Корень: зоны, поперечный срез, минеральное питание и дыхание
Проследим воду от корневого волоска к ксилеме, разберём макро- и микроэлементы, гидропонику и необходимость кислорода для корня.
Федеральная программа · углублённый уровень · 7 класс
Архепластидные, или «растения»
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Морфология корня и типы корневых систем
- Корневой чехлик, зоны корня и поперечный срез зоны всасывания
- Всасывание и проведение воды и минеральных веществ, корневое давление
- Макро- и микроэлементы, гидропоника и аэропоника
- Дыхание, синтез веществ, запас и видоизменения корней
- Лабораторные работы: кончик корня, волоски, анатомия, влияние воздуха и метаморфозы
Как это устроено
Корень закрепляет растение, поглощает воду и растворённые элементы, проводит вещества, иногда запасает их и участвует в размножении. Главный, боковые и придаточные корни различают по происхождению; стержневая и мочковатая системы — по общей организации. На кончике расположены чехлик и зоны деления и растяжения; выше — зона с корневыми волосками. Жёстко провести границу между всеми зонами на любом корне нельзя: переходы постепенны и зависят от возраста.
Вода поступает через клетки наружной ткани и корневые волоски, проходит через кору к внутренним тканям и затем к ксилеме. На пути есть избирательные барьеры, поэтому корень не просто «засасывает всю почвенную воду». Ионы могут переноситься с затратой энергии. Корневое давление заметно в некоторых условиях, но подъём воды по высоким деревьям объясняют совместно с испарением через листья и непрерывностью водного столба в ксилеме.
Элементы питания нужны в различных количествах. Недостаток азота, калия, железа и других элементов проявляется по-разному, но один жёлтый лист не позволяет поставить точный «диагноз дефицита железа»: похожий эффект дают вода, свет, возраст листа и болезни. Гидропоника и аэропоника позволяют управлять раствором и аэрацией корней, но требуют точного состава, гигиены и контроля оборудования.
Корневые клетки дышат и нуждаются в подходящих условиях газообмена. Переувлажнение вытесняет воздух из почвы и способно ограничить доступ кислорода; однако корни разных видов по-разному приспособлены к влажным местообитаниям. Корнеплод моркови — пример запаса, но клубень картофеля является побегом. Из некоторых корней возникают придаточные почки и новые побеги, что используется при вегетативном размножении отдельных видов.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Главный, боковой и придаточный корень
Главный корень развивается из зародышевого корешка; боковые отходят от корней; придаточные возникают из других органов, например стебля.
Пример: У проростка фасоли заметен главный корень, от которого позже отходят боковые.
- Стержневая и мочковатая система
Стержневая имеет выраженный главный корень с боковыми; мочковатая состоит преимущественно из множества близких по размеру придаточных корней.
Пример: У типичной фасоли система стержневая, у многих злаков — мочковатая.
Важно: По одному повреждённому корню нельзя безусловно установить тип всей системы.
- Корневой чехлик
Структура на верхушке корня, защищающая образовательные клетки и помогающая корню продвигаться в субстрате.
Пример: На кончике молодого корня проростка можно найти чехлик перед зоной деления.
- Зона деления и зона растяжения
Участки молодого корня, где клетки соответственно активно делятся и увеличиваются в длину, обеспечивая рост корня.
Пример: Метки на растущем корне расходятся прежде всего там, где клетки удлиняются; опыт требует аккуратного наблюдения живого проростка.
- Зона всасывания
Участок молодого корня с корневыми волосками, через который активно поступают вода и растворённые минеральные вещества.
Пример: Корневые волоски проростка видны при увеличении как тонкие выросты клеток эпидермы.
- Корневой волосок
Вырост одной клетки наружной ткани молодого корня, увеличивающий площадь контакта с почвенной водой.
Пример: Множество волосков помогает корню поглощать вещества из тонкой плёнки почвенного раствора.
Важно: Корневой волосок — не отдельный боковой корень.
- Центральный цилиндр
Внутренняя часть молодого корня, в которой расположены проводящие ткани и связанные клетки.
Пример: На готовом поперечном срезе корня ксилема видна ближе к центру, окружённая другими тканями.
