Корневая система

Корневая система — это совокупность всех корней одного растения, образующая его подземный органный комплекс. Корневая система выполняет ключевые функции: закрепление растения в почве, поглощение воды и растворённых минеральных веществ, синтез некоторых органических соединений (например, алкалоидов, гормонов), запас питательных веществ, а также вегетативное размножение. Строение, форма и глубина залегания корневой системы определяются видовой принадлежностью растения, условиями среды (типом почвы, уровнем грунтовых вод, климатом) и могут существенно варьироваться.

Типы корневых систем

В ботанике выделяют два основных типа корневых систем, а также ряд переходных и специализированных форм.

Стержневая корневая система

Стержневая система характеризуется наличием хорошо выраженного главного корня, который развивается из зародышевого корешка семени. Главный корень растёт вертикально вглубь почвы, от него отходят боковые корни первого, второго и последующих порядков. Такая система типична для большинства двудольных растений (например, дуба, одуванчика, моркови, свёклы). У многих растений (особенно древесных пород) стержневой корень сохраняется на протяжении всей жизни, обеспечивая глубокое проникновение в почву. У некоторых видов (например, у редиса, репы) главный корень утолщается и превращается в корнеплод — орган запаса питательных веществ.

Мочковатая корневая система

Мочковатая система образуется, когда главный корень рано прекращает рост или отмирает, а его функцию берут на себя многочисленные придаточные корни, отрастающие от нижней части стебля (например, от узлов кущения у злаков). Придаточные корни имеют примерно одинаковую толщину и длину, образуя густую сеть в верхних слоях почвы. Мочковатая система характерна для однодольных растений (пшеница, рожь, лук, тюльпан) и многих травянистых двудольных, размножающихся вегетативно. Она эффективно удерживает почву от эрозии и быстро осваивает поверхностный слой, богатый органикой.

Смешанная корневая система

У ряда растений (например, у многих видов клевера, подорожника) наблюдается смешанный тип, при котором одновременно хорошо развиты и главный корень, и придаточные корни. Такая система сочетает преимущества стержневой (глубокое проникновение) и мочковатой (обширное поверхностное питание).

Строение корня

Корень, как и любой другой орган растения, имеет сложное анатомическое строение, которое различается в зависимости от выполняемой функции. В продольном разрезе молодого корня выделяют несколько зон:

1. Корневой чехлик — защитное образование на кончике корня, состоящее из живых клеток, которые постоянно слущиваются, облегчая продвижение корня в почве.
2. Зона деления — участок, где активно делятся клетки образовательной ткани (меристемы), обеспечивая рост корня в длину.
3. Зона растяжения — область, где клетки увеличиваются в размерах, главным образом за счёт поглощения воды.
4. Зона всасывания — участок, покрытый корневыми волосками — выростами клеток эпидермы, которые многократно увеличивают поверхность всасывания воды и минеральных веществ. Длина этой зоны обычно составляет несколько миллиметров.
5. Зона проведения — основная часть корня, где по сосудам ксилемы вода и минеральные соли поднимаются вверх, а по ситовидным трубкам флоэмы органические вещества транспортируются из листьев вниз. В этой зоне корень утолщается, образуются боковые корни.

В поперечном сечении корня (на уровне зоны проведения) различают первичное строение (характерное для молодых корней однодольных и всех корней двудольных на ранних этапах) и вторичное строение (возникающее у двудольных и голосеменных за счёт деятельности камбия). При вторичном утолщении формируются древесина (ксилема) и луб (флоэма), а также пробка.

Функции корневой системы

Помимо основных функций (закрепление, поглощение, транспорт), корневая система выполняет ряд дополнительных:

• Запасающая функция. У многих растений корни служат вместилищем запасных веществ (крахмала, сахаров, белков). Примеры: корнеплоды моркови, свёклы, редьки; корневые шишки георгина, батата.
• Синтетическая функция. В корнях синтезируются аминокислоты, витамины, алкалоиды, фитогормоны (цитокинины, гиббереллины), которые затем транспортируются в другие органы.
• Симбиотическая функция. Корни многих растений вступают в симбиоз с почвенными микроорганизмами:
• Микориза — симбиоз с грибами. Грибница оплетает корни или проникает внутрь, обеспечивая растение водой и минеральными веществами (особенно фосфором), а получая от него органические соединения. Микориза характерна для 80–90 % наземных растений (берёза, сосна, орхидеи).
• Клубеньки — симбиоз с азотфиксирующими бактериями (рода Rhizobium). Бактерии проникают в корни бобовых растений (горох, клевер, соя), вызывая образование клубеньков, где они превращают атмосферный азот в доступные для растения соединения.
• Дыхательная функция. У растений, обитающих на заболоченных почвах (например, у мангровых деревьев, ивы ломкой), развиваются дыхательные корни (пневматофоры), которые растут вверх, выступая над поверхностью воды или почвы, и обеспечивают газообмен.
• Опорная функция. У некоторых растений (например, у кукурузы, фикуса-баньяна) образуются придаточные опорные (ходульные) корни, которые укрепляют стебель и помогают растению удерживаться в вертикальном положении.
• Втягивающая (контрактильная) функция. У многих луковичных и корневищных растений (тюльпан, лилия) корни способны сокращаться, втягивая луковицу или корневище на оптимальную глубину в почву.

Влияние факторов среды на корневую систему

Развитие корневой системы сильно зависит от условий произрастания:

• Влажность почвы. В засушливых условиях (степи, пустыни) у растений формируются мощные, глубоко проникающие стержневые корни (верблюжья колючка — до 15–20 м). В условиях избыточного увлажнения корневая система, напротив, поверхностная, мочковатая.
• Плотность и структура почвы. На рыхлых, хорошо аэрируемых почвах корни развиваются равномерно и глубоко. На плотных, глинистых почвах корневая система часто бывает поверхностной и ветвистой.
• Содержание питательных веществ. На бедных почвах корни растут более интенсивно, стремясь занять большую площадь питания. На богатых почвах корневая система может быть менее разветвлённой.
• Температура. Оптимальная температура для роста корней большинства растений умеренного пояса — 15–25 °C. При низких температурах рост корней замедляется, а при высоких — может прекращаться.
• Аэрация. Корни нуждаются в кислороде для дыхания. На переувлажнённых, плохо дренированных почвах корневая система страдает от недостатка кислорода, что может привести к загниванию.

Значение корневой системы в экосистемах и хозяйстве

Корневые системы играют ключевую роль в почвообразовании: они разрыхляют почву, улучшают её структуру, способствуют аэрации и водопроницаемости. Отмирающие корни обогащают почву органическим веществом (гумусом). Корни растений закрепляют склоны, предотвращая эрозию почвы и оползни.

В сельском хозяйстве знание особенностей корневых систем используется для выбора способов обработки почвы, норм полива и внесения удобрений. Глубокое проникновение корней позволяет растениям добывать воду из глубоких слоёв, что важно для засухоустойчивых культур. Корнеплоды и корневые клубни являются ценными продуктами питания и кормом для животных. Некоторые растения (например, люцерна, донник) используются в качестве сидератов — их мощная корневая система улучшает структуру почвы и обогащает её азотом.

Патологии корневых систем

Корни растений подвержены различным заболеваниям, вызываемым грибами, бактериями, нематодами и вирусами. Наиболее распространённые болезни:

• Корневые гнили (фузариозная, ризоктониозная, фитофторозная) — поражение корней, приводящее к увяданию и гибели растения.
• Кила капусты — заболевание, вызываемое слизевиком, при котором на корнях образуются наросты и вздутия.
• Галловые нематоды — микроскопические черви, вызывающие образование галлов (вздутий) на корнях.
• Рак корней — бактериальное заболевание, при котором на корнях и корневой шейке образуются опухоли.

Для защиты корневых систем применяют агротехнические методы (севооборот, дренаж, известкование), биологические препараты (антагонисты патогенов) и химические фунгициды.

Интересные факты

• Общая длина корней одного растения ржи может достигать 600 км, а площадь поверхности — 230 м².
• У пустынного кустарника верблюжья колючка корни проникают на глубину до 20 м, достигая грунтовых вод.
• У фикуса-баньяна (священного дерева Индии) воздушные корни, опускаясь до земли, укореняются и превращаются в дополнительные стволы, так что одно дерево может занимать площадь до нескольких гектаров.
• Корни некоторых растений (например, ивы белой) способны выделять в почву вещества, подавляющие рост других растений (аллелопатия).
• У орхидей корни выполняют также фотосинтетическую функцию — они содержат хлорофилл и могут зеленеть на свету.