§ 23. ОСОБЛИВОСТІ ОБМІНУ РЕЧОВИН В АВТОТРОФНИХ ОРГАНІЗМІВ

Основні поняття й ключові терміни: АВТОТРОФНЕ ЖИВЛЕННЯ.

Пригадайте! Що таке обмін речовин й енергії?

Знайомтеся!

Рід Пеларгонія (від грец. пеларгос — лелека) має велику кількість видів й сортів із чудовими різнобарвними суцвіттями — білими, червоними, рожевими, фіолетовими, двоцвітними квітками, з візерунками на пелюстках. За гарного догляду ці невибагливі рослини цвітуть до пізньої осені. Які ж умови необхідні для пеларгонії зональної садової (Pelargonium zonale hortorum)?

ЗМІСТ

Які особливості живлення зелених рослин як автотрофних організмів?

АВТОТРОФНЕ ЖИВЛЕННЯ (від грец. аутос — сам і трофос — їжа) — це надходження в організм неорганічних речовин, необхідних для синтезу власних органічних сполук. Залежно від джерел енергії, що використовується при цьому, розрізняють фотоавтотрофне живлення (властиве ціанобактеріям і зеленим рослинам, у клітинах яких є зелені пігменти, що вбирають зовнішню світлову енергію) (іл. 63) та хемоавтотрофне живлення (у деяких груп бактерій, які використовують внутрішню хімічну енергію неорганічних сполук).

Іл. 63. Схема фотоавтотрофного живлення в рослин

Якими ж є особливості обміну речовин й енергії у зелених рослин як найдосконалішої групи автотрофів?

По-перше, у зелених рослин надходження неорганічних речовин забезпечують регульовані процеси повітряного і мінерального живлення. Повітряне живлення — це процес поглинання та засвоєння з повітря вуглекислого газу, який є вихідним продуктом для фотосинтезу. Надходження СО2 відбувається крізь продихи листка, тому саме цей вегетативний орган є органом повітряного живлення. Мінеральне живлення — це процес поглинання та засвоєння з ґрунту води та хімічних елементів, необхідних для життєдіяльності. Органом мінерального живлення в рослин є корінь.

По-друге, звичайним явищем для зелених рослин є поєднання автотрофного живлення з гетеротрофним й використання готових органічних речовин із зовнішнього середовища або із резервів у клітинах. В усіх рослин є період, коли організм використовує для життя раніше синтезовані та відкладені про запас органічні речовини. У темновий період живлення рослин також є гетеротрофним. За особливостями живлення серед рослин виокремлюють такі групи: рослини-сапрофіти (ялинник звичайний, гніздівка звичайна), рослини-напівпаразити (омела-біла, дзвінець, перестріч, очанка), рослини-паразити (вовчок, петрів хрест, повитиця), рослини-хижаки (венерина мухоловка, росичка круглолиста, жирянка, пухирник, непентес).

По-третє, зелені рослини із середовища отримують енергію Сонця. Утворення глюкози залежить передусім від якості й кількості світлової енергії, що поглинається хлорофілом і каротиноїдами листків. Найбільше значення для рослин мають сині, фіолетові й червоні промені видимого спектра. На початкових стадіях вегетації для росту й розвитку рослин важливими є сині промені, а в дорослому віці більш необхідними стають червоні промені.

Отже, особливостями живлення зелених рослин є повітряне й мінеральне живлення, використання готових органічних речовин і світлової енергії.

Які особливості внутрішньоклітинного метаболізму автотрофних організмів?

Визначальними процесами автотрофного метаболізму є анаболічні реакції. Це різні види фотосинтезу архей, фотобактерій та еукаріотичних рослин й хемосинтез залізо-, сірко- та нітрифікуючих бактерій. У деяких солелюбних (галофільних) архей спостерігається безхлорофільний фотосинтез, що здійснюється за участі бактеріородопсину. Принциповою відмінністю між кисневим фотосинтезом зелених рослин й ціанобактерій та бактеріальним фотосинтезом зелених і пурпурних сіркобактерій є те, що останній відбувається за участі бактеріохлорофілів у анаеробних умовах, кисень не виділяється, джерелом Гідрогену є сірководень. Кисневий фотосинтез відбувається з виділенням кисню за участі хлорофілів й каротиноїдів у зелених рослин та хлорофілів і фікобілінів — у ціанобактерій. Джерелом Гідрогену та молекулярного кисню для цього фотосинтезу слугує вода.

Ще однією особливістю автотрофів є їхня здатність перетворювати продукти фотосинтезу на амінокислоти, жирні кислоти, нуклеотиди, з яких далі утворюються складні біомолекули. Такий автотрофний анаболізм, що пов'язаний з фото- й хемосинтезом, називається первинним синтезом органічних речовин. І ось тут виявляється ще одна особливість, пов'язана з використанням мінерального Нітрогену у вигляді амоніаку й нітратів, а точніше їхніх йонів (NH+4, NO-3). Зелені рослини можуть завдяки цьому синтезувати усі необхідні їм амінокислоти в процесах амінування й переамінування.

