Морфологические и экологические характеристики корней растений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Рост и развитие корней

2. Корни водных растений

3. Воздушные корни

Заключение

Список литературы

Введение

Корень является основным вегетативным органом растений. Это подземный осевой структурный элемент растения, по происхождению сходный со стеблем. Корень выполняет функцию прикрепления к субстрату, всасывания из него воды и минеральных веществ, первичной трансформации усваиваемых веществ для синтеза органических соединений и последующего перемещения их к другим органам растения. Также корень растения способен выделять определенные продукты жизнедеятельности растения. Стандартный корень имеет узкоцилиндрическую или нитевидную форму.

В течение жизни у растения формируется много корней. Одни из них появляются вследствие ветвления главного корня, другие образуются на побеге. Все вместе они образуют корневую систему растения.

Корни растут в течение всей жизни растения. Рост корня осуществляется путем деления и растяжения клеток, находящихся на верхушке (кончике) корня. Все корни растут верхушечной частью. Образование корней было значительным эволюционным достижением, благодаря которому растения приспособились к более совершенному почвенному питанию и смогли образовывать крупные побеги, поднимающиеся вверх, к солнечному свету.

1.Рост и развитие корня

При прорастании семени первым из семенной кожуры появляется корешок зародыша. Сначала он чуть заметен, но вскоре вытягивается и становится большим. Корешок зародыша и корень взрослого растения, как и все другие органы, имеют клеточное строение. Клетки зародышевого корешка поглощают растворы питательных веществ семени, растут и делятся. Если на корешок проростка гороха нанести тушью поперечные черточки на расстоянии 2 мм одна от другой и поместить проросток в бутылку с налитой на дно водой, через сутки расстояние между метками, находящимися близ кончика корня, увеличатся. Это произойдет потому, что здесь расположен участок, где молодые клетки делятся и растут. В результате деления этих клеток образуются новые -- дочерние клетки. Дочерние клетки в свою очередь делятся и растут. Так маленький корешок постепенно превращается в большой корень.

Корень растет верхушкой. Убедиться в справедливости такого заключения нетрудно. 

Рис. 1 Последовательность действий при пикировке.

Если оборвать или обрезать кончик корня -- его верхушку, рост корня в длину прекратится. У корня с оторванным кончиком образуется много боковых и придаточных корней. Корневая система становится более мощной. Каждый из боковых корней также нарастает верхушкой. Это свойство корня используют при пересадке рассады капусты, томатов, астр и других культурных растений, имеющих стержневую корневую систему. Прищипывают корень во время пикировки. Пикировка -- это общипывание кончика корня при рассаживании молодых растений с помощью заостренного колышка, напоминающего пику. От названия колышка -- пики, пикетки -- этот процесс и получил свое название. Пикировка рассады вызывает рост боковых и придаточных корней и их разрастание в верхнем, наиболее плодородном слое почвы. Так, у кукурузы корневая система разрастается в стороны от стебля почти на 2 м, а у репчатого лука -- на 60--70 см.

Особенно сильно разрастаются корни деревьев. Например, у взрослой яблони они растут в стороны на расстояние до 15 м от ствола растения, а в глубину до 3--4 м. Основная масса корней развивается на глубине 15--18 см от поверхности почвы. Поэтому нельзя выращивать овощи, полевые или какие-нибудь другие культуры под кронами плодовых деревьев.

 Рис. 2 Глубина проникновения в почву корней культурных растений.

Общая длина всех корней одного растения очень велика. Например, корни моркови примерно в 7 раз длиннее надземной части растения. Благодаря разрастанию корневых систем растения получают больше питательных веществ из почвы. Корневые системы разных растений разрастаются в почве неодинаково. У одних они уходят далеко вглубь, у других распространяются вширь на небольшой глубине .

Сезонная динамика роста корней. Годичный рост корней включает в себя две составляющие: удлинение уже имеющихся корней и заложение новых боковых корней и последующее их удлинение. В умеренной климатической зоне растяжение корней начинается рано весной и продолжается до конца осени, дольше, чем удлинение побегов того же плодового, ягодного или орехоплодного растения. Период между прекращением удлинения побегов и окончанием прироста корней сильно различается у разных видов указанных растений и в основном определяется климатическими особенностями сезонов года.

Многолетние исследования многих специалистов показали, что в течение вегетационного периода в зависимости от подвоя, привоя (сорта), возраста и урожайности плодового дерева и почвенно-климатических условий корни имеют от одной до нескольких, чаще всего две (весенняя и осенняя) волны роста. Весной корни растут сильно, но после того как запасенные продукты фотосинтеза будут израсходованы для роста побегов, листьев и цветков рост корней уменьшается. При этом всасывающие корни весной больше растут в верхнем слое почвы, благодаря лучшей его прогреваемости, влажности и аэрации, а летом, наоборот, из-за сухости верхнего слоя лучше растут в более глубоком слое. В средней, да реже и в северной зонах рост корней, например яблони, в некоторые снежные зимы, особенно после выпадения снега на незамерзшую почву, продолжается до конца декабря - и, были случаи, даже до середины января, пока температура воздуха в почве вокруг корней не опустится до 2-0°С. В южной зоне корни плодовых, ягодных и орехоплодных растений в отдельные зимы в отдельных районах продолжают рост в течение всей зимы. Следовательно, корневая система указанных растений не имеет органического покоя, а обычно вследствие неблагоприятных условий (суровая малоснежная зима, засуха) может находиться в состоянии вынужденного покоя.

Исследования в средней зоне показали, что при оптимальных условиях водного режима корни яблони растут сравнительно равномерно в течение всего вегетационного периода, причем активные корни при этом составляют 48-70% от длины всей корневой системы дерева. При отсутствии орошения и в обычные годы корни растут волнами. Продолжительнее и равномернее корни растут у деревьев и кустов в неурожайные или малоурожайные годы, у деревьев и кустов до начала плодоношения и в молодом возрасте с сильными приростами, а также при своевременном и хорошем уходе (удобрении, орошении и мульчировании, борьбе с болезнями и вредителями). Так, в одном из наблюдений за деревьями яблони было обнаружено, что у деревьев с большим урожаем активные корни летом не росли в течение трех месяцев, а у деревьев без урожая - только около месяца. В данном случае вырабатываемые листьями продукты фотосинтеза на дереве с урожаем, скорее всего, расходовались исключительно на создание плодов, поэтому роста активных корней долго не было.

Корневая система плодовых, ягодных и орехоплодных растений, как показали исследования, обладает способностью в любой момент ослабленного роста перейти в состояние интенсивного роста, если для нее создадутся благоприятные условия аэрации, влажности, температуры и питания. Многолетние исследования в разных по почвам, климату, видах растений и агротехнике зонах садоводства России показали, что весной рост корней происходит всегда, а в остальные периоды года его может не быть, что зависит от ряда условий. Может происходить сравнительно равномерный рост корневой системы от весны до зимы, а на юге при мягких зимах - весь год.

Так, в исследованиях в Московской области рост корней плодоносящих деревьев яблони сорта Антоновка на сеянцах Аниса продолжался ежегодно 6-7 месяцев, а один год, когда снег выпал на незамерзшую почву, продолжительность периода роста была 9 месяцев. Рост корней проходил волнами: за 10 лет по две волны было 4 года, по три - 4 года, по одной - 1 год и по 4 волны - также 1 год. Максимальный рост корней в некоторые годы при орошении достигал 30-90%, а без орошения - 18-70% от суммарной длины всей корневой системы яблони. Более сильный рост активных корней 5 лет был осенью и 5 лет весной. В засушливую осень без полива рост корней может отсутствовать, а во влажную осень или при поливах быть даже более мощным, чем весной.

