Рост корня как основа добывания веществ из почвы

ПОГЛОЩЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ

КОРЕНЬ — ОРГАН ПОГЛОЩЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

Источником практически всех элементов (кроме углерода и частично азота, поступающих из воздуха), необходимых для жизнедеятельности наземных рас­тений, является почва. Из почвы минеральные элементы и вода поглощаются высокоспециализированным органом — корневой системой растения. Помимо поглощения корни выполняют и другие важнейшие функции: снабжение над­земных частей элементами минерального питания, синтез ряда специфиче­ских веществ (алкалоиды и фитогормоны); усвоение азота и синтез транспор­тных форм органического азота; синтез и выделение некоторых веществ, необ­ходимых для взаимодействия с другими организмами (фитоалексины) или видоизменения свойств окружающей среды (органические кислоты, фитосидерофоры, кислые фосфатазы); накопление и запасание веществ; наконец, закрепление растения в почве, определяющее неподвижный образ жизни.

Рост корня как основа добывания веществ из почвы

Строение и распространение корней в почве — важный фактор, обеспечи­вающий поглощение веществ. Типы корневых систем различны у однодольных и двудольных, у древесных и травянистых, у наземных и водных растений. Но практически у всех видов растений суши надземная часть превосходит корне­вую систему по массе вдвое и более раз, тогда как поверхность корней неизме­римо (в 50—150 раз) больше, чем поверхность надземных органов.

Рост в длину и новообразование дополнительных корней (придаточных и/ или боковых разного порядка в зависимости от вида) обеспечивают, помимо закрепления растения в почве, возможность эффективно использовать запасы минеральных элементов. Например, при истощении верхнего слоя и зоны поч­вы вокруг оси растения, растущие корни добывают из более глубоких слоев и

отдаленных участков почвы все большее количество элементов.

Доступность элементов минерального питания — важное условие роста корней и растения в целом. У пшеницы (Triticum aestivum), росшей при нитратном и ам­монийном питании или дефиците азота, меняется масса (интегральный показатель роста) корней и их морфология (рис. 6.4).

Рис. 6.4. Соотношение массы сухого ве­щества корней и побегов и морфологи­ческие изменения у 21-дневных расте­ний пшеницы (водная культура) в за­висимости от условий азотного питания (Е.И.Каширина, Н.Д.Алехина, 2000)

На нитратном фоне активно образуются придаточные корни с большим числом боковых, а при аммонийном питании фор­мируются короткие и визуально утолщен­ные придаточные корни с небольшим чис­лом боковых. Дефицит питания приводит к образованию длинных, относительно тонких придаточных корней с незначи­тельным числом боковых, но тоже длин­ных корней. При этом у голодающих по азоту растений увеличивается как абсолют­ная, так и относительная масса корней.

У ячменя (Hordeum vulgaris), росшего при дефиците азота, в ответ на локаль­ное увеличение концентрации нитрата в среде (1 мМ) корни реагируют образова­нием большого числа боковых корней и их ветвлением (рис. 6.5). При этом рост основного корня мало зависит от на­личия зоны высокой концентрации аниона. У растений, развивающихся при нормальном снабжении азотом, подобных изменений в росте боковых корней не происходит.

Рис. 6.5. Рост боковых корней у растений ячменя, индуцированный высокой локаль­ной концентрацией нитрата ([N0^]) в сре­де (по Drew et al., 1975).

Основной корень ячменя находился в трехкамерной системе с проточным питательным ра­створом. Средняя часть корня находилась в ка­мере, где концентрация нитрата была в 100 раз выше, чем в двух других камерах. Такой же эф­фект условий снабжения NO3 был получен на корнях Arabidopsis (no Zhang, Forde, 1998)

Другой тип реакции на дефицит элементов питания в среде — образование так называемых «протеоидных корней». Необычная морфология корней была описана около 100 лет назад для растений семейства Proteaceae. Протеоидным называют корень, на котором образуются плотные кластеры корешков огра­ниченного роста (корень выглядит подобно бытовому ершу), покрытых в свою очередь корневыми волосками. В настоящее время появление протеоидных кор­ней обнаружено у растений и других видов при дефиците элементов минераль­ного питания в среде, особенно фосфора и железа. Увеличение поверхности контакта с почвенными частицами при образовании протеоидных корней так­же является стратегией максимального извлечения фосфора и железа, которые находятся в почве в составе малорастворимых соединений. Экстраполируя ситу­ацию на рост корней в почве (в естественных условиях), можно сделать вывод, что корневые системы адаптированы «проводить разведку» в пространстве на бедных почвах (длинные, распространяющиеся на большие расстояния корни) и «эксплуатировать» встречающиеся участки с высокой концентрацией эле­ментов (образование большого числа боковых корней). Длительный рост кор­ней практически на протяжении всего периода до старения и гибели и измене­ние их морфологии необходимы для выполнения функции поглощения.

Поиск по сайту: