает в растение, столько ее и испаряется.
Водный ток в растении идет в восходящем направлении: снизу вверх. Он зависит от силы всасывания воды клетками корневых волосков внизу и от интенсивности испарения наверху.
Корневое давление является нижним двигателем водного тока
сосущая сила листьев - верхним.
Постоянный ток воды от корневой системы к надземным частям растения служит средством транспортировки и накопления в органах тела минеральных веществ и различных химических соединений, поступающих из корней. Он объединяет все органы растения в единое целое. Помимо этого, восходящий ток воды в растении необходим для нормального водоснабжения всех клеток. Особенно он важен для осуществления процесса фотосинтеза в листьях.
ü С1. Растения в течение жизни поглощают значительное количество воды. На какие два основных процесса
жизнедеятельности расходуется большая часть потребляемой воды? Ответ поясните. 1) испарение, обеспечи-вающее передвижение воды и растворённых в-в и защиту от перегрева; 2) фотосинтез, в процессе которого образуются орг в-ва и выделяется кислород
Достаток или дефицит влаги в клетках влияет на все жизнедеятельные процессы растения.
По отношению к воде растения делят на экологические группы
Ø Гидатофиты (от греч. гидатос - «вода», фитон - «растение») - водные травы (элодея, лотос, кувшинки). Гидатофиты полностью погружены в воду. Стебли почти не имеют механических тканей и поддерживаются водой. В тканях растений имеется много крупных межклетников, заполненных воздухом.
Ø Гидрофиты (от греч. гидрос - «водный») - растения, частично погруженные в воду (стрелолист, камыш, рогоз, тростник, аир). Обычно обитают по берегам водоемов на сырых лугах.
Ø Гигрофиты (от греч. гигра - «влага») - растения влажных мест с высокой влажностью воздуха (калужница, осоки). 1) растения влажных местообитаний; 2) крупные голые листья; 3) устьица не закрываются; 4) имеют специальные водные устьица - гидотоды; 5) сосудов мало.
Ø Мезофиты (от греч. мезос - «средний») - растения, живущие в условиях умеренного увлажнения и хорошего минерального питания (нивяник, ландыш, земляника, яблоня, ель, дуб). Растут в лесах, на лугах, в поле. Большинство сельскохозяйственных растений - мезофиты. Они лучше развиваются при дополнительном поливе. 1) растения достаточного увлажнения; 2) растут в основном на лугах и в лесах; 3) вегетационный период короткий, не более 6 недель; 4) засушливое время переживают в виде семян или луковиц, клубней, корневищ.
Ø Ксерофиты (от греч. ксерос - «сухой») - растения сухих местообитаний, где воды в почве мало, а воздух сухой (алоэ, кактусы, саксаул). Среди ксерофитов различают сухие и сочные. Сочные ксерофиты с мясистыми листьями (алоэ, толстянки) или мясистыми стеблями (кактусы - опунция) называют суккулентами . Сухие ксерофиты - склерофиты (от греч. склерос - «жесткий») приспособлены к жесткой экономии воды, к уменьшению испарения (ковыль, саксаул, верблюжья колючка). 1) растения сухих местообитаний; 2) способны переносить недостаток влаги; 3) уменьшена поверхность листьев; 4) опушение листьев очень обильное; 5) обладают глубокими корневыми системами.
Видоизменения листьев
возникли в процессе эволюции вследствие влияния окружающей среды, поэтому они иногда не похожи на обыкновенный лист.
· Колючки у кактусов, барбариса и др. - приспособления к уменьшению площади испарения и своего рода защита от поедания животными.
· Усики у гороха, чины прикрепляют лазающий стебель к опоре.
· Сочные чешуи луковиц , листья кочана капусты запасают питательные вещества,
· 
Кроющие чешуи почек
- видоизмененные листья, которые защищают зачаток побега.
· У насекомоядных растений (росянка, пузырчатка и др.) листья - ловчие аппараты . Насекомоядные растения произрастают на почвах, бедных минеральными веществами, особенно с недоста-точным содержанием азота, фосфора, калия и серы. Из тел насе-комых эти растения получают неорганические в-ва.
Листопад - явление закономерное и физиологически необходимое. Благодаря листопаду растения предохраняют себя от гибели в течение неблагоприятного времени года - зимы - или засушливого периода в жарком климате.
