Корень внутри: от кожицы до проводящих тканей
Проследим путь воды от почвенного раствора через ткани молодого корня к сосудам древесины и научимся читать поперечный срез.
Федеральная программа · базовый уровень · 6 класс
Строение и многообразие покрытосеменных растений
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Внутреннее строение молодого корня
- Покровная, основная и проводящие ткани корня
- Корневые волоски и путь воды
- Микроскопия готового препарата корня
Как это устроено
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.
В уроке два разных объекта. Готовый поперечный срез корня показывает взаимное расположение его тканей. Временная кожица чешуи луковицы показывает клетки другого органа и учит подготовке препарата. Кожица не превращается в срез корня: нельзя по её клеткам приписать корню расположение эндодермы или сосудов. Сходство клеточного строения позволяет освоить микроскопию, но не стирает различия органов.
Для водного препарата нужна тонкая расправленная кожица: свет должен пройти через объект. Складка накладывает несколько слоёв клеток и мешает резкости; воздушный пузырёк с округлой границей может заслонить клетки. Клеточные стенки часто видны как границы прилегающих вытянутых клеток. В неокрашенном препарате ядро и тонкая цитоплазма могут быть плохо различимы. Отметка «не удалось увидеть» не означает «структуры нет». Митохондрии и отдельную клеточную мембрану не обещают уверенно распознать школьным микроскопом по этому препарату.
В исследуемой эпидерме внутренней мясистой чешуи обычно не наблюдают зелёных хлоропластов; это нельзя переносить на зелёный лист лука или на все растительные клетки. Рисунок должен передавать именно видимое: обведите несколько соседних клеток, подпишите уверенно различимые стенки, поставьте вопрос к сомнительной детали. Запишите название органа и ткани, дату, среду, наличие или отсутствие окраски, окуляр, объектив и общее увеличение. Без масштаба или калибровки не подписывайте придуманный размер клетки.
У молодого корня есть два разных «направления» строения. Вдоль него от верхушки идут чехлик, области деления, растяжения и всасывания; на поперечном срезе области всасывания видны наружная ризодерма, первичная кора и центральный цилиндр. Нельзя подменять одну схему другой: продольная зона показывает, где находится участок, поперечный срез — какие ткани в нём размещены.
Корневой волосок контактирует с водной плёнкой между частицами почвы. Вода проходит через живые и межклеточные области корня к центральному цилиндру; растворённые минеральные ионы поступают избирательно, часто с участием мембранных переносчиков. Эндодерма ограничивает неконтролируемое движение по клеточным стенкам и помогает регулировать поступление в проводящие ткани.
Достигнув ксилемы, вода может перемещаться к стеблю и листьям. Клетки корня при этом дышат и нуждаются в кислороде; поэтому длительное переувлажнение и уплотнение почвы способны нарушить их работу. Органические вещества из листьев поступают к растущему корню по флоэме — корень не получает их в готовом виде из обычной почвы.
У стареющих и утолщающихся корней внутреннее строение меняется. Схема молодого корня с волосками относится к конкретной зоне и стадии; не следует искать такую же ризодерму на любой старой части корня дерева.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Временный микропрепарат
Объект, подготовленный на предметном стекле для кратковременного исследования. В нашем водном препарате тонкая кожица лежит в капле воды под покровным стеклом; вода может высыхать, поэтому препарат не предназначен для длительного хранения.
Пример: Кожица внутренней стороны мясистой чешуи репчатого лука в воде — временный препарат. Это слой покровной ткани изменённого листа, не срез корня.
- Постоянный (фиксированный) микропрепарат
Подготовленный для длительного хранения препарат, в котором материал сохранён обработкой и заключён в подходящую среду. Фиксация сохраняет структуры и прекращает жизненные процессы; готовый школьный срез может быть дополнительно окрашен.
Пример: На подписанном готовом поперечном срезе корня можно изучать расположение тканей, но нельзя наблюдать текущее поглощение воды этим фиксированным корнем.
- Предметное и покровное стёкла
Предметное стекло — пластинка, на которую помещают объект. Покровное — небольшое тонкое стекло, накрывающее объект в капле. Они хрупкие; накрывание создаёт тонкий слой для просмотра, а не служит способом раздавить образец.
Пример: Край покровного стекла сначала касается капли, затем стекло осторожно опускают без давления: так уменьшают вероятность крупных воздушных пузырьков.
- Эпидерма мясистой чешуи луковицы
Наружный покровный слой клеток мясистого изменённого листа луковицы. Для учебного препарата берут тонкую прозрачную кожицу с внутренней вогнутой поверхности одной чешуи; толстая сочная чешуя целиком — не однослойная кожица.
Пример: У известного репчатого лука (Allium cepa) учитель отделяет чешую, а ученик снимает с неё прозрачный кусочек эпидермы тупым пинцетом. Это не сухая наружная шелуха и не кожица корня.
- Объектив и окуляр
Объектив — система линз возле препарата, формирующая его увеличенное изображение; окуляр — система линз, через которую рассматривают это изображение. Значения увеличения указываются на них; у разных приборов набор линз различается.
Пример: Окуляр 10× и объектив 4× в данном примере дают общее увеличение 40×, а объектив 10× с тем же окуляром — 100×.
- Общее увеличение микроскопа
Для рассматриваемого школьного составного микроскопа произведение увеличений окуляра и объектива. Это увеличение изображения, а не готовое измерение длины клетки или доказательство различимости любого органоида.
Пример: 10 × 40 = 400×. Чтобы получить размер клетки в микрометрах, нужна отдельно проверенная масштабная калибровка, а не только надпись «400×».
- Поле зрения и фокусировка
Поле зрения — видимый через окуляр участок препарата. Фокусировка — настройка положения оптической системы относительно объекта для резкого изображения. Грубый винт меняет положение быстрее, тонкий — малыми шагами; устройство и безопасное направление движения проверяют по инструкции конкретного прибора.
Пример: Сначала на малом увеличении находят и центрируют нужный участок. При переходе к большему увеличению область обзора обычно меньше; резкость осторожно уточняют тонким винтом.
- Ризодерма
Наружный слой клеток молодого корня в области всасывания. Некоторые его клетки образуют корневые волоски, увеличивающие поверхность контакта с почвенным раствором.
Пример: На молодом корешке проростка фасоли можно наблюдать тонкую область корневых волосков.
Важно: Корневой волосок — вырост одной клетки ризодермы, а не отдельный многоклеточный корень.
- Первичная кора корня
Слой тканей между наружной поверхностью молодого корня и центральным цилиндром. Его клетки участвуют в переносе воды и веществ к проводящим тканям и могут запасать вещества.
Пример: На поперечном срезе корня первичная кора занимает область между ризодермой и центральной частью.
- Эндодерма
Внутренний слой первичной коры корня, клетки которого регулируют дальнейший проход воды и растворённых веществ к центральному цилиндру.
Пример: На учебном микропрепарате эндодерму ищут как границу коры и проводящей области.
Важно: На схеме её иногда рисуют как сплошное сито; реальные пути переноса воды сложнее и зависят от состояния клеток.
- Центральный цилиндр
Внутренняя часть корня с проводящими тканями и другими клетками, по которой вещества распределяются дальше по растению.
Пример: На срезе молодого корня сосуды древесины находятся внутри центрального цилиндра.
- Ксилема корня
Проводящая ткань, по элементам которой вода и растворённые минеральные вещества могут перемещаться из корня в стебель.
Пример: Вода, достигшая сосудов корня, далее поднимается по системе древесины побега.
- Флоэма корня
Проводящая ткань, по которой к клеткам корня поступают, в частности, растворённые органические вещества из листьев или других органов-источников.
Пример: Растущий корень получает сахар, произведённый зелёными листьями.
- 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.
- Избирательное поглощение ионов
Поступление определённых минеральных ионов в живые клетки с участием белков клеточных мембран; скорость и направление зависят от потребностей клетки и условий среды.
Пример: Корень получает из раствора ионы калия и нитрат-ионы, но их перенос через мембрану не равен простому всасыванию воды.
Пример по шагам
На препарате виден поперечный срез участка молодого корня с волосками. Как найти путь воды?
- Найдите наружный слой с волосками и отметьте контакт с почвенным раствором.
- Проследите ткани первичной коры до её внутренней границы — эндодермы.
- Найдите центральный цилиндр и элементы ксилемы; не обозначайте флоэму как главный путь подъёма воды.
Вывод: Упрощённый путь: почвенный раствор → ризодерма и волоски → ткани коры и эндодерма → ксилема центрального цилиндра.
Практическая работа
Готовый поперечный срез корня
- Возьмите готовый школьный микропрепарат молодого корня и посмотрите его сначала при малом увеличении.
- Найдите наружный слой, область первичной коры и центральный цилиндр; только затем переходите к большему увеличению и ищите проводящие ткани.
- Зарисуйте поперечный срез с подписями, указав, что волоски видны лишь в подходящей зоне и не на каждом срезе.
Что можно заключить: Микропрепарат показывает взаимное расположение тканей; по одному срезу нельзя наблюдать скорость тока воды или работу мембранных переносчиков.
Безопасность: Работайте только с готовым препаратом; не используйте лезвие самостоятельно. Переносите микроскоп двумя руками и не касайтесь линз пальцами.
Практическая работа
Временная кожица луковицы: приготовить, рассмотреть и честно записать
- Материалы для очной работы: известный свежий репчатый лук, кусочек мясистой чешуи, заранее отделённый взрослым, вода, капельница, тупой пинцет, чистые целые предметное и покровное стёкла, салфетка для стола и исправный школьный световой микроскоп. Учитель проверяет стекло, прибор и безопасный образец; острые разрезы делает взрослый. Не берите человеческие клетки, плесень, неизвестные растения или воду с неизвестными культурами.
- До начала прочитайте инструкцию своего микроскопа с учителем. Поставьте прибор устойчиво, вдали от края; переносите, поддерживая стойку и основание, не за окуляр. Наладьте удобное освещение без прямого направления на Солнце; у электрического прибора руки и место подключения сухие. Ученик не меняет проводку и не разбирает прибор.
- Положите предметное стекло на устойчивую поверхность. Капните в середину немного воды. Тупым пинцетом отделите маленькую прозрачную кожицу с внутренней поверхности готовой чешуи и перенесите в каплю; расправьте без складок, не добавляя толстый слой мякоти.
- Под контролем учителя возьмите покровное стекло безопасным способом за края. Коснитесь одним краем капли и плавно опустите стекло наклонно, без нажима и без проталкивания острым предметом. Салфеткой у края промокните лишнюю воду, не высушивая объект. Если стекло треснуло, прекратите работу; осколки убирает учитель подходящими средствами, не голыми руками.
- Выберите самый малый разрешённый объектив, например 4×, закрепите препарат предусмотренным держателем. Отрегулируйте освещение. Безопасный начальный зазор и ход фокусировки установите по инструкции учителя: у разных моделей движется столик или тубус. Следите сбоку, чтобы линза не касалась стекла. Не приближайте объектив грубым винтом вслепую и не применяйте силу.
- Найдите клетки на малом увеличении и центрируйте ровный участок. Если учитель разрешил следующий сухой объектив, поверните револьвер, не хватаясь за линзы; убедитесь в зазоре и осторожно уточните резкость тонким винтом. На большом увеличении грубый винт не используйте. Если резкость потеряна, вернитесь к малому увеличению и обратитесь к учителю. В этой работе не применяют иммерсионное масло.
- Бланк личного наблюдения: дата — Allium cepa/мясистая чешуя/эпидерма — вода/без красителя — окуляр/объектив/произведение — рисунок нескольких соседних клеток — видимые границы — другие уверенно видимые структуры — «не различимо» — складки или пузырьки — вывод и ограничения. Не переносите ниже модельные записи в свой отчёт как личные. Для реальной длины клетки понадобится калибровка, которой здесь нет.
- Завершение: на малом объективе и с безопасным зазором по инструкции снимите препарат; уберите материалы способом, указанным учителем. Стёкла сдайте отдельно, не бросайте в общую корзину; не трогайте линзы пальцами и не протирайте бытовой салфеткой. Выключите и накройте прибор по инструкции, протрите стол подходящим способом и вымойте руки. Прибор без разрешённых инструкцией средств сами не очищайте.
Что можно заключить: Критерии успешного очного выполнения: известен орган и покровная ткань; кожица лежит тонко без крупных складок; найдено резкое поле на малом увеличении; увеличение вычислено из реальных маркировок; рисунок и подписи соответствуют видимому; неизвестное не дорисовано как факт; стекло и прибор убраны безопасно. Эта инструкция сама по себе не подтверждает, что ученик приготовил препарат или наблюдал клетки. Вода и неокрашенная кожица позволяют начать работу без красителя; невидимое ядро не доказывает его отсутствия. Расположение тканей корня проверяют на отдельном подписанном срезе корня.
Безопасность: Очная работа только после инструктажа и под контролем учителя, с известным луком и исправным оборудованием. Ножи и разрезы — взрослому; треснувшие стёкла и осколки не берут руками. Не давите на покровное стекло, не направляйте зеркало на Солнце, не касайтесь линз и не чините электроприбор. При раздражении глаз, кожи или боли прекратите работу и сообщите учителю. Учебные образцы не едят; красители и человеческие/плесневые культуры в эту работу не входят.
Практическая работа
Без микроскопа: проверить журнал, увеличение и пределы вывода
Учебные модельные данные — не результаты реального опыта
Если таблица шире экрана, прокрутите её по горизонтали.
| Запись | Материал и оптика | Что сообщается |
|---|---|---|
| А | Неокрашенная кожица мясистой чешуи лука в воде; окуляр 10×, объектив 10× | В ровной области различимы границы соседних вытянутых клеток; ядра уверенно не различимы; масштаб не задан |
| Б | Тот же материал; окуляр 10×, объектив 40× | Часть кожицы сложена вдвое, контуры накладываются; в отдельной области ровный слой; размер клетки не измерен |
| В | Подписанный постоянный поперечный срез молодого корня; окуляр 10×, объектив 4× | На схеме препарата отмечены наружный покров, кора и центральный цилиндр; живой поток воды не наблюдался |
| Г | Учебный комментарий к А | Автор записал: «ядра нет; клетка длиной 100 мкм, потому что увеличение 100×; клетки кожицы доказывают расположение сосудов корня» |
Это авторские случаи для анализа. Нет калибровки, реальной фотографии поля, цифрового датчика или собственного измерения. Названные части в В сообщены учебной схемой, не вашим наблюдением среза.
- Вычислите общее увеличение А, Б и В. Определите, какие препараты временные, какой постоянный; укажите орган и ткань А, не называя кожицу корнем.
- Проверьте три утверждения Г. Каждое замените точным предложением, основанным только на данных таблицы. Отдельно ответьте, можно ли в В доказать текущее всасывание воды живым корнем.
- Для Б выберите безопасный путь: смотреть ровную область, вернуться к малому увеличению или позвать учителя. Объясните, почему нажатие на стекло и быстрый ход грубого винта при 40× не исправляют отчёт и создают риск.
- Постройте последовательность из предоставленных действий: E — найти и центрировать ровный участок на малом увеличении; A — проверить прибор, стекло и инструкцию; D — наклонно опустить покровное стекло без нажима; B — положить кожицу в каплю; F — с разрешения перейти к большему сухому объективу и осторожно использовать тонкий винт; C — безопасно завершить работу. Укажите, какой пункт нельзя выполнять без настоящего прибора.
Что можно заключить: Ключ: А — 100×, Б — 400×, В — 40×. А и Б — временная эпидерма изменённого листа луковицы, В — постоянный срез корня. В Г надо написать: ядра не различимы; длина неизвестна без калибровки; кожица не устанавливает строение проводящих тканей корня. Фиксированный срез В не показывает живой поток воды. Для Б выбирают ровную область, при трудностях возвращаются к малому увеличению и обращаются к учителю; стекло не давят и грубым винтом при большом увеличении не работают. Порядок A → B → D → E → F → C. Это проверка знания последовательности; реальные приготовление, фокусировка и наблюдение требуют оборудования и не считаются выполненными по ответу на карточку.
Безопасность: Для анализа достаточно предоставленной таблицы. Если прибора нет, не заменяйте его самодельной оптикой с Солнцем, не берите стекло или острые инструменты. Реальная процедура выполняется только по инструкции исправного школьного микроскопа и учителя.
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.
- ФРП ООО «Биология», базовый уровень, 5–9 классы
- OpenStax Biology 2e: осмос и избирательность мембран
- Northern Virginia Community College: части микроскопа, увеличение и работа с полем зрения
- Leica DM500: инструкция конкретной модели, безопасность и фокусировка (не универсальная схема вращения винта)
- Open University, TESSA: подготовка кожицы внутренней поверхности чешуи луковицы
- Roxbury Community College, лабораторное руководство Н. Зухера: клетки чешуи лука (в курсе использована безопасная версия без лезвия для ученика)
- Science & Plants for Schools: чешуи — изменённые листья, для измерения нужна калибровка
- OpenStax Biology 2e: строение корня
- OpenStax Biology 2e: движение воды и ионов