Корни растений. Типы корневой системы

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).

Определение:

Корень — это подземный осевой вегетативный орган растения. который имеет радиальную симметрию и обладает положительным геотропизмом. Корень, благодаря деятельности верхушечной меристемы, формирующей все его ткани, обладает способностью неограниченно долго нарастать в длину.

Функции корня растения.

Основная функция корня растения — поглощение воды и минеральных веществ . Для выполнения этой функции необходимо, чтобы растение имело относительную неподвижность, т.е. было закреплено на каком-то определенном месте (опорная функция ). Это становится возможным благодаря ветвлению корневой системы и ее положительному геотропизму. Геотропизм — ориентированный рост главного корня по направлению к центру Земли.

Благодаря корневым системам обеспечивается проведение растворов , так называемые, восходящий и нисходящий токи. Главным образом, это происходит под действием сил корневого давления и транспирации.

В результате первичного синтеза в корнях образуются аминокислоты, гормоны, ферменты и т.д. Все эти элементы быстро включаются в последующий биосинтез, который происходит в стебле и листьях растения. Таким образом, корень имеет метаболическое значение или еще можно сказать, что это функция синтеза биологически активных веществ .

Также в корнях могут откладываться запасные питательные вещества, такие как крахмал, инулин и т.п. (Запасательная функция ).

Для нормальной жизнедеятельности корневых систем необходимо дыхание — это еще одна из основных физиологических функций .

Благодаря адаптации к различным экологическим условиям у различных видов растений в процессе эволюции выработались особые функции — ходульные, сократительные и т.п. Корни могут взаимодействовать с грибами и микроорганизмами, живущими в почве, корнями других растений (микориза, клубеньки бобовых).

Морфология корня.

Корень является ведущим органом растения, и его формирование начинается в раннем онтогенезе организма. Поэтому уже на стадии прорастания семян с появления корневой системы начинается формирование проростка (см. рисунок ниже).

Корневые системы растений.

Корневой системой называют совокупность всех корней одного растения . В нее входят: главный корень, боковые и придаточные корни. Типы корневых систем : корневые системы могут быть стержневыми или мочковатыми .

При стержневой системе главный корень развивается из зародышевого корешка. Он составляет основу всей корневой системы и сохраняется пожизненно. Главный корень развивается в длину и толщину. Его легко отличить от других корней, т.к. он хорошо выделяется среди остальных корней. Кроме главного и боковых корней в стержневой корневой системе могут появляться и придаточные корни . Стержневая корневая система встречается у большинства двудольных и голосеменных растений.

Есть растения, у которых зародышевый корень живет недолго, следовательно их главный корень либо отмирает полностью, либо развит очень слабо. Их корневая система образуется из придаточных корней, которые вырастают у основания стебля, а на них возникают боковые корни. Такую корневую систему называют мочковатой . Такая корневая система встречается у всех однодольных растений и у некоторых двудольных, особенно у тех, которые размножаются вегетативно. У многих двудольных растений придаточные корни могут также образовываться на стеблях, засыпанных землей, или на подземных и ползучих стеблях.

Высшие споровые растения (к ним относятся папоротники, плауны, хвощи) не имеют главного корня. Он у них не образуется, т.к. заякоревание у этих растений слабое, а всасывание осуществляют или ризоиды, или придаточные корни, которые отходят от корневищ. Корневища этих растений — это видоизмененные стебли.

Развитие корневых систем сильно зависит от свойств почвы. Почва влияет на структуру корневой системы, на рост её корней, на глубину проникновения в почву и пространственное размещение корней в почве.

В почве вокруг корня растения выделяется ризосфера — зона богатая грибами, бактериями и другими микроорганизмами. Приспособление растений к условиям почвенного водоснабжения отражает то, как формируются поверхностные, глубинные и другие корневые системы.

В каждой корневой системе, кроме этого, происходят непрерывные изменения, которые связаны со сменой времен года, с возрастом растений и т.п.