ü Сбрасывая листья, которые имеют огромную испаряющую поверхность, растения как бы балансируют возможный приход и необходимый расход воды за указанный период.
ü Сбрасывая листья, растения освобождаются от накопившихся в них различных продуктов отброса , получающихся при обмене веществ.
ü Листопад предохраняет ветви от обламывания под давлением масс снега.
Но у некоторых цветковых растений листья сохраняются всю зиму. Это вечнозеленые кустарнички брусника, вереск, клюква. Мелкие плотные листья этих растений, слабо испаряющие воду, сохраняются под снегом. Зимуют с зелеными листьями и многие травы, например земляника, клевер, чистотел.
Называя некоторые растения вечнозелеными, надо помнить, что листья этих растений не вечны. Они живут несколько лет и постепенно опадают. Но на новых побегах этих растений вырастают новые листья.
Размножение растений. Размножение - процесс, приводящий к увеличению числа особей.
У цветковых растений различают
Ø вегетативное размножение, при котором образование новых особей происходит из клеток вегетативных органов,
Ø семенное размножение, при котором формирование нового организма происходит из зиготы, возникаю-щей при слиянии половых клеток, чему предшествует ряд сложных процессов, осуществляющихся главным образом в цветках.
Размножение растений при помощи вегетативных органов называется вегетативным.
Вегетативное размножение
, осуществляемое при вмешательстве человека, называется искусственным. К искусственному вегетативному размножению цветковых прибе-гают в том случае,
§ если растение не дает семян
§ ускорить цветение и плодоно-шение.
В естественных условиях и в культуре растения часто размно-жаются одними и теми же орга-нами. Очень часто происходит размножение при помощи черен-ков. Черенок - это отрезок любо-го вегетативного органа растений, способный к восстановлению недостающих органов. Отрезки побега с 1-3 листьями, в пазухах которых развиваются пазушные почки, называются стеблевыми черенками . В естественных усло-виях такими черенками легко размножаются ивы, тополя, а в культуре - герань, смородина…
Размножение листьями проис-ходит реже, но встречается у таких растений, как луговой сердечник. На влажной почве у основания отломившегося листа развивается придаточная почка, из которой вырастает новое растение. Листьями размножают узамбарскую фиалку, некоторые виды бегонии и другие растения.
На листьях бриофиллюма образуются почки-детки , которые, опадая на землю, укореняются и дают начало новым растениям.
Многие виды луков, лилий, нарциссов, тюльпанов размножаются луковицами. У луковицы от донца берет начало мочковатая корневая система, а из некоторых почек развиваются молодые луковички, называемые детками. Из каждой луковички-детки со временем вырастает новое взрослое растение. Маленькие луковички могут образовываться не только под землей, но и в пазухах листьев некоторых лилейных. Опадая на землю, такие луковицы-детки также развиваются в новое растение.
Растения легко размножаются особыми ползучими побегами - усами (земляника, живучка ползучая).
Размножение делением:
§ кустов (сирень) когда растение достигает значительных размеров, его можно разделить на несколько частей;
§ корневищ (ирисы) каждый отрезок, взятый для размножения, должен иметь или пазушную, или верхушечную почку
§ клубней (картофель, топинамбур), когда их недостаточно для посадки на определенной площади, особенно если это ценный сорт. Деление клубня проводится так, чтобы каждая часть имела глазок и чтобы запас питательных веществ был достаточным для воспроизведения нового растения;
§ корней (малина, хрен) которые в благоприятных условиях дают новые растения;
§ корневых шишек - клубнекорней, которые отличаются от настоящего корня тем, что они не имеют узлов и междоузлий. Почки расположены только на корневой шейке или стеблевом конце, поэтому у георгинов, клубневой бегонии и проводится деление корневой шейки с клубневидными образованиями корней.
Размножение отводками.
При размножении отводками не отделенный от материнского растения побег пригибают к почве, надрезают кору под почкой и присыпают землей. Когда в месте надреза появятся корни и разовьются надземные побеги, молодое растеньице отделяют от материнского и пересаживают. Отводками можно размножать смородину, крыжовник и др. растения.
Прививка.
Особым способом вегетативного размножения является прививка. Прививкой называют пересадку части живого растения, снабженной почкой, на другое растение, с которым первое скрещивается. Растение, на которое прививают, называется подвоем
; растение, которое прививают, - привоем.
