4. Поглощение воды растением

   1. Особенности корневой системы как органа поглощения воды

Нормальный ход процессов жизнедеятельности в растении может быть обеспечен только при поддержании относительного постоянства оводненности тканей. Расход на транспирацию дол­жен полностью компенсироваться поступлением воды из воз­можно большего объема почвы. За счет диффузии влага в почве передвигается медленно - не более чем на 1 см в сутки. Поэтому поглотительная деятельность корня непосредственно связана с его ростовой функцией. В почве не вода движется к корню, а корень должен устремляться за водой.

Н. А. Максимов (1952) очень образно об этом писал: «Корневая система растении все время движется в почве вперед и вперед, словно огромная стая роющих животных, обсасывая каждую встречную песчинку и слизывая с нее, если можно так выразиться, тончайшие плен­ки воды, которые ее одевают».

Поэтому корневая система отличается очень большими размерами и обладает способностью к ветвлению. Общая по­верхность корней обычно превышает поверхность надземных ор­ганов в 140-150 раз. Плотность корней в пахотном слое, достаточная для поглощения воды древесными и травянистыми растениями, составляет 0,3-5 см/1 см³ почвы. Для успешного азотного питания требуется плотность 0,1-1 см/1 см³ почвы.

Уже у однолетнего сеянца яблони форми­руется 5-7 порядков ветвления корней общей протяженностью 250 м, а с корневыми волосками около 3 км. У взрослых деревьев корневая система измеряется десятками километров, при­чем примерно половина ее представлена сосущими корнями длиной до 5 мм.

Способность корней осваивать новые объемы почвы связана с наличием большого количества точек роста (ме­ристематические ткани составляют 10 % массы корня, в стебле только 1 %), высокой скоростью ростовых процессов (1-10 см/сутки) и положительным гидротропизмом.

Недостаток влаги в почве обычно вызывает торможение роста надземных органов, рост же корней сначала может даже ускоряться. Эта защитная реакция растения направлена на добывание воды, но она приводит к нарушению пропорции между надземной и корневой системами, следствием чего может быть снижение урожая.

Поглотительная функция корня обеспечивается особенностями анатомического строения (См. рисунок!). В корне выделяют четыре зоны: деления клеток, растяжения, всасывания (или корневых волосков) и проводящую (или опробковения). Зона деления клеток, защищенная корневым чехликом, нуждается в небольшом количестве воды. Клетки этой зоны характеризуются крупными ядрами, большой насыщенностью цитоплазмой, отсутствием вакуолей, первичным строением клеточных стенок. Их вод­ный потенциал определяется только матричными силами (_m).

В зоне растяжения начинается интенсивное поглощение воды за счет усиленного новообразования элементов цитоплазмы (их содержание возрастает в 1,5-2 раза), что увеличивает возможности матричного связывания воды, а также за счет образо­вания крупной центральной вакуоли, появляется второй ком­понент водного потенциала - осмотический. Одновременно с возрастанием объема вакуоли наблюдаются размягчение и растя­жение клеточных стенок. Благодаря эластичности они не оказы­вают сопротивления поглощению воды. Поэтому водный потенциал определяется суммой матричного и осмотического потен­циалов ( = _m + _),что обеспечивает колоссальную способность поглощать воду. Содержание воды в расчете на клетку возрастает от 1-510' в зоне деления до 6-3510 г при растяжении.

Зона корневых волосков является основной поглощающей зоной корня. Здесь на 1 мм находится 230-500 корневых волосков, что увеличивает активную поверхность в 10-15 раз. Сильная вакуолизация клеток этой зоны, высокая степень развития мем­бранных структур и упругость закончивших формирование кле­точных стенок обеспечивают надежные механизмы осмотической регуляции транспорта воды, в которых наряду с осмотическими силами большое значение имеет развиваемое гидростатическое давление ( = _ + _p)·

Проводящая зона корня характеризуется опробковением по­кровных тканей. Ее поглотительная функция заметно снижена, хотя показано, что опробковевшие части корня также могут по­глощать воду. Особое значение это имеет после окончания веге­тационного периода у многолетних растений.