Основные процессы жизнедеятельности растений

1. Обмен веществ и энергии
2. Питание и фотосинтез
3. Дыхание растений
4. Саморегуляция
   • Испарение воды растением
   • Листопад
5. Рост растений

Растение является живым организмом. Каково бы не было его строение и на каком бы этапе своего развития оно не находилось, в нем протекают процессы, которые могут быть только у живого организма.

Обмен веществ и энергии

Наличие обмена веществ  у растения давно доказано наукой. Это явление проявляется в виде множества способов взаимодействия растения с окружающей средой. Растение берет из окружающей среды необходимые вещества и энергию, перерабатывает их внутри себя, усваивает, а те продукты переработки, что не идут ему на рост и развитие, выделяет в окружающую среду.

Это взаимодействие с окружающей средой идет в растении постоянно.  Оно имеет два направления:

• внутри себя растение из простых веществ, взятых из воздуха, земли, образует сложные вещества, которые называются органическими, то есть образованными органами растения;
• и также внутри себя сложные вещества, из которых состоит растение, распадаются на простые.

Оба направления обмена веществ существуют в растении одновременно, взаимосвязаны между собой. И если одно из направлений этого обмена веществами прекратится, то растение погибнет.

Питание и фотосинтез

Для своего развития растение с помощью корней берет из земли необходимые для его роста вещества – минералы. Это составная и важная часть обмена веществ у растения. Растению нужны почти все простые вещества, существующие на земле. Но особенно ему нужны такие вещества, как азот, калий и фосфор.

Клетки корня растений пропускают через себя не все вещества из земли, а только те, которые ему нужны, и нужны в данный момент времени. Например, весной растению нужно больше азота, а летом необходимость в азоте снижается, и ему нужно больше калия и фосфора.

Всем известно, что люди, работающие руками непосредственно с землей, обязательно руки запачкают. Это происходит потому, что в земле всегда есть вода, и земля влажная. Если земля рук не пачкает, то она сухая. И если в ней посажены растения, то их нужно срочно полить.

На каждом, даже самом маленьком корешке растения есть участок, покрытый корневыми волосками. Это, так называемая, зона всасывания. Кожица корня на этой зоне покрыта слизью, и к ней прилипают частицы земли. Минеральные вещества  в этих частичках, растворенные водой, которая всегда есть в земле, всасываются корнем и по корню поступают в сосуды стебля, которые передают воду и минеральные вещества  листьям, цветкам и плодам.

В доказательство такого перемещения воды с минеральными веществами по растению можно проделать простой опыт: поставить веточку любого дерева в воду, подкрашенную чернилами. Дать ей постоять в этой воде несколько десятков минут, а затем нужно разрезать веточку вдоль ее ствола. Срез будет окрашен чернилами на определенную длину, куда вода успела подняться.

У растений существует такое явление, как корневое давление. Благодаря этому явлению и происходит всасывание воды с веществами, растворенными в ней. В жизни можно часто видеть, как на срезе у растения довольно быстро начинают выступать капельки растительного сока, сок поступает под действием корневого давления. Это же явление дарит сок березы весной почитателям этого напитка.

Но растения обладают одним удивительным свойством, которого нет ни у одного другого живого существа на земле. Они являются настоящими фабриками по производству питательных веществ, которыми, конечно, пользуются сами. В этом производстве они используют энергию солнечного света, воду и углекислый газ из воздуха. И все это превращают внутри себя в крахмал. Правда, крахмал они не употребляют в питании, а сразу превращают его в глюкозу и другие вещества, более сложные и необходимые растению, например белки и жиры.

Процесс этого удивительного превращения носит название фотосинтеза. Слово «фото» означает свет, а слово «синтез» - соединение. Происходит это превращение в клетках, имеющих зеленые пластиды, называемые хлоропластами. В хлоропластах образуется под действием света из углекислого газа крахмал. В подавляющем большинстве клетки с хлоропластами находятся в листьях растений. В изучение этого процесса внес большой вклад  русский ученый К.А.Тимирязев.

Процесс образования крахмала достигает максимума к 10 часам утра и затем плавно снижается, а  к 17 часам вечера он возрастает еще раз. На образование крахмала большое влияние оказывают климатические условия. Все замечали, что от холода и недостатка влаги листья растений желтеют, и, наоборот, когда тепло и влажно – растения выглядят ярко зелеными и сочными. У многих растений этот процесс прекращается при температуре +2°С, а у других и при более высокой температуре.

Опыт, показывающий, что крахмал образовывается в листьях растений на свету, можно провести даже в домашних условиях. Комнатное растение с листьями нужно поставить в темное место на 2 -3 суток. Затем с растения нужно срезать один лист и опустить его в кипящую воду на пару минут. Затем лист нужно поместить в горячий спирт. Там зеленая окраска листа исчезает, так как хлорофилл растворяется в спирте. Затем лист нужно промыть в воде и положить в чашку и залить его слабым раствором йода. Лист лишь слегка пожелтеет, не изменяя окраски. Это значит, что растение, находясь в темноте, крахмала в листьях не образовало. А значит, процесс фотосинтеза возможен только при свете.

Опыт можно продолжить. На этом же растении, на одном из листьев нужно закрепить кусочек бумажной ленточки. Растение требуется поместить на освещенное солнцем место. Через сутки лист можно срезать. Далее нужно повторить с обработку листа кипятком, горячим спиртом и слабым раствором йода. После обработки йодом та часть листа, которая была не закрыта кусочком бумаги, посинеет, а та, что была закрыта, пожелтеет.

Опыт подтвердит, что только на свету в растениях может образовываться крахмал, так как именно крахмал синеет под воздействием раствора йода.

Убедиться в том, что растение для образования крахмала поглощает углекислый газ, поможет следующий опыт. Берется два растения с листьями. Оба помещаются в шкаф, в темноту на несколько суток. Затем оба растения нужно поставить на лист стекла и над ними размесить по стеклянному колпаку. Под колпак с одним из растений помещается небольшая емкость с щелочью. Щелочь имеет способность поглощать углекислый газ из воздуха. Под другой колпак устанавливается такая же емкость, но с раствором соды, которая станет источником образования углекислого газа. Места соприкосновения колпаков с листом стекла нужно промазать вазелином, который перекроет доступ воздуха к растениям. Через сутки с каждого растения нужно срезать по листу и обработать их кипятком, горячим спиртом и раствором йода. Посинеет тот лист, растение, с которого он был срезан, стояло под колпаком вместе с емкостью с содовым раствором. То есть, у растения был в доступе углекислый газ. Углекислый газ попадает в листья вместе с воздухом через устьица.

Следующий опыт докажет, что крахмал образуется только в хлоропластах. Есть растения с пестрыми листьями, например зеленые с белыми участками. Таким растением является хлорофитум. Нужно взять один лист и обработать его, как в предыдущих опытах. В результате неокрашенными останутся светлые участки листа, а те, что были зелеными, окрасятся в синий цвет.

Полученный в листьях крахмал растение преобразует в глюкозу. Глюкоза – простой сахар и хорошо растворяется в воде, и в таком виде она передается для питания всем органам растения. Глюкоза и минеральные вещества участвуют в превращениях в другие, необходимые растению вещества. Они идут на питание тканей растения, способствуют его росту и откладываются про запас.

Во время фотосинтеза вместе с органическими веществами растение образует кислород, который выводится из растения в окружающую среду. Кислород нужен большинству живых организмов планеты. Поэтому количество растений на планете Земля должно быть соответствующим для поддержания количества кислорода в атмосфере на одинаковом уровне. Сейчас в атмосфере чуть меньше 21% кислорода от ее объема. И это количество поддерживается исключительно растительным миром планеты. Других источников кислорода у нее нет.

Дыхание растений

Как и всем живым организмам на земле, растениям для дыхания нужен кислород. Они забирают его из воздуха, а также пользуются и тем кислородом, который вырабатывают сами. Как и все живые существа, растения дышат круглосуточно, только днем они используют кислород из атмосферы, а ночью – тот, который вырабатывают сами. При этом устьица растений ночью закрыты.  Растению для дыхания нужно совсем немного кислорода. Но сами они вырабатывают и выделяют в воздух кислорода гораздо больше, чем потребляют.

Кислород нужен растениям для превращения глюкозы в воду и углекислый газ. Во время этого превращения выделяется энергия, та, что была потрачена растением на образование крахмала из воды и углекислого газа. Углекислый газ, как и кислород, выделяется растением через устьица в атмосферу. Если под стеклянный колпак поставить растение, а рядом с ним расположить емкость с известковой водой, и поместить все это в темное место, то через сутки вода в стакане станет мутной. Это говорит о наличии в воздухе углекислого газа, выделенного растением.  Дышат все части растения, даже семена. Если убрать в стеклянные банки корни, побеги, корнеплоды, семена, закрыть банки полиэтиленовыми крышками и поставить их в темное место, а потом через сутки опустить в каждую банку горящую свечу, то можно увидеть, как гаснет в каждой банке свеча. А гасит ее углекислый газ, который не поддерживает горение. То есть процесс дыхания у растений происходит также, как и у всех других живых существ: поглощается кислород и выделяется углекислый газ.

При выращивании культурных растений почву под ними рыхлят, особенно после дождей, которые ее уплотняют. Это делают не только для того, чтобы улучшить структуру почвы, но и для того, чтобы воздух, а вместе с ним и кислород , проходил к корням растений.

При хранении семенного зерна в хранилищах очень следят за влажностью воздуха и самих семян. Влажные семена дышат больше, при этом выделяется больше тепла. Зерно разогревается, и зародыши в нем погибают.

Очень мешает дыханию растений пыль и загрязненный городской воздух. Многие декоративные растения просто не выдерживают городской атмосферы, поэтому для города подбирают породы деревьев, которые наиболее неприхотливы к состоянию воздуха. Это тополя, черемуха, липы.

Саморегуляция

Испарение воды растением

Вода играет огромную роль в жизни растений, ведь они состоят из нее почти на 90%. Они постоянно поглощают воду из земли. Лишняя вода тут же удаляется из растения. Кроме того, растение, испаряя воду, охлаждается в жаркий день. Испарение воды выполняется листьями растения. Например, капуста в день забирает из почвы 1л воды и испаряет за это же время почти столько же. Среди растений средней полосы рекордсмен по испарению воды – береза. За день она испарит около 60л воды. Именно по этой причине в березовых лесах невысокая трава.  Дерево просто отнимает воду у всех близлежащих больших и малых растений. Вода выводится через устьица листьев в виде водяного пара. Растение регулирует испарение воды из себя, открывая устьица полностью или прикрывая их.

На скорость испарения воды растением влияют климатические условия местности, в которой растение существует. Скорость зависит от температуры воздуха, освещенности, влажности воздуха и почвы, скорости ветра и яркости солнца.

Чем жарче, ярче солнце, сильнее ветер, суше воздух, тем больше приходится растению испарять своей воды, чтобы поддерживать свою жизнедеятельность. В сухих местностях растения обзаводятся особыми органами и свойствами, защищающими от интенсивного испарения воды. Это и толстая кожица стеблей и листьев, и восковой налет у растений из сухих тропиков, и множество волосков, прикрывающих кожицу от перегрева и задерживающих утреннюю росу, и совсем крохотные листочки, как у пустынных растений.

Листопад

В умеренных широтах люди в осенние месяцы наслаждаются необыкновенно красивым зрелищем. Леса и городские парки одеваются в золотой и багряный наряд. Но проходит несколько недель, и злой предзимний ветер срывает золотые и красные листья с кустов и деревьев и укладывает их ковром на дорожках и лужайках. Так заканчивается листопад у деревьев в умеренном климате.

Сигнал к разрушению зеленой окраски листьев дает уменьшение светового дня. Деревьям и кустам нужно сбросить листья, чтобы зимой не шел процесс испарения воды, так как корни на зиму всасывание воды из почвы прекращают.

Листопад еще и уберегает деревья и кустарники от летних накоплений вредных веществ. Растения расстаются с ними вместе с листьями. В умеренном климате сбрасывают листья почти все растения, кроме брусники. Она является вечнозеленым растением. Если у листопадных растений лист живет 5 месяцев, то у брусники – 1 год.

Существует немало растений, которые из-за климатических условий очень быстро вырастают, цветут и плодоносят, и успевают все это сделать, пока климат благоприятный. В основном это растения пустынь и полупустынь. Среди таких растений очень много однолетников, например однолетние маки-самосейки, но есть и многолетние растения. Как правило, это растения из семейства  Лилейных, имеющие луковицы. Например, гиацинты, тюльпаны, хохлатки, ветреницы. Летом верхняя часть таких растений отмирает.

Рост растений

То, как растут растения, всегда хорошо видно. Подавляющее большинство их делает это очень быстро. Например, очень быстро растут бамбуки. Некоторые виды дают метровые приросты за сутки. У растений увеличивается не только длина, но и толщина. Они увеличивают свои размеры в течение всего времени вегетации, забирая из почвы питательные вещества, воду, а из воздуха углекислый газ при достаточном количестве солнечного света.

Рост в длину обеспечивается делением клеток верхушечных и вставочных тканей. Другие клетки преобразовывают одни виды тканей в другие, например, почки в побеги, листья – в колючки, цветки – в плоды. Развиваясь, растение не просто растет, но и преобразовывается.

Ткани выполняют разную роль, у них появляются серьезные отличия в строении и назначении. Влияет на рост растения скорость деления его клеток. Клетки образовательных тканей растут и делятся и снова растут. Однако, спустя некоторое время часть таких  клеток утрачивает способность делиться. Такие клетки получают другую, более плотную оболочку и выполняют другие функции, то есть образуется ткань другого назначения, а само растение преобразовывается.