ПРИРОДОЗНАВСТВО 6 КЛАС
Живлення рослин. Живлення — це процес поглинання і засвоєння живими організмами поживних речовин.
Живлення у рослин розпочинається з поглинання із зовнішнього середовища вуглекислого газу, води і розчинених у ній мінеральних речовин. З них рослини утворюють органічні речовини, які використовують у процесі життєдіяльності.
Мал. 37. Утворення крохмалю в освітленій частині листка
Корінь рослини вбирає з ґрунту воду і розчинені в ній мінеральні речовини, які потім транспортуються до зелених листків (мал. 11). Якщо хочете більше дізнатися про рух води мінеральних речовин в організмі рослини, прочитайте рубрику «Для допитливих» наприкінці параграфа.
За допомогою зелених листків рослина поглинає навколишнього повітря вуглекислий газ. У листках вуглекислого газу і води під дією сонячного світла утворюються органічні речовини. Цей процес називається фотосинтезом. Завдяки фотосинтезу рослина утворює органічні речовини для свого живлення та про запас, водночас виділяючи кисень.
Щоб переконатися в тому, що фотосинтез відбувається під дією світла, візьміть кімнатну рослину і помістіть її на 3—4 доби в щільно закриту шафу. Вийнявши рослину з шафи, на одному листків прикріпіть смужки чорного паперу, вирізавши на ні якусь фігуру або слово (мал. 37,1).
Поставте рослину на сонячне світло або під електричні лампочку. Через 8—10 годин листок зріжте. Опустіть його киплячу воду, а потім (на декілька хвилин) у киплячий спирт. Коли спирт стане зеленим (у нього перейде хлорофіл), листок — безбарвним (він втратить хлорофіл), промийте його покладіть на блюдце. Капніть на листок трохи йоду. І побачите, як на білому листку з’являться літери чи фігури синього кольору (мал. 37, 2).
Мал. 38. 1 — екваторіальний ліс; 2 — гірничо-збагачувальний комбінат
Отже, у тій частині листка, яка була освітлена, у процесі фотосинтезу утворилася органічна речовина — крохмаль, що синіє від дії йоду.
Процес фотосинтезу має велике значення у природі. Під час фотосинтезу зелені рослини виділяють у повітря кисень. Він необхідний для дихання всіх живих організмів, перебігу процесів окиснення в неживій природі, для виробництва.
Якби рослини перестали виділяти кисень, то його запаси в атмосфері з часом зменшилися б. Саме завдяки життєдіяльності зелених рослин відбувається постійне поповнення кисню в атмосфері. Найбільшими постачальниками кисню в атмосферу Землі на суходолі є екваторіальні (мал. 38,1) та тропічні ліси.
Виділення кисню у процесі фотосинтезу супроводиться поглинанням рослинами вуглекислого газу, що виділяється під час дихання людей, тварин, рослин, а також у результаті роботи промислових підприємств (мал. 38, 2), транспорту та внаслідок різноманітних процесів окиснення в неживій природі.
Якби рослини не використовували вуглекислий газ, його вміст в атмосфері збільшувався б, і життя на Землі стало б так само не можливим, як і через нестачу кисню. У цьому і полягає роль зелених рослин у створенні умов життя на Землі. Тільки рослини здатні створювати органічні речовини з неорганічних для живлення свого та інших організмів.
Живлення тварин. Сутність процесу живлення тварин полягає в надходженні до організму поживних речовин, необхідних для його життєдіяльності.
Кожна тварина має потребу в енергії для підтримання життєдіяльності. Енергія надходить із їжею. Щоб вивільнити її з поживних речовин, необхідний кисень, який організм тварини одержує з навколишнього середовища. Енергія виділяється при окисненні органічних речовин, якими травна система забезпечує клітини тваринного організму.
Незважаючи на значну різницю в будові і життєдіяльності різних груп тварин, у їх травних системах можна виділити спільні органи травлення (мал. 39). Більшість тварин мають рот (1), глотку (2), стравохід (3), шлунок (4) і кишечник (5), який закінчується анальним отвором (6).
Багато тварин мають хітинові або кісткові щелепи із зубами. Ними вони захоплюють, а деякі і подрібнюють їжу. У ротовій порожнині їжа змочується слиною, що є початком процесу травлення. Після цього їжа проходить через стравохід, шлунок, де вона далі перетравлюється під дією шлункового соку.
У кишечнику їжа розщеплюється на частинки поживних речовин. У перетравлюванні їжі беруть участь також травні залози (печінка та підшлункова залоза).
Мал. 39. Органи травної системи риби (а) і собаки (б): 1 — рот,
2 — глотка, 3 — стравохід, 4 — шлунок, 5 — кишечник, 6 — анальний отвір
В основі усмоктування поживних речовин лежить явище дифузії. Неперетравлені рештки їжі виводяться назовні через анальний отвір.
Видільна система. Не всі речовини, що потрапляють з їжею в організм, йому потрібні. Деякі з них навіть шкідливі. Для видалення рідких шкідливих речовин з організму служить видільна система.
Різні тварини мають різну будову видільної системи. Наприклад, у птахів і звірів основним органом виділення є нирки, у дощового черв’яка — спеціальні вивідні трубочки.
Усі живі організми для підтримання життєдіяльності потребують поживних речовин.
Рослини утворюють поживні речовини для себе самостійно, тварини живляться органічними речовинами, створеними іншими організмами.
1. У чому полягає процес живлення рослин? 2. Які речовини необхідні для живлення рослин? 3. Які речовини необхідні для живлення тварин? 4. Як поживні речовини надходять в організм тварин?
? 1. Як на прикладі засвоєння твариною поживних речовин довести, що жива система є відкритою?
1. Охарактеризуйте рух поживних речовин до клітин організму тварин. 2. Як би ви пояснили вислів «космічна роль рослин у створенні умов життя на Землі?» 3. Розгляньте модель взаємозв’язків рослини з довкіллям (мал. 10). Охарактеризуйте їх роль у процесі фотосинтезу.
Вивчай процеси життєдіяльності рослин і тварин! Це допоможе тобі виявити взаємозв’язки в середовищі твого життя і не порушувати їх.
Рослини самі для себе виготовляють поживні речовини. Такий тип живлення має назву автотрофного (від грецьких слів «аутос» — «сам» і «трофе» — «живлення»). Він характерний лише для зелених рослин, які самостійно утворюють поживні речовини.
В більшості тварин властивий гетеротрофний тип живлення (від грецьких слів «гетерос» — «інший» і «трофе» — «живлення»). Вони живляться або рослинами, або іншими тваринами. До гетеротрофів належать тварини, гриби та більшість бактерій. Існує ще і міксотрофний тип живлення. Організми, для яких характерне мішане живлення (автотрофне і гетеротрофне), називають міксотрофами. До міксотрофів належать залізобактерії, джгутикові одноклітинні тварини, комахоїдні рослини.
Цікаві процеси життєдіяльності відбуваються в організмі евглени зеленої — представника одноклітинних тварин. Вона має зелені хлоропласти і, подібно до рослин, на світлі сама для себе утворює поживні речовини. У темряві ця тварина переходить до гетеротрофного живлення, поглинаючи готові органічні речовини.
1. Який тип живлення характерний для рослин? Для тварин? 2. Які особливості має живлення евглени зеленої?
Мал. 40. Дія осмотичного тиску
Спостереження явища осмосу. Спробуймо зрозуміти, як вода з ґрунту потрапляє в корінь і як створюється внутрішньоклітинний тиск, що змушує воду рухатися від кореня до пагона. Для цього знадобиться мішечок із тваринного міхура чи плівка, що прилягає до шкаралупи яйця. Одержати таку плівку можна, якщо куряче яйце опустити в концентрований розчин оцтової кислоти на 5—6 діб. Упродовж цього часу шкаралупа розчиниться. Але обережно! З кислотою мати справу небезпечно, тому обов’язково зверніться по допомогу до вчителя або батьків.
Мал. 41. Ромашка у чистій (1) і підфарбованій воді (2)
Мішечок наполовину наповнюють концентрованим розчином цукру. Потім його щільно зав’язують і опускають у склянку з дистильованою водою (мал. 40,1). Через кілька хвилин мішечок почне розбухати і згодом набуде кулеподібної форми (мал. 40,2). Процес можна прискорити, якщо мішечок опустити в підігріту воду (чому?).
Чому вода потрапила у мішечок із розчином цукру? Воду від розчину цукру відділяє напівпроникна перегородка (мішечок), яка здатна пропускати молекули води і затримувати молекули цукру. Аналогічно діє оболонка (мембрана) кореневого волоска, яка відділяє вміст клітини від розчину, що є в ґрунті. Молекули води, що є в склянці, рухаються через перегородку в мішечок із розчином цукру. Молекули води із мішечка теж проходять через мембрану, але кількість їх значно менша, ніж тих, що потрапляють у мішечок. Цей процес відбувається завдяки різниці концентрацій розчину цукру у мішечку і поза ним.
Осмосом називають спрямований рух води (або іншого розчинника) крізь перетинку, яка є проникною лише для молекул розчинника.
організмі рослини. Зріжте гілочку липи або пагін ромашки і поставте у підфарбовану чорнилом воду (мал. 41, 1). Протягом
2—4 діб спостерігайте, як забарвлена вода надходить до органів рослини (мал. 41, 2).
1. Яке значення має явище осмосу в життєдіяльності рослин? 2. Як ви думаєте, чи сприяє збільшенню швидкості руху води по стеблах випаровування води з тіла рослини?
§ 23. ОСОБЛИВОСТІ ОБМІНУ РЕЧОВИН В АВТОТРОФНИХ ОРГАНІЗМІВ
Основні поняття й ключові терміни: АВТОТРОФНЕ ЖИВЛЕННЯ.
Пригадайте! Що таке обмін речовин й енергії?
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)?
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.
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.
1. Основні процеси життєдіяльності рослин
Рослини відрізняються від інших організмів тим, що можуть самі створювати органічні речовини з неорганічних. Такий тип живлення називають автотрофним .
- у рослинах, завдяки енергії Сонця (за допомогою хлоропластів) відбувається процес фотосинтезу — перетворення неорганічних речовин навколишнього середовища (вуглекислий газ і воду) на органічні. При цьому у навколишнє середовище виділяється кисень. Воду для здійснення фотосинтезу рослини отримують переважно з ґрунту, а вуглекислий газ — з повітря.
- Живлення — процес поглинання речовин у вигляді розчину або газу із навколишнього середовища.
- Повітряне живлення — процес засвоєння зеленими частинами рослин вуглекислого газу з атмосфери.
- Мінеральне живлення — процес поглинання води і розчинених у ній мінеральних речовин з ґрунту, який здійснюється корінням.
- Дихання рослин — вбирання кисню рослинами та виділення вуглекислого газу.
- Випаровування води — це виділення з рослини водяної пари (води у газоподібному стані). Воду випаровують усі частини рослини, а найінтенсивніше — листки.
Біологія: підруч. для 6 кл. закладів загальної середньої освіти / І.Ю. Костіков, Ягенська Г.В., Волгін С.О., Додь В.В., Сиволоб А.В., Довгаль І.В., Жолос О.В., Скрипник Н.В., Толстанова Г.М., Ходосовцев О.Є. — Вид. 2-ге, доопр. — Київ: Видавничий дім «Освіта», — 2020. — с. 86 – 89.
Біологія: підруч. для загальноосвіт. навч. закл. 6-й кл. / Остапченко Л.І., Балан П.Г., Матяш Н.Ю., Мусієнко М.М., Славний П.С., Серебряков В.В., Поліщук В.П. — Київ: Генеза,, — 2014. — с. 78 – 82.