Растение дышит и днём, и ночью

Биология 6 · Урок 21

Ночью света нет и фотосинтез стоит, но растение живёт и растёт. Откуда оно берёт энергию? Разберёмся, что такое дыхание растений, как его доказать опытом и почему оно идёт круглые сутки.

Главный вопрос

Представь ночь на ботанической станции. Ламп нет, света нет, значит, фотосинтез стоит. Но растение не замирает: оно живёт, растёт, а корни продолжают всасывать воду и минеральные соли. Откуда берётся энергия на всё это?

Человек получает энергию из еды. Растение еды не ест, зато у него есть запас: органические вещества, созданные днём. Значит, ночью оно живёт за счёт запасов дня. Посмотрим, как именно.

Сначала вспомним нужное. При фотосинтезе на свету из углекислого газа и воды образуются органические вещества и выделяется кислород. В органических веществах запасается энергия света, как продукты в кладовой.

Ещё четыре знания. Устьица — щели в кожице листа, через них воздух входит в лист и выходит. Межклетники — воздушные промежутки между клетками. Чечевички — рыхлые участки в пробке стебля. Корневые волоски — мелкие выросты корня, которые всасывают воду с минеральными солями.

Что такое дыхание

Энергия нужна всем живым организмам. Она тратится на рост, деление клеток, поглощение минеральных солей, передвижение веществ и размножение. Растение получает её при дыхании.

Дыхание — процесс, при котором органические вещества с участием кислорода постепенно распадаются до углекислого газа и воды, а запасённая в них энергия освобождается.

Сравним с горением. Когда горят дрова, органические вещества тоже соединяются с кислородом и распадаются на углекислый газ и воду. Энергия света, когда-то запасённая растением, выходит теплом и светом.

Постепенность важна: малую порцию энергии растение сразу тратит на нужное дело, будь то рост, всасывание солей или движение веществ.

Запись словами

органические вещества + кислород → углекислый газ + вода + энергия

Это запись словами: она показывает, что во что превращается.

Кто дышит

Дышат все живые клетки всех органов: листьев, стеблей, корней, цветков, плодов, почек и прорастающих семян. Особых органов дыхания у растений нет.

Воздух попадает внутрь по-разному. В лист — через устьица. В одревесневший стебель — через чечевички в пробке: сама пробка воздух не пропускает. В корень — через поверхность молодых участков и корневые волоски, из воздуха между комочками почвы. Дальше кислород расходится по межклетникам к клеткам. Чечевички — это как маленькие окошки в плотной «одежде» стебля.

Сухие семена находятся в покое: они дышат очень слабо, почти незаметно. Мёртвые части, например сухой опавший лист, не дышат. Если дыхание прекращается, растение погибает.

Опыт «три бутылки и одна пустая»

Докажем, что растение поглощает кислород и выделяет углекислый газ. Берут четыре одинаковые прозрачные бутылки.

1. В первую кладут 30–40 набухших, прорастающих семян гороха или фасоли. Сухие брать бессмысленно: они в покое.
2. Во вторую — корнеплоды моркови, которые 2–3 дня подержали в воде, чтобы клетки стали активнее.
3. В третью — свежесрезанные стебли с листьями.
4. Четвёртую оставляют пустой. Это контроль: без неё нельзя доказать, что воздух изменили именно растения.
5. Бутылки плотно закрывают пробками и ставят в тёмное тёплое место до следующего дня.

Почему в темноту? На свету зелёные листья занимались бы ещё и фотосинтезом. Он возвращал бы кислород, и дыхание не было бы видно.

На следующий день в каждую бутылку опускают горящую свечу на проволоке.

Безопасность

Опыт с огнём показывает учитель. Известковую воду не пробуют и следят, чтобы она не попала в глаза.

В трёх бутылках с частями растения свеча гаснет: кислорода стало мало. В пустой бутылке она продолжает гореть.

Затем воздух из бутылок пропускают через известковую воду. От воздуха из бутылок с растениями она мутнеет: значит, там много углекислого газа. От воздуха из пустой бутылки остаётся прозрачной.

Как читать результат? Сравни три бутылки с пустой: всё, чем они отличаются от контроля, сделали растения. Если бы свеча погасла и в пустой бутылке, опыт ничего бы не доказал, ведь причиной могла быть сама бутылка или пробка.

Вывод: все органы растения при дыхании поглощают кислород и выделяют углекислый газ.

Опыт с термосом: дыхание даёт тепло

Проверим, правда ли, что часть энергии при дыхании уходит теплом. В один термос насыпают прорастающие семена, в другой — столько же сухих. В каждый вставляют термометр, горлышко закрывают ватой: так воздух поступает к семенам.

