Поглощение веществ корнем

У наземных растений основным органом поглощения минеральных веществ является корневая система. Корень в филогенезе растений появился как новообразование. после выхода растений на сушу. У первых наземных растений риниофитов еще тело не было расчленено на органы и они образовались после углубления нижней части таких растений в грунт. Ни аналогов, ни гомологов у корней не было. Это орган, возникший с появлением функции поглощения не только воды, но и минеральных веществ. До этого растение поглощали их всей поверхностью тела из воды. Эта способность растениями не утрачена до сих пор. Эта способность используется при выращивании растений, подкармливая их растворами минеральных веществ или стимуляторами роста и др. Современная корневая система это сложная и многофункциональная система, со специфической морфологической и анатомической структурой. полностью соответствующей поглотительной функции. Корен, сильно разветвляясь, развивает пространственную сеть, которая имеет большую величину поверхности. Различают общую поверхность – это поверхность всего корня. Всасывающую – зона растяжения и корневых волосков, занимающая всего несколько см, расположенной за зоной деления, и рабочую, куда вместе с всасывающей входит и зона ветвления и проведения, достигающая иногда нескольких метров, но не всасывающих минеральных веществ. Корневая система в зоне всасывания поглощает минеральные веществ в только в виде ионов, т.е. отдельно катионы и анионы солей, а не соли. Кроме того они поглощают и некоторые органические веществ: простые Сахара, фитогормоны, витамины, простые аминокислоты. Установлено, что корни могут выделять ряд ферментов, разлагающие органических веществ, и поглощать фрагменты их распада. Корни не пассивно, а активно и избирательно поглощают питательные веществ, о чем свидетельствуют следующие факты: 1. Избирательное поглощение и накопление веществ в клетках против градиента концентрации. Содержание веществ в корне может бать больше в десятки, сотни и даже тысячи раз, по сравнению с содержанием в окружающей среде 2.Независимое поглощение минеральных веществ от поглощения воды, об этом свидетельствуют опыты при которых, отсутствие транспирации и поглощения воды не препятствовало поглощения минеральных веществ. 3.Различные питательные вещества солей поступают с разной скоростью, что связано со степенью их потребности растением. Так если взять соль (NH₄)₂SO₄ то значительно интенсивнее поглощается азотистый катион NH₄⁺_, а анион SO₄^–, требуемого значительно в меньших количествах, накапливается, и сильно подкисляет среду. Напротив у соли NaNO₃ интенсивнее поглощается анион, а катион Na⁺ накапливаясь, создает щелочную среду. А в такой соли как NH₄NO₃ поглощаются корнями растений почти одинаково, сохраняют среду нейтральной. Потому первая соль называется физиологически кислой, вторая – физиологически щелочной, третья – физиологически нейтральной. Это надо учитывать при их использовании в качестве удобрений на почвах с различной реакцией рН среды, или при смеси удобрений. 4. Поглощение связано с затратой энергии дыхания, интенсивностью обмела веществ. Если подавить дыхание дыхательным ядом, или создать анаэробные условия, поглощение веществ снижается (рис.), Чем выше эти показатели, тем выше поглощение веществ. 5. Корни благодаря корневым выделениям кислот, ферментов и других соединений способны переводить труднорастворимые минеральные вещества в доступные. Каким же путем и механизмами поступают питательные вещества в клетки корня? Поступление веществ в цитоплазму клеток корня, как и всех клеток растения имеет ряд взаимодополняющих механизмов. Активное поступление связано с затратой энергии и происходит против градиента концентрации, оно связано с проникновением через мембрану цитоплазмы с помощью специфических мембранных белковых переносчиков, протонной (Н⁺) помпы, ионных насосов с участием АТФ-аз: Н⁺-АТФ-аза, К,Na-АТФ-аза и др. Активный транспорт связан с избирательным поглощение питательных веществ. Пассивный транспорт, происходит без затраты энергии дыхания путем диффузии по градиенту концентрации.(рис.) Наибольшей поглотительной способностью обладает зона корневых волосков. Значительная часть поглощаемых ею ионов передается в сосуды ксилемы и поступает в другие органы. Поступающие вещества в корень передвигаются от корневого волоска до ксилемы. Процесс поглощения и передвижения имеет четыре этапа: Первый этап связан с проникновением питательных веществ в корневой волосок. Он начинается с концентрации ионов адсорбцией на клеточную стенку, несущей заряды, затем проникновению их диффузией в свободное водное пространство клеточной стенки (рис.), накопление на границе с плазмалеммой, и активный транспорт через плазмалемму в цитоплазму активным путем с участием мембранных переносчиков. Второй этап связан с передвижением веществ по клеткам паренхимы коры. На этом пути питательные веществ перемещаются как по апопласту (свободному пространству клеточных стенок), где они не испытывает большого сопротивления и передвигаются довольно быстро, и по цитоплазме от клетки к клетке по плазмодесмам (симпласт). На этом этапе судьба минеральных веществ различна: часть концентрируется в органеллах клетки, другие проникают и накапливаются в вакуолях, или включаются в метаболизм клеток.

Рис. Водное свободное пространство первичной клеточной оболочки (в водном пространстве гидрозоли серебра).

На третьем этапе остальная масса концентрируется перед эндодермой, которая является физиологическим барьером на пути передвижения веществ. Эндодерма представлена непроницаемыми утолщенными стенками клеток (поясок Каспари) и только в местах, против клеток ксилемы у них сохраняются проницаемые пропускные клетки, через которые минеральные вещества по плазмодесмам проникают в центральный цилиндр и в сосуды ксилемы. Эндодерма является также преградой против выхода минеральных веществ обратно. Четвертый этап – передвижение минеральных веществ по ксилеме с водным током вверх в надземные органы с транспирационным током.

Дата добавления: 2014-01-03