Лекция 11 Дыхание Влияние внутренних и внешних факторов

Лекция 11. Дыхание. Влияние внутренних и внешних факторов. Обмен и транспорт веществ

Зависимость дыхания от внутренних и внешних факторов Интенсивность дыхания ИД : ИД=Σ выделенного СО 2 мг / г ткани ∙ час ИД=1, 375∙Σ поглощенного О 2 мг/ г ткани ∙ час

ИД возрастает в ряду Сухие семена – стебли – прорастающие семена - корни – листья – цветки. от 0, 2 до 16 мг СО 2/г Наиболее активно дышат молодые органы и активно работающие ткани – корни, транспортные, меристематические. Рост, развитие ↔ дыхание

Точно измерить интенсивность дыхания или фотосинтеза невозможно, потому что процессы сопряженные. Дыхательный коэффициент ДК= Σ СО 2/ Σ О 2 ДК - качественный показатель, показывает примерное направление процессов – • При окислении углеводов ДК=1 С 6 Н 12 О 6 + 6 О 2 → 6 СО 2 + 6 Н 2 О • При окислении жиров, где много Н тратится много О 2 ДК= 0, 7 • При окислении органических кислот ДК= 2 -4.

Дыхание на рост и поддержание Расход продуктов фотосинтеза на дыхание для роста биомассы и поддержания ее функций. Уравнение Мак Кри (1970) R = a. Pq + b. W R- скорость дыхания, Pq суммарный фотосинтез 1 ед посева, W – сухая биомасса, а, b - коэффициенты дыхания на рост и поддержание

Влияние возраста • Сухие семена поглощают мало О 2. при прорастании ИД резко усиливается. • ИД растущих органов высокая. Энергия тратится на синтез в-в, по мере старения снижается. • В старых органах усиление дыхания может быть связано: • с разобщением окисления с фосфорилированием • с перестройкой метаболизма для оттока веществ из вегетативных органов в генеративные и запасающие.

Влияние влажности на дыхание семян При повышении влажности с 12 до 33% ИД возрастает в 10 тыс. раз. При созревании семян влажность снижается, дыхание уменьшается.

Климактерический подъем дыхания при созревании сочных плодов

Влияние внешних факторов Все неблагоприятные условия вызывают увеличением ИД и ДК Влажность При дефиците влаги и засухе постепенно замедляется рост, снижается фотосинтез, усиливается дыхание → снижается ИФ и усиливается ИД. Баланс углеводов ухудшается. ИД усиливается, но эффективность образования АТФ уменьшается из-за нарушения деятельности ферментов. Реакция растений на дефицит влаги зависит от генотипа. У устойчивых к засухе растений ИД возрастает слабо, у восприимчивых – сильно.

При избытке воды в почве нарушается аэрация корней, дыхание, выработка АТФ. • Усиливается гликолиз, резко усиливается расход сахаров. При избытке продуктов гликолиза корни отмирают. Приспособления против гипоксии: • поверхностная корневая система • воздушные корни – у тропических растений • специальная ткань в корнях – аэренхима у риса.

Влияние Т • При низких и высоких Т ИД снижается • При оптимальных Т ИД подчиняется правилу Вант-Гоффа: при повышении Т на 10 град ИД возрастает в 2 -3 раза. Максимальная Т дыхания выше, чем Т фотосинтеза

Температурные кривые фотосинтеза (1) и дыхания (2)

Азотное питание • Восстановление N 2, нитритов, аммония происходит в корнях или в листьях за счет энергии НАДФН из фотосинтеза. • Избыток N приводит к росту избыточной биомассы и усилению дыхания - до 50 -70% энергии поддержания → урожайность снижается. У посевов интенсивного типа способность интенсивно использовать N сочетается • со снижением общего дыхания • с усилением дыхания плодоэлементов • своевременным отмиранием листьев • увеличением Кхоз.

Дыхание больного растения • У растений, пораженных болезнями и вредителями, ИД сильно возрастает. • Причины - нарушение структуры мембран и ферментов • Потери урожая 30 -70%. • У устойчивых растений ИД возрастает меньше, ущерб от болезней меньше. • Энергия тратится на механизмы защиты.

Влияние химических и механических раздражителей • Химические (ионы, соли). и механические раздражители, поранения усиливают дыхание. • ИД возрастает при повреждении корнеплодов и клубней во время уборки (в 2 -10 раз). Наблюдаются большие потери углеводов во время хранения срезанной продукции – у сахарного тростника за 2 нед теряется 5080% сахаров.

Оптимизация фотосинтеза и дыхания Для получения высоких урожаев необходимо поддерживать оптимальный фотосинтез и снижать дыхание: Способы: • Оптимальное освещение, орошение, питание • защита от болезней и повреждений • во время хранения – снижение температуры, снижение влажности.

ОБМЕН И ТРАНСПОРТ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

План 1. Обмен веществ, анаболизм и катаболизм 2. Транспорт органических веществ 3. Регуляция транспорта в-в.

Обмен веществ Растительный организм – сложная самоорганизующаяся и В растении постоянно происходят процессы синтеза, распада и превращения органических соединений, - саморегулируемая система, поддержание гомеостаза.

• Между органами и тканями разделение функций и процессов. • Фотосинтезирующие клетки – автотрофное тип питание, • остальные - гетеротрофный тип питания, зависят от поступления веществ. • Органические вещества - предшественники для синтеза различных компонентов и соединений, - источники энергии. • Передвижение веществ - с помощью специальных транспортных систем.

Обмен веществ • Метаболизм = обмен веществ совокупность биохимических реакций, происходящих в организме. Реакции происходят с помощью ферментов. • Продукты реакций – метаболиты. • Последовательность реакций, связанных с биосинтезом или превращением веществ или близких соединений – метаболические пути. • Часто процессы организованы в виде циклов, возможны сопряженные реакции и направление метаболитов на разные реакции.

• Процессы с поглощением энергии – анаболизм, выделения энергии – катаболизм. • Процессы тесно связаны между собой. Для анаболических процессов необходима энергия. • Катаболизм – распад органических полимеров в процессе окисления с переводом энергии в АТФ и восстановленных кофакторов - НАДН, НАДФН, ФАДН 2. Этапы катаболизма: 1. Распад – гидролиз полимеров • жиры – до жирных кислот и глицерина, • полисахариды – до моносахаров, • белки – до аминокислот, • НК – до нуклеотидов. 2. Окисление субстратов до СО 2 и Н 2 О

Взаимосвязь дыхания и биосинтети ческих процессов

• Ключевые метаболиты в обмене в-в • Ац-Ко. А, ЩУК, α-кетоглутаровая к-та. • Через эти метаболиты связаны разные метаболические пути и процессы анаболизма и катаболизма.

Транспорт органических веществ в растениях • Хлоропласты снабжают ассимилятами все органы растений. • Доноры ассимилятов - листья, • акцепторы – меристемы, растущие органы. Три типа транспорта ассимилятов: • внутриклеточный, • ближний по симпласту и апопласту внутри органа • дальний – по флоэме (ситовидные трубки, сопровождающие клетки – живые) Транспорт в-в мезофилльные клетки → мелкие сосуды → крупные сосуды.

Формы транспортируемых веществ • Жидкость в ситовидных трубках – флоэмный сок. Содержит 8 -20% углеводов (в основном сахароза- транспортный углевод ), аминокислоты, органические кислоты, ионы, АТФ. Скорость оттока в-в в сотни раз выше, чем при диффузии – энергозависимый процесс у С 3 –до 1 м/ч, С 4 – до 2 м/ч у сахарного тростника – до 3, 60 м/ч • Направление тока - быстро растущие органы. Доноры снабжают ближние акцепторы: нижние листья – корни, верхние - колосья, початки.

• Акцепторы меняются в течение жизни. У злаков во время кущения - листья, после выхода в трубку – стебель, колос, после цветения – семена. Влияние гормонов – кинетин стимулирует приток орг. в-в • .

• • Влияние условий среды О 2 усиливает транспорт, за счет усиления выработки АТФ. Т. Оптимальный транспорт при 20 -30 град. При превышении или снижении Т отток веществ тормозится. Хорошее водоснабжение усиливает передвижение веществ. Движение веществ существенно стимулируют B, Mn, K, P.

• Транспорт веществ влияет на накопление сухого вещества в продуктивных органах. • Селекция на перераспределение ассимилятов помогла повысить Кхоз у кукурузы с 24 до 47%, у риса с 43 до 57%.