Поглощение корнями воды и минеральных веществ. Большая часть воды с растворенными в ней минеральными веществами поглощается корнем с помощью корневых волосков в зоне всасывания. Всасывание воды происходит пассивно, посредством осмоса, так как концентрация осмотически активных веществ (минеральных солей и органических веществ) в клетках корня больше, чем в почвенном растворе. Интенсивность поглощения воды корневыми волосками называют сосущей силой (S). Она равна разнице между осмотическим (P) и тургорным (T) давлением: S = P – T. Когда осмотическое давление равно тургорному (P = T), то S = 0, и вода перестает поступать в корневой волосок. Если же концентрация веществ в почвенном растворе будет выше, чем внутри клеток корня, то вода будет выходить из клеток и растение завянет. Такое явление наблюдается при засухе или при неумеренном внесении удобрения в почву.
Минеральные вещества поступают в корневой волосок против градиента концентрации в результате активного транспорта с затратой энергии. (Вспомните, что в клетках эпиблемы находится большое количество митохондрий.)
Поглощенная корневыми волосками вода с минеральными солями проходит через паренхиму первичной коры и достигает эндодермы. Через пропускные клетки она попадает в осевой цилиндр и проникает в ксилему. Паренхимные клетки, расположенные рядом с ксилемой, выполняют роль ионного насоса, перекачивая ионы в полость сосудов.
Основная причина, обеспечивающая вертикальный ток воды в растениях снизу вверх, – это убыль воды в процессе испарения – транспирации. Недостаток воды в растении вызывает пассивное засасывание воды корнями. Однако это не единственная причина. За счет разности концентрации ионов в различных частях растения формируется гидростатическое давление, которое называют корневым давлением. Оно может достигать нескольких атмосфер. Перемещению воды по сосудам способствует также сила сцепления между молекулами воды, которая может обеспечить подъем воды на большую высоту при наличии непрерывных водных нитей от корней до листьев.
При совокупном действии всех указанных сил скорость перемещения воды в растении может достигать 1–2 и более метров в час.
Корневое питание растений. Через корень идет снабжение растения элементами азотистого и минерального питания. Нормальное развитие любого растения возможно только при наличии в почвенном растворе всех необходимых элементов. Рассмотрим роль отдельных элементов почвенного питания растений.
Азот входит в состав белков. Он необходим растениям для нормального формирования вегетативных органов, при дополнительном внесении в почву в виде азотных или азотистых удобрений он усиливает рост надземных побегов. В состав белков также входит сера, а все нуклеиновые кислоты содержат фосфор, который является также компонентом всех мембранных структур. Железо участвует в биосинтезе хлорофилла, в отсутствии железа растение желтеет и умирает. Магний входит в состав молекулы хлорофилла. Молибден в составе ферментов участвует в фиксации азота у бактерий и обеспечивает работу устьичного аппарата. Медь влияет на рост и размножение растений, а бор – на ростовые процессы, его недостаток приводит к отмиранию верхушечных почек, цветков и завязей. Цинк действует на рост растений.
Удобрения. В современном сельском хозяйстве используют органические и минеральные удобрения, благодаря которым культурные растения получают необходимые элементы питания.
Органические удобрения (навоз, торф, перегной, птичий помет и др.) содержат все необходимые растению питательные вещества. При внесении органических удобрений в почву попадают микроорганизмы, которые минерализуют органические остатки и тем самым повышают плодородие почвы.
Минеральные удобрения обычно содержат те элементы, которых не хватает в почве: азот (натриевая и калиевая селитры, хлористый аммоний, мочевина и др.), калий (хлористый калий, сульфат калин), фосфор (суперфосфаты, фосфоритная мука и др.). Удобрения, содержащие азот, обычно вносят весной или в начале лета, так как они быстро вымываются из почвы. Калийные и фосфорные соединения сохраняются дольше, поэтому их вносят осенью. Минеральные удобрения используют или в виде порошка, или в виде гранул. Гранулированные удобрения более эффективны, так как они дольше сохраняются в почве. Следует помнить, что излишек минеральных удобрений столь же вреден для растений, как и их недостаток.
Дыхание корней. Как и все остальные органы растения, корень использует для дыхания кислород, который диффундирует из почвы в его ткани. Поэтому хорошая аэрация почвы является важным условием нормального развития корневой системы и всего растения в целом. В сельском хозяйстве для улучшения аэрации почву рыхлят, что способствует также сохранению в ней влаги. Однако в переувлажненной почве, в которой вода вытесняет воздух, корни развиваются плохо и могут даже отмирать.
Функции корней. Подводя итог разговору о строении, жизнедеятельности и многообразии корней, мы можем сформулировать их основные функции:
- поглощают из почвы воду с растворенными в ней минеральными веществами;
- транспортируют воду и минеральные соли в надземные части растения;
- закрепляют и удерживают растение в почве;
- синтезируют аминокислоты, ферменты и гормоны, которые участвуют в общем метаболизме растения;
- активно взаимодействуют с различными почвенными организмами (грибами, бактериями);
- обеспечивают газообмен между растением и атмосферным воздухом (дыхательные корни).