У привитых растений привой не образует корней и питается за счет подвоя, подвой же получает от привоя органические вещества, синтезированные в его листьях. Прививки чаще всего применяются для размножения плодовых деревьев, которые с трудом образуют придаточные корни и не могут разводиться другим способом. Прививка также может проводиться пересадкой кусочка стебля с одной почкой под кору привоя (окулировка ) и скрещиванием одинаковых по толщине привоя и подвоя (копулировка ). При прививках надо учитывать возраст и положение черенка на материнском растении, а также особенности привоя. Таким образом, разные способы вегетативного размножения показывают, что у многих растений может восстановиться целый организм из части.
Взаимосвязь органов. Несмотря на то, что все органы растения имеют присущее только им строение и выполняют специфические функции, благодаря проводящей системе они связаны воедино, и растение функционирует как сложный целостный организм. Нарушение целостности любого органа обязательно отражается на строении и развитии других органов, причем это влияние может быть как положительным, так и отрицательным. Например, удаление верхушки стебля и корня способствует интенсивному развитию надземной и подземной частей растения, а удаление листьев задерживает рост и развитие и может даже привести к его гибели. Нарушение строения любого органа влечет за собой и нарушение его функций, что отражается на функционировании всего растения.
Каждое тело, совершающее движение, можно охарактеризовать работой. Иными словами, она характеризует действие сил.
Работа определяется как:
Произведение модуля силы и пути пройденного телом, умноженное на косинус угла между направлением силы и движения.
Работа измеряется в Джоулях:
1 [Дж] = = [кг* м2/c2]
К примеру, тело A под действием силы в 5 Н, прошло 10 м. Определить работу совершенную телом.
Так как направление движения и действия силы совпадают, то угол между вектором силы и вектором перемещения будет равен 0°. Формула упроститься, потому что косинус угла в 0° равен 1.
Подставляя исходные параметры в формулу, находим:
A= 15 Дж.
Рассмотрим другой пример, тело массой 2 кг, двигаясь с ускорением 6 м/ с2, прошло 10 м. Определить работу проделанную телом, если оно двигалось по наклоненной плоскости вверх под углом 60°.
Для начала, вычислим какую силу нужно приложить, что бы сообщить телу ускорение 6 м/ с2.
F = 2 кг * 6 м/ с2 = 12 H.
Под действием силы 12H, тело прошло 10 м. Работу можно вычислить по уже известной формуле:
Где, а равно 30°. Подставляя исходные данные в формулу получаем:
A= 103, 2 Дж.
Мощность
Множество машин механизмов выполняют одну и ту же работу за различный промежуток времени. Для их сравнения вводится понятие мощности.
Мощность – это величина, показывающая объем работы выполненный за единицу времени.
Мощность измеряется в Ватт, в честь Шотландского инженера Джеймса Ватта.
1 [Ватт] = 1 [Дж/c].
К примеру, большой кран поднял груз весом 10 т на высоту 30 м за 1 мин. Маленький кран на эту же высоту за 1 мин поднял 2 т кирпича. Сравнить мощности кранов.
Определим работу выполняемую кранами. Груз поднимается на 30м, при этом преодолевая силу тяжести, поэтому сила, затрачиваемая на поднятие груза, будет равна силе взаимодействия Земли и груза(F = m * g). А работа – произведению сил на расстояние пройденное грузами, то есть на высоту.
Обратите внимание, что у работы и энергии одинаковые единицы измерения. Это означает, что работа может переходить в энергию. Например, для того, чтобы тело поднять на некоторую высоту, тогда оно будет обладать потенциальной энергией , необходима сила, которая совершит эту работу. Работа силы по поднятию перейдет в потенциальную энергию.
Правило определения работы по графику зависимости F(r): работа численно равна площади фигуры под графиком зависимости силы от перемещения.
Угол между вектором силы и перемещением
1) Верно определяем направление силы, которая выполняет работу; 2) Изображаем вектор перемещения; 3) Переносим вектора в одну точку, получаем искомый угол.
На рисунке на тело действуют сила тяжести (mg), реакция опоры (N), сила трения (Fтр) и сила натяжения веревки F, под воздействием которой тело совершает перемещение r.
Работа силы тяжести
Работа реакции опоры
Работа силы трения
Работа силы натяжения веревки
Работа равнодействующей силы
Работу равнодействующей силы можно найти двумя способами: 1 способ - как сумму работ (с учетом знаков "+" или "-") всех действующих на тело сил, в нашем примере
2 способ - в первую очередь найти равнодействующую силу, затем непосредственно ее работу, см. рисунок
Работа силы упругости
Для нахождения работы, совершенной силой упругости, необходимо учесть, что эта сила изменяется, так как зависит от удлинения пружины. Из закона Гука следует, что при увеличении абсолютного удлинения, сила увеличивается.
Для расчета работы силы упругости при переходе пружины (тела) из недеформированного состояния в деформированное используют формулу
Мощность
Скалярная величина, которая характеризует быстроту выполнения работы (можно провести аналогию с ускорением , которое характеризует быстроту изменения скорости). Определяется по формуле
Коэффициент полезного действия
КПД - это отношение полезной работы, совершенной машиной, ко всей затраченной работе (подведенной энергии) за то же время
Коэффициент полезного действия выражается в процентах. Чем ближе это число к 100%, тем выше производительность машины. Не может быть КПД больше 100, так как невозможно выполнить больше работы, затратив меньше энергии.
КПД наклонной плоскости - это отношение работы силы тяжести, к затраченной работе по перемещению вдоль наклонной плоскости.
Главное запомнить
1) Формулы и единицы измерения;
2) Работу выполняет сила;
3) Уметь определять угол между векторами силы и перемещения
Если работа силы при перемещении тела по замкнутому пути равна нулю, то такие силы называют консервативными или потенциальными . Работа силы трения при перемещении тела по замкнутому пути никогда не равна нулю. Сила трения в отличие от силы тяжести или силы упругости является неконсервативной или непотенциальной .
Есть условия, при которых нельзя использовать формулу 
Если сила является переменной, если траектория движения является кривой линией. В этом случае путь разбивается на малые участки, для которых эти условия выполняются, и подсчитать элементарные работы на каждом из этих участков. Полная работа в этом случае равна алгебраической сумме элементарных работ:
Значение работы некоторой силы зависит от выбора системы отсчета.
Энергетические характеристики движения вводятся на основе понятия механической работы или работы силы .
Если действующая на тело сила вызывает его перемещение s, то действие этой силы характеризуется величиной, называемой механической работой (или, сокращенно, просто работой ).
Механическая работа А — скалярная величина, равная произведению модуля силы F, действующей на тело, и модуля перемещения s, совершаемого телом в направлении действия этой силы.
Если направления перемещения тела и приложенный силы не совпадают, то работу можно вычислить как произведение модулей силы и перемещения, умноженному на косинус угла α между векторами силы и перемещения (рис. 1.18.1):
Работа является скалярной величиной. Она может быть как положительной (0° ≤ α < 90°), так и отрицательной (90° < α ≤ 180°). При α = 90° работа, совершаемая силой, равна нулю. В системе СИ работа измеряется в джоулях (Дж) .
Джоуль равен работе, совершаемой силой в 1 Н на перемещении 1 м в направлении действия силы.
Если проекция силы на направление перемещения не остается постоянной, работу следует вычислять для малых перемещений Δs i и суммировать результаты:
Это сумма в пределе (Δs i → 0) переходит в интеграл.
Графически работа определяется по площади криволинейной фигуры под графиком F s (x ) (рис. 1.18.2).
Примером силы, модуль которой зависит от координаты, может служить сила упругости пружины, подчиняющаяся закону Гука. Для того, чтобы растянуть пружину, к ней нужно приложить внешнюю силу модуль которой пропорционален удлинению пружины (рис. 1.18.3).
Зависимость модуля внешней силы от координаты x изображается на графике прямой линией (рис. 1.18.4).
По площади треугольника на рис. 1.18.4 можно определить работу, совершенную внешней силой, приложенной к правому свободному концу пружины:
Этой же формулой выражается работа, совершенная внешней силой при сжатии пружины. В обоих случаях работа упругой силы равна по модулю работе внешней силы и противоположна ей по знаку.
Если к телу приложено несколько сил, то общая работа всех сил равна алгебраической сумме работ, совершаемых отдельными силами. При поступательном движении тела, когда точки приложения всех сил совершают одинаковое перемещение, общая работа всех сил равна работе равнодействующей приложенных сил .
Мощность
Работа силы, совершаемая в единицу времени, называется мощностью . Мощность N это физическая величина, равная отношению работы A к промежутку времени t , в течение которого совершена эта работа.
