Зоны корня растений. Зона деления, всасывания, проведения, роста
В нашей статье мы рассмотрим зоны строения корня, которые позволяют ему осуществлять важнейшие функции в растительном организме. Внутреннее строение этого органа отличается четкой дифференциацией, благодаря которой осуществляется согласованная работа всего организма.
Что такое корень
Корнем называют осевой подземный орган растения. В зависимости от особенностей расположения различают главный, боковые и придаточные. Первый вид определить очень просто. Главный корень у растения всегда один. На нем расположены боковые. Вместе они формируют стержневую корневую систему. Она характерна для всех представителей класса Двудольные, включающие всем известные семейства Розоцветных, Пасленовых, Астровых, Капустных, Бобовых, и других. Прямо от побега отходят придаточные корни. Они растут пучком. Такую корневую систему, которая называется мочковатой, имеют Однодольные растения: Злаковые, Луковые и Лилейные.
Функции корня
Главная задача подземного органа заключается в закреплении растения в почве, обеспечения его водой и растворами минеральных веществ. С помощью корня происходит поглощение из почвы соединений азота, калия, железа, магния, фосфора и других элементов. Этот процесс называется минеральным питанием. Полученные вещества растения используют для самостоятельного синтеза органических соединений.
Корень и побег осуществляют свои функции в тесной взаимосвязи. Подземный орган обеспечивает растение водой с растворами минеральных веществ. Они поступают из корня ко всем частям побега. Это восходящий ток веществ. В свою очередь, в результате фотосинтеза в листьях образуются органические вещества. Они передвигаются из побега в корень, осуществляя нисходящий ток.
В отдельных случаях зоны корня растений видоизменяются для выполнения дополнительных функций. К примеру, у редиса, репы, моркови и свеклы подземный орган утолщается для запаса резервных веществ. А плющ при помощи корней-прицепок надежно цепляется за опору. Многие паразитические растения вообще не способны к фотосинтезу. Питание таких организмов происходит исключительно за счет корневой системы. Примером этому случит растение — паразит повилика. Своими корнями оно проникает в клетки организма хозяина, поглощая его соки.
Зоны корня растения
Если разрезать подземный орган вдоль его оси, можно без труда заметить зоны корня. Все они являются специализированными, с четкой взаимосвязью особенностей строения и выполняемых функций. Зоны расположены в следующей последовательности: корневой чехлик, деления, растяжения, всасывания, проведения. Уже только по названиям можно догадаться, из элементов каких тканей они состоят, и какова их роль в жизнедеятельности растительных организмов. Рассмотрим каждую из них более подробно.
Корневой чехлик
Чтобы проникнуть вглубь почвы, корень постоянно нарастает своей верхушкой. Эту функцию осуществляет зона деления корня, которая покрыта корневым чехликом. Он надежно защищает клетки образовательной ткани от механических повреждений, предотвращает повреждение верхушки подземного органа во время его проникновения в почву.
Корневой чехлик образован несколькими слоями живых клеток покровной ткани. Они не однородны по своему строению. Так, клетки наружного слоя постоянно разрушаются при соприкосновении с частицами почвы. Поэтому они требуют восстановления. Этот процесс происходит за счет деления клеток образовательной ткани изнутри. Корневой чехлик также играет роль своеобразного «навигатора» для подземного органа растений. Поскольку он обладает способностью воспринимать силу земного притяжения, эта зона определяет направление роста корня в глубину.
Меристема
Далее следует часть корня, объединяющая две зоны: деления и растяжения. За счет этих структур осуществляется увеличение его размеров. Поэтому ее называют зона роста корня. Какими особенностями строения обладает каждая из них?
Зона деления корня располагается за корневым чехликом. Она полностью сформирована образовательной тканью — меристемой, длина которой не превышает 3 мм. Ее клетки мелкие, плотно прилегают друг к другу, имеют тонкие стенки. Эта зона обладает уникальной способностью. При ее делении образуются клетки любых других тканей. Это очень важно для восстановления утраченных или поврежденных частей органов растительного организма.
Зона растяжения
За меристемой зона роста корня продолжается клетками другого типа. Они постоянно растут, удлиняются, приобретая фиксированную форму и размеры. Это зона растяжения. Размеры ее также незначительны: всего несколько мм. Увеличиваясь в размерах, ее клетки продвигают меристему с корневым чехликом все глубже. Зона растяжения также создана образовательной тканью. Поэтому здесь могут формироваться клетки любых типов.
Зона всасывания корня
Следующая структура имеет более значительные размеры, занимая участок от 5 до 20 мм. Это зона всасывания корня. Ее основной функцией является поглощение воды с раствором питательных веществ из почвы. Данный процесс осуществляется при помощи корневых волосков, которые являются выростами клеток покровной ткани. Их длина варьирует от нескольких миллиметров до одного сантиметра. Иногда этот показатель превышает размеры самих клеток.
Корневые волоски — постоянно обновляющиеся образования. Они живут до 20 дней, после чего отмирают. Новые волоски образуются из клеток, которые располагаются вблизи зоны роста. При этом в верхней части они исчезают. Поэтому получается, что зона всасывания по мере роста корня погружается в почву все глубже.
Корневые волоски очень легко повредить. Поэтому во время пересадки растений рекомендуется переносить его вместе с почвой, в которой оно росло до этого. Структуры эти достаточно многочисленны. На 1 квадратном миллиметре образуется несколько сотен корневых волосков. Это значительно увеличивает поверхность всасывания, которая в несколько сотен раз превышает площадь побега растения.
Боковые корни
Зона проведения корня, или боковых корней, является самой большой. Это участок, в пределах которого подземный орган утолщается и ветвится. Здесь формируются боковые корни растения. В зоне проведения нет корневых волосков, поэтому поглощение питательных веществ из почвы не осуществляется. Зона проведения корня служит «транспортной магистралью» от зоны всасывания к наземной части растения.
Читайте также: Какая ткань замещает паренхиму тимуса при инволюции
Особенности внутреннего строения
Как видите, все зоны корня отличаются четкой специализацией. Это касается и внутреннего строения подземного органа. На поперечном срезе корня в зоне всасывания отчетливо видно несколько слоев. Снаружи находится покровная ткань. Она представлена одним слоем живых клеток кожицы. Именно они формируют новые корневые волоски.
Под кожицей размещается кора. Это несколько слоев основной ткани. Через них передвигаются растворы минеральных веществ из корневых волосков к элементам проводящей ткани. Внутреннюю осевую часть корня занимает центральный цилиндр. Эта структура состоит из сосудов и ситовидных трубок, а также элементов механической и запасающей ткани. Вокруг центрального цилиндра находится слой клеток образовательной ткани, из которых формируются боковые корни.
Способы формирования корневой системы
Знания о строении и физиологии подземного органа растений человек издавна использует в своей хозяйственной деятельности. Так, для формирования дополнительных корней, развивающихся в поверхностном слое почвы, рекомендуется окучивать участок и подсыпать землю к основанию побегов.
Чтобы увеличить количество боковых корней применяется метод пикировки. Осуществляют его во время пересаживания рассады в открытый грунт. Для этого у проростка отщипывают кончик главного корня, в результате чего вся система становится более разветвленной. Боковые корни разрастаются, а значит, почвенное питание растений осуществляется более эффективно. Кроме того, при окучивании и пикировке их преобладающее количество развивается в верхнем слое почвы, который является более плодородным.
Итак, зоны корня представляют собой разные по особенностям строения участки осевого подземного органа растений. Все они отличаются узкой специализацией, обусловленной особенностями их строения. Различают следующие участки: корневой чехлик, деления, роста, включающие зоны растяжения и всасывания, и проведения.
Корень
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.
Читайте также: Как сделать красную ткань черной
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.
Читайте также: Ткань казанова аскона характеристики
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.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом