Корень - один из основных органов растения. Он выполняет функцию поглощения из почвы с растворенными в ней элементами минерального питания. Корень закрепляет и удерживает растение в почве. Кроме того, корни имеют метаболическое значение. В результате первичного синтеза в них образуются аминокислоты, гормоны и др., которые быстро включаются в последующий биосинтез, происходящий в стебле и листьях растения. В корнях могут откладываться запасные питательные вещества.
Корень - осевой орган, имеющий радиально-симметричное анатомическое строение. Корень неопределенно долго нарастает в длину благодаря деятельности апикальной меристемы, нежные клетки которой почти всегда прикрыты корневым чехликом. В отличие от побега, корень характеризуется отсутствием листьев и, в силу этого, расчленения на узлы и междоузлия, а также наличием чехлика. Вся растущая часть корня не превышает 1 см.
Корневой чехлик длиной около 1 мм состоит из рыхлых тонкостенных клеток, которые постоянно заменяются новыми. У растущего корня чехлик практически обновляется каждый день. Отслаивающиеся клетки образуют слизь, облегчающую продвижение кончика корня в почве. Функции корневого чехлика - защита точки роста и обеспечение корням положительного геотропизма, который особенно сильно выражен у главного корня.
К чехлику примыкает зона деления размером около 1 мм, составленная клетками меристемы. Меристема в процессе митотических делений образует массу клеток, обеспечивая рост корня и пополняя клетки корневого чехлика.
За зоной деления следует зона растяжения. Здесь увеличивается длина корня в результате роста клеток и приобретения ими нормальной формы и размера. Протяженность зоны растяжения - несколько миллиметров.
За зоной растяжения располагается зона всасывания, или поглощения. В этой зоне клетки первичной покровной корня - эпиблемы - образуют многочисленные корневые волоски, которые всасывают почвенный раствор минеральных веществ.Зона поглощения имеет длину в несколько сантиметров, именно здесь корни всасывают основную массу воды и растворенных в ней солей. Эта зона, как и две предыдущие, постепенно передвигается, меняя свое место в почве с ростом корня. Корневые волоски по мере роста корня погибают, зона всасывания возникает на вновь вырастающем участке корня, и всасывание питательных веществ происходит из нового объема почвы. На месте прежней зоны поглощения формируется зона проведения.
Первичное строение корня
Первичное строение корня возникает в результате дифференциации меристемы апекса. В первичной структуре корня вблизи его кончика различают три слоя: наружный - эпиблему, средний - первичную кору, центральный осевой цилиндр - стелу.
Внутренние ткани закономерно и в определенной последовательности возникают в зоне деления в апикальной меристеме. Здесь наблюдается четкое разделение на два отдела. Наружный отдел, происходящий от среднего слоя инициальных клеток, носит название Периблемы. Внутренний отдел происходит от верхнего слоя инициальных клеток и называется Плеромой.
Плерома дает начало стеле, при этом одни клетки превращаются в сосуды и трахеиды, другие - в ситовидные трубки, третьи - в клетки сердцевины и т. д. Клетки периблемы превращаются в первичную кору корня, состоящую из паренхимных клеток основной ткани.
Из наружного слоя клеток - дерматогена - на поверхности корня обособляется первичная покровная ткань - эпиблема, или ризодерма. Это однослойная ткань, достигающая полного развития в зоне поглощения. Сформированная ризодерма образует тончайшие многочисленные выросты - корневые волоски. Корневой волосок недолговечен и только в растущем состоянии активно поглощает воду и растворенные в ней вещества. Образование волосков способствует увеличению общей поверхности всасывающей зоны в 10 и более раз. Длина волоска не более 1 мм. Оболочка его очень тонка и состоит из целлюлозы и пектиновых веществ.
Возникшая из периблемы первичная кора состоит из живых тонкостенных паренхимных клеток и представлена тремя четко отличающимися друг от друга слоями: эндодермой, мезодермой и экзодермой.
Непосредственно к центральному цилиндру (стеле) прилегает внутренний слой первичной коры - эндодерма. Она состоит из одного ряда клеток, имеющих утолщения на радиальных стенках, так называемые пояски Каспари, которые перемежаются тонкостенными клетками - пропускными клетками. Эндодерма контролирует поступление веществ из коры в центральный цилиндр и обратно.
Кнаружи от эндодермы расположена мезодерма - средний слой первичной коры. Она состоит из рыхло расположенных клеток с системой межклетников, по которым идет интенсивный газообмен. В мезодерме происходит синтез и передвижение в другие ткани пластических веществ, накапливаются запасные вещества, располагается микориза.
Наружная часть первичной коры называется экзодермой. Она располагается непосредственно под ризодермой, а по мере отмирания корневых волосков оказывается на поверхности корня. В этом случае экзодерма может выполнять функцию покровной ткани: происходит утолщение и опробковение клеточных оболочек и отмирание содержимого клеток. Среди опробковевших клеток остаются пропускные неопробковевшие клетки, через которые происходит прохождение веществ.
Наружный слой стелы, примыкающий к эндодерме, получил название перицикла. Клетки его долго сохраняют способность к делению. В этом слое происходит заложение боковых корешков, поэтому перицикл называют корнеродным слоем.
Для корней характерно чередование в стеле участков ксилемы и флоэмы. Ксилема образует звезду (с разным числом лучей у разных групп растений), а между ее лучами располагается флоэма. В самом центре корня могут находиться ксилемы, склеренхима или тонкостенная паренхима. Чередование ксилемы и флоэмы по периферии стелы - характерная особенность корня, что резко отличает его от стебля.
Описанное выше первичное строение корня характерно для молодых корней у всех групп высших растений. У плаунов, хвощей, папоротников и представителей класса Однодольных отдела Цветковых растений первичная структура корня сохраняется в течение всей его жизни.
Вторичное строение корня
В корнях голосеменных и двудольных покрытосеменных растений первичная структура корня сохраняется лишь до начала его утолщения в результате деятельности вторичных боковых меристем - камбия и феллогена (пробкового камбия). Процесс вторичных изменений начинается с появления прослоек камбия под участками первичной флоэмы, внутрь от нее. Камбий возникает из слабо дифференцированной паренхимы центрального цилиндра. Внутрь он откладывает элементы вторичной ксилемы (древесины), наружу - элементы вторичной флоэмы (луб). Сначала прослойки камбия разобщены, но потом они смыкаются и образуют сплошной слой. Это происходит благодаря делению клеток перицикла против лучей ксилемы. Камбиальные участки, возникшие из перицикла, образуются только паренхимными клетками сердцевинных лучей, остальные клетки камбия образуют проводящие элементы - ксилему и флоэму. Этот процесс может продолжаться долго, и корни достигают значительной толщины. В многолетнем корне, в его центральной части, остается отчетливо выраженная лучевая первичная ксилема.
В перицикле возникает и пробковый камбий (феллоген). Он откладывает наружу слои клеток вторичной покровной ткани - пробки. Первичная кора (эндодерма, мезодерма и экзодерма), изолированная пробковым слоем от внутренних живых тканей, отмирает.
Корневые системы
Совокупность всех корней растения называется корневой системой. В ее сложении участвуют главный корень, боковые и придаточные корни.
Корневая система бывает стержневой или мочковатой. Стержневая корневая система характеризуется преимущественным развитием главного корня в длину и толщину, и он хорошо выделяется среди других корней. В стержневой корневой системе помимо главного и боковых корней могут возникать и придаточные корни. Большинство двудольных растений обладают стержневой корневой системой.
У всех однодольных растений и у некоторых двудольных, особенно размножающихся вегетативно, главный корень рано отмирает или развивается слабо и корневая система образуется из придаточных корней, возникающих у основания стебля. Такая корневая система называется мочковатой.
Для развития корневой системы большое значение имеют свойства почвы. Почва влияет на структуру корневой системы, на рост ее корней, глубину проникновения и пространственное размещение их в почве.
Выделения корней создают в почве вокруг него зону, изобилующую бактериями, грибами и другими микроорганизмами, которую называют ризосферой. Формирование поверхностных, глубинных и других корневых систем отражает приспособление растений к условиям почвенного водоснабжения.
Кроме того, в любой корневой системе непрерывно происходят изменения, связанные с возрастом растений, сменой времен года и др.
Специализации и метаморфозы корней
Помимо основных функций корни могут выполнять некоторые другие, при этом происходят видоизменения корней, их метаморфозы.
В природе значительно распространено явление симбиоза корней высших растений с почвенными грибами. Окончания корней, оплетенные с поверхности гифами гриба или содержащие их в коре корня, называются микоризой (дословно - «грибокорень»). Микориза бывает наружной, или эктотрофной, внутренней, или эндотрофной, и наружновнутренней.
Эктотрофная микориза заменяет растению корневые волоски, которые обычно при этом не развиваются. Наружная и наружновнутренняя микориза отмечена у древесных и кустарниковых растений (например, у дуба, клена, березы, орешника и др.).
Внутренняя микориза развивается у многих видов травянистых и древесных растений (например, у многих видов злаков, лука, грецкого ореха, винограда и др.). Виды таких семейств, как Вересковые, Грушанковые и Орхидные, не могут существовать без микоризы.
Симбиотические отношения между грибом и автотрофным растением проявляются в следующем. Автотрофные растения обеспечивают грибной симбионт доступными для него растворимыми углеводами. В свою очередь, грибной симбионт снабжает растение важнейшими минеральными веществами (азотфиксирующий грибной симбионт доставляет растению азотные соединения, быстро ферментирует труднорастворимые запасные питательные вещества, доводя их до глюкозы, избыток которой повышает всасывающую деятельность корней.
Помимо микоризы (микосимбиотрофия) в природе встречается симбиоз корней с бактериями (бактериосимбиотрофия), не имеющий такого широкого распространения, как первый. Иногда на корнях образуются наросты, называемые клубеньками. Внутри клубеньков находится множество клубеньковых бактерий, обладающих свойством фиксировать атмосферный азот.
Запасающие корни
Многие растения способны откладывать в корнях запасные питательные вещества (крахмал, инулин, сахар и др.). Видоизмененные корни, выполняющие функцию запасания, получили название «корнеплодов» (например, у свеклы, моркови и др.) или корневых шишек (сильно утолщенные придаточные корни георгина, чистяка, любки и др.). Между корнеплодами и корневыми шишками имеются многочисленные переходы.
Втягивающие, или контрактильные корни
У некоторых растений происходит резкое сокращение корня в продольном направлении у его основания (например, у луковичных растений). Втягивающие корни широко распространены у покрытосеменных растений. Эти корни обусловливают плотное прилегание к земле розеток (например, у подорожника, одуванчика и др.), подземное положение корневой шейки и вертикального корневища, обеспечивают некоторое углубление клубней. Таким образом, втягивающие корни помогают побегам находить наилучшую глубину залегания в почве. В Арктике втягивающие корни обеспечивают переживание неблагоприятного зимнего периода цветковыми почками и почками возобновления.
Воздушные корни
Воздушные корни развиваются у многих тропических эпифитов (из семейств Орхидных, Аронниковых и Бромелиевых). Они имеют аэренхиму и могут поглощать атмосферную влагу. На заболоченных почвах в тропиках у деревьев образуются дыхательные корни (пневматофоры), которые поднимаются вверх над поверхностью почвы и снабжают подземные органы воздухом через систему отверстий.
У деревьев, произрастающих по берегам тропических морей в составе мангровых зарослей в приливно-отливной полосе, образуются ходульные корни. Благодаря сильному разветвлению этих корней деревья сохраняют устойчивость на зыбком грунте.
Филогенетически корень возник позже стебля и листа - в связи с переходом растений к жизни на суше и вероятно, произошёл от корнеподобных подземных веточек. У корня нет ни листьев, ни в определённом порядке расположенных почек. Для него характерен верхушечный рост в длину, боковые разветвления его возникают из внутренних тканей, точка роста покрыта корневым чехликом. Корневая система формируется на протяжении всей жизни растительного организма. Иногда корень может служить местом отложения в запас питательных веществ. В таком случае он видоизменяется.
Виды корней
Главный корень образуется из зародышевого корешка при прорастании семени. От него отходят боковые корни.
Придаточные корни развиваются на стеблях и листьях.
Боковые корни представляют собой ответвления любых корней.
Каждый корень (главный, боковые, придаточные) обладает способностью к ветвлению, что значительно увеличивает поверхность корневой системы, а это способствует лучшему укреплению растения в почве и улучшению его питания.
Типы корневых систем
Различают два основных типа корневых систем: стержневая, имеющая хорошо развитый главный корень, и мочковатая. Мочковатая корневая система состоит из большого числа придаточных корней, одинаковых по величине. Вся масса корней состоит из боковых или придаточных корешков и имеет вид мочки.
Сильно разветвлённая корневая система образует огромную поглощающую поверхность. Например,
- общая длина корней озимой ржи достигает 600 км;
- длина корневых волосков — 10 000 км;
- общая поверхность корней — 200 м 2 .
Это во много раз превышает площадь надземной массы.
Если у растения хорошо выражен главный корень и развиваются придаточные корни, то формируется корневая система смешанного типа (капуста, помидор).
Внешнее строение корня. Внутреннее строение корня
Зоны корня
Корневой чехлик
Корень растёт в длину своей верхушкой, где находятся молодые клетки образовательной ткани. Растущая часть покрыта корневым чехликом, защищающим кончик корня от повреждений, и облегчает продвижение корня в почве во время роста. Последняя функция осуществляется благодаря свойству внешних стенок корневого чехлика покрываться слизью, что уменьшает трение между корнем и частичками почвы. Могут даже раздвигать частички почвы. Клетки корневого чехлика живые, часто содержат зёрна крахмала. Клетки чехлика постоянно обновляются за счёт деления. Участвует в положительных геотропических реакциях (направление роста корня к центру Земли).
Клетки зоны деления активно делятся, протяженность этой зоны у разных видов и у разных корней одного и того же растения неодинакова.
За зоной деления расположена зона растяжения (зона роста). Протяжённость этой зоны не превышает нескольких миллиметров.
По мере завершения линейного роста наступает третий этап формирования корня — его дифференциация, образуется зона дифференциации и специализации клеток (или зона корневых волосков и всасывания). В этой зоне уже различают наружный слой эпиблемы (ризодермы) с корневыми волосками, слой первичной коры и центральный цилиндр.
Строение корневого волоска
Корневые волоски — это сильно удлинённые выросты наружных клеток, покрывающих корень. Количество корневых волосков очень велико (на 1 мм 2 от 200 до 300 волосков). Их длина достигает 10 мм. Формируются волоски очень быстро (у молодых сеянцев яблони за 30-40 часов). Корневые волоски недолговечны. Они отмирают через 10-20 дней, а на молодой части корня отрастают новые. Это обеспечивает освоение корнем новых почвенных горизонтов. Корень непрерывно растёт, образуя всё новые и новые участки корневых волосков. Волоски могут не только поглощать готовые растворы веществ, но и способствовать растворению некоторых веществ почвы, а затем всасывать их. Участок корня, где корневые волоски отмерли, некоторое время способен всасывать воду, но затем покрывается пробкой и теряет эту способность.
Оболочка волоска очень тонкая, что облегчает поглощение питательных веществ. Почти всю клетку волоска занимает вакуоль, окружённая тонким слоем цитоплазмы. Ядро находится в верхней части клетки. Вокруг клетки образуется слизистый чехол, который содействует склеиванию корневых волосков с частицами почвы, что улучшает их контакт и повышает гидрофильность системы. Поглощению способствует выделение корневыми волосками кислот (угольной, яблочной, лимонной), которые растворяют минеральные соли.
Корневые волоски играют и механическую роль — они служат опорой верхушке корня, которая проходит между частичками почвы.
Под микроскопом на поперечном срезе корня в зоне всасывания видно его строение на клеточном и тканевом уровнях. На поверхности корня — ризодерма, под ней — кора. Наружный слой коры — экзодерма, вовнутрь от неё — основная паренхима. Её тонкостенные живые клетки выполняют запасающую функцию, проводят растворы питательных веществ в радиальном направлении — от всасывающей ткани к сосудам древесины. В них же происходит синтез ряда жизненно важных для растения органических веществ. Внутренний слой коры — эндодерма. Растворы питательных веществ, поступающие из коры в центральный цилиндр через клетки эндодермы, проходят только через протопласт клеток.
Кора окружает центральный цилиндр корня. Она граничит со слоем клеток, долго сохраняющих способность к делению. Это перицикл. Клетки перицикла дают начало боковым корням, придаточным почкам и вторичным образовательным тканям. Вовнутрь от перицикла, в центре корня, находятся проводящие ткани: луб и древесина. Вместе они образуют радиальный проводящий пучок.
Проводящая система корня проводит воду и минеральные вещества из корня в стебель (восходящий ток) и органические вещества из стебля в корень (нисходящий ток). Состоит она из сосудисто-волокнистых пучков. Основными слагаемыми частями пучка являются участки флоэмы (по ним вещества передвигаются к корню) и ксилемы (по которым вещества передвигаются от корня). Основные проводящие элементы флоэмы — ситовидные трубки, ксилемы — трахеи (сосуды) и трахеиды.
Процессы жизнедеятельности корня
Транспорт воды в корне
Всасывание воды корневыми волосками из почвенного питательного раствора и проведение её в радиальном направлении по клеткам первичной коры через пропускные клетки в эндодерме к ксилеме радиального проводящего пучка. Интенсивность поглощения воды корневыми волосками называется сосущей силой (S), она равна разнице между осмотическим (P) и тургорным (T) давлением: S=P-T.
Когда осмотическое давление равно тургорному (P=T), то S=0, вода перестаёт поступать в клетку корневого волоска. Если концентрация веществ почвенного питательного раствора будет выше, чем внутри клетки, то вода будет выходить из клеток и наступит плазмолиз — растения завянут. Такое явление наблюдается в условиях сухости почвы, а также при неумеренном внесении минеральных удобрений. Внутри клеток корня сосущая сила корня возрастает от ризодермы по направлению к центральному цилиндру, поэтому вода движется по градиенту концентрации (т. е. из места с большей её концентрацией в место с меньшей концентрацией) и создаёт корневое давление, которое поднимает столбик воды по сосудам ксилемы, образуя восходящий ток. Это можно обнаружить на весенних безлистных стволах, когда собирают «сок», или на срезанных пнях. Истекание воды из древесины, свежих пней, листьев, называется «плачем» растений. Когда распускаются листья, то они тоже создают сосущую силу и притягивают воду к себе — образуется непрерывный столбик воды в каждом сосуде — капиллярное натяжение. Корневое давление является нижним двигателем водного тока, а сосущая сила листьев — верхним. Подтвердить это можно с помощью несложных опытов.
Всасывание воды корнями
Цель: выяснить основную функцию корня.
Что делаем: растение, выращенное на влажных опилках, отряхнём его корневую систему и опустим в стакан с водой его корни. Поверх воды для защиты её от испарения нальём тонкий слой растительного масла и отметим уровень.
Что наблюдаем: через день-два вода в ёмкости опустилась ниже отметки.
Результат: следовательно, корни всосали воду и подали её наверх к листьям.
Можно ещё проделать один опыт, доказывающий всасывание питательных веществ корнем.
Что делаем: срежем у растения стебель оставив пенёк высотой 2-3 см. На пенёк наденем резиновую трубку длиной 3 см, а на верхний конец наденем изогнутую стеклянную трубку высотой 20-25 см.
Что наблюдаем: вода в стеклянной трубке поднимается, и вытекает наружу.
Результат: это доказывает, что воду из почвы корень всасывает в стебель.
А влияет ли температура воды на интенсивность всасывания корнем воды?
Цель: выяснить, как температура влияет на работу корня.
Что делаем: один стакан должен быть с тёплой водой (+17-18ºС), а другой с холодной (+1-2ºС).
Что наблюдаем: в первом случае вода выделяется обильно, во втором — мало, или совсем приостанавливается.
Результат: это является доказательством того, что температура сильно влияет на работу корня.
Тёплая вода активно поглощается корнями. Корневое давление повышается.
Холодная вода плохо поглощается корнями. В этом случае корневое давление падает.
Минеральное питание
Физиологическая роль минеральных веществ очень велика. Они являются основой для синтеза органических соединений, а также факторами, которые изменяют физическое состояние коллоидов, т.е. непосредственно влияют на обмен веществ и строение протопласта; выполняют функцию катализаторов биохимических реакций; воздействуют на тургор клетки и проницаемость протоплазмы; являются центрами электрических и радиоактивных явлений в растительных организмах.
Установлено, что нормальное развитие растений возможно только при наличии в питательном растворе трёх неметаллов — азота, фосфора и серы и — и четырёх металлов — калия, магния, кальция и железа. Каждый из этих элементов имеет индивидуальное значение и не может быть заменён другим. Это макроэлементы, их концентрация в растении составляет 10 -2 –10%. Для нормального развития растений нужны микроэлементы, концентрация которых в клетке составляет 10 -5 –10 -3 %. Это бор, кобальт, медь, цинк, марганец, молибден др. Все эти элементы есть в почве, но иногда в недостаточном количестве. Поэтому в почву вносят минеральные и органические удобрения.
Растение нормально растёт и развивается в том случае, если в окружающей корни среде будут содержаться все необходимые питательные вещества. Такой средой для большинства растений является почва.
Дыхание корней
Для нормального роста и развития растения необходимо чтобы к корню поступал свежий воздух. Проверим, так ли это?
Цель: нужен ли воздух корню?
Что делаем: возьмём два одинаковых сосуда с водой. В каждый сосуд поместим развивающие проростки. Воду в одном из сосудов каждый день насыщаем воздухом с помощью пульверизатора. На поверхность воды во втором сосуде нальём тонкий слой растительного масла, так как оно задерживает поступление воздуха в воду.
Что наблюдаем: через некоторое время растение во втором сосуде перестанет расти, зачахнет, и в конце концов погибнет.
Результат: гибель растения наступает из-за недостатка воздуха, необходимого для дыхания корня.
Видоизменения корней
У некоторых растений в корнях откладываются запасные питательные вещества. В них накапливаются углеводы, минеральные соли, витамины и другие вещества. Такие корни сильно разрастаются в толщину и приобретают необычный внешний вид. В формировании корнеплодов участвуют и корень, и стебель.
Корнеплоды
Если запасные вещества накапливаются в главном корне и в основании стебля главного побега, образуются корнеплоды (морковь). Растения, образующие корнеплоды, в основном двулетники. В первый год жизни они не цветут и накапливают в корнеплодах много питательных веществ. На второй — они быстро зацветают, используя накопленные питательные вещества и образуют плоды и семена.
Корневые клубни
У георгина запасные вещества накапливаются в придаточных корнях, образуя корневые клубни.
Бактериальные клубеньки
Своеобразно изменены боковые корни у клевера, люпина, люцерны. В молодых боковых корешках поселяются бактерии, что способствует усвоению газообразного азота почвенного воздуха. Такие корни приобретают вид клубеньков. Благодаря этим бактериям эти растения способны жить на бедных азотом почвах и делать их более плодородными.
Ходульные
У пандуса, произрастающего в приливно-отливной зоне, развиваются ходульные корни. Они высоко над водой удерживают на зыбком илистом грунте крупные облиственные побеги.
Воздушные
У тропических растений, живущих на ветвях деревьев, развиваются воздушные корни. Они часто встречаются у орхидей, бромелиевых, у некоторых папоротников. Воздушные корни свободно висят в воздухе, не достигая земли и поглощая попадающую на них влагу от дождя или росы.
Втягивающие
У луковичных и клубнелуковичных растений, например у крокусов, среди многочисленных нитевидных корней имеется несколько более толстых, так называемых втягивающих, корней. Сокращаясь, такие корни втягивают клубнелуковицу глубже в почву.
Столбовидные
У фикуса развиваются столбовидные надземные корни, или корни-подпорки.
Почва как среда обитания корней
Почва для растений является средой, из которой оно получает воду и элементы питания. Количество минеральных веществ в почве зависит от специфических особенностей материнской горной породы, деятельности организмов, от жизнедеятельности самих растений, от типа почвы.
Почвенные частицы конкурируют с корнями за влагу, удерживая её своей поверхностью. Это так называемая связанная вода, которая подразделяется на гигроскопическую и плёночную. Удерживается она силами молекулярного притяжения. Доступная растению влага представлена капиллярной водой, которая сосредоточена в мелких порах почвы.
Между влагой и воздушной фазой почвы складываются антагонистические отношения. Чем больше в почве крупных пор, тем лучше газовый режим этих почв, тем меньше влаги удерживает почва. Наиболее благоприятный водно-воздушный режим поддерживается в структурных почвах, где вода и воздух находятся одновременно и не мешают друг другу — вода заполняет капилляры внутри структурных агрегатов, а воздух — крупные поры между ними.
Характер взаимодействия растения и почвы в значительной степени связан с поглотительной способностью почвы — способностью удерживать или связывать химические соединения.
Микрофлора почвы разлагает органические вещества до более простых соединений, участвует в формировании структуры почвы. Характер этих процессов зависит от типа почвы, химического состава растительных остатков, физиологических свойств микроорганизмов и других факторов. В формировании структуры почвы принимают участие почвенные животные: кольчатые черви, личинки насекомых и др.
В результате совокупности биологических и химических процессов в почве образуется сложный комплекс органических веществ, который объединяют термином «гумус».
Метод водных культур
В каких солях нуждается растение, и какое влияние оказывают они на рост и развитие его, было установлено на опыте с водными культурами. Метод водных культур — это выращивание растений не в почве, а в водном растворе минеральных солей. В зависимости от поставленной цели в опыте можно исключить отдельную соль из раствора, уменьшить или увеличить ее содержание. Было выяснено, что удобрения, содержащие азот, способствуют росту растений, содержащие фосфор — скорейшему созреванию плодов, а содержащие калий — быстрейшему оттоку органических веществ от листьев к корням. В связи с этим содержащие азот удобрения рекомендуется вносить перед посевом или в первой половине лета, содержащие фосфор и калий — во второй половине лета.
С помощью метода водных культур удалось установить не только потребность растения в макроэлементах, но и выяснить роль различных микроэлементов.
В настоящее время известны случаи, когда выращивают растения методами гидропоники и аэропоники.
Гидропоника — выращивание растений в сосудах, заполненных гравием. Питательный раствор, содержащий необходимые элементы, подаётся в сосуды снизу.
Аэропоника — это воздушная культура растений. При этом способе корневая система находится в воздухе и автоматически (несколько раз в течение часа) опрыскивается слабым раствором питательных солей.
Что такое растения?
И растения, и животные состоят из клеток. Клетки вырабатывают химические вещества, от которых зависит рост и жизнедеятельность. Помимо этого, и растения, и животные для своих жизненных процессов используют газы, воду и минеральные вещества. И растения, и животные проходят жизненные циклы, в течение которых они зарождаются, растут, размножаются и умирают. Но растения имеют одно, очень существенное отличие: они не способны передвигаться с места на место, поскольку корнями зафиксированы на одном месте. Они обладают способностью осуществлять особый процесс, который называется фотосинтез. Для этого процесса растения используют энергию солнечного излучения, содержащийся в воздухе углекислый газ, а также воду и минеральные вещества из почвы — и из всего этого они вырабатывают себе питание. Животные этого делать не могут. Для получения необходимой для жизни энергии они должны искать пищу, поедать растения или других животных.
Отходы процесса фотосинтеза — это кислород, газ, который необходим всем животным для дыхания. А это означает, что если бы не было растительной жизни, то животной жизни на Земле тоже не было бы
Что едят растения?
Нельзя сказать, что растения едят — в прямом смысле, имея в виду, например, еду животных. Зеленые растения добывают себе питание с помощью химического процесса, известного как фотосинтез, при котором энергия солнечного излучения, углекислый газ и вода используются для того, чтобы получить вещества, называемые моносахариды. Затем эти моносахариды превращаются в крахмалы, белки или жиры, а те, в свою очередь, обеспечивают растение необходимой энергией для того, чтобы происходили процессы жизнедеятельности и растения росли. Пищей для растений, которые мы покупаем в магазинах, является смесь минеральных веществ, необходимых растениям для роста. К этим минеральным веществам относятся азот, фосфор и калий. Как правило, растение способно добывать их из почвы, на которой растет: оно впитывает их через корни вместе с водой. Но фермеры, садоводы и все, кто выращивает растения, вносят минеральные вещества дополнительно, чтобы растения были более крепкими и сильными.
У всех ли растений есть корни?
У самых простых растений корней нет. Например одноклеточные зеленые водоросли плавают на поверхности воды. Точно так же плавают на поверхности воды многие морские водоросли, которые представляют собой водоросли более крупных видов. Те же морские водоросли, которые прикрепляются к морскому дну, делают это с помощью особых «крепежных» образований, которые не являются настоящими корнями. Морские водоросли усваивают воду и минеральные вещества из моря, используя для этого все свои части. Аналогичным образом простые растения типа мхов образуют в низких местах плотный невысокий ковер и впитывают необходимую влагу прямо из своего окружения. Вместо корней у них имеются нитеобразные выросты (они называются ризоиды), и с помощью этих выростов они цепляются к деревьям или камням. Но все растения более сложных форм — папоротники, хвойные (шишконосные растения) и цветущие растения — имеют стебли и корни. Стебли и корни представляют собой внутреннюю распределительную систему, которая способна переносить воду и минеральные вещества от того места, где растение их отбирает, во все места, где они необходимы.
У всех ли растений есть листья?
У самых простых растений типа водорослей листьев нет. Мхи имеют некое подобие листьев, в которых осуществляется фотосинтез, но это не настоящие листья,
Растения более сложных типов имеют листья. Форма листа часто определяется окружающими условиями, в которых произрастают растения. Обычно там, где много солнечного света и воды, листья бывают широкими и плоскими, образуя большую поверхность, на которой может происходить фотосинтез. Однако в местах, где сухо и холодно, серьезная проблема не исключена из-за потери влаги. Например удлиненные, иглообразные листья хвойных деревьев (в том числе и сосен) помогают удерживать воду. Благодаря этому такие растения способны жить в очень сухих и холодных местах, далеко на севере и на больших высотах.
Если растения резать, они это чувствуют?
У растений нет нервной системы и они не чувствуют, когда их режут. Но растения чувствуют силу притяжения, свет и прикосновение.
Как получаются семена?
У хвойных деревьев (шишконосных растений) и у цветущих деревьев бывают семена.
Хвойные деревья — сосны, ели, пихты, кипарисы, имеют мужские и женские шишки. Мужские шишки имеют пыльцевые мешки, которые выпускают в воздух миллионы крошечных частичек пыльцы — мужских репродуктивных клеток. Ветер переносит их к женским шишкам, имеющим репродуктивные клетки в семяпочках. Семяпочки липкие, и к ним пристает пыльца. Когда мужская и женская клетки встречаются, происходит оплодотворение, и в чешуйках женской шишки зарождаются семена. По мере роста семян шишка увеличивается в размерах. Когда семена созреют (обычно для этого требуется пара лет), шишка раскрывается и выпускает их. Семена имеют твердую оболочку и некоторое количество питания внутри для использования на начальной стадии роста (если семя попадет на пригодное для роста место); кроме того, семена снабжены крылышками, помогающими им летать по ветру. Образование семян у цветущих растений происходит несколько сложнее. Мужские клетки развиваются в тычинках и «путешествуют», будучи заключенными в твердых зернышках пыльцы. Женские клетки, семяпочки, развиваются глубоко в завязи цветка и заключены в пестике. Верхняя часть пестика (она называется рыльце) длинная и липкая, так что является хорошей мишенью для пыльцы. После того как пыльца попадает на рыльце, из зернышка пыльцы вырастает маленькая трубочка. Мужская клетка проходит по этой трубочке и достигает семяпочки. Происходит оплодотворение, и начинают развиваться семена.
Переносить пыльцу с одного цветка на другой помогают ветер, вода, насекомые и другие животные.
Как семена становятся растениями?
Если семена просто упадут вниз на почву под родительским деревом, им придется бороться за выживание — за солнечный свет, воду и минеральные вещества. Значит, для того чтобы начать расти, превращаясь в новые растения, большинству семян нужно искать другие места, путешествуя по ветру, по воде или с помощью насекомых и животных. У некоторых семян, например у хвойных деревьев и кленов, имеются крылышки. Другие, как семена одуванчиков, снабжены парашютиками из нежных волосков. И в том, и в другом случае семена могут благодаря этим особенностям пролетать по ветру на большие расстояния; иногда они приземляются в местах, пригодных для прорастания. Другие семена разносит вода: благодаря твердой водонепроницаемой оболочке кокосовые орехи, например, могут проплывать по морю многие мили, прежде чем найдется берег с пригодными для прорастания условиями. Отличными распространителями семян являются животные. Они разносят семена в разные места во рту (как это делает белка, заготавливая запасы на зиму); иногда семена цепляются к меху или перьям животных.
Некоторые семена способны годами ждать момента, подходящего для прорастания, а некоторые так и не получают такой возможности.
Почему у цветов яркая расцветка?
Размножение многих цветущих растении зависит от того, перенесут ли насекомые и птицы пыльцу от одного растения на другое, и растения могут привлекать конкретных животных своими яркими или источающими аромат цветками. Питательная пыльца и нектар цветов составляют важную часть рациона многих существ. Когда птицы и насекомые прилетают к цветку, чтобы поесть, пыльца прилипает к их лапкам и телам. Перелетая в поисках пищи на цветки других растений того же вида, насекомые и птицы оставляют в них часть пыльцы, и таким образом происходит перекрестное опыление. У растений, опыляемых ветром, цветки обычно мелкие, невзрачные, без яркой окраски (а у многих и нектар отсутствует), так как им нет необходимости привлекать внимание насекомых и птиц для распространения своей пыльцы.
Почему цветы отличаются один от другого?
То, как выглядит цветок, во многом зависит от способа, каким он опыляется. Цветки, которые опыляются ветром, обычно мелкие, невзрачные, без яркой окраски, поскольку им не нужно привлекать внимание насекомых и птиц для распространения своей пыльцы. А вот цветки, опыление которых зависит от существ, переносящих пыльцу, должны привлекать насекомых и птиц, которые помогут осуществить перекрестное опыление. И такие цветки часто подстраиваются — в смысле цвета, запаха или формы — под конкретных насекомых или животных. У многих цветков, которые привлекают пчел, есть особые части, служащие «посадочными платформами», так что прилетающие к ним пчелы могут отдохнуть на таких платформах, пока питаются. Пчелы различают большинство цветов (кроме красного), и яркие цветы их привлекают. Бабочкам нравятся многие из тех цветов, которые привлекают пчел. У бабочек тоже имеются удлиненные ротовые части, и бабочки также не прочь «приземлиться», когда питаются. Однако большие крылья не позволяют бабочкам нырять глубоко внутрь цветка. Поэтому бабочки отдают предпочтение плоским, широким цветкам и таким, которые растут гроздьями. Бабочек привлекают цветы всевозможных ярких расцветок. А вот мотыльки, которые похожи на бабочек, ведут ночной образ жизни, т. е. активны в ночное время. Поэтому цветки, привлекающие мотыльков, имеют в основном светлую расцветку или белый цвет, т. е. такой, который хорошо различим в темноте. И поскольку мотыльки предпочитают порхать в воздухе, а не «приземляться» на цветок, им не нужны «посадочные платформы» на цветках, к которым они прилетают.
Почему некоторые цветы пахнут, как духи?
Цветы обладают ароматом, поэтому они привлекают тех, кто им необходим для перекрестного опыления. Некоторые насекомые и другие животные, получающие свое питание от цветов, имеют острое обоняние. У пчел, например, в усиках имеются чувствительные детекторы запахов. Поэтому большинство цветов, опыляемых пчелами, имеют запах: Цветы, раскрывающиеся только ночью, часто имеют сильный запах, помогающий находить их в темноте тем, кто получает от них питание — например, ночным мотылькам. Однако приятным запахом обладают не все цветы. Некоторые цветы имеют запах гниющего мяса или других разлагающихся веществ — таким образом они привлекают к себе мух. Цветы, имеющие неприятный (с человеческой точки зрения) запах привлекают также летучих мышей, нуждающихся в растениях для питания.
Почему некоторые растения ядовитые?
Растения не могут убежать от «хищников» — животных, которые их съедят, поэтому у некоторых растений выработались другие способы обороны. У многих растений имеются ядовитые части. Листья ревеня, например, есть очень опасно, хотя стебли у этих растений вполне безопасные и вкусные. Ученые считают, что у растений часто есть одна ядовитая часть, позволяющая отпугивать хищников; другие же части остаются безвредными и безопасными для животных, осуществляющих опыление.
Почему у некоторых растений бывают колючки?
Как уже говорилось выше, растения лишены возможности убежать от голодных животных, поэтому у них вырабатываются разные формы защиты. У одних растений отдельные части ядовиты, другие имеют колючки и различные острые выросты, с помощью которых они защищаются от животных, желающих их съесть. Колючки больно ранят животных, пытающихся приблизиться к таким растениям, и они стараются держаться от них подальше.
Как могут растения в пустыне жить без воды?
В настоящей пустыне, где никогда не бывает дождей, растения жить не могут. Но в местах, где растут кактусы и другие растения пустынь, все-таки иногда бывают дожди — даже если это случается раз в пару лет. Когда идет дождь, растения пустынь быстро впитывают воду корнями, запасая ее в толстых листьях и стеблях. И эта накопленная влага позволяет им дождаться следующего дождя.
А грибы — это растения?
Грибы на самом деле не являются растениями. Они не имеют настоящих корней, листьев и стеблей, и у них отсутствует хлорофилл, с помощью которого растения вырабатывают себе пищу (именно поэтому они не бывают зелеными и им не нужен солнечный свет). Грибы питаются в основном мертвой плотью растений и животных, очищая таким образом окружающую среду и обогащая почву.
Какой гриб самый опасный?
Самый опасный гриб — бледная поганка. Она часто встречается возле берез и дубов. Даже маленький кусочек этого гриба может привести к смерти, которая наступает через 6-15 часов. Яд многих грибов разрушается при кипячении, но яд бледной поганки при термообработке не уничтожается.
Сколько живут деревья?
Долгое время считалось, что самыми старыми живущими деревьями в мире являются секвойи, которые растут в центральной части тихоокеанского побережья в Соединенных Штатах Америки. Возраст некоторых из этих деревьев достигает почти 4000 лет. Однако несколько десятилетий тому назад было обнаружено хвойное дерево, которое живет еще дольше: это остистая сосна, произрастающая в Соединенных Штатах Америки в штатах Невада, Аризона и на юге Калифорнии. Старейшему из этих живущих деревьев 4600 лет.
Почему у некоторых деревьев осенью опадают листья?
Потеря листьев подготавливает такие деревья к отсутствию воды в зимнее время: в холодном сухом воздухе влаги мало, а снег может дать воду только после того, как растает. Кроме того, поскольку зимой почва замерзает, дереву трудно добывать воду корнями. Весной и летом через тысячи микроскопических устьиц в листьях из дерева уходят газы и влага. Без листьев дерево может сохранить максимум воды. Так же, если бы деревья не роняли листья, то массу снега на листьях ветви деревьев скорее всего не выдерживали бы и ломались.
Что такое овощи?
Овощи — это части растений, которые мы употребляем в пищу: корни, стебли, листья. Морковь и картошка — это по сути корни. Спаржа— это стебли растений. Капуста, шпинат, салаты — это листья. В повседневной жизни мы называем овощами также многие плоды — кабачки, помидоры, огурцы и так далее.
Корень у растений выполняет различные механические и физиологические функции. Важнейшими из них являются: поглощение воды, органических и минеральных веществ из почвы и передача их корням и листьям. Кроме того, корни помогают растению закрепиться в почве, его менее чувствительно к воздействиям атмосферных явлений (сильного ветра, дождя и т.д.). Они практически срастаются с , поэтому достаточно часто при выдергивании растения из на крохотных волосках остаются частички почвы.
С помощью корней осуществляется связь растения с организмами, которые населяют слой (микориз). Эта обязательная часть растительного организма помогает в синтезе и накапливает полезные, необходимые для роста растения вещества. Помимо этого, корень отвечает за вегетативное размножение – образование нового растения, которое появляется путем распада клубней или корневищ у материнской особи.
Но не у всех растений корни одинаковы. Достаточно распространенная структура – стержневой корень. Такое подземное строение растительного организма имеет один большой стержень, от которого отходят большое количество мелких волосков. Существует пучковая , в которой больших стержневых волосков несколько (к примеру, многие виды трав). Такие растения чрезвычайно полезны для почвы, поскольку их густая структура ее от эрозии.
Всем хорошо известны растения, которые по мере своего роста накапливают в корнях много полезных веществ. Сладкий картофель и яркий тому пример. Кроме того, существуют растения, которые не нуждаются в почве. Так, некоторые виды орхидей на деревьях, а все необходимые вещества и влагу они получают из воздуха, а, например, ядовитый плющ прикрепляется к деревьям с помощью воздушных корней.
Видео по теме
Корень – это осевой орган высших растений, как правило, располагающийся под землей, обеспечивающий поглощение и транспортировку воды и минеральных веществ, а также служащий для закрепления растения в почве. В зависимости от строения различают три типа корневых систем: стержневая, мочковатая, а также смешанная.
Корневую систему растения формируют корни различной природы. Выделяют главный корень, который развивается из зародышевого корня, а также боковые и придаточные. Боковые являются ответвлением от главного и могут образовываться на любом его участке, придаточные же корни чаще всего начинают свой рост от нижней части стебля растения, но могут образоваться даже на листьях.
Стержневая корневая система
Для стержневой корневой системы характерен развитый главный корень. Он имеет форму стержня, и именно из-за такого сходства данный тип и получил свое название. Боковые корни у таких растений выражены крайне слабо. Корень обладает способностью к неограниченному росту, а главный корень у растений со стержневой корневой системой достигает внушительных размеров. Это необходимо для оптимизации добычи воды и питательных веществ из почв, где грунтовые воды залегают на значительной глубине. Стержневой корневой системой обладают многие виды – деревья, кустарники, а также травянистые растения: береза, дуб, одуванчик, подсолнечник, .
Мочковатая корневая система
У растений с мочковатой корневой системой главный корень практически не развит. Вместо этого для них характерны многочисленные ветвящиеся придаточные или боковые корни приблизительно одинаковой длины. Зачастую у растений вначале вырастает главный корень, от которого начинают отходить боковые, но в процессе дальнейшего развития растения он отмирает. Мочковатая корневая система характерна для растений, размножающихся вегетативным путем. Обычно она встречается у – кокосовой пальмы, орхидей, папаротниковидных, злаков.
Смешанная корневая система
Зачастую выделяют также смешанную или комбинированную корневую систему. Растения, относящиеся к этому типу, имеют и хорошо дифференцируемый главный корень, и множественные боковые и придаточные корни. Такое строение корневой системы можно наблюдать, к примеру, у клубники и земляники.
Видоизменения корней
Корни некоторых растений видоизменены настолько, что их сложно на первый взгляд отнести к какому-либо типу. К таковым модификациям относятся корнеплоды – утолщения главного корня и нижней части стебля, которое можно увидеть у репы и моркови, а также корнеклубни – утолщения боковых и придаточных корней, что можно наблюдать у батата. Также некоторые корни могут служить не для всасывания воды с растворенными в ней солями, а для дыхания (дыхательные корни) или дополнительной опоры (ходульные корни).
Корни закрепляют растение в почве, обеспечивают почвенное водно-минеральное питание, иногда служат местом отложения запасных питательных веществ. В процессе приспособления к условиям среды корни некоторых растений приобретают дополнительные функции и видоизменяются.
Какие существуют виды корней
У растений различают главные, придаточные и боковые корни. Когда семя прорастает, из него вначале развивается зародышевый корешок, который становится впоследствии главным корнем. На стеблях и листьях некоторых растений вырастают придаточные корни. От главного и придаточных корней могут отходить также боковые.
Корневые системы
Все корни растения складываются в корневую систему, которая бывает стержневой и мочковатой. В стержневой системе главный корень развит сильнее остальных и напоминает стержень, а в мочковатой он развит недостаточно или рано отмирает. Первая наиболее характерна для , вторая – для однодольных. Однако главный корень обычно хорошо выражен лишь у молодых двудольных растений, а у старых постепенно отмирает, уступая место придаточным корням, отрастающим от стебля.
Насколько глубоко залегают корни
Глубина залегания корней в почве зависит от условий произрастания растения. Корни пшеницы, например, отрастают на сухих полях на 2,5 м, а на орошаемых – не более, чем на полметра. Однако в последнем случае корневая система более густая.
Растения тундры сами по себе низкорослые, а их корни из-за вечной мерзлоты сосредоточены у поверхности. У карликовой березы, например, они находятся на глубине около 20 см максимум. Корни пустынных растений, наоборот, очень длинные – это нужно, чтобы достигать грунтовых вод. Например, ежовник безлистный уходит корнями в почву на 15 м.
Видоизменения корней
Для приспособления к условиям окружающей среды корни некоторых растений видоизменились и приобрели дополнительные функции. Так, корнеплоды редиса, свеклы, репы, турнепса и брюквы, образованные главным корнем и нижними частями стебля, запасают питательные вещества. Утолщения боковых и придаточных корней у чистяка и георгины стали корневыми клубнями. Корни-прицепки у плюща помогают растению прикрепиться к опоре (стене, дереву) и вынести листья к свету.