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.

Корень - это неограниченно растущий вегетативный орган, обеспечивающий закрепление растения в субстрате, поглощение и транспорт воды и минеральных веществ.

Особенности строения

Морфология корней, глубина и ширина их проникновения в почву зависят от вида растения, условий его обитания, методов искусственного воздействия на рост растения. По объему корневые системы растений всегда больше их надземных частей.

Корень, как и все другие органы, имеет клеточное строение. Различные его участки состоят из неодинаковых клеток, образующих зоны корня. Это хорошо видно на молодых корнях лука, фасоли, подсолнечника, пшеницы и других растений.

Видоизменения корня и его функции

Появление корня в процессе эволюции растений - важный ароморфоз, одно из приспособлений к обитанию на суше.

Кроме процессов поглощения воды и минеральных веществ, корень растений выполняет следующие функции:

• Поглощение продуктов жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и корней других растений;
• выделение в почву продуктов обмена веществ;
• первичный синтез органических веществ;
• вегетативное размножение.

Впервые настоящие корни появляются у папоротникообразных. В дальнейшем у цветковых растений, благодаря идиоадаптации, формировались различные типы корней, способные выполнять дополнительные функции.

У тропических деревьев, живущих на бедных кислородом почвах или на болотах, образуются дыхательные корни - пневматофоры (мангровые), растущие вверх; они поднимаются над поверхностью субстрата и обеспечивают дыхание. Ходульные корни образуются на надземных побегах, укрепляются в почве и прочно удерживают растение (фикус-баньян, кукурузу).

Микроорганизмы-симбионты входят в состав ризосферы - почвенного слоя толщиной в 2-3мм, прилегающего к корням растений. Скопление большого количества грибов и бактерий в ризосфере связано с выделением корнями растений веществ, которыми питаются эти микроорганизмы.

Рост и развитие органа

Зачаток корня закладывается одновременно с почечкой в зародыше семени и называется зародышевым корешком. При прорастании семени этот корешок превращается в главный, или первичный, корень, способный ветвиться. По мере роста у него появляются боковые корни первого порядка, которые в свою очередь дают корни второго порядка, образующие корни третьего порядка и т. д.

Кроме главного и боковых корней у растений образуются придаточные корни, которые формируются на стеблях, листьях, но не на корне.

Растет корень своей верхушкой, углубляясь в нижние слои почвы. При повреждении кончика главного корня начинается усиленный рост его боковых ответвлений. Это свойство корня используют при выращивании рассады культурных растений со стержневым корнем.

У молодых растений удаляют - прищипывают - кончик главного корня, тем самым останавливают его рост и вызывают разрастание боковых корней в верхнем наиболее плодородном слое почвы. После прищипывания рассаду высаживают на постоянное место произрастания с помощью заостренного колышка - пикетки, за что процесс получил название пикировки.

Корневые системы

Совокупность всех корней образует корневую систему. По форме различают два типа корневых систем: стержневую и мочковатую.

Стержневая имеет хорошо выраженный главный корень, занимающий в почве вертикальное положение, и боковые ответвления, расположенные радиально. Она встречается у большей части двудольных растений.

У мочковатой системы нельзя заметить главный корень. Множество корней растет пучком от основания стебля. Они примерно одинаковы по длине и толщине, по происхождению это придаточные корни.

Мочковатая корневая система злаков формируется во время кущения. При этом под поверхностью почвы образуется узел кущения, в котором начинается подземное ветвление стебля. Из него развиваются добавочные побеги и многочисленные придаточные корни, усиливающие питание растений. Мочковатая корневая система характерна для большинства однодольных растений.

Отличие этих двух основных типов корневых систем проявляется уже при прорастании семян. У двудольных растений из зародыша семени прорастает один корешок, который впоследствии становится главным корнем. У однодольных растений чаще прорастает несколько корешков. Вскоре их рост останавливается и на подземной части стебля формируется пучок придаточных корней.

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.

Строение корня