Наряду с фотосинтезом, дыхание — важнейший, необходимый процесс, протекающий в растениях. Он заключается в непрерывном газообмене растения с окружающей средой путем поглощения кислорода, окисления с его помощью органических веществ, выделения углекислого газа, воды и большого количества тепловой энергии. Эта энергия тратится-на движение цитоплазмы в «летках, образование молодых тканей и органов, размножение, т. е. на рост и развитие растения в целом.
В качестве органических веществ, используемых растением для осуществления процесса дыхания, служат в основном углеводы, белки и жиры.
Интенсивность дыхания — величина непостоянная. Она зависит от биологического вида растения, внешних условий, от того, в каких растительных органах оно протекает. Так, например, наиболее высокую интенсивность дыхания имеют молодые, растущие органы и ткани растений.
Дыхание усиливается с повышением температуры окружающего воздуха, но до того уровня, при котором возможна его нормальная жизнедеятельность. Оптимальная температура, например, для дыхания прорастающих семян составляет +30—40°С. В целом же дыхание у растений происходит в довольно широком температурном диапазоне. У зимующих растений дыхание продолжается даже при 20—25°С мороза. При температуре свыше +50°С дыхание, как правило, прекращается, поскольку белки цитоплазмы свертываются.
Влияние света на дыхание зависит прежде всего от биологических особенностей вида, но у большинства растений в темноте дыхание более интенсивное, чем на свету.
Большое влияние на дыхание оказывает степень насыщенности цитоплазмы влагой. Например, у сухих семян дыхание очень слабое, вследствие чего они обладают способностью к длительному хранению. При увеличении влажности семян свыше 14% дыхание у них значительно возрастает.
Наблюдается прямая зависимость дыхания от уровня содержания кислорода в воздухе, но небольшие колебания его заметного влияния на процесс дыхания не оказывают.
При повышенном содержании в воздухе углекислого газа процесс дыхания замедляется.
Таким образам, фотосинтез и дыхание наряду с коренными отличиями имеют определенные черты сходства. Для обоих процессов необходимо наличие воды. Объединяет эти процессы и то, что каждый из них осуществляется не одной, а несколькими последовательными реакциями. Имеется близость химического состава промежуточных продуктов, образующихся па отдельных этапах фотосинтеза и дыхания.
Фотосинтез и дыхание необходимо рассматривать как две стороны единого процесса обмена веществ и обмена энергии. Важнейшей особенностью этих процессов является то, что для жизнедеятельности самих зеленых растений расходуется лишь небольшая часть создаваемых ими органических соединений. Большая же часть их откладывается в запас к форме сравнительно устойчивых к превращениям соединений.
Между тем процесс дыхания имеет характерную особенность. В ряде случаев дыхание может происходить без поступления кислорода. Такое дыхание называется анаэробным (бескислородным). Оно наблюдается у высших растений. При отсутствии кислорода воздуха растительный организм продолжает некоторое время жить за счет кислорода, получаемого от неполного разложения органического вещества до спирта и углекислоты. Но это дает растению в 27 раз меньше энергии, чем в тех же условиях при нормальном, аэробном дыхании.
В то же время у ряда низших организмов (некоторых бактерий, одноклеточных грибов) анаэробное дыхание является нормальным явлением. Эти организмы могут вызывать молочнокислое, маслянокислое, уксуснокислое, спиртовое и другие виды брожения, находясь в бескислородной среде.
Выдающийся русский физиолог щ биохимик С. П. Костычев установил, что дыхание и брожениенепосредственно связаны между собой. На основе его теории начальная фаза превращения сахара является общей для дыхания и брожения. В дальнейшем, если промежуточные продукты 'Окисляются полностью, происходит образование углекислого газа и воды; если же превращение промежуточных продуктов осуществляется в анаэробных условиях, то конечными продуктами этого процесса оказываются спирт и углекислота.
Процесс разложения органических веществ гнилостными бактериями, в результате которого образуются разнообразные конечные продукты (вода, углекислый газ, метан, сероводород и др.), называется гниением.