Корень

Корень

Определение корня, его функциональное значение

Корень – вегетативный орган растения, выполняющий функции прикрепления и водно-минерального питания, часто запасания и вегетативного размножения, а также функции, вызывающие его метаморфозы (видоизменения).

  Видоизменения корня

1. Мясистые корни характерны для орхидных и зонтичных растений. Это ассиметрично утолщенные части корня.

2. Корнеплод имеется у свеклы, репы и моркови и др. Здесь утолщается главный корень вследствие накопления запасных веществ, что важно для двулетних растений.

3. Корневые клубни образуются в результате утолщения бокового или придаточных корней. Они есть у георгина, батата и внешне отличаются от стеблевых клубней отсутствием глазков. Кроме трех запасающих видоизменений часто встречается группа корней, связанная общим происхождением.

4. Корни-прицепки встречаются у плюща, ванили и ряда эпифитов (растения, использующие в конкуренции за свет крупные деревья в качестве подставок. Часто это встречается у тропических орхидей. Это щетковидные придаточные корни, развивающиеся на побегах).

5. Воздушные корни близки к ним по происхождению и характерны для эпифитов. Наружные слои их коры состоят их гигроскопичных клеток, поглощающих атмосферные влагу. Кроме орхидей это свойственно ароидным и бромелиевым растениям.

6. Корни-присоски характерны для полупаразитов (автотрофы, отбирающие у хозяина воду и минеральные соли). Среди этой группы распространена повилика, некоторые омелы, в тропиках – орхидеи, паразиты (бесхлорофильные гетеротрофы, поглощающие у хозяина органику), омелы. Петров крест и заразихи-вредители сельского хозяйства. В тропических лесах Цейлона под пологом леса, где менее 1% света, обитает паразит раффлезия, имеющая цветок диаметром до 1 м и привлекающая опылителей – мух запахом слонового навоза или запахом падали. У паразитов корни-присоски заменяют истинные корни, у полупаразитов – придаточные на стебле. У мангровых деревьев, встречающихся на побережье океана в тропиках, встречается три типа метаморфозы корней:

          1. Дыхательные корни характерны для болотных растений (мангры, болотный кипарис). Они выходят из почвы вверх на 0,5 м, обладая отрицательным геотропизмом. Имея развитую воздухоносную паренхиму, корни поглощают кислород во время отливов.

         2. Ходульные корни мангровых косо отходят от основания ствола. Укореняясь, они кроме опоры в вязком грунте обеспечивают дополнительное водно-минеральное питание в почвах, бедных азотом, и служат для вегетативного размножения.

        3. Корни-подпорки мангровых и индийского баньяна отходят от ветвей, выполняя сходные функции.

7.  Досковидные корни фикусов имеют высоту 1-3 м, развиваются в основании тонкого ствола для опоры на вулканическом грунте, расходясь радиально на несколько метров. Переплетаясь вокруг ствола хозяина-подставки, они поддерживают фикусы – «удушители», обеспечивая выгодные условия освещения в тропическом лесу.

 

 

Морфология корня и модификации его развития

Модификации развития – изменения, вызванные воздействием среды на развивающийся организм.

1. На болоте: горизонтальное залегание корней, так как в болотной тине мало кислорода, вода кислая, токсичные газы (метан и др.).

2. В пустыне: вертикальная ярусность, где верхний приповерхностный ярус обеспечивает минеральное питание, а глубинный – поглощение воды.

3. Тропизмы – реакции растений на раздражители: положительная и отрицательная:

           а) геотропизм – воздействие силы тяжести (рост к центру Земли);

           б) фототропизм – воздействие света;

           в) гигротропизм (реотропизм)– реакция на воду;

           г) механотропизм – воздействие механических раздражителей;

           д) термотропизм – температурные воздействия;

           е) хемотропизм – химические раздражители.  

 

Анатомия корня

1.       Зона деления. Верхушечная меристема.

2.       Чехлик (1-2 мм) из омертвевающих, опробковевающих. Отшелушивающихся и ослизняющихся клеток – защита зоны деления и смазка. В воде он часто не образуется.

3.       Зона растяжения и дифференцировки клеток (2-4 мм). Клетки вытягиваются и превращаются в соответствующие ткани.

4.       Зона корневых волосков (20-40 мм). Водно-минеральное питание.

5.       Проводящая зона, где волоски заменяются корневой пробкой и наблюдается развитие боковых корней и утолщение у двудольных.  

  3

Водно-минеральное питание Обмен корня с почвой обеспечивают стенки корневого волоска – типичная белково-липидная мембрана. Хотя в настоящее время мембрану чаще рассматривают как жидкую структуру, пронизанную белками, которые играют роль активных переносчиков веществ, используя энергию АТФ. В самой простой модели фосфолипиды выполняют запирающую роль, а белки – регулирующую, определяя состав, количество и направление движения веществ с малым размером молекул через внутреннюю решетку. Высокомолекулярная органика транспортируется через поры в мембране. Крупные переброски осуществляются временным изменением конфигурации мембран (фагоцитоз, пиноцитоз, экструзия).

 

Основные понятия водно-солевого обмена

Осмос – движение растворов через полупроницаемую оболочку клетки, где мембрана пропускает лишь молекулы, способные пройти через фосфолипидную решетку. Осмотическое давление, которое зависит от концентрации растворов по обе стороны мембраны. Оно создается накоплением органики в клетках поглощающей паренхимы корня.

Силы, движущие воду в растении

К таким силам относятся:

1. Диффузия и осмос движут воду в корневой волосок;

2. Корневое (осмотическое) давление, создаваемое клетками поглощающей паренхимы (достигает 40 атм);

3. Капиллярные силы ксилемы, способные поднимать воду на 5 м;

4. Транспирация – испарение воды через устьица, создающее дефицит влаги на верхушке растения.  

 

Элементы питания (неорганика в клетке):

1. Макроэлементы (кальций, хлор, магний, натрий) – в почве их обычно хватает, часто в избытке – и «три кита», определяющие продуктивность растений:

       1) Азот – необходим для синтеза аминокислот и белков, нуклеиновых кислот, АТФ, НАДФ, многих гормонов, фитонцидов, некоторых витаминов и пигментов. Хорошо растворим, как и калий, вносится весенне-летними подкормками.

       2) Калий – определяет физиологическое состояние цитоплазмы, влияя на осмос, обеспечивает прочность клеточных стенок.

        3) Фосфор (низкая растворимость определяет осеннее внесение) входит в состав фосфолипидов мембран, НК, АТФ, НАДФ и других соединений.

2. Микроэлементы: бор, медь, цинк, марганец, иногда сера и железо и др. Необходимы для нормального функционирования организма. Сера входит в состав некоторых аминокислот, остальные необходимы для синтеза пигментов, витаминов, коферментов и других физиологически важных соединений. При недостатке бора опадают листья, появляется мозаичная пятнистость и гниль сердечка у сахарной свеклы. Нехватка меди и железа в засуху вызывает хлороз листьев (бледная окраска). Некоторые растения очень чувствительны к микроэлементам, накапливая их. Табак хорошо развивается, накапливая цезий, кобальт, стронций – распространенные канцерогены. География марочных вин определяется не только климатическими условиями, но и реакцией винограда на микроэлементы. Это токайские вина, Мускат Красного камня в Крыму, грузинские вина долин и др. Некоторые фиалки извесны как индикаторы выхода руд на поверхность. Микроэлементы вносят в виде микроудобрений (1-2 кг/га). Обычно это измельченный металлургический шлак. Растения, которые выращивают в питательной среде макро- и микроэлементов, называют водными культурами. Такая среда применяется в физиологических экспериментах для создания равных условий питания растений, а также в практике (гидропоника, аэропоника). В фитотронах с оптимальными условиями селекционеры получают до семи урожаев пшеницы в год, что значительно ускоряет их работу.  

 

Почва – среда обитания

Почва – самое активное биокосное тело, где живое тесно переплетено с воздействием неживой природы (по В.Н. Вернадскому).

1. Абиотические факторы (факторы неживой природы).

1) Температура: определяет скорость ферментативных реакций и состояние среды (воды). Более выражены приповерхностные колебания.

2) Вода: универсальный растворитель, транспортер (горизонтальное – вымывание почв тундры и тропических влажных лесов, вертикальное – засоление почв пустынь), испаряясь, охлаждает почву, служит источником кислорода и водорода в фотосинтезе, определяет количество воздуха в почве.

3) Воздух: дыхание корней, геохимические процессы и процессы минерализации, распределение животных и бактерий в почве (гнилостные бактерии аэробы, азотфиксаторы и некоторые паразиты корней анаэробы).

4) Механический состав: от наносных аллювиальных почв с мельчайшими частицами, глины, черноземы, пески, гравийные и шиферные почвы:                

а) аллювиальные почвы характерны для древних центров земледелия, они задерживают воду; они плотные. Мало содержат воздуха, поэтому богаты органики, не требуют глубокой заделки семян;               

б) пески фильтруют воду, они рыхлые, содержат много воздуха, бедны органикой и т.д., требуют внесения навоза для структурирования.

5) Химический состав: наличие макро- и микроэлементов, кислотность и соленость среды, определяющие водно-минеральное питание. Пример: растения торфяных болот имеют черты засухоустойчивых из-за кислой среды. Вода, воздух и механический состав находятся в динамическом равновесии, определяя трехфазность почвы. Пример взаимодействия биотических и абиотических факторов среды: лесные почвы умеренной зоны кислые, так как из-за низкой температуры минерализаторы не успевают перерабатывать листовой опад, накапливая продукты полураспада – органические кислоты. Эти почвы в хозяйственной деятельности необходимо известковать. В сухих тропических лесах почвы нейтральные из-за активной минерализации, а во влажных – часто щелочные, так как дожди вымывают органические кислоты.

2. Биотические факторы (факторы живой природы).

1) Бактерии: основные минерализаторы, разлагающие органику до неорганики. Бактерии – симбионты ризосферы, которые, выделяя органические кислоты, способствуют растворению солей. Обогащают почву азотом (свободноживущие хемосинтетики – азотфиксаторы и симбионты бобовых – клубеньковые). Оструктуривают почву – склеивают частицы обогащают их органикой. Геохимическая роль хемосинтетиков. Болезнетворные бактерии – регуляторы численности. Действия бактерий на растения позволяют считать их основными почвообразователями.

2) Водоросли обогащают почву органикой.

3) Грибы выступают как минерализаторы, симбионты ризосферы; играют геохимическую роль, регулируют численность (паразитические и «хищные» грибы), участвуют в оструктуривании почвы мицелием.

4) Соседи – высшие растения симбионты (фасоль – подсолнечник) и конкуренты (гвоздика – роза).

5) Простейшие – обогащают органикой.

6) Беспозвоночные полезные и вредные (почвенные нематоды, клещи, слизни, насекомые).

7) Позвоночные (насекомоядные – крот, многие грызуны) участвуют в оструктуривании, рыхлении, перемешивании, скважности, вовлечении органики вглубь, расселении семян – активные почвообразователи.

07/12/2015