Корни и минеральное питание растений
Режим обучения доступен только авторизованным пользователям
Возможности режима обучения:
- просмотр истории в виде слайдов
- возможность прослушивания озвучки по каждому слайду
- возможность добавить свою, детскую озвучку
- тесты для детей, чтобы закрепить материал
- специально подобранные коллекции картинок и видео для улучшения восприятия
- ссылки на дополнительные обучающие курсы
Озвучка доступна в режиме обучения
Даже в 21 веке человек беззащитен перед природными стихиями. Торнадо или мощный шторм способен уничтожить всю городскую инфраструктуру, сорвать крыши с домов и с лёгкостью поднять в воздух машины. Но даже сильный торнадо «беспомощен» перед мощью деревьев. Прошедший над лесом ураган повалит самые высокие деревья, но большинство растений не будут вырваны с корнем. Корни – это подземный орган, который прочно закрепляет растение в почве. Корни составляют до трети от массы всего растения, достигая 3-5 метров в глубину. Однако шахтеры обнаруживали корни на глубинах свыше 50 метров! Закрепление растения в почве – лишь одна из функций корней. Не менее важная задача корня – всасывание минеральных веществ из почвы.
Корень – первый орган растения, который появляется из прорастающего семени. После прорастания корень разветвляется, образуя боковые корни. Боковые корни также многократно ветвятся, прочнее закрепляя растение в земле и увеличивая площадь поглощения веществ. Стержневая корневая система характерна для растений с одним главным корнем, от которого отходит множество боковых. Прочный «фундамент» стержневого корня прочно закрепляет растение и позволяет ему вырасти высоко. Мочковатая корневая система встречается у травянистых однолетних растений. Главный корень у них отмирает. Вместо него от стебля отходит множество придаточных корней. Корни многих растений сочетают признаки стержневой и мочковатой корневых систем.
Строение корней
У растущего корня выделяют несколько зон: Снаружи в форме напёрстка корень покрывает корневой чехлик. Корневой чехлик защищает нежные ткани молодого корня, который проталкивается сквозь землю. Клетки корневого чехлика постоянно делятся, а старые клетки отслаиваются. Отшелушенные клетки образуют слизь, облегчающую продвижение корня. В корневом чехлике также расположены «датчики» силы тяжести, направляющие корень вниз. В зоне деления расположены мелкие активно делящиеся клетки (апикальная меристема). Именно из меристемных клеток образуются все другие ткани растения. В зоне растяжения клетки вытягиваются в длину, благодаря чему происходит удлинение корня. В зоне всасывания клетки эпидермы образуют корневые волоски. Они участвуют во всасывании воды и минеральных веществ.
Видоизменения корней
Мангровые растения живут в заболоченных почвах, и их корням не хватает воздуха. У мангровых растений корни возвышаются над землей, выполняя функцию дыхания (такие корни ещё называют пневматофоры).
У баньяна корни свисают со стеблей. Если такой корень достигнет земли, то он создаст для дерева дополнительную опору.
Сократительные корни втягивают растение глубже в почву. Луковицы лилий каждый год углубляются в почву по мере развития новых сократительных корней. Луковицы продолжат опускаться до тех пор, пока не будет достигнута область с оптимальной температурой.
Корни и минеральное питание растений
Прохождение теста доступно в режиме обуения
Что нужно растениям для жизни? В 17 веке голландский химик Гельмонт попытался ответить на этот вопрос, поставив простой эксперимент. Гельмонт хотел знать, откуда берётся масса растущего растения. Сперва он поместил 90 кг почвы в горшок и посадил 2-килораммовый саженец ивы. Затем в течение 5 лет Гельмонт только поливал растение. В конце эксперимента он повторно взвесил иву и почву. Ива набрала 70 кг, а почва потеряла всего 60 граммов. Гельмонт ошибочно предположил, что массу растение получило только из воды. Сегодня ботаникам известно, что растения в ходе фотосинтеза «впитывают» в себя углекислый газ из воздуха – основной источник прироста массы растения. Гельмонт также проигнорировал потерю 60 г в почве, списав это на ошибку. Однако его расчеты были верны. «Потерянные» 60 г – это минералы из почвы, которые были поглощены растением. Хотя растению требуется скромное количество минералов, но даже небольшой их дефицит привёл бы к его гибели.
Минеральное питание растений
Поглощение различных веществ из окружающей среды – главная задача любого живого организма. Часть поглощенных веществ используется в качестве строительного материала, другая часть – для производства энергии. Растения научились получать эти два ресурса в процессе фотосинтеза, в ходе которого они создают сахар. Однако на одном только сахаре растение не выживет. Ему необходимо также производить нуклеиновые кислоты (ДНК), белки, жиры и многие другие молекулы. Помимо углекислого газа и воды, требующихся для фотосинтеза, растения поглощают азот, кальций, фосфор и многие другие минеральные вещества. Но необходимые молекулы залегают глубоко в почве или находятся в малых концентрациях (количествах). Корни растения – это эффективная машина для поиска и сбора редких ресурсов.
Поглощение различных веществ растением
Из земли растения поглощают около 15 основных элементов. Азот(N), фосфор(P) и калий(К) требуются в больших количествах – это макроэлементы (от греч. макро – большой). Часто рост растения сдерживает именно недостаток макроэлементов в почве. Железо(Fe), цинк(Zn), и некоторые другие – это микроэлементы (от греч. микро – маленький). В растении они присутствуют в небольших количествах. Например, на один атом молибдена в растении приходится 60 миллионов атомов водорода.
Недостаток того или иного элемента приводит к порче органов и постепенному увяданию. При дефиците элемента проявляются разные симптомы. Например, увядание и пожелтение старых листьев говорит о недостатке азота или фосфора. Гибель молодых листьев указывает на дефицит железа или кальция. Избыток элементов в почве токсичен для растения и также приводит к увяданию. Откуда фермеры знают, сколько и в каких количествах вносить удобрения (смесь различных веществ)? В лаборатории ученые выращивали растения, убирая из питательной смеси по одному элементу. Затем они следили, как развивается растение и постепенно вносили недостающий элемент. Например, так было установлено, что для нормального роста томату необходима медь в количестве 0,002 миллиграмма на литр воды.
Корневые волоски растения поглощают минералы только в растворённом виде. После дождя или полива, вода просачивается в почву, достигая корней. Почвенные минералы растворяются в воде, приобретая положительный или отрицательный заряд. Заряженные частицы называются ионами. Трудность для растений в том, что положительно заряженные ионы (К+,Mg2+,Ca2+) притягиваются к отрицательно заряженным частицам почвы (смотри рисунок). Чтобы «оторвать» от почвы эти ионы, корневые волоски выделяют ионы водорода H+. Положительно заряженные ионы водорода вытесняют другие ионы, делая их доступными для растения. Отрицательно заряженные ионы (нитрат: NO3-) к частицам почвы не «прилипают» и всегда доступны для растения. Однако такие ионы быстро вымываются из почвы.
Важность почвы для растений Процесс формирования плодородной почвы занимает тысячи лет. Сперва происходит разрушение каменистых горных пород под действием ветра и дождя. Образовавшиеся мелкие частички (гравий, песок, глина) создают основу для почвы. Затем в почве появляются микроорганизмы. Они делают почву более плодородной, формируя гумус (органический компонент почвы). Самыми плодородными почвами считаются чернозёмы – доля в них гумуса составляет 10%. От состава и текстуры почвы зависит способность корней расти и поглощать вещества. Слишком плотная почва не даст корням нормально расти, а в слишком рыхлой минеральные вещества будут быстро вымываться. В свою очередь, корни растений играют важную роль в переносе глубоко залегающих веществ на поверхность, способствуя обогащению верхнего слоя почвы.
Древние фермеры заметили, что урожайность на возделываемой земле с годами снижается. Они были вынуждены вести кочевой образ жизни в поисках новых плодородных земель. Но со временем наши предки обнаружили, что внесение удобрений восстанавливает плодородие почвы. Теперь люди могли поколениями возделывать один и тот же участок земли, что в конечном итоге приведёт к появлению первых цивилизаций. Почему при выращивании культурных растений земля теряет своё плодородие? В естественных экосистемах минеральные питательные вещества возвращаются обратно в почву после гибели и разложения растения. Однако в сельском хозяйстве растения «изымаются». Минералы, запасённые в растении, в почву не попадают. После многократных сборов урожая в течение нескольких лет количество элементов в почве снижается, что приводит к снижению плодородия почвы. Внесение в почву минеральных удобрений позволяет решить эту проблему. Сегодня удобрения производятся в виде готовых химических смесей. Основные элементы таких смесей – азот, фосфор и калий.
Эрозия – это процесс разрушения почвы под действием ветра и воды. В природе почва образуется быстрее, чем разрушается. Растения препятствуют эрозии, удерживая и скрепляя почву корнями. Однако чрезмерная эксплуатация человеком пахотных земель и вырубка лесов ускоряют эрозию почв. Деградация (разрушение) почв наблюдается во всём мире. В России около 80% сельскохозяйственных земель подвержены эрозии. Бедные гумусом почвы России вынуждают фермеров интенсивно использовать доступные пахотные угодья, что приводит к ускорению темпов эрозии. В результате истощительного землепользования ежегодно недобирается 30% урожая. Своевременные методы мелиорации (процедуры по улучшению плодородия почвы) трудозатратны, однако они способны повысить плодородие почвы на годы вперед.
Источник
Как форма корней влияет на активность ферментов в почве
Исследование российских ученых доказало, что активность ферментов в почве зависит от формы корня растения и увеличивается по мере развития корневой системы
Открытие поможет лучше понять химические процессы развития растений и улучшить производительность сельхоз угодий. Статья опубликована в журнале Biology and Fertility of Soils, пишет портал Индикатор.
Почвоведы РУДН провели эксперимент, чтобы узнать, как форма корней и стадии роста растения влияют на активность ферментов в прилегающей к нему почве – ризосфере.
Для этого исследователи выращивали бобовые в горшках небольшого размера. Горшки ставили не вертикально, а под углом в 45° к поверхности, в результате корни росли вдоль нижней стенки горшка. Концентрацию ферментов измеряли с помощью зимографии. Для этого используют флуоресцентные вещества, которые начинают светиться при взаимодействии с тем или иным ферментом. Почвоведы проводили измерения в период активного роста растений — через 1, 4, и 8 недель после посадки семян.
Эксперимент позволил выяснить, как распределяются основные выделяемые растениями ферменты (β-глюкозидаза, целлобиогидролаза, кислотная фосфомоноэстераза и лейцинаминопептидаза) в разных частях корня на протяжении всех этапов развития. Чечевица показала стабильный, но медленный рост активности ферментов на поверхности корня в течение всех вегетативных периодов.
Люпин показал увеличение активности основных ферментов на 50-100% на 8 неделе роста по сравнению с 1 и 4 неделями. Этот факт ученые объяснили разной формой корневых систем. Дело в том, что у чечевицы ярко выражен главный корень — центральный и самый толстый корень, а отростки от него не сильно развиты. У люпина же, наоборот, главный корень не так выражен, а площадь боковых корней в 1,5–3,5 больше, чем у чечевицы. При этом рост боковых корней сопровождается, по словам исследователей, 6–14-кратным увеличением активности ферментов в прилегающей к растению почве.
Метод зимосферы позволил визуализировать пространственное распределение активности ферментов in situ — «на месте» — во время разных периодов роста. Люпин вошел в репродуктивную стадию на седьмой неделе после посадки и благодаря резкому росту боковых корней показал существенное увеличение активности ферментов. При этом чечевица сохраняла как вегетативный рост, так и расширение ризосферы на постоянном уровне, а активность ферментов на поверхности ее корней стабильно росла.
«Стадия роста растений и форма корней влияли на активность ферментов в ризосфере. Активность фермента в ризосфере увеличивается с ростом растений до репродуктивного этапа. Боковые корни занимают значительно больший объем ризосферы, чем корнеплоды, и обладают более высокой активностью ферментов на корневой поверхности. Будущие исследования активности ферментов в ризосфере должны учитывать эффекты развития растений и форму корней», — говорит Яков Кузяков, один из авторов работы, доктор биологических наук, сотрудник РУДН.
Источник
Что корни растений выделяют в почву и зачем
Привет всем! Живу в Кузбассе, Юго-Западной Сибири. Свой огород самостоятельно возделываю уже 31 год подряд. Мне 51.
Вы знаете, как питаются комнатные мухи? Растения из земли примерно так же.
Для тех, кто не в курсе: У личинок мух внекишечное пищеварение. Они выделяют в окружающую среду пищеварительный сок, а затем поглощают переваренную пищу. Частично такой способ сохраняется и у взрослых особей. У растений примерно так же осуществляется корневое питание из земли.
Про фотосинтез более-менее понятно. В школе проходили. Растения преобразуют энергию видимого света в энергию химических реакций, в том числе превращение углекислого газа и воды в органические соединения (сахара, крахмал, аминокислоты и др.).
Но только органикой растения жить не могут, им нужны ещё и минеральные вещества из почвы. Тут и подключаются корни, вместе с листьями они обеспечивают растению полноценное питание.
Информация о корневых выделениях стала для меня откровением
Конечно, я знала, что корни всасывают, поглощают из почвы влагу. В ней могут быть растворены те или иные элементы питания. Причем питают растения не толстые основные корни, а мелкие и тонкие отростки-волоски на основных корнях. Их так и называют — питающие, всасывающие корешки и даже волоски. Вот почему так важно при пересадке не повредить корни. Чем меньше мы покалечим этих мелких ворсинок, тем быстрее растение начнет питаться.
Но о том, что корни выделяют в почву некий секрет, слизь, я узнала всего года два назад. Оказывается, наши растения не няшки, лапушки, «бедненькие, мы не растворили для них суперфосфат в кипятке, и они голодные». Нет! Они те еще монстры, без нас способны растворить твердые частицы.
Помимо всасывания из земли воды и растворенных в ней солей, корни ещё и выделяют в почву целый комплекс веществ, чуть ли не пищеварительный сок.
Что выделяют в землю корни и для чего?
Оказывается растение — это сложнейший организм, в котором все продумано.
Корни выделяют в почву:
- СО2, углекислый газ, выходит из корней в процессе их дыхания. При взаимодействии с почвенной влагой из него образуется угольная кислота. Вот вам и растворитель для добычи и усвоения различных микро- и макроэлементов. Это одна из основных функций корневых выделений: повышать растворимость и доступность для питания фосфатов, сульфатов, карбонатов, силикатов.
- Соединения фосфора, калия, магния и кальция. Растения способны выделять в почву через корни избыток этих элементов, а потом при необходимости их всасывать назад.
- Токсины и органику в виде сахаров и кислот. Корневые выделения каждого растения уникальны. Они способны подкармливать полезных бактерий и угнетать вредных. Таким образом корневые выделения создают в почве благоприятную микрофлору. То же самое происходит с соседствующими растениями. Корневые выделения будут угнетать их или, наоборот, способствовать симбиозу. Все же читали про хороших и плохих предшественников и соседей на грядках?
Состав корневых выделений, как они влияют на почву и вещества в ней до сих пор изучают. В частности считается, что растения способны переводить в растворимую форму даже железо! Так и знайте, если у растения дефицит железа, развивается хлороз, оно в это время активно наращивает корни для поиска и добычи недостающего элемента.
Источник