Корень и корневые системы. Корень - безлистный подземный осевой орган, функциями которого является закрепление растения в почве

Корень - безлистный подземный осевой орган, функциями которого является закрепление растения в почве, всасывание воды с растворенными в ней минеральными солями и подача их в стебель и другие органы и ткани. Корень способствует осуществлению дальнего и ближнего транспорта воды и минеральных веществ.

Корень - осевой орган, обладающий радиальной симметрией и неопределенно долго нарастающий в длину благодаря деятельности апикальной меристемы. От побега он морф логически отличается тем, что на нем никогда не возникают листья, а апикальная меристема всегда прикрыта чехликом. Из физиологических функций корню свойственен положительный геотропизм (уклонение от солнечных лучей) и положительный гидротропизм (рост в сторону большей увлажненности среды).

Кроме главной функции поглощения веществ из почвы, корни выполняют и другие функции:

- укрепляют ("заякоривают") растение в почве, делают
возможным вертикальный рост и вынесение побегов вверх;

- в корнях синтезируются различные вещества (многие аминокислоты, гормоны, алкалоиды и пр.) которые затем передвигаются в другие органы растения;

- в корнях могут откладываться запасные вещества;

- взаимодействуют с корнями других растений, микроорганизмами, грибами, обитающими в почве.

Обычно растения обладают многочисленными и сильно разветвленными корнями. Совокупность всех корней одной особи образует единую в морфологическом и физиологическом отношении корневую систему. В состав корневых систем входят корни различной морфологической природы - главный корень, боковые и придаточные корни.

Главный корень развивается из зародышевого корешка. Боковые корни возникают на корне (главном, боковом, придаточном), который по отношению к ним обозначается, как материнский. Они возникают на некотором расстоянии от апекса, обычно в зоне поглощения или несколько выше, эндогенно, за счет деления клеток перицикла. Если бы ветвление происходило в самом апексе материнского корня, то это затруднило бы его продвижение в почве. Придаточные корни очень разнообразны. Они могут возникать на стеблях (стеблеродные придаточные корни), на старых участках корней (корнеродные придаточные корни), на листьях. Развиваются придаточные корни за счет меристем или тканей, сохранивших способность к новообразованиям.

Если главный корень хорошо развит и резко выделяется по мощности среди остальных корней, возникает стержневая корневая система. Если главный корень не развит или мало отличается по диаметру от остальных корней, корневая система носит название мочковатой.

Типовую мочковатую систему имеют злаки. Если стеблеродные придаточные корни образуются на укороченном вертикальном корневище, то возникает кистевидная корневая система. Придаточные корни, возникшие на длинном горизонтальном корневище, составляют бахромчатую корневую систему. Иногда придаточные корни, возникшие на горизонтальном побеге, сильно утолщаются, ветвятся и образуют вторично-стержневую корневую систему (рис.96). Корневые системы классифицируют также по признаку распределения массы корней по горизонтам почвы. Формирование поверхностных, глубинных и универсальных корневых систем отражает приспособление растений к условиям почвенного водоснабжения (рис. 93).

У большинства растений в составе одной корневой системы отчетливо различают ростовой и сосущие окончания. Ростовые окончания обычно более мощные, по сравнению с сосущими, быстро удлиняются и продвигаются в глубь почвы. Сосущие окончания, возникающие в большом числе в почве и интенсивно ее "обсасывают". Сосущие корни обычно недолговечны. Ростовые корни могут превращаться в длительно существующие, или же, они через несколько лет отмирают вместе с сосущими ответвлениями.

Корень обладает потенциально неограниченным ростом. Однако, в естественных условиях рост и ветвление корней ограничены влиянием других корней и надземных органов. Общий характер корневой системы, масса и протяженность всех корней, величина поглощающей поверхности, размещение основной массы корней по горизонтам почвы и ширина распространения отражают наследственно закрепленные приспособительные особенности данного растения, но колеблются в зависимости от условий обитания.

У одного куста ржи, выращенного в теплице, общая длина всех корней составила 623 км, т.е. оказалась равной расстоянию от Москвы до Санкт-Петербурга. Суммарный прирост всех корней за одни сутки равнялся примерно 5 км. Общая поверхность всех корней у этого куста ржи составила 237 м² и была в 130 раз больше поверхности надземных органов.

Специализация и метаморфозы корней. Часто корни выполняют особые функции, и в связи с этим у них меняется строение. Если строение изменяется так сильно, что для выяснения морфологической природы корня требуется специальное исследование, говорят, что корень метаморфиризирован. Под метаморфозом понимают резкое наследственно закрепленное видоизменение органа, вызванное сменой функций. Видоизменения корней очень разнообразны.

Эктотрофная микориза чаще всего встречается у древесных растений. Во втором случае гифы развиваются внутри тканей корня и могут прорастать даже в надземную часть растения (рис.94).

Эндотрофная микориза встречается у 80% сосудистых растений и характерна в основном травянистым растениям.

В образовании микоризы участвуют шляпочные грибы (подберезовик, обабок, масленок, белый гриб) и даже несовершенные грибы. Высшие растения и гриб из такого симбиоза извлекают взаимную пользу. Растение снабжает грибные клетки углеродистым питанием (продуктами фотосинтеза), а гифы гриба добывают из почвы азотистые вещества, необходимые для зеленого растения.

Грибы разлагают почвенный перегной, в котором образуется при этом азот в доступной для растения форме (NH₃). Такой тип питания у высших растений называется микотрофным.

Микотрофное питание возникло, по-видимому, сотни миллионов лет назад у примитивных сухопутных растений, у которых еще не было корней. Оно сыграло важную роль в процессе завоевания ими суши. В настоящее время микориза распространена очень широко. Всего несколько семейств цветковых не образуют ее или образуют очень редко, например, крестоцветные и осоковые. Особенно велика роль микоризы в снабжении растений фосфатами. Семена орхидных в природе прорастают только при наличии гриба-микоризатора, снабжающего проростки органическими веществами.

Бактериальные клубеньки на корнях бобовых, видимо, представляют собой корни, приспособленные к симбиозу с бактериями (рис. 98). Эти бактерии проникают через корневые волоски внутрь молодых корней и вызывают образование на них клубеньков, представляющих собой разросшуюся коровую паренхиму под влиянием поселившихся в ее клетках клубеньковых бактерий. Размер этих одноклеточных организмов 1x 4-5 микрон. Их обнаружил и описал акад. М.С.Воронин в 1866 г. (рис. 95).

Бактерии рода Rhizobium способны фиксировать азот воздуха, т.е. восстанавливать N₂ до NH₄, делая его доступным для использования высшими растениями. Часть веществ, синтезированных в клубеньках, усваивают бобовые растения, бактерии же используют различные вещества, находящиеся в корнях.

Этот симбиоз очень важен для практики. Благотворное влияние бобовых на почву известно с древности. Теофраст, живший в III в. до н.э., писал, что греки выращивали бобы для обогащения почвы. В современном сельском хозяйстве обычно практикуется севооборот со сменой зерновых культур и бобовых. При этом бобовые скашивают, оставляя в почве их богатые азотом корни, или растения просто запахивают в землю. Запаханный урожай люцерны может добавить от 300 до 350 кг азота на гектар почвы.

Кроме бобовых, клубеньки образуются на корнях ольхи, лоха, подокарпуса, болотного мирта и некоторых других растений в результате поселения азотфиксирующих актиномицетов, однако их экономическое значение ничтожно по сравнению с бобовыми растениями.

Втягивающие или контрактильные корни могут укорачиваться у своего основания и втягивать побег (луковицу, корневище) в почву, Тем самым втягивающие корни помогают побегам находить глубину залегания в почве оптимальную для их сохранения в период летней засухи или зимних морозов, Втягивающие корни можно узнать по утолщенным основаниям с поперечной морщинистостью.

Многие корни являются запасающими органами, а у некоторых растений они специально приспособлены для выполнения этой функции, становясь мясистыми вследствие сильного разрастания паренхимы. Сильно утолщенные придаточные или боковые корни называются корневые шишки, или корнеклубни (георгин, зопник, любка).

Если запасающим становится главный корень стержневой корневой системы, возникает образование, носящее название корнеплода (морковь, редис, свекла). Морфологическая природа его сложна, так как в его образовании принимают участие и корень и стебель.

Воздушными называют придаточные корни, развивающиеся на надземных органах. У некоторых растений они служат опорой и называются в разных случаях столбовидными, ходульными или корнями-подпорками. Вступая в контакт с почвой, они разветвляются, и также начинают поглощать воду и минеральные вещества. Такие корни развиваются на стволах и ветвях многих тропических деревьев, в частности у видов мангровых зарослей по берегам океанов (ризофора). Благодаря своим сильно разветвленным корням деревья стоят, словно на ходулях и сохраняют устойчивость на зыбком илистом грунте даже во время отлива, распределяя свою массу на большую площадь опоры. У индийских баньянов корни закладываются на горизонтальных ветвях дерева и свешиваются вниз. Достигнув почвы, они сильно разрастаются, превращаясь в столбовидные образования, поддерживающие крону дерева. Такие корни-подпорки позволяют дереву разрастись в стороны, покрывая площадь до 2500 м².

Воздушные корни другого типа, например у плюща, внедряются в поверхность стен и других предметов, закрепляя на них лазающий стебель. Воздушные корни образуются у многих тропических эпифитов из семейств орхидных, ароидных, бромелиевых. Эпифиты не паразитируют на деревьях, а только используют их как субстрат, подпорку, для поднятия вверх, к свету. Воздушные корни орхидей свободно висят в воздухе и приспособлены к поглощению влаги, попадающей на них в виде дождя или росы.

Корни нуждаются в кислороде для дыхания, и по этой причине большинство растений не может жить в недостаточно дренированной почве, где отсутствуют воздушные полости. Некоторые деревья болотистых местообитаний развивают корни, поднимающиеся вертикально вверх из воды и служащие не только для заякоривания в субстрате, но и для снабжения кислородом. Такие корни называются дыхательными корнями, или пневматофорами. Они встречаются у авицении, растения мангровых зарослей, и у болотного кипариса.