Строение и функции корневой системы растений

Содержание

1. 1. Роль корня в жизни растений3
2. 2. Анатомическое строение корня5
3. 3. Типы корневых систем и их формирование7
4. 4. Физиологические функции корневой системы9
5. Список литературы11

1. Роль корня в жизни растений

Корень представляет собой осевой вегетативный орган высших растений. Ему свойственна радиальная симметрия: структуры располагаются концентрически вокруг центральной оси, через которую можно провести бесчисленное множество плоскостей симметрии. От побега корень отличается отсутствием листьев и почек, а также наличием корневого чехлика, прикрывающего кончик растущей части.

Рост корня в длину не ограничен, поэтому он непрерывно осваивает новые объемы почвы. Эта способность принципиальна: в отличие от побега, корень не закладывает новые органы, а лишь удлиняется, проникая между частицами грунта.

Первостепенная задача корня, поглощение воды с растворенными в ней минеральными веществами. Без этого процесса невозможно существование ни одного наземного растения. Именно корневая система обеспечивает восходящий ток жидкости, который в дальнейшем распределяется по всем тканям. Параллельно корень выполняет якорную функцию. Разветвленная сеть корней удерживает растение в субстрате, противодействуя ветровым нагрузкам и силе тяжести. У крупных деревьев, например у дуба черешчатого, совокупная длина всех корней может достигать десятков километров, что создает надежную опору для многометровой кроны.

Кроме того, корень выступает как метаболический центр. В его клетках синтезируются фитогормоны: цитокинины, гиббереллины, абсцизовая кислота. Эти соединения регулируют деление клеток, прорастание семян, созревание плодов и реакцию растения на стресс. Гормоны, произведенные в корне, по сосудам ксилемы попадают в побег и там включаются в регуляторные цепи. Так корень не просто снабжает растение водой, но и управляет его развитием.

Немаловажна и запасающая функция. В паренхиме корня откладываются крахмал, инулин, сахара. У многих культур именно

подземная часть служит хранилищем питательных веществ: морковь, свекла, репа накапливают продукты фотосинтеза в утолщенном главном корне. Встречаются и воздушные корни, например у орхидей, которые способны впитывать влагу прямо из атмосферы, а у некоторых тропических эпифитов они участвуют в фотосинтезе.

Отдельно стоит упомянуть симбиотические взаимодействия. Корни большинства сосудистых растений образуют микоризу с почвенными грибами: гифы гриба оплетают корень и проникают внутрь, увеличивая площадь всасывания. Растение получает от гриба фосфор и азот, а взамен делится углеводами. Другой пример симбиоза, клубеньковые бактерии рода Rhizobium, поселяющиеся в корнях бобовых и фиксирующие атмосферный азот, который затем усваивается растением.

Наконец, внешний облик корневой системы никогда не случаен. Он отражает экологическую специализацию вида. У растений засушливых регионов главный корень уходит на глубину до нескольких метров, добираясь до грунтовых вод. У обитателей влажных местообитаний корни распластаны в поверхностном слое почвы. Адаптации касаются не только длины, но и формы: корни-подпорки баньяна, ходульные корни мангровых деревьев или корни-присоски плюща, все это варианты решения одной задачи: выжить в конкретных условиях. Многообразие этих решений будет подробно рассмотрено в следующих главах.

2. Анатомическое строение корня

Корень растёт не равномерно, а отдельными участками, которые называют зонами. Каждая из них отличается набором клеток и выполняет собственную задачу. Самый кончик корня занят зоной деления: здесь клетки меристемы постоянно делятся, обеспечивая прирост длины. Вслед за ней идёт зона растяжения, где молодые клетки перестают делиться и начинают вытягиваться вдоль оси корня, увеличивая его размер. В зоне всасывания клетки уже дифференцированы, а их поверхность покрыта корневыми волосками, которые в десятки раз увеличивают площадь контакта с почвой. Выше расположена зона проведения: здесь формируются проводящие ткани, по которым вода и минеральные вещества движутся к стеблю, а органические соединения спускаются вниз.

Первичное строение корня, характерное для молодых участков, представлено тремя системами тканей. Снаружи находится эпиблема, или ризодерма, однослойная покровная ткань с корневыми волосками. Под ней лежит первичная кора, состоящая из паренхимных клеток, которые запасают вещества и участвуют в проведении растворов. Центральную часть корня занимает стела, или центральный цилиндр, включающий ксилему, флоэму и перицикл. Перицикл, кстати, сохраняет меристематическую активность и даёт начало боковым корням.

Между первичной корой и стелой находится эндодерма, последний слой коры. Её клетки имеют особые утолщения на радиальных и поперечных стенках, пропитанные суберином. Эти образования, известные как пояски Каспари, полностью перекрывают межклеточные пространства. В результате водный поток с растворёнными веществами не может просочиться между клетками: он вынужден проходить через плазмалемму клеток эндодермы. Так растение получает контроль над составом веществ, поступающих в центральный цилиндр, и отсекает токсичные соединения. В учебнике Фоксфорда этот механизм описывается как «таможенный

пост» на границе стелы.

У однодольных первичное строение сохраняется на протяжении всей жизни. У двудольных и голосеменных оно сменяется вторичным утолщением, которое запускается деятельностью камбия. Камбий закладывается между ксилемой и флоэмой и начинает откладывать вторичные проводящие ткани: к центру формируется вторичная ксилема, к периферии вторичная флоэма. Параллельно с этим феллоген, или пробковый камбий, закладывается в перицикле и образует перидерму, которая заменяет эпиблему. В результате корень приобретает прочную защитную оболочку и увеличивается в диаметре, что особенно заметно у многолетних деревьев и кустарников. В лекции БГУ отмечается, что вторичное строение позволяет корню выполнять опорную функцию и выдерживать значительные механические нагрузки.

3. Типы корневых систем и их формирование

Совокупность всех корней одного растения образует корневую систему. Её облик определяется тем, какие корни, главные или придаточные, получают преимущественное развитие. В ботанике традиционно выделяют три основных типа: стержневую, мочковатую и смешанную.

Стержневая система строится вокруг хорошо развитого главного корня. Он формируется из зародышевого корешка и растёт вертикально вглубь, заметно выделяясь на фоне остальных корней толщиной и длиной. Такая архитектура характерна для подавляющего большинства двудольных растений. Достаточно взглянуть на одуванчик или берёзу, чтобы увидеть ярко выраженный центральный стержень. Глубокое проникновение позволяет растению доставать воду из нижних горизонтов почвы, что особенно ценно в засушливых регионах. У некоторых растений, например у моркови или редиса, главный корень видоизменяется и выполняет функцию хранения питательных веществ, ещё больше усиливая свою доминирующую роль.

Противоположный тип, мочковатая корневая система, устроена иначе. Здесь главный корень либо рано отмирает, либо перестаёт расти, и его функцию берут на себя многочисленные придаточные корни, отрастающие от основания побега. Они образуют плотный пучок, или мочку, сходную по толщине. Этот тип доминирует у однодольных растений: злаков, лука, пшеницы, тюльпанов. Мочковатая система не проникает так глубоко, как стержневая, зато она оплетает верхний слой почвы гораздо плотнее. Такое строение обеспечивает быстрое всасывание влаги после дождя и эффективно противостоит водной эрозии, скрепляя почву корнями.

Не всегда растения вписываются в эти две чёткие схемы. У многих травянистых двудольных, например у клевера или подорожника, формируется смешанная корневая система. В ней главный корень остаётся заметным, но одновременно активно развиваются и придаточные корни. Они

могут отрастать от стебля или от подземных побегов, создавая сложную, многоярусную структуру. Такое сочетание даёт растению двойное преимущество: возможность использовать влагу из глубоких слоёв и одновременно плотно осваивать верхний плодородный горизонт. Смешанный тип часто встречается у растений, размножающихся вегетативно.

Тип корневой системы не является жёстко предопределённым. Хотя генетическая программа задаёт базовую схему, характерную для конкретного вида, окончательный облик зависит от условий среды. На плотной, тяжёлой почве главный корень часто не может пробиться вглубь и замедляет свой рост, уступая место боковым ответвлениям. При недостатке влаги растение, наоборот, стремится развить более глубокий стержневой корень. Избыточное увлажнение стимулирует развитие поверхностных придаточных корней, так как в верхних слоях почвы больше кислорода. Даже у одного и того же растения, выращенного на разных грунтах, корневые системы могут различаться кардинально. Эта пластичность, подробно описанная в работах по экологической морфологии растений, является ключевой адаптацией, позволяющей выживать в меняющихся условиях.

4. Физиологические функции корневой системы

Переход от анатомии и морфологии к физиологии неизбежен. Строение корня существует ровно для того, чтобы обеспечивать его работу. А начинается эта работа на границе раздела сред, там, где живая клетка встречается с почвенным раствором.

Вода поступает в корень по законам осмоса. Концентрация растворённых веществ в клеточном соке корневых волосков выше, чем в окружающей почвенной влаге, поэтому вода стремится внутрь через полупроницаемую мембрану. Процесс этот пассивен, он не требует затрат энергии, но именно он создаёт первичный градиент давления. Минеральные соли, растворённые в той же воде, так просто пройти не могут. Для ионов калия, нитратов, фосфатов клеточные мембраны снабжены специальными белками-переносчиками. Работают они по принципу активного транспорта, тратя АТФ на перемещение веществ против градиента концентрации. Часть минеральных элементов, впрочем, проникает и пассивно, по диффузии, если разница концентраций достаточно велика.

Дальше начинается логистика. Попав в центральный цилиндр, вода и растворённые в ней вещества оказываются в сосудах ксилемы. Мёртвые полые трубки, армированные лигнином, образуют единую транспортную магистраль, тянущуюся от корня до самых листьев. Движение по этой магистрали обеспечивают два механизма, работающих в связке. Первый, корневое давление, создаётся самим корнем: осмотическое нагнетание воды в ксилему выдавливает её вверх, как поршень. Этого давления достаточно, чтобы поднять столб жидкости на несколько метров. Легко наблюдать это весной при срезании стебля берёзы, когда из среза сочится сок. Но основную работу выполняет транспирация. Испарение воды с поверхности листьев создаёт отрицательное давление, которое буквально вытягивает воду из корня по принципу соломинки. Корень в этой системе играет роль нижнего насоса, а лист верхнего.

Закрепление в почве менее заметно, но не менее критично. Корень не просто якорь, это инженерная конструкция. Механическая прочность обеспечивается за счёт центрального цилиндра с толстостенными сосудами и волокнами склеренхимы, которые работают на разрыв и изгиб. Ветвление создаёт огромную площадь контакта с почвой. Общая длина корней одного растения ржи достигает 600 километров, а суммарная поверхность всасывания в десятки раз превышает площадь надземной части. Такая разветвлённая сеть буквально прошивает почвенные агрегаты, противостоит вырыванию при порывах ветра и предотвращает полегание злаков под тяжестью колоса.

Наконец, корень работает как эндокринная железа. Именно здесь синтезируются цитокинины, которые стимулируют деление клеток в побегах и задерживают старение листьев. Гиббереллины, продуцируемые в корнях, регулируют удлинение стебля и прорастание семян. Абсцизовая кислота, напротив, вырабатывается при дефиците воды и передаёт сигнал устьицам закрыться, снижая транспирацию. Так корень не просто снабжает растение ресурсами, он дирижирует его развитием, реагируя на состояние почвы и посылая химические сигналы в каждый лист и каждую почку. Целостность растительного организма обеспечивается именно этой скрытой от глаз, но непрерывной работой.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Строение корня — Фоксфорд Учебник — https://foxford.ru/wiki/biologiya/stroenie-kornya

2. Корень — Википедия — https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%BD%D1%8C

3. Корень. Внешнее и внутреннее строение корня — https://kid-mama.ru/biologiya-6-klass-rasteniya-bakterii-griby-lishajniki/koren-vneshnee-i-vnutrennee-stroenie-kornya/

4. Корни растений: строение, функции, диагностика проблем — https://city-farmer.ru/baza-znanij/osnovy-rastenievodstva/fiziologiya-rastenij/stroenie-i-funkczii-kornya/

5. Тема: Анатомическое строение корня — https://e-lib.gasu.ru/eposobia/papina/malprak1/R_4_1.html

6. Занятие 6. Анатомическое строение корня — http://old.gsu.by/biglib/gsu/%D0%91%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9/%D0%91%D0%BE%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0_%D0%9B%D0%A5_%D0%9F%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%BA%D1%83%D0%BC_%D0%B7%D0%B0%D0%BD%D1%8F%D1%82%D0%B8%D0%B5%206.pdf

7. Анатомическое строение корня — ОрГМУ — https://www.orgma.ru/files/kafedry/kafedra-biologii/informatsiya-dlya-studentov/FF/2_kurs/Botanika/%D0%A4%D0%A4_2%20%D0%BA%D1%83%D1%80%D1%81_%D0%91%D0%BE%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0_%D0%9B%D0%B5%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F%207_%D0%90%D0%BD%D0%B0%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%B8%D1%8F%20%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%BD%D1%8F.pdf

8. Лекция 7. Корень и корневые системы — БГУ — https://www.bsu.ru/content/page/1415/hecadem/morph/ppt_7.pdf