КОРЕНЬ
Корень (radix) является осевым органом, характеризуется положительным
геотропізмом, неограниченным ростом и выполняет следующие функции:
- закрепляет растение в субстрате;
-
поглощает воду и растворы минеральных солей и
проводит их в надземных органов;
-
служит депо запасных питательных веществ (свекла,
морковь);
-
участвует в дыхании;
-
синтезирует биологически активные вещества (гормоны,
алкалоиды, витамины, аминокислоты);
-
выделяет в почву различные кислоты (угольную,
яблочную);
-
осуществляет симбиоз с другими организмами;
-
является органом вегетативного размножения.
Количество корней у одного растения может быть очень большой - сотни,
тысячи, а иногда и несколько миллионов. Степень их развития зависит от условий
окружающей среды. Совокупность всего корня одного растения называется
корневой системой. Ее составляют три разновидности корней: главный, боковые и
дополнительные.
Главный корень развивается из корешка зародыша при прорастании
семечка. Боковые корни есть розгілкуваннями главного или дополнительного корни.
Дополнительное корни образуются на стеблях, у некоторых растений на листьях (на этой
свойстве основано размножение черенками; окучивание картофеля способствует
развития придаточных корней).
Рис. 25. Типы корневой системы: А - стержневая, Б -
мочковатая: 1 - главный корень; 2 - боковые корни; 3 - придаточные корни.
Известны два типа корневых систем -
стержневая и мичкува и. Корневая система, в которой хорошо выражен главный
корень, называется стрижньовою. Она характерна для большинства двудольных
растений (щавель, подсолнечник, клевер). Если зародышевый корень рано отмирает или
рост его прекращается, а корневая система состоит из массы дополнительного
и бокового корни, она носит название мочковатой. Мочковатая корневая система
характерна для однодольных и травянистых двудольных растений (хлебные злаки,
лук, чеснок, тюльпан).
Размеры корневой системы в различных
растений разные. Корни яблони проникает в почву на глубину 3-4 м, а в стороны
от ствола до 15 м., у клевера и пшеницы - на глубину до 2 м.; у растений
водоемов они располагаются близко к поверхности почвы.
У некоторых растений развивается надземная корни следующих типов:
-
воздушные (орхидеи) - образуются на стеблях и
свисают вниз;
-
ходульные (мангровые растения тропиков) -
отходят от ствола, достигают поверхности почвы и погружаются в него;
-
цепкие (плющ);
-
дыхательные (болотные растения тропиков) -
поднимаются над поверхностью болота и обеспечивают дыхание растений;
-
корни - подпорки (в болотных растений).
Растет корень своей верхушкой, углубляясь в нижние слои почвы. При
повреждении кончика главного корня начинается усиленный рост его боковых
ответвлений. Это свойство корня используют при выращивании рассады
культурных растений со стержневым корнем. У молодых растений отщипывают кончик
главного корня, что прекращает его рост в длину и вызывает рост боковых
и дополнительных корней в верхнем, плодючому слое почвы. После підщипування
части главного корня рассаду высаживают на постоянное место роста за
помощью заостренного колышка - пікетки, отсюда этот процесс получил название
пикирование.
Морфология корней, глубина и ширина их проникновения в почву
зависят от вида растений, условий их существования, методов искусственного воздействия на рост
растений. По объему корневые системы растений всегда больше их надземных
частей.
Анатомическое строение корня. Корень, как и другие органы растения, имеющую клеточную
строение. Разные его участки состоят из неодинаковых клеток, образующих зоны
корня. Это хорошо видно на молодых корнях лука, фасоли, подсолнечника, пшеницы и
других растений.
Рис. 26. Рост верхушкой корня (а) и усиленный рост боковых
корней после удаления верхушки корня (б).
На продольном разрезе главные,
дополнительные и боковые корни имеют подобное строение и в них можно выделить такие
зоны: зона деления с корневым чехликом (конус нарастания), зона растяжения
(собственно роста) и начала дифференциации клеток, зона всасывания и ведущая
зона.
Зона деления занимает верхушку корня длиной 2-3 мм. Это зона клеток, которые
активно делятся, меристема корня. Все ткани корня возникают с этой
образовательной ткани. Зона разделения покрыта корневым чехликом, который защищает
верхушку корня от повреждений и облегчает продвижение корня в почве. Клетки
корневого чохлика имеют повышенный тургор. Они живут недолго, постепенно
отмирают и отшелушиваются. Вместо отмерших клеток постоянно образуются новые за
счет зоны деления, которую прикрывает чехлик.
В зоне растяжения клетки растут, увеличиваются в длину и становятся
цилиндрическими. В них появляются крупные вакуоли. Совокупный рост клеток этой зоны
создает силу, благодаря которой корень углубляется в почву. Эта зона также небольшая
и занимает несколько миллиметров. В верхней ее части клетки начинают
специализироваться, превращаясь полностью в зоне всасывания в сосуды,
трахеїди и другие виды клеток корня.
Рис. 27. Зоны корня и его первичная строение: а - общий
вид;
б - продольный разрез; в - поперечный разрез в зоне
корневых волосков: И - зона деления с корневым чехликом; II - зона растяжения и начала дифференциации клеток; III - зона всасывания; IV- проводная зона; 1 - начало роста бокового корня; 2 -
корневые волоски; 3 - волосконосний слой (эпиблема, різодерма); 4 - кора корня;
5 - перицикл; 6 - центральный цилиндр; 7 - ксилема; 8 - флоэма; 9 - сердцевина.
Зона всасывания (имеет в длину от
нескольких миллиметров до 1-6 см.) характеризуется наличием корневых волосков -
удлиненных (0,2-1,0 см.) выростов наружных клеток корня. Ядро клеток
переходит в корневой волосок и располагается обычно в его верхушке.
Благодаря большому количеству волосков (несколько сотен на 1 мм2)
всасывающая поверхность растений увеличивается в десятки раз. Например, общая
всасывающая зона корневой системы озимой пшеницы может превосходить площадь
надземной части в 130 раз и составлять 100 тыс. м2 на 1 га.
Корневые волоски не долговечны, они живут 10-20 дней, а затем
отмирают и отшелушиваются. Новые волоски образуются в процессе роста кончика
корня в длину. С ростом корня в глубину перемещается и зона корневых
волосков.
В разных условиях на корнях даже одной и той же растения корневые
волоски развиваются неодинаково. Так, в сухой почве они развиваются
интенсивнее, чем во влажном. Когда влаги много, они совсем не развиваются.
В болотных или водных растений корневые волоски обычно отсутствуют, однако они
возникают, если эти растения переходят на почвенные условия роста. У эпифитных растений, которые имеют воздушные
корни, корневые волоски развиваются, только тогда, когда корень сталкивается с
твердым субстратом. У некоторых растений роль корневых волосков выполняют гифы
гриба, с которым они вступают в симбиоз.
Ведущая зона, или зона боковых корней, составляет большую часть корня,
она расположена над корневыми волосками и достигает корневой шейки (места
перехода корня в стебель). В этой зоне образуются проводящие сосуды и боковые
корне. Ведущая зона - это посредник между зоной всасывания корня и надземной
частью растения.
У корня различают первичную и вторичную строение. Первичную строение имеют
молодые корни. В одних растений такое строение сохраняется всю жизнь (большинство
однодольных и незначительная часть двудольных), а в большинстве первичная строение
корня заменяется вторичной. Первичную строение имеют корни всех растений в зоне
корневых волосков. На поперечном разрезе хорошо заметны две обособленные
части: центральный цилиндр, в котором имеется радиальный пучок, и периферическая
часть, что образует кору корня с корневыми волосками.
Кора корня состоит из ризодерми и первичной коры. Ризодерма
(эпиблема) - первичная покровная ткань, клетки которой образуют корневые
волоски. С ростом корня клетки ризодерми отмирают, и покровной тканью
корня становится екзодерма (при сохранении первичной строения) или перидерма (при
вторичной строении). Под ризодермою расположена первичная кора корня. Она
состоит из паренхимных клеток, между которыми есть міжклітинники. Внешний слой
клеток (екзодерма), расположенный под ризодермою, состоит из больших, живых
клеток. В них откладываются крахмал и другие питательные вещества. Эти клетки
выполняют защитную функцию и способны пропускать воду и минеральные соли от корневых
волосков до центрального цилиндра. После отмирания клеток ризодерми екзодерма
превращается в покровную ткань.
От центрального цилиндра кора корня отделена одним слоем мертвых
клеток ендодерми. Внутренние стенки этих клеток утолщены, не пропускают воды и
газов. Между мертвыми клетками ендодерми расположены живые пропускные клетки.
Они тонкостенные, расположенные напротив сосудов центрального цилиндра и легко
пропускают растворы веществ к нему.
Центральный цилиндр занимает среднюю часть корня и состоит из различных
тканей. В периферической части его есть перицикл, состоящий из одного ряда
тонкостенных паренхимных клеток. Клетки перицикла (вторичная образовательная ткань)
периодически делятся и дают начало боковым корням (отсюда - коренетвірний
слой), камбия, паренхиме корня, дополнительным почкам корнеростковых растений.
Основу центрального цилиндра (внутри перицикла) составляет паренхімна
ткань, в которой радиально расположен сосудистый пучок корня, состоящий из
ксилемы и флоэмы. Сосуды ксилемы образуют лучи, идущие от периферии к
центра. их обычно бывает три - пять, редко - около 20. Между лучами
ксилемы расположены группы клеток флоэмы.
У большинства растений (двудольных и голосеменных) первичное строение корня
хранится недолго и переходит во вторичное строение. Такая перестройка связана
с образованием на определенном этапе их развития (после появления первых листьев) в
центральном цилиндре корня вторичной меристемы - камбия. За счет клеток
камбия образуются вторичные элементы ксилемы и флоэмы. У деревьев и кустов
вторичная ксилема и флоэма нарастают кольцами, вследствие чего строение корня
подобная строения стебля. Первичная кора и ентодерма постепенно отмирают и
отшелушиваются, а из перицикла образуется перидерма. Новые слои перидерми
закладываются в низших слоях вторичной флоэмы. Так постепенно возникает вторичная
строение корня.
Плодородие почвы. Для нормального развития растения корни должны быть
обеспечены влагой, свежим воздухом для дыхания и необходимыми минеральными
солями. Все это растения получают из почвы, который является верхним плодородным слоем земли.
В состав почвы входит песок, глина, минеральные соли, гумус, воздух и вода.
Гумус - сложный комплекс органических веществ, образующийся в почве при
разложении остатков растительных и животных организмов (перегной). Он играет
важную роль в процессах склеивания агрегатов почвы. Плодородие почвы
определяется содержанием в нем питательных веществ. Наиболее плодородные черноземы, слой
гумуса в которых достигает 1 м. Подзолистые почвы содержат мало перегноя (до 20 см). Еще
бедные перегноем глинистые и песчаные почвы.
Поглощение корнями воды и растворенных в ней минеральных веществ -
важнейшая их функция, неразрывно связана со всем комплексом процесса обмена
веществ растительного организма. Вода, поступившая в корневых волосков,
проходит сложный путь по растению, но, к сожалению, факторы, которые обеспечивают как
процесс поступления воды в корневые волоски, так и ее движение, изучены еще
недостаточно. Есть много разных теорий, которые объясняют эти процессы. Согласно
гидростатических законов величина тургорного давления во всех частях клетки
одинакова, поэтому сила всасывания большая в части, где выше осмотическое давление (S
= Г - Т, где S - сила всасывания; Р - осмотическое давление; Т - тургорного давления).
Тургор (лат. turgor - вздутие, наполнение) - напряженное состояние клеточной
оболочки, создаваемое гидростатическим давлением внутриклеточной жидкости. В растительных
клетках внутреннее давление на стену клетки всегда превышает давление на нее
внешней среды. Тургор необходим для нормального течения всех
физиологических процессов в организме растений. Благодаря тургора ткани растений
имеют определенную упругость и конструктивную прочность. Снижением тургора обусловленные
процессы увядания, автолиза и старения растений.
Осмос - явление, при котором происходит выравнивание концентраций двух
растворов, разделенных полупроницаемой оболочкой (например, клеточной
мембраной), за счет перемещения растворителя из менее концентрированного в более
концентрированного раствора. Осмотическое давление - избыточное давление со стороны раствора,
препятствует проникновению растворителя из менее концентрированного в более
концентрированный раствор через полупроницаемую мембрану.
В механизме поглощения питательных веществ корнем различают два качественно
отличные процессы: метаболический (активный) и метаболический (пассивный).
Метаболическое поглощения питательных веществ связывается, в первую очередь, с дыханием
клеток. Дыхание определяет существование активной поверхности цитоплазмы, скорость ее
обновление, насыщенность акцепторами минеральных соединений, возможность взаимодействия с
ними.
Не метаболический механизм поглощения веществ связывают с проникновением их
в клетку за градиентом концентрации. Этот процесс не зависит от обмена
веществ живой клетки. Основной движущей силой его признают диффузию и осмос.
Через корневые волоски вода поступает в клетки основных тканей корня.
Далее через пропускные клетки - в сосуды центрального цилиндра, а затем в
надземную часть растения по сосудам проводящей зоны. Сосуды корня и надземной
части растения становятся сосудами стебли. Место перехода корня в стебель несколько
утолщенное и называется корневой шейкой. Восходящий (от корня к листьям)
движение воды объясняется корневым давлением и присисною действием (транспірацією) листьев.
Наряду с этим корень выполняет выделительную функцию. Через корневые волоски
выделяются органические кислоты (уксусная, угольная, муравьиная). Корни выделяют
также ферменты и витамины, участвующие в превращении питательных веществ
при участии микрофлоры (ризосферы) в доступные для растений формы. Корень в течение
всей жизни растения не прекращает своего роста, имеет радиальную симметрию.
Для повышения плодородия почвы в него вносят различные удобрения.
Внесение удобрений во время роста растений называют подпиткой. В зависимости от формы внесения
удобрения подкормки может быть сухим или жидким.
Удобрения подразделяют на две основные группы:
1.
Минеральные удобрения (или минеральные соли) -
азотные (селитра, мочевина, сульфат аммония), фосфорные (суперфосфат), калийные
(хлорид калия, зола). Полные удобрения содержат азот, фосфор и калий (нитрофоска);
к ним относят и органическое удобрение - навоз. Если отсутствует один из
компонентов, удобрение называется неполным.
2.
Органические удобрения-это вещества органического
происхождения (навоз, птичий помет, торф, гумус).
Выделяют также бактериальные и «зеленые» удобрения. Часто в почву вносят
гранулированные удобрения - смесь торфа или гумуса с минеральными удобрениями,
приготовленную в форме шариков (гранул).
Внесение удобрений в почву должно быть строго нормированным. Оно зависит от
типа почвы и потребностей растения. Азотные удобрения хорошо растворяются в воде и
способствуют росту надземных частей растений, поэтому их вносят в почву перед
посевом. Калий необходим для роста и развития корневой системы. Фосфор
ускоряет созревание плодов и вместе с калием повышает холодостойкость растений.
Калийные удобрения хорошо растворяются в воде, и их вносят в почву в первой
половине лета. Фосфорные удобрения плохо растворимы в воде, поэтому их вносят в почву
осенью вместе с навозом. Самое распространенное органическое удобрение - навоз - содержит азот,
фосфор и калий усваиваются растением после разложения навоза микроорганизмами.
Процесс этот длительный, поэтому навоз вносят в почву осенью.
Для нормального роста и развития растений в почву в незначительном количестве
вносят микроэлементы - бор, медь, марганец, молибден, цинк, алюминий.
Минеральные соли поступают в растения в виде растворов, поэтому
подкормку лучше проводить после дождя, когда грунт насыщен влагой.
Вода необходима растению для поддержания тургора клеток, для набухания и
прорастание семян. Особенно много воды требуется в период роста.
Поливать растения рекомендуется вечером, когда спадает жара, изредка, но обильно.
Для полива посадок на больших площадях применяют специальные дождевальные
установки. В засушливых районах для орошения почвы создают оросительные
каналы и пруды.
Дыхание корней. Корни, как и все органы растения, дышит, поглощая
кислород и выделяя углекислый газ. Растения особенно страдают от недостатка
кислорода на глинистых и заболоченных почвах. Чтобы свежий воздух свободно поступал к
корни, почву регулярно рыхлят культиваторами или мотыгами. Рыхление почвы благодаря разрушению
капилляров позволяет сохранять влагу, поэтому его часто называют «сухим
поливанием».
Основные видоизменения корней. В процессе приспособления растений к условиям
существование корней приобрело кроме основных (удержание растения в почве и
всасывание растворов) некоторые дополнительные функции. К ним относится накопление
запасных питательных веществ, особенно в дву - и многолетних травянистых растений,
которые ежегодно теряют надземные побеги. Утолщенное в результате отложения
питательных веществ главное корни называется корнеплодом (свекла, брюква, репа,
морковь, турнепс, петрушка). Утолщения придаточных корней (ятрышник, георгин)
называются корневыми клубнями. У большинства растений с видоизменениями стебля
(корневищные, луковичные и другие) кроме обычных корней развиваются
сократительные, или втянуты, корни. Например, у видов крокуса (шафрана) с
семейства ирисовых в период цветения низкое междоузлия побега превращается
на бульбу, которая покрывается затем измененным листьями (клубнелуковица).
В некоторых тропических древесных растений, живущих на бедных кислородом
болотистых почвах, развивается дыхательные корни. Это отростки боковых корней,
которые растут вертикально вверх и возвышаются над водой или почвой. Они богаты
повітроносною тканью - аеренхімою - с большими межклеточными пространствами,
через которые атмосферный воздух проникает в подземные части корней.
Корни водяных растений, которые укореняются в почве, лишены корневых
волосков. У растений - паразитов (повилика, омела) корни превращаются в
сосущие органы.
Рис. 28.
Симбіотічна фиксация азота в корневых бульбочках бобовых: 1 - корень из гороха
бульбочками; 2 - бульбочки в разрезе; С - проникновение бактерий сквозь куприки
корневых волосков.