Корень — Вегетативные органы - СТРОЕНИЕ ПОКРЫТОСЕМЕННОГО (ЦВЕТКОВОГО)РАСТЕНИЯ - НАД ЦАРСТВО ЯДЕРНЫЕ ОРГАНИЗМЫ - РАЗНООБРАЗИЕ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ

Развитие корня из зародышевого корешка. Виды корней. Типы корневых систем (стержневая и мочковатая). Внешнее и внутреннее строение корня в связи с его функциями. Зоны корня. Рост корня. Поглощение корнями воды и минеральных солей, необходимых растению. Удобрения. Дыхание корней. Значение обработки почвы, внесения удобрений, полива для жизни культурных растений. Корнеплоды (видоизменение корня). Значение корня.

Общие указания. Рассматривая проводящую систему корня, проанализируйте рис. 23 и 24, где даны продольный и поперечный разрезы корня в зоне всасывания (зоне корневых волосков). На рисунках показано, что молодой корень состоит как бы из трех вставленных друг в друга цилиндров. Наружный — самый тонкостенный — образован кожицей корня (ризодермой) с корневыми волосками. Средний — самый толстостенный — представляет кору корня, состоящую из основной ткани. Кора корня играет важную роль в проведении воды и минеральных солей от корневых волосков к центру корня. Внутренний цилиндр, называемый центральным, состоит из проводящих комплексов — древесины и луба. По сосудам древесины поглощенные корнем вода и минеральные соли поднимаются вверх к стеблю и листьям. По ситовидным трубкам луба в корень поступают органические вещества, образующиеся в листьях, — глюкоза, сахароза.

Рис. 23. Продольный разрез корня

Рис. 24. Поперечный срез корня в зоне корневых волосков (справа)

Для осевых вегетативных органов растений — корня и стебля — характерны тропизмы — определенные направления роста. Корень обладает положительным геотропизмом, т. е. направлен к центру Земли. У стебля, наоборот, положительный гелиотропизм, т. е. рост направлен к солнцу.

Задание 22

• Повторить учебный материал.

• Рассмотреть схему 41.

• Ответить на вопросы для самоконтроля.

• Выполнить контрольную работу № 30.

• Дать подписи к рисункам 22-24, проанализировать схему 42 и рисунок 25.

• Повторить по словарю термины и понятия.

Рис. 25. Корнеплод сахарной свеклы

Схема 41

Схема 42

Вопросы для самоконтроля (корень)

• Дайте определение корня.

• Что называют главным корнем, из чего он вырастает?

• Какие корни называют придаточными?

• Какая форма корневой системы формируется, если развиты только придаточные корни?

• Какую форму обычно имеет главный корень?

• Что входит в понятие «корневая система»?

• Какие зоны выделяют у корней?

• В какой зоне находится верхушечная образовательная ткань?

• Какой процесс происходит в этой зоне?

• Чем отличается зона деления от зоны растяжения?

• Какую функцию и какое строение в связи с этой функцией имеет зона корневых волосков?

• Какую роль играет наружная мембрана корневого волоска в поглощении воды и минеральных солей?

• Что такое осмотическое давление? Как законы диффузии действуют в клетке?

• Куда попадает вода из корневых волосков?

• Есть ли разница в концентрации внутриклеточной среды между клетками коры корня и центрального цилиндра и какой это имеет физиологический смысл?

• Какими тканями представлены кора корня и центральный цилиндр?

• Как создается корневое давление и какое оно имеет значение для попадания воды в весенние безлистные побеги?

• Каким образом поступают минеральные вещества и вода в побеги летом?

• Назовите все функции корней.

• Какие функции корней вызывают их видоизменения?

• Как называют корни редьки, моркови, георгина, повилики?

• Имеют ли развитые корнеплоды дикорастущие растения или это результат селекции и отбора?

• Какие корни формируются при вегетативном размножении растений?

• Каким методом проверяют значение различных химических элементов в жизнедеятельности растения?

• Что такое водные культуры и гидропоника?

• Какое значение имеет почва в жизни растений?

• Как формируется почва?

• Что представляют собой главные типы почв различных природных зон России?

• Какое значение для растения в целом и для жизнедеятельности клетки имеют соли азота, фосфора, калия, натрия?

• В виде каких удобрений вносят эти соли в почву?

• Какие химические элементы называют макро- и микроэлементами?

• Какую роль в почвообразовательных процессах играют бактерии, грибы?

• Какова роль почвы в экологической системе?

Контрольная работа № 30

1. Как называют корень, возникший из зародышевого корешка (боковой, придаточный, главный)?

2. Как называют корень, растущий от стебля, листа (боковой, придаточный, главный)?

3. У каких растений хорошо развит главный корень (мхи, папоротники, голосеменные, покрытосеменные двудольные, однодольные)?

4. Какую форму имеет система придаточных корней (стержневая, мочковатая)?

5. В какой зоне корня происходит митотическое деление клеток (зона всысывания, зона проведения, зона деления, зона растяжения)?

6. Что характерно для коры корня (наличие проводящих тканей, отсутствие проводящих тканей)?

7. Какие ткани представлены в центральном цилиндре корня (покровные, проводящие, основные)?

8. Какие ткани проводят воду с минеральными веществами (ситовидные трубки, сосуды, волокна, камбий)?

9. По каким тканям движутся углеводы (сосуды, ситовидные трубки, камбий)?

10. Как называется выращивание растений на дистиллированной воде с добавлением различных питательных солей (гидропоника, водные культуры)?

Словарь основных терминов и понятий

Вегетативные органы — органы (корень, стебель, лист), представляющие тело растения. Они выполняют функции питания, связи со средой обитания и вегетативного размножения (см. рис. 21).

Значение корня — закрепление растения в почве, поглощение воды и минеральных солей, запасание органических веществ, синтез аминокислот и гормонов, дыхание, симбиоз с грибами и клубеньковыми бактериями, вегетативное размножение (у корнеотпрысковых растений).

Зоны корня — участки верхушки растущего корня. Различают: зону деления, или конус нарастания корня, где происходит увеличение числа клеток в результате митотического деления; зону растяжения, в которой увеличиваются размеры клеток; зону всасывания, содержащую большое количество корневых волосков, функция которых состоит в поглощении воды и минеральных солей из почвенного раствора. В этой же зоне формируются проводящие ткани корня. Следующая зона — проведения (опробковевшая зона), так как корень на всем своем протяжении покрыт опробковевшими тканями. Здесь в восходящем направлении осуществляется транспорт воды и минеральных солей по сосудам ксилемы, а в нисходящем — углеводов по ситовидным трубкам флоэмы.

Корень — осевой вегетативный орган растения, обладающий неограниченным верхушечным ростом, положительным геотропизмом, имеющий радиальное строение и никогда не несущий листьев. Главный корень образуется из зародышевого корешка; придаточные корни развиваются на стеблях и листьях; боковые корни представляют собой ответвления любых корней. Корень закрепляет растение в почве, поглощает воду и минеральные вещества, запасает органические вещества, вступает в симбиоз с грибами и бактериями, а у корнеотпрысковых растений (вишня, малина, бодяк, осот) служит для вегетативного размножения.

Корневая система — совокупность всех корней растения. Стержневая корневая система имеет хорошо выраженный главный корень стержневой формы (укроп, морковь). Мочковатая корневая система состоит из большого числа придаточных корней, одинаковых по величине (лук, рожь). Если у растения хорошо выражен главный корень и развиваются придаточные корни, то формируется корневая система смешанного типа (капуста, помидор).

Корневой клубень — видоизмененный утолщенный боковой или придаточный корень, выполняющий функцию запасания питательных веществ (георгина, батат, аспарагус, лапчатка).

Корневой чехлик — защитный покров на верхушке корня, клетки которого постоянно обновляются за счет деления. Он прокладывает корню проходы в почве и участвует в положительных геотропических реакциях (направление роста корня к центру Земли).

Корнеплод — видоизмененный утолщенный главный корень, который переходит в шейку (разросшееся подсемядольное колено) и головку (укороченный главный побег). Покрыт пробкой. Служит для запасания питательных веществ, а у двулетников (морковь, свекла) — для весеннего возобновления растений и последующего цветения. У корнеплодов моркови одно кольцо камбия, у свеклы — много (рис. 25, схема 42).

Микориза (греч. «микос» — гриб, «риза» — корень) — грибокорень, симбиоз мицелия гриба и корней высшего растения. Чаще всего в микоризе участвуют базидиальные грибы — белый гриб, сыроежка, подберезовик, подосиновик, масленок, мухомор. Гриб участвует в поглощении воды из почвы, способствует усвоению соединений азота, фосфатов, а сам при этом использует углеводы, синтезируемые растением. Гифы гриба образуют вокруг корня плотно сплетенный чехол. Обычно он формируется на сосущих корнях, осуществляющих всасывание почвенного раствора. Эти корни дальше не растут, а образуют разветвления наподобие кораллов. Гифы внедряются по межклетникам в наружные слои первичной коры корня и извлекают оттуда необходимые вещества, сами при этом частично расщепляются ферментами растения и усваиваются им. Симбиотические грибы вне симбиоза не растут, также, как и лесные породы не растут без микоризы. (Это явление наблюдалось в нашей стране при создании полезащитных лесонасаждений в степной зоне, т. е. там, где до этого леса не росли.)

Симбиозы корня. Корни растений образуют симбиозы как с клубеньковыми бактериями, так и с мицелиями грибов. Азотфиксация осуществляется как свободноживущими бактериями (азотобактер), так и живущими в симбиозе с высшими растениями (клубеньковыми бактериями ризобиум). Фиксация происходит под действием фермента нитрогеназы, которая катализирует восстановление свободного азота N2 до аммика NH3 с участием АТФ и восстановителя, например ферродоксина. Затем аммиак NH3 преобразуется в аминогруппу — NH2, которая идет на образование аминокислот. Так, за один год бактерии, живущие в симбиозе с растениями семейства бобовых, связывают 170-300 кг азота на 1 га, в то время как свободноживущие — лишь 15-30 кг/га. Поэтому бобовые растения очень богаты белком и являются обязательным компонентом севооборотов.

Строение корня (внутреннее) — различают первичное и вторичное. Первичное строение характерно для зоны всасывания корней однодольных и двудольных и для зоны проведения однодольных. Оно формируется за счет первичных меристем и представлено тремя как бы вставленными друг в друга цилиндрами разного диаметра. В самом центре находится узкий центральный осевой цилиндр. Он образован прокамбием и состоит из радиального проводящего пучка с различным числом лучей и однорядного внешнего слоя клеток перицикла. Функция центрального цилиндра — проводящая и механическая. Перицикл является меристемой, образующей боковые корни, а также два вида камбия — межпучковый и пробковый. (Последний характерен для двудольных и голосеменных растений.) Далее расположен самый толстостенный цилиндр — первичная кора. Она образована основной меристемой и представлена основной тканью — паренхимой, выполняющей различные функции: проведение воды и минеральных веществ в радиальном направлении (от поверхности корня к центральному цилиндру), участие в симбиозе и в биосинтезе различных веществ. На пути воды расположен слой, который регулирует ее движение с помощью чередующихся пропускных и водонепроницаемых клеток. Пропускные клетки лежат напротив лучей ксилемы, куда вода и должна попасть. Этот внутренний слой первичной коры называется эндодерма (дословно — «внутренняя кожа»). Третий, самый тонкостенный цилиндр представлен одним слоем клеток ризодермы — кожицы корня (эпиблемы). Каждая клетка этого слоя имеет вырост — корневой волосок, на конце которого расположено клеточное ядро. Стенки клеток остаются целлюлозными, так как через них осуществляется всасывание воды. На данном участке корня ризодерма существует всего несколько дней. Вторичное строение корня характерно только для двудольных покрытосеменных и г олосеменных растений, т. е. для растений, имеющих вторичные меристемы — камбий и феллоген. В формировании вторичного строения участвует только центральный цилиндр, а первичная кора и ризодерма отмирают и слущиваются. Центральный же цилиндр разрастается в ширину за счет работы камбия, который закладывается из прокамбия, оставшегося между ксилемой и флоэмой радиального проводящего пучка. Снаружи корень покрывается пробкой, образовавшейся из феллогена перициклического происхождения. За исключением первичной ксилемы проводящего пучка, расположенной в центре органа, все ткани корня вторичного строения имеют вторичное происхождение.

Транспорт воды в корне — всасывание воды корневыми волосками из почвенного питательного раствора и проведение ее 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 (Р) и тургорным (Т) давлением: S = Р - Т. Когда осмотическое давление равно тургорному (Р = Т), то S = 0, вода перестает поступать в клетку корневого волоска. Если же 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 ее концентрацией в место с меньшей концентрацией) и создает 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. Излишняя вода выделяется в капельножидком виде на краях листьев земляники, розы, манжетки, капусты, а в ивовых прибрежных лесах с деревьев буквально льет дождь при безоблачном небе. Корневое давление является нижним двигателем водного тока, а сосущая сила листьев — верхним.

Физиологические типы корней — типы корней в зависимости от выполняемой ими функции. По функции корни бывают следующих типов: 1) ростовые (скелетные) — корни, формирующие большую часть корневой системы. Они служат опорой растению, закрепляя его в почве, проводят воду и минеральные вещества в восходящем токе и углеводы — в нисходящем; являются местом синтеза и отложения многих запасных и биологически активных веществ. Покрыты опробковевшей тканью или пробкой; 2) сосущие корни — выполняющие функцию всасывания почвенных растворов. Они несут на себе корневые волоски и вступают в симбиоз с грибами, образуя грибокорень (микоризу). Эти корни тонкие, нежные, медленно растущие, недолговечные. Особенно четко сосущие корни выражены у древесных растений.

Форма корней — весьма разнообразна. По форме корни могут быть: стержневидными (осот), нитевидными (проростки), конусовидными (петрушка, цикорий), реповидными (репа, свекла), веретеновидными (морковь), досковидными (фикусы, стеркулия), клубневидными (цикламен, орхидея ятрышник), столбовидными (баньян — дерево-роща) и др.

Экологические типы корней — типы корней в зависимости от их местообитания. По этому признаку выделяют следующие типы корней: почвенные — расположенные в почве (характерны для большинства растений); воздушные — обитающие в воздухе и не стремящиеся к почве (бромелии, орхидеи, растущие на стволах деревьев); водные — не укореняющиеся на дне (ряска); гаустории — внедряющиеся в тело растения-хозяина (стеблевые паразиты повилика, омела, корневые паразиты заразиха, раффлезия); пневматофоры (дыхательные корни) — растущие вертикально вверх, в воздух, корни, предназначенные для дыхания. Свойственны растениям, произрастающим на тропических болотах (растения мангровых зарослей, например болотный кипарис); втягивающие — заглубляющие в почву основания побегов для сохранения зимующих почек (лилия, амариллис, тюльпан и другие многолетние травы), запасающие — выполняющие функцию запасания питательных веществ. Обычно формируются за счет разрастания паренхимы древесины (корнеплоды редьки, редиса) или луба (корнеплод моркови); захватывающие площадь питания, свойственные корнеотпрысковым растениям (бодяк, осот, вишня, малина, одуванчик); ходульные — дающие дополнительную опору побегам (монстера, баньян); прицепки — прикрепляющие растение к камням, стенам, другим растениям, для того чтобы поднять побеги вверх (плющ, ваниль, тэкома); симбиотические — образующие симбиоз с клубеньковыми азотфиксирующими бактериями (у бобовых растений) или образующие грибокорень в симбиозе с грибами.