Числа в уроке условные. Вечером оба термометра показывают 19,5 °C. Утром в термосе с прорастающими семенами 23,0 °C, а в термосе с сухими — по-прежнему 19,5 °C.

Сухие семена в покое почти не дышат, поэтому не нагреваются. Вывод: часть энергии при дыхании выделяется в виде тепла. Как и при горении, тепло появляется, хотя огня нет.

Дыхание и фотосинтез: сутки растения

Растение дышит круглые сутки — и на свету, и в темноте. На свету в зелёных клетках идут сразу два процесса. Фотосинтез сильнее: в солнечный день растение выделяет кислорода в 10–20 раз больше, чем тратит на дыхание, а углекислого газа поглощает гораздо больше, чем выделяет. В темноте идёт только дыхание.

Кислородный счёт за сутки

Посчитаем на условных числах: они придуманы для разбора, а не измерены. Кислород считаем порциями. В светлый час лист выделяет при фотосинтезе 12 порций и 1 порцию тратит на дыхание. В тёмный час выделяет 0 порций и тратит 1. В сутках 14 светлых часов и 10 тёмных.

Выделено: 14 × 12 = 168 порций (в тёмные часы выделять нечего). Потрачено на дыхание: 14 + 10 = 24 порции, ведь дыхание идёт каждый час. Осталось: 168 − 24 = 144 порции. Отношение 12 к 1 как раз попадает в «10–20 раз». Днём дыхание не прекратилось, его просто не видно за фотосинтезом. А ночью растение живёт запасами: тратит органические вещества, образованные днём.

Что показывает самописец

Самописец — прибор, который рисует линию изменения величины со временем. В закрытой теплице ночью линия углекислого газа поднимается: газа в воздухе становится больше, ведь идёт только дыхание. Днём линия опускается: фотосинтез забирает углекислого газа больше, чем даёт дыхание.

В камере с прорастающими семенами линия растёт всё время: свет им безразличен, хлоропластов у них нет. С сухими семенами линия почти ровная.

Цветы в спальне

Комнатные растения ночью действительно поглощают кислород, но совсем немного — гораздо меньше, чем человек или кошка в той же комнате. Поэтому вреда от них нет.

Корням тоже нужен воздух

Два одинаковых проростка стоят корнями в банках с водой. В первой банке вода открыта, и в неё каждый день продувают воздух. Во второй на воду налили слой растительного масла: воздух через масло в воду не проходит. Через несколько дней второй проросток вянет и погибает — корням нечем дышать.

Первая банка здесь контрольная: в ней корни получают воздух, и растение остаётся свежим. Всё остальное в банках одинаково, различается только воздух для корней. Поэтому опыт честный.

В природе то же происходит на тяжёлых глинистых и заболоченных почвах. Вода вытесняет воздух из промежутков между комочками, корни не получают воздуха, и растения растут плохо.

Поэтому почву рыхлят. Рыхление впускает воздух к корням, а ещё бережёт влагу: оно разрушает корку, через которую вода быстро испаряется. Рыхление называют «сухой поливкой». Есть поговорка: «Лучше один раз хорошо взрыхлить, чем два раза плохо полить».

Вспомни тему о видоизменениях корней: у болотного кипариса есть дыхательные корни, которые поднимаются над водой.

Почему урожай хранят сухим и в прохладе

Семена и корнеплоды на складе живые, и они дышат. Сухое зерно в покое дышит еле заметно и может лежать годами. Влажное зерно дышит сильно: выделяет тепло, воду и углекислый газ и тратит запасённые органические вещества.

Насыпь греется изнутри — это самосогревание зерна. Зерно плесневеет и теряет всхожесть. Дыхание — это расход: чем сильнее дышит урожай, тем меньше органических веществ остаётся в запасе. Поэтому его перед хранением сушат (зерно пшеницы считают сухим при влажности не выше примерно 14 %), хранят в прохладе и проветривают.

Корнеплоды хранят в прохладе, чуть выше нуля. В тепле они дышат сильнее и быстрее теряют запасы, а на морозе клетки гибнут.

Безопасность

В погребе и овощной яме от дыхания овощей накапливается углекислый газ. Он тяжелее воздуха и собирается внизу. Перед спуском погреб проветривают, и делают это взрослые.

Типичные ошибки

• «Растения дышат только ночью». Правильно: круглые сутки; днём дыхание скрыто более сильным фотосинтезом.
• «Растения дышат углекислым газом». Правильно: при дыхании они поглощают кислород; углекислый газ нужен для фотосинтеза.
• «Дышат только листья». Правильно: дышат все живые клетки.
• «Дыхание и фотосинтез — одно и то же». Правильно: они противоположны по газам, веществам и энергии.
• «Корням в земле воздух не нужен». Правильно: нужен, это показал опыт с маслом.
• «Сухие семена мёртвые, раз не дышат». Правильно: они живые, в покое, и дышат очень слабо.

Примеры и самопроверка

Разобранный пример 1. Те же условные правила, но день другой: 10 светлых часов и 14 тёмных. Выделено при фотосинтезе: 10 × 12 = 120 порций. Потрачено на дыхание: 10 + 14 = 24 порции. Осталось: 120 − 24 = 96 порций.

Разобранный пример 2. После сильного дождя на грядке с глинистой почвой всходы желтеют. Почему? Вода залила промежутки между комочками и вытеснила воздух. Корням нечем дышать, дыхание слабеет, энергии на рост и поглощение минеральных солей не хватает. Что делать? Дать лишней воде уйти, а когда почва подсохнет, осторожно взрыхлить её между рядами: воздух вернётся к корням.

Что такое дыхание растений?

Процесс, при котором органические вещества с участием кислорода постепенно распадаются до углекислого газа и воды, а запасённая в них энергия освобождается.

Чем дыхание похоже на горение и чем отличается?

Вещества на входе и на выходе те же. Горение идёт бурно, и вся энергия уходит в жар и свет; дыхание идёт постепенно, малыми порциями, и растение тратит энергию на жизнь.

Как воздух попадает в лист, в одревесневший стебель и в корень?

В лист — через устьица, в стебель — через чечевички в пробке, в корень — через молодые участки и корневые волоски из воздуха между комочками почвы.

Зачем в опыте нужна пустая бутылка и тёмное место?

Пустая бутылка — контроль: она доказывает, что воздух изменили растения. В темноте нет фотосинтеза, который возвращал бы кислород.

Что показал опыт с термосом?

Прорастающие семена нагрелись с 19,5 до 23,0 °C, сухие остались при 19,5 °C: часть энергии дыхания уходит теплом.

Дышит ли растение днём? Почему этого не видно?

Дышит. Но на свету фотосинтез выделяет кислорода в 10–20 раз больше, чем тратит дыхание, и дыхание скрыто.

Почему погибает растение, у которого вода в банке покрыта маслом?

Воздух не проходит через масло, и корням нечем дышать.

Почему зерно сушат и хранят в прохладе?

Влажное зерно дышит сильно, греется, плесневеет и теряет всхожесть; сухое в покое дышит еле заметно.

Главное в трёх фразах

Растение дышит круглые сутки. При дыхании оно поглощает кислород, выделяет углекислый газ и освобождает энергию из органических веществ. Днём дыхание скрыто фотосинтезом, а ночью идёт только оно.

Наблюдение вне сайта

Дома вместе со взрослыми замочи горсть гороха. Через 2–3 дня сравни набухшие семена с сухими: на ощупь, по виду, по запаху. Сайт настоящего наблюдения не заменяет, а опыт со свечой дома не проводят.

Заметки учителю

Цели и ожидаемые результаты

Ученик определяет дыхание растений и сравнивает его с горением; называет дышащие органы и пути воздуха; объясняет опыты с бутылками, термосом и маслом; различает дыхание и фотосинтез и объясняет, почему растение дышит и днём; связывает дыхание с хранением урожая и рыхлением почвы.

Ход занятия, 40–45 минут, или два занятия

Урок устроен как ночной обход ботанической станции: восемь комнат подряд — крыльцо, котельная, лаборатория, теплица, приборная, амбар и погреб, грядка после дождя, рассвет. Всего 11 заданий. Опыт со свечой и известковой водой показывает только учитель.

Занятие 1: крыльцо; котельная («Два огня»); лаборатория (опыт с бутылками, термос); теплица («Кто дышит», «Путь кислорода»).

Занятие 2: приборная (ленты самописца, кислородный счёт); амбар («Найди очаг»); грядка (банки с маслом, корень в залитой почве); рассвет (сравнение двух процессов, пять записок с ошибочными мнениями).

Вопросы для обсуждения

Чем дыхание похоже на горение? Почему опыт ставят в темноте? Почему растение, выделяющее днём много кислорода, всё равно дышит? Что будет с влажным зерном на складе?

Трудные места

Дыхание — не просто газообмен «наоборот» фотосинтезу: главное в нём — освобождение энергии из органических веществ. Днём дыхание не прекращается, оно лишь скрыто фотосинтезом. Условные числа — не измерения.

Признаки понимания

Ученик пересказывает запись словами, объясняет, зачем нужны пустая бутылка и темнота, и говорит, почему корню нужен воздух.

Упростить и усложнить

Проще: ограничьтесь опытом с бутылками и записью словами. Сложнее: предложите придумать опыт, показывающий, что семена дышат, и назвать, какое одно условие в нём меняется.

Объяснения написаны для урока. Иллюстрации — самостоятельные учебные, а не фотографии опытов; размеры и пропорции условны.