Біологія. Комплексна підготовка до ЗНО і ДПА

Вегетативні органи рослин. Корінь

Для кореня характерний верхівковий ріст у довжину, бічні розгалуження його виникають ендогенно (з внутрішніх тканин), точка приросту вкрита кореневим чохликом. Коренева система формується впродовж усього життя рослинного організму. Функціями кореня є:

закріплення рослин у ґрунті;
поглинання води та поживних речовин;
транспорт речовин у надземні органи;
первинний синтез деяких органічних речовин;
запасання поживних речовин (у моркви, буряків, ріпи та ін.);
може бути органом вегетативного розмноження.

Коренева система проростків додатково виконує лише ростову функцію: формування осьової структури кореня, на базі якої в майбутньому утворюються спеціалізовані поглинальні корінці.

Типи кореневих систем та їх розвиток

Первинний корінець закладається ще в зародку насінини одночасно із брунечкою. Під час проростання він першим починає рости, формуючи головний корінь, який, у свою чергу, здатний галузитись, утворюючи бічні корені 1-го, 2-го, 3-го і т. д. порядків. Доволі часто ці корені розростаються настільки, що неможливо виділити головний корінь.

Крім головного та бічного корінців, є ще додаткові корені, які відрізняються тим, що розвиваються не з кореня, а з іншої частини тіла рослини. Первинні додаткові корені (зародкові додаткові) у деяких рослин (злаків) закладаються ще в стебельці зародка насінини й розвиваються під час проростання насінини майже одночасно з головним коренем. Крім них, розрізняють колеоптильні додаткові корені (утворюються біля основи колеоптиля злаків); вузлові чи стеблові (утворюються з підземних або надземних вузлів стебла, кореневищ); листкові додаткові корені (утворюються під час вкорінення листків бегонії, фіалки, інших рослин). Потужні додаткові корені, що утворюються на нижніх вузлах однодольних, називають повітряними, або опорними. Розрізняють два основних типи кореневих систем:

стрижнева, що має добре розвинений головний корінь, здатний проникати в ґрунт на значну глибину. Сюди відносять й такі видозміни коренів, як коренеплоди (конусоподібної форми у моркви, петрушки; ріпчастої — у буряку, редьки; бульбокорені — у жоржини, пшінки);
мичкувата, у якої не можна виділити головний корінь. Останній або слабко розвивається, або рано відмирає. Уся маса коренів складається з бічних або додаткових корінців і має вигляд мички (в однодольних, особливо в злаків).

Істотно відрізняються у різних рослин кількість та довжина коренів. Глибина проникнення коренів у ґрунт, ступінь їх галуження та глибина, на якій воно відбувається, характерні для кожного виду рослин і залежать від зовнішніх умов.

1 — головний корінь; 2 — бічний корінь; 3 — додатковий корінь. Типи кореневих систем: А, Б — стрижнева; В, Г — мичкувата.

Сильно розгалужена коренева система утворює величезну поглинальну поверхню (наприклад, загальна довжина коренів добре розвиненої рослини озимого жита досягає 600 км, довжина кореневих волосків — 10 000 км, загальна поверхня коренів — 200 м², що в багато разів перевищує площу надземної частини).

Ріст і будова кореня. Корінь росте в довжину за допомогою верхівкової точки росту. Розташована вона на кінці кореня, під кореневим чохликом, який захищає її від пошкоджень і полегшує просування кореня в ґрунті під час росту. Остання функція здійснюється завдяки властивості зовнішніх стінок кореневого чохлика вкриватися слизом, що зменшує тертя між коренем і частинками ґрунту. У деяких рослин клітини кореневого чохлика дуже міцні та здатні розсовувати частинки ґрунту. Кореневий чохлик є на коренях усіх сухопутних рослин і відсутній у багатьох водних рослин.

Клітини кореневого чохлика живі, тонкостінні. Клітини зовнішнього шару чохлика злущуються. У міру їх відмирання чохлик відновлюється зсередини за рахунок клітин, що утворюються точкою росту (у дводольних), або своєю відособленою меристемою (в однодольних). Клітини точки росту кореня (апікальна меристема) активно діляться, довжина цієї зони у різних видів і в різних коренів однієї й тієї ж рослини неоднакова.

Зони кореня

Після зони поділу розташована зона розтягування (зона росту). Довжина її — кілька міліметрів.

У міру завершення лінійного росту настає третій етап формування кореня — його диференціація та спеціалізація клітин. Утворюється зона кореневих волосків (зона всисання). У ній вже розрізняють зовнішній шар епіблеми (ризодерми) з кореневими волосками, шар первинної кори та центральний циліндр. За нею розпочинається провідна зона.

Розміщення зон кореня

Епіблема складається з одного шару тонкостінних і щільно зімкнених клітин, здатних утворювати кореневі волоски. Довжина кореневих волосків — 0,18-8,00 мм; особливо великі волоски на коренях вкорінених пагонів. У трав’янистих рослин більші, ніж у деревних. Оболонка волоска дуже тонка, що полегшує поглинання поживних речовин. Майже всю клітину волоска займає вакуоля, оточена тонким шаром цитоплазми. Ядро міститься у верхній частині клітини. Навколо клітини утворюється слизовий чохол (за рахунок пектинових речовин оболонок), який сприяє кращому контакту кореневих волосків з часточками ґрунту та розмноженню корисних бактерій. Поглинанню сприяє також виділення кореневими волосками кислот (вугільної, яблучної, лимонної, щавлевої), що розчиняють мінеральні солі.

Кореневі волоски відіграють також механічну роль — вони правлять за опору верхівці кореня, яка проходить між часточками ґрунту. Формуються кореневі волоски дуже швидко (у молодих сіянців яблуні за 30- 40 год). Кількість їх на 1 мм² поверхні кореня в умовах вологої камери у кукурудзи — 425, яблуні — близько 300, гороху — 230, що в перерахунку на всю рослину обчислюється мільярдами. Функціонують кореневі волоски недовго. Замість відмерлих волосків на молодих ділянках коренів поступово утворюється зона нових шляхом розростання відповідних клітин ризодерми.

Внутрішня будова кореня (поперечний переріз на рівні всисної зони)

Первинна кора складається з багатьох шарів живих клітин. Оболонки клітин зовнішніх шарів (екзодерми) здатні потовщуватися. Після відмирання епіблеми ці шари кори виконують захисну функцію. Потовщені оболонки має також внутрішній шар кори (ендодерма). Ендодерма складається з одного ряду клітин, що утворюють щільне, без міжклітинників, кільце навколо центральної частини кореня. Іноді трапляється дворядна ендодерма (лимонник китайський). Потовщення на тонких радіальних стінках її клітин (пояски Каспарі) утворюють суцільну непроникну бар’єрну зону навколо центрального циліндра завдяки тому, що ці пояски із суберину — гідрофобної речовини. Для здійснення необхідного радіального транспорту води та мінеральних речовин серед непроникних клітин ендодерми завжди є значна кількість живих тонкостінних пропускних клітин, які здатні контролювати та регулювати цей процес.

Центральний циліндр складається із провідної системи, ззовні оточеної кільцем живих клітин (перициклом), які здатні до поділу. За рахунок поділу клітин перициклу утворюються бічні корінці. У перициклі можуть також закладатись додаткові бруньки, які згодом розвиваються в надземні пагони — кореневу порость (тополя, осика, бузок, акація та інші).

Провідна система кореня проводить воду та мінеральні речовини з кореня до стебла (висхідна течія) і органічні речовини із стебла в корінь (низхідна течія). Складається вона із судинно-волокнистих пучків. Основними складовими пучка є ділянки флоеми (по них речовини пересуваються до кореня). Основні провідні елементи флоеми — ситоподібні трубки, ксилеми — трахеї (судини) та трахеїди. Із провідними елементами флоеми та ксилеми пов’язані паренхімні клітини та клітини механічної тканини — склеренхіми.

Поглинання і транспорт коренями води та мінеральних речовин

Поглинання коренями води та мінеральних речовин — найважливіша їх функція. У кореневі волоски як первинні поглинальні структури вода надходить за законами осмосу, оскільки концентрація їх вакуолярного розчину майже завжди більша порівняно із ґрунтовим розчином. Від кореневих волосків до провідної системи молекули води можуть транспортуватися двома шляхами: а) по відносно губчастих оболонках паренхімних клітин кореня та міжклітинниках (транспорт по апопласту); б) через цитоплазму цих самих клітин по плазмодесмах (симпластний транспорт).

Оскільки опір клітинних оболонок для води значно менший, ніж у цитоплазми, швидший радіальний транспорт здійснюється саме по апопласту клітин кореня. Однак на рівні ендодерми він припиняється через непроникність поясків Каспарі для води. У зв’язку із цим далі до судин вода може пройти лише через живі пропускні клітини в ендодермі.

Симпластний шлях більш ускладнений проходженням води від клітини до клітини через плазмодесми і сам протопласт. Установлено, що доволі часто кожна наступна клітина в напрямку до центру має вищий потенційний осмотичний тиск, який забезпечується градієнтом концентрацій у вакуолях і як результат — можливість однонаправленого транспорту молекул води від волосків до провідної системи. Отже, рушійною силою руху води до апопласту та симпласту до судин є осмотичний механізм. Осмотично активними речовинами в молодих судинах та їх оболонках є мінеральні сполуки та органічні метаболіти, які надходять сюди за допомогою йонних насосів та переносників, що функціонують у мембранах живих паренхімних клітин, які оточують судини. Таким чином, внаслідок входження води в судини, формується гідростатичний тиск, що одержав назву «кореневий тиск», а саму можливість кореневої системи піднімати воду по стеблу образно називають нижнім кінцевим двигуном.

У багатьох випадках пасивне надходження поживних солей із зовнішнього розчину в провідну систему рослини здійснюється з водою. Це перенесення речовин із транспіраційним током або дифузія у вільний простір, більша частина якого представлена водною фазою, що міститься в клітинних оболонках або в інших компонентах клітини.

Доля елементів мінерального живлення, що надходять із зовнішнього розчину в тканини кореня, складається по-різному. Одні з них вільно проходять через усі клітини кореня і потрапляють у провідну систему в тому ж вигляді, у якому надійшли із зовнішнього розчину. Інші негайно включаються в метаболічні реакції і потрапляють у судини вже у складі органічних сполук. Ще інші після циклу хімічних реакцій знову виділяються з нестійких сполук і в такій формі потрапляють у провідні елементи.

Пікірування — відщипування у молодих рослин кінчика головного кореня, що спричиняє посилений ріст бічних і додаткових коренів. Після цього рослини висаджують на постійне місце (або на дорощування) за допомогою кілочка-пікетки. Звідси й назва процесу — пікірування.

Зміст