Wurzel
Phylogenetisch entstand die Wurzel später als Stängel und Blatt – im Zusammenhang mit dem Übergang der Pflanzen zum Landleben und entstand wahrscheinlich aus wurzelartigen unterirdischen Ästen. Die Wurzel hat keine Blätter oder Knospen, die in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet sind. Es zeichnet sich durch ein apikales Längenwachstum aus, seine seitlichen Verästelungen gehen aus dem inneren Gewebe hervor, der Wachstumspunkt ist mit einer Wurzelkappe bedeckt. Das Wurzelsystem wird während des gesamten Lebens eines Pflanzenorganismus gebildet. Manchmal kann die Wurzel als Ablagerungsort in der Nährstoffversorgung dienen. In diesem Fall wird es geändert.
Wurzeltypen
Die Hauptwurzel wird aus der embryonalen Wurzel gebildet, wenn der Samen keimt. Von ihm erstrecken sich seitliche Wurzeln.
An Stängeln und Blättern entwickeln sich Adventivwurzeln.
Seitenwurzeln sind Zweige einer beliebigen Wurzel.
Jede Wurzel (Haupt-, Seiten-, Adventivwurzel) hat die Fähigkeit, sich zu verzweigen, was die Oberfläche des Wurzelsystems erheblich vergrößert, was zur besseren Stärkung der Pflanze im Boden und zur Verbesserung ihrer Ernährung beiträgt.
Arten von Wurzelsystemen
Es gibt zwei Haupttypen von Wurzelsystemen: zentral mit einer gut entwickelten Hauptwurzel und faserig. Das faserige Wurzelsystem besteht aus einer Vielzahl von Adventivwurzeln gleicher Größe. Die gesamte Wurzelmasse besteht aus Seiten- oder Adventivwurzeln und sieht aus wie ein Lappen.
Das stark verzweigte Wurzelsystem bildet eine riesige Aufnahmefläche. Zum Beispiel,
- die Gesamtlänge der Wurzeln von Winterroggen erreicht 600 km;
- Länge der Wurzelhaare - 10.000 km;
- Gesamtwurzeloberfläche - 200 m 2.
Dies ist ein Vielfaches der Fläche der oberirdischen Masse.
Wenn die Pflanze eine gut definierte Hauptwurzel hat und sich Adventivwurzeln entwickeln, dann bildet sich ein gemischtes Wurzelsystem (Kohl, Tomate).
Äußere Struktur der Wurzel. Innere Struktur der Wurzel
Root-Zonen
Wurzelkappe
Die Wurzel wächst an ihrer Spitze in die Länge, wo sich junge Zellen des Bildungsgewebes befinden. Der wachsende Teil ist mit einer Wurzelkappe bedeckt, die die Wurzelspitze vor Beschädigungen schützt und es der Wurzel erleichtert, sich während des Wachstums durch den Boden zu bewegen. Letztere Funktion wird durch die Eigenschaft der Außenwände der Wurzelkappe erfüllt, mit Schleim bedeckt zu werden, was die Reibung zwischen Wurzel und Bodenpartikeln verringert. Sie können sogar Bodenpartikel auseinanderdrücken. Die Zellen der Wurzelkappe sind lebendig und enthalten oft Stärkekörner. Die Zellen der Kappe werden durch Teilung ständig erneuert. Beteiligt sich an positiven geotropen Reaktionen (Wurzelwachstumsrichtung zum Erdmittelpunkt).
Die Zellen der Teilungszone teilen sich aktiv, die Länge dieser Zone ist bei verschiedenen Arten und bei verschiedenen Wurzeln derselben Pflanze nicht gleich.
Hinter der Teilungszone befindet sich eine Dehnungszone (Wachstumszone). Die Länge dieser Zone überschreitet einige Millimeter nicht.
Wenn das lineare Wachstum abgeschlossen ist, beginnt die dritte Stufe der Wurzelbildung - ihre Differenzierung, eine Zone der Differenzierung und Spezialisierung der Zellen (oder eine Zone der Wurzelhaare und der Absorption) wird gebildet. In dieser Zone werden bereits die äußere Schicht des Epiblems (Rhizoderm) mit Wurzelhaaren, die Schicht der Primärrinde und der Zentralzylinder unterschieden.
Wurzelhaarstruktur
Wurzelhaare sind stark verlängerte Auswüchse der äußeren Zellen, die die Wurzel bedecken. Die Anzahl der Wurzelhaare ist sehr groß (pro 1 mm 2 200 bis 300 Haare). Ihre Länge erreicht 10 mm. Haare bilden sich sehr schnell (bei jungen Apfelsämlingen in 30-40 Stunden). Wurzelhaare sind kurzlebig. Sie sterben nach 10-20 Tagen ab und neue wachsen auf dem jungen Teil der Wurzel. Dies gewährleistet die Erschließung neuer Bodenhorizonte durch die Wurzel. Die Wurzel wächst kontinuierlich und bildet immer neue Bereiche der Wurzelhaare. Die Haare können nicht nur fertige Stofflösungen aufnehmen, sondern auch zur Auflösung bestimmter Bodenstoffe beitragen und diese dann einsaugen. Der Bereich der Wurzel, wo die Wurzelhaare abgestorben sind, kann für einige Zeit Wasser aufnehmen, wird dann aber mit einem Kork bedeckt und verliert diese Fähigkeit.
Die Haarscheide ist sehr dünn, was die Aufnahme von Nährstoffen erleichtert. Fast die gesamte Haarzelle ist von einer Vakuole eingenommen, die von einer dünnen Zytoplasmaschicht umgeben ist. Der Zellkern befindet sich an der Spitze der Zelle. Um die Zelle bildet sich eine Schleimhülle, die die Adhäsion der Wurzelhaare mit Bodenpartikeln fördert, deren Kontakt verbessert und die Hydrophilie des Systems erhöht. Die Aufnahme wird durch die Freisetzung von Säuren (Kohlensäure, Äpfelsäure, Zitronensäure) durch die Wurzelhaare gefördert, die Mineralsalze auflösen.
Wurzelhaare spielen auch eine mechanische Rolle – sie dienen als Stütze für die Wurzelspitze, die zwischen Bodenpartikeln hindurchgeht.
Unter dem Mikroskop ist auf einem Querschnitt der Wurzel in der Absorptionszone ihre Struktur auf Zell- und Gewebeebene sichtbar. Auf der Wurzeloberfläche befindet sich das Rhizoderm, darunter die Rinde. Die äußere Schicht des Kortex ist das Exoderm, darin befindet sich das Hauptparenchym. Seine dünnwandigen lebenden Zellen erfüllen eine Speicherfunktion, führen Nährstofflösungen in radialer Richtung aus – vom Sauggewebe bis zu den Gefäßen des Holzes. Sie synthetisieren auch eine Reihe von organischen Substanzen, die für die Pflanze lebenswichtig sind. Die innere Schicht des Kortex ist Endoderm. Nährstofflösungen, die von der Rinde durch die Endodermzellen in den zentralen Zylinder fließen, passieren nur den Protoplasten der Zellen.
Die Rinde umgibt den zentralen Zylinder der Wurzel. Es grenzt an eine Schicht von Zellen, die ihre Teilungsfähigkeit für lange Zeit behalten. Dies ist der Pericyclus. Perizyklische Zellen führen zu Seitenwurzeln, Nebenknospen und sekundärem Bildungsgewebe. Einwärts vom Pericyclus, in der Mitte der Wurzel, befinden sich die leitenden Gewebe: Bast und Holz. Zusammen bilden sie ein radiales leitfähiges Bündel.
Das Wurzelleitungssystem leitet Wasser und Mineralien von der Wurzel zum Stängel (Aufwärtsströmung) und organische Stoffe vom Stängel zur Wurzel (Abwärtsströmung). Es besteht aus vaskulären Faserbündeln. Die Hauptbestandteile des Bündels sind Teile des Phloems (entlang der Stoffe zur Wurzel wandern) und des Xylems (entlang der Stoffe von der Wurzel wandern). Die wichtigsten leitenden Elemente von Phloem sind Siebröhren, Xyleme sind Trachea (Gefäße) und Tracheiden.
Vitalprozesse anwurzeln
Wurzelwassertransport
Aufnahme von Wasser durch Wurzelhaare aus der Bodennährlösung und Transport in radialer Richtung entlang der Zellen der Primärrinde durch die Durchgangszellen im Endoderm zum Xylem des radialen Leitbündels. Die Intensität der Wasseraufnahme durch die Wurzelhaare wird als Saugkraft (S) bezeichnet, sie ist gleich der Differenz zwischen osmotischem (P) und turgorischem (T) Druck: S = P-T.
Wenn der osmotische Druck gleich dem Turgordruck ist (P = T), dann S = 0, hört das Wasser auf, in die Zelle des Wurzelhaars zu fließen. Wenn die Konzentration der Stoffe in der Bodennährlösung höher ist als in der Zelle, verlässt das Wasser die Zellen und es kommt zur Plasmolyse - die Pflanzen verdorren. Dieses Phänomen wird bei trockenen Böden sowie bei übermäßiger Anwendung von Mineraldüngern beobachtet. Innerhalb der Wurzelzellen nimmt die Saugkraft der Wurzel vom Rhizoderm zum Zentralzylinder zu, das Wasser bewegt sich also entlang des Konzentrationsgradienten (dh von einer Stelle mit höherer Konzentration zu einer Stelle mit niedrigerer Konzentration) und erzeugt Wurzeldruck , die die Wassersäule entlang der Xylemgefäße anhebt und eine Aufwärtsströmung bildet. Dies kann an kahlen Frühlingsstämmen bei der Ernte des "Safts" oder an geschnittenen Baumstümpfen gefunden werden. Das Abfließen von Wasser aus Holz, frischen Baumstümpfen, Blättern wird als "Weinen" von Pflanzen bezeichnet. Wenn die Blätter blühen, erzeugen sie auch eine Saugkraft und ziehen Wasser an sich - in jedem Gefäß bildet sich eine kontinuierliche Wassersäule - Kapillarspannung. Der Wurzeldruck ist der untere Motor des Wasserstroms und die Saugkraft der Blätter ist der obere. Dies kann mit Hilfe einfacher Versuche bestätigt werden.
Wasseraufnahme durch die Wurzeln
Ziel: Finden Sie die Grundfunktion der Wurzel heraus.
Was machen wir: eine Pflanze, die auf nassem Sägemehl gewachsen ist, ihr Wurzelsystem abschütteln und ihre Wurzeln in ein Glas Wasser legen. Gießen Sie eine dünne Schicht Pflanzenöl auf das Wasser, um es vor Verdunstung zu schützen, und markieren Sie den Füllstand.
Was wir beobachten: in ein oder zwei Tagen ist das Wasser im Behälter unter die Marke gefallen.
Ergebnis: deshalb saugten die Wurzeln das Wasser auf und brachten es bis zu den Blättern.
Ein weiterer Versuch kann durchgeführt werden, um die Aufnahme von Nährstoffen durch die Wurzel zu beweisen.
Was machen wir: Schneiden Sie den Stiel der Pflanze ab und lassen Sie einen 2-3 cm hohen Stumpf zurück. Legen Sie ein 3 cm langes Gummirohr auf den Stumpf und stecken Sie ein gebogenes Glasrohr 20-25 cm hoch auf das obere Ende.
Was wir beobachten: das Wasser im Glasrohr steigt auf und fließt ab.
Ergebnis: Dies beweist, dass die Wurzel Wasser aus dem Boden in den Stängel aufnimmt.
Beeinflusst die Wassertemperatur die Wasseraufnahmerate der Wurzel?
Ziel: Finden Sie heraus, wie sich die Temperatur auf die Arbeit der Wurzel auswirkt.
Was machen wir: ein Glas sollte mit warmem Wasser (+ 17-18 ° C) und das andere mit kaltem (+ 1-2 ° C) sein.
Was wir beobachten: im ersten Fall wird Wasser reichlich freigesetzt, im zweiten - wenig oder hört vollständig auf.
Ergebnis: Dies ist ein Beweis dafür, dass die Temperatur einen tiefgreifenden Einfluss auf die Funktion der Wurzel hat.
Warmes Wasser wird aktiv von den Wurzeln aufgenommen. Wurzeldruck steigt.
Kaltes Wasser wird von den Wurzeln schlecht aufgenommen. In diesem Fall sinkt der Wurzeldruck.
Mineralische Ernährung
Die physiologische Rolle von Mineralien ist sehr wichtig. Sie sind die Grundlage für die Synthese organischer Verbindungen sowie Faktoren, die den Aggregatzustand von Kolloiden verändern, d.h. wirken sich direkt auf den Stoffwechsel und die Struktur des Protoplasten aus; dienen als Katalysatoren für biochemische Reaktionen; beeinflussen den Zellturgor und die Protoplasmapermeabilität; sind die Zentren elektrischer und radioaktiver Phänomene in Pflanzenorganismen.
Es wurde festgestellt, dass die normale Entwicklung von Pflanzen nur möglich ist, wenn die Nährlösung drei Nichtmetalle enthält - Stickstoff, Phosphor und Schwefel und - und vier Metalle - Kalium, Magnesium, Kalzium und Eisen. Jedes dieser Elemente hat eine individuelle Bedeutung und kann nicht durch ein anderes ersetzt werden. Dies sind Makronährstoffe, ihre Konzentration in der Pflanze beträgt 10 -2 –10%. Für die normale Entwicklung von Pflanzen werden Mikroelemente benötigt, deren Konzentration in der Zelle 10 -5 -10 -3% beträgt. Dies sind Bor, Kobalt, Kupfer, Zink, Mangan, Molybdän usw. Alle diese Elemente sind im Boden vorhanden, jedoch manchmal in unzureichenden Mengen. Daher werden mineralische und organische Düngemittel auf den Boden ausgebracht.
Die Pflanze wächst und entwickelt sich normal, wenn alle notwendigen Nährstoffe in der Umgebung der Wurzeln enthalten sind. Erde ist ein solches Medium für die meisten Pflanzen.
Wurzeln atmen
Für ein normales Wachstum und eine normale Entwicklung der Pflanze ist es notwendig, dass frische Luft zur Wurzel strömt. Lassen Sie uns überprüfen, ob das so ist?
Ziel: braucht die Wurzel Luft?
Was machen wir: Nehmen Sie zwei identische Gefäße mit Wasser. Wir werden sich entwickelnde Setzlinge in jedes Gefäß setzen. Das Wasser in einem der Gefäße sättigen wir täglich mit einer Sprühflasche mit Luft. Gießen Sie im zweiten Gefäß eine dünne Schicht Pflanzenöl auf die Wasseroberfläche, da dies den Luftstrom in das Wasser verzögert.
Was wir beobachten: Nach einer Weile hört die Pflanze im zweiten Gefäß auf zu wachsen, verwelkt und stirbt schließlich ab.
Ergebnis: der Tod der Pflanze erfolgt aufgrund des Luftmangels, der für die Atmung der Wurzel erforderlich ist.
Wurzelmodifikationen
Einige Pflanzen speichern Reservenährstoffe in den Wurzeln. Sie reichern Kohlenhydrate, Mineralsalze, Vitamine und andere Stoffe an. Solche Wurzeln wachsen stark in der Dicke und erhalten ein ungewöhnliches Aussehen. Sowohl die Wurzel als auch der Stängel sind an der Bildung von Hackfrüchten beteiligt.
Wurzeln
Wenn sich in der Hauptwurzel und am Stammansatz des Haupttriebes Speicherstoffe anreichern, bilden sich Wurzelfrüchte (Möhren). Wurzelbildende Pflanzen sind hauptsächlich zweijährige Pflanzen. Im ersten Lebensjahr blühen sie nicht und sammeln viele Nährstoffe in Hackfrüchten an. Auf der zweiten blühen sie schnell, nutzen die angesammelten Nährstoffe und bilden Früchte und Samen.
Wurzelknollen
Bei Dahlie reichern sich Reservestoffe in den Adventivwurzeln an und bilden Wurzelknollen.
Bakterielle Knötchen
Die Seitenwurzeln von Klee, Lupine und Luzerne sind eigentümlich verändert. In den jungen Seitenwurzeln siedeln sich Bakterien an, was die Aufnahme von gasförmigem Stickstoff in die Bodenluft erleichtert. Solche Wurzeln haben die Form von Knötchen. Dank dieser Bakterien können diese Pflanzen in stickstoffarmen Böden leben und sie fruchtbarer machen.
Gestelzt
Eine Rampe, die in einer Ebbe-Zone wächst, entwickelt gestelzte Wurzeln. Sie halten große Blatttriebe hoch über dem Wasser auf unsicherem, schlammigem Boden.
Luft
Tropische Pflanzen, die auf Ästen leben, entwickeln Luftwurzeln. Sie werden oft in Orchideen, Bromelien und einigen Farnen gefunden. Luftwurzeln hängen frei in der Luft, erreichen nicht den Boden und nehmen Feuchtigkeit auf, die durch Regen oder Tau auf sie fällt.
Einfahren
Bei Knollen und Knollen, wie Krokussen, gibt es unter den zahlreichen Fadenwurzeln mehrere dickere, sogenannte Rückzugswurzeln. Beim Schrumpfen ziehen solche Wurzeln die Knollen tiefer in den Boden.
Säulenförmig
Der Ficus entwickelt säulenförmige Luftwurzeln oder Stützwurzeln.
Boden als Lebensraum für Wurzeln
Der Boden für Pflanzen ist das Medium, aus dem sie Wasser und Nährstoffe erhält. Der Gehalt an Mineralstoffen im Boden hängt von den spezifischen Eigenschaften des Muttergesteins, der Aktivität der Organismen, vom Leben der Pflanzen selbst, von der Bodenart ab.
Bodenpartikel konkurrieren mit den Wurzeln um Feuchtigkeit und halten sie auf ihrer Oberfläche. Dies ist das sogenannte gebundene Wasser, das in hygroskopisches und Filmwasser unterteilt wird. Es wird von den Kräften der molekularen Anziehungskraft gehalten. Die der Pflanze zur Verfügung stehende Feuchtigkeit wird durch Kapillarwasser repräsentiert, das in den kleinen Poren des Bodens konzentriert ist.
Zwischen der Feuchtigkeits- und der Luftphase des Bodens entwickeln sich antagonistische Beziehungen. Je größer die Poren im Boden sind, desto besser ist das Gasregime dieser Böden, desto weniger Feuchtigkeit behält der Boden. Das günstigste Wasser-Luft-Regime wird in strukturellen Böden aufrechterhalten, in denen sich Wasser und Luft gleichzeitig befinden und sich nicht gegenseitig stören - Wasser füllt Kapillaren in strukturellen Aggregaten und Luft füllt große Poren zwischen ihnen.
Die Art der Wechselwirkung zwischen Pflanze und Boden hängt weitgehend von der Aufnahmefähigkeit des Bodens ab – der Fähigkeit, chemische Verbindungen zurückzuhalten oder zu binden.
Die Bodenmikroflora zersetzt organisches Material zu einfacheren Verbindungen und beteiligt sich an der Bildung der Bodenstruktur. Die Art dieser Prozesse hängt von der Bodenart, der chemischen Zusammensetzung der Pflanzenreste, den physiologischen Eigenschaften der Mikroorganismen und anderen Faktoren ab. Bodentiere sind an der Bildung der Bodenstruktur beteiligt: Ringelwürmer, Insektenlarven usw.
Durch die Kombination biologischer und chemischer Prozesse im Boden entsteht ein komplexer Komplex organischer Stoffe, der unter dem Begriff „Humus“ vereint wird.
Aquatische Kulturmethode
Welche Salze die Pflanze benötigt und welchen Einfluss sie auf ihr Wachstum und ihre Entwicklung haben, wurde durch Versuche mit Wasserpflanzen festgestellt. Die aquatische Kulturmethode ist die Kultivierung von Pflanzen nicht im Boden, sondern in einer wässrigen Lösung von Mineralsalzen. Je nach Versuchsziel können Sie ein einzelnes Salz aus der Lösung ausschließen, dessen Gehalt reduzieren oder erhöhen. Es wurde festgestellt, dass stickstoffhaltige Düngemittel das Wachstum phosphorhaltiger Pflanzen fördern - die frühe Reifung von Früchten und kaliumhaltige - den schnellsten Abfluss organischer Substanz von den Blättern zu den Wurzeln. In diesem Zusammenhang wird empfohlen, stickstoffhaltige Düngemittel vor der Aussaat oder in der ersten Sommerhälfte auszubringen, die Phosphor und Kalium enthalten - in der zweiten Sommerhälfte.
Mit der Methode der Wasserkulturen konnte nicht nur der Bedarf der Pflanze an Makronährstoffen ermittelt, sondern auch die Rolle verschiedener Mikroelemente geklärt werden.
Derzeit gibt es Fälle, in denen Pflanzen mit Hydrokultur und Aeroponik angebaut werden.
Hydroponik - Pflanzen in mit Kies gefüllten Behältern anbauen. Die Nährlösung mit den notwendigen Elementen wird von unten in die Gefäße eingespeist.
Aeroponik ist eine Luftpflanzenkultur. Bei dieser Methode befindet sich das Wurzelsystem in der Luft und wird automatisch (mehrmals innerhalb einer Stunde) mit einer schwachen Nährsalzlösung besprüht.
