Сложные реакции обмена веществ у растений объясняются особым строением частей их тела: корня, стебля, листьев, называемых вегетативными органами. Они отвечают за процессы фотосинтеза, транспирации, осмоса. В данной работе мы изучим строение и функции таких элементов растений, как корневые волоски. Это важные структуры, определяющие всасывание воды и минеральных солей из почвы.
Корень – вегетативный орган семенных растений
Подземная часть голосеменных и цветковых растений представлена двумя типами корневой системы: стержневой и мочковатой. Они состоят из главного, боковых, придаточных (у однодольных растений) корней и большого количества мелких структур, имеющих название - корневые волоски.
Это выросты, представленные единичными клетками эпиблемы (ризодермы). Они носят название "трихобласты". Являясь опорой и выполняя функции запасания органических веществ, всасывания и размножения ( так называемые корневые отпрыски у вишни, ивы), корень опосредствованно участвует и в таких процессах обмена веществ, как транспирация, дыхание, фотосинтез.
Зона всасывания
Главный корень имеет сложное анатомическое строение, причем различные его участки выполняют многообразные функции. В связи с этим их принято называть зонами. Исходя из функции корневых волосков (выше участка растяжения, входящего в зону роста) и расположено скопление выростов покровной ткани. Эта область и называется зоной всасывания. Она составляет от одного до трех сантиметров. На этом участке могут располагаться от 200 до 1500 и более вытянутых клеток эпиблемы. Они живут недолго: от нескольких часов до 20 суток, а затем отмирают. Одновременно из ризодермы образуются новые структуры. Клетка корневого волоска, соприкасаясь с почвой, способна к всасыванию из неё молекул воды и растворенных солей в виде ионов натрия, хлора, магния, кислотных остатков нитратной, нитритной и фосфатной кислот.
Эпиблема и особенности её строения
Эта растительная ткань относится к группе первичных меристем. Участвуя в делении, её клетки обеспечивают формирование таких элементов, как корневые волоски. Это происходит во внешнем слое образовательной ткани корня – феллогене. Образованная в течение вегетационного периода ризодерма отмирает. На её месте образуются молодые клетки перидермы – вторичной покровной ткани, неспособной к всасыванию почвенных растворов. Новый корневой волосок, функция которого – всасывание воды и минеральных солей, формируется из вышележащего участка эпиблемы.
Функции корневых волосков
Эти структуры образуются из выпячиваний ризодермы и представляют собой единичные клетки первичной меристемы, способной к всасыванию почвенного раствора. С течением времени они вытягиваются, а клеточная мембрана становится способной пропускать внутрь как гипотонические, так и сильно концентрированные растворы солей. При внесении минеральных удобрений, например, азотных и калийных, в почве возрастает содержание ионов аммония, калия, нитрат-иона. Это происходит весной, так как она является наилучшим временем для внесения удобрений такого типа. Почвенный раствор, содержащий выше перечисленные виды ионов, проникает в цитоплазму трихобласта путем пассивной диффузии.
Осеннее внесение фосфорных удобрений, требующих больше времени для растворения, вызывает всасывание корневыми волосками ионов кислотных остатков фосфатной и метафосфорной кислот. С началом сокодвижения в конце февраля – начале марта почти весь объем клеток ризодермы заполнен вакуолями, ядро смещено к верхушке корневого волоска. Сама же клетка способна к секреции молекул органических кислот: щавелевой, яблочной. Они растворяют частицы гумуса, усиливая процесс всасывания. Формирование корневых волосков происходит достаточно быстро. Несмотря на короткий срок жизни, они способны поглощать большие объемы почвенного раствора. Например, у древесного растения площадь всасывания составляет о 120 до 640 м2.
Что такое трихобласты
Ранее мы изучили особенности строения и функций первичной ткани покровов растений. Она состоит из одного слоя клеток и называется эпиблемой, располагаясь на молодых боковых корнях, отрастающих от главного или придаточных корней. Корневые волоски – это выросты покровной ткани, представляющие собой сильно вытянутые структуры. Нужно помнить, что все клетки эпиблемы – полипотентные, то есть способные к формированию корневых волосков. Но образуются они только из трихобластов – выпячиваний эпиблемы, имеющих вид микроскопических бугорков.
Покровная ткань, ответственная за образование трихобластов, имеет цитологические особенности строения: так, в её клетках отсутствует кутикула и толстая целлюлозная стенка. В цитоплазме находится большое количество органелл, синтезирующих молекулы АТФ, – митохондрий. Они необходимы, так как всасывание воды и минеральных солей требует затрат энергии. Трихобласты также не имеют устьиц – элементов покровной ткани, отвечающих за процессы дыхания растения и транспирацию – испарение воды.
Как растворы солей проникают в корни растений
Трихобласт и формирующийся из него корневой волосок, функция которого – всасывание воды и минеральных солей из почвы, можно считать осмотической системой. Отсутствие жесткой клеточной стенки и эластичность мембраны способствует транспорту молекул из внешней среды в цитоплазму. В специальных органеллах корневого волоска – вакуолях, накапливаются гипертонические растворы глюкозы, фруктозы, яблочной, лимонной и щавелевой кислот.
И мембрана, и тонопласт клетки обладают избирательной полупроницаемостью. Поэтому почвенный раствор, являясь менее концентрированным, чем клеточный сок, по законам осмоса проникает внутрь корневого волоска. Водный потенциал растворов, поступающих из почвы выше, чем этот показатель в тонопласте, а осмотический потенциал ниже. Вода и минеральные соли траспортируются из клетки корневого волоска в ксилему. Это проводящая ткань, формирующая сосуды растений – трахеи или трахеиды. По ним почвенный раствор движется вверх по стеблю к листьям и другим частям растения.
Пикировка и её значение
Чтобы повысить площадь всасывания корневой системы, нужно добиться увеличения количества боковых корней. Их эпиблема, содержащая трихобласты, и сформирует дополнительные корневые волоски. Для этого применяют механический способ прощипывания верхушки корня, разрушающий зону деления, расположенную над корневым чехликом. Он называется пикировкой. Этот прием стимулирует рост боковых частей, на которых развивается большое количество корневых волосков. При этом рост главного корня в длину прекращается. Большая площадь зоны всасывания положительно сказывается на росте и развитии растения, повышая его урожайность и жизнестойкость.
В данной статье мы изучили особенности строения зоны всасывания корня покрытосеменных растений, а также выяснили, какую функцию выполняет корневой волосок, развивающийся из эпиблемы.
