Корни дыхательные у каких растений: У каких растений дыхательные корни?

Содержание

Видоизменения корней. 6-й класс

Цель урока: Познакомиться с многообразием корней.

Задачи:

  1. Изучить видоизмененные корни.

  2. Узнать их практическое значение.

  3. Выяснить, что видоизмененные корни результат приспособленности растений к условиям существования.

Оборудование: корнеплоды моркови, свеклы, плющ, таблицы, карта путешествия.

1. Организационный момент.

2. Проверка домашнего задания. Устный опрос.

3. Изучение новой темы.

— Какие виды коней вам известны?

— Какие функции выполняют корни?

Всем хорошо известны функции корней. Они удерживают растения в почве и поглощают воду с минеральными веществами. Кроме того корни могут выполнять целый ряд других, не менее важных и интересных функций. Часто это приводит к их структурным и функциональным изменениям.

Сегодня на уроке мы с вами узнаем, как изменяются корни разных растений в связи с выполняемыми функциями. И я предлагаю вам отправиться в путешествие. В пути нас с вами ждет много интересного и неожиданного.

1. Станция – корни—кладовые.

Давайте с вами вспомним о корнях-кладовых. Толстые и мясистые корни, развиваются у многих растений. А у каких давайте узнаем.

А) Сама в земле – коса на улице? (морковь).

Б) Круглая, а не месяц

Желтая, а не масло

С хвостиком, а не мышь (репа).

В) Это что такое, в землю вросло

Сверху толста, снизу востра,

Собой красна (свекла).

Правильно это корни у свеклы, моркови, редиса, редьки – связаны они с выполняемыми функциями (запасающими). К таким корням относится корень петрушки – он у нее стержневой. Откладываются в такие кладовые в основном углеводы: крахмал и сахара. У некоторых растений, например у свеклы и моркови, запасающий орган имеет как бы двойную морфологическую природу: верхняя его часть состоит из гипокотиля, а нижняя – из собственного корня (дети рассматривают свои корнеплоды, находят на них гипокотиль, и корень).

Кроме корнеплодов встречаются и другие видоизменения корня, связанные с запасающей функцией. Например, корневые клубни. Они образуются в результате утолщения придаточных корней, это происходит у георгина и батата. Батат, или сладкий картофель, возделывается в тропических и субтропических странах. Его разросшиеся клубневидно утолщенные боковые корни очень калорийны и имеют сладкий вкус. В некоторых странах это основное пищевое растение.

Корни могут служить не только для запасания питательных веществ, но и для запасания воды. Особенно хорошо эта функция выражена у тропических эпифитных орхидей. Наружная часть коры свисающая вниз придаточных воздушных корней этих растений состоит из крупных клеток, которые могут впитывать воду подобно губке. Во время дождя эти клетки наполняются водой, которая затем расходуется на нужды растения.

2. Станция – дыхательные корни.

У тропических деревьев, живущих на бедных кислородом почвах, живущих на пресноводных тропических болотах, развиваются специальные дыхательные корни. Представителем таких растений является кипарис. Развиваются они из подземных боковых корней и растут вертикально вверх, поднимаясь над водой или почвой. У некоторых деревьев дыхательные корни имеют форму колен или петель. Их значение заключается в снабжении подземных частей воздухом. Чему способствует постоянное слущивание коры. Однако поверхности почвы на дыхательных корнях образуются целые бороды тонких корешков, они составляют всасывающую силу корневой системы.

3. Станция – ходульные корни.

Наиболее часто они встречаются у видов рода панданус и являются важным приспособлением к обитанию в условиях сильных, а иногда и ураганных ветров на тропических океанических островах. Способность этих корней противостоять сильным нагрузкам объясняется наличием механических тканей в центральной и периферической частях. Ходульные корни отходят от стволов и образуют придаточные корни, после того как внедряются в землю. У панданусов отсутствует стержневой корень, и все растение держится на ходульных корнях, как на ходулях, эти корни выполняют функцию – обеспечивают растение водой со всеми минеральными веществами. Один панданус лабиринтный со своими корнями подпорками может образовывать целый лес. Ходульные корни развиваются у фикусов, баньяна, многочисленные придаточные корни которого растут не от ствола, а от ветвей, достигая почвы они развивают собственную корневую систему и одно дерево баньяна разрастается в целую рощу, которая может занимать площадь в несколько сотен м3 и даже больше. В древнем описании указано, что в тени одного фикуса отдыхали отряды из 6-7 тысяч воинов. Этот гигант имