1. Что такое корневая система и сколько её видов существует? Что такое структура почвы? Вообще, что такое структура? 2. Какую функцию для растения и в природе выполняет корень? 3. Каково клеточное строение корня? 4. В чём особенность клеточного строения корня? 5. Как растёт, дышит корень, и как через него к растению поступают питательные вещества? 6. Как влияет человек на корневую систему при обработке и удобрении почвы? 7. Как образуются корнеплод, клубень и бактериальный клубень?

1. Что такое корневая система и сколько её видов существует? Что такое структура почвы? Что такое структура вообще?

Корневая система — это совокупность всех корней одного растения: главного, боковых и придаточных.

В школьной ботанике выделяют два основных типа корневых систем:

• Стержневая — хорошо заметен один крупный главный корень, от которого отходят более мелкие боковые корни. Характерна, например, для моркови, одуванчика, фасоли, подсолнечника.

• Мочковатая — главный корень развит слабо или рано отмирает, а вместо него образуется много примерно одинаковых придаточных корней. Такая система характерна для пшеницы, ржи, лука и многих других однодольных растений.

Структура вообще — это внутреннее строение какого-либо объекта, то есть из каких частей он состоит, как эти части расположены и связаны между собой.

Структура почвы — это то, как почвенные частицы соединены в комочки и агрегаты различного размера. Хорошая почвенная структура обычно комковатая: между комочками остаются поры, заполненные воздухом и водой. Такая почва лучше пропускает воду, содержит достаточно кислорода и создаёт благоприятные условия для корней.

Если почва слишком уплотнённая, корням трудно расти и дышать. Если она совсем рыхлая, например почти чистый песок, вода и минеральные вещества быстро уходят вглубь.

2. Какую функцию для растения и в природе выполняет корень?

Корень выполняет несколько важных функций.

Для самого растения он:

• закрепляет растение в почве и удерживает его в вертикальном положении;

• всасывает воду и растворённые в ней минеральные вещества;

• проводит воду и соли к стеблю и листьям;

• у некоторых растений запасает питательные вещества, например у моркови, свёклы, редиса;

• может участвовать в вегетативном размножении;

• у некоторых растений вступает в симбиоз с грибами или бактериями.

В природе корни тоже имеют большое значение. Они скрепляют почву и уменьшают её разрушение водой и ветром, участвуют в почвообразовании. После отмирания корней органические вещества попадают в почву и становятся частью перегноя. Корни также связаны с огромным количеством почвенных микроорганизмов и поэтому играют важную роль в круговороте веществ.

3. Каково клеточное строение корня?

Корень состоит из большого количества клеток, которые образуют различные ткани. Если рассматривать молодой корень от самого кончика вверх, в нём можно выделить несколько зон.

Корневой чехлик находится на самом конце корня. Он состоит из живых клеток и защищает нежные клетки верхушки корня от повреждений частицами почвы.

За ним находится зона деления. Здесь расположена образовательная ткань — меристема. Её клетки мелкие, имеют крупные ядра и постоянно делятся.

Следующая — зона растяжения, или роста. Здесь молодые клетки увеличиваются в размерах и вытягиваются. Благодаря этому корень становится длиннее.

Затем располагается зона всасывания. В ней наружные клетки образуют многочисленные корневые волоски. Корневой волосок — это не отдельная клетка, а длинный вырост одной клетки покровной ткани. Через корневые волоски растение получает основную часть воды и минеральных веществ из почвы.

Выше находится зона проведения. Здесь хорошо развиты проводящие ткани, по которым вода и минеральные вещества перемещаются к надземным органам растения.

Если рассмотреть корень в поперечном разрезе, можно увидеть несколько слоёв и тканей: наружную покровную ткань, кору и центральный цилиндр. В центральном цилиндре располагаются прежде всего ксилема и флоэма. Ксилема проводит в основном воду и минеральные соли вверх, а флоэма переносит органические вещества, образованные в листьях.

4. В чём особенность клеточного строения корня?

Главная особенность состоит в том, что клетки разных частей корня сильно специализированы и выполняют разные задачи.

На кончике находятся постоянно делящиеся клетки, обеспечивающие рост. Выше клетки вытягиваются, ещё выше они превращаются в клетки различных тканей.

Особенно важны клетки зоны всасывания. Каждая такая клетка может образовывать длинный корневой волосок, благодаря чему площадь соприкосновения корня с почвой увеличивается во много раз. Это позволяет растению эффективнее получать воду и минеральные вещества.

Корневые волоски очень тонкие и недолговечные. По мере роста корня старые волоски отмирают, а ближе к растущей верхушке появляются новые.

Большинство клеток обычных подземных корней не содержит развитых хлоропластов, потому что под землёй почти нет света и фотосинтез там обычно невозможен. При этом клетки корня остаются живыми и активно дышат, поэтому им необходим кислород.

Ещё одна особенность — наличие хорошо развитых проводящих тканей, связывающих корень со стеблем и листьями.

5. Как растёт и дышит корень и как через него к растению поступают питательные вещества?

Корень растёт прежде всего верхушкой. В зоне деления клетки постоянно размножаются. Затем новые клетки переходят в зону растяжения и значительно увеличиваются в размерах. В результате кончик корня продвигается всё дальше в почву.

При этом корневой чехлик защищает растущую верхушку от механических повреждений.

Корень, как и другие живые органы растения, дышит постоянно — и днём, и ночью. Клетки корня поглощают кислород и используют его при клеточном дыхании для получения энергии. Выделяется углекислый газ.

Кислород корень получает в основном из воздуха, находящегося в порах почвы. Поэтому для растения опасна слишком плотная или сильно переувлажнённая почва. Если все почвенные поры заполнены водой, кислорода становится мало и корни могут начать испытывать кислородное голодание и отмирать.

Поглощение веществ происходит главным образом в зоне корневых волосков.

Вода из почвы поступает в клетки корневых волосков в значительной степени благодаря осмосу. Минеральные ионы — соединения азота, калия, фосфора, магния и других элементов — поглощаются клетками, в том числе с помощью активного транспорта, на который растение расходует энергию.

Дальше вода и минеральные вещества проходят через ткани корня и попадают в ксилему. По сосудам ксилемы они поднимаются вверх — в стебель и листья.

Движению воды способствуют несколько процессов. Важную роль играет испарение воды листьями — транспирация: при испарении возникает сила, которая как бы тянет столб воды вверх по сосудам. Определённое значение имеет и корневое давление.

Важно уточнить: корень не получает из почвы готовую «пищу» в виде сахара или крахмала. Из почвы он в основном получает воду и минеральные вещества. Органические вещества, например глюкоза, синтезируются преимущественно в зелёных листьях во время фотосинтеза.

6. Как влияет человек на корневую систему при обработке и удобрении почвы?

Человек может как улучшать условия для развития корней, так и ухудшать их.

Рыхление почвы увеличивает количество воздуха в ней. Благодаря этому корням легче дышать, а воде — проникать в почву.

Перекапывание и вспашка могут разрыхлять землю, уничтожать часть сорняков и облегчать проникновение корней в почву. Но слишком глубокая или неосторожная обработка способна повреждать корни растений.

Окучивание некоторых культур приводит к тому, что засыпанная землёй часть стебля может образовывать дополнительные придаточные корни. В результате корневая система становится более развитой.

Полив обеспечивает корни водой. Однако избыток воды тоже вреден: из почвы вытесняется воздух и корням становится нечем дышать.

Внесение удобрений увеличивает содержание необходимых минеральных элементов. Азот особенно важен для роста зелёных частей растения, фосфор — для энергетического обмена, развития корней, цветения и образования семян, калий участвует в регулировании водного обмена и многих других процессах.

Но чрезмерное количество удобрений может оказаться вредным. Очень высокая концентрация солей затрудняет поступление воды в корни и способна повреждать клетки. Поэтому принцип «чем больше удобрений, тем лучше» неверен.

Также человек иногда специально воздействует на корни. Например, при пересадке рассады могут прищипывать кончик главного корня, чтобы усилить образование боковых корней и получить более разветвлённую корневую систему.

Сильное уплотнение почвы тяжёлой техникой, наоборот, уменьшает количество воздуха и затрудняет развитие корней.

7. Как образуются корнеплод, клубень и бактериальный клубень?

Корнеплод

Корнеплод — это утолщённый запасающий орган, в образовании которого важную роль играет корень, а нередко также основание стебля.

В течение первого года жизни растение образует много органических веществ в листьях. Часть этих веществ перемещается к подземному органу и там откладывается про запас. Его клетки увеличиваются, разрастаются запасающие ткани, и орган становится толстым и мясистым.

Корнеплоды образуются у моркови, свёклы, редиса, репы.

Например, морковь в первый год накапливает вещества в корнеплоде, а на следующий год использует эти запасы для образования цветоносного побега, цветков и семян.

Клубень

Клубень обычно является видоизменённым побегом, а не корнем. Это важно не путать с корнеплодом.

Например, клубень картофеля образуется на конце подземного побега — столона. Его участок утолщается, а в клетках накапливается большое количество крахмала.

То, что клубень картофеля имеет стеблевое происхождение, видно по наличию на нём почек — «глазков». Из них способны развиваться новые побеги. На обычном корне таких почек в норме нет.

Существуют и корневые клубни, или клубневидные корни, например у георгина и батата. В этом случае запасные вещества накапливаются уже в сильно утолщённых корнях.

Бактериальный клубенёк

Правильнее говорить бактериальный клубенёк, или корневой клубенёк.

Такие образования особенно характерны для бобовых растений — гороха, фасоли, клевера, люцерны и других.

В почве живут клубеньковые бактерии. Они проникают в молодые корни растения, обычно через корневые волоски. Под их влиянием клетки корня начинают усиленно делиться и образуют небольшие утолщения — клубеньки.

Между растением и бактериями возникает симбиоз, то есть взаимовыгодное совместное существование. Растение снабжает бактерии органическими веществами, полученными в результате фотосинтеза. Бактерии, в свою очередь, способны связывать атмосферный азот и превращать его в соединения, которые включаются в обмен веществ.

Поэтому бобовые растения имеют большое значение для плодородия почвы: деятельность клубеньковых бактерий способствует накоплению в экосистеме соединений азота.

1. Что такое корневая система и сколько её видов существует? Что такое структура почвы? Что вообще означает слово «структура»?

Корневая система — это совокупность всех корней одного растения. В неё могут входить главный, боковые и придаточные корни.

Обычно выделяют два основных типа корневых систем:

• Стержневая — хорошо развит главный корень, от которого отходят более мелкие боковые. Такая система характерна, например, для моркови, одуванчика, фасоли.

• Мочковатая — главный корень почти не выделяется, а растение имеет множество примерно одинаковых придаточных корней. Она характерна для пшеницы, ржи, лука и многих других однодольных растений.

Сами корни по происхождению бывают главными, боковыми и придаточными.

Структура в общем смысле — это внутреннее устройство чего-либо: из каких частей объект состоит и как эти части расположены и связаны между собой.

Структура почвы — это то, как частицы почвы объединены в комочки, или агрегаты, и как между ними расположены поры. Хорошая комковатая структура очень важна: между комочками остаётся место для воздуха и воды, поэтому корни могут нормально расти и дышать. Если почва слишком плотная, корням труднее проникать в неё и получать кислород.

2. Какую функцию для растения и в природе выполняет корень?

У корня несколько важнейших функций.

Во-первых, он закрепляет растение в почве и помогает ему сохранять устойчивость.

Во-вторых, корень поглощает из почвы воду и растворённые минеральные вещества — соединения азота, фосфора, калия, кальция, магния и других элементов.

В-третьих, корень проводит воду и минеральные вещества к стеблю и листьям.

У многих растений корни также выполняют функцию запаса питательных веществ. Например, большое количество органических веществ накапливается в корнях моркови, свёклы и некоторых других растений.

Корни могут участвовать и в вегетативном размножении. Из корней некоторых растений способны появляться новые побеги.

В природе корневая система имеет огромное значение. Корни удерживают почву, уменьшая её размывание водой и выдувание ветром. После отмирания корней в почве остаются органические вещества и каналы, благодаря которым улучшаются её плодородие, воздухо- и водопроницаемость. Корни также взаимодействуют с грибами и бактериями, создавая целую подземную систему связей между растением и почвенными организмами.

3. Каково клеточное строение корня?

Если рассматривать молодой корень от его кончика вверх, можно выделить несколько участков, или зон корня.

Корневой чехлик расположен на самом кончике. Он состоит из живых клеток и защищает нежные клетки верхушки корня от повреждений частицами почвы. Его наружные клетки постепенно отмирают и заменяются новыми.

За ним находится зона деления. Здесь расположена образовательная ткань — верхушечная меристема. Её клетки постоянно делятся, образуя новые клетки корня.

Далее расположена зона растяжения, или роста. Здесь молодые клетки увеличиваются в размерах и вытягиваются. Благодаря этому корень становится длиннее.

Затем идёт зона всасывания. На клетках наружной ткани корня образуются многочисленные корневые волоски. Каждый корневой волосок представляет собой длинный вырост одной клетки. Благодаря волоскам площадь соприкосновения корня с почвой возрастает во много раз.

Выше находится зона проведения. Здесь вода и минеральные вещества перемещаются по проводящим тканям к надземной части растения. В этой области также образуются боковые корни.

Если рассмотреть поперечный срез молодого корня, можно увидеть:

• наружную покровную ткань — ризодерму;

• первичную кору;

• внутренний слой коры — эндодерму;

• центральный цилиндр;

• проводящие ткани — ксилему и флоэму.

По ксилеме в основном движутся вода и минеральные вещества вверх, а по флоэме перемещаются образованные растением органические вещества.

4. В чём особенность клеточного строения корня?

Главная особенность связана с тем, что корень приспособлен к жизни преимущественно в почве и к поглощению веществ.

В зоне всасывания клетки наружного слоя образуют корневые волоски. Они очень тонкие и многочисленные. Благодаря им корень соприкасается не только с крупными комочками почвы, но и с тонкой плёнкой воды вокруг почвенных частиц.

У клеток корневых волосков тонкая клеточная стенка, что облегчает поступление воды и растворённых веществ.

В молодых активно растущих частях корня клетки постоянно делятся и растягиваются. Поэтому разные участки одного корня имеют различное строение и выполняют разные функции.

У большинства обычных подземных корней клетки также не содержат развитых хлоропластов, потому что под землёй практически нет света и фотосинтез там не происходит.

Особое значение имеет расположение проводящих тканей в центральной части корня. Благодаря этому вещества, поглощённые наружными клетками, могут поступить внутрь корня, а затем перемещаться по всему растению.

5. Как растёт и дышит корень и как через него к растению поступают питательные вещества?

Корень растёт главным образом верхушкой.

В зоне деления клетки постоянно размножаются. Затем новые клетки переходят в зону растяжения и сильно увеличиваются в размерах. Поэтому корень удлиняется и постепенно продвигается между частицами почвы.

Корневой чехлик защищает его верхушку от механических повреждений.

Корень, как и остальные живые органы растения, дышит постоянно — и днём, и ночью. Его клетки поглощают кислород и используют его для клеточного дыхания. При этом органические вещества окисляются, выделяется энергия, необходимая для роста, деления клеток и переноса веществ.

Кислород поступает к корням главным образом из воздуха, находящегося в почвенных порах. Поэтому слишком плотная или полностью залитая водой почва может быть опасна: в ней становится мало кислорода, и корни начинают испытывать кислородное голодание.

Вода и минеральные вещества поступают прежде всего через корневые волоски.

Вода перемещается из почвенного раствора в клетки корня благодаря разнице концентраций и водного потенциала. Минеральные ионы могут поступать как пассивно, так и с затратой энергии с помощью специальных белков клеточных мембран.

Затем вода с растворёнными минеральными веществами проходит через ткани корня и достигает ксилемы. По сосудам ксилемы этот раствор поднимается в стебель и листья.

Движению воды вверх помогают несколько процессов: поглощение воды корнем, так называемое корневое давление и особенно испарение воды листьями — транспирация. Испаряющаяся с поверхности листьев вода как бы поддерживает движение непрерывного столба воды по сосудам растения.

При этом важно помнить: корень обычно поглощает не готовые органические питательные вещества вроде сахара, а прежде всего воду и минеральные соли. Основная масса органических веществ образуется в листьях при фотосинтезе, после чего часть этих веществ поступает по флоэме обратно к корням.

6. Как человек влияет на корневую систему при обработке и удобрении почвы?

Воздействие человека может быть как полезным, так и вредным.

При правильном рыхлении почвы увеличивается количество воздушных промежутков. Корни получают больше кислорода, легче растут и образуют новые боковые ответвления. Также улучшается проникновение воды.

При слишком глубокой или неосторожной обработке корни можно повредить или перерезать. Иногда такое повреждение используется намеренно. Например, при пересадке некоторых растений прищипывают кончик главного корня. После этого сильнее развиваются боковые корни, и корневая система становится более разветвлённой.

Удобрения обеспечивают растение необходимыми минеральными элементами. Азот особенно важен для образования белков и роста вегетативных органов, фосфор участвует в энергетическом обмене и развитии корней, калий регулирует множество процессов, в том числе водный обмен.

Однако слишком большое количество удобрений вредно. Высокая концентрация солей в почвенном растворе может мешать корням поглощать воду и даже повреждать клетки корневых волосков.

На состояние корней влияет и полив. Недостаток воды вызывает увядание и замедление роста, но постоянное переувлажнение также опасно, потому что вытесняет из почвы воздух и нарушает дыхание корней.

На корневую систему отрицательно влияют чрезмерное уплотнение почвы тяжёлой техникой, эрозия и загрязнение почвы. Поэтому правильная обработка должна сохранять хорошую структуру почвы, доступ воздуха, нормальную влажность и подходящее содержание минеральных веществ.

7. Как образуются корнеплод, клубень и бактериальный клубень?

Корнеплод образуется в результате сильного утолщения главного корня, часто вместе с участком основания стебля. В его тканях накапливаются запасные органические вещества. Поэтому корнеплод становится толстым и мясистым. Корнеплоды имеются, например, у моркови, свёклы, редиса и репы.

При этом не весь корнеплод обязательно состоит только из корня: у некоторых растений в его образовании участвует также нижняя часть стебля.

Клубень — это утолщённый орган, служащий для накопления питательных веществ и нередко для вегетативного размножения. Здесь важно различать два случая.

У картофеля клубень — не корень, а видоизменённый подземный побег. Это можно определить по наличию «глазков» — почек. Подземный побег растения образует столоны, концы которых утолщаются, в них накапливается крахмал и формируется клубень.

У некоторых растений существуют и корневые клубни, или клубневидные корни. Они возникают за счёт утолщения корней и накопления в них питательных веществ.

Бактериальные клубеньки — совсем другое образование. Они появляются на корнях некоторых растений, особенно бобовых, например гороха, фасоли, клевера, люцерны. В корни проникают клубеньковые бактерии, после чего клетки корня начинают усиленно делиться и образуют небольшое утолщение — клубенёк.

Внутри него живут бактерии, способные фиксировать атмосферный азот, то есть превращать молекулярный азот воздуха в соединения, которые могут быть включены в обмен веществ. Растение снабжает бактерии органическими веществами, а бактерии помогают обеспечивать растение соединениями азота. Такое взаимовыгодное существование организмов называется симбиозом.

Таким образом, корнеплод — это в основном утолщённый запасающий корень, клубень картофеля — видоизменённый побег, а бактериальный клубенёк — образование на корне, возникающее в результате симбиоза растения с азотфиксирующими бактериями.