Формирование корневой и побеговой систем из зародыша

Жизнь растения, возникшего в результате полового размножения, начинается с одной клетки – зиготы. В процессе индивидуального развития – онтогенеза из нее возникает взрослая особь.

У высших растений, ведущих наземный образ жизни, из зиготы вначале образуется многоклеточный зародыш, состоящий из клеток, способных к делению.

У семенных растений зародыш формируется в семени. Очень рано проявляется полярность зародыша: на одном полюсе возникает точка роста побега, на другом – точка роста корня. В зрелом семени зародыш состоит из зародышевого побега и зародышевого корешка (Рис. 1).

Р ис. 1 Схема строения зародыша, проро­стка и молодого двудольного растения:

а– молодой зародыш; б–зрелый зародыш; в – проросток; г –молодое растение: 1 – се­мядоли; 2–зародышевый корешок; 3– конус нарастания побега; 4– прокамбий; 5 – верху­шечная почка; 6 – гипокотиль; 7–главный корень; 8– боковые пазушные почки; 9 – придаточные корни; 10– боковые корни. Чер­ным показаны очаги меристем, заштрихованы - растущие части.

У зародышевого побега есть ось (зародышевый стебель) и зародышевые листья (семядоли). У хвойных семядолей несколько, у двудольных – две, у однодольных – одна. На верхнем конце оси расположены конус нарастания или уже сформированная почечка зародыша с зачатками следующих за семядолями листьев. Место прикрепления семядолей – семядольный узел.

Часть оси ниже семядольного узла называют подсемядольным коленом, или гипокотилем. Его нижний конец переходит в зародышевый корешок, который обычно состоит только из конуса нарастания, прикрытого корневым чехликом.

При наличии воды, тепла и воздуха зрелые семена прорастают. В результате деления всех клеток зародыша его размеры увеличиваются. Первым появляется зародышевый корешок, укрепляющий молодое растение в почве и начинающий поглощать воду и минеральные вещества.

Растет и гипокотиль, проталкивая корешок в почву. Из зародышевого корешка образуется главный корень, или корень первого порядка. Он начинает ветвиться: возникают боковые корни, формируется корневая система.

Семядоли могут выноситься гипокотилем на поверхность почвы (надземное прорастание) или оставаться в семени (подземное прорастание). Из зародышевой почечки или конуса нарастания развивается главный побег, или побег первого порядка. При этом на конусе нарастания продолжается образование новых листовых зачатков, ранее возникшие развертываются, участки стебля между ними удлиняются, образуя междоузлия.

Участок стебля между семядолями и первым листом называют надсемядольным коленом (эпикотилем). Главный побег в дальнейшем может ветвиться, формируя побеговую систему. Рост и заложение новых органов продолжаются у растения на протяжении всей жизни.

Растение состоит из побеговой и корневой систем.

Корень и корневая система Общая характеристика

Функции корня. Корень – один из основных вегетативных органов растения. Его главные функции – почвенное питание и закрепление растения в почве. Через корень растение поглощает из почвы воду с растворенными в ней минеральными веществами. Под действием корневого давления и транспирации растворы передвигаются по ксилеме в стебель и листья.

Закрепляя растение в почве, корень делает возможным вертикальный рост побегов. Помимо этих основных функций корень служит местом синтеза множества органических веществ (аминокислот, алкалоидов, гормонов и пр.), которые затем поступают в другие органы или выделяются в почву. Гормоны (особенно цитокинины и гиббереллины), необходимые для роста и развития надземных частей растения, синтезируются в меристеме кончика корня.

Корни могут служить местом отложения запасных питательных веществ. Они взаимодействуют с корнями других растений, с бактериями и грибами, обитающими в почве, у корнеотпрысковых растений служат для вегетативного размножения.

Корень – осевой орган, обладающий радиальной симметрией и неопределенно долго нарастающий в длину благодаря деятельности верхушечной меристемы. От стебля он морфологически отличается тем, что на нем никогда не возникают листья, а верхушечная меристема всегда прикрыта корневым чехликом.

Ветвление корня, т.е. образование боковых корней, происходит эндогенно (внутриродно), т. е. они закладываются во внутренних тканях материнского корня.

Классификация корней. По происхождению различают главный, боковые и придаточные корни.

Главный корень развивается из зародышевого корешка. Он обладает положительным геотропизмом, углубляется в почву вертикально вниз, в направлении силы притяжения.

Боковые корни возникают на корне (главном, боковом, придаточном) на некотором расстоянии от верхушки. Это имеет приспособительное значение, так как верхушечное ветвление затрудняло бы продвижение корня в плотной почве.

Для крупных боковых корней характерен рост в горизонтальном направлении или под углом к поверхности почвы (поперечный геотропизм). Тонкие (всасывающие) корни геотропичностью не обладают и растут во всех направлениях.

Придаточные корни образуются не на корнях, а на других органах – стебле, а у некоторых растений – на листе. Роль придаточных корней особенно велика в жизни травянистых покрытосеменных растений, у которых они могут составлять основную массу корней. Образование придаточных корней на черенках дает возможность искусственно вегетативным способом размножать ценные сорта.

По отношению к субстрату, среде, в которой развиваются корни и из которой извлекают воду и питательные вещества, различают корни: земляные (у 70 % семенных растений), водные (у плавающих растений), воздушные (у эпифитов – растений, поселяющихся на других растениях), чужеядные, или корни-присоски (у растений-паразитов), внедряющиеся в ткани растения-хозяина.

Корневые системы. Совокупность всех корней одного растения образует корневую систему. Характер корневой системы определяется соотношением роста главного, боковых и придаточных корней. Выделяют три типа корневых систем – стержневую, мочковатую и смешанную.

Стержневая корневая система, или система главного корня, состоит из главного корня и боковых корней. Главный корень сильно развит и хорошо выделяется среди остальных. Характерна для деревьев, многих кустарников, однолетних и некоторых многолетних двудольных трав.

Мочковатая корневая система, или система придаточных корней, состоит из корней, развившихся на стебле или листе, с их ответвлениями. Главный корень отсутствует или не выделяется среди многочисленных придаточных корней. Характерны для однодольных растений (злаков, осок, орхидей), некоторых двудольных после отмирания главного корня, образуется при укоренении черенков.

Смешанная корневая система состоит из главного, боковых и придаточных корней. Характерна для многих трав. У растения, выросшего из семени, сначала развивается система главного корня, затем на стебле образуются придаточные корни (например, у подсолнечника, томата, огурца, фасоли).

Функции корней в корневой системе различны. Ростовые корни быстро удлиняются, продвигаясь в глубь почвы, рано покрываются пробкой, живут длительное время. Они несут сосущие корни – тонкие, медленно растущие, недолговечные. Их роль – всасывание почвенного раствора.

У плодовых деревьев различают толстые, прочные, с развитыми механическими тканями скелетные корни, составляющие основу корневой системы, и обрастающие их корневые мочки из недолговечных сосущих корней.

В корневых системах часто дифференцируются корни особого назначения – запасающие, втягивающие, микоризные.

В зависимости от влажности, характера почвы, распределения в ней питательных веществ корни могут формироваться в разных горизонтах.

Корни культурных растений размещаются главным образом в пахотном слое. Вспашка, рыхление, орошение, внесение удобрений сильно действуют на корневые системы. Для культурных растений характерно радиальное распространение корней. У картофеля, кукурузы, а особенно арбуза, тыквы их длина может достигать 5 м.

Корневая система многих растений развита сильнее их надземной части. Уже при прорастании семени развитие корня опережает рост побега. Корни проростков люцерны в фазе двух-трех листьев достигают глубины более 100 см, овса – 80, люпина –70, пшеницы – 45 см. Суммарная длина корней одного растения яровой ржи в сплошных посевах около 600...900 м, но может достигать и 60 км.

Часто глубина, на которую корни уходят в землю, значительно больше, чем высота надземной части растения. У бодяка высотой 1,25 м корень углубляется на 6 м. Корни лука репчатого достигают глубины 1 м при диаметре корневой системы 60 см. У плодовых деревьев диаметр корневой системы в 2...5 раз превышает диаметр кроны. Вертикальные корни яблони могут проникать на глубину 4...6 м. Рост и ветвление корней ограничены влиянием корней других растений.

Обновление корней в корневой системе происходит постоянно. Одни корни отмирают, другие возникают. У большинства однолетних растений в период вегетации корни ветвятся и нарастают в длину, в конце вегетации все растение вместе с корневой системой отмирает.

У многолетних трав, как отмирание, так и образование новых корней приурочено к определенным сезонам (весне, осени). Многие луковичные, клубневые, клубнелуковичные растения к зиме теряют все корни и заново образуют их весной. У корневищных трав новые придаточные корни взамен отмерших старых образуются в узлах корневищ.

У древесных растений тонкие сосущие корни, как правило, недолговечны – почти все они отмирают в течение 1...5 лет. У яблони в течение жизни дерева постепенно отмирают корневые мочки сначала на близких к стволу толстых, а затем на более тонких скелетных корнях. Новые корневые мочки возникают все дальше от ствола, что приводит к ухудшению питания.