Экология дыхания

Интенсивность дыхания – величина крайне непостоянная. Она связана с видовой спецификой организма, а также варьирует в пределах одного и того же растения в зависимости от особенностей отдельных его органов, тканей и т.д.

Наиболее интенсивно дышат молодые, активно растущие ткани и органы растения. Исключительно высокий уровень дыхания характерен для мицелия грибов и для бактерий.

Успешное развитие деревьев и других растений зависит от соотношения интенсивностей дыхания и фотосинтеза. На интенсивность дыхания влияют некоторые внутренние и внешние факторы, часто взаимодействующие между собой. К внутренним факторам относятся: возраст и физиологическое состояние тканей, количество окисляемых субстратов, содержание внутренней воды(гидратация).

Факторы внешней среды включают: температуру почвы и воздуха, состав почвенных газов, доступную почвенную влагу, свет, повреждения механические и химические.

Возраст и физиологическое состояние тканей

У молодых тканей Уд выше, чем у зрелой ткани, содержащей меньше физиологически активного материала. Например, маленькие ветки дышат в пересчете на единицу сухого веса сильнее, чем ветви, а молодые листья сильнее, чем старые.

Наличие субстратов. К дыханию приложим закон действия масс. Следовательно, увеличение количества окисляемого субстрата вызывает большую интенсивность дыхания.

Гидратация. До определенных пределов интенсивность дыхания коррелирует с содержанием воды. Это особенно заметно в сухих семенах, где Уд уменьшается по мере созревания семян (они становятся сухими), но увеличивается при увлажнении семян.

Влажность почвы. Неблагоприятное действие могут оказывать как дефицит, так и избыток почвенной влаги. Избыток влаги действует губительно на дыхание корней. Недостаток влаги сказывается раньше всего на побегах, а не на корнях. В зависимости от количества воды в тканях изменяется и дыхание листьев и веток; незначительное снижение влажности приводит сначала к усилению дыхания, так как обезвоживание способствует превращению крахмала в сахар, при дальнейшем же обезвоживании дыхание ослабляется.

Температура почвы и воздуха

Интенсивность дыхания сильно зависит от температуры. Дыхание – это цикл биохимических реакций, а V биохимических реакций зависит от температуры.

Дыхание может протекать как при положительных, так и при отрицательных температурах не прекращаясь, например, в живых клетках дерева, даже зимнего, однако Уд этих клеток очень низка. С переходом к положительным температурам дыхание заметно увеличивается и подчиняется далее правилу Вант-Гоффа, т.е. с повышением температуры на каждые 10˚ оно увеличивается примерно в 2 раза. Дыхание достигает наибольшей интенсивности при 35˚-40˚С.

При высоких температурах может наблюдаться вредное усиление дыхания, так как оптимальная для Ф температура обычно ниже оптимума для дыхания. Поэтому повышение температуры значительно уменьшает Ф, т.е. снижает способность растений накапливать углеводы. Низкая температура удлиняет срок хранения плодов и овощей, потому что она снижает Уд и других физиологических процессов.

Состав атмосферы

Значительных изменений концентрации О₂ в атмосфере не бывает, но [О₂] часто становится лимитирующим фактором в стволах деревьев, внутри почек, плодов, семян. К стволам деревьев кислород поступает через чечевички, трещины в коре; к листьям – через устьица. Эффективность хранения некоторых плодов и овощей может быть повышена созданием газовой среды с низким содержанием О₂ и высоким содержанием СО₂.

Растущие участки корней имеют высокую Уд, поэтому они в первую очередь страдают от недостатка аэрации. Известно, что в корнях затопленных растений накапливается спирт, молочная кислота и другие не полностью окисленные соединения. Обычно растущие на влажной почве виды (например водная ива) намного выносливее к недостатку О₂, чем виды, растущие на хорошо дренированной почве, так как у них существует ряд приспособлений – например, развитие аэренхимы и др. поэтому распространение многих видов ограничено их потребностью в кислороде, что препятствует их произрастанию в районах, где почва часто бывает насыщена водой.

Повышение концентрации СО₂ как конечного продукта дыхания снижает интенсивность дыхания. При повышении [СО₂] тормозятся реакции декарбоксилирования и активность ферментов из катализирующих. При этом наблюдается закисление тканей – ацидоз, что может приводить к вредным последствиям. У листьев ингибирующее действие высоких [СО₂] на дыхание может быть связано с закрыванием устьиц в этих условиях.

Повышенное содержание СО₂ в тканях семян, покрытых плотной оболочкой, - один из способов поддержания состояния покоя.

В листьях значительно увеличивается Уд, если до них дотронуться, потереть или согнуть.

Дыхание чувствительно к ряду химических реагентов, подавляющих различные этапы этого процесса. Например, превращение ФГК в ФЭПК ингибируется фторидом, а специфические этапы цикла Кребса блокируются фторацетатом и малонатом. Такие ингибиторы, как цианид, азид и окись углерода подавляют конечный этап транспорта электронов.

Некоторые гербициды сильно увеличивают дыхание. На интенсивность дыхания влияют так же различные инсектициды, фунгициды и другие химикаты, и загрязняющие воздух вещества вроде SО₂ и составные части смога.