المصدر الرئيسي للرطوبة هو الماء الموجود في التربة، والعضو الرئيسي لامتصاص الماء في النبات - نظام الجذر. يتمثل دور هذا العضو في المقام الأول في أنه بفضل السطح الضخم، يتدفق الماء إلى النبات من حجم أكبر من التربة.

نظام الجذر المتشكل هو عضو معقد ذو بنية خارجية وداخلية جيدة التمايز. يحتوي نظام الجذر على منطقة امتصاص أو شفط - وهذه هي منطقة شعر الجذر. وبعد دخوله إلى الخلية الشعرية الجذرية، يصبح الماء جزءًا من النظام الحي - الخلية النباتية - ويخضع للقوانين التي تعمل في الخلية الحية.

يتم تحديد الحركة عبر النبات من خلال محركين رئيسيين لتدفق المياه في النبات: المحرك السفلي لتدفق المياه أو ضغط الجذر، والمحرك العلوي لتدفق المياه أو تأثير الشفط للغلاف الجوي.

القوة الرئيسية المسببة لتدفق وحركة الماء في النبات هي عملية النتح، مما يؤدي إلى تدرج في إمكانات المياه. يخلق تدرج الماء المحتمل بين الخلية والمناطق المحيطة بها القوة الدافعة لتدفق الماء عبر الغشاء. إذا كانت البيئة المحيطة بالخلية مفرطة التوتر، وأكثر تركيزًا من محاليل عصارة الخلية، فسيبدأ الماء بالتسرب خارج الخلية. سيؤدي ذلك إلى فقدان الخلية للتورم، وفصل البلازما عن جدار الخلية وفصل البروتوبلاست - ظاهرة تحلل البلازما.

تسمى الآلية التي تضمن ارتفاع الماء عبر النبات بسبب ضغط الجذر بمحرك الطرف السفلي لتدفق الماء.

يتم إنشاء ضغط الجذر عندما يمر الماء من قشرة الجذر إلى الجهاز الوعائي للجذر عندما يمر الماء عبر خلايا مرور الدراجة الهوائية، والتي يتم من خلالها حقن الماء تحت الضغط في أوعية الخشب. والدليل على ذلك ظاهرة التمزيق و"بكاء النباتات".

ينتقل الماء الذي تمتصه الشعيرات الجذرية وخلايا البشرة الأخرى من خلايا الجزء الخارجي من الجذر إلى نسيج الخشب الذي يحتل الجزء المركزي من الجذر. الطريق الرئيسي لانتشار الماء في الجزء الخارجي من الجذر هو apolast، وهو عبارة عن مجموعة مستمرة من جدران الخلايا. ومع ذلك، في الأديم الباطن (طبقة أسطوانية من الخلايا المحيطة بالأنسجة الموصلة)، يواجه الانتشار الحر على طول جدران الخلايا عائقًا - طبقة الفلين المقاومة للماء في حزام قزوين. يجب أن يغير الماء مساره هنا ويمر عبر الغشاء والبروتوبلاست لخلايا الأديم الباطن، وبالتالي يلعب دور الحاجز التناضحي بين قشرة الجذر وأسطوانةها المركزية. في أحاديات الفلين، تكون الجدران العرضية الداخلية للخلايا أيضًا مسدودة، لكن هذه الجدران يتم اختراقها عن طريق المسام التي يمكن أن يمر الماء من خلالها، مثل القنوات.

يرتفع الماء من خلال نسيج الخشب إلى الأجزاء الموجودة فوق سطح الأرض من النبات. يتكون الخشب من عدة أنواع من الخلايا. يتحرك الماء فيه بشكل رئيسي من خلال الأوعية والقصبات الهوائية. تم تكييف كلتا الخليتين بشكل مثالي لهذا الغرض: فهي ممدودة، وخالية من المحتويات الحية ومجوفة من الداخل، أي أنها مثل أنابيب الماء. تتميز جدران الخلايا الثانوية الخشبية بأنها قابلة للشد بدرجة كافية لتحمل اختلافات الضغط الهائلة التي تنشأ عندما يرتفع الماء إلى قمم الأشجار العالية. النهاية، وأحيانا الجدران الجانبيةقطاعات السفينة مثقوبة. الأوعية التي تتكون من شرائح متصلة من طرف إلى طرف تشكل أنابيب طويلة يمر من خلالها الماء الذي يحتوي على معادن مذابة فيه بسهولة. لا توجد ثقوب في القصبات الهوائية، ومن أجل أن ينتقل الماء من قصبة هوائية إلى أخرى، يجب أن يمر عبر جدرانها النهائية؛ ومع ذلك، فإن القصائد الهوائية عبارة عن خلايا طويلة جدًا، وبالتالي فإن هذا الهيكل مُكيَّف جيدًا لنقل المياه.

تحتوي النباتات المزهرة على كل من الأوعية والقصبة الهوائية. الأشكال الأكثر بدائية، كقاعدة عامة، لا تحتوي على أوعية.

تشكل عروق الأوراق، التي تتكون من خيوط الخشب واللحاء، شبكة كثيفة في الورقة بحيث تكون أي من خلاياها قريبة جدًا من مصدر المياه. ومن نسيج الخشب، ينتشر الماء إلى جدران خلايا الميزوفيل. وهكذا، فإن الماء في الطور السائل يملأ المسار بأكمله من التربة - عبر الجذر والساق - إلى خلايا الميزوفيل في الورقة. يتم توجيه إجمالي تدفق المياه دائمًا نحو إمكانات المياه الأقل، أي أنه يصل إلى الحد الأقصى في التربة، وأقل قليلاً في الخلايا الجذرية وأدنى في الخلايا المجاورة لبشرة الورقة. يتم تفسير القيمة الصغيرة للمؤشر في هذه الخلايا الأخيرة بشكل أساسي من خلال تبخر الماء من سطح الورقة.

ينتقل الماء من النبات إلى الهواء المحيطبشكل رئيسي في حالة البخار. يوجد في الطبقة المتوسطة من الورقة مساحات واسعة بين الخلايا، وكل خلية من الخلايا المتوسطة تقع على مثل هذا الفضاء بين الخلايا على جانب واحد على الأقل. بسبب تبخر الماء من جدران الخلايا الرطبة، فإن الهواء الموجود في المساحات بين الخلايا مشبع ببخار الماء، ويتم فقد جزء من هذا البخار - ويخرج. نظرًا لأن خلايا البشرة في معظم النباتات مغطاة بطبقة شمعية مقاومة للماء، فإن بخار الماء يهرب من الورقة إلى الغلاف الجوي بشكل رئيسي من خلال الثغور.

التمزق هو إطلاق الرطوبة السائلة عن طريق الأوراق من خلال الهيداثودات في ظل ظروف التبخر الصعب. بكاء النبات هو تدفق النسغ (الماء الذي يحتوي على معادن مذابة فيه والموجود في نسيج الخشب) من سيقان النباتات ذات البراعم المقطوعة. يحدث التمزق عادةً في ظل ظروف رطوبة الهواء المرتفعة، عندما يتم "إيقاف تشغيل" المحرك العلوي لتيار الماء. والنتح هو العملية الفسيولوجية لتبخر الماء بواسطة أعضاء النباتات الموجودة فوق الأرض. يتم تنفيذه بشكل رئيسي من الأوراق من خلال الثغور والبشرة.

ينتقل الماء الذي تمتصه الخلايا الجذرية، تحت تأثير اختلاف جهد الماء الناتج عن النتح، وكذلك قوة ضغط الجذر، إلى مسارات الخشب. وفقا للمفاهيم الحديثة، فإن الماء في نظام الجذر لا يتحرك فقط من خلال الخلايا الحية. في عام 1932، طور عالم الفيزيولوجيا الألماني مونش فكرة وجود مجلدين مستقلين نسبيًا في نظام الجذر، حيث يتحرك الماء - الأببلاست والسيمبلاست. الأبوبلاست هو المساحة الحرة للجذر، والتي تشمل المساحات بين الخلايا، وأغشية الخلايا، وأوعية الخشب. Symplast عبارة عن مجموعة من البروتوبلاستات لجميع الخلايا، ويحدها غشاء شبه منفذ. بفضل العديد من البلازمات التي تربط البروتوبلاست بالخلايا الفردية، يمثل السيمبلاست نظامًا واحدًا. من الواضح أن apoplast ليس مستمرًا، ولكنه مقسم إلى مجلدين. يقع الجزء الأول من الأبوبلاست في قشرة الجذر قبل خلايا الأديم الباطن، والثاني على الجانب الآخر من خلايا الأديم الباطن، ويتضمن أوعية الخشب. تمثل خلايا الأديم الباطن، بفضل أحزمة Casparian، حاجزًا أمام حركة الماء عبرها مساحة فارغة(المساحات بين الخلايا وأغشية الخلايا). من أجل دخول أوعية الخشب، يجب أن يمر الماء عبر غشاء شبه منفذ وبشكل رئيسي من خلال الأبوبلاست وجزئيًا فقط من خلال السيمبلاست. ومع ذلك، في حركة خلايا الأديم الباطن الماء قادم، على ما يبدو، وفقا لsimplast. بعد ذلك، يدخل الماء إلى أوعية الخشب. ثم تحدث حركة الماء من خلال الجهاز الوعائي للجذر والساق والورقة.

من أوعية الساق، يتحرك الماء عبر سويقات أو غمد الورقة إلى الورقة. في نصل الورقة، توجد أوعية موصلة للماء في الأوردة. تتفرع الأوردة تدريجيًا وتصبح أصغر حجمًا. كلما زادت كثافة شبكة الأوردة، قلت مقاومة الماء عند الانتقال إلى خلايا الميزوفيل في الورقة. في بعض الأحيان يكون هناك عدد كبير جدًا من الفروع الصغيرة لعروق الأوراق بحيث توفر الماء لكل خلية تقريبًا. كل الماء في الخلية في حالة توازن. وبعبارة أخرى، بمعنى التشبع بالماء، هناك توازن بين الفجوة والسيتوبلازم وغشاء الخلية، وإمكاناتها المائية متساوية. ينتقل الماء من خلية إلى أخرى بسبب تدرج قوة الشفط.

تمثل جميع المياه الموجودة في النبات نظامًا واحدًا مترابطًا. وبما أن هناك قوى التصاق (تماسك) بين جزيئات الماء، يرتفع الماء إلى ارتفاع أكبر بكثير من 10 م. وتزداد قوة الالتصاق، لأن جزيئات الماء لها تقارب أكبر مع بعضها البعض. وتوجد أيضًا قوى التماسك بين الماء وجدران الأوعية.

تعتمد درجة شد خيوط الماء في الأوعية على نسبة عمليتي امتصاص الماء وتبخره. كل هذا يسمح الكائن النباتيالحفاظ على نظام مائي واحد وليس بالضرورة تجديد كل قطرة ماء تتبخر.

في حالة دخول الهواء إلى أجزاء فردية من الأوعية، فمن الواضح أنها معطلة عن التيار العام لتوصيل الماء. هذا هو مسار حركة الماء عبر النبات (الشكل 2).

الصورة 2. مسار الماء في النبات .

تتغير السرعة التي يتحرك بها الماء عبر النبات على مدار اليوم. خلال النهار يكون أكبر بكثير. وفي الوقت نفسه، تختلف أنواع النباتات المختلفة في سرعة حركة الماء. التغيرات في درجات الحرارة وإدخال مثبطات التمثيل الغذائي لا تؤثر على حركة الماء. وفي الوقت نفسه، تعتمد هذه العملية، كما هو متوقع، إلى حد كبير على معدل النتح وعلى قطر الأوعية الناقلة للمياه. في الأوعية الأوسع، يواجه الماء مقاومة أقل. ومع ذلك، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن فقاعات الهواء قد تدخل إلى أوعية أوسع أو قد تحدث بعض الاضطرابات الأخرى في تدفق المياه.

من الناحية التطورية، نشأ الجذر في وقت متأخر عن الجذع والورقة - فيما يتعلق بانتقال النباتات إلى الحياة على الأرض وربما نشأ من فروع تحت الأرض تشبه الجذور. لا يحتوي الجذر على أوراق ولا براعم مرتبة بترتيب معين. ويتميز بنمو قمي في الطول، وتنشأ فروعه الجانبية من الأنسجة الداخلية، وتغطى نقطة النمو بغطاء الجذر. يتشكل نظام الجذر طوال حياة الكائن النباتي. في بعض الأحيان يمكن أن يكون الجذر بمثابة موقع تخزين للمواد الغذائية. وفي هذه الحالة يتغير.

أنواع الجذور

يتكون الجذر الرئيسي من الجذر الجنيني أثناء إنبات البذور. وتمتد منه الجذور الجانبية.

تتطور الجذور العرضية على السيقان والأوراق.

الجذور الجانبية هي فروع لأي جذور.

يتمتع كل جذر (رئيسي، جانبي، عرضي) بالقدرة على التفرع، مما يزيد بشكل كبير من سطح نظام الجذر، وهذا يساعد على تقوية النبات في التربة بشكل أفضل وتحسين تغذيته.

أنواع أنظمة الجذر

هناك نوعان رئيسيان من أنظمة الجذر: الجذر الوتدي، الذي يحتوي على جذر رئيسي متطور، وليفي. يتكون نظام الجذر الليفي من عدد كبير جذور عرضية، متطابقة في الحجم. تتكون الكتلة الكاملة للجذور من جذور جانبية أو عرضية ولها مظهر الفص.

يشكل نظام الجذر المتفرع للغاية سطحًا ضخمًا ممتصًا. على سبيل المثال،

• يصل الطول الإجمالي لجذور الجاودار الشتوية إلى 600 كم؛
• طول شعر الجذر - 10000 كم؛
• إجمالي سطح الجذر 200 متر مربع.

وهذا يعادل عدة مرات مساحة الكتلة الموجودة فوق الأرض.

إذا كان للنبات جذر رئيسي محدد جيدًا وتطورت جذور عرضية، فسيتم تشكيل نظام جذر نوع مختلط(الملفوف والطماطم).

الهيكل الخارجي للجذر. البنية الداخلية للجذر

مناطق الجذر

قلنسوة الجذر

ينمو الجذر طوليًا من قمته، حيث توجد الخلايا الشابة للنسيج التعليمي. الجزء النامي مغطى بغطاء جذر يحمي طرف الجذر من التلف ويسهل حركة الجذر في التربة أثناء النمو. يتم تنفيذ الوظيفة الأخيرة بسبب خاصية تغطية الجدران الخارجية لغطاء الجذر بالمخاط، مما يقلل الاحتكاك بين جزيئات الجذر والتربة. يمكنهم حتى دفع جزيئات التربة بعيدًا. خلايا غطاء الجذر حية وغالباً ما تحتوي على حبيبات النشا. تتجدد خلايا الغطاء باستمرار بسبب الانقسام. يشارك في التفاعلات الجيولوجية الإيجابية (اتجاه نمو الجذور نحو مركز الأرض).

تنقسم خلايا منطقة الانقسام بنشاط، ويبلغ طول هذه المنطقة أنواع مختلفةوفي جذور مختلفةمن نفس النبات ليس هو نفسه.

خلف منطقة التقسيم توجد منطقة امتداد (منطقة النمو). طول هذه المنطقة لا يتجاوز بضعة ملليمترات.

مع اكتمال النمو الخطي، تبدأ المرحلة الثالثة من تكوين الجذر - يتم تشكيل منطقة تمايز وتخصص الخلايا (أو منطقة شعر الجذر والامتصاص). في هذه المنطقة، يتم تمييز الطبقة الخارجية من Epiblema (Rizoderm) مع شعر الجذر، وطبقة القشرة الأولية والأسطوانة المركزية.

هيكل الشعر الجذري

الشعيرات الجذرية هي نتوءات طويلة للغاية من الخلايا الخارجية التي تغطي الجذر. عدد الشعيرات الجذرية كبير جداً (لكل 1 مم2 من 200 إلى 300 شعرة). طولها يصل إلى 10 ملم. يتشكل الشعر بسرعة كبيرة (في شتلات شجرة التفاح الصغيرة خلال 30-40 ساعة). الشعر الجذري قصير العمر. تموت بعد 10-20 يومًا، وتنمو أخرى جديدة على الجزء الصغير من الجذر. وهذا يضمن تطوير آفاق تربة جديدة من الجذور. ينمو الجذر باستمرار، مكونًا المزيد والمزيد من مناطق الشعر الجذري. لا يمكن للشعر أن يمتص فقط حلول جاهزةولكنها تساهم أيضًا في إذابة بعض مواد التربة، ومن ثم امتصاصها. منطقة الجذر التي ماتت فيها الشعيرات الجذرية تكون قادرة على امتصاص الماء لفترة من الوقت، لكنها تصبح بعد ذلك مغطاة بسدادة وتفقد هذه القدرة.

قشرة الشعر رقيقة جداً، مما يسهل امتصاص العناصر الغذائية. تقريبا الخلية الشعرية بأكملها مشغولة بفجوة محاطة بطبقة رقيقة من السيتوبلازم. النواة موجودة في أعلى الخلية . يتم تشكيل غلاف مخاطي حول الخلية، مما يعزز التصاق شعر الجذر بجزيئات التربة، مما يحسن ملامستها ويزيد من محبة النظام للماء. يتم تسهيل الامتصاص عن طريق إفراز الأحماض (الكربونية، الماليكية، الستريكية) عن طريق شعيرات الجذور التي تعمل على إذابة الأملاح المعدنية.

تلعب الشعيرات الجذرية أيضًا دورًا ميكانيكيًا، فهي بمثابة دعم لطرف الجذر الذي يمر بين جزيئات التربة.

تحت المجهر، يظهر مقطع عرضي للجذر في منطقة الامتصاص تركيبه على المستوى الخلوي والأنسجة. يوجد على سطح الجذر جذور الجلد وتحته لحاء. الطبقة الخارجيةالقشرة هي الجلد الخارجي، والداخل منها هو الحمة الرئيسية. تؤدي خلاياها الحية ذات الجدران الرقيقة وظيفة تخزين، حيث تقوم بتوصيل المحاليل الغذائية في اتجاه شعاعي - من أنسجة الشفط إلى أوعية الخشب. كما أنها تحتوي على تركيب عدد من المواد ذات الأهمية الحيوية للنبات. المواد العضوية. الطبقة الداخلية للقشرة هي الأديم الباطن. المحاليل المغذية التي تدخل الاسطوانة المركزية من القشرة عبر خلايا الأديم الباطن تمر فقط عبر البروتوبلاست للخلايا.

يحيط اللحاء بالأسطوانة المركزية للجذر. يحدها طبقة من الخلايا التي تحتفظ بالقدرة على الانقسام لفترة طويلة. هذه دراجة هوائية. تؤدي الخلايا الهوائية إلى ظهور جذور جانبية وبراعم عرضية وأنسجة تعليمية ثانوية. إلى الداخل من الدراجة الهوائية، في وسط الجذر، توجد أنسجة موصلة: اللحاء والخشب. معًا يشكلون حزمة موصلة شعاعية.

ينقل الجهاز الوعائي الجذري الماء والمعادن من الجذر إلى الساق (تيار صاعد) والمواد العضوية من الجذع إلى الجذر (تيار تنازلي). وهو يتألف من حزم ليفية وعائية. المكونات الرئيسية للحزمة هي أقسام اللحاء (التي تنتقل من خلالها المواد إلى الجذر) والنسيج الخشبي (الذي تنتقل من خلاله المواد من الجذر). العناصر الموصلة الرئيسية للحاء هي أنابيب الغربال، الخشب - القصبة الهوائية (الأوعية) والقصبات الهوائية.

عمليات الحياة الجذرية

نقل الماء في الجذر

امتصاص الماء بواسطة شعيرات الجذر من المحلول المغذي للتربة وتوصيله في اتجاه شعاعي على طول خلايا القشرة الأولية عبر خلايا المرور في الأديم الباطن إلى نسيج الحزمة الوعائية الشعاعية. تسمى شدة امتصاص الماء بواسطة الشعيرات الجذرية قوة الشفط (S)، وهي تساوي الفرق بين الضغط الأسموزي (P) والضغط الممتلئ (T): S=P-T.

عندما يكون الضغط الأسموزي مساويًا لضغط الامتلاء (P=T)، ثم S=0، يتوقف الماء عن التدفق إلى خلية الشعر الجذرية. إذا كان تركيز المواد في المحلول المغذي للتربة أعلى منه داخل الخلية، فإن الماء سيترك الخلايا وسيحدث تحلل البلازما - سوف تذبل النباتات. لوحظت هذه الظاهرة في ظروف التربة الجافة، وكذلك مع الاستخدام المفرط. الأسمدة المعدنية. داخل الخلايا الجذرية، تزداد قوة الشفط للجذور من الأديم الجذري نحو الأسطوانة المركزية، فيتحرك الماء على طول تدرج التركيز (أي من مكان بتركيز أعلى إلى مكان بتركيز أقل) ويحدث ضغطًا على الجذر، مما يؤدي إلى يرفع عمود الماء عبر أوعية الخشب مكونًا تيارًا صاعدًا. يمكن العثور على هذا على جذوع خالية من الأوراق في الربيع عندما يتم جمع "النسغ"، أو على جذوع مقطوعة. يُطلق على تدفق الماء من الخشب والجذوع والأوراق الطازجة اسم "بكاء" النباتات. عندما تتفتح الأوراق، فإنها تخلق أيضًا قوة شفط وتجذب الماء إلى نفسها - يتشكل عمود مستمر من الماء في كل وعاء - توتر شعري. ضغط الجذر هو المحرك السفلي لتدفق المياه، وقوة الشفط للأوراق هي المحرك العلوي. ويمكن تأكيد ذلك باستخدام تجارب بسيطة.

امتصاص الماء عن طريق الجذور

هدف:معرفة الوظيفة الأساسية للجذر.

الذي نفعله:نبات ينمو على نشارة الخشب الرطبة، تخلص من نظام جذره واغمس جذوره في كوب من الماء. لحمايته من التبخر، اسكبي طبقة رقيقة من الزيت النباتي فوق الماء وحدد مستواه.

ما نراه:وبعد يوم أو يومين، انخفض الماء الموجود في الحاوية إلى ما دون العلامة.

نتيجة:وبالتالي، امتصت الجذور الماء وأصعدته إلى الأوراق.

يمكنك أيضًا إجراء تجربة أخرى لإثبات امتصاص الجذر للعناصر الغذائية.

الذي نفعله:قطع جذع النبات، وترك الجذع بارتفاع 2-3 سم أنبوب المطاطبطول 3 سم، وفي الطرف العلوي نضع أنبوبة زجاجية منحنية بارتفاع 20-25 سم.

ما نراه:المياه في أنبوب زجاجييرتفع ويتدفق.

نتيجة:وهذا يثبت أن الجذر يمتص الماء من التربة إلى الجذع.

هل تؤثر درجة حرارة الماء على شدة امتصاص الجذور للماء؟

هدف:اكتشف كيف تؤثر درجة الحرارة على وظيفة الجذر.

الذي نفعله:يجب أن يكون كوب واحد معه ماء دافئ(+17-18 درجة مئوية)، والآخر بالبرد (+1-2 درجة مئوية).

ما نراه:في الحالة الأولى، يتم إطلاق الماء بكثرة، في الثانية - قليلا، أو يتوقف على الإطلاق.

نتيجة:وهذا دليل على أن درجة الحرارة تؤثر بشكل كبير على وظيفة الجذر.

يمتص الماء الدافئ بنشاط من الجذور. يزداد ضغط الجذر.

يتم امتصاص الماء البارد بشكل سيئ من قبل الجذور. في هذه الحالة، ينخفض ​​ضغط الجذر.

التغذية المعدنية

الدور الفسيولوجي المعادنكبيرة جدًا. فهي الأساس لتخليق المركبات العضوية، وكذلك العوامل التي تتغير الحالة الفيزيائيةالغرويات، أي. تؤثر بشكل مباشر على عملية التمثيل الغذائي وبنية البروتوبلاست. بمثابة محفزات للتفاعلات الكيميائية الحيوية. تؤثر على تورم الخلايا ونفاذية البروتوبلازم. هي مراكز الظواهر الكهربائية والإشعاعية في الكائنات النباتية.

لقد ثبت أن التطور الطبيعي للنبات لا يمكن تحقيقه إلا إذا كان هناك ثلاثة معادن غير معدنية في المحلول المغذي - النيتروجين والفوسفور والكبريت وأربعة معادن - البوتاسيوم والمغنيسيوم والكالسيوم والحديد. كل عنصر من هذه العناصر لديه المعنى الفرديولا يمكن استبداله بآخر. هذه عناصر كبيرة، تركيزها في النبات هو 10 -2 -10٪. لتطور النبات الطبيعي، هناك حاجة إلى العناصر الدقيقة، وتركيزها في الخلية هو 10 -5 -10 -3٪. وهي البورون والكوبالت والنحاس والزنك والمنغنيز والموليبدينوم وغيرها. كل هذه العناصر موجودة في التربة، ولكن في بعض الأحيان في كميات غير كافية. لذلك تضاف الأسمدة المعدنية والعضوية إلى التربة.

ينمو النبات ويتطور بشكل طبيعي إذا كانت البيئة المحيطة بالجذور تحتوي على كل ما يلزم العناصر الغذائية. هذه البيئة لمعظم النباتات هي التربة.

تنفس الجذور

للنمو الطبيعي وتطور النبات، من الضروري أن يتلقى الجذر هواء نقي. دعونا نتحقق مما إذا كان هذا صحيحا؟

هدف:هل يحتاج الجذر للهواء؟

الذي نفعله:لنأخذ سفينتين متطابقتين بالماء. وضع الشتلات النامية في كل وعاء. نقوم كل يوم بتشبع الماء في أحد الأوعية بالهواء باستخدام زجاجة رذاذ. صب طبقة رقيقة من الزيت النباتي على سطح الماء في الوعاء الثاني، حيث أنه يؤخر تدفق الهواء إلى الماء.

ما نراه:بعد مرور بعض الوقت، سيتوقف النبات الموجود في الوعاء الثاني عن النمو ويذبل ويموت في النهاية.

نتيجة:يحدث موت النبات بسبب نقص الهواء اللازم لتنفس الجذر.

تعديلات الجذر

تقوم بعض النباتات بتخزين العناصر الغذائية الاحتياطية في جذورها. أنها تتراكم الكربوهيدرات والأملاح المعدنية والفيتامينات وغيرها من المواد. تنمو هذه الجذور بشكل كبير وتكتسب سمكًا غير عادي مظهر. ويشارك كل من الجذر والساق في تكوين المحاصيل الجذرية.

الجذور

إذا تراكمت المواد الاحتياطية في الجذر الرئيسي وعند قاعدة جذع اللقطة الرئيسية، تتشكل الخضروات الجذرية (الجزر). النباتات التي تشكل المحاصيل الجذرية هي في الغالب نباتات كل سنتين. في السنة الأولى من الحياة، لا تتفتح وتتراكم الكثير من العناصر الغذائية في الجذور. وفي الثانية، تزدهر بسرعة، وذلك باستخدام العناصر الغذائية المتراكمة وتشكيل الفواكه والبذور.

الدرنات الجذرية

في الداليا، تتراكم المواد الاحتياطية في الجذور العرضية، وتشكل درنات جذرية.

العقيدات البكتيرية

لقد تغيرت الجذور الجانبية للبرسيم والترمس والبرسيم بشكل غريب. تستقر البكتيريا في الجذور الجانبية الشابة، مما يعزز امتصاص النيتروجين الغازي من هواء التربة. تأخذ هذه الجذور مظهر العقيدات. وبفضل هذه البكتيريا، تستطيع هذه النباتات العيش في تربة فقيرة بالنيتروجين وتجعلها أكثر خصوبة.

ستيلاتيس

المنحدر الذي ينمو في منطقة المد والجزر يطور جذورًا مرتكزة. لديهم براعم مورقة كبيرة على تربة طينية غير مستقرة مرتفعة فوق الماء.

هواء

ش النباتات الاستوائيةالذين يعيشون على أغصان الأشجار، تتطور الجذور الهوائية. غالبًا ما توجد في بساتين الفاكهة والبروميليا وبعض السرخس. الجذور الهوائيةتتدلى بحرية في الهواء، دون أن تصل إلى الأرض وتمتص الرطوبة من المطر أو الندى الذي يسقط عليها.

الكامشات

في النباتات المنتفخة والقرم، مثل الزعفران، يوجد بين الجذور العديدة الشبيهة بالخيوط عدة جذور أكثر سمكًا تسمى الجذور الضامة. ومن خلال الانقباض، تسحب هذه الجذور القرع إلى أعماق التربة.

عمودي

تقوم نباتات اللبخ بتطوير جذور عمودية فوق سطح الأرض أو جذور داعمة.

التربة كموطن للجذور

التربة للنباتات هي الوسيلة التي تتلقى منها الماء والمواد المغذية. تعتمد كمية المعادن الموجودة في التربة على الخصائص المحددة للأم صخر، نشاط الكائنات الحية، من نشاط حياة النباتات نفسها، من نوع التربة.

تتنافس جزيئات التربة مع الجذور على الرطوبة، وتحتفظ بها على سطحها. هذا هو ما يسمى المياه المربوطة، والتي تنقسم إلى استرطابي وفيلم. يتم تثبيته في مكانه بواسطة قوى الجذب الجزيئي. يتم تمثيل الرطوبة المتوفرة للنبات بـ المياه الشعريةوالتي تتركز في المسام الصغيرة للتربة.