Біосинтез білка в автотрофів відбувається так само, як і у тварин: на рибосомах за участі іРНК й тРНК. Однак у рослин існує додатковий шлях синтезу білка за допомогою ферментів-транспептидаз (транспептидази). Він полягає в тому, що ферменти переносять пептиди від однієї білкової молекули до іншої. При цьому відбувається рекомбінація ділянок різних білкових молекул із заданою амінокислотною послідовністю. В результаті нові білки утворюються без великих витрат енергії та речовин.

Для катаболізму автотрофів також характерні особливості, пов'язані з хемо- й фотосинтезом. Автотрофні організми в реакціях катаболізму розщеплюють синтезовані ними ж органічні речовини (найчастіше глюкозу або крохмаль). Окрім того, АТФ синтезується не лише в процесі дихання після окиснення глюкози, а й під час світлової фази фотосинтезу завдяки фотофосфорилюванню.

Отже, метаболізм автотрофних організмів має особливості, що визначаються їхньою здатністю до первинного синтезу органічних сполук з неорганічних речовин.

Які особливості виділення речовин у автотрофів?

Екскреція — сукупність процесів, спрямованих на виведення невикористаних продуктів обміну речовин й енергії, а також чужорідних і шкідливих для клітини сполук. Особливостями екскреції у автотрофів є те, що вони — первинні продуценти і синтезують в необхідній кількості усі потрібні органічні речовини. Наприклад, у рослин синтезується лише стільки білків, скільки необхідно на даний час.

Вони ніколи не утворюють білків у надлишку і тому виділяють дуже мало нітрогеновмісних відходів — продуктів розщеплення білків. Окрім того, кінцеві продукти обміну речовин у автотрофних організмів (О2, СО2, вода) слугують вихідними сполуками для інших реакцій. Наприклад, у рослин СО2 використовується в темновій фазі фотосинтезу, а вода — в світловій. Спеціалізованих органів екскреції у автотрофів немає, однак продукти виділення в них можуть накопичуватися та видалятися в середовище з тканинами й органами, що відмирають. Так, у зелених рослин відходи метаболізму відкладаються у відмерлих тканинах, у листках чи корі, що періодично видаляються. Виділення води у вигляді пари відбувається під час транспірації через продихи, сочевички, видалення надлишку води (гутація — від лат. gutta — крапля) — через водяні продихи (гідатоди) тощо. Вода випаровується через усі частини рослини та найінтенсивніше це здійснюють листки (іл. 64).

Іл. 64. Гутація на листках приворотня блискучого

Своєрідним способом виділення є внутрішньоклітинне виділення та ізоляція переведених у важкорозчинну форму продуктів обміну. Наприклад, органічні кислоти, що можуть спричинити шкоду клітині, зв'язуються з катіонами і відкладаються у вигляді кристалів у цитоплазмі (наприклад, включення з кальцій оксалату в щавлю).

Отже, виділення речовин у процесі життєдіяльності є важливим компонентом обміну речовин і гомеостазу рослинного організму.

ОБМІН РЕЧОВИН У АВТОТРОФНИХ ОРГАНІЗМІВ — це обмін, що характеризується надходженням неорганічних речовин, які є джерелом Карбону, Гідрогену й Нітрогену, переважанням у клітинах анаболічних реакцій, первинним синтезом власних органічних сполук і використанням кінцевих продуктів обміну для реакцій.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Самостійна робота з таблицею

За допомогою таблиці в робочому зошиті порівняйте процеси фотосинтезу в прокаріотів та еукаріотів. Сформулюйте висновок про подібність й відмінності фотосинтезу в різних фотоавтотрофних організмів.

Біологія + Фізика. Штучне освітлення рослин

Для вирощування рослин під штучним освітленням здебільшого використовують електричні джерела світла, якими можуть бути лампи розжарювання, люмінесцентні, газорозрядні, індукційні лампи. Нині в професійному рослинництві здебільшого застосовують люмінесцентні лампи й світлодіоди. Поясніть перевагу люмінесцентних ламп і світлодіодів для вирощування рослин за умов штучного освітлення.

Вплив довжини хвилі світла на розвиток рослин

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Екологія. Гумус

У живленні рослин велике значення мають гумусні органічні речовини ґрунтів. У землеробстві з давніх-давен відомо: чим більше гумусу в ґрунті, тим він родючіший. Тому не випадково створене з допомогою дощових каліфорнійських черв'яків органічне добриво «Біогумус» нині широко застосовується у вирощуванні рослин. Що таке гумус? Яке екологічне значення гумусу ґрунтів для життєдіяльності рослин?

РЕЗУЛЬТАТ

скачать dle 11.0фильмы бесплатно