Корень: зоны, корневые волоски и поглощение воды
Проследим, где растёт корень, как устроены корневые системы и почему поглощение воды нельзя объяснить одним словом «всасывание».
Федеральная программа · базовый уровень · 6 класс
Строение и многообразие покрытосеменных растений
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Главный, боковые и придаточные корни; стержневая и мочковатая системы
- Корневой чехлик, зоны корня и корневые волоски
- Поглощение воды и минеральных веществ, осмос и корневое давление
- Видоизменения корней
Как это устроено
Главный корень начинает расти из зародышевого корешка. Боковые корни возникают на уже существующих корнях, а придаточные — на стеблях и других органах. Поэтому по одной толщине корня нельзя уверенно определить его происхождение; важно увидеть, откуда он вырос.
На продольном разрезе молодого корня зоны расположены последовательно: чехлик защищает кончик, позади него клетки делятся, затем удлиняются, далее в зоне всасывания многие клетки созревают и образуются корневые волоски. Ещё дальше расположен более старый участок, который в школьной схеме называют зоной проведения. Границы зон не резкие: волоски — выросты отдельных клеток, а не маленькие самостоятельные корни; старые части могут потерять волоски и участвовать главным образом в проведении или опоре.
Начнём с модели, не требующей нового физического термина. Есть два раствора и мембрана между ними. Мембрана пропускает воду, но в данной модели не пропускает сахар; температуры и начальные давления одинаковы. Если в одинаковом объёме одного раствора больше растворённых частиц, начальный суммарный поток воды направлен к нему. «Суммарный» означает результат двух встречных потоков: вода не прекращает двигаться в обратную сторону. Количество сахара по обе стороны при этом не меняется за счёт его перехода через мембрану.
Клеточная мембрана отличается от условного ситечка: её избирательность зависит от строения и белков-переносчиков. В корневом волоске осмос участвует в поступлении воды, а минеральные ионы могут проходить через мембрану своими путями. Из клеток воды не становится бесконечно много: клеточная стенка сопротивляется увеличению объёма, возникает тургор — давление содержимого на стенку. Поэтому для живого корня важны вместе растворённые вещества, давление, влажность почвы и состояние тканей, а не только сравнение двух чисел концентрации.
Если окружающий раствор сильно засолён, доступ воды клеткам может ухудшиться; при соответствующих условиях вода выходит из клетки. Это одна из причин, почему избыток растворимого удобрения способен вредить даже политому растению. Но увядание само по себе ещё не измеряет соль: причиной могут быть сухая почва, повреждённый корень или другие факторы. Нельзя по виду листа сразу назначать дозу удобрения.
Вода поступает из почвенного раствора через ткани корня и достигает сосудов древесины; минеральные ионы проходят через мембраны не всегда тем же способом, что вода. Корневое давление иногда вносит вклад в подъём воды, но у крупных растений большое значение имеют испарение воды листьями и свойства проводящих путей. Модель осмоса через одну мембрану не заменяет объяснение всего пути воды по растению.
Корнеплод моркови, корневой клубень георгина и опорный корень кукурузы — разные видоизменения корня. Первые два запасают вещества, третий прежде всего помогает опоре. Подземный клубень картофеля, напротив, представляет собой видоизменённый побег: происхождение органа проверяют по его строению и почкам, а не по тому, где он расположен.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Главный корень
Корень, развивающийся из зародышевого корешка семени. У некоторых растений он остаётся хорошо заметной осью корневой системы.
Пример: У молодого растения фасоли главный корень различим среди отходящих от него боковых.
- Боковой корень
Корень, возникающий на другом корне, обычно главном или более крупном боковом. Он увеличивает объём почвы, доступной для поглощения воды и ионов.
Пример: У фасоли от главного корня отходят боковые корни первого порядка.
- Придаточный корень
Корень, образующийся не из корня, а из другого органа, например из стебля. Придаточные корни могут закреплять растение и поглощать воду.
Пример: У кукурузы опорные корни появляются из нижних узлов стебля над почвой, а не ответвляются от главного корня; поэтому их относят к придаточным.
- Стержневая корневая система
Корневая система, в которой главный корень хорошо выражен и отличается от отходящих от него боковых корней.
Пример: У молодого подсолнечника обычно заметна стержневая корневая система.
- Мочковатая корневая система
Корневая система с многочисленными корнями близкой толщины, где главный корень не выделяется как длинная центральная ось.
Пример: У взрослого растения пшеницы формируется мочковатая система.
- Корневой чехлик
Защитное образование на самом кончике растущего корня. Его клетки прикрывают расположенную позади образовательную ткань, когда корень продвигается в почве.
Пример: На продольном препарате молодого корня чехлик находится перед зоной деления.
- Зона деления корня
Участок за корневым чехликом, где клетки образовательной ткани активно делятся и образуют новые клетки корня.
Пример: Новые клетки, сформированные близ кончика корня, позднее удлиняются и специализируются.
- Зона растяжения корня
Участок корня, где недавно образованные клетки быстро увеличиваются в длину и тем самым способствуют продвижению кончика корня.
Пример: Метки тушью на молодом корне расходятся сильнее в области активного удлинения, а не на всём корне одинаково.
- Зона всасывания корня
Школьное название участка молодого корня с многочисленными корневыми волосками, где наружные клетки активно контактируют с почвенным раствором. Внутри этого участка клетки также созревают и приобретают разные функции.
Пример: На молодом проростке область с корневыми волосками расположена дальше от кончика, чем зона растяжения.
- Зона проведения корня
Школьное название более старого участка корня, где хорошо развиты проводящие ткани и часто отходят боковые корни. Вода и растворённые вещества проходят через него, но слово «проведение» не означает, что другие части корня совсем не проводят воду.
Пример: Боковые корни фасоли видны на более удалённой от кончика части главного корня, которая проводит вещества к стеблю.
- Корневой волосок
Тонкий вырост одной клетки наружной ткани молодого корня, увеличивающий поверхность контакта с почвенным раствором. Волоски недолговечны и располагаются в зоне всасывания.
Пример: Белёсая «пушистая» область у молодого корешка может быть образована множеством корневых волосков.
- Осмос
Суммарное перемещение воды через избирательно проницаемую мембрану. Она пропускает воду, но ограничивает прохождение некоторых растворённых веществ. В простой модели при одинаковых температуре и давлении вода вначале преимущественно переходит туда, где больше не проходящих через мембрану растворённых частиц на одинаковый объём раствора.
Пример: В модели с растворами сахара мембрана пропускает воду, но не сахар: из менее концентрированного раствора в более концентрированный суммарно поступает вода. Вода движется и в обратную сторону, но начальные потоки неодинаковы.
Важно: Давление тоже влияет на движение воды. В реальной клетке поступление воды повышает давление на стенку и может остановить суммарный приток, хотя концентрации ещё различаются. Правило «всегда к большему количеству соли» без условий неверно; осмос не объясняет отдельный перенос каждого иона.
- Корневое давление
Положительное давление в проводящих тканях корня, возникающее, когда поступление ионов и воды создаёт направленный приток жидкости. Оно может помогать подъёму воды, но не объясняет весь подъём в высоком дереве.
Пример: Весной у некоторых деревьев при повреждении ствола наблюдается выделение сока, связанное в том числе с корневым давлением.
- Корнеплод
Утолщённый запасающий орган, в образовании которого участвуют главный корень и часто нижняя часть стебля. Его функция — накопление веществ, а не только поглощение воды.
Пример: Морковь образует корнеплод, запасающий органические вещества.
- Корневой клубень
Утолщённый запасающий корень, обычно развившийся из придаточного или бокового корня. В отличие от клубня картофеля он не является видоизменённым стеблем и не несёт характерных стеблевых «глазков».
Пример: У георгина под землёй образуются утолщённые запасающие корни; для нового побега нужна и часть основания стебля с почкой.
- Воздушный корень
Корень, который развивается над поверхностью почвы. У разных растений он может поглощать влагу, прикреплять или поддерживать побег; само положение в воздухе ещё не говорит о единственной функции.
Пример: У некоторых орхидей воздушные корни помогают поглощать влагу; у других растений надземные корни помогают опоре.
- Опорный корень
Придаточный корень, развивающийся от надземной части побега и помогающий удерживать растение. Он может также участвовать в поглощении веществ после контакта с почвой.
Пример: У кукурузы корни от нижних узлов стебля помогают поддерживать высокий побег.
Пример по шагам
У молодого проростка повредили кончик корня. Почему рост в длину может резко замедлиться?
- У кончика находятся чехлик, защищающий его, и зона деления клеток.
- Новые клетки образуются в зоне деления, а затем удлиняются в соседней зоне.
- Повреждение этой области нарушает образование и дальнейший рост новых участков корня.
Вывод: Корень растёт не одинаково по всей длине; особенно важна область молодого кончика.
Практическая работа
Сравнение корневых систем
- Рассмотрите подготовленные экземпляры фасоли и злака с сохранёнными корнями.
- Отметьте, виден ли выраженный главный корень и откуда отходят остальные корни.
- Сравните признаки стержневой и мочковатой систем, не делая вывода только по длине самого крупного корня.
Что можно заключить: Системы различают по организации корней, а не по одному измерению длины или по названию растения.
Безопасность: Не выкапывайте растения на охраняемых территориях; используйте выращенные или гербарные образцы и вымойте руки после почвы.
Практическая работа
Осмос без загадочного потенциала: три модели мембраны
Учебные модельные данные — не результаты реального опыта
Если таблица шире экрана, прокрутите её по горизонтали.
| Карточка | Слева: условная концентрация | Справа: условная концентрация | Мембрана и давление |
|---|---|---|---|
| А | 2 | 8 | Вода проходит, вещество не проходит; давления одинаковы |
| Б | 9 | 5 | Вода проходит, вещество не проходит; давления одинаковы |
| В | 2 | 8 | Проницаемость для вещества и давления не указаны |
Авторская модель одного растворённого вещества при одной температуре; числа — условные единицы концентрации, не нормы засоления почвы. Нельзя по ним назначать удобрение или судить о реальном корне без измерений.
- В А и Б нарисуйте маленькие стрелки движения воды в обе стороны и более заметную стрелку начального суммарного потока. В В решите, хватает ли сведений для применения той же модели.
- Для А поясните отдельно: перемещается ли через заданную мембрану сахар или другое не проходящее вещество? Что произойдёт с его концентрацией, если объём раствора справа увеличится при прежнем количестве вещества?
- Теперь считайте в Б левый раствор условной внешней средой, а правый — внутренней средой клетки. Объясните возможное начальное направление воды; затем назовите не учтённое таблицей влияние клеточной стенки и тургора.
Что можно заключить: А: начальный суммарный поток слева направо, 2 → 8; Б: справа налево, 5 → 9; встречное движение воды есть в обоих случаях. В: без давления и избирательности мембраны данных недостаточно. В А само вещество через мембрану не проходит; при увеличении объёма его концентрация справа уменьшается. В клеточной версии Б возможен выход воды во внешнюю среду, но реальную клетку дополнительно ограничивают стенка, давление и другие условия. Осмос не является переносом соли вместе с каждой порцией воды.
Безопасность: Работайте с таблицей. Не засоляйте почву живого растения и не пробуйте концентрированные растворы; проверка модели не требует реактивов.
Практическая работа
Клетки корня на готовом препарате
- Рассмотрите готовый продольный микропрепарат молодого корня сначала при меньшем увеличении.
- Найдите кончик с чехликом и сравните форму клеток ближе к кончику и выше по корню.
- Отметьте, какие зоны можно обоснованно выделить на этом препарате, а где для вывода нужен другой образец.
Что можно заключить: Клетки разных зон отличаются формой и состоянием; по одному препарату нельзя измерить все процессы поглощения и роста.
Безопасность: Используйте только готовый препарат и следуйте правилам работы со стеклом и микроскопом.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.