Особенности строения корня в связи с выполняемыми функциями

Корень — один из основных вегетативных органов листостебельных растений, служащий для прикрепления растения к субстрату, поглощения из него воды и минеральных веществ. Кроме того, в корнях синтезируются различные органические вещества (аминокислоты, гормоны роста, алкалоиды и др.), которые затем перемещаются в другие органы растений или остаются в самом корне в качестве запасных питательных веществ. У многих растений корень выполняет функцию вегетативного размножения.

Корень, развивающийся из зародышевого корешка семени, является главным. От него отходят боковые корни, способные к ветвлению. Корни, формирующиеся из надземных частей растений — стебля или листьев называются придаточными. Совокупность всех корней растения составляет корневую систему.

Различают два основных типа корневых систем: стержневую, имеющую хорошо развитый главный корень, который длиннее и толще других, и мочковатую, в которой главный корень отсутствует или не выделяется среди многочисленных придаточных корней. Стержневая корневая система характерна главным образом для двудольных растений, мочковатая — для большинства однодольных.

Корень растет в длину за счет деления клеток верхушечной (апикальной) меристемы. Кончик корня покрыт в виде наперстка корневым чехликом, он непрерывно обновляется и защищает нежные клетки апикальной меристемы от механических повреждений, способствует продвижению корня в почве. Клетки чехлика продуцируют слизь, которая облегчает скольжение корня между частицами почвы и создает благоприятные условия для поселения бактерий.

На продольном разрезе кончика корня за чехликом можно выделить несколько зон: зону деления, зону роста, или растяжения, зону всасывания и зону проведения. Зона деления находится под чехликом и представлена клетками апикальной меристемы. Ее длина около 1 мм, клетки постоянно делятся митотически. За зоной деления расположена зона роста длиной обычно всего несколько миллиметров. Рост клеток в этой зоне обеспечивает основное удлинение органа. Зона всасывания (зона корневых волосков) длиной до нескольких сантиметров начинается над зоной растяжения. Она состоит из эпиблемы (эпидермы), первичной коры и осевого цилиндра. Переход от одной зоны к другой происходит постепенно, без резких границ. Некоторые клетки начинают удлиняться и дифференцироваться еще в зоне деления, в то время как другие достигают зрелости в зоне растяжения, например, первые элементы флоэмы и ксилемы.

Чем больше поверхность эпиблемы, тем лучше корень будет выполнять свою основную, всасывающую функцию. Именно в связи с этой функцией часть клеток эпиблемы вытянута в корневые волоски длиной 0,1-8 мм. Почти всю клетку корневого волоска занимает вакуоль, окруженная тонким слоем цитоплазмы. Ядро находится в цитоплазме возле верхушки волоска. Корневые волоски способны охватывать частички почвы, как будто срастаться с ними, что облегчает поглощение из почвы воды и минеральных веществ. Поглощению способствует также выделение корневыми волосками различных кислот (угольной, яблочной, лимонной, щавелевой), которые растворяют частички почвы.

Функционируют корневые волоски недолго — обычно 10-20 дней. На смену отмершим волоскам в более нижней части корня развиваются новые волоски, и таким образом наиболее деятельная, всасывающая зона корней все время перемещается вглубь и в стороны вслед за растущими кончиками разветвленной корневой системы. При этом общая всасывающая поверхность корней все время увеличивается.

Внутренняя структура корня, по сравнению с таковой у стебля, относительно проста. Это связано прежде всего с отсутствием здесь листьев и соответственно узлов и междоузлий. На первичной стадии роста корня легко выделить на поперечном срезе три системы тканей: эпидерму (систему покровной ткани), первичную кору (систему основной ткани) и центральный осевой цилиндр (систему проводящих тканей).

Первичная кора состоит из живых клеток с тонкими стенками. Оболочки клеток внешних слоев первичной коры (экзодермы) способны утолщаться. После отмирания эпиблемы эти слои коры выполняют защитную функцию. Утолщенные оболочки имеет и внутренний слой коры — эндодерма.

Осевой цилиндр состоит из проводящей системы, снаружи окруженной кольцом живых клеток перицикла, способного к меристематической деятельности. За счет деления клеток перицикла образуются боковые корни. Внутрь от перицикла идет основная паренхимная ткань центрального цилиндра, в которой размещается сложный проводящий пучок радиального строения: радиально расположенные участки ксилемы чередуются с участками флоэмы. По сосудам ксилемы снизу вверх передвигается вода с растворенными минеральными солями, а сверху вниз по ситовидным трубкам флоэмы — растворы органических веществ, необходимых для роста и развития корня.

В процессе приспособления растений к условиям среды корни приобрели, помимо основных, некоторые допол нительные функции. Утолщенный в результате откладывания питательных веществ главный корень называется корнеплодом. Корнеплоды образуются у двулетних растений (морковь, свекла, редис, брюква и др.). Утолщения боковых или придаточных корней (чистяк, георгин и др.) называются корневыми клубнями. Запасные питательные вещества корнеплодов и корневых клубней расходуются на образование и рост вегетативных и генеративных органов растений.

У многих растений развиваются сократительные, воздушные, ходульные и другие видоизменения корней.

Сократительные, или втягивающие, корни способны значительно сокращаться в продольном направлении. При этмо они втягивают нижнюю часть стебля с почками возобновления, клубни, луковицы глубоко в почву и таким образом обеспечивают перенесение неблагоприятного холодного периода. Такие корни имеются у тюльпана, нарцисса, гладиолуса и др.

У тропических растений придаточные воздушные корни (орхидеи) способны улавливать атмосферную влагу, а мощные ветвистые ходульные корни на стволах мангровых деревьев обеспечивают сопротивляемость растений прибойным волнам. Во время отлива деревья возвышаются на корнях, как на ходулях.

Растения, произрастающие на болоте или почвах, бедных кислородом, образуют дыхательные корни. Это отростки боковых корней, растущих вертикально вверх или возвышающиеся над водой или почвой. Они богаты воздухоносной тканью — аэренхимой — с крупными межклеточными пространствами, через которые атмосферный воздух поступает в подземные части корней.