تتطور علاقة عدائية بين الرطوبة ومرحلة الهواء في التربة. كلما زادت المسام الكبيرة في التربة، كان نظام الغاز في هذه التربة أفضل، وأقل رطوبة التربة. يتم الحفاظ على نظام الماء والهواء الأكثر ملاءمة في التربة الهيكلية، حيث يوجد الماء والهواء في وقت واحد ولا يتداخلان مع بعضهما البعض - يملأ الماء الشعيرات الدموية داخل الوحدات الهيكلية، ويملأ الهواء المسام الكبيرة بينهما.

ترتبط طبيعة التفاعل بين النبات والتربة إلى حد كبير بقدرة التربة على الامتصاص - أي القدرة على الاحتفاظ بالمركبات الكيميائية أو ربطها.

تحلل النباتات الدقيقة في التربة المواد العضوية إلى مركبات أبسط وتشارك في تكوين بنية التربة. وتعتمد طبيعة هذه العمليات على نوع التربة، التركيب الكيميائي بقايا النباتات، الخصائص الفسيولوجية للكائنات الحية الدقيقة وعوامل أخرى. تشارك حيوانات التربة في تكوين بنية التربة: الطحالب، يرقات الحشرات، الخ.

نتيجة لمزيج من العوامل البيولوجية و العمليات الكيميائيةيتكون في التربة مجمع معقد من المواد العضوية، والذي يتم دمجه مع مصطلح "الدبال".

طريقة زراعة المياه

تم تحديد الأملاح التي يحتاجها النبات وتأثيرها على نموه وتطوره من خلال تجربة المحاصيل المائية. طريقة زراعة المياه هي زراعة النباتات ليس في التربة، ولكن في محلول مائي من الأملاح المعدنية. اعتمادًا على هدف التجربة، يمكنك استبعاد ملح معين من المحلول أو تقليل محتواه أو زيادته. وقد وجد أن الأسمدة التي تحتوي على النيتروجين تعزز نمو النبات، وتلك التي تحتوي على الفوسفور تعزز النضج السريع للفواكه، وتلك التي تحتوي على البوتاسيوم تعزز التدفق السريع للمواد العضوية من الأوراق إلى الجذور. وفي هذا الصدد، يوصى باستخدام الأسمدة التي تحتوي على النيتروجين قبل الزراعة أو في النصف الأول من الصيف، وتلك التي تحتوي على الفوسفور والبوتاسيوم - في النصف الثاني من الصيف.

وباستخدام طريقة الاستزراع المائي، كان من الممكن تحديد ليس فقط حاجة النبات للعناصر الكبيرة، ولكن أيضًا توضيح دور العناصر الدقيقة المختلفة.

حاليًا، هناك حالات يتم فيها زراعة النباتات باستخدام طرق الزراعة المائية والهوائية الهوائية.

الزراعة المائية هي زراعة النباتات في حاويات مملوءة بالحصى. حل المغذياتتحتوي العناصر الضرورية، يتم تغذيتها في الأوعية من الأسفل.

Aeroponics هي الثقافة الهوائية للنباتات. باستخدام هذه الطريقة، يكون نظام الجذر في الهواء ويتم رشه تلقائيًا (عدة مرات خلال ساعة) بمحلول ضعيف من الأملاح الغذائية.

ينتقل الماء الذي يدخل إلى الخلايا الجذرية تحت تأثير الاختلاف في إمكانات الماء الناتج عن النتح وضغط الجذر إلى العناصر الموصلة في نسيج الخشب. وفقا للمفاهيم الحديثة، يمكن للمياه في نظام الجذر أن تتحرك في الاتجاه الشعاعي بثلاث طرق: أبوبلاسي، متماثل، عبر الغشاء.

أثناء النقل على طول الأبوبلاست، يتحرك الماء على طول جدران الخلايا دون المرور عبر الأغشية.

أثناء نقل Symplast، يخترق الماء الخلية من خلال غشاء شبه منفذ ثم يتحرك على طول البروتوبلاستات للخلايا، التي ترتبط ببعضها البعض بواسطة العديد من البلازموديماتا.

في النقل عبر الغشاء، يتدفق الماء عبر الخلايا ويعبر غشاءين بلازميين على الأقل.

تحدث حركة الماء على طول لحاء الجذر بشكل رئيسي على طول الأبوبلاست، حيث تواجه مقاومة أقل، وجزئيًا فقط على طول السيمبلاست.

ينقطع المسار الأبوبلاستيكي في الأديم الباطن بسبب وجود أحزمة كاسباريان. في الوقت نفسه، لا يوجد سوبرين في الجزء القمي، وبالتالي فإن الماء يخترق بسهولة من خلال البشرة الداخلية. في الوقت نفسه، في الأجزاء الفرعية من الجذر، يمكن أن يمر الماء عبر خلايا المرور.

ومع ذلك، فإننا نتعامل مع مقياس التناضح، حيث يوجد غشاء شبه منفذ في خلايا الأديم الباطن. يندفع الماء عبر هذا الغشاء نحو إمكانات مائية أقل (أكثر سلبية). بعد ذلك، يدخل الماء إلى أوعية الخشب. وفقًا لفرضية كرافتس، فإن هذا نتيجة لإطلاق الأملاح في أوعية الخشب، مما يؤدي إلى زيادة التركيز هناك، وتصبح إمكانات المياه أكثر سلبية. من المفترض أنه نتيجة للاستهلاك النشط للأملاح، فإنها تتراكم في الخلايا الجذرية. في الوقت نفسه، تكون شدة التنفس في الخلايا المحيطة بأوعية الخشب (الدراجة الهوائية) منخفضة جدًا، ولا تحتفظ بالأملاح، وبالتالي يتم امتصاصها في الأوعية. يعتمد النقل المائي بشكل أساسي على شدة عملية التنفس.

