Корінь і кореневі системи

Корінь - осьовий орган, який має здатність до необмеженого росту і властивістю позитивного геотропизма.

Функції кореня. Корінь виконує кілька функцій, зупинимося на основних:

1. зміцнення рослини в грунті і утримання надземної частини рослини;
2. Поглинання води і мінеральних речовин;
3. Проведення речовин;
4. Може служити місцем накопичення запасних поживних речовин;
5. Може служити органом вегетативного розмноження.

Рис.8. Види коренів:
1 - головний корінь; 2 - додаткове коріння; 3 - бічні коріння

Морфологія кореня. За походженням коріння ділять на головний, бічні і додаткові (рис.). Головний корінь - корінь, що розвивається із зародкового корінця. Для нього характерний необмежений зростання і позитивний геотропізм. Головний корінь володіє найбільш активної верхівкової меристеми.

Бічні корені - коріння, що розвиваються на іншому корені будь-якого походження та є утвореннями другого і наступних порядків розгалуження. Освіта цих коренів починається з ділення клітин спеціальної меристеми - перициклу, розташованого на периферії центрального циліндра кореня.

Додаткові корені - коріння, що розвиваються від стебел, листя, старих коренів. З'являються за рахунок діяльності вторинних меристем.

Зони молодого кореня. Зони молодого кореня - це різні частини кореня по довжині, виконують неоднакові функції і характеризуються певними морфологічними особливостями. У молодого кореня зазвичай розрізняють 4 зони (рис. 9):

Зона поділу. Верхівка кореня, довжиною 1-2 мм і називається зоною поділу. Тут і знаходиться первинна апикальная меристема кореня. За рахунок поділу клітин цієї зони відбувається постійне утворення нових клітин.

Апікальна меристема кореня захищена кореневих чехликом. Він утворений живими клітинами, постійно утворюються за рахунок меристеми. Часто містять зерна крохмалю (забезпечують позитивний геотропізм). Зовнішні клітини продукують слиз, яка полегшує просування кореня в грунті.

Зона росту, або розтягування. Протяжність зони - кілька міліметрів. У цій зоні клітинні ділення практично відсутні, клітини максимально розтягуються за рахунок утворення вакуолей.

Зона всмоктування, або зона кореневих волосків. Протяжність зони - кілька сантиметрів. Тут відбувається диференціація і спеціалізація клітин. Тут вже розрізняють зовнішній шар епіблеми (ризодерма) з кореневими волосками, шар первинної кори і центральний циліндр. Кореневої волосок являє собою бічній виріст клітини епіблеми (ризодерма). Майже всю клітку займає вакуоль, оточена тонким шаром цитоплазми. Вакуоль створює високий осмотичний тиск, за рахунок якого вода з розчиненими солями поглинається клітиною. Довжина кореневих волосків до 8 мм. В середньому на 1 мм 2 поверхні кореня утворюється від 100 до 300 кореневих волосків. В результаті сумарна площа зони всмоктування більше площі поверхні надземних органів (у рослини озимої пшениці в 130 разів, наприклад). Поверхня кореневих волосків ослизняется і склеюється з частинками грунту, що полегшує надходження води і мінеральних речовин в рослину. Поглинанню сприяє і виділення кореневими волосками кислот, що розчиняють мінеральні солі. Кореневі волоски недовговічні, відмирають через 10-20 днів. На зміну відмерлих (у верхній частині зони) приходять нові (в нижній частині зони). За рахунок цього зона всмоктування завжди знаходиться на однаковій відстані від кінчика кореня, і весь час переміщується на нові ділянки ґрунту.

Зона проведення знаходиться вище зони всмоктування. У цій зоні вода і мінеральні солі, витягнуті з грунту, пересуваються від коренів вгору до стебла і листя. Тут же за рахунок утворення бічних коренів відбувається розгалуження кореня.

Первинне і вторинне будова кореня. Первинна будова кореня формується за рахунок первинних меристем, характерно для молодих коренів всіх груп рослин. На поперечному зрізі кореня в зоні всмоктування можна розрізнити три частини: епіблему, первинну кору і центральний осьовий циліндр (стелу) (рис. 10). У плаунів, хвощів, папоротей і однодольних рослин зберігається протягом усього життя.

Епіблема, або шкірка - первинна покривна тканина кореня. Складається з одного ряду щільно зімкнутих клітин, в зоні всмоктування мають вирости - кореневі волоски.

Первинна кора представлена трьома чітко відрізняються один від одного шарами: безпосередньо під епіблемой розташовується екзодерма, зовнішня частина первинної кори. У міру відмирання епіблеми виявляється на поверхні кореня і в цьому випадку виконує роль покривної тканини: відбувається потовщення і обкоркування клітинних оболонок, і відмирання вмісту клітин.

Під екзодермою розташовується мезодерма , Основний шар клітин первинної кори. Тут відбувається пересування води в осьової циліндр кореня, накопичуються поживні речовини.

Найбільш внутрішній шар первинної кори - ендодерма, утворена одним шаром клітин. У дводольних рослин клітини ендодерми мають потовщення на радіальних стінках (пояски Каспарі), просочені непроникним для води жироподібним речовиною - суберином.

У однодольних рослин в клітинах ендодерми утворюються підковоподібні потовщення клітинних стінок. Серед них зустрічаються живі тонкостінні клітини - пропускні клітини, також мають пояски Каспарі. Клітини ендодерми за допомогою живого протопласта контролюють надходження води і розчинених в ній мінеральних речовин з кори в центральний циліндр і назад органічних речовин.

Центральний циліндр, осьовий циліндр, або стела. Зовнішній шар стели, що примикає до ендодерми, називається перицикл. Його клітини довго зберігають здатність до поділу. Тут відбувається закладення бічних корінців.

У центральній частині осьового циліндра знаходиться судинно-волокнистий пучок. Ксилема утворює зірку, а між її променями розташовується флоема. Кількість променів ксилеми різному - від двох кількох десятків. У дводольних до п'яти, у однодольних - п'ять і більше п'яти. У самому центрі циліндра можуть перебувати елементи ксилеми, склеренхіма або тонкостінна паренхіма.

Вторинне будова кореня. У дводольних і голонасінних рослин первинне будова кореня зберігається недовго. В результаті діяльності вторинних меристем формується вторинне будова кореня.

Процес вторинних змін починається з появи прошарків камбію між флоемой і ксилемою. Камбій виникає з слабо диференційованої паренхіми центрального циліндра. Всередину він відкладає елементи вторинної ксилеми (деревини), назовні елементи вторинної флоеми (лубу). Спочатку прошарку камбію роз'єднані, потім змикаються, утворюючи суцільний шар. При діленні клітин камбію зникає радіальна симетрія, характерна для первинного будови кореня.

У періцікле виникає корковий камбій (феллоген). Він відкладає назовні шари клітин вторинної покривної тканини - пробки. Первинна кора поступово відмирає і злущується.

Кореневі системи. коренева система - це сукупність всіх коренів рослини. В освіті кореневої системи беруть участь головний корінь, бічні і додаткові корені. За формою розрізняють 2 основних типи кореневих систем (рис. 11):

Стрижнева коренева система - коренева система з добре вираженим головним коренем. Характерна для дводольних рослин.

Мочковатая коренева система - коренева система, утворена бічними і додатковими коренями. Головний корінь росте слабо і рано припиняє своє зростання. Типова для однодольних рослин.

Фізіологія кореня. Корінь володіє необмеженим ростом. Зростає він верхівкою, на якій розташовується апикальная меристема. Візьмемо 3-4 денні проростки насіння квасолі, нанесемо на що розвивається корінь тушшю тонкі мітки на відстані 1 мм один від одного і помістимо їх у вологу камеру. Через кілька днів можна виявити, що відстань між мітками на кінчику кореня збільшилася, в той час як в більш високо розташованих ділянках кореня воно не змінюється. Цей досвід доводить верхівковий ріст кореня (рис. 12).

Даний факт використовується в практичній діяльності людини. При пересадці розсади культурних рослин проводять пікіровку - видалення верхівки кореня. Ця призводить до припинення росту головного кореня і викликає посилене розвиток бічних коренів. В результаті усмоктувальна площа кореневої системи значно збільшується, все коріння розташовуються у верхніх найбільш родючих шарах грунту, що призводить до збільшення врожайності рослин.

Поглинання коренем і пересування води і мінеральних речовин. Поглинання з грунту і пересування до наземних органам води і мінеральних речовин - одна з найважливіших функцій кореня. Ця функція виникла у рослин в зв'язку з виходом на сушу. Будова кореня пристосована для поглинання води і елементів живлення з грунту. Вода потрапляє в тіло рослини через ризодерма, поверхня якої сильно збільшена завдяки наявності кореневих волосків. У цій зоні в стелі кореня формується провідна система кореня - ксилема, необхідна для забезпечення висхідного струму води і мінеральних речовин.

Поглинання води і мінеральних речовин рослиною відбувається незалежно один від одного, так як ці процеси засновані на різних механізмах дії. Вода проходить в клітини кореня пасивно, а мінеральні речовини надходять в клітини кореня в основному в результаті активного транспорту, що йде з витратами енергії.

Вода надходить в рослину в основному за законом осмосу. Кореневі волоски мають величезну вакуоль, що володіє великим осмотичним потенціалом, який забезпечує надходження води з ґрунтового розчину в кореневої волосок.

Горизонтальний транспорт речовин. У корені горизонтальне рух води і мінеральних речовин здійснюється в наступному порядку: кореневої волосок, клітини первинної кори (екзодерма, мезодерма, ендодерма), клітини стели - перицикл, паренхіма осьовогоциліндра, судини кореня. Горизонтальний транспорт води і мінеральних речовин відбувається за трьома шляхами (рис. 14): шлях через апопластного, сімпластний і вакуолярного.

Апопластного шлях включає в себе всі міжклітинні простору і клітинні стінки. Даний шлях є основним для транспорту води і іонів неорганічних речовин.

Шлях через симпласт - систему протопластів клітин, з'єднаних за допомогою плазмодесм. Служить для транспортування мінеральних і органічних речовин. Вакуолярного шлях. Вода переходить з вакуолі в вакуоль через інші компоненти суміжних клітин (плазматичні мембрани, цитоплазма і тонопласт вакуолей). Цей шлях використовується виключно для транспорту води. Пересування по вакуолярного шляху в корені мізерно мало.

У корені вода пересувається по апопласту до ендодерми. Тут її подальшому просуванню заважають водонепроникні клітинні стінки, просочені суберином (пояски Каспарі). Тому вода потрапляє в стелу по симпласти через пропускні клітини (вода проходить через плазматичну мембрану під контролем цитоплазми пропускних клітин ендодерми). Завдяки цьому відбувається регуляція руху води і мінеральних речовин з грунту в ксилему. У стелі вода вже не зустрічає опору і надходить в провідні елементи ксилеми.

Вертикальний транспорт речовин. Коріння не тільки поглинають воду і мінеральні речовини з грунту, але і подають їх до надземним органам. Вертикальне переміщення води відбувається по мертвим клітинам, які не здатні штовхати воду до листя. Вертикальний транспорт води та розчинених речовин забезпечується діяльністю самого кореня і листя. Корінь є нижній кінцевий двигун, що подає воду в судини стебла під тиском, званим кореневим. Під кореневим тиском розуміють силу, з якою корінь нагнітає воду в стебло . кореневе тиск виникає головним чином в результаті підвищення осмотичного тиску в судинах кореня над осмотичним тиском ґрунтового розчину. Воно є наслідком активного виділення клітинами кореня мінеральних і органічних речовин в судини. Величина кореневого тиску зазвичай - 1-3 атм. Доказ наявності кореневого тиску служить гутація і виділення пасоки.

Гутація - це виділення води у неушкодженого рослини через водяні продихи - гідатоди, які знаходяться на кінчиках листя. Пасока - це рідина, яка виділяється з перерізаною стебла.

Верхній кінцевий двигун, що забезпечує вертикальний транспорт води - присмоктує сила листя. Вона виникає в результаті транспірації - випаровування води з поверхні листя. При безперервному випаровуванні води створюється можливість для нового припливу води до листя. Сисна сила листя у дерев може досягати 15-20 атм. В судинах ксилеми вода рухається в вигляді безперервних водяних ниток. При русі вгору молекули води зчіплюються один з одним (когезия), що змушує їх рухатися один за одним. Крім того, молекули води здатні прилипати до стінок судин (адгезія). Таким чином, підняття води по рослині здійснюється завдяки верхньому і нижньому двигунів водного струму і силам зчеплення молекул води в судинах. Основною рушійною силою є транспирация .

Видозміни коренів. Часто коріння виконують і інші функції, при цьому виникають різні видозміни коренів.

Запасають коріння. Часто корінь виконує функцію накопичення запасу поживних речовин. Такі коріння називають запасающими. Від типових коренів вони відрізняються сильним розвитком запасающей паренхіми, яка може перебувати в первинної (у однодольних) або вторинній корі, а також в деревині чи серцевині (у дводольних). Серед запасающих коренів розрізняють кореневі бульби і коренеплоди.

Кореневі бульби характерні як для дводольних, так і для однодольних рослин, і утворюються в результаті видозміни бічних або додаткових коренів (чистяк, зозулинець, любка). Внаслідок обмеженого зростання в довжину вони можуть мати овальну, веретеновидную форму і не розгалужуються. У більшості видів дводольних і однодольних бульба є лише частиною кореня, а на решті корінь має типову будову і галузиться (батат, жоржини , Лилейник).

коренеплід утворюється, в основному, в результаті потовщення головного кореня, але його утворенні бере участь і стебло. Коренеплоди характерні і для багатьох культурних овочевих, кормових та технічних дворічних рослин, і для дикорослих трав'янистих багаторічних рослин (цикорій, кульбаба , женьшень , Хрін).

Найчастіше коренеплоди утворюються в результаті вторинного потовщення коренів (морква, пастернак , петрушка , селера , Ріпа, редька, редиска). При цьому запасающая тканина може розвиватися як в ксилемі, так і в флоеме. У утолщении головного кореня може брати участь і перицикл, формуючи додаткові камбіальні кільця (у буряка).

Рослини, що ростуть на болотах, часто утворюють коріння, що ростуть вгору - дихальне коріння, пневматофори. У таких коренях добре розвинена воздухоносной паренхіма. Таким чином, коріння болотних рослин отримують достатню кількість кисню.

Рослини-епіфіти, які ростуть на інших рослинах високо над землею (але не паразитують на них, наприклад, багато видів орхідей) утворюють повітряні коріння , Які повністю знаходяться в повітрі.

Такі повітряні коріння утворюють на поверхні веламен - шар губчастої гигроскопической тканини, що поглинає вологу, що знаходиться в повітрі.

У індійського дерева баньян коріння, які утворюються на гілках, досягають землі і служать опорою гілкам, такі коріння називають корінням-підпорами. У мангрових дерев в зв'язку з приливами і відливами сформувалися ходульні коріння. Цікаві доськовідниє коріння, що виконують функцію опори, коріння-причеплення у плюща, за допомогою яких ця рослина може підніматися по вертикальній стіні. Корені-присоски рослин паразитів і напівпаразитів вростають в корені рослини-господаря. У багатьох цибулинних рослин коріння здатні скорочуватися на 10-70% від початкової довжини і восени втягувати цибулину глибше в грунт. Такі втягують коріння рятують цибулину від промерзання в зимовий період.

У коренях багатьох рослин (бобових, березових, лохів і ін.) Можуть поселятися бульбочкові бактерії , Які викликають розростання клітин паренхіми і утворення бульб. ці бактерії - активні азотфіксатори, вони поглинають з повітря атмосферне азот, який стає доступний рослинам. В повітрі близько 79% азоту, але рослини не здатні його використати для синтезу амінокислот, азотистих підстави і поглинають азот з грунту. Рослини, що живуть в симбіозі з бульбочкових бактерій не відчувають нестачі в азоті, містять багато білка і при відмирання збагачують грунт азотом. Клевер або люцерна, наприклад, накопичують в бульбах до 300 кг / га азоту в рік.

Добрива. Для поліпшення росту рослин в грунт вносять мінеральні речовини і органічні сполуки - добрива. Добривом називаються органічні або мінеральні речовини, що застосовуються для поліпшення умов живлення рослин.

До органічніх добрив відносять гній, торф, пташиний послід, фекалії, компост. Перевага органічніх добрив є, дере за все, їх комплексність. Вони поєднують у собі і мінеральні солі й органічні речовини, поступово утворюють при розкладанні мінеральні з'єднань.

Одним з основних органічних добрив є гній - відхід тваринництва, що складається з виділень тварин і підстилки. Органічні речовини гною стає доступним рослинам лише після мінералізації. Цей процес протікає повільно, тому протягом кількох років рослини забезпечуються необхідними їм речовинами.

До мінеральних добрив відносяться азотні, фосфорні, калійні та інші промислові добрива, а з місцевих добрив - зола. Мінеральні добрива в залежності від вмісту основних поживних елементів діляться на прості - добрива, які містять в своєму складі лише один з трьох найважливіших поживних елементів (N, P або K) - азотні, фосфорні, калійні та комплексні, або комбіновані - добрива, які містять в своєму складі два або три елементи: азотно-калійні, азотно-фосфорні, азотно-фосфорно-калійні (нітрофоски).

Азотні добрива - аміачна селітра, карбамід (синтетична сечовина), сульфат амонію, хлористий амоній, натрієва селітра, кальцієва селітра - підсилюють зростання стебел і листя.

Фосфорні добрива - суперфосфат, фосфоритне борошно, кісткове борошно - продовжують цвітіння, прискорюють дозрівання плодів.

Калійні добрива - сульфат калію, карбонат калію, сірчанокислий калій - підсилюють зростання підземних органів рослин коренів, цибулин, бульб.

Крім N, P, K, потрібних рослинам в значних кількостях, рослинам необхідні і деякі інші елементи, такі як бор, марганець, мідь, молібден, цинк та інші. Ці елементи потрібні в незначних кількостях і отримали назву мікроелементів, а добрива, їх містять - мікродобривами.

Ключові Терміни і Поняття

1. Корінь. 2. Головний корінь, бічні і додаткові корені. 3. Первинна будова кореня. 4. Вторинне будова кореня. 5. Первинна кора. 6. Осьовий циліндр, стела кореня. 7. Пояски Каспарі. 8. перициклом. 9. Коренева система. 10. Пікіровка. 11. апопластного, сімпластний шляху транспорту. 12. Кореневий тиск. 13. Гутація. 14. ПАСОК. 15. Коренеплоди. 16. Корнеклубни. 17. Дихальні корені. 18. Повітряне коріння, веламен. 19. бульбочкові бактерії .

Основні питання для повторення

1. Що таке корінь?
2. Які корені називаються головними, підрядними, бічними?
3. Чим відрізняються кореневі системи дводольних і однодольних рослин?
4. зони кореня .
5. Три шару первинної кори кореня?
6. Тканини осьовогоциліндра кореня.
7. Шляхи горизонтального транспорту речовин по кореню?
8. Нижній і верхній двигуни водного струму по стеблу і листю?
9. Видозміни коренів.
10. Значення азотних, калійних і фосфорних добрив.

Автор: Піменов Анатолій Валентинович .
(Учитель біології МОУ «Фізико-технічний ліцей №1», м Саратов)