Органы растений. Корень. Видоизменения корней

Тело цветкового растения состоит из органов: корня, стебля, листьев, цветков и плодов. Дадим определение органа. Орган – это часть тела организма, имеющая определённое строение и выполняющая определённые функции. Выделяют две группы органов: вегетативные и генеративные (или репродуктивные). К вегетативным органам относятся корень, стебель и лист. Они образуют тело растения и выполняют функции питания и обмена веществ с внешней средой. К генеративным органам относятся цветки и плоды. Они связаны с половым размножением и предназначены для формирования половых клеток.

Сегодня мы познакомимся с осевым органом растения – корнем. Рассмотрим, какие функции он выполняет. Корень закрепляет растение в почве, поглощает из неё воду и растворённые минеральные вещества. В корне образуются различные органические вещества, например гормоны роста, которые затем перемещаются в другие органы растений. Часто корень является местом хранения запасных питательных веществ. Для него характерна радиальная симметрия, неограниченный рост в длину, так как он имеет апикальную меристему. Для корней характерен положительный геотропизм. Геотропизм – это способность растущих органов растений принимать определённое положение по отношению к центру Земли. Корни растут вниз – это положительный геотропизм, стебли растут вверх и обладают отрицательным геотропизмом.

Рассмотрим продольный разрез кончика корня. В молодом корне выделяют несколько зон, которые отличаются по строению и выполняемым функциям. Это зоны деления, растяжения и дифференцировки, всасывания и проведения. Переход от одной зоны к другой происходит постепенно, без чётких границ.

Зона деления располагается на верхушке корня. Она представлена точкой роста, образованной апикальной меристемой. Клетки постоянно делятся и обеспечивают верхушечный рост. Кончик корня покрыт корневым чехликом, который служит для защиты апикальной меристемы от механического повреждения твёрдыми частицами почвы. Клетки выделяют слизь, которая обволакивает корень, облегчая его продвижение между частицами почвы. Чехлик образован живыми тонкостенными клетками, которые непрерывно обновляются (старые клетки слущиваются и заменяются новыми молодыми клетками). Клетки живут около 4–9 дней. Корневой чехлик отсутствует только у водных и паразитических растений.

Следующая зона корня – зона растяжения и дифференцировки. Здесь клетки растягиваются, и корень увеличивается в объёме. Происходит всасывание небольшого количества воды, начинает формироваться ризодерма, или эпиблема, – первичная покровная ткань молодых корней растений.

За зоной растяжения идёт зона всасывания (или зона корневых волосков). Здесь всасывается основное количество воды и минеральных веществ. Всасывание осуществляется ризодермой, которая покрыта тонкими корневыми волосками. Корневые волоски – это выросты стенок клеток с цитоплазмой. Средняя длина волосков 1-2 миллиметра. Волоски увеличивают поверхность всасывания примерно в 18 раз. Клетки ризодермы постоянно погибают, но со стороны зоны растяжения в неё постоянно включаются новые клетки.

Далее располагается зона проведения воды и минеральных веществ в надземные части растения. Она составляет основную массу корня. Здесь отсутствуют корневые волоски, но образуются боковые корни.

Рассмотрим поперечный разрез корня. В нём выделяют первичную кору, состоящую из живых клеток, и осевой (или центральный) цилиндр. Кора покрыта ризодермой. Наружный слой коры – экзодерма, а внутренний слой, который отделяет кору от центрального цилиндра, – эндодерма. Экзодерма первоначально осуществляет транспорт веществ, а после гибели ризодермы становится покровной тканью корня. Клетки эндодермы имеют утолщения, которые окружают клетку в виде пояса – пояски Каспари. Клетки эндодермы смыкаются в области поясков Каспари и окружают осевой цилиндр, создавая водонепроницаемое кольцо, которое вынуждает транспортирующиеся по межклетникам растворы переходить в проводящие ткани осевого цилиндра. Наружный слой осевого цилиндра образован меристематической тканью – перициклом, под ним располагается прокамбий, из клеток которого дифференцируются ксилема и флоэма.

Существует несколько видов корней: главные, боковые и придаточные. Главный корень развивается из зародышевого корешка семени. Боковые корни отходят от главного. Они способны к ветвлению. Придаточные корни формируются на надземных частях растения (стеблях и листьях).

Все корни растения образуют корневую систему. Она бывает стержневая, мочковатая и смешанная. В стержневой корневой системе хорошо развит главный корень, который имеется только у семенных растений. Такая система характерна для большинства двудольных растений. Мочковатая корневая система образована придаточными корнями, главный корень неразличим. Характерна для однодольных растений.

В зависимости от распределения корней в толще почвы выделяют поверхностные, глубинные и универсальные корневые системы. Корневые системы располагаются поверхностно у большинства однолетних растений, а также у некоторых многолетних, например злаков. Поверхностная корневая система также характерна для растений, произрастающих в болотистой местности, и для растений тропических лесов, у которых большая часть корневой системы располагается на глубине до 30 сантиметров. Глубинная корневая система характерна для растений, живущих в условиях недостатка влаги, например для верблюжьей колючки. Их корни могут достигать уровня грунтовых вод.

Главная функция корня – поглощение почвенных растворов. Выделяют несколько экологических групп растений в зависимости от условий их обитания и снабжения водой. Это гидратофиты, гигрофиты, ксерофиты и мезофиты. Гидратофиты обитают в воде. Первичные гидратофиты – водоросли, которые лишены корней и поглощают воду всей поверхностью тела. Вторичные гидратофиты – высшие растения, предки которых вторично заселили водную среду. Гигрофиты – наземные растения, которые живут в местах с высокой влажностью воздуха и почвы. Дефицит воды для них губителен. Наиболее характерными гигрофитами являются растения влажных тропических лесов. Ксерофиты обитают в жарком засушливом климате, поэтому они постоянно испытывают недостаток влаги. Многие ксерофиты приспособились запасать воду в своих тканях (например, алоэ и кактусы). Большинство наземных растений – мезофиты. Они растут в среде с достаточным, но не избыточным увлажнением почвы. Примером среды обитания мезофитов может служить луг в умеренной климатической зоне.

Корни растений активно взаимодействуют с различными почвенными организмами, вступают в симбиотические отношения с грибами, образую микоризу (грибокорень). Выделяют два типа микоризы – эктомикоризу (или эктотрофную микоризу) и эндомикоризу (или эндотрофную микоризу). Эктомикориза широко распространена среди деревьев (например, хвойные, берёза, дуб), некоторые кустарники и травы. Эндомикориза встречается у большинства покрытосеменных и возникает, когда гифы гриба оплетают корень плотной сетью, образуя чехол. Гифы проникают через ризодерму корня и распространяются по межклетникам, не проникая в клетки. Основное отличие эндомикоризы в том, что гифы гриба проникают в клетки коры корня. На поверхности корня эндомикориза выражена слабо, то есть вся основная часть гриба находится внутри.

Все растения нуждаются в постоянном поступлении азота из окружающей среды. Однако, молекулярный азот недоступен для растений. Его фиксируют бактерии, с которыми некоторые растения вступают в симбиоз. Из симбиотических азотфиксирующих бактерий наиболее известны представители рода ризобиум, образующие клубеньки на корнях бобовых, – это клубеньковые бактерии. Такое сожительство приносит пользу обоим симбионтам. Гетеротрофные бактерии получают от растения необходимые им органические вещества, а сами фиксируют атмосферный азот и передают его корню в виде легкоусвояемых растением соединений.

Клубеньки формируются эндогенно или экзогенно. При эндогенном способе клубеньки образуются из перицикла. При экзогенном способе, который чаще встречается, клубеньки образуются из паренхимы первичной коры молодого корня.

В ходе исторического развития корни многих видов растений, помимо основных функций, начинают выполнять дополнительные и подвергаются метаморфозам (видоизменениям). Выделяют несколько типов видоизменения корней: запасающие, втягивающиеся (контрактильные), корни-присоски (гаустории), дыхательные (пневматофоры), ходульные, досковидные корни и корни-прицепки.

Запасающие корни содержат большое количество паренхимы, в живых клетках которой накапливаются питательные вещества. В результате происходит утолщение главного корня. Он называется корнеплодом. Например, корнеплод моркови и свёклы. В формировании корнеплода вместе с корнем принимает участие стебель. У свёклы большая часть корнеплода образована стеблем, на корень приходится лишь его самая нижняя часть. Большая часть корнеплода моркови, наоборот, состоит из корня, за исключением верхней части.

При утолщении боковых или придаточных корней образуются корневые клубни (или корневые шишки), например у георгина, батата и чистяка.

Втягивающиеся (контрактильные) корни встречаются у луковичных, клубнелуковичных и корневищных растений (например, тюльпан, гладиолус, крокус). Втягивающие корни находятся среди обычных. Они сокращаются в длину, укорачиваются и тянут за собой луковицу или корневище, тем самым опускают её глубже в почву.

Корни-присоски (гаустории) характерны для паразитических растений (омела, повилика). Они служат для проникновения в тело растения-хозяина, откуда высасывают необходимые для паразита вещества.

Дыхательные корни (пневматофоры) имеются у древесных тропических растений, которые обитают на заболоченных морских побережьях, встречаются и у растений умеренного пояса. Пневматофоры выполняют функцию дополнительного дыхания, растут над землёй. Они богаты воздухоносной тканью – аэренхимой, имеющей крупные межклетники, через которые воздух поступает в подземные части корней.

Ходульные корни служат опорой для тропических и мангровых деревьев, обеспечивают сопротивляемость растений волнам. Это видоизменения придаточных корней, они растут от ствола под углом, идут вниз и прочно укрепляют дерево в грунте.

Досковидные корни характерны для крупных деревьев, растущих в тропических лесах. Они представляют собой боковые корни, которые отходят от дерева у самой поверхности почвы. Досковидные корни образуют треугольные вертикальные выросты, примыкающие к стволу.

Корни-прицепки – своеобразные придаточные корни. Ими растение, например плющ, прикрепляется к вертикальной стене или стволу дерева и растёт вверх.