Строение корня растения: зоны, типы и функции

Что такое корень и зачем он растению

Корень — это подземный орган растения, без которого невозможна его нормальная жизнь. Главное, что отличает корень от других частей растения, — он всегда растёт вниз (это называется положительным геотропизмом), имеет цилиндрическую форму и радиальную симметрию.

Пока на кончике корня есть образовательная ткань — меристема, он может расти сколько угодно. А ещё важная особенность: на корне никогда не появляются листья — это главное отличие от побега.

Какие функции выполняет корень

Корень — настоящий многофункциональный орган. Вот что он делает:

• Механическая (опорная) функция — закрепляет растение в почве, удерживает его в вертикальном положении. Без корней ветер или вода легко бы унесли растение.
• Питательная (всасывающая) функция — поглощает воду и растворённые минеральные вещества из почвы.
• Проводящая функция — по корню вода с минералами поднимается вверх к стеблю и листьям, а органические вещества спускаются вниз от листьев.
• Запасающая функция — в корнях откладываются питательные вещества (крахмал, сахара). Яркие примеры — морковь, свёкла, редька.
• Синтетическая функция — в корнях синтезируются гормоны, аминокислоты, алкалоиды и другие органические вещества.
• Вегетативное размножение — у некоторых растений (вишня, малина, осина) от корней отрастают новые побеги (корневые отпрыски).

Типы корней: главный, боковые и придаточные

У большинства растений не один корень, а несколько видов:

Главный корень — развивается из зародышевого корешка семени при прорастании. Он появляется первым и растёт строго вниз, углубляясь в почву.

Боковые корни — отрастают от главного и придаточных корней, обеспечивая ветвление. Благодаря им корневая система становится мощнее и охватывает больший объём почвы.

Придаточные корни — образуются не из корешка зародыша, а от стебля, листьев, корневищ, клубней, луковиц. Например, у комнатных растений при черенковании придаточные корни появляются прямо на срезе стебля.

Корневые системы: стержневая и мочковатая

Совокупность всех корней одного растения называется корневой системой. Выделяют два основных типа:

Стержневая корневая система

Главный корень хорошо выражен, толще и длиннее остальных. От него отходят боковые корни. Такая система характерна для двудольных растений: дуб, берёза, одуванчик, подсолнечник, морковь, свёкла, фасоль.

Мочковатая корневая система

Главный корень не развивается или быстро отмирает, а от нижней части стебля отрастает множество придаточных корней примерно одинаковой длины и толщины. Характерна для однодольных растений: пшеница, рожь, овёс, ячмень, лук, чеснок, лилия, тюльпан.

Внешнее строение корня

Если рассмотреть молодой корень со всех сторон, можно выделить несколько зон, которые различаются по внешнему виду и функциям.

Кончик корня прикрыт корневым чехликом — он выглядит как более тёмное и плотное образование.

Выше чехлика находится гладкая часть корня длиной несколько миллиметров — это зоны деления и роста.

Ещё выше начинаются белые тонкие выросты — корневые волоски. Они создают впечатление нежного белого пушка вокруг корня.

Самая верхняя часть корня — зона проведения, где корень становится толще и прочнее, от него отходят боковые корни.

Продольная зональность корня

Корень растёт верхушкой, и по мере роста клетки одной зоны постепенно превращаются в клетки следующей зоны. Если разрезать корень вдоль, можно выделить несколько зон от кончика вверх:

1. Корневой чехлик
2. Зона деления (около 1 мм)
3. Зона роста (растяжения) (6-9 мм)
4. Зона всасывания (несколько сантиметров)
5. Зона проведения (самая длинная часть)

Переход между зонами постепенный и условный. Клетки зоны деления становятся клетками зоны роста, клетки зоны роста — клетками зоны всасывания и так далее.

Корневой чехлик: строение и функции

Корневой чехлик — это защитное образование растущего кончика корня длиной обычно около 0,2 мм, которое прикрывает нежные клетки апикальной меристемы.

Строение: Чехлик состоит из живых паренхимных клеток с тонкими стенками. В клетках содержатся крахмальные зёрна (статолиты), которые помогают корню определять направление силы тяжести.

Функции корневого чехлика:

• Защитная — предохраняет нежные клетки меристемы от механических повреждений при продвижении в почве.
• Облегчение роста — клетки чехлика выделяют слизь, которая снижает трение о почву и помогает корню продвигаться вглубь.
• Георецепция — крахмальные зёрна (статолиты) в клетках чехлика помогают корню расти вниз, реагируя на силу тяжести.
• Контакт с почвой — к слизи прилипают частицы почвы, что улучшает контакт корня с питательными веществами.

