Корневая система пшеницы как орган поглощения

12.07.2015

Корень поглощает питательные вещества не всей своей поверхностью, а лишь той ее частью, которая получила название поглощающей зоны и сохраняет способность не только к адсорбции веществ, но и к перемещению их внутрь клеток коровой паренхимы и дальше — к проводящим элементам центрального цилиндра (рис. 21). Сюда входит зона роста корня и зона корневых волосков.
Определение величины поглощающей поверхности в поле трудно осуществимо, а выращивание пшеницы в вегетационных сосудах не дает представления о реальной поглощающей поверхности корней в полевых условиях. В опытах В.К Чернова и В.В. Горбунова пшеница для этой цели выращивалась в плоских ящиках, набитых почвой и имевших высоту 1 м, что приближало условия роста корней к полевым. После тщательной отмывки корней определялась общая и поглощающая поверхность корней. Получены следующие данные (табл. 22). Обращают внимание величины поверхности корней: 1 г сырых корней, что соответствует объему 1 см3, имеет адсорбирующую поверхность около 1,4 м2, а поверхность корней одного растения достигает в фазе колошения 12 м2, что в 2 тыс. раз превышает площадь питания одного растения в данном опыте и в 300 раз — суммарную поверхность всех надземных органов.

Корневая система пшеницы как орган поглощения
Корневая система пшеницы как орган поглощения

Поглотительная активность корней тесно связана с их ростом. Вода и минеральные вещества поглощаются ими с большой скоростью, но только с расстояния, не превышающего долей миллиметра от поверхности корня. Скорость же диффузии воды и веществ в почве ничтожно мала по сравнению со скоростью их поглощения корнями, и только безостановочный рост и ветвление корней позволяют осваивать все новые, еще не истощенные участки почвы.
С возрастом растения поглотительная активность корней меняется. Она максимальна в начале вегетации и снижается до отрицательных величин (что означает выделение минеральных веществ корнями в почву) в конце вегетации. Уменьшается после колошения и сама поглощающая поверхность корней (табл. 22), а также их катионообменная емкость. Поглотительная активность тесно связана с температурой почвы и составом почвенного воздуха, поскольку от них зависит интенсивность дыхания и всего обмена веществ корня. Хотя поглощение Ионов может происходить и пассивным путем за счет диффузии по градиенту концентрации, но основное значение имеет активный (метаболический) путь поглощения, связанный с затратами энергии.
Прямая связь между интенсивностью поглощения минеральных солей и интенсивностью дыхания корней пшеницы была установлена Г. Лундегордом. По данным А.И. Коровина и других, низкие температуры оказывают на поступление элементов питания в корни пшеницы прямое и косвенное действие. Прямое действие связано со снижением интенсивности дыхания. При этом подавляется активное поглощение, пассивное поглощение изменяется меньше. Косвенное действие связано с тем, что низкая температура в зоне узла кущения угнетает рост пшеницы, снижает потребность надземных органов в пище, ведет к переполнению их минеральными веществами и в конечном итоге к торможению и пассивного поглощения, поскольку поддержание постоянного отрицательного градиента концентрации связано с оттоком элементов питания из зоны поглощения и их метаболическими превращениями.
Оптимальные температуры поглощения составляют для пшеницы 20—25°С, при температурах более высоких поступление минеральных элементов замедляется или даже наблюдается обратный отток их из надземной части в корни и выделение в почву. Колебания температуры изменяют не только общую скорость поглощения, но и соотношения в поступлении отдельных элементов. Так, поступление калия незначительно снижается при низких температурах, тогда как поступление фосфора и особенно азота задерживается очень сильно, что связано с измененяем скорости тех обменных процессов, в которые вовлекается азот и фосфор после поглощения их корнями.
При понижении влажности почвы подвижность почвенного раствора снижается, изменяется его качественный состав (в связи с различной растворимостью солей), нарушается непрерывность водяных пленок почвы. Сильнее всего эти изменения отражаются на усвоении корнями элементов, находящихся в почве в основном в виде труднорастворимых солей (фосфор), в меньшей степени — на усвоении хорошо растворимых нитратов. Кроме того, при засухе падает интенсивность роста, а с нею и потребность в элементах питания, задерживается их поступление из корней в побеги, снижаются темпы роста самих корней, нарушается нормальное течение процессов метаболизма в корнях. Все это ведет к снижению их поглотительной активности. По данным А.В. Петербургского и И.В. Мосолова, корни не в состоянии усваивать элементы питания при влажности почвы, близкой к коэффициенту завядания.
Пшеница весьма чувствительна к повышенной кислотности почвы и содержанию в ней свободного алюминия, причем, по данным Э.Л. Климашевского, между сортами пшеницы разного происхождения имеются в этом отношении очень большие различия. Повышенная кислотность уменьшает проницаемость протоплазмы клеток поглощающей зоны корня, задерживает поступление некоторых элементов питания, что ведет к снижению темпов прироста сухой массы и урожая зерна пшеницы, ухудшению его качества. Эффективность минеральных удобрений под пшеницу на кислых почвах резко повышается при сочетании их с известкованием.
Корневая система пшеницы как орган поглощения

Таким образом, почвенная среда оказывает многогранное влияние на развитие корневой системы и ее поглотительную активность, которое в конечном итоге сказывается на росте и развитии растений, на их продуктивности. К сожалению, сведения о физиологии корней пшеницы и их работе в полевой культуре пока весьма ограничены, что связано с большими методическими трудностями в изучении корневых систем. Интегральным показателем, характеризующим работоспособность корневой системы в целом, может служить интенсивность выделения пасоки из срезанных вблизи поверхности почвы стеблей растений. Для пшеницы удобен сбор пасоки с помощью капиллярных пипеток.
Корневая система пшеницы как орган поглощения

Сочетая сбор пасоки с анализом ее состава и морфологическим изучением корневой системы, можно получить интересную информацию о работе корней и ее связи с развитием и продуктивностью растений (табл. 23).
Основной недостаток метода сбора пасоки состоит в «капризности» самого явления «плача» растений. В сухие годы подача пасоки прекращается очень рано, и весь период наблюдений ограничивается 2—3 неделями, (рис. 22). Полное отсутствие пасоки иногда наблюдается в холодную погоду. Разработка новых методов оценки состояния корневой системы и ее активности, пригодных для полевого использования, — одна из важнейших задач физиологии, особенно в современных условиях.