Корень растений: морфология, функции, стержневая и мочковатая корневые системы. Каковы основные функции корней в жизни растений? Основные функции корня

Одной из важнейших частей растения является корень. Именно он обеспечивает нормальную жизнедеятельность деревьев, трав, кустарников и даже водных представителей флоры. Зачастую надземная часть растения — это лишь верхушка айсберга. Большая его часть может находиться под землёй. Неслучайно корни столь велики, ведь на них возложены очень важные функции. Давайте поближе познакомимся с удивительными особенностями растительного мира.

Функции корней

Корни каждого растения выполняют целый спектр задач, который может разниться от вида к виду, но в большинстве случаев эти задачи одинаковы как для деревьев, так и для меньших их собратьев. Корни деревьев и других надземных растений позволяют им удерживаться в вертикальном положении, противостоять ветру и животным. Это особенно актуально для больших деревьев из-за их массы и высоты. Корневая система помогает им прикрепляться ко дну, а также предотвращает переворачивание некоторых из них.

Ещё одна функция корней — питательная. Они поглощают воду и из почвы и доставляют их в нужные места. Также в них синтезируются некоторые аминокислоты, алкалоиды и другие элементы, в которых нуждаются растения. Некоторые из представителей флоры вообще запасают полезные вещества прямо в корнях (в основном это крахмал и прочие углеводы). Также не стоит забывать о такой вещи, как микориза — симбиоз растения с грибами. Ключевую роль в нём играет именно корень. таково, что некоторые растения размножаются с его помощью - корневыми отпрысками.

Виды корней

В зависимости от строения и функции, которая на них возлагается, существуют разные типы корней. Первый — главный. Он вырастает прямо из семени при его прорастании, чтобы затем стать основной осью всей корневой системы. Помимо главного корня есть также придаточные. Они образуются из разнообразных мест — на стеблях, иногда на листьях, а в некоторых случаях даже на цветах. Ещё один вид — боковые корни. Они появляются из главного или придаточных корней и ветвятся в стороны, образуя новые и новые отростки.

Корневые системы

Все корни, которыми располагает растение, образуют корневую систему. В зависимости от роли различных корней в жизни их хозяина, различают два вида систем — стержневую и мочковатую. Первую отличает ориентированность на главный корень, который разрастается наиболее интенсивно. В этом типе основной стержень развивается значительно эффективнее, нежели боковые. Однако это различие можно заметить в основном на начальном этапе роста. Со временем боковые корни начинают неумолимо догонять своего главного собрата, а у старых растений они даже больше, чем основной. Стержневая система характерна в основном для

Второй тип отличают противоположные стержневому особенности корня. Такую систему называют мочковатой. Она характерна для и отличают её многочисленные придаточные и боковые отростки, заполоняющие пространство под растением. При этом главный корень обычно развит слабо или практически неразвит.

Корень. Строение корня

Каждый корень разделяется на несколько зон, каждая из которых отвечает за собственные уникальные функции. Одно из важнейших мест — зона деления. Она находится на кончике каждого корня и отвечает за его рост в длину. Здесь постоянно размножаются мириады маленьких клеточек. Такой процесс позволяет этой части корня выполнять свою нелёгкую задачу. Но зона деления бесполезна без корневого чехлика, который находится на конце каждого корешка. Он представляет собой слои сросшихся клеток, которые защищают делящиеся клетки от механических повреждений. Помимо этого, корневой чехлик выделяет своеобразную слизь, способствующую продвижению корней в почве.

Следующий сегмент корня — зона растяжения. Она располагается сразу за областью деления и отличается тем, что её клетки постоянно растут, хотя в них практически полностью отсутствует процесс деления. Затем идёт зона всасывания — место, в котором втягиваются из почвы вода и минеральные вещества. Происходит это благодаря мириадам крошечных волосков, покрывающих этот участок. Они существенно увеличивают общую площадь поглощения. При этом каждый волосок работает как насос, всасывая из почвы всё необходимое. Дальше идёт зона проведения, отвечающая за транспортировку воды с минеральными веществами наверх. Также отсюда спускаются вниз элементы, отвечающие за жизнедеятельность корневой системы. Эта часть весьма прочна и именно из неё растут боковые корни.

Поперечный срез

Если разрезать корень, то можно увидеть слои, из которых он состоит. Сначала идёт кожица шириной всего лишь в одну клетку. Под ней можно увидеть основу корня — паренхиму. Именно через её рыхлую ткань вода с минеральными веществами поступает в осевой цилиндр. Формирует его перикамбий — образовательная которая обычно окружает

Вокруг проводящего цилиндра располагаются плотно сомкнутые клетки эндодермы. Они водонепроницаемы, что заставляет живительную влагу с минералами двигаться вверх. Но как же тогда жидкость попадает внутрь? Это происходит благодаря специальным пропускным клеткам, расположенным на эндодерме. В большинстве случаев корни травы, деревьев, кустарников имеют такую структуру, хотя иногда бывают различия.

Микориза

Зачастую корни деревьев являются местом их симбиоза с другими формами жизни. Наиболее частыми партнёрами растений становятся грибы.

Это явление называется микоризой, что расшифровывается как "грибокорень". В это трудно поверить, но большинство деревьев зависят от плодотворного союза с мицелием. Привычные нам берёзки, клёны и дубы извлекают немало пользы из этого симбиоза.

При взаимодействии грибницы с корнями происходит обмен, при котором мицелий отдаёт дереву незаменимые минеральные вещества, получая взамен углеводы. Этот эволюционный ход позволил многим видам растений жить в условиях, неподходящих для их вида. Более того, некоторые представители флоры не существовали бы вовсе, если бы не микориза. Помимо симбиоза с грибами, есть выгодное сотрудничество с бактериями, к которому прибегает корень. Строение корня в этом случае будет отличаться от привычного нам. На нём можно обнаружить клубеньки, в которых обитают специальные бактерии, снабжающие дерево атмосферным азотом.

Вывод

Одной из важнейших частей любого растения является корень. Строение корня идеально приспособлено для задач, которые он выполняет. Корневая система — удивительный механизм, питающий растения. Не напрасно различные мистические течения считают, что дерево объединяет в себе силы неба и земли. Его надземная часть поглощает солнечный свет, а корни получают питание из почвы.

Значение корневой системы не очевидно, так как основное внимание приковывает к себе надземная часть растения: листва, ствол, цветок, стебель. Корень при этом остаётся в тени, скромно выполняя свою почётную миссию.

Вопросы:
1.Функции корня
2.Виды корней
3.Типы корневой системы
4.Зоны корня
5.Видоизменение корней
6.Процессы жизнедеятельности в корне

1. Функции корня
Корень – это подземный орган растения.
Основные функции корня:
- опорная: корни закрепляют растение в почве и удерживают на протяжении всей жизни;
- питательная: через корни растение получает воду с растворенными минеральными и органическими веществами;
- запасающая: в некоторых корнях могут накапливаться питательные вещества.

2. Виды корней

Различают главные, придаточные и боковые корни. При прорастании семени первым появляется зародышевый корешок, который превращается в главный. На стеблях могут появляться придаточные корни. От главных и придаточных корней отходят боковые корни. Придаточные корни обеспечивают растение дополнительным питанием и выполняют механическую функцию. Развиваются при окучивании, например, томатов и картофеля.

3. Типы корневой системы

Корни одного растения – это корневая система. Корневая система бывает стержневая и мочковатая. В стержневой корневой системе хорошо развит главный корень. Ее имеет большинство двудольных растений (свекла, морковь). У многолетних растений главный корень может отмирать, а питание происходит за счет боковых корней, поэтому главный корень можно проследить только у молодых растений.

Мочковатая корневая система образована только придаточными и боковыми корнями. В ней нет главного корня. Такую систему имеют однодольные растения, например, злаки, лук.

Корневые системы занимают много места в почве. Например, у ржи корни распространяются вширь на 1-1,5 м и проникают вглубь до 2 м.

4. Зоны корня
В молодом корне можно выделить следующие зоны: корневой чехлик, зона деления, зона роста, зона всасывания.

Корневой чехлик имеет более темный цвет, это самый кончик корня. Клетки корневого чехлика защищают верхушку корня от повреждений твердыми частицами почвы. Клетки чехлика образованы покровной тканью и постоянно обновляются.

Зона всасывания имеет множество корневых волосков, которые пред-ставляют собой вытянутые клетки длиной не более 10 мм. Выглядит эта зона в виде пушка, т.к. корневые волоски очень маленькие. Клетки корневого волоска также, как и другие клетки, имеют цитоплазму, ядро и вакуоли с клеточным соком. Эти клетки недолговечны, быстро отмирают, а на их место образуются новые из более молодых поверхностных клеток, расположенных ближе к кончику корня. Задача корневых волосков – всасывание воды с растворенными питательными веществами. Зона всасывания постоянно перемещается за счет обновления клеток. Она нежная и легко повреждается при пересадке. Здесь присутствуют клетки основной ткани.

Зона проведения . Находится выше всасывания, не имеет корневых во-лосков, поверхность покрыта покровной тканью, а в толще находится проводящая ткань. Клетки зоны проведения представляют собой сосуды, по которым вода с растворенными веществами перемещается в стебель и в листья. Здесь так же находятся клетки-сосуды, по которым органические вещества из листьев поступают в корень.

Весь корень покрыт клетками механической ткани, что обеспечивает прочность и упругость корня. Клетки вытянутые, покрыты толстой обо-лочкой и заполнены воздухом.

5. Видоизменение корней

Глубина проникновения корней в почву зависит от условий, в которых находятся растения. На длину корней влияет влажность, состав почвы, вечная мерзлота.

Длинные корни образуются у растений в засушливых местах. Особенно это характерно для растений пустынь. Так у верблюжьей колючки корневая система достигает 15-25 м в длину. У пшеницы на неорошаемых полях корни достигают в длину до 2,5 м, а на орошаемых – 50 см и увеличивается их густота.

Вечная мерзлота ограничивает рост корней в глубину. Например, в тундре у карликовой березы корни всего 20 см. Корни поверхностные, ветвистые.

В процессе приспособления к условиям среды корни растений видоизменились и стали выполнять дополнительные функции.

1. Корневые клубни выполняют роль хранилища питательных веществ вместо плодов. Возникают такие клубни в результате утолщения боковых или придаточных корней. Например, георгины.

2. Корнеплоды – видоизменения главного корня у таких растений, как морковь, репа, свекла. Корнеплоды образуются нижней частью стебля и верхней частью главного корня. В отличие от плодов они не имеют семян. Корнеплоды имеют двулетние растения. 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.

3. Корни-прицепки (присоски) – придаточные кори, развивающиеся у растений тропических мест. Они позволяют крепиться к вертикальным опорам (к стене, скале, стволу дерева), вынося листву к свету. Примером может быть плющ и ломонос.

4. 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.

5. Воздушные корни образуются у растений, произрастающих во влажных экваториальных и тропических лесах. Такие корни свисают вниз и поглощают дождевую воду из воздуха – встречаются у орхидей, бромелиевых, у некоторых папоротников, у монстеры.

Воздушные корни-подпорки – это придаточные корни, образующиеся на ветвях деревьев и достигающие земли. Возникают у баньяна, фикуса.

6. Ходульные корни. У растений, произрастающих в приливно-отливной зоне, развиваются ходульные корни. Они высоко над водой удерживают на зыбком илистом грунте крупные облиственные побеги.

7. Дыхательные корни образуются у растений, которым не хватает кислорода для дыхания. Растения произрастают в преизбыточно увлажненных местах – в топких болотах, заводях, морских лиманах. Корни растут вертикально вверх и выходят на поверхность, поглощая воздух. Примером могут быть ива ломкая, болотный кипарис, мангровые леса.

6. Процессы жизнедеятельности в корне

1 - Всасывание корнями воды

Всасывание воды корневыми волосками из почвенного питательного раствора и проведение её по клеткам первичной коры происходит за счет разницы давлений и осмоса. Осмотическое давление в клетках заставляет минеральные вещества проникать в клетки, т.к. их содержание солей в них меньше, чем в почве. Интенсивность поглощения воды корневыми волосками называется сосущей силой. 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. Корневое давление можно подтвердить с помощью серии опытов.

Растение с корнями опускается в стакан с водой. Поверх воды для защиты её от испарения нальём тонкий слой растительного масла и отметим уровень. Через день-два вода в ёмкости опустилась ниже отметки. Следовательно, корни всосали воду и подали её наверх к листьям.

Цель: выяснить основную функцию корня.

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. Вода в стеклянной трубке поднимается, и вытекает наружу. Это доказывает, что воду из почвы корень всасывает в стебель.

Цель: выяснить, как температура влияет на работу корня.

Один стакан должен быть с тёплой водой (+17-18ºС), а другой с холодной (+1-2ºС). В первом случае вода выделяется обильно, во втором – мало, или совсем приостанавливается. 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.

2 - Минеральное питание

Физиологическая роль минеральных веществ очень велика. Они являются основой для синтеза органических соединений и непосредственно влияют на обмен веществ; выполняют функцию катализаторов биохимических реакций; воздействуют на тургор клетки и проницаемость протоплазмы; являются центрами электрических и радиоактивных явлений в растительных организмах. С помощью корня осуществляется минеральное питание растения.

3 - Дыхание корней

Для нормального роста и развития растения необходимо чтобы к корню поступал свежий воздух.

Цель: проверить наличие дыхания у корней.

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. Через некоторое время растение во втором сосуде перестанет расти, зачахнет, и в конце концов погибнет. Гибель растения наступает из-за недостатка воздуха, необходимого для дыхания корня.

Установлено, что нормальное развитие растений возможно только при наличии в питательном растворе трёх веществ – азота, фосфора и серы 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.

§ Поглощение воды и минеральных веществ. Поступление почвенного раствора в корень происходит через корневые волоски. Волоски активно воздействуют на содержимое почвы, выделяя различные вещества, облегчающие избирательное поглощение ионов из почвы. Так как концентрация минеральных веществ в клеточном соке выше, чем в почвенном растворе, вода с растворенными в ней минеральными солями в виде ионов поступает в корневые волоски. Роль насоса в корневом волоске выполняют вакуоли, в которых создается более высокая концентрация солей, чем в почве. Поступление минеральных солей в корень происходит за счет активного транспорта анионов и катионов, которые входят в состав мембран с использованием энергии АТФ. При этом может происходить обмен ионами между почвой и корнями. Поскольку концентрация клеточного сока в вакуоли выше концентрации раствора почвы, то вода в процессе диффузии устремляется внутрь клетки. Из корневых волосков вода по такому же принципу передвигается в клетки паренхимы коры и через пропускные клетки эндодермы поступают в сосуды. Сила, движущая поток воды к сосудам и во все органы, называется корневым давлением. Согласно гидростатическим законам величина тургорного давления (Т) во всех частях клетки одинакова, поэтому всасывающая сила (S) больше в той части, где больше осмотическое давление (Р). Этот закон можно выразить в виде формулы:

S = Р - T, где S - всасывающая сила; Р - осмотическое давление; Т - тургорное давление.

Обратному току жидкости препятствуют клетки эндодермы с плотными оболочками, которые не пропускают назад в почву вещества, растворенные в воде, создавая высокую концентрацию клеточного сока в центральном цилиндре. Таким образом, продвижению воды и растворенных в ней солей способствует сосущая сила корневых волосков, корневое давление, сила сцепления между молекулами воды и стенками сосудов, а также сосущая сила листьев, которые, постоянно испаряя воду, притягивают ее из корней.

§ Второй главной функцией корня является укрепление растений в почве, которое происходит благодаря ветвлению главного корня. Разветвление главного корня называют боковыми корнями. Они закладываются (эндогенно) в перицикле и через первичную кору выходят наружу. По мере роста главного корня появляются боковые корни первого порядка, которые в дальнейшем разветвляются и образуют корни второго порядка, а из них формируются корни третьего порядка и т.д. Ветвление корня способствует укреплению растения в почве и увеличению поглощающей поверхности корня. Из других функций корня можно назвать следующие.

§ Синтез органических веществ.

§ Запас питательных веществ, такие корни сильно утолщаются и выполняю функцию запаса питательных веществ.

§ За счет корней происходит связь растений с бактериями и грибами. Корень выделяет в почву различные вещества и вступает в симбиоз с грибами и бактериями.

§ С помощью корней осуществляется вегетативное размножение.

Дыхание корня имеет большое значение для нормального функционирования растения. Совокупность процессов, обеспечивающих поступление в растение кислорода и удаление диоксида углерода, а также использование кислорода клетками и тканями для окисления органических веществ с освобождением энергии, необходимой для жизнедеятельности растения, составляет дыхание. Энергия дыхания необходима для поступления, транспорта и синтеза веществ. Из органических соединений, поступающих из листьев и минеральных солей из почвы, в клетках корня синтезируются многие жизненно важные вещества: аминокислоты, ферменты и фитогормоны и т.д. Образующаяся при дыхании углекислота участвует в обмене и поступлении веществ в корень. Корни многих дикорастущих растений способны переносить анаэробные (бескислородные) условия. Большинство культурных растений - аэробы и дыханию у них предшествует гидролиз (превращение полимеров в мономеры) и окисление органических веществ. Дыхание - многоступенчатый процесс. При дыхании в клетках происходит окисление кислородом ряда веществ (главным образом углеводов) и освобождается энергия, необходимая растениям для роста, движения протоплазмы, передвижения веществ. Дыхание – процесс, противоположный фотосинтезу. При фотосинтезе растение поглощает углекислоту и воду и образует сахара. При дыхании сахара окисляются, и образуется углекислота и вода:

фотосинтез

6(СО 2 +Н 2 О) С 6 Н 12 О 6 +6О 2

При окислении одной грамм-молекулы сахара в процессе дыхания освобождается 674 ккал энергии. Освободившаяся энергия расходуется на разнообразные биохимические и физические процессы: синтез органических веществ, передвижение и поглощение растворов, рост и движение органов. Часть освободившейся при дыхании энергии растение выделяет в виде тепла. Особенно энергично дыхание идет в точках роста корня. Увеличение количества кислорода в воздухе, так же, как некоторое уменьшение содержания его, на интенсивности дыхания не отражается, и лишь уменьшение содержания кислорода в воздухе в 10-20 раз против нормального ослабляет дыхание. Корень осуществляет свои функции по обеспечению растения питательными веществами только при достаточном количестве воздуха в почве. Поэтому, выращивая растения, надо следить, чтобы к корням постоянно поступал свежий воздух. Для этого почву регулярно рыхлят культиваторами или мотыгами. Рыхление почвы, кроме того, помогает сохранить влагу на сухих участках. При подсыхании почвы на ее поверхности образуется корка: она способствует быстрому испарению воды. Во время рыхления корка разрушается и в поверхностном слое сохраняется влага. Вода перестает испаряться из более глубоких слоев почвы. Недаром рыхление иногда называют «сухой поливкой». Говорят так: «Лучше один раз хорошо взрыхлить, чем два раза плохо полить». У ряда тропических болотных растений (мангровый лес) в процессе эволюции развиваются дыхательные корни. Они поднимаются вертикально вверх, на их поверхности имеются отверстия, через которые воздух поступает в корни, а затем в части растения, погруженные в болотистую почву.

Почва - это материнская (почвообразующая) порода, обработанная совместным действием климата, растительных и животных организмов, а на окультуренных территориях и деятельностью человека, способная давать урожай растений. Основным свойством почвы является плодородность - способность удовлетворять потребность растений в элементах питания, воде, воздухе, тепле для их нормальной жизнедеятельности и создания урожая. Почва отличается от горных пород, песка или глины наличием гумуса. Плодородие почвы зависит главным образом от структуры почвы и запасов гумуса. Способность почвы образовывать комочки различной величины и формы называют структурностью почвы, а сами комочки - структурой. В зависимости от наличия структурных элементов почвы бывают структурные и бесструктурные. Хорошо оструктуренная почва обеспечивает благоприятные водно-воздушные ее свойства. В состав почвы входят песок, глина и другие нерастворимые минеральные вещества, а также и растворимые минеральные вещества и перегной. В почве содержатся также воздух и вода.

Гумус (перегной) - сложный комплекс органических веществ, образующийся в почве при разложении растительных и животных остатков. Чем толще верхний слой почвы, содержащий гумус, тем она плодороднее. Наиболее плодородными являются богатые гумусом черноземы и темные луговые почвы пойм рек. Подзолистые, глинистые и песчаные почвы не обладают структурой и бедны гумусом, поэтому менее плодородны.

В зависимости от содержания в почве мелких (глинистых) или более крупных (песчаных) частиц, почвы делятся на легкие песчаные, супесчаные, суглинистые и глинистые.

От плодородия почвы зависит урожайность возделываемых культур. Обрабатываемые земли - результат сложных естественных процессов труда многих поколений людей. Одни воздействия человека на почву приводят к повышению их плодородия, другие - к ухудшению, деградации и гибели. К особо опасным последствиям влияния человека на почву следует отнести эрозию, загрязнение чужеродными химическими веществами, засоление, заболачивание, изъятие почв под различные сооружения (транспортные магистрали, водохранилища). Уменьшение площадей плодородных почв происходит во много раз быстрее, чем их образование. Охрана почв должна носить природоохранительный, ресурсосберегающий характер и предусматривать их сохранение. Для обеспечения рационального использования земель в России ведётся Государственный земельный кадастр, который содержит информацию о землях всех категорий. Кадастр принят в 2001 году, он осуществляет следующие основные мероприятия:

1) осуществляет контроль за использованием и охраной земель;

2) ведёт мониторинг земель;

3) выявляет загрязнённые и деградированные земли, подготавливает предложения по их восстановлению и консервации.

Большое значение имеет внедрение почвозащитной бесплужной обработки, которая замедляет нитрофикационные процессы в почве, уменьшает пестицидную нагрузку, уменьшает содержание нитратов в сельскохозяйственной продукции, а также ускоряет восстановительные процессы гумификации органического вещества.

Мониторинг земель – система наблюдений за состоянием земельного фонда для своевременного выявления и оценки изменений, предупреждения и устранения последствий негативных процессов. Мониторинг земель утверждён в 1992 году и является составной частью мониторинга окружающей среды.

В нашей стране принят Закон о земле. Он предусматривает меры по повышению плодородия почвы и ее охране. Неправильное использование почвы, несоблюдение правил выращивания сельскохозяйственных культур может привести к разрушению структуры почвы, эрозии почвы, засолению и заболачиванию ее. Все это ухудшает плодородие почвы, снижает урожай. Вот почему важно проводить мелиорацию (улучшение) земель.

Удобрения. Растительные организмы состоят из органических и неорганических веществ, в состав которых входят различные химические элементы. Для нормального развития растения корни должны доставлять из почвы воду и минеральные соли, макроэлементы (Р, N, K, Ca, Mg, Fe) и микроэлементы
(B, Cu, Mn, Zn, Mo). Известно, что азот входит в состав аминокислот, белков, АТФ, АДФ, витаминов, ферментов. Недостаток его задерживает рост растений. Фосфор входит в состав АТФ и АДФ, аминокислот, ферментов; калий оказывает влияние на состояние цитоплазмы, осмотическое давление клеточного сока, а также влияет на рост растений. Большое значение для жизни растений имеют макро- и микроэлементы. Каждый из элементов имеет индивидуальное значение и не может быть заменен другим. При недостатке или избытке в почве любого минерального элемента происходят различные нарушения процессов жизнедеятельности у растений. Так, при фосфорном голодании у растений наблюдается подавление синтеза и распад ранее образовавшихся белков. Отсутствие калия прекращает рост растений, так как нарушается обмен белков и углеводов. На недостаток железа указывает бледно-зеленый или бледно-желтый цвет, обусловленный недостаточным образованием хлорофилла. Минеральные соли, содержащие как макро-, так и микроэлементы образуются в почве после минерализации органических веществ, растворения минералов, поглощения почвой некоторых элементов из атмосферы. Макро- и микроэлементы находятся в плодородном слое почвы в составе различных соединений. Все вышеперечисленные элементы есть в почве, но иногда в недостаточном количестве. Ежегодно растения выносят из почвы питательные вещества, почва истощается, что снижает урожайность сельскохозяйственных растений. Для улучшения минерального питания в почву вносятся удобрения. Применяя удобрения, человек активно вмешивается в круговорот веществ в природе, создает баланс питательных веществ в почве. Удобрения вносят в почву в определенных дозах, в определенные сроки, что улучшает качество почвы и питание растений.

Различают органические, минеральные, смешанные, зеленые, бактериальные удобрения.

Органические удобрения (навоз, торф, птичий помет, навозная жижа, сапропель и др.). Они содержат питательные вещества в форме органических соединений растительного и животного происхождения. Органические удобрения вносят в почву заблаговременно, обычно осенью, так как они разлагаются медленно и длительное время могут обеспечивать растения элементами минерального питания. Органические удобрения являются полными, они содержат как макро-, так и микроэлементы. Кроме того, они улучшают физические свойства почвы: повышают ее структурность, увеличивают водопроницаемость, водоудерживающую способность, улучшают аэрацию, тепловой режим, активизируют деятельность населяющих почву микроорганизмов.

Минеральные удобрения чаще всего содержат один или два элемента питания, реже - больше, тогда их называют комплексными. Минеральные удобрения легче и быстрее, чем органические, разлагаются в почве.

В зависимости от содержания минеральных веществ различают азотные, фосфорные и калийные минеральные удобрения.

К азотным удобрениям относятся: нитраты - калиевая, кальциевая и натриевая селитры (азот в форме NO аммоний).

К калийным удобрениям относятся: калийные соли (сильвинит, каинит, карналлит); концентрированные калийные удобрения (хлористый калий, сульфат калия и др.).

Фосфорные удобрения - суперфосфат, фосфоритная мука, томасшлак. К смешанным удобрениям относятся органоминеральные - гуматы, гумоаммофосы, нитрогуматы, смеси органических и минеральных удобрений, часто компостированные или изготовленные в виде гранул. В основном это продукты химической обработки органических веществ (торф), аммиаком, азотной или фосфорной кислотой.

Минеральные удобрения вносятся в почву в строго определенной дозе и в определенные сроки. Каждое минеральное удобрение имеет свои специфические особенности. Поэтому весной в период роста растению необходим азот, так как он способствует накоплению вегетативной массы, увеличению хлорофилла и фотосинтезу. К моменту бутонизации и цветения возрастает потребность в фосфоре и калии, так как фосфор, калий и магний влияют на построение новых клеток в эмбриональных тканях (семя). На образование семян и плодов особенно благоприятно влияет калий. Учитывая различную потребность растений в элементах минерального питания в различные фазы развития, удобрения вносят не только перед посевом, но и в период вегетации в виде подкормок, иногда при посеве в рядки. В последнее время распространяется метод внекорневой подкормки, когда жидкие удобрения разбрызгивают непосредственно на растения, часто с самолетов. Растворенные питательные вещества поглощаются листьями. Особенно удобен этот метод для применения микроэлементов, так как достигается равномерное попадание растворов на листья растений и более экономичное использование дефицитных удобрений.

Зеленые удобрения . На площадях, требующих органических удобрений, выращивают такие культуры, как люпин, сераделла, люцерна, горох, клевер, гречиха, горчица и др. В период наибольшей зеленой массы их запахивают. При разложении растений в почве образуются органические вещества.

Бактериальные удобрения . К ним относится нитрагин. Его вносят при посеве семян бобовых растений. Для разных культур используют специфические формы нитрагина, так как расы клубеньковых бактерий, которые развиваются на корнях одного вида, не могут жить на корнях других видов. Азотобактерин, содержащий культуру азотобактера, - специфический для отдельных видов культурных растений. Фосфоробактерин - препарат, содержащий бактерии, которые минерализуют органические соединения фосфорной кислоты. В качестве микроудобрений применяют борные, медные, марганцевые, молибденовые, цинковые и кобальтовые соединения.

Дозы внесения органических и минеральных удобрений зависят от содержания питательных веществ в почве и индивидуальных потребностей растения. Излишнее количество удобрения в почве так же вредно, как и недостаток. Нерациональное применение удобрений наносит серьезный вред не только растениям, но и почве и в конечном счете может привести к повышению кислотности, засолению, а следовательно, и к потере плодородия. Избыточно внесенные удобрения накапливаются в сельскохозяйственной продукции и оказывают вредное действие на организм человека.

Значение обработки почвы. Обработка почвы – это механическое воздействие на почву рабочими органами машин или орудий, обеспечивающими создание наилучших условий для возделывания культур.

Основными задачами обработки почвы являются:

§ Изменение строения пахотного слоя почвы и ее структурного состояния для создания благоприятных водно-воздушного и теплового режимов.

§ Усиление круговорота питательных веществ путем извлечения их из более глубоких горизонтов почвы и воздействия в необходимом направлении на микробиологические процессы.

§ Уничтожение сорных растений путем провоцирования их прорастания, уничтожения всходов, подрезания отпрысков и выворачивания корневищ на поверхность.

§ Заделка жнивья и удобрений.

§ Уничтожение вредителей и возбудителей болезней культурных растений, гнездящихся в растительных остатках или в верхних слоях почвы.

§ Коренное улучшение подзолистых и солонцеватых почв глубокой обработкой.

§ Борьба с водной и ветровой эрозией.

§ Подготовка почв к посеву и уход за растениями: выравнивание и уплотнение поверхности почвы или, наоборот, создание гребнистой поверхности, окучивание растений и т.п.

§ Уничтожение многолетней растительности при обработке целинных и залежных земель, а также пласта сеяных многолетних трав.

Корни многих дикорастущих растений способны переносить анаэробные (бескислородные) условия. Большинство культурных растений – аэробы, и дыханию у них предшествует гидролиз (превращение полимеров в мономеры) и бескислородное окисление органических веществ. Перед посевом культурных растений производят обязательно вспашку на глубину 22-25 см или перекопку. Вспашка – прием обработки почвы, обеспечивающий оборачивание и рыхление обрабатываемого слоя почвы, а также подрезание подземной части растений, заделку удобрений и пожнивных остатков. Это агротехническое мероприятие проводят осенью или ранней весной, перед посевом производят боронование, культивацию (глубокое рыхление) с целью улучшения газообмена в почве. После появления всходов и на протяжении всего вегетационного периода уход за растениями заключается в рыхлении почвы (культивация), внесении удобрений (подкормка) и поливе. Рыхление обеспечивает доступ к корням и микрофлоре почвы кислорода; удобрения, особенно органические, улучшают структуру почвы и почвенное питание. Полив восполняет недостаток воды в жизни растений. Вода, испаряясь, предотвращает перегревание растений, обеспечивает передвижение по растению веществ, поддерживает тургор. При недостатке воды тургор у растений падает и происходит увядание. Поэтому в зоне недостаточного увлажнения проводят полив растений. После полива обязательно необходимо провести рыхление , так как вода вытесняет кислород из почвы. При повышении температуры воздуха на почве образуется корка и происходит сильное испарение воды в результате капиллярности почвы. Чтобы уменьшить испарение, необходимо нарушить капиллярность. Это достигается только рыхлением. Рыхление называют сухим поливом.

Корнеплоды и их использование человеком. В результате длительного процесса эволюции в связи с выполнением специализированных функций типичный главный корень видоизменился в корнеплод. Корнеплод формируется из главного корня благодаря отложению в нем большого количества запасных питательных веществ. Корнеплод представляет собой утолщенный, сочный, мясистый главный корень. У корнеплода различают три составные части: головку, шейку и собственно корень. Головкой корнеплода называют верхнюю часть, которая несет листья и листовые почки. С морфологической точки зрения, головка корнеплода - это укороченный стебель, на нем развивается большое количество листьев. Под головкой расположена шейка корнеплода, она гладкая, не несет на себе ни листьев, ни корней. Головка и шейка - это разросшееся подсемядольное колено (т.е. оно тоже стеблевого происхождения). И только нижняя часть корнеплода является собственно корнем. Корнеплоды образуются у двулетних растений (свекла, морковь, брюква, репа, редька и т.д.). В первый год жизни накапливаются питательные вещества, весной 2-го года корнеплоды высаживают в почву, и они образуют репродуктивные органы - цветки и плоды. Корнеплоды сахарной свеклы являются техническим сырьем для сахарной промышленности, так как они содержат 14-20% углеводов. Корнеплоды брюквы, репы, редьки, моркови, столовой свеклы являются необходимыми продуктами питания и используются как лекарственные растения. Корнеплоды кормовой свеклы используются на корм скоту.

Корневые клубни или корневые шишки представляют мясистые утолщения боковых корней, а также придаточных корней. В корнеклубнях могут накапливаться запасные вещества, преимущественно углеводы, крахмал, инулин. Корнеклубни образуются у орхидей, чистяка, георгины, земляной груши.

ПОБЕГ

Побег - орган высших растений, состоящий из стебля с расположенными на нем листьями и почками. Главная функция побега – фотосинтез. В процессе развития побег формируется как единый орган из почечки семени, а затем из образовательной ткани конуса нарастания. Характерная особенность побега метамерность, т.е. расчленение его оси на сходные участки - узлы с листом и почкой или почками и лежащими под ними междоузлиями. Узлы и междоузлия, стебель, листья, почки - структурные элементы побега.

Рис. 17. Стебель:

а, б – платана восточного (а – удлиненный, б – укороченный); в – многолетний укороченный побег яблони (кольчатка); 1 – междоузлие; 2 – годичные приросты.

Почка. Почка представляет собой зачаточный еще неразвившийся побег, все части которого сильно сближены. Почка состоит из зачаточного стебелька, окруженного зачатками листьев, а в пазухах зачаточных листьев заложены зачаточные боковые почки в виде бугорков. Почки покрыты чешуйками (видоизмененными листьями), которые предохраняют их от низких зимних температур. Чешуи почек часто бывают покрыты волосками, слоем кутикулы, а иногда и смолистыми выделениями, которые плотно склеивают почечные чешуи и тем самым предохраняют почки от вымерзания и высыхания. Почки обеспечивают длительное нарастание побега и его ветвление. Вершина стебелька, находящаяся в почке называется конусом нарастания. Состоит она из меримастической ткани, клетки которой, делясь, образуют ряд слоев однородных клеток. Различают почки боковые и верхушечные. Верхушечные почки располагаются на верхушках стебля и его боковых ответвлениях. Боковые почки могут быть пазушными и придаточными. Пазушные почки располагаются по одной в пазухе листа. У некоторых растений возникает не одна, а несколько почек. Они могут располагаться одна над другой или находиться рядом. Верхушечная и боковые пазушные почки образуются из меристемы конуса нарастания и различаются лишь по местоположению. У деревьев и кустарников пазушные почки бывают ростовыми (вегетативными) с зачатками листьев и стебля и цветочными с зачатками цветков или соцветий. Некоторые пазушные почки могут оставаться в состоянии покоя неопределенно долго. Это "спящие почки". Они начинают функционировать при повреждении верхушечной почки и других повреждениях стебля.

Придаточные почки – могут располагаться в любом месте междоузлия стебля. Они образуются из камбия в нижних частях стеблей, из поверхностных слоев паренхимы в верхней части стебля.

Развитие побега. Рост стебля в высоту обеспечивает верхушечная почка, или почка зародыша семени. Клетки образовательной ткани конуса нарастания постоянно делятся. В процессе деления образуются новые зачатки листьев и почек. За делением следует рост клеток, что влечет за собой удлинение междоузлий и в целом стебля. В развитии побега различают два периода: почечный - закладка элементов будущего побега, и внепочечный - развертывание и рост заложенных в почке структур будущего побега.

По мере удаления от конуса нарастания способность клеток к делению падает, и начинается их дифференцировка с образованием тканей. Возможен другой способ роста стебля: вставочный или интеркалярный. В этом случае образовательная ткань разделена участками неделящихся клеток. Располагается она обычно у основания междоузлий. Такой рост характерен для злаковых.

Рост побега весной начинается с увеличения размеров почек и заложенных в них зачатков стебля и листьев. Почечные чешуйки раздвигаются, опадают, и появляется молодой побег. На самой верхушке конуса нарастания находится верхушечная меристема, которая обеспечивает постоянный рост побега в длину и формирование всех его частей и тканей. Завершается рост побега образованием цветка, соцветия или верхушечной почки.

Стебель - представляет собой осевую часть побега, обладает неограниченным ростом - растет в течение всей жизни растения. Функции стебля:

1) стебель обеспечивает передвижение воды с минеральными веществами от корня вверх и органических веществ от листьев ко всем органам;

2) стебель принимает участие в формировании кроны;

3) является местом отложения запасных питательных веществ;

4) служит для вегетативного размножения;

5) выполняет защитную функцию.

На стебле формируются составные части побега. Узлом называется место прикрепления листа к стеблю. Стеблевой узел обычно имеет некоторое утолщение, особенно хорошо это заметно у злаков (пшеница, бамбук). Участки стебля между двумя соседними узлами называются междоузлиями. Длина междоузлий бывает неодинаковой, как у различных растений, так и на стебле одного растения в зависимости от места расположения. У многих травянистых растений стеблевые междоузлия имеются под землей (одуванчик, маргаритка). Такие растения развивают большое количество густо расположенных листьев, которые образуют на поверхности почвы прикорневую розетку (одуванчик, подорожник). Угол, который образован стеблем и отходящим от него листом называется пазухой листа.

Ветвление стебля (побега). Очень немногие растения имеют неветвящийся стебель. У большинства растений стебель ветвится, в результате чего увеличивается поверхность растения, а следовательно, и его листовая масса. Существует 4 типа ветвления стеблей растений: дихотомическое, моноподиальное, симподиальное и ложнодихотомическое.

Дихотомическое ветвление - является основной первичной формой ветвления растений, от которой возникли остальные. Характеризуется тем, что на верхушке стебля формируются две почки, которые при разрастании образуют две одинаковые ветви в виде вилки. Каждая из этих ветвей продолжает ветвиться таким же способом. Такой тип ветвления характерен для мхов, плаунов, папоротников.

Рис. 18. Ветвление:

А – моноподиальное (а – схема, б – ветка сосны); Б – симподиальное (в – схема, г – ветка черёмухи); В – ложнодихотомическое (д – схема, е – ветка сирени);
1-4 – оси первого и последующих порядков.

Моноподиальное ветвление характеризуется неограниченным верхушечным ростом побега; свойственно растениям, у которых на верхушке побега находится одна почка. Эта почка служит для продолжения роста главного побега (оси), а боковые ветви первого порядка формируются за счет боковых почек, причем боковые ветви не перерастают главный побег (хвойные - ель, сосна, пихта и т.д.).

Симподильное ветвление отличается ранним прекращением верхушечного роста, при этом верхушечная почка отмирает. Вместо нее развивается боковая почка, которая отодвигает главную ось несколько в сторону, а сформировавшийся из этой почки побег дает продолжение основному стеблю. Характерно для древесных - яблоня, груша, персик и т.д., из травянистых - картофель, хлопчатник и др. Характер ветвления определяет внешний вид растения, его габитус.

При ложнодихотомическом ветвлении рост верхушки на главной оси прекращается, и под ней формируются две почки, из которых развиваются более или менее одинаковые ветви, а между ними заметна отмершая верхушечная почка (сирень, каштан). Оно возникает при супротивном расположении листьев, а следовательно, и почек.

Формирование кроны. У разветвленного растения главный стебель называют осью первого порядка, развившиеся из него пазушные почки боковых ветвей – есть оси второго порядка, из них образуются оси третьего порядка и т.д. На деревьях может быть до 20 таких осей. Разветвленная надземная часть дерева называется кроной.

Формирование кроны основано на знании закономерностей развития побега. Удаление конуса нарастания вызывает прекращение роста стебля в длину и усиленный рост боковых почек, т.е. ветвление. Это используют специалисты при озеленении городов и формировании кроны фруктовых деревьев. По форме кроны бывают шаровидные (клен остролистный), пирамидальные (тополь), колоновидные (кипарис) и др. Кроны плодовых и декоративных деревьев формируют обрезкой с учетом их природных особенностей. Овощеводы используют эти данные при выращивании овощей: на боковых побегах огурцов больше формируется женских цветков, чем на главных. При выращивании цветов (розы) удаление боковых цветочных побегов вызывает увеличение размеров главного побега и развивающегося на нем цветка.

Внутреннее строение древесного стебля в связи с его функциями. Рост стебля в толщину. Образование годичных колец. Для древесного стебля характерной особенностью является способность неопределенно долго расти в толщину, давая прирост каждый вегетационный период. Анатомические особенности заключаются в образовании на его поверхности перидермы (вторичной покровной ткани), которая сменяет эпидермис, и появления четко выраженных годичных колец в древесине. В древесном стебле обычно выделяют кору, камбий, древесину и сердцевину.

В состав коры входят все ткани, расположенные к поверхности от камбия. Наружные слои коры представлены перидермой, состоящей из пробки, пробкового камбия и феллодермы. Иногда на поверхности пробки сохраняются остатки эпидермиса. За перидермой расположены элементы первичной коры, возникающие в результате дифференциации первичной образовательной ткани конуса нарастания. К ней относится пластинчатая колленхима, клетки основной ткани, эндодерма, которая содержит крахмальные зерна. За эндодермой располагается перициклическая склеренхима - это одревесневшие склеренхимные волокна. За перициклической склеренхимой начинается флоэма или вторичная кора. В ней выделяют мягкий луб и твердый луб. Мягкий луб представлен ситовидными трубками с клетками-спутницами и флоэмной паренхимой, а твердый луб - вторичными склеренхимными волокнами. Они возникают в результате деятельности и дифференциации клеток камбия. Камбий откладывает попеременно то элементы мягкого, то элементы твердого луба. Волокна твердого луба представляют собой мертвые клетки с сильно утолщенными одревесневшими стенками - лубяные волокна. В зону флоэмы входят первичные сердцевинные лучи, расширяющиеся треугольниками от камбия. Они представлены клетками основной паренхимы и являются местом отложения запасных питательных веществ. Продолжаясь в виде узких полосок по ксилеме, первичные сердцевинные лучи доходят до сердцевины стебля. Имеются и вторичные сердцевинные лучи, которые кончаются в ксилеме не доходя до сердцевины, они значительно уже первичных лучей. Они также возникают из клеток камбия. Часть стебля от камбия до эндодермы называется вторичной корой. Вместе с первичной корой она образует коровую часть стебля.

Камбий состоит из делящихся прямоугольных тонкостенных клеток с живым содержимым. Когда он энергично функционирует, клетки его не успевают дифференцироваться, и камбий вместе с образовавшимися из него клетками хорошо различим.

Рис. 19. Строение ствола двудольного древесного растения:

1 - остатки эпидермы; 2 – перидерма; 3 – колленхима; 4 – паренхима первичной коры; 5 – склеренхима перициклического происхождения; 6 – флоэмная часть первичного сердцевинного луча; 7 – лубяные волокна; 8 – мягкий луб; 9 – камбий; 10 – весенняя древесина; 11 – осенняя древесина; 12 – ксилемная часть первичного сердцевинного луча; 13 – первичная ксилема; 14 – паренхима сердцевины; А – кора (а΄ - первичная; а΄΄ - вторичная); Б – древесина; (I-III – годичные приросты древесины); В – сердцевина.

Основная масса стебля древесного растения состоит из вторичной древесины (составляющей 9/10 объема ствола), которая идет от камбия к центру. Древесина (ксилема) включает трахеи (сосуды), трахеиды, древесную паренхиму и древесные волокна (склеренхиму). Общая особенность всех элементов ксилемы – одревеснение клеточных стенок. Вследствие неравномерной деятельности камбия образованные им клетки древесины имеют различные размеры. Самые крупные клетки образуются весной, когда деятельность камбия наиболее интенсивна. Постепенно деятельность камбия замедляется, и образуемые камбием клетки становятся более мелкими и толстостенными. К зиме камбий вступает в период покоя. Таким образом, за один вегетационный период образуется одно годичное кольцо древесины , в котором хорошо заметны весенние, летние и осенние клетки. После периода зимнего покоя деятельность камбия возобновляется, и формируется новое годичное кольцо , крупные весенние клетки которого непосредственно примыкают к мелким клеткам, образовавшимся осенью предыдущего года. Как правило, за год формируется только одно кольцо древесины . По ширине годичных колец можно узнать в каких условиях росло дерево в разные годы жизни. Узкие годичные кольца свидельствуют о недостатке влаги, о затенении дерева, о его плохом питании. По годичным кольцам можно определить и стороны света. Годичные кольца обычно шире с той стороны дерева, которая обращена к югу, и уже с той, которая обращена к северу. За вторичной древесиной к центру следуют элементы первичной древесины, которые состоят из небольшого числа спиральных и кольчатых сосудов.

В центре стебля находится сердцевина, состоящая из округлых паренхимных клеток. В них накапливаются разнообразные вещества. Рост стебля в толщину происходит за счет клеток вторичной образовательной ткани камбия. В сторону древесины откладывается примерно в четыре раза больше клеток, чем к коре, поэтому древесина толще коры.

Передвижение минеральных и органических веществ по стеблю происходит в двух направлениях. От корня к листьям и всем надземным органам по проводящим сосудам древесины (ксилемы) идет восходящий ток (воды и минеральных солей) . Подъему воды на высоту стебля (а она может достигать около сотни метров) способствует присасывающее действие листьев, корневое давление, сила сцепления молекул воды друг с другом и со стенками сосудов. Благодаря сосущей силе листьев в стебле создается отрицательное гидростатическое давление. Об этом свидетельствуют наблюдения: при рубке дерева воздух с шипением всасывается в древесину. Благодаря силе сцепления между молекулами воды в проводящей системе образуется непрерывный столб жидкости, подтягиваемый сверху сосущей силой листьев и подталкиваемый снизу корневым давлением (восходящий ток).

Передвижение органических веществ происходит по ситовидным трубкам луба (флоэмы) из листьев в корень (нисходящий ток). Это не простое механическое явление, а физиологический процесс, идущий с затратой энергии, т.е. связанный с дыханием. Летом органические вещества поступают не только в корни, но и в цветки и плоды, которые часто располагаются выше листьев. Следовательно, органические вещества передвигаются и вниз и вверх. Кроме передвижения питательных веществ по вертикали, у растений происходит их движение в горизонтальном направлении от сердцевины ствола к периферии. Для этой цели служат сердцевинные лучи, которые состоят из основной ткани и тянутся от сердцевины через древесину к коре. Лучами они названы из-за формы: начинаются узкими полосками в сердцевине, немного расширяются в древесине и очень сильно в коре.

Отложение запасных веществ. Запасные или органические питательные вещества откладываются в специальных запасающих тканях сердцевины, сердцевинных лучах и в клетках основной ткани первичной коры в виде сахара, крахмала, аминокислот, белков, масел. Они могут накапливаться в растворенном (корнеплод свеклы), твердом (зерна крахмала, белка в клубнях картофеля, в плодах злаков, бобовых) или полужидком состояниях (капли масла в эндосперме клещевины). Особенно много веществ откладывается в видоизмененных побегах (корневищах, клубнях, луковицах), а также в семенах и плодах. Значение запасных веществ заключается не только в том, что растение при необходимости питается этими органическими веществами, но и в том, что они являются продуктом питания человека и животных, а также используется как сырье.

Видоизмененные побеги: корневище, клубень, луковица, их строение, биологическое и хозяйственное значение.

В связи с выполнением дополнительных функций стебель претерпевает различные видоизменения, как надземные (усики, колючки), так и подземные - корневища, клубни, луковицы, которые выполняют функции накопления запасных питательных веществ и вегетативного размножения.

Корневище - многолетний подземный побег с чешуйками и почками. Отличается от корня отсутствием корневого чехлика, наличием узлов и междоузлий, листьев (а после их отмирания листовых рубцов), наличием верхушечной и пазушных почек. По форме может быть длинным и тонким (длиннокорневищные растения - пырей) или коротким и толстым (короткокорневищные - щавель, ирис). Ежегодно из верхушки вырастает подземный побег. При повреждении корневища каждый кусочек с почкой дает новое растение, которое располагается параллельно почве.

Рис. 20. Метаморфозы подземных побегов.

Основные функции корня растений следующие:

• служит основным органом поглощения минеральных элементов и из почвы;
• первично синтезирует некоторые органические вещества, содер­жащие азот, фосфор и серу;
• часто является вместилищем запас­ных питательных ве­ществ;
• за­крепляет растение в почве.

Функции корня растений в исследованиях ученых

• Еще И. В. Мичурин установил, что корни оказывают весьма существенное влияние на ряд физологических особенностей привитых растений. Корни дикого подвоя, (поробнее: ) обычно ухудшали качество плодов, корни культурного сорта его улучшали.
• Л. С. Литвиновым и Н. Г. Потаповым было показано, что превращение некоторых минеральных веществ, (подробнее: ) поступивших из почвы, в сложные органические соединения происходит в тка­нях корня.
• По данным Н. Г. Потапова, у кукурузы от 50 до 70% поглощенного азота поступает в надземную часть в виде органических соединений, из которых до 30% приходится на аминокислоты.
• А. Л. Курсанов, применяя С 14 и N 15 , (подробнее: ) установил, что углекислота, поглощаемая корнями, входит в состав орга­нических кислот. Превращение фосфора и серы также частично происходит в корнях.
• И. И. Колосов, работая с Р 32 , выяснил вопрос о превращении фосфора в корнях: в надземные органы он поступил уже в виде нуклеопротеидов и липоидов.
• А. А. Шмук и Г. С. Ильина показали, что образование нико­тина происходит в корнях растения: при прививках табака на корни томата и паслена в листьях не было никотина.

Все эти данные указывают на возможность синтеза в кор­нях самых разнообразных органических соединений.

Строение корня

Морфолого-анатомическое строение корня хорошо приспо­соблено для поглощения воды и минеральных элементов из почвы. Однако в поглощении минеральных элементов и воды участвует не весь корень, а только его поглощающая зона - часть корня, несущая корневые волоски.
Схема растущей зоны корня. 1 - зона корневых волосков, 2 - зона растяжения, 3 - зона интенсивного клеточного деления, 4 - корневой чехлик. Корневые волоски во много раз увеличивают всасывающую поверхность корня, и вследствие этого возрастает поверхность соприкосновения корня и почвы. Корневые волоски очень недолговечны и через 10-20 суток отмирают. Новые корневые волоски все время образуются на растущей зоне корня.

Корни подавляющего большинства растений выполняют шесть основных функций:

Корни удерживают растение в определённом положении. Эта функция очевидна для наземных растений, особенно значима она для крупных деревьев с большой массой ветвей и листьев. У многих водных растений закрепление на дне позволяет выгодно распределить в пространстве листья. У плавающих растений, например у ряски, корни не позволяют растению переворачиваться.

Корни осуществляют почвенное питание растения, поглощая из почвы воду с растворёнными в ней минеральными веществами, и проведение веществ к побегу (рис. 1).

У некоторых растений в главном корне осуществляется хранение запасных питательных веществ, таких как крахмал и другие углеводы.

В корнях происходит образование определённых веществ, нужных организму растения. Так, в корнях осуществляется восстановление нитратов до нитритов, синтез некоторых аминокислот и алкалоидов.

Корни могут осуществлять симбиоз с грибами и микроорганизмами, обитающими в почве (микориза, клубеньки представителей семейства Бобовые).

С помощью корней может осуществляться вегетативное размножение (например, корневыми отпрысками). Корневыми отпрысками размножаются такие растения, как одуванчик, слива, малина, сирень.

Поглощение воды и минеральных веществ корнем

Эта функция возникла у растений в связи с выходом на сушу.

Поглощение воды и минеральных веществ растением происходит независимо друг от друга, так как эти процессы основаны на различных механизмах действия. Вода проходит в клетки корня пассивно, а минеральные вещества поступают в клетки корня в основном в результате активного транспорта, идущего с затратами энергии.

Рис. 1. Горизонтальный транспорт воды:

1 - корневой волосок; 2 - апопластный путь; 3 - симпластный путь; 4 - эпиблема (ризодерма); 5 - эндодерма; 6 - перицикл; 7 - сосуды ксилемы; 8 - первичная кора; 9 - плазмодесмы; 10 - пояски Каспари.

Вода поступает в растение в основном по закону осмоса. Корневые волоски имеют огромную вакуоль с концентрированным клеточным соком, обладающую большим осмотическим потенциалом, который обеспечивает поступление воды из почвенного раствора в корневой волосок.

Горизонтальный транспорт веществ

Вода попадает в тело растения через ризодерму, поверхность которой сильно увеличена благодаря наличию корневых волосков.

В этой зоне в проводящем цилиндре корня формируется проводящая система корня - сосуды ксилемы, необходимая для обеспечения восходящего тока воды и минеральных веществ.

Вода с минеральными солями поглощается корневыми волосками. Эндодерма перекачивает эти вещества в проводящий цилиндр, создавая корневое давление и не позволяя воде выходить назад. Вода с солями поступает в сосуды проводящего цилиндра и поднимается транспирационным током по стеблю к листьям.

ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ

Корни осуществляют проведение воды и минеральных веществ к наземным органам растения.

Вертикальное перемещение воды происходит по мёртвым клеткам ксилемы, которые не способны толкать воду к листьям. Это движение поддерживается транспирационной функцией листьев.

Определение

Корневое давление - сила, с которой корень нагнетает воду в стебель.

Корень активно перекачивает минеральные и органические вещества в сосуды ксилемы; в результате возникает повышенное осмотическое давление в сосудах корня относительно с давлением почвенного раствора. Величина корневого давления может достигать 3 атм. Доказательством наличия корневого давления служит, например, гуттация (выделение капелек воды листьями).

ОСМОС И ТУРГОР

Поступление воды из почвы в корень и продвижение её по стеблю обусловлено разностью осмотического давления.

Давление раствора клеточного сока, оказываемое на цитоплазму и стенки клетки, называется осмотическим.

Поскольку концентрация органических и минеральных веществ внутри корневого волоска выше, чем в почве, окружающая среда по отношению к клеточному соку корневых волосков представляет гипотонический раствор. Всасывая воду, клетка волоска разбавляет концентрацию клеточного сока. Постепенно клеточный сок волосков становится гипотоническим по отношению к глубже расположенным клеткам коры. И вода, поступая в них из корневых волосков, также снижает концентрацию веществ в соке. Теперь, в следующих группах клеток, концентрация сока будет выше, чем в предыдущих. По мере всасывания воды концентрация сока от клеток коры к сосудам ксилемы будет повышаться. Однако в связи с тем, что вода уходит из корневого волоска, концентрация органических веществ в нём снова увеличивается, что обеспечивает дальнейшее поглощение воды из почвы. Наружная мембрана клеток кожицы корня и корневого волоска представляет собой полупроницаемую перепонку, проницаемую для почвенного раствора и почти не проницаемую для растворённых в клеточном соке веществ.

Одностороннее прохождение растворов через полупроницаемые мембраны, отделяющие растворы разных концентраций, называется осмосом.

Осмотическому давлению противопоставляется давление растянувшейся клеточной стенки -тургорное. Интенсивность поглощения воды наружными клетками корня зависит от сосущей силы, с которой вода проникает внутрь вакуоли клетки.

Определение

Сосущая сила - это разность между осмотическим и тургорным давлениями.

Всасывающая сила всех корневых волосков корня создает корневое давление, благодаря которому вода поступает в сосуды и поднимается вверх. Сила, с которой вода поступает из корня в стебель, называется корневым давлением.

Таким образом, продвижению воды и растворённых в ней солей способствует сосущая сила корневых волосков, корневое давление, сила сцепления между молекулами воды и стенками сосудов, а также сосущая сила листьев, которые, постоянно испаряя воду, притягивают её из корней.

Развернуть

В живых клетках корня происходит первый отбор веществ, допускаемых внутрь растения. Участие живых клеток в принятии веществ обусловливает избирательную способность растения, благодаря которой различные вещества поглощаются в разных количествах. Так как поступление в сильной степени зависит от потребления, растение принимает на различных стадиях развития то одни соли, то другие. Чем сильнее развита корневая система, тем активнее идёт поглощение воды и солей.

Часто возникают ситуации, когда корни растений выполняют некоторые дополнительные функции или одна из основных функций требует большего развития. В таких случаях образуются видоизменения корней (см. Видоизменения органов растения).