Корень
Корень — вегетативный осевой орган растения, обладающий радиальной симметрией и чаще всего находящийся в почве. На корнях растений никогда не образуется генеративных органов и листьев.
Функции:
- поглощение воды и минеральных веществ (минеральное питание растений);
- опора;
- запас питательных веществ;
- синтез органических веществ (фитогормоны, алкалоиды);
- втягивающая — затягивает семя в почву при прорастании.
Виды корней (рис. 1.7):
- главный (развивается из зародышевого корешка семени);
- придаточные (развиваются на подземных или надземных частях побега);
- боковые (возникают при боковом ветвлении корней, т. е. они развиваются
на главном, придаточных и боковых корнях).
По расположению в субстрате выделяют: подземные корни (находятся в почве,
у большинства растений), воздушные (орхидеи), подводные (ряска) и корни-паразиты или гаустории, развитые у растений, ведущих паразитический образ жизни (повилика).
Все корни растения образуют корневую систему. Типы корневых систем (рис. 1.8):
- стержневая— главный корень четко выражен (фасоль, клен). Стержневая корневая система образована в основном главным и боковыми корнями;
Рис. 1.8. Типы корневых систем
- мочковатая— главный корень развит слабо или отсутствует (пшеница, лук). Мочковатая корневая система в основном образована придаточными и боковыми корнями.
Ранее считалось, что у двудольных растений стержневая корневая система, у однодольных — мочковатая. В настоящее время установлено, что у многих двудольных растений мочковатая корневая система (лютик, мать-и-мачеха, земляника, подорожник большой и т. д.).
Строение корня на продольном срезе
Корень показан на рис. 1.9. Верхушка корня покрыта корневым чехликом (это
живые клетки, которые защищают верхушечную меристему корня). У паразитов и некоторых водных растений чехлик отсутствует. Начиная с верхушки, выделяют перечисленные далее зоны корня.
- Зона деления— находится сразу под чехликом. В ней расположена верхушечная меристема корня, которая образует новые клетки.
- Зона роста, в которой также происходит деление клеток, но несколько реже, и где начинается рост и дифференцировка клеток.
- Зона всасывания, в которой клетки ризодермы имеют выросты — корневые во-
лоски, через которые корни растений всасывают из почвы воду и минеральные
вещества. Благодаря корневым волоскам поверхность всасывания увеличивается в 10 и более раз. В корневом волоске есть крупная вакуоль, ядро смещено на кончик волоска. - Зона проведения и ветвления, в которой происходит образование боковых корней, а также транспорт веществ в стебель и из стебля.
Строение корня на поперечном срезе
Первичное строение корня. В зоне деления располагаются клетки образовательной ткани, клетки которой интенсивно делятся. В зоне роста отдельные клетки продолжают делиться, а также начинается дифференцировка покровной, основной и проводящей тканей корня. Ризодерма достигает своего полного развития в зоне всасывания, где на ее клетках формируются корневые волоски. Под ризодермой расположена первичная кора, состоящая из тонкостенных живых паренхимных клеток.
Центральный цилиндр (осевой цилиндр или стела) начинает дифференцироваться
в зоне роста. Его самый наружный слой образует перицикл, который впоследствии будет участвовать во вторичном утолщении корня. Под перициклом расположены клетки прокамбия, которые дифференцируются в первичные проводящие ткани. Сначала формируется флоэма, затем ксилема (в центре корня). Ксилема образует звезду, между лучами которой расположены клетки флоэмы — так возникает радиальный проводящий пучок. Сердцевина в корне не образуется.
Первичное строение корня сохраняется в корне до начала утолщения с помощью вторичных боковых меристем — камбия и феллогена. У однодольных и папоротникообразных первичное строение сохраняется в течение всей жизни, т. к. вторичные меристемы у них в корне отсутствуют. У двудольных и голосеменных по мере роста корень утолщается и приобретает в конечном итоге вторичное строение. Между ксилемой и флоэмой возникает камбий, из клеток перицикла возникает феллоген. Ткани первичной коры не могут следовать за вторичным утолщением и погибают, а благодаря работе феллогена на поверхности корня появляется вторичная покровная ткань — перидерма. Вторичная структура корня сохраняется до конца жизни растения.
Рост корня
В длину рост осуществляется за счет работы верхушечной образовательной ткани корня, в толщину — работает камбий и феллоген.
Поглощение корнями воды и минеральных солей. Водные растения способны поглощать воду всей поверхностью тела, а у наземных растений главным органом поступления воды является корень. Всасывание воды происходит всеми зонами корня, но наиболее активно идет в зоне всасывания (рис. 1.10). Из корневых волосков вода и минеральные соли попадают в кору корня, а из нее в ксилему, по которой осуществляется дальнейший транспорт в стебель.
Рис. 1.10. Схема движения веществ по корню от ризодермы к древесине
Существуют два пути поступления воды и растворенных в ней веществ: через клеточные стенки (по апопласту) или через живое содержимое клеток по цитоплазматическим канальцам (по симпласту).
В симпласт вода и растворенные в ней вещества попадают через оболочку и мембрану. Поступление воды происходит по закону осмоса: вода двигается в сторону большей концентрации растворенных веществ. Так как концентрация солей в почве меньше, чем в клетках корня, вода двигается внутрь корня. Если же концентрация солей в почве становится больше, чем в корне, то растение будет неспособно поглощать почвенный раствор и погибнет.
Поступление воды в клетку не бесконечно: как только давление воды внутри клетки станет равным силе, способствующей поступлению молекул воды в клетку, возникает равновесие, во время которого скорость движения воды в/из клетки одинаково. Давление водного раствора изнутри клетки на клеточную стенку называют осмотическим давлением. Его величина зависит от концентрации растворенных веществ.
Благодаря осмосу создается корневое давление — сила, способствующая одностороннему движению воды по ксилеме снизу вверх (из корня в стебель). Вертикальное перемещение по сосудам возникает в результате совместного действия корневого давления, транспирации и силы сцепления между молекулами воды.
Если почва плохо снабжена воздухом, то большинство корней расположено в поверхностном слое почвы (10—15 см в глубину). У пустынных и полупустынных растений в связи с тем, что водоносный слой почвы располагается очень глубоко, развиваются либо очень длинные корни — до 20 м (например, верблюжья колючка), либо поверхностные корни, использующие весеннюю влагу и конденсат (кактусы). У водных растений также либо очень длинные, мощные корни, достигающие дна (например, у рогоза), либо тонкие, короткие и почти исчезнувшие (у ряски).
Дыхание корней
Корень поглощает кислород и выделяет углекислый газ в процессе дыхания. Это подтверждается следующим опытом: если в пробирку на некоторое время поместить корень растения, затем вынуть его и опустить в пробирку горящую спичку, то спичка практически мгновенно погаснет.
Видоизменения корней
Некоторые видоизменения корней показаны на рис. 1.11.
Рис. 1.11. Видоизменения корня
Корнеплод — это орган, в образовании которого участвует нижняя часть стебля и главный корень (морковь, свекла, репа, редис). Основная функция корнеплода — запасание питательных веществ.
Корневые клубни или корневые шишки — это утолщение придаточных корней (георгин, батат, чистяк). Основная функция — запас питательных веществ и вегетативное размножение.
Присасывающие корни (корни-присоски) — находятся в воздушной среде и обеспечивают растению возможность подниматься по вертикальным опорам, а также — дополнительное питание (плющ).
Бактериальные клубеньки (бобовые) — это утолщения на корнях, внутри которых находятся бактерии. Бактерии переводят азот из атмосферы в вещества, которые усваиваются растением; растение дает бактериям органические вещества, т. е. это пример симбиоза.
Воздушные корни — образуются у растений эпифитов (орхидеи). Эти корни свободно висят в воздухе и поглощают воду и минеральные вещества, попадающие на них в виде росы или после дождя. На их поверхности формируется своеобразная покровная ткань (веламен).
Дыхательные корни — хорошо развиты у растений, обитающих по болотистым
побережьям или в приливно-отливной зоне. Эти корни находятся в наземно-воздушной среде и поглощают из воздуха кислород (болотный кипарис, мангровые деревья).
Столбовидные корни или корни-подпорки — это придаточные корни, которые образуются на горизонтальных ветках дерева. Достигнув почвы, они утолщаются и выполняют роль подпорок (баньян).
Влияние человека на корневые системы растений
Рыхление — это один из видов обработки почвы, при котором землю не переворачивают, а только разрушают поверхностную корку, что уменьшает испарение воды из глубоких слоев почвы. После рыхления воздух легче проникает в почву, поэтому улучшается дыхание почвенных организмов и корней растений и ускоряется распад мертвых органических останков. Также при рыхлении уничтожаются всходы сорняков.
Полив. Должен быть равномерным и достаточным. Для каждого растения своя норма. В сельском хозяйстве есть направление — гидропоника, когда выращивание растений осуществляется в водных питательных растворах без почвы.
Удобрения. Бывают минеральные и органические удобрения. Минеральные подразделяются на азотные (селитра, мочевина), фосфорные (суперфосфат, двойной
суперфосфат), калийные (сульфат калия, хлорид калия), комплексные (содержат фосфор, азот и калий, например нитрофоска) и микроудобрения (содержат микроэлементы — цинк, железо, бор, молибден). К органическим относят навоз, торф, птичий помет (гуано).
Азотные удобрения отвечают за рост и более быстрое развитие растений (увеличение вегетативной массы). Калийные способствуют улучшению качества плодов, усиливают стойкость растений к некоторым заболеваниям, повышают морозостойкость и засухоустойчивость. Фосфорные улучшают рост корневой системы, увеличивают урожай и улучшают его качество, ускоряют созревание растений, повышают их устойчивость к засухе. Микроудобрения способствуют синтезу в растении необходимых для роста и развития веществ.
Все удобрения вносят в строго определенном количестве. Азотные удобрения вносят весной, калийные и фосфорные — обычно осенью. Применение удобрений возможно в сухом виде (весной перед посевом или осенью при перекопке) и в жидком виде — корневые и внекорневые подкормки во время вегетации.
Пикировка — это прищипывание кончика главного корня. Применяется при выращивании рассады томатов, капусты, астр и т. д. Вследствие этого главный корень прекращает рост, и растение начинает активно образовывать боковые корни. В целом корневая система такого растения становится более мощной и расположенной в наиболее плодородной части почвы.