عند وضع النباتات في ظروف تمنع تنفس الجذور ( درجة حرارة منخفضة، اللاهوائية أو وجود سموم الجهاز التنفسي)، فهي تنقل مياه اقل. ومن المفترض أن يكون هذا بسبب تعطيل نشاط الأكوابورين. إن تثبيط نقل الماء في الجذور في ظل الظروف الهوائية قد يفسر حقيقة ذبول النباتات في التربة المشبعة بالمياه. تحدث حركة إضافية للمياه من خلال نظام الأوعية الدموية للجذر والساق والأوراق. تتكون العناصر الموصلة للنسيج من الأوعية والقصبة الهوائية. أظهرت تجارب الرنين أن التدفق التصاعدي للمياه عبر النبات يتحرك بشكل أساسي على طول نسيج الخشب. في العناصر الموصلة للخشب، يواجه الماء مقاومة قليلة، مما يسهل بشكل طبيعي حركة الماء عبر مسافات طويلة. صحيح أن كمية صغيرة من الماء تتحرك خارج نظام الأوعية الدموية. علاوة على ذلك، بالمقارنة مع نسيج الخشب، فإن مقاومة الأنسجة الأخرى لحركة الماء أكبر بكثير. وهذا يؤدي إلى حقيقة أن 1 إلى 10٪ فقط من إجمالي تدفق المياه يتحرك خارج نسيج الخشب.

من أوعية الساق يدخل الماء إلى أوعية الورقة. ينتقل الماء من الجذع عبر سويقات أو غمد الورقة إلى الورقة. في نصل الورقة، توجد أوعية موصلة للماء في الأوردة. الأوردة، المتفرعة تدريجيا، تصبح أصغر حجما على نحو متزايد. كلما زادت كثافة شبكة الأوردة، قلت مقاومة الماء عند الانتقال إلى خلايا الميزوفيل في الورقة. وفي هذا الصدد تعتبر كثافة تعرق الأوراق من أهم علامات البنية xeromorphic - سمة مميزةنباتات مقاومة للجفاف.

ينتقل الماء من خلية إلى أخرى بسبب تدرج الماء المحتمل. لا تحدث حركة الماء من خلية إلى أخرى في حمة الورقة على طول السيمبلاست، ولكن بشكل رئيسي على طول جدران الخلايا، حيث تكون المقاومة أقل بكثير.

يتحرك الماء عبر الأوعية بسبب تدرج إمكانات الماء الناتجة عن النتح، التدرج طاقة حرة(من نظام يتمتع بقدر أكبر من حرية الطاقة إلى نظام يتمتع بقدر أقل من الحرية).

في الوقت نفسه، تم الحصول على بيانات تجريبية لا تسمح لنا بالنظر في قوة النتح باعتبارها القوة الوحيدة التي تحدد التدفق التصاعدي للمياه عبر النبات. وهكذا، فقد تبين أن التدفق التصاعدي للمياه يمكن أن يحدث في غياب النتح. إن التجارب التي تظهر الإفراز الإيقاعي للماء السائل بواسطة الخلايا الثغرية، وكذلك اعتماد حركة الماء على الطاقة الداخلية التي توفرها عملية التنفس، تؤدي إلى نفس النتيجة. وهذا يسمح لنا بافتراض أن القوة الدافعة لنقل المياه في النبات هي مجموع مكونين مختلفين تمامًا في الطبيعة، يُطلق عليهما تقليديًا اسم التمثيل الغذائي والاسموزي.

يتم تمثيل المكون الأسموزي في الجذور من خلال ظواهر تناضحية بحتة، في الساق والأوراق - من خلال مشروع هيدروستاتيكي ناتج عن تدرج إمكانات المياه في نظام الغلاف الجوي للتربة والنبات.

يؤدي إطلاق الماء إلى انخفاض في التورم وإمكانات المياه بشكل عام، مما يخلق المتطلبات الأساسية لامتصاص الجزء التالي من الماء، مما يؤدي مرة أخرى إلى زيادة إمكانات المياه حتى تتحول من السالب إلى الموجب. بعد ذلك، يحدث انكماش جديد. إنها مرحلة الانكماش التي تحدث بمشاركة الأنظمة الانقباضية وتتطلب إنفاق الطاقة. ومع ذلك، يتم امتصاص الماء وإطلاقه على طول تدرج إمكانات الماء، وليس ضده، ᴛ.ᴇ. ووفقا لهذا المخطط، يكون النقل المائي بالمعنى الديناميكي الحراري سلبيا.

التذبذبات الدقيقة للضغط الهيدروستاتيكي لخلايا الحمة الناشئة عن النشاط الإيقاعي للجهاز الانقباضي داخل الخلايا هي آلية تخلق تدرجات محلية لإمكانات المياه على طول مسار تدفق المياه وبالتالي تنظم سرعة هذا التيار. وبفضل هذا يتم تشكيل المكون الأيضي القوة الدافعةنقل الماء في النبات والذي يلعب دوراً حاسماً في النظام المشتركالتنظيم الداخلي. تحت تأثير مثبطات الأنظمة الانقباضية أو الفسفرة التأكسدية (أي عند انقطاع إمدادات الطاقة)، ​​يختفي الطور المضاد، وتختفي التذبذبات الذاتية ويتم منع نقل المياه.

تعتمد درجة شد خيوط الماء في الأوعية على نسبة عمليتي امتصاص الماء وتبخره. كل هذا يسمح للكائن النباتي بالحفاظ على نظام مائي واحد وليس بالضرورة تجديد كل قطرة من الماء المتبخر. ومع ذلك، مع إمدادات المياه العادية، يتم إنشاء استمرارية المياه في نظام الغلاف الجوي للتربة والنبات. في حالة دخول الهواء إلى أجزاء فردية من الأوعية (الانسداد)، يتم إيقافها عن التدفق العام للمياه.

دخول الماء إلى النبات وحركته في جميع أنحاء النبات. - المفهوم والأنواع. تصنيف ومميزات فئة "دخول الماء إلى النبات وحركته في جميع أنحاء النبات." 2017، 2018.

§ 1 ملامح بنية الجذر

إحدى الوظائف الرئيسية لجذر النبات هي امتصاص الماء والمعادن الذائبة فيه من التربة. فيما يتعلق بهذه الوظيفة، يحتوي الجذر على ميزات خارجية و الهيكل الداخلي. دعونا نلقي نظرة فاحصة. جميع أنواع الجذور في نظام الجذر: الرئيسية، الجانبية، العرضية، لها أوجه تشابه في البنية.

تتفرع جميع الجذور، وتنمو في الأعلى ولا تحتوي على أوراق أبدًا. طرف الجذر محمي بغطاء مكون من عدة طبقات من الخلايا الميتة - غطاء الجذر. وتتمثل مهمتها في حماية منطقة تقسيم الجذر من الأضرار الميكانيكية. يتم تجديد خلايا الغطاء باستمرار بسبب الانقسام، وهي خلايا الأنسجة التعليمية - Meristems. تضيف بعض الخلايا المرستيمية طبقات جديدة إلى كل من الجذر وقلنسوة الجذر.

خلف منطقة الانقسام توجد منطقة استطالة، حيث لم تعد الخلايا تنمو، بل تمتد فقط. في هذه المنطقة، يطول الجذر ويدفع منطقة التقسيم إلى الأمام. أبعد من منطقة التمدد توجد منطقة الشفط. وهو جزء من الجذر مغطى بكثافة بشعيرات الجذر. الشعر الجذري هو ثمرة لخلية البشرة الجذرية، أي الطبقة غلافية. تعمل هذه الخلايا على زيادة سطح امتصاص محاليل التربة. يمكن أن تتحرك منطقة الشفط تدريجيًا على طول الجذر: تظهر شعيرات جذر جديدة عند الحافة الأمامية لهذه المنطقة، وتموت الشعيرات القديمة تدريجيًا في الخلف. ونتيجة لهذه العملية، تتحرك منطقة الشفط ببطء إلى عمق التربة. هناك أيضًا منطقتان أخريان على الجذر: المتفرعة، حيث تتشكل الجذور الجانبية، ومنطقة التوصيل، الموجودة أعلاه. منطقة التوصيل هي المسؤولة عن نقل المياه والمعادن إلى أعضاء النبات الموجودة فوق سطح الأرض ونقل المواد العضوية من الجذع إلى الجذر، وتعمل أيضًا كدعم.

§ 2 حركة الماء خلال النبات

كيف تحصل كل خلية نباتية على الماء من التربة؟ يتم امتصاص الماء من التربة عن طريق الشعيرات الجذرية بسبب تراكم الضغط داخل هذه الخلايا. وتسمى هذه الظاهرة ضغط الجذر. أبعد من الخلايا ذات الشعر الجذري المحلول المائييتسرب إلى خلايا الجذر وينتقل من خلية إلى أخرى ويدخل إلى الأوعية. يرتفع الماء من خلال أوعية الجذر أولاً إلى الساق، ومن خلال أوعية الجذع إلى أوراق النبات.

يتحرك الماء إلى أعلى عبر أوعية الأنسجة الموصلة (نسيج الخشب)، ليس فقط بسبب ضغط الجذر، ولكن أيضًا بسبب تبخر الماء في الأوراق. يؤدي نقص الماء في الأوراق إلى التوتر السطحي في أوعية الخشب، والتي يمكن أن تسحب عمود الماء بأكمله، مما يخلق تدفقًا جماعيًا. علاوة على ذلك، ينتشر الماء على طول نسيج الخشب في جميع أنحاء النبات ويستخدم في عمليات التمثيل الغذائي والمواد والتمثيل الضوئي والتبخر.

§ 3 جذور نباتات محبة للرطوبة ومقاومة للجفاف

تختلف جذور النباتات المحبة للرطوبة والمقاومة للجفاف في الطول والسمك والموقع في التربة. ويمكن لجذور بعض النباتات أن تصل إلى أعماق تصل إلى 15 مترًا، وبذلك تصل إلى المخرج المياه الجوفيةالخامس المناطق الجافة. على سبيل المثال، تصل جذور عباد الشمس إلى 3 أمتار. بفضل الجذر الرئيسي الذي يخترق العمق بسرعة ونظام المتفرعة القوي من الجذور الجانبية والجذور، يمكن لعباد الشمس أن يتحمل الجفاف ويمتص العناصر الغذائية ورطوبة التربة جيدًا. لكن في الخيار، غالبًا ما يظل عمق الجذر على عمق لا يزيد عن نصف متر ويقع الجذر "في العرض"، ويحتل مساحة معينة.

مثل جميع الخلايا، تحتاج الخلايا الجذرية إلى التنفس. يمتصون الأكسجين من التربة ويطلقونه فيها ثاني أكسيد الكربون. ولذلك بالنسبة للكثيرين النباتات المزروعةيستخدمون طرقًا لإثراء التربة بالأكسجين - التخفيف والحرث والترويع.

في التربة الدافئة، تمتص الجذور الرطوبة بشكل أفضل من التربة الباردة. لذلك، بالنسبة للنباتات المحبة للحرارة في حديقتنا، نستخدم غطاء للأسرة - الخث أو الفيلم.

هل لاحظت أن العديد من البستانيين الذين يزرعون الطماطم يقومون بزراعة شتلاتهم في الربيع عن طريق قطع الجزء العلوي من الجذر. لماذا يفعلون ذلك؟ لكي يتطور النبات بشكل أسرع، فإنه يحتاج إلى الكثير من الماء والتغذية.

سيتم ضمان هذه العمليات من خلال نظام جذر قوي. ويحدث تطور تفرع الجذر عندما لا ينمو الجذر الرئيسي في الطول، ولهذا السبب يتم تثبيته.

§ 4 ملخص موجزحول موضوع الدرس

1. يرتبط هيكل الجذر بوظيفته الرئيسية - امتصاص الماء ونقله إلى براعم النبات.

2 بوصة الهيكل الخارجييمكن تقسيم الجذر إلى المناطق التالية: منطقة التقسيم (مع غطاء الجذر)، ومنطقة الاستطالة، ومنطقة الامتصاص، ومنطقة التفرع، ومنطقة التوصيل.

3. يمتص الجذر الماء نتيجة ضغط الجذر وقوة التبخر من سطح الأوراق.

4. لنمو الجذور يلزم ما يلي: رطوبة التربة والأكسجين والحرارة.

الصور المستخدمة: