2. Влияние внутренних факторов на процесс дыхания

Различные виды и экологические формы растений дышат с разной интенсивностью. Как уже упоминалось, светолюбивые растения характеризуются более высокой интенсивностью дыхания по сравнению с теневыносливыми. Растения северных широт дышат более интенсивно по сравнению с южными, особенно при пониженной температуре. Интенсивность дыхания зависит от возраста. Как правило, более молодые растущие органы и ткани дышат более интенсивно. Интенсивность дыхания проростков обычно резко возрастает в течение периода их наибольшего роста (первые 4—5 суток после начала прорастания), а затем начинает падать. По-видимому, это связано с образованием закончивших рост тканей. Определенным закономерным образом изменяется интенсивность дыхания листьев. После появления листа в первые дни его роста интенсивность дыхания возрастает, а затем резко падает, а в период пожелтения часто вновь немного повышается. Такое же явление наблюдается у плодов перед их созреванием (климактерический период). Перед отмиранием организма или органа обычно наступает кратковременное усиление процесса дыхания. Это связано, по-видимому, с какими-то необратимыми процессами дегенерации тканей, при которых сложные соединения распадаются на более простые, что увеличивает количество субстратов дыхания. В этот период дыхание не сопровождается фосфорилированием. Коэффициент Р/О резко падает. По-видимому, разрушается упорядоченное расположение окислительных и фосфорилирующих систем.

Изменение возраста всего растительного организма также сказывается на интенсивности дыхания. Наивысшей интенсивностью дыхания обладают растения перед началом цветения. Органы растения, закончившие рост или находящиеся в состоянии покоя, характеризуются низкой интенсивностью дыхания. Очень низкое дыхание характерно для сухих семян, закончивших рост плодов, тканей, в которых имеется большой процент мертвых клеток. Низкая интенсивность дыхания у покровных тканей. Высокой интенсивностью дыхания характеризуются цветки (особенно тычинки и пестики), клетки флоэмы, камбия. Как уже упоминалось, различные органы и ткани растения сильно различаются по условиям снабжения их кислородом. В листе кислород свободно поступает практически к каждой клетке. Сочные плоды, корнеплоды, клубни вентилируются очень плохо; они слабо проницаемы для газов, не только для кислорода, но и для углекислого газа. Естественно, в этих органах процесс дыхания сдвигается в анаэробную сторону, дыхательный коэффициент возрастает. Возрастание дыхательного коэффициента и сдвиг процесса дыхания в анаэробную сторону наблюдаются в меристематических тканях. Таким образом, разные органы характеризуются не только различной интенсивностью, но и неодинаковым качеством дыхательного процесса.

2. Структура и состояние воды в растении.

За очень немногими исключениями (кость и эмаль зуба), вода является преобладающим компонентом клетки. Она служит естественным растворителем для минеральных ионов и других веществ, а также дисперсионной средой, играющей важнейшую роль в коллоидной системе протоплазмы. Опыты с микроинъекцией показали, что вода легко смешивается с протоплазмой. Кроме того, она необходима для метаболизма клетки, так как физиологические процессы происходят исключительно в водной среде. Молекулы воды участвуют во многих ферментативных реакциях клетки и могут образовываться в результате процессов обмена веществ (Образование воды этим путем недостаточно для нужд клетки, и поэтому ее запасы должны пополняться внеклеточными жидкостями.). Наконец, вода служит источником ионов водорода при фотосинтезе.

Вода в клетке находится в двух формах: свободной и связанной. Свободная вода составляет 95% всей воды клетки и используется главным образом как растворитель и как дисперсионная среда коллоидной системы протоплазмы. Связанная вода, на долю которой приходится всего 4—5% всей воды клетки, непрочно соединена с белками водородными и другими связями. К ней относится так называемая иммобилизованная вода, входящая в состав фибриллярных структур макромолекул. Из-за асимметричного распределения зарядов молекула воды действует как диполь (Рис. 1) и поэтому может быть связана как с положительно, так и отрицательно заряженными группами белка. Так, каждая аминогруппа в белковой молекуле способна связать 2,6 молекулы воды.

Рис. 1. Молекула воды как диполь.

Помимо всех этих функций, то есть выполнения роли растворителя, дисперсионной среды и участника метаболических реакций, вода используется также для выведения различных веществ из клетки. Кроме того, благодаря своей высокой теплоемкости она поглощает тепло и тем самым предотвращает резкие колебания температуры в клетке.

Содержание воды в организме зависит от его возраста и метаболической активности. Оно наиболее высоко в эмбрионе (90—95%) и с возрастом постепенно уменьшается. Содержание воды в различных тканях варьирует в зависимости от их метаболической активности. Например, в сером веществе мозга оно достигает 85%, а в белом веществе—78%. К тканям с низким содержанием воды относится кость (20%) и эмаль зуба (10%).

Время, необходимое для полного обновления количества воды, равного весу тела, колеблется в зависимости от окружающей среды, к которой адаптирован организм. Например, для амебы оно составляет семь дней, для человека — 4 недели, для верблюда — 3 месяца, для черепахи — 1 год, для кактуса, растения пустыни, — 29 лет. У верблюда большое количество воды образуется путем окисления жира, содержащегося в горбу.