Строение водорослей, подготовка к ЕГЭ по биологии

Дыхание водных растений | акваловер

Какие условия необходимы для дыхания растений?

Дыхание состоит из ряда реакций, которые происходят главным образом в митохондриях растительных клеток . В дополнение к типу растений, несколько факторов окружающей среды влияют на скорость дыхания растительной клетки.

Возраст ткани / Стадия жизни.

У более молодой ткани частота дыхания выше, чем у более старой. Таким образом, верхушка корня и молодые листья имеют более высокую частоту дыхания, чем более старые корневые сегменты и листья.

Когда семя впервые впитывает воду, частота дыхания клеток быстро возрастает, но выравнивается примерно через 20 минут.

Созревшие плоды вызывают всплеск дыхательной активности, который достигает кульминации, когда плоды достигают максимальной зрелости.

Температура.

Частота дыхания в растительной клетке уменьшается при понижении температуры до тех пор, пока дыхание почти или полностью не остановится при низких температурах. Дыхание увеличивается с ростом температуры, пока не будут достигнуты очень высокие температуры, что приведет к ухудшению состояния тканей.

Температура сильно влияет на дыхание для поддержания (гораздо больше, чем клетки, предназначенные для роста растений). У растений в умеренном климате частота дыхания зимой значительно ниже, чем в теплое лето.

Частоту дыхания фруктов можно контролировать, храня фрукты в прохладных, сухих местах. Более низкие температуры хранения могут замедлить дыхание и созревание фруктов.

Кислород.

Дыхание замедляется с уменьшением доступного кислорода. В условиях, когда кислорода нет, как, например, в плохо дренируемой почве, происходит анаэробное дыхание (брожение). Анаэробное дыхание приводит к образованию углекислого газа, некоторого количества энергии и этанола. Этот тип дыхания также используется для создания спиртов.

Частота дыхания для большинства растений достигает пика при нормальном уровне кислорода в атмосфере.

Если, например, корни дерева затоплены в течение длительных периодов времени, они не могут поглощать кислород и преобразовывать глюкозу для поддержания клеточных метаболических процессов. В результате заболачивание и чрезмерное орошение могут лишить корни кислорода, убить корневую ткань, повредить деревья и снизить урожайность.

Углекислый газ.

Двуокись углерода, один из отходов дыхания, также влияетелен. Чем выше концентрация углекислого газа, тем ниже частота дыхания.

Повреждения.

Дыхание усиливается как непосредственно зараженными, так и окружающими клетками, когда ткань растения повреждена или заражена. Часто, когда в яблоке есть червячная дыра, маленький коричневый синяк окружает его — это указывает на усиление дыхания в области вокруг поврежденных клеток.

Недостаток воды.

Сухая ткань имеет более низкую частоту дыхания, чем гидратированная. Хотя засуха оказывает гораздо большее влияние на процесс фотосинтеза в растительных клетках, недостаток доступной воды также отрицательно влияет на дыхание.

Доступные сахара.

Листья верхнего купола часто видят более высокие частоты дыхания.

Увеличение доступных сахаров в результате фотосинтеза обычно приводит к увеличению частоты дыхания. Частота дыхания в листьях верхнего купола будет выше, чем в листьях нижнего купола, потому что верхушки производят больше сахара.

Распространение в природе и экологические группы водорослей

Из­вест­но ок. 50 тыс. ви­дов В. Они на­се­ля­ют все воз­мож­ные ме­сто­оби­та­ния и об­ра­зу­ют мно­же­ст­во эко­ло­гич. груп­пи­ро­вок. В мор­ских и кон­ти­нен­таль­ных во­до­ёмах всех ти­пов В. оби­та­ют в тол­ще во­ды, фор­ми­руя фи­то­планк­тон, в зо­не по­верх­но­ст­ной плён­ки (ней­стон), на дне во­до­ёмов (фи­то­бен­тос); они по­се­ля­ют­ся на раз­ных грун­тах, а так­же на ис­кусств. со­ору­же­ни­ях, дни­щах су­дов (пе­ри­фи­тон). На рас­пре­де­ле­ние В. в во­до­ёмах влия­ют их гид­ро­ди­на­мич. осо­бен­но­сти, ос­ве­щён­ность, темп-ра, на­ли­чие био­ген­ных ве­ществ. В фи­то­планк­то­не пре­об­ла­да­ют од­но­кле­точ­ные В.: в пре­сных во­до­ёмах – зе­лё­ные, в мо­рях – диа­то­мо­вые и ди­но­фи­то­вые. Фи­то­бен­тос со­став­ля­ют при­кре­п­лён­ные В., ко­то­рые рас­тут на твёр­дых и рых­лых грун­тах, на рас­те­ни­ях и жи­вот­ных или внут­ри них. В пре­сных во­до­ёмах пре­об­ла­да­ют мел­кие фор­мы, про­ни­каю­щие на глу­би­ну не­сколь­ких мет­ров. Фи­то­бен­тос мо­рей сла­га­ют пре­им. мак­ро­фи­ты – зе­лё­ные, бу­рые и крас­ные В., ко­то­рые на­се­ля­ют при­лив­но-от­лив­ную зо­ну и верх­ние от­де­лы шель­фа до глу­би­ны 40–50 м, как ис­клю­че­ние – до 200 м. В уме­рен­ных и хо­лод­ных во­дах мо­рей до­ми­ни­ру­ют круп­ные фу­ку­со­вые и ла­ми­на­рие­вые В.; в их за­рос­лях фор­ми­ру­ют­ся бога­тые ви­да­ми мно­го­ярус­ные вы­со­ко­про­дук­тив­ные со­об­ще­ст­ва, био­мас­са ко­то­рых мо­жет дос­ти­гать 40–100 кг на 1 м² дна. В ре­зуль­та­те эв­тро­фи­ро­ва­ния при­бреж­ной зо­ны мо­рей и не­ра­цио­наль­но­го про­мыс­ла про­ис­хо­дит ис­чез­но­ве­ние круп­ных мно­го­лет­них ви­дов и свя­зан­ных с ни­ми гид­ро­био­нтов, обед­не­ние и уп­ро­ще­ние струк­ту­ры вод­ных био­це­но­зов.

Ок. 2 тыс. ви­дов В. (гл. обр. зе­лё­ные) рас­тут на по­верх­но­сти поч­вы и в её тол­ще. Аэ­ро­филь­ные В. оби­та­ют в воз­душ­ной сре­де в ус­ло­ви­ях не­зна­чи­тель­но­го пе­рио­дич. ув­лаж­не­ния на са­мых раз­ных суб­стра­тах – ко­ре и ли­сть­ях рас­те­ний, ска­лах, де­ре­вян­ных и ка­мен­ных со­оруже­ни­ях и т. п. Раз­ви­ва­ют­ся они и в экс­тре­маль­ных ус­ло­ви­ях – в го­ря­чих ис­точ­ни­ках (диа­то­мо­вые), на сне­гу (напр., хла­ми­до­мо­нас снеж­ный, при­даю­щий крас­ную ок­ра­ску сне­гу), во льду (диа­то­мо­вые). Есть т. н. свер­ля­щие В., спо­соб­ные вне­дрять­ся в из­вест­ко­вый суб­страт (мик­ро­ско­пич. зе­лё­ные), и В., вы­де­ляю­щие из­весть (ли­то­там­ний). В., жи­ву­щие на др. ор­га­низ­мах, ис­поль­зу­ют их в ка­че­ст­ве суб­стра­та, па­ра­зи­ти­ру­ют на них или всту­па­ют с ни­ми в сим­би­оз. Наи­бо­лее ин­те­ре­сен сим­би­оз не­ко­то­рых В. с гри­ба­ми, при­вед­ший к об­ра­зо­ва­нию но­вых ор­га­низ­мов – ли­шай­ни­ков, и с ко­рал­ло­вы­ми по­ли­па­ми, обес­пе­чи­ваю­щий бла­го­да­ря спо­соб­но­сти В. к фо­то­син­те­зу су­ще­ст­во­ва­ние са­мо­под­дер­жи­ваю­щей­ся био­ло­гич. сис­те­мы ко­рал­ло­вых ри­фов.

Роль водорослей в природе и их использование

Роль В. в при­ро­де оп­ре­де­ля­ет­ся в пер­вую оче­редь тем, что они яв­ля­ют­ся про­ду­цен­та­ми ки­сло­ро­да и ор­га­нич. со­еди­не­ний, на­чаль­ным зве­ном пи­ще­вых це­пей в во­до­ёмах и, тем са­мым, оп­ре­де­ля­ют са­мо су­ще­ст­во­ва­ние вод­ных эко­си­стем. Их сум­мар­ная пер­вич­ная про­дук­ция со­став­ля­ет в сред­нем ок. 50% об­щей пер­вич­ной про­дук­ции на пла­не­те. В. уча­ст­ву­ют в про­цес­сах са­мо­очи­ще­ния за­гряз­нён­ных вод, спо­соб­ны аб­сор­би­ро­вать в вы­со­ких кон­цен­тра­ци­ях тя­жё­лые ме­тал­лы из ок­ру­жаю­щей сре­ды; от­ми­рая, они иг­ра­ют боль­шую роль в осад­ко­на­ко­п­ле­нии, в об­ра­зо­ва­нии илов, са­про­пе­ля, ле­чеб­ных гря­зей. За­рос­ли дон­ных В. соз­да­ют сре­ду оби­та­ния для жи­вот­ных. Гео­ло­гич. зна­че­ние В. как древ­них ор­га­низ­мов (из­вест­ных с до­кем­брия) со­сто­ит в фор­ми­ро­ва­нии не­ко­то­рых гор­ных по­род – диа­то­ми­тов, из­вест­ня­ков, ту­фов, го­рю­чих слан­цев – и в уча­стии в кру­го­во­ро­те ве­ществ в при­ро­де. Чрез­мер­ное раз­ви­тие В., про­во­цируе­мое хо­зяйств. дея­тель­но­стью че­ло­ве­ка, вы­зы­ва­ет «цве­те­ние» во­до­ёмов, час­то дей­ст­вую­щее гу­би­тель­но на жи­вот­ных и че­ло­ве­ка (см. Эв­тро­фи­ка­ция во­до­ёмов). Поч­вен­ные В. уча­ст­ву­ют в соз­да­нии гу­му­са, в т. ч. пер­вич­но­го (на бес­плод­ных уча­ст­ках су­ши). В. со­дер­жат ус­вояе­мые уг­ле­во­ды, бел­ки, бо­га­ты ви­та­ми­на­ми и мик­ро­эле­мен­та­ми, об­ла­да­ют дие­ти­че­ски­ми и ле­чеб­ны­ми свой­ст­ва­ми. По­это­му их ши­ро­ко ис­поль­зу­ют в пи­щу (пор­фи­ра, ла­ми­на­рия, уль­ва, спи­ру­ли­на и др., все­го ок. 150 ви­дов), в ка­че­ст­ве кор­ма для ско­та (фу­кус, ла­ми­на­рия, хло­рел­ла), на удоб­ре­ние (в при­мор­ских ре­гио­нах). Кол­лои­ды крас­ных и бу­рых В. (ага­ры, кар­ра­ги­на­ны, аль­ги­на­ты) при­ме­ня­ют­ся как эмуль­га­то­ры и же­ли­рую­щие аген­ты в пи­ще­вой, фар­ма­цев­тич., бу­маж­ной, тек­стиль­ной и др. от­рас­лях пром-сти, в мик­ро­био­ло­гии. Ряд В. со­дер­жат ан­ти­био­тич. ве­ще­ст­ва, со­еди­не­ния, спо­соб­ные вы­во­дить из ор­га­низ­ма со­ли тя­жё­лых ме­тал­лов, ра­дио­нук­ли­ды, что пред­став­ля­ет оп­ре­де­лён­ный ин­те­рес для ме­ди­ци­ны. Не­ко­то­рые В. – пре­крас­ный объ­ект для ге­не­ти­че­ских (аце­та­бу­ля­рия), био­фи­зи­че­ских и фи­зио­ло­ги­че­ских (ха­ро­вые В.) ис­сле­до­ва­ний. Мн. В. до­бы­ва­ют пу­тём пром. куль­ти­ви­ро­ва­ния (см. Ак­ва­куль­ту­ра). Нау­ка о во­до­рос­лях – аль­го­ло­гия, или фи­ко­ло­гия. См. так­же Бу­рые во­до­рос­ли, Зе­лё­ные во­до­рос­ли, Крас­ные во­до­рос­ли и др.

Световая фаза фотосинтеза

Чтобы лучше понять, что происходит во время фотосинтеза, разберём фазы фотосинтеза. Световая фаза фотосинтеза включает в себя фотохимические и фотофизические процессы, и может быть поделена на три этапа:

1. Фаза поглощения — энергия света улавливается при помощи светособирающих комплексов, переходит в энергию электронного возбуждения пигментов, передаётся в реакционный центр фотосистем I и II. 
2. Фаза реакционных центров — энергия электронного возбуждения пигментов светособирающих комплексов используется для активации реакционных центров фотосистем. В реакционном центре электрон от возбуждённого хлорофилла передаётся другим компонентам электрон-транспортной цепи, пигмент после отдачи электрона переходит в окисленное состояние и становится способным, в свою очередь, отнимать электроны у других веществ. Именно в этом процессе происходит преобразование физической формы энергии в химическую.
3. Фаза электрон-транспортной цепи — электроны переносятся по цепи переносчиков, образуются АТФ, НАДФН, O2. Необходимо, чтобы каждый переносчик электрон-транспортной цепи поочерёдно восстанавливался и окислялся, обеспечивая таким образом перенос энергии электронов. Любой этап переноса электрона сопровождается высвобождением или поглощением энергии. Часть энергии теряется. На некоторых участках электрон-транспортной цепи перенос электрона сопряжён с переносом протона.

Для того чтобы понять, что происходит во время фазы фотосинтеза, рассмотрим эти процессы подробнее. Кванты света улавливаются светособирающими комплексами фотосистемы I — молекула хлорофилла в составе светособирающего комплекса переходит в возбуждённое состояние, и энергия передаётся в реакционный центр фотосистемы I.

Происходит возбуждение молекул хлорофилла фотосистемы I,   отщепляется электрон. Пройдя по цепочке внутренних компонентов фотосистемы I и внешних переносчиков, электрон в конце концов попадает к НАДФ — образуется восстановитель НАДФН. Получается, что хлорофилл фотосистемы I отдал электрон и приобрёл положительный заряд, и для дальнейшего функционирования необходимо восстановить нейтральность молекулы, получить электрон, чтобы закрыть «дырку». Этот электрон приходит от фотосистемы II.

На светособирающие комплексы фотосистемы II попадают кванты света — происходит возбуждение молекулы хлорофилла фотосистемы II, молекула хлорофилла отдаёт электрон и переходит в окисленное состояние. Нехватку электрона хлорофилл восполняет благодаря фотолизу воды, при этом образуется протоны H , а также важный побочный продукт фотосинтеза — кислород.

По цепи переносчиков электрон от хлорофилла фотосистемы II попадает к хлорофиллу реакционного центра фотосистемы I и восстанавливает его. Теперь этот хлорофилл может снова поглощать энергию кванта света и отдавать электрон в электрон-транспортную цепь.

https://www.youtube.com/watch?v=hI5ZELS5qsw

Протоны, попадающие во внутритилакоидное пространство, используются для синтеза АТФ. С помощью фермента АТФ-синтазы за счёт градиента протонов образуется АТФ из АДФ и фосфата. Под градиентом понимают неравномерное распределение: во внутритилакоидном пространстве H больше, в строме — меньше.

Урок 13. характеристика царства растения. водоросли и лишайники —
биология —
5 класс —
российская электронная школа