- Минеральное питание
Поглощение и использование растением неорганических элементов в форме доступных ионов для построения веществ и работы клеток.
Пример: Азот нужен для аминокислот и нуклеиновых кислот, магний — для хлорофилла и других процессов.
- Макро- и микроэлементы
Необходимые химические элементы, различаемые по требуемому количеству: макроэлементы нужны в относительно больших, микроэлементы — в малых количествах.
Пример: Азот и калий обычно относят к макроэлементам; железо и марганец — к микроэлементам.
Важно: «Микро» не значит «необязательный»; избыток любого элемента может быть вреден.
- Корневое давление
Положительное давление в ксилеме корня, возникающее при поступлении ионов и воды и способное в некоторых условиях способствовать подъёму жидкости.
Пример: Выделение капель на срезе стебля при определённых условиях может быть связано с корневым давлением.
Важно: У высоких деревьев корневое давление не объясняет весь подъём воды; важна также транспирационная тяга.
- Гидропоника и аэропоника
Способы выращивания, при которых корни получают необходимые вещества из раствора или аэрозоля без обычной почвы; условия подачи воды, элементов и кислорода контролируют.
Пример: В гидропонной системе раствор с заданным составом питает корни; в аэропонной корни орошают аэрозолем.
Важно: «Без почвы» не означает «без минеральных элементов» или «без контроля кислорода».
- Дыхание корня
Клеточное получение используемой энергии из органических веществ; при аэробном дыхании корневым клеткам нужен кислород.
Пример: Плотно переувлажнённая почва может ухудшать доступ воздуха и работу корней.
- Корнеплод
Утолщённый запасающий орган, который у ряда видов включает главный корень и часть подсемядольного колена.
Пример: Морковь образует корнеплод; его строение отличается от клубня картофеля — побега.
Важно: Не всякий утолщённый корень строго является только корнем без участия других участков оси.
Пример по шагам
Растение в водной культуре хорошо растёт. Значит ли это, что минеральные вещества и кислород корням не нужны?
- Уточните состав раствора: в гидропонике он содержит необходимые минеральные ионы.
- Уточните способ аэрации или обновления раствора: корневым клеткам для аэробного дыхания нужен кислород.
- Сравните растение с контрольным вариантом, чтобы понять вклад каждого условия.
Вывод: Почва как материал не обязательна при правильно организованной гидропонике, но вода, элементы питания и доступ кислорода необходимы.
Практическая работа
Строение кончика и воздух для корня
- По готовому препарату или микрофотографии проростка найдите чехлик, зону деления, растяжения и волоски; запишите масштаб и что действительно различимо.
- Сравните заранее подготовленные учителем одинаковые проростки в хорошо аэрированной и сильно переувлажнённой среде, фиксируя число, температуру и другие условия.
- Сделайте осторожный вывод о влиянии аэрации и перечислите возможные смешивающие факторы, например различие по питательным веществам.
Что можно заключить: Строение молодого корня связано с ростом и поглощением; эффект недостатка воздуха оценивают лишь при контроле остальных условий.
Безопасность: Не создавайте дома застойные культуры, не используйте удобрения без инструкции и не работайте с острыми срезами самостоятельно.
Практическая работа
Изучение морфологии корня на живых объектах или гербарных образцах
- На предварительно выращенном пищевом проростке или подписанном гербарии найдите главный, боковые и при наличии придаточные корни, не повреждая зону кончика.
- Сравните типичную стержневую и мочковатую систему двух известных видов, указав стадию, на которой сделано наблюдение, и влияние повреждения главного корня.
- Зарисуйте положение корней относительно побега и объясните, почему один отдельный оторванный корешок не позволяет восстановить всю корневую систему.
Что можно заключить: Корневые системы различаются по происхождению и ветвлению, а внешний вид зависит от стадии и условий роста.
Безопасность: Используйте выращенные в классе пищевые растения и готовый гербарий; не выкапывайте охраняемые виды и не пробуйте учебные корни на вкус.
Практическая работа
Изучение анатомического строения корня на готовых микропрепаратах
- На подписанном поперечном срезе корня с указанной зоной и видом найдите ризодерму, кору, эндодерму и центральный цилиндр только там, где их позволяет различить окраска.
- В центральном цилиндре найдите ксилему и флоэму, сравните расположение с готовым срезом другого указанного вида, не перенося схему стебля на корень.
- Стрелками обозначьте возможный путь воды к проводящим тканям и отделите анатомическое положение от измеренного направления потока.
Что можно заключить: Внутреннее строение корня зависит от зоны и линии растения; готовый срез показывает структуры, но не скорость транспорта.
Безопасность: Используйте закрытые готовые микропрепараты и не делайте срезы бритвой самостоятельно.
Практическая работа
Изучение кончика корня пшеницы и первичного строения корня ириса
- На готовом продольном препарате кончика корня пшеницы найдите чехлик, зоны деления, растяжения и дифференциации, указав границы как приблизительные и зависящие от препарата.
- На отдельном подписанном поперечном срезе молодого корня ириса найдите наружный слой, кору и проводящий цилиндр; не смешивайте продольное и поперечное направления наблюдения.
- Сопоставьте зоны кончика с местом появления корневых волосков и объясните, почему один срез ириса не показывает движение клетки через все стадии роста.
Что можно заключить: Два препарата отвечают на разные вопросы: продольный — о зонах роста, поперечный — о расположении тканей выбранной зоны.
Безопасность: Работайте только с готовыми препаратами и изображениями под руководством учителя, не срезайте корни острым инструментом самостоятельно.
Практическая работа
Изучение строения корневых волосков с помощью светового микроскопа
- На выращенном пищевом проростке, подготовленном учителем, найдите зону корневых волосков или используйте готовую микрофотографию с масштабом.
- Проследите отдельный волосок как вырост одной клетки наружного слоя, сопоставьте с несколькими соседними клетками и не принимайте приставшую нить гриба за корневой волосок без проверки.
- Объясните увеличение площади контакта с субстратом и укажите, почему длина волоска на одном снимке не измеряет фактическую скорость поглощения воды.
Что можно заключить: Корневой волосок — клеточный вырост зоны дифференциации, связанный с поглощением, а не отдельный многоклеточный корешок.
Безопасность: Используйте чистые подготовленные проростки и микроскоп учителя; не собирайте неизвестные корни из загрязнённой почвы.
Практическая работа
Исследование влияния воздуха на развитие корней
- Получите подготовленный набор данных по одинаковым проросткам одного вида в питательном растворе с достаточной и ограниченной аэрацией; проверьте равенство температуры, света, питания, времени и исходного размера и наличие повторов.
- Сравните длину и число новых корней или долю живых тканей между вариантами с указанием разброса; отдельно отметьте, что простое сравнение сухой и залитой почвы одновременно меняет воду и доступ воздуха.
- Объясните потребность большинства корней в кислороде для аэробного дыхания и назовите исключения приспособленных к затоплению растений; вывод формулируйте в пределах вида и условий опыта.
Что можно заключить: Недостаток доступного кислорода может ограничивать рост корня, но для такого вывода нужно отделить аэрацию от сопутствующих изменений влажности и питания.
Безопасность: Используйте готовые данные или безопасные учительские установки без электричества у открытой воды; не доводите живые растения до опасного загнивания в закрытых сосудах.
Практическая работа
Изучение метаморфозов корня
- По подписанным образцам моркови, свёклы и воздушных корней подходящего комнатного растения найдите связь утолщённого или изменённого участка с исходной корневой системой.
- Сравните признаки корнеплода с клубнем картофеля: у клубня найдите почки-глазки как побеговый признак, а у корнеплода учитывайте вклад корня и возможного участка стебля в зависимости от вида.
- Запишите функцию запасания, прикрепления или газообмена для выбранных видов по проверенному источнику и объясните, почему одинаковое слово «подземный» не устанавливает происхождение органа.
Что можно заключить: Изменённые корни различаются функциями, а корнеплод нельзя автоматически считать только корнем или приравнивать к стеблевому клубню.
Безопасность: Используйте пищевые и легально выращенные растения; не пробуйте лабораторный материал и не собирайте неизвестные корни в природе.
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.