Рост и развитие дерева или куста весной целиком зависит от прошлогодних запасов продуктов фотосинтеза, накопленных в стволе, ветвях и корнях. С момента же появления листьев, когда исчерпываются запасенные продукты фотосинтеза, должны начать работать корни, чтобы снабжать листья в первую очередь водой и питательными веществами. Садовод имеет большие возможности соответствующей агротехникой своевременно способствовать созданию массы активных корней и удлинению периода их роста, чтобы они росли не 4-5, а 9 месяцев. Это важно еще и потому, что активные корни осенне-зимнего периода устойчивее весенних, долговечнее и богаче водой и питательными веществами. Поэтому чем их осенью будет больше, тем легче дереву или кусту образовать большее число новых корней весной. Отсюда становится абсолютно ясно, что чем дольше на протяжении года растут активные корни и чем их больше, тем легче дереву или кусту создавать высокие урожай. По количеству и состоянию проводящих желтых и активных белых корней можно быстро и точно диагностировать жизнедеятельность корневой системы в любое время года.

Чтобы плодовые, ягодные и орехоплодные растения нормально росли и ежегодно давали хорошие урожаи плодов и ягод, необходимо создать им благоприятные почвенные условия для активного и длительного роста корней, то есть для обеспечения потребности данных растений во влаге и питательных веществах. Особенно важна осенняя обработка почвы, так как взрыхленная с осени почва хорошо поглощает талые воды. Для установления возможной глубины обработки почвы в садах необходимо учитывать характер развития корневой системы у указанных растущих растений и ее размещение в почвенных горизонтах, а также свойства почвы (глубину гумусового горизонта). Любая обработка почвы, а также агротехнические приемы, связанные с выращиванием и выкопкой саженцев и пересадкой плодовых, ягодных и орехоплодных растений, сопровождаются повреждением или потерей какой-то части их корневой системы. Однако поврежденные или утраченные части корневой системы способны восстанавливаться.

Способность к восстановлению (регенерации) - уникальное свойство корней. Регенерация может происходить на месте утраченной части корня. В садоводстве обрезка корней сопровождает почти каждый агротехнический прием, связанный с пересадкой и обработкой почвы (пикировка сеянцев, выкопка, укорачивание корней подвоев и саженцев при сортировке, обработка почвы в приствольных кругах и в междурядьях). На месте среза у одревесневших корней образуется каллус (сначала в виде кольца, а позднее он полностью закрывает рану и суберинизуется). Под суберинизированным слоем камбиальные клетки начинают усиленно делиться и дают начало образованию новых корней по окружности. Повышение камбиальной активности связано с образованием в результате повреждения раневых гормонов (раневой кислоты), обладающих ауксиновой способностью. Корни, имеющие гладкий срез, быстрее регенерируют на второй год. Толщина восстановленных корней независимо от диаметра среза не превышает 3-5 мм. Вместо одного корня диаметром около 20 мм появляются до 16 новых корней, но общая длина их не всегда достигает длины срезанной части. Поэтому судить о степени восстановления по числу вновь образующихся корней нельзя, необходимо измерять их длину.

Любое повреждение корневой системы, связанное с потерей части ее корней, ведет к понижению жизнедеятельности дерева или куста и снижению их последующего роста. Сильные повреждения корней особенно возможны при глубокой обработке почвы, когда перерезается много достаточно толстых одревесневших корней. Очень негативно, как показали наблюдения, влияют даже только просто порезы корней на развитие плодовых деревьев, больных хлорозом, розеточностью, суховершиностью или имеющих ослабленный рост. В результате повреждения корней при глубокой обработке состояние указанных деревьев ухудшается еще в большей степени, усиливается поражаемость деревьев черным раком и другими болезнями и вредителями. Особенно это относится к маломощным почвам с неблагоприятными свойствами (избыточная влажность, очень высокая кислотность и другое).

На всех почвах надо быть весьма осторожным при установлении глубины обработки в садах и на садовых участках, в которых почва в течение ряда лет была задернена, что стимулирует более поверхностное залегание корней. А сейчас на многих садовых участках в наших коллективных садах искусственное задернение почвы стало модным. Очень осторожно надо обрабатывать почву в карликовых и стланцевых садах, а также на ягодниках, где много корней залегает в поверхностных слоях. Надо принять за правило, что при обработке почвы нельзя допускать повреждения корней диаметром больше 8-10 мм (толще карандаша). Поскольку корни такого диаметра и выше на дерново-подзолистых мало структурных почвах, которые преобладают у нас, отрастают очень слабо и во многих случаях остаются обрубками, а их повреждение отрицательно сказывается на состоянии растения. Хотя регенерация корней зависит от местных почвенных и климатических условий, а также от характера подвоев, то диаметр корней, которые нежелательно повреждать, можно быть и чуть иным (больше или меньше).

Таким образом, при решении вопроса о глубине обработки почвы надо иметь данные о глубине залегания корней толщиной 8-10 мм или другого диаметра, которые при данных условиях не следует повреждать. Поскольку глубина эта не постоянная не только для разных садов и разных садовых участков, но даже для отдельных их частей, то надо хотя бы один раз в 3-5 лет в каждом таком саду и каждом садовом участке сделать контрольные раскопки корней. Контрольную раскопку делают на площадках 1 кв.м по периферии кроны. Еще более наглядную картину можно получить, если вскрыть узкую полосу почвы шириной 30-40 см от ствола до середины междурядий на глубину залегания корней толщиной 5-10 мм. При этом обработку надо проводить на 1-2 см мельче того слоя, где залегают корни такого диаметра.

Учитывая неодинаковую глубину залегания корней на разном расстоянии от штамба, следует обрабатывать почву на меньшую глубину в при штамбовой зоне и на большую в междурядьях. Если на одной площади сада или всегда садового участка посажены разные виды плодовых, ягодных и орехоплодных растений (или привитые на разные подвои) с неодинаковой глубиной залегания корней, то глубину обработки почвы устанавливают по тому виду, сорту и подвою, у которых корни залегают наименее глубоко. В отдельные годы глубину обработки нужно несколько изменять. Поскольку если в течение ряда лет обрабатывать почву на одинаковую глубину, то образуется уплотненный слой (подошва), от чего ухудшаются условия роста корней.

Способность к регенерации и увеличению активной части корней у разных подвоев выражена неодинаково. Подвои различают по пороговому пределу толщины корней, при подрезке которых отношение длины вновь образованных корней к длине срезанных через год больше единицы. В таком случае наблюдается положительный регенерационный эффект. Когда длина восстановившихся корней не достигает длины срезанных, наблюдается отрицательный эффект, свидетельствующий о вредности обрезки корней.

В принципе, проведя на своем садовом участке подобную ориентировочную опытную обрезку разного диаметра корней у разных подвоев, можно определить и пороговый предел толщины корней, обрезка которых дает положительный эффект. А определив такой пороговый предел, можно сделать и обрезку ряда таких пороговых корней у подвоя конкретного дерева. В литературе отмечается, что положительный эффект получается при удалении до 30% суммарной длины корней у растений, привитых на семенные подвои, а у растений, привитых на вегетативные подвои, до 40%.

Лучшая регенерация корней наблюдается только при достаточной аэрации и влажности почвы, а также соответствующей температуре и наличии достаточного количества питательных веществ. Учитывая большую роль влажности в регенерации корней, основную обработку почвы следует делать при достаточной ее влажности (после полива или дождей). Очень важным фактором для регенерации корней является температура. Причем если оптимальная температура для обычного роста корней, например, яблони равна 15-20,5°С, то для лучшего образования каллуса на обрезанных корнях у этого же вида растения температура почвы должна быть 29,4-32,2°С, то есть значительно более высокой.

Очень важным для регенерации корней являются сроки обработки почвы. В опытах по изучению восстановления корней у яблони в зависимости от времени нанесения поранения, что важно для установления лучшего срока осенней обработки почвы, было установлено следующее. Восстановление корней начинается с образования каллуса через 20-30 дней после нанесения поранения.

Через 30-50 дней появляются новые корни. На корнях диаметром до 5 мм новообразование корней происходит более интенсивно и быстрее, чем на более толстых корнях. Через 50-70 дней пораненный участок корня покрывается каллусом и образуется мочка разветвленных корней, полностью покрывающих срез.

Особый интерес в этих опытах представляют наблюдения за восстановлением корней яблони в период пожелтения листьев и после листопада. На корнях, пораненных в период пожелтения листьев, к концу сентября того же года образовалось кольцо каллуса и отросли белые корни длиной 2-3 мм. Весной следующего года до набухания почек начался рост молодых корней около среза. В период сильного роста побегов в начале июня на корнях образовалось много разветвленных деятельных белых корней длиной до 1,5 м. Корни, пораненные после листопада, не покрылись каллусом до наступления устойчивых морозов, и весной следующего года на срезах наблюдалось отмирание тканей коры и загнивание их. Рост новых корней начался с запозданием лишь 15 мая, причем молодые корни появились на 1-2 см выше среза. К периоду сильного роста побегов рост корней несколько усилился, но все же отставал от роста корней, пораненных ранней осенью перед пожелтением листьев.

То же самое подтвердилось и во многих других подобных опытах, проводимых с самыми разными плодовыми, ягодными и орехоплодными растениями. Таким образом, наилучший срок осенней обработки почвы - период перед пожелтением и опадением листьев. Поскольку лучшая регенерация корней при ранних сроках обработки почвы может быть объяснена с одной стороны лучшими условиями внешней среды (влажность почвы, аэрация, температура), а с другой - наличием целых листьев, обеспечивающих образование продуктов фотосинтеза, необходимых для отрастания корней. Поэтому осеннюю обработку почвы в садах и на садовых участках можно проводить у нас в первой половине сентября после съема урожая, при полном сохранении листьев, до начала второго (осеннего) роста корней, чтобы еще до осени у деревьев и кустов успели восстановиться поврежденные корни и накопился дополнительный, необходимый для восстановления запас продуктов фотосинтеза.

Однако надо отметить, что ранняя осенняя обработка почвы в садах и на садовых участках (до листопада) имеет тот серьезный недостаток, что при ней не обеспечивается заделка в почву опавших листьев, что необходимо для борьбы с рядом опасных грибных болезней, в частности с паршой, коккомикозом и другими. Правда, возможен сбор опавших листьев и помещение их в компост или сжигание, но по обработанной почве это провести значительно труднее. Кроме того, проведение осенней обработки в ранние сроки, особенно с зимними сортами (до уборки урожая), затрудняется наличием в саду большого числа подпор и какую-то часть осенней обработки почвы приходится делать позднее.

Ни в коем случае нельзя делать осеннюю обработку почвы, когда почва иссушена, не рыхлится, иначе поверхность почвы будет глыбистой. Недопустимость такой обработки обусловлена тем, что при недостатке влаги поврежденные корни будут плохо регенерировать.

Кроме того, глыбистая почва вследствие диффузного испарения будет еще в большей степени высыхать, а зимой она будет на большую глубину промерзать, что усилит опасность зимнего повреждения корней от низких температур, особенно в условиях малоснежной зимы.

Поэтому, если ко времени оптимального срока осенней обработки почва иссушена, следует вместо обработки сделать мелкое рыхление, обработку перенести на несколько более поздний срок. В крайнем случае можно даже отказаться от осенней обработки почвы, что будет лучше, чем глыбистая зябь, очень опасная для плодовых, ягодных и орехоплодных растений.

КОРНЕВАЯ СИСТЕМА, совокупность всех подземных корней растения, образующихся в процессе их роста и ветвления.

Различают корневую систему стержневую, где преобладает главный корень (напр., у видов сем. бобовых), мочковатую, образованную из многочисленных, сходных по размеру корней (у злаков), и ветвистую, в которой выделяются несколько одинаковых по степени развития корней (у многих деревьев).

Суммарная величина площади поверхности корневой системы может быть очень значительной.

Рис. 3 Виды корневых систем.

В течение жизни у растения формируется много корней. Одни из них появляются вследствие ветвления главного корня, другие образуются на побеге. Все вместе они образуют корневую систему растения. В корневой системе различают главный, боковые и придаточные корни. Главный корень развивается из зародышевого корня. Придаточными называют корни, развивающиеся на стеблевой части побега. Придаточные корни могут вырастать и на листьях. Боковые корни возникают на корнях всех видов (главном, боковых и придаточных). И.И. Андреева, Л.С. Родман "Ботаника"/ Москва "КолосС" 2002

Рис 4. Виды корней.

Корни растут в течение всей жизни растения. Рост корня осуществляется путем деления и растяжения клеток, находящихся на верхушке (кончике) корня. Все корни растут верхушечной частью. Корень удлиняется и продвигается в почве в результате деления и растяжения клеток верхушки корня. Если рассмотреть корневой чехлик под микроскопом, то можно увидеть, что он образован из нескольких слоев клеток. Он ограждает делящиеся клетки кончика корня от механических воздействий среды. Кроме того, клетки корневого чехлика выделяют слизь, которая действует как смазка, облегчая продвижение растущего корня в почве.

Зоны роста корня

Также на кончике корня располагаются продольные ряды многогранных клеток - инициалей и их производных. Они отличаются густой цитоплазмой и крупными ядрами. Инициали образуют относительно неактивную область - покоящийся центр, играющий существенную роль в формировании структуры и развитии корня. Покоящийся центр способен восстанавливать периферические зоны меристемы при повреждении. Большинство клеточных делений корня происходит на некотором расстоянии от покоящегося центра. Далее идет зона клеточных делений, где образуется большинство новых клеток. А за ней зона растяжения (несколько миллиметров), рост клеток в которой обеспечивает основное удлинение корня. За зоной растяжения располагается зона созревания клеток первичных тканей, где развиваются корневые волоски.

Рис.4 Схема ранних стадий первичного роста кончика корня.

Первичная структура корня

Здесь выделяются три системы тканей:

эпидерма - покровная ткань ,первичная кора - основная ткань, система проводящих тканей (центральный цилиндр)

Рис.5 Поперечные срезы корня лютика. (Ranunculus) А. Общий вид для зрелого корня. Б. Деталь незрелого центрального цилиндра. Обратите внимание на межклетники в первичной коре. В. Деталь зрелого центрального цилиндра. В коровых клетках заметны многочисленные крахмальные зерна.

Эпидерма. Наружный слой клеток первичного растения, образующий систему покровной ткани частей цветка, листьев, плодов, семян, корней, плодов.Эпидерма абсорбирует воду и минеральные вещества посредством корневых волосков.

Корневые волоски. Трубчатые выросты эпидермальных клеток, увеличивающие поглощающую способность органа. Эти колоски недолговечны, по мере проникновения кончика корня в почву новые корневые колоски развиваются непосредственно за ним, давая поверхность, всасывающую воду и минеральные ионы. Именно молодые и растущие корни являются питающими, поэтому так важно при пересадке растения забирать как можно болшьее количество почвы вместе с корнем. Иначе, основная масса питающих корней останется в почве и растение не приживется. Эпидермальные клетки являются паренхимными, плотно упакованными.

Паренхимные клетки .Клетки, участвующие в фотосинтезе, запасании веществ и секреции. Находятся в коре стеблей и корней, сердцевине стеблей, мезофилле листьев и мякоти плодов. Кроме того, поверхность корней покрыта слизистым чехлом, создающим благоприятные условия для поселения бактерий и защищающим корень от иссушения.

Первичная кора. Здесь располагается основная масса первичных тканей корня. Клетки первичной коры накапливают крахмал. Ткань содержит межклетники, воздушные полости, обеспечивающие аэрацию корня. В этой области клетки образуют многочисленные контакты, а их протопласты связаны плазмодесмами.