Развитие зародышевого корешка семени

Почва как среда обитания корней

Почва для растений является средой, из которой оно получает воду и элементы питания. Количество минеральных веществ в почве зависит от специфических особенностей материнской горной породы, деятельности организмов, от жизнедеятельности самих растений, от типа почвы.

Почвенные частицы конкурируют с корнями за влагу, удерживая её своей поверхностью. Это так называемая связанная вода, которая подразделяется на гигроскопическую и плёночную. Удерживается она силами молекулярного притяжения. Доступная растению влага представлена капиллярной водой, которая сосредоточена в мелких порах почвы.

Между влагой и воздушной фазой почвы складываются антагонистические отношения. Чем больше в почве крупных пор, тем лучше газовый режим этих почв, тем меньше влаги удерживает почва. Наиболее благоприятный водно-воздушный режим поддерживается в структурных почвах, где вода и воздух находятся одновременно и не мешают друг другу — вода заполняет капилляры внутри структурных агрегатов, а воздух — крупные поры между ними.

Характер взаимодействия растения и почвы в значительной степени связан с поглотительной способностью почвы — способностью удерживать или связывать химические соединения.

Микрофлора почвы разлагает органические вещества до более простых соединений, участвует в формировании структуры почвы. Характер этих процессов зависит от типа почвы, химического состава растительных остатков, физиологических свойств микроорганизмов и других факторов. В формировании структуры почвы принимают участие почвенные животные: кольчатые черви, личинки насекомых и др.

В результате совокупности биологических и химических процессов в почве образуется сложный комплекс органических веществ, который объединяют термином «гумус».

Внешнее строение корня

При внимательном рассмотрении этого важного элемента растения можно увидеть , что на своем протяжении корень не одинаков. У него есть отдельные участки

Ученые выделяют их 4:

Зона деления

Самая нижняя часть корня образована мелкими клетками, в которых постоянно происходит процесс деления. Этот участок состоит из образовательной ткани и ее клеток, которые остаются маленькими в силу постоянного деления. Они в этом месте очень нежные и это при том, что находятся в непростых условиях – грубой земле. Чтобы элементы образовательной ткани не повредились, их покрывает особый маленький чехол – корневой чехлик, который так же состоит из образовательной ткани, клетки которой  делятся, формируя корень и  корневой чехлик.

Во время роста клетки корневого чехлика погибают, а корень бурит почву, продвигаясь все ниже и ниже, образуя себе новые клетки чехлика, который, по сути, представляет собой некий корневой наперсток, защищающий нежную подземную  часть растения при его росте. Для облегчения продвижения подземной части растения вглубь в зоне корневого чехлика происходит выделение слизи, которая облегчает процесс углубления растения.

Зона роста

Следующей идет зона роста. Образована клетками, которые очень быстро делятся. За короткое время они особым образом вырастают в 20 и более раз.

Зона всасывания

Здесь реализуется едва ли не самая важная задача корня – поглощение почвенных растворов. Для облегчения и ускорения  процесса эта зона покрыта тонкими волосками. Клетки наружного слоя корня образуют длинные выросты – корневые волоски.  Они, пронизывая почву, протискиваются между комочками земли, впитывая в себя почвенные растворы. На этом участке минеральные соли впитываются, а в следующем – поднимаются вверх к надземным частям растения.

Зона проведения

Здесь формируются боковые корни.  Они выполняют еще одну свою функцию – надежную фиксацию растения в земле. Чем больше вокруг корня боковых его отростков, тем крепче и надежнее растение будет заякориваться в почве

Стоит обратить внимание еще на один факт. Корень постоянно растет вниз, делая это достаточно быстро

И все зоны при этом опускаются все ниже вглубь почвы. Граница между зонами всасывания и проведения так же идет вниз. 

При этом все зоны остаются примерно одинаковыми по размеру, кроме зоны проведения, которая становится все длиннее. В лесу можно увидеть надземные элементы деревьев, например, сосны, через которые некоторые могут даже споткнуться. Эти узловатые одревесневшие корни – зона проведения

Со временем она становится самой большой, хоть и не настолько важной, как зона всасывания

§ 0—3. Особенности строения вегетативных органов растений

Корень

У растений различают три вида корней: главный, боковые и придаточные. Главный корень развивается из зародышевого корешка и отходит от основания стебля. Корни, которые отходят от главного корня и формируются за счет перицикла, называются боковыми. Они могут быть нескольких порядков. Придаточные корни отходят от стебля и листьев, на них также могут формироваться боковые корни. Совокупность всех корней одного растения называется корневой системой. Тип корневой системы определяется видами корней, входящими в ее состав. Известны два типа корневых систем: стержневая и мочковатая. Стержневая корневая система (система главного корня) представлена хорошо развитым главным корнем и отходящими от него боковыми корнями. У некоторых растений со стержневой корневой системой могут образовываться придаточные корни (картофель, томаты, капуста), если имеет место окучивание (подгребание почвы к нижней части стебля). Такой прием использует человек для улучшения минерального питания культурных растений и повышения их урожайности. Мочковатая корневая система (система придаточных корней) состоит из придаточных корней, от которых отходят боковые корни. Стержневая корневая система характерна для двудольных (крапива двудомная, одуванчик лекарственный, пастушья сумка), а мочковатая — для однодольных (ландыш майский, мятлик луговой, пшеница) растений. Исключение составляет подорожник, который имеет мочковатую корневую систему, хотя содержит две семядоли в зародыше и относится к двудольным.

При рассмотрении молодого корня в микроскоп на нем можно заметить отдельные участки: корневой чехлик, зону деления, зону растяжения и дифференциации, зону всасывания, зону проведения (см. рис. Внешнее строение). Корневой чехлик расположен на кончике корня и защищает верхушечную меристему в зоне деления от механических повреждений. Корневой чехлик — это признак корня, позволяющий отличить его от подземных побегов. Зона деления окружена корневым чехликом и состоит из клеток верхушечной меристемы, из которых образуются клетки всех тканей корня. Зона растяжения и дифференциации расположена над зоной деления. Ее еще называют зоной роста, поскольку в этой зоне клетки удлиняются и обеспечивают рост корня в длину. В конце этой зоны одинаковые клетки постепенно дифференцируются на клетки тканей. Зона всасывания (зона корневых волосков) находится над зоной роста, и в ней выделяются ткани. Покровная ткань представлена эпидермисом, клетки которого образуют корневые волоски. Эпидермис с корневыми волосками называется ризодермой. Корневые волоски осуществляют функцию всасывания воды и минеральных веществ из почвы. Зона проведения следует за зоной всасывания и обеспечивает продвижение поглощенных корнем воды и минеральных веществ в надземные части растения. В этой зоне отсутствуют корневые волоски, а у многолетних древесных растений эпидермис со временем заменяется перидермой. В зоне проведения образуются боковые корни за счет деления клеток боковой меристемы — перицикла.

Внутреннее строение корня можно рассмотреть на его поперечном разрезе в зоне всасывания (см. рис.). Снаружи корень покрыт ризодермой. Под ней находится кора, состоящая из паренхимы, по клеткам которой вода и минеральные вещества перемещаются от корневых волосков к центральному цилиндру корня. Центральный цилиндр состоит из проводящих тканей — ксилемы и флоэмы. Ксилема располагается в центре корня и образует радиальные лучи, которые чередуются с участками флоэмы. У двудольных и голосеменных растений между ксилемой и флоэмой закладывается камбий. Он обеспечивает рост корня в толщину. У всех остальных групп растений камбий не закладывается.

Развитие корня из зародышевого корешка

Растительный мир как составная часть природы, его разнообразие, распространение на Земле

2500 лет до н.э. известно всего 500 растений. Растительный мир: Животный мир =2200:1. Биомасса 98% нашей суши состоит из растений. Растение — это царство эукариотических фотоавтотрофных организмов. На нашей планете они играют важную роль и являются продуцентами органических веществ и основным источником энергии для других живых организмов. Любые пищевые цепи, как бы запутаны они не были, всегда начинаются с продуцентов-зеленых растений. В этой связи трудно переоценить то колоссальное общепланетарное значение, которое имеют растительные организмы на Земле. Они участвуют в организации всех основных типов сообществ (биомов), при этом характер биома определяется, главным образом, характером растительного компонента. Практически нет на Земле таких местообитаний, где могли бы жить другие эукариоты, но не было бы растений.

Цветковое растение и его строение

Цветковое растение — самая многочисленная и самая распространенная группа на Земле. Из 350 тыс. видов, живущих на земном шаре, 250 тыс. видов составляют цветковые растения. Главным признаком, по которому растения относят к группе цветковых, является цветок. Все цветковые растения состоят из органов, выполняющих различные функции и имеющих строение, соответствующее этим функциям.

Основные органы цветкового растения можно представить схемой:

Органы растения Корень Побег Стебель Листья Почки

Корень — один из главных вегетативных органов покрытосеменных растений, а также голосеменных и папоротникообразных. В эволюционном отношении это позднее образование. Он возник позже стебля и листа — в связи с переходом растений к жизни на суше. Он является осевым органом, имеет радиальную симметрию и растет своей верхушкой, которая обычно прикрыта корневым чехликом. У корня нет ни листьев, ни в определенном порядке расположенных почек. Боковые разветвления возникают эндогенно (из внутренних тканей). Корневая система формируется на протяжении всей жизни растительного организма. Отличается от стебля тем, что на корне никогда не образуются листья и способность к ветвлению выражена у него гораздо сильнее.

Развитие корня из зародышевого корешка

Первичный корешок закладывается еще в зародыше семени одновременно с почечкой. При прорастании он первым начинает рост, формируя главный корень. Главный корень обладает способностью ветвится, образуя боковые корни 1, 2 ,3-его и т. д. порядков. В ряде случаев боковые ответвления разрастаются настолько интенсивно, что бывает невозможно, выделить главный корень. Количество корней у одного экземпляра может быть очень большим (сотни, тысячи, а иногда и миллионы).

Различают 3 вида корней:

а) главный — корень, развивающийся из зародышевого корешка семени; б) придаточные — корни, возникающие на других органах растений ( стебле, листе, цветке). Первичные придаточные корни у злаков закладываются еще в стебельке зародыша семени и развиваются при прорастании семени почти одновременно с главным корнем. Встречаются узловые или стеблевые придаточные корни (образуются из подземных или надземных узлов стебля, корневищ); листовые придаточные корни (образуются при укоренении листьев бегонии, фиалки и др. растений). Мощные придаточные корни, образуемые на нижних узлах, называют воздушными, или опорными.

в) Боковые — корни, образующиеся на главном и придаточных. В результате их дальнейшего ветвления появляются боковые корни более высоких порядков.

Условия прорастания семени

Проросток — молодое растение со стеблем и листьями, по­явившееся над землей. Для прорастания семени необ­ходимы такие факторы, как влажность, тепло и свободный доступ кислорода. Кроме того, для прорастания некоторых семян, особенно мелких (салат, мятлик, многие сорняки), обычно требуется воздействие света.

Условия прорастания семени

Вода (влажность)

Вода необходима для набухания и прорастания семян. Семена состоят из органических и неорганических веществ. Если семена намочить, крахмал и дру­гие органические вещества переходят в растворимое состояние.

Теперь зародыш семени может использовать их для питания и начать прорастать. Чем плотнее и тверже кожура семени, тем медленнее впитывается влага. Следовательно, вода необходима для набухания семени и разрыва кожуры, превращения питатель­ных веществ в растворимое состояние.

Тепло

Тепло также необходимо для прорастания семени. Наиболее низкая темпе­ратура, при которой могут прорастать семена гороха, ржи, пшеницы, ячменя, овса, льна, клевера, люцерны — 0-5°С; семена кукурузы и подсолнечника — 10-12°С, семена тыквы, дыни, огурцов, риса, хлопчатника, табака — 10-25°С.

Температура прорастания семян различных видов растений

Воздух

Доступность воздуха — еще одно условие, необходимое для прора­стания семени. Полностью погруженные в воду семена через 2-3 дня набухают, но не прорастают и в конце концов загнивают, поскольку им не был доступен воздух. У прорастающих семян дыхание усиливается и возрастает потребность в кислороде.

Глубина заделки семян

Глубина заделки семян в почву зависит от вида растения и от размеров са­мого семени. Чаще всего нужно сажать семена на глубину в 2-3 раза, превыша­ющую размер самих семян.

Свет

Потребность разных растений в свете неодинакова. Изучению их светочув­ствительности посвящено много работ. Особенно светочувствительны семена салата, сельдерея, березы и др. Так, глубоко запаханные в почву семена многих сорняков впадают в состояние покоя.

Скорость прорастания и всхожесть семян родиолы розовой на свету в 1,5-2 раза выше, чем в темноте. Семена некоторых растений, их называ­ют «темновсхожими», наоборот, на свету не прорастут. Значит, на стадии подземно­го прорастания некоторым семенам (далеко не всем) свет не нужен.

Но как только проросток достигает поверхности почвы, его развитие возможно только при наличии освещенности. Семена табака, лука, моркови, помидора, подсолнечника, кукурузы также быстро прорастают при наличии достаточного освещения.

Внешнее строение корня. Внутреннее строение корня

Корневой чехлик

Корень растёт в длину своей верхушкой, где находятся молодые клетки образовательной ткани. Растущая часть покрыта корневым чехликом, защищающим кончик корня от повреждений, и облегчает продвижение корня в почве во время роста. Последняя функция осуществляется благодаря свойству внешних стенок корневого чехлика покрываться слизью, что уменьшает трение между корнем и частичками почвы. Могут даже раздвигать частички почвы. Клетки корневого чехлика живые, часто содержат зёрна крахмала. Клетки чехлика постоянно обновляются за счёт деления. Участвует в положительных геотропических реакциях (направление роста корня к центру Земли).

Клетки зоны деления активно делятся, протяженность этой зоны у разных видов и у разных корней одного и того же растения неодинакова.

За зоной деления расположена зона растяжения (зона роста). Протяжённость этой зоны не превышает нескольких миллиметров.

По мере завершения линейного роста наступает третий этап формирования корня — его дифференциация, образуется зона дифференциации и специализации клеток (или зона корневых волосков и всасывания). В этой зоне уже различают наружный слой эпиблемы (ризодермы) с корневыми волосками, слой первичной коры и центральный цилиндр.

Строение корневого волоска

Корневые волоски — это сильно удлинённые выросты наружных клеток, покрывающих корень. Количество корневых волосков очень велико (на 1 мм2 от 200 до 300 волосков). Их длина достигает 10 мм. Формируются волоски очень быстро (у молодых сеянцев яблони за 30-40 часов). Корневые волоски недолговечны. Они отмирают через 10-20 дней, а на молодой части корня отрастают новые. Это обеспечивает освоение корнем новых почвенных горизонтов. Корень непрерывно растёт, образуя всё новые и новые участки корневых волосков. Волоски могут не только поглощать готовые растворы веществ, но и способствовать растворению некоторых веществ почвы, а затем всасывать их. Участок корня, где корневые волоски отмерли, некоторое время способен всасывать воду, но затем покрывается пробкой и теряет эту способность.

Оболочка волоска очень тонкая, что облегчает поглощение питательных веществ. Почти всю клетку волоска занимает вакуоль, окружённая тонким слоем цитоплазмы. Ядро находится в верхней части клетки. Вокруг клетки образуется слизистый чехол, который содействует склеиванию корневых волосков с частицами почвы, что улучшает их контакт и повышает гидрофильность системы. Поглощению способствует выделение корневыми волосками кислот (угольной, яблочной, лимонной), которые растворяют минеральные соли.

Корневые волоски играют и механическую роль — они служат опорой верхушке корня, которая проходит между частичками почвы.

Под микроскопом на поперечном срезе корня в зоне всасывания видно его строение на клеточном и тканевом уровнях. На поверхности корня — ризодерма, под ней — кора. Наружный слой коры — экзодерма, вовнутрь от неё — основная паренхима. Её тонкостенные живые клетки выполняют запасающую функцию, проводят растворы питательных веществ в радиальном направлении — от всасывающей ткани к сосудам древесины. В них же происходит синтез ряда жизненно важных для растения органических веществ. Внутренний слой коры — эндодерма. Растворы питательных веществ, поступающие из коры в центральный цилиндр через клетки эндодермы, проходят только через протопласт клеток.

Кора окружает центральный цилиндр корня. Она граничит со слоем клеток, долго сохраняющих способность к делению. Это перицикл. Клетки перицикла дают начало боковым корням, придаточным почкам и вторичным образовательным тканям. Вовнутрь от перицикла, в центре корня, находятся проводящие ткани: луб и древесина. Вместе они образуют радиальный проводящий пучок.

Проводящая система корня проводит воду и минеральные вещества из корня в стебель (восходящий ток) и органические вещества из стебля в корень (нисходящий ток). Состоит она из сосудисто-волокнистых пучков. Основными слагаемыми частями пучка являются участки флоэмы (по ним вещества передвигаются к корню) и ксилемы (по которым вещества передвигаются от корня). Основные проводящие элементы флоэмы — ситовидные трубки, ксилемы — трахеи (сосуды) и трахеиды.

Строение зародыша

У семенных растений зародыш являются частью семени и состоит из следующих частей:

• Заро́дышевый корешо́к — часть, из которой развивается главный корень растения.
• Гипоко́тиль, или гипокотиле, или заро́дышевый стебелёк, или подсемядо́льное коле́но — часть, находящаяся в зародыше между зародышевым корешком и плюмулой; позднее — часть растения, которая расположена между главным корнем и главным побегом; в анатомическом плане гипокотиль также занимает промежуточное положение между корнем и стеблем. При прорастании семени над поверхностью почвы первым обычно становится виден именно гипокотиль — сначала они имеет форму петельки, а затем, распрямляясь, вытягивает из почвы семядоли и зародышевую почечку.
• Заро́дышевая по́чечка, или плю́мула — часть, из которой развивается главный побег растения.
• Семядо́ли, или семенодо́ли, или заро́дышевые ли́стья — первые листья растения, развивающиесяся у зародыша ещё в семени; часто существенным образом отличаются от последующих листьев — и по форме, и по внутреннему строению, а иногда и по функции. У голосеменных растений число семядолей составляет от двух до восемнадцати, причём их число может различаться даже в пределах вида. У однодольных семядоля одна, у двудольных — обычно две (но есть исключения: к примеру, у некоторых видовмагнолии могут быть как две, так и три семядоли, а у дегенерии — или три, или четыре семядоли, но никогда две, что рассматривается как примитивный признак, унаследованный от голосеменных предков ). У некоторых высокоспециализированных однодольных растений семядоля трансформировалась в особый орган, защищающий зародышевую почечку — колео́птиль, который имеет вид колпачка (щитка); при прорастании семени он пробивает почву твёрдой верхушкой.

Имеется немало представителей цветковых растений, у которых зародыш не дифференцирован. В одних случаях такая организация зародыша является признаком примитивности, в других — признаком редуцированности (вторичностой упрощённости). У орхидей, а также у многих паразитических (например, из семейств Заразиховые) и сапрофитных (например, из подсемейства Грушанковые семейства Вересковые) растений зародыш именно редуцирован, но нередко бывает трудно установить, первичный это признак или вторичный.

Мочковатая корневая система

При формировании данного типа корневой системы происходит достаточно быстрое отмирание главного корня.  А от зародышевого стебелька начинают отрастать придаточные корни. Данный процесс характерен почти для всех однодольных представителей растительного мира.

Встречаются такие системы у растений, произрастающих на тяжелых почвах с неглубоким залеганием подземных вод. Среди деревьев она наблюдается у  яблони, липы, клена, каштана.  Яблоня обладает особым типом корней – обрастающими, которые находятся вблизи поверхности земли и процесс удобрения сказывается очень положительно на динамике развития дерева.

При этом некоторые корни у нее уходят глубоко в толщу земли. У другого обладателя такой корневой системы, березы, подземные отростки не уходят глубоко, а расходятся в стороны  в поисках влаги, которую дерево потребляет в большом количестве, что сказывается на бедной растительности вблизи этого дерева. При развитии молодого растения по мере отмирания основного корня, рост идет медленно. С набором массы и развитии боковых отростков отмечается резкий скачок в росте.

Встречается мочковатая корневая система у таких деревьев, как туя, ель, слива, вишня. Как и все обладатели разветвленных корней, они обладают способностью поглощать много влаги за счет большого количества боковых отростков. Эту способность используют для осушения переувлажненных земель

Но при попадании таких растений в условия засушливого климата важно обеспечить им достаточный уход и частый полив

У злаковых тоже бывает развита мочковатая корневая система с глубоко уходящими вниз корнями.

Метод водных культур

В каких солях нуждается растение, и какое влияние оказывают они на рост и развитие его, было установлено на опыте с водными культурами. Метод водных культур — это выращивание растений не в почве, а в водном растворе минеральных солей. В зависимости от поставленной цели в опыте можно исключить отдельную соль из раствора, уменьшить или увеличить ее содержание. Было выяснено, что удобрения, содержащие азот, способствуют росту растений, содержащие фосфор — скорейшему созреванию плодов, а содержащие калий — быстрейшему оттоку органических веществ от листьев к корням. В связи с этим содержащие азот удобрения рекомендуется вносить перед посевом или в первой половине лета, содержащие фосфор и калий — во второй половине лета.

С помощью метода водных культур удалось установить не только потребность растения в макроэлементах, но и выяснить роль различных микроэлементов.

В настоящее время известны случаи, когда выращивают растения методами гидропоники и аэропоники.

Гидропоника — выращивание растений в сосудах, заполненных гравием. Питательный раствор, содержащий необходимые элементы, подаётся в сосуды снизу.

Аэропоника — это воздушная культура растений. При этом способе корневая система находится в воздухе и автоматически (несколько раз в течение часа) опрыскивается слабым раствором питательных солей.