Клетки корневого чехлика живут всего несколько суток и постоянно слущиваются с его поверхности, но их запас постоянно пополняется за счёт деления клеток меристемы.

Зона деления (апикальная меристема)

Зона деления расположена под корневым чехликом и составляет всего около 1 мм. Это самая активная зона корня!

Что здесь происходит: Клетки образовательной ткани (меристемы) непрерывно делятся митозом. Они мелкие, многогранные, плотно прилегают друг к другу, заполнены цитоплазмой, вакуоли отсутствуют или очень мелкие.

Апикальная меристема откладывает клетки в двух направлениях:

• Наружу — пополняет корневой чехлик
• Внутрь — образует клетки для роста корня

У покрытосеменных растений в зоне деления несколько слоёв инициальных клеток. У однодольных специальная группа клеток — калиптроген — образует только корневой чехлик. У двудольных нижний слой даёт начало чехлику и покровной ткани, средний — первичной коре, верхний — проводящей системе.

Зона роста (растяжения)

За зоной деления находится зона роста длиной 6-9 мм, где молодые клетки вытягиваются, обеспечивая удлинение корня.

Что происходит: Клетки перестают делиться и начинают расти — увеличиваются в размерах, особенно в длину. Внутри клеток появляются крупные вакуоли, заполненные клеточным соком. Клетки набирают воду, их объём увеличивается.

Именно за счёт растяжения клеток в этой зоне корень проталкивается вглубь почвы. Зона роста самая активная по удлинению — здесь корень растёт быстрее всего!

Поверхность корня в зоне роста гладкая, без корневых волосков. Участки этой зоны постоянно смещаются относительно частиц почвы по мере роста корня.

Зона всасывания: корневые волоски и их роль

За зоной роста находится зона всасывания, в которой происходит поглощение воды и минеральных веществ корневыми волосками.

Корневые волоски — это выросты клеток покровной ткани корня (ризодермы). Каждый волосок — это одна клетка, вытянутая в тонкую трубочку длиной от 0,15 до 8 мм.

Строение корневого волоска:

• Тонкая клеточная оболочка
• Тонкий слой цитоплазмы
• Крупная вакуоль, занимающая почти весь объём
• Ядро у верхушки волоска
• Бесцветные пластиды (хлоропластов нет!)

Продолжительность жизни корневого волоска не превышает 10-20 дней. Но по мере роста корня в нижней части зоны постоянно образуются новые волоски, а в верхней — старые отмирают.

Функции корневых волосков:

• Увеличивают всасывающую поверхность корня в десятки раз
• Поглощают воду и минеральные соли из почвы
• Выделяют органические кислоты (яблочную, щавелевую), которые растворяют частицы почвы
• Тесно контактируют с частицами почвы, как бы «срастаясь» с ними

Зона проведения: ветвление и проводящие ткани

Выше зоны всасывания, там где корневые волоски исчезают, начинается зона проведения — самая длинная и прочная часть корня.

Что происходит в этой зоне:

• Старая ризодерма отмирает и слущивается
• Корень покрывается наружным слоем первичной коры — экзодермой
• Корень немного утончается и становится более прочным
• Хорошо развиты проводящие ткани

Функции зоны проведения:

• Проведение веществ: по ксилеме (древесине) вода с минералами поднимается вверх к стеблю и листьям, а по флоэме (лубу) органические вещества спускаются вниз от листьев к корню
• Опорная функция: закрепляет растение в почве
• Ветвление: именно в зоне проведения закладываются и прорастают боковые корни

Боковые корни возникают из внутреннего слоя коры (перицикла), поэтому их называют эндогенными (внутреннего происхождения). Прорастая, они пробивают покровные ткани и выходят наружу.

Первичное анатомическое строение корня

Если сделать поперечный срез молодого корня (в зоне всасывания), под микроскопом можно увидеть три основные части:

1. Ризодерма (эпиблема) — наружная покровная ткань
2. Первичная кора — широкий слой под ризодермой
3. Центральный цилиндр (стела) — осевая часть корня

Это строение называется первичным, потому что оно формируется из первичных меристем. У однодольных и папоротников первичное строение сохраняется всю жизнь.

Ризодерма (эпиблема) и её особенности

Ризодерма (от греч. rhiza — корень и derma — кожа) — это покровная ткань молодых корневых окончаний. Другое название — эпиблема.

Особенности ризодермы:

• Состоит из одного слоя живых клеток
• Клетки плотно прилегают друг к другу, без межклетников
• Часть клеток образует корневые волоски (трихобласты)
• Клетки богаты митохондриями — для активного всасывания нужна энергия
• Оболочки клеток тонкие, легко проницаемые для воды
• Кутикулы (восковой плёнки) нет — чтобы не мешать всасыванию

В зоне проведения ризодерма отмирает и заменяется экзодермой — наружным слоем первичной коры.

Первичная кора: экзодерма, мезодерма, эндодерма

Первичная кора — самая широкая часть корня, занимает большую часть поперечного среза. Состоит из трёх слоёв:

Экзодерма

Наружный слой коры, состоит из 1-2 слоёв клеток с утолщёнными оболочками. Выполняет защитную функцию в зоне проведения, когда ризодерма отмирает.

Мезодерма (средняя кора)

Самая широкая часть коры, состоит из крупных тонкостенных клеток основной ткани (паренхимы). Между клетками много межклетников, заполненных воздухом. Функции: запасание питательных веществ, проведение воды и минералов от ризодермы к центральному цилиндру, газообмен.

Эндодерма

Внутренний слой коры, граничит с центральным цилиндром. Состоит из одного слоя плотно сомкнутых клеток без межклетников. Клетки эндодермы имеют специальные утолщения оболочек (пояски Каспари), которые регулируют поступление веществ в проводящую систему.

Функция эндодермы — избирательный барьер между корой и центральным цилиндром, контроль за поступлением веществ в проводящие ткани.

Центральный цилиндр: перицикл и проводящие ткани

Центральный цилиндр (стела) — осевая часть корня, расположенная в центре. Включает:

Перицикл

Наружный слой центрального цилиндра, примыкает к эндодерме изнутри. Состоит из одного или нескольких слоёв живых тонкостенных клеток, способных делиться.

Функции перицикла:

• Образование боковых корней (эндогенное ветвление)
• Образование камбия при переходе к вторичному строению
• Участие в образовании придаточных почек

Проводящие ткани

В центре цилиндра расположены проводящие ткани — ксилема (древесина) и флоэма (луб).

Особенность корня: проводящие ткани расположены радиально — ксилема и флоэма чередуются, образуя лучи. Такой тип строения называется радиальным проводящим пучком.

Обычно бывает от 2 до 6 лучей ксилемы:

• Диархный пучок — 2 луча (горох, фасоль)
• Триархный — 3 луча
• Тетрархный — 4 луча
• Полиархный — много лучей (однодольные)

Между лучами ксилемы расположены участки флоэмы. По ксилеме вода поднимается вверх, по флоэме органические вещества спускаются вниз.

Вторичное строение корня у двудольных и голосеменных

У двудольных и голосеменных растений со временем первичное строение корня сменяется вторичным. Корень начинает утолщаться за счёт деятельности специальной образовательной ткани — камбия.

У однодольных (пшеница, лук, лилия) вторичного утолщения корня не происходит — они всю жизнь сохраняют первичное строение.

Что меняется при переходе к вторичному строению:

• Появляется камбий между ксилемой и флоэмой
• Камбий откладывает внутрь вторичную ксилему (древесину), наружу — вторичную флоэму (луб)
• Корень значительно утолщается
• Первичная кора разрушается и отмирает
• Появляется пробка (феллема) из клеток покровной ткани

Вторичное строение типично для многолетних двудольных растений и деревьев.

Камбий и его роль в утолщении корня

Камбий — это вторичная образовательная ткань, расположенная между ксилемой и флоэмой. Его клетки непрерывно делятся, обеспечивая утолщение корня.

Как работает камбий:

1. Между первичными ксилемой и флоэмой из клеток прокамбия образуется пучковый камбий
2. Между лучами проводящих тканей из клеток перицикла формируется межпучковый камбий
3. Пучковый и межпучковый камбий сливаются, образуя сплошное камбиальное кольцо
4. Клетки камбия делятся: внутрь откладывают вторичную ксилему, наружу — вторичную флоэму

Вторичной ксилемы образуется гораздо больше, чем флоэмы, поэтому утолщение корня происходит в основном за счёт древесины.

С возрастом первичная кора разрывается и сбрасывается, а снаружи корень покрывается пробкой (как на стебле).

Видоизменения корней: корнеплоды и корневые клубни

У некоторых растений корни изменяют свою форму и строение, приобретая дополнительные функции. Самые распространённые видоизменения — корнеплоды и корневые клубни.

Корнеплоды

Корнеплод — утолщённый главный корень с запасом питательных веществ. Формируется в первый год жизни двулетних растений.

В образовании корнеплода участвуют:

• Главный корень
• Нижняя часть стебля (подсемядольное колено)

Запасные вещества откладываются в разросшихся клетках коры и древесины.

Примеры: морковь, свёкла, редька, редис, репа, брюква, петрушка, сельдерей.

Корневые клубни

Корневые клубни (корнешишки) — утолщения придаточных или боковых корней с запасом питательных веществ.

В отличие от корнеплодов, это только корни, без участия стебля. На корневых клубнях нет почек, поэтому размножаться ими можно только вместе с частью стебля.

Примеры: георгин, батат, чистяк, любка двулистная, ятрышник.

Типы корнеплодов: монокамбиальные и поликамбиальные

По особенностям строения корнеплоды делятся на два типа:

Монокамбиальные корнеплоды

Имеют один камбий — обычный, расположенный между ксилемой и флоэмой. Утолщение происходит за счёт деятельности этого камбия.

На поперечном срезе видны два чётких слоя:

• Наружный (кора) — запасающая паренхима из первичной коры
• Внутренний (древесина) — запасающая паренхима из вторичной ксилемы

Примеры: морковь, петрушка, пастернак, редька, редис.

Поликамбиальные корнеплоды

Имеют несколько колец камбия, которые образуются из клеток паренхимы коры. Каждое кольцо откладывает внутрь проводящие ткани и запасающую паренхиму.

На поперечном срезе видны концентрические кольца — чередование светлых (паренхима) и тёмных (проводящие пучки) слоёв.

Пример: свёкла.

Особенности корней у разных групп растений

Строение корня различается у разных систематических групп:

Однодольные растения

• Мочковатая корневая система
• Полиархные проводящие пучки (много лучей ксилемы)
• Первичное строение сохраняется всю жизнь
• Вторичного утолщения нет
• Примеры: пшеница, рис, лук, чеснок

Двудольные растения

• Стержневая корневая система
• 2-6 лучей ксилемы
• Развивается вторичное строение
• Утолщение за счёт камбия
• Образуют корнеплоды
• Примеры: фасоль, подсолнечник, морковь, дуб

Папоротники

• Придаточные корни от корневища
• Первичное строение
• Полиархные пучки
• Вторичного утолщения нет

Моховидные

• Настоящих корней нет!
• Есть ризоиды — нитевидные выросты, выполняющие функцию прикрепления
• Воду поглощают всей поверхностью тела

Взаимодействие корней с почвенными организмами

Корни растений не существуют изолированно — они активно взаимодействуют с почвенными организмами, образуя симбиозы (взаимовыгодные сожительства).

Микориза

Микориза (грибокорень) — симбиоз корней растений с грибами. Встречается у большинства высших растений, особенно у деревьев.

Типы микоризы:

• Эктомикориза — грибные гифы оплетают корень снаружи, образуя чехол. Проникают только в межклетники коры. Характерна для деревьев (берёза, дуб, сосна, ель).
• Эндомикориза — грибные гифы проникают внутрь клеток корня. Характерна для травянистых растений, орхидей.

Польза микоризы:

• Грибы помогают растению всасывать воду и минеральные вещества (особенно фосфор)
• Грибные гифы выполняют роль корневых волосков
• Растение снабжает гриб органическими веществами (сахарами)

Клубеньковые бактерии

Бактериальные клубеньки — симбиоз корней с азотфиксирующими бактериями. Характерен для семейства Бобовые (горох, фасоль, клевер, акация).

Как это работает:

1. Бактерии из почвы проникают через корневые волоски в молодой корень
2. Корень реагирует на присутствие бактерий образованием клубенька — видоизменённого бокового корня
3. Бактерии поселяются в клетках клубенька и фиксируют азот из воздуха, превращая его в доступные для растения соединения
4. Растение получает азотное питание, бактерии — органические вещества и защиту

Значение: Бобовые обогащают почву азотом, поэтому их используют как сидераты (зелёные удобрения) в сельском хозяйстве.

Практическое значение знаний о строении корня

Понимание строения и функций корня помогает грамотно выращивать растения. Вот несколько практических советов:

При пересадке растений

• Пересаживай с комом земли — корневые волоски живут только 10-20 дней и без контакта с почвой быстро гибнут
• Не оголяй корни полностью — потеря корневых волосков приведёт к увяданию
• Полей растение после пересадки — это улучшит контакт корней с почвой

Пикировка рассады

• При пикировке удаляют кончик главного корня (прищипывают)
• Это стимулирует рост боковых корней
• Корневая система становится более разветвлённой и мощной
• Применяют для томатов, капусты, перцев

Окучивание

• Подгребание почвы к нижней части стебля
• Стимулирует образование придаточных корней
• Увеличивает площадь питания растения
• Укрепляет растение в почве
• Применяют для картофеля, томатов, капусты

Внесение удобрений

• Минеральные удобрения вноси в зону всасывания — там, где больше всего корневых волосков
• У молодых растений это ближе к стеблю, у взрослых деревьев — по периметру кроны
• Удобрения должны быть растворимы в воде — корни всасывают только растворы

Хранение корнеплодов

• Корнеплоды — живые органы, они дышат и испаряют влагу
• Храни при температуре 0-2°C и влажности 85-95%
• Не мой перед закладкой на хранение — повредишь покровные ткани
• Удали ботву, оставив черешки 1-2 см — иначе корнеплод завянет

Часто задаваемые вопросы

Почему корень растёт вниз?

Корень растёт вниз благодаря геотропизму — способности реагировать на земное притяжение. В клетках корневого чехлика есть специальные крахмальные зёрна (статолиты), которые оседают вниз под действием гравитации и дают корню сигнал о направлении роста.

Сколько живут корневые волоски?

Корневые волоски живут всего 10-20 дней. Они постоянно отмирают в верхней части зоны всасывания и образуются новые в нижней части, по мере роста корня. Поэтому зона всасывания всегда перемещается вместе с растущим кончиком корня.

Чем отличается главный корень от придаточного?

Главный корень развивается из зародышевого корешка семени и всегда один. Придаточные корни образуются на стеблях, листьях или старых корнях — их может быть много. У однодольных растений главный корень быстро отмирает, и вся корневая система состоит из придаточных корней.

Почему при пересадке нужно сохранять земляной ком?

Потому что корневые волоски очень хрупкие и при малейшем повреждении отмирают. Если стряхнуть землю с корней, разрушится вся зона всасывания, и растение не сможет поглощать воду и минералы до тех пор, пока не отрастут новые корневые волоски. Растение может завянуть или даже погибнуть.

Что такое воздушные корни?

Воздушные корни — это придаточные корни, которые развиваются на надземных частях растения и висят в воздухе. Они есть у многих тропических растений (орхидеи, монстера, фикусы). Воздушные корни поглощают влагу из воздуха, могут фотосинтезировать (у орхидей) и служат для прикрепления к опоре.

Могут ли корни поглощать органические вещества?

Нет, корни поглощают только минеральные соли в виде ионов, растворённых в воде. Органические вещества (белки, жиры, углеводы) — это крупные молекулы, которые не могут пройти через клеточные мембраны. Сначала почвенные бактерии и грибы разлагают органику до минеральных солей, и только потом корни их усваивают.

Зачем моркови и свёкле откладывать запасы в корне?

Морковь и свёкла — двулетние растения. В первый год они накапливают питательные вещества в корнеплоде, а на второй год используют эти запасы для быстрого роста, цветения и образования семян. Если бы они не запасали питательные вещества, то на второй год не смогли бы быстро зацвести и дать семена до наступления неблагоприятных условий.

Почему у деревьев корни не уходят глубоко в землю?

Большинство корней деревьев располагается в верхнем слое почвы на глубине 30-60 см, потому что там больше всего кислорода, воды и минеральных веществ. На большой глубине почва бедна кислородом, и корни не могут нормально дышать. Только отдельные якорные корни уходят глубоко — они удерживают дерево в вертикальном положении.

Что будет, если повредить камбий у корня?

Если повредить камбий, корень перестанет утолщаться в этом месте, потому что именно камбий образует новые клетки древесины и луба. При сильном повреждении может нарушиться транспорт веществ: древесина проводит воду вверх, а луб — органические вещества вниз. Это может привести к гибели части корневой системы или всего растения.

Как корни находят воду в почве?

Корни растут в направлении большей влажности — это явление называется гидротропизм. Клетки корневого чехлика и зоны роста чувствуют градиент влажности и направляют рост корня туда, где больше воды. Кроме того, корни реагируют на растворённые в воде минеральные вещества и растут в их направлении.