Содержание
Во внешнем строении корня можно выделить следующее. Кончик корня прикрыт небольшим корневым чехликом, который похож на колпачок. Он выполняет защитную функцию. Выше чехлика находится гладкая часть корня. Еще выше начинаются многочисленные очень тонкие белые выросты — корневые волоски. Выше корневых волосков от основного корня растут боковые корни. У них такое же внешнее строение. Ближе к стеблю корень утолщается.
Во внутреннем строении корня выделяют четыре зоны (по вертикали).
На кончике корня под корневым чехликом находится образовательная ткань длиной около 1 мм. Ее клетки постоянно делятся. Поэтому это место называют зоной деления.
Внутри гладкого участка корня, который составляет менее 1 см, клетки вытягиваются и тем самым растут, увеличивая длину корня. Это место на корне называют зоной роста (или растяжения).
Корневые волоски представляют собой выросты внешних клеток покрова корня. Именно они всасывают из почвы воду с растворенными в ней минеральными веществами. Поэтому зона корня с корневыми волосками называется зоной всасывания (поглощения). Длина зоны всасывания составляет 2-3 см, однако количество волосков, приходящихся на эту поверхность огромно.
Корневые волоски выделяют слизь, которая растворяет в почве минеральные соли. Корневые волоски, прилепляясь к частичкам почвы, высасывают из нее воду и растворенные вещества.
За зоной всасывания находится длинная и прочная зона проведения. Здесь вода и минеральные вещества поднимаются к стеблю (восходящий ток), а от стебля к корню идут органические вещества для питания корня (нисходящий ток). Зона проведения состоит из проводящей ткани.
Историческое развитие корня
Филогенетически корень возник позже стебля и листа — в связи с переходом растений к жизни на суше и вероятно, произошёл от корнеподобных подземных веточек. У корня нет ни листьев, ни в определённом порядке расположенных почек. Для него характерен верхушечный рост в длину, боковые разветвления его возникают из внутренних тканей, точка роста покрыта корневым чехликом. Корневая система формируется на протяжении всей жизни растительного организма. Иногда корень может служить местом отложения в запас питательных веществ. В таком случае он видоизменяется.
Виды корней
Главный корень образуется из зародышевого корешка при прорастании семени. От него отходят боковые корни.
Придаточные корни развиваются на стеблях и листьях.
Боковые корни представляют собой ответвления любых корней.
Каждый корень (главный, боковые, придаточные) обладает способностью к ветвлению, что значительно увеличивает поверхность корневой системы, а это способствует лучшему укреплению растения в почве и улучшению его питания.
Типы корневых систем
Различают два основных типа корневых систем: стержневая, имеющая хорошо развитый главный корень, и мочковатая. Мочковатая корневая система состоит из большого числа придаточных корней, одинаковых по величине. Вся масса корней состоит из боковых или придаточных корешков и имеет вид мочки.
Сильно разветвлённая корневая система образует огромную поглощающую поверхность. Например,
- общая длина корней озимой ржи достигает 600 км;
- длина корневых волосков — 10 000 км;
- общая поверхность корней — 200 м 2 .
Это во много раз превышает площадь надземной массы.
Если у растения хорошо выражен главный корень и развиваются придаточные корни, то формируется корневая система смешанного типа (капуста, помидор).
Внешнее строение корня. Внутреннее строение корня
Зоны корня
Корневой чехлик
Корень растёт в длину своей верхушкой, где находятся молодые клетки образовательной ткани. Растущая часть покрыта корневым чехликом, защищающим кончик корня от повреждений, и облегчает продвижение корня в почве во время роста. Последняя функция осуществляется благодаря свойству внешних стенок корневого чехлика покрываться слизью, что уменьшает трение между корнем и частичками почвы. Могут даже раздвигать частички почвы. Клетки корневого чехлика живые, часто содержат зёрна крахмала. Клетки чехлика постоянно обновляются за счёт деления. Участвует в положительных геотропических реакциях (направление роста корня к центру Земли).
Клетки зоны деления активно делятся, протяженность этой зоны у разных видов и у разных корней одного и того же растения неодинакова.
За зоной деления расположена зона растяжения (зона роста). Протяжённость этой зоны не превышает нескольких миллиметров.
По мере завершения линейного роста наступает третий этап формирования корня — его дифференциация, образуется зона дифференциации и специализации клеток (или зона корневых волосков и всасывания). В этой зоне уже различают наружный слой эпиблемы (ризодермы) с корневыми волосками, слой первичной коры и центральный цилиндр.
Строение корневого волоска
Корневые волоски — это сильно удлинённые выросты наружных клеток, покрывающих корень. Количество корневых волосков очень велико (на 1 мм 2 от 200 до 300 волосков). Их длина достигает 10 мм. Формируются волоски очень быстро (у молодых сеянцев яблони за 30-40 часов). Корневые волоски недолговечны. Они отмирают через 10-20 дней, а на молодой части корня отрастают новые. Это обеспечивает освоение корнем новых почвенных горизонтов. Корень непрерывно растёт, образуя всё новые и новые участки корневых волосков. Волоски могут не только поглощать готовые растворы веществ, но и способствовать растворению некоторых веществ почвы, а затем всасывать их. Участок корня, где корневые волоски отмерли, некоторое время способен всасывать воду, но затем покрывается пробкой и теряет эту способность.
Оболочка волоска очень тонкая, что облегчает поглощение питательных веществ. Почти всю клетку волоска занимает вакуоль, окружённая тонким слоем цитоплазмы. Ядро находится в верхней части клетки. Вокруг клетки образуется слизистый чехол, который содействует склеиванию корневых волосков с частицами почвы, что улучшает их контакт и повышает гидрофильность системы. Поглощению способствует выделение корневыми волосками кислот (угольной, яблочной, лимонной), которые растворяют минеральные соли.
Корневые волоски играют и механическую роль — они служат опорой верхушке корня, которая проходит между частичками почвы.
Под микроскопом на поперечном срезе корня в зоне всасывания видно его строение на клеточном и тканевом уровнях. На поверхности корня — ризодерма, под ней — кора. Наружный слой коры — экзодерма, вовнутрь от неё — основная паренхима. Её тонкостенные живые клетки выполняют запасающую функцию, проводят растворы питательных веществ в радиальном направлении — от всасывающей ткани к сосудам древесины. В них же происходит синтез ряда жизненно важных для растения органических веществ. Внутренний слой коры — эндодерма. Растворы питательных веществ, поступающие из коры в центральный цилиндр через клетки эндодермы, проходят только через протопласт клеток.
Кора окружает центральный цилиндр корня. Она граничит со слоем клеток, долго сохраняющих способность к делению. Это перицикл. Клетки перицикла дают начало боковым корням, придаточным почкам и вторичным образовательным тканям. Вовнутрь от перицикла, в центре корня, находятся проводящие ткани: луб и древесина. Вместе они образуют радиальный проводящий пучок.
Проводящая система корня проводит воду и минеральные вещества из корня в стебель (восходящий ток) и органические вещества из стебля в корень (нисходящий ток). Состоит она из сосудисто-волокнистых пучков. Основными слагаемыми частями пучка являются участки флоэмы (по ним вещества передвигаются к корню) и ксилемы (по которым вещества передвигаются от корня). Основные проводящие элементы флоэмы — ситовидные трубки, ксилемы — трахеи (сосуды) и трахеиды.
Процессы жизнедеятельности корня
Транспорт воды в корне
Всасывание воды корневыми волосками из почвенного питательного раствора и проведение её в радиальном направлении по клеткам первичной коры через пропускные клетки в эндодерме к ксилеме радиального проводящего пучка. Интенсивность поглощения воды корневыми волосками называется сосущей силой (S), она равна разнице между осмотическим (P) и тургорным (T) давлением: S=P-T.
Когда осмотическое давление равно тургорному (P=T), то S=0, вода перестаёт поступать в клетку корневого волоска. Если концентрация веществ почвенного питательного раствора будет выше, чем внутри клетки, то вода будет выходить из клеток и наступит плазмолиз — растения завянут. Такое явление наблюдается в условиях сухости почвы, а также при неумеренном внесении минеральных удобрений. Внутри клеток корня сосущая сила корня возрастает от ризодермы по направлению к центральному цилиндру, поэтому вода движется по градиенту концентрации (т. е. из места с большей её концентрацией в место с меньшей концентрацией) и создаёт корневое давление, которое поднимает столбик воды по сосудам ксилемы, образуя восходящий ток. Это можно обнаружить на весенних безлистных стволах, когда собирают «сок», или на срезанных пнях. Истекание воды из древесины, свежих пней, листьев, называется «плачем» растений. Когда распускаются листья, то они тоже создают сосущую силу и притягивают воду к себе — образуется непрерывный столбик воды в каждом сосуде — капиллярное натяжение. Корневое давление является нижним двигателем водного тока, а сосущая сила листьев — верхним. Подтвердить это можно с помощью несложных опытов.
Всасывание воды корнями
Цель: выяснить основную функцию корня.
Что делаем: растение, выращенное на влажных опилках, отряхнём его корневую систему и опустим в стакан с водой его корни. Поверх воды для защиты её от испарения нальём тонкий слой растительного масла и отметим уровень.
Что наблюдаем: через день-два вода в ёмкости опустилась ниже отметки.
Результат: следовательно, корни всосали воду и подали её наверх к листьям.
Можно ещё проделать один опыт, доказывающий всасывание питательных веществ корнем.
Что делаем: срежем у растения стебель оставив пенёк высотой 2-3 см. На пенёк наденем резиновую трубку длиной 3 см, а на верхний конец наденем изогнутую стеклянную трубку высотой 20-25 см.
Что наблюдаем: вода в стеклянной трубке поднимается, и вытекает наружу.
Результат: это доказывает, что воду из почвы корень всасывает в стебель.
А влияет ли температура воды на интенсивность всасывания корнем воды?
Цель: выяснить, как температура влияет на работу корня.
Что делаем: один стакан должен быть с тёплой водой (+17-18ºС), а другой с холодной (+1-2ºС).
Что наблюдаем: в первом случае вода выделяется обильно, во втором — мало, или совсем приостанавливается.
Результат: это является доказательством того, что температура сильно влияет на работу корня.
Тёплая вода активно поглощается корнями. Корневое давление повышается.
Холодная вода плохо поглощается корнями. В этом случае корневое давление падает.
Минеральное питание
Физиологическая роль минеральных веществ очень велика. Они являются основой для синтеза органических соединений, а также факторами, которые изменяют физическое состояние коллоидов, т.е. непосредственно влияют на обмен веществ и строение протопласта; выполняют функцию катализаторов биохимических реакций; воздействуют на тургор клетки и проницаемость протоплазмы; являются центрами электрических и радиоактивных явлений в растительных организмах.
Установлено, что нормальное развитие растений возможно только при наличии в питательном растворе трёх неметаллов — азота, фосфора и серы и — и четырёх металлов — калия, магния, кальция и железа. Каждый из этих элементов имеет индивидуальное значение и не может быть заменён другим. Это макроэлементы, их концентрация в растении составляет 10 -2 –10%. Для нормального развития растений нужны микроэлементы, концентрация которых в клетке составляет 10 -5 –10 -3 %. Это бор, кобальт, медь, цинк, марганец, молибден др. Все эти элементы есть в почве, но иногда в недостаточном количестве. Поэтому в почву вносят минеральные и органические удобрения.
Растение нормально растёт и развивается в том случае, если в окружающей корни среде будут содержаться все необходимые питательные вещества. Такой средой для большинства растений является почва.
Дыхание корней
Для нормального роста и развития растения необходимо чтобы к корню поступал свежий воздух. Проверим, так ли это?
Цель: нужен ли воздух корню?
Что делаем: возьмём два одинаковых сосуда с водой. В каждый сосуд поместим развивающие проростки. Воду в одном из сосудов каждый день насыщаем воздухом с помощью пульверизатора. На поверхность воды во втором сосуде нальём тонкий слой растительного масла, так как оно задерживает поступление воздуха в воду.
Что наблюдаем: через некоторое время растение во втором сосуде перестанет расти, зачахнет, и в конце концов погибнет.
Результат: гибель растения наступает из-за недостатка воздуха, необходимого для дыхания корня.
Видоизменения корней
У некоторых растений в корнях откладываются запасные питательные вещества. В них накапливаются углеводы, минеральные соли, витамины и другие вещества. Такие корни сильно разрастаются в толщину и приобретают необычный внешний вид. В формировании корнеплодов участвуют и корень, и стебель.
Корнеплоды
Если запасные вещества накапливаются в главном корне и в основании стебля главного побега, образуются корнеплоды (морковь). Растения, образующие корнеплоды, в основном двулетники. В первый год жизни они не цветут и накапливают в корнеплодах много питательных веществ. На второй — они быстро зацветают, используя накопленные питательные вещества и образуют плоды и семена.
Корневые клубни
У георгина запасные вещества накапливаются в придаточных корнях, образуя корневые клубни.
Бактериальные клубеньки
Своеобразно изменены боковые корни у клевера, люпина, люцерны. В молодых боковых корешках поселяются бактерии, что способствует усвоению газообразного азота почвенного воздуха. Такие корни приобретают вид клубеньков. Благодаря этим бактериям эти растения способны жить на бедных азотом почвах и делать их более плодородными.
Ходульные
У пандуса, произрастающего в приливно-отливной зоне, развиваются ходульные корни. Они высоко над водой удерживают на зыбком илистом грунте крупные облиственные побеги.
Воздушные
У тропических растений, живущих на ветвях деревьев, развиваются воздушные корни. Они часто встречаются у орхидей, бромелиевых, у некоторых папоротников. Воздушные корни свободно висят в воздухе, не достигая земли и поглощая попадающую на них влагу от дождя или росы.
Втягивающие
У луковичных и клубнелуковичных растений, например у крокусов, среди многочисленных нитевидных корней имеется несколько более толстых, так называемых втягивающих, корней. Сокращаясь, такие корни втягивают клубнелуковицу глубже в почву.
Столбовидные
У фикуса развиваются столбовидные надземные корни, или корни-подпорки.
Почва как среда обитания корней
Почва для растений является средой, из которой оно получает воду и элементы питания. Количество минеральных веществ в почве зависит от специфических особенностей материнской горной породы, деятельности организмов, от жизнедеятельности самих растений, от типа почвы.
Почвенные частицы конкурируют с корнями за влагу, удерживая её своей поверхностью. Это так называемая связанная вода, которая подразделяется на гигроскопическую и плёночную. Удерживается она силами молекулярного притяжения. Доступная растению влага представлена капиллярной водой, которая сосредоточена в мелких порах почвы.
Между влагой и воздушной фазой почвы складываются антагонистические отношения. Чем больше в почве крупных пор, тем лучше газовый режим этих почв, тем меньше влаги удерживает почва. Наиболее благоприятный водно-воздушный режим поддерживается в структурных почвах, где вода и воздух находятся одновременно и не мешают друг другу — вода заполняет капилляры внутри структурных агрегатов, а воздух — крупные поры между ними.
Характер взаимодействия растения и почвы в значительной степени связан с поглотительной способностью почвы — способностью удерживать или связывать химические соединения.
Микрофлора почвы разлагает органические вещества до более простых соединений, участвует в формировании структуры почвы. Характер этих процессов зависит от типа почвы, химического состава растительных остатков, физиологических свойств микроорганизмов и других факторов. В формировании структуры почвы принимают участие почвенные животные: кольчатые черви, личинки насекомых и др.
В результате совокупности биологических и химических процессов в почве образуется сложный комплекс органических веществ, который объединяют термином «гумус».
Метод водных культур
В каких солях нуждается растение, и какое влияние оказывают они на рост и развитие его, было установлено на опыте с водными культурами. Метод водных культур — это выращивание растений не в почве, а в водном растворе минеральных солей. В зависимости от поставленной цели в опыте можно исключить отдельную соль из раствора, уменьшить или увеличить ее содержание. Было выяснено, что удобрения, содержащие азот, способствуют росту растений, содержащие фосфор — скорейшему созреванию плодов, а содержащие калий — быстрейшему оттоку органических веществ от листьев к корням. В связи с этим содержащие азот удобрения рекомендуется вносить перед посевом или в первой половине лета, содержащие фосфор и калий — во второй половине лета.
С помощью метода водных культур удалось установить не только потребность растения в макроэлементах, но и выяснить роль различных микроэлементов.
В настоящее время известны случаи, когда выращивают растения методами гидропоники и аэропоники.
Гидропоника — выращивание растений в сосудах, заполненных гравием. Питательный раствор, содержащий необходимые элементы, подаётся в сосуды снизу.
Аэропоника — это воздушная культура растений. При этом способе корневая система находится в воздухе и автоматически (несколько раз в течение часа) опрыскивается слабым раствором питательных солей.
Корень — осевой вегетативный орган растения. Он обладает неограниченным верхушечным ростом и радиальной симметрией. Корень укрепляет растение в почве, участвует в вегетативном размножении, в корне запасаются, а иногда и синтезируются органические питательные вещества. Но главная функция корня — почвенное питание растения, осуществляемое путем активного всасывания воды с растворенными минеральными солями.
Различают несколько типов корней и образуемых ими корневых систем.
- Главный корень — он образуется из зародышевого корешка при прорастании семени.
- Придаточные корни — это корни, образующиеся на других частях растения — на стебле, листьях и даже цветах.
- Боковые корни — корни, отходящие от главного или придаточных корней. При ветвлении боковых корней образуются боковые корни более высокого порядка.
Совокупность всех имеющихся у растения корней называется корневой системой. У одних растений корневая система включает только главный корень с отходящими от него боковыми. У других она состоит только из придаточных и боковых. У третьей группы растений корневая система состоит из главного и придаточных корней с боковыми.
В стержневой системе хорошо выражен главный корень.
В мочковатой главного корня нет, или он не выделяется из массы придаточных корней.
Стержневую корневую систему имеют многие двудольные растения — горох, дуб, подсолнечник, одуванчик и т.д.
Мочковатая корневая система характерна для однодольных — рожь, пшеница, лук, тюльпан, осока и др.
Рост корня (любого вида) происходит за счет деления клеток образовательной ткани, расположенной на его верхушке. Эта зона всегда прикрыта корневым чехликом, который состоит из живых, постоянно обновляющихся, тонкостенных живых клеток. Он надежно защищает нежные делящиеся клетки от повреждения твердыми частицами почвы. Когда корень продвигается в почве, старые клетки слущиваются, а новые нарастают. Кроме того, наружные клетки корневого чехлика выделяют слизь, облегчающую продвижение корня в почве.
У водных растений корневого чехлика нет, вместо него имеется другое образование — водяной кармашек.
Клетки, появившиеся из образовательной ткани, постепенно дифференцируются, и образуют так называемые зоны корня:
- Зона деления — это сами клетки образовательной ткани. Эта зона очень маленькая, и составляет около 1 мм.
- Зона растяжения (роста) — гладкий участок корня протяженностью 6-9 мм — располагается выше зоны деления. Клетки в этой зоне интенсивно растут, вытягиваются по длине корня и начинают дифференцироваться. Деление же у них почти отсутствует.
- Зона всасывания, называемая также зоной корневых волосков — следующая зона корня. Ее продолжительность — до нескольких сантиметров. Отличительное свойство этой зоны — наличие так называемых корневых волосков — выростов клеток кожицы корня размером от 1-2 мм до 20 мм. Эти волоски в десятки раз увеличивают площадь всасывающей зоны корней (например, у ржи около 14 млрд. корневых волосков ссуммарная длина которых более 10 000 км). Внешне корневые волоски выглядят как нежный белый пушок. Продолжительность жизни корневых волосков — 10-20 дней. В зоне корневых волосков происходит активное всасывание воды с растворенными минеральными веществами. Клетки корневых волосков при этом работают как маленькие насосы. Это энергозатратный процесс, поэтому в клетках много митохондрий. Кроме того, корневые волоски выделяют слизь, растворяющую минеральные соли. Частички почвы приклеиваются слизью к корневым волоскам, что облегчает всасывание питательных веществ.
- Зона проведения — находится выше зоны корневых волосков. Это самая длинная и прочная часть корня с хорошо развитыми проводящими тканями. Здесь осуществляется транспорт питательных веществ. Вверх поднимается вода с растворенными минеральными веществами (восходящий ток), а вниз передвигаются органические вещества, необходимые для жизнедеятельности клеток корня. В зоне проведения образуются боковые корни. (отсюда ее другое название — зона ветвления)
На поперечном срезе корня также можно выделить несколько зон, или слоев. Сверху корень покрыт кожицей, состоящей из одного слоя клеток. В зоне всасывания клетки кожицы имеют выросты — те самые корневые волоски. Выше, в зоне проведения, клетки кожицы погибают и слущиваются, и корень покрыт здесь опробковевающими клетками глубжележащего слоя. Под кожицей расположена рыхлая основная ткань — кора (паренхима), через которую вода с растворенными минеральными веществами перемещается в центральный осевой цилиндр, состоящий из проводящих тканей. (он начинает формироваться выше зоны роста). Запасные питательные вещества в корне могут откладываться как в клетках паренхимы (морковь, петрушка), так и в тканях осевого цилиндра ( клетках паренхимы между проводящих пучков (репа, редька, редис).
Корневая система у многих растений развита сильнее, чем надземная часть. Например, у кочанной капусты она достигает 1,5 метров в глубину и 1,2 метра в ширину. У яблони корни занимают пространство до 12 метров в диаметре. У люцерны корни достигают глубины 2 метров, тогда как ее надземная часть не превышает 60 см. Особенно длинные корни бывают у растений, произрастающих на песчаных и скалистых почвах. Например, верблюжья колючка углубляет свои корни на 20 метров в поисках воды.
Длина всех корневых волосков у пшеницы составляет 20 км. И это не предел. Поскольку корни обладают неограниченным верхушечным ростом, помехой им может стать лишь конкуренция с корнями других растений.
Если у вас не открываются игры или тренажёры, читайте здесь .