Функции листа
Функции листа
Основные функции листа - фотосинтез, транспирация, газообмен. Кроме этих основных функций, у многолетних растений листок при его видоизменению выполняет функции запасающих органа (мясистые листья луковицы), органа защиты (колючки), органа вегетативного размножения (бегония), органа, поддерживает стебли растений (усики и др.).
Фотосинтез. Процесс фотосинтеза представляет собой интересный биологический процесс в жизни зеленого растения. Суть этого процесса заключается в том, что зеленые растения впитывают из атмосферы углекислый газ (С02), а из почвы воду с растворенными в ней минеральными веществами и под влиянием солнечной энергии создают в хлоропластах органические вещества. Из простых вещевых в зеленых растениях синтезируются сложные органические, или пластические вещества.
Сложный процесс фотосинтеза осуществляется только зелеными растениями и преимущественно в их листьях. Точнее, процесс фотосинтеза осуществляется в хлорофилловых зернах листьев. Без хлорофилловых зерен этот сложный биологический процесс не происходит. Хлорофилл является сенсибилизатором, то есть веществом, увеличивающей чувствительность к лучистой солнечной энергии и одновременно участвует в процессе фотосинтеза.
О том, какое большое значение приобретают листья в процессе фотосинтеза, очень красноречиво сказано выдающимся русским физиологом К. А. Тимирязевым: «Все органические вещества, какими они не были б разнообразны, где бы они ни встречались, или в растении, в животном или человеке, прошли через лист, произошли из веществ, производимых листом. Вне листка или, вернее, вне хлорофиллового зерна в природе не существует лаборатории, где бы выделялось органическое вещество. Во всех других органах и организмах она превращается, перерабатывается, только здесь она образуется снова из вещества неорганического.
Процесс фотосинтеза иначе называется ассимиляцией (усвоением) углерода растениями из воздуха, или еще воздушным питанием растений в отличие от почвенного (корневого) питания растений. Растения, способные синтезировать сложные органические вещества из простых веществ, называются автотрофными растениями в отличие от гетеротрофных, которые питаются только за счет готовых органических веществ (грибы, большинство бактерий)
Схематически процесс фотосинтеза можно изобразить следующим уравнением:
6С02 + 6Н20 + 674/кал = С6Н1206 + 602.
световая энергия глюкоза
Из этого уравнения видно, что с 6 молекул углекислоты и 6 молекул воды при впитывании 674 кал синтезируется в процессе фотосинтеза одна молекула углевода (глюкозы) и выделяется 6 молекул кислорода.
Этот сложный биологический процесс может происходить в хлорофилловых зернах зеленых листьев при наличии света. Свет является источником той энергии, необходимой для расщепления углекислоты на углерод и кислород и для создания сложного органического вещества - углерода. По закону сохранения энергии световая энергия не исчезает, а переходит в скрытое состояние. Поэтому все сложные органические вещества, создаваемые растениями, содержат большие запасы потенциальной энергии, которую человек получает вместе с пищей.
Без света процесс фотосинтеза прекращается и усиливается процесс дыхания растений, при котором растение впитывает кислород и выделяя углекислоту. Кроме света, для нормального процесса фотосинтеза нужна и определенная температура. Только при наличии углекислоты, света, тепла и воды в хлорофилловых зернах зеленых листьев растений происходит процесс фотосинтеза.
С первичных продуктов фотосинтеза (углеводов) в листьях растения производятся впоследствии многие очень сложные органические соединения - белки, жиры, углеводы, эфирные масла, витамины, алкалоиды и др.
Один квадратный метр поверхности листьев образует за день 5 - 7 г органического вещества, а растения на одном гектаре образуют за день около 200 кг органических веществ. Ежегодно зеленые растения нашей планеты создают миллиарды тонн органических веществ.
Процесс фотосинтеза очень сложный и далеко не все детали его изучены.
Предположение о воздушном питания зеленых растений впервые высказал М. В. Ломоносов, но сам процесс фотосинтеза был открыт позже Пристли (1771). Процесс фотосинтеза изучали такие выдающиеся отечественные ученые, как К. А. Тимирязев, Н. С. Цвет, В. М. Любименко, А. С. Фаминцын, И. П. Бородин и др.
Особенно интересны работы в области фотосинтеза выполнил К. А. Тимирязев (1843-1920), который в течение полувека изучал подробности процесса фотосинтеза. Он впервые доказал тесную связь впитывания растениями углерода с одновременным впитыванием света как источника энергии, расходуемым на создание углерода и превращается при этом в скрытую - потенциальную энергию. К. А. Тимирязев впервые открыл, что хлорофилловые зерна листа имеют избирательную способность к световым лучам солнца. На многочисленных опытах он показал, что процесс фотосинтеза активно происходит в красных лучах солнечного спектра, то есть в тех лучах, которые впитываются хлоропластами клетки растения.
Также наши отечественные ученые-физиологи в своих работах раскрыли ряд новых, очень ценных явлений в процессе фотосинтеза. Ранее считали, что при разложении С02 в процессе фотосинтеза углерод усваивается хлорофиллом растений, а кислород углекислоты выделяется в воздух. В последнее время проф. А. П. Виноградов своими исследованиями доказал, что во время фотосинтеза из листьев выделяется кислород не углекислоты, а воды.
Работами акад. А. Л. Курсанова доказана новая функция корневой системы растений. Оказывается, углекислота может впитываться не только листьями, но и корнями из воздуха почвы. Впитанная куренями углекислота передается дальше в листья и другие органы растений.
Транспирация. Транспирацией называется испарения воды листьями. Процесс транспирации регулируется устьицами. Он имеет для растений большое значение. В растения из почвы поступают растворы минеральных веществ, которые, как и вода, нужны растению для построения органических веществ. Избыток воды испаряется, а минеральные вещества усваиваются растением. При наличии транспирации движение воды по живым растениям происходит непрерывно.
Транспирация играет значительную роль в охлаждении растения, имеет особенно большое значение для растений степей и пустынь, где температура воздуха бывает очень высока. При испарении воды температура растений снижается на 5-7 °С. Вода нужна растению для насыщения клеток, основная составляющая которых, как известно, состоит из воды. Вода обеспечивает растению тургорное состояние и, следовательно, нормальное осуществление всех жизненных процессов. Различные растения транспирирують неодинаковое количество воды. Так, например, одно хорошо развитое растение кукурузы испаряет за лето 150 кг воды, подсолнечника - 200 кг, гороха - 4 кг, один гектар посева овса испаряет за лето более 3 000 000 кг воды.
Процесс транспирации у растений - явление не физическое, а биологическое. Оно регулируется живыми цветами растения, которые зависит от многих факторов. На ускорение транспирации влияет повышение температуры воздуха, ветер, интенсивность света, увеличение влажности почвы и т. д. Ночью, когда дыхательный аппарат растения закрыт, испарение воды происходит менее интенсивно, чем днем.
Дыхание. Дыхание является неотъемлемым процессом живого организма. Для осуществления любого явления живого организма нужно затратить энергию. Источником такой энергии в живом организме и есть процесс дыхания; без дыхания жизни невозможно. Процесс дыхания происходит непрерывно в любой живой клетке растительного организма - в корнях, стеблях, листьях, цветках, семенах.
Дыхание - сложный биохимический процесс. Суть его заключается в том, что при дыхании сложные органические вещества, и прежде всего углеводы окисляются, в результате чего распадаются на простые вещества - углекислоту и воду. В это время потенциальная энергия, являющаяся в веществе, выделяется в виде кинетической энергии, необходимой для жизненных процессов растения.
Процесс дыхания можно выразить следующим химическим уравнением:
С6Н120б + 602 = 6С02 + 6Н20 + 674 кал.
Как видно из этого уравнения, при процессе дыхания растение впитывает кислород воздуха и выделяет углекислоту. Одновременно при этом процессе выделяется энергия в количестве 674 кал на каждую грамм молекулу глюкозы. Следовательно, при дыхании выделяется такое же количество энергии, которое было затрачено при фотосинтезе на построение одной молекулы. Таким образом, понятно, что процесс дыхания противоположен процессу фотосинтеза. Дыхание осуществляется в растениях в течение целых суток, но ночью этот процесс происходит интенсивнее. Процесс фотосинтеза происходит только в тех клетках растения, которые содержат хлорофилловые зерна, а дыхание - во всех живых клетках.
Создается впечатление, что один биологический процесс вполне уничтожает другой. На самом деле этого не бывает, потому что процесс фотосинтеза происходит в растениях значительно интенсивнее, чем процесс дыхания и поэтому творческий процесс фотосинтеза имеет в растениях преимущество над процессом дыхания, разрушает органические вещества.
Интенсивность процесса дыхания зависит от многих факторов. Повышенная температура до определенного предела усиливает дыхание, но при температуре более 40 °С и при температуре ниже нуля процесс дыхания прекращается. Нехватка кислорода задерживает дыхание. В молодых листьях дыхания происходит интенсивнее, чем в старых. Неодинакова интенсивность этого процесса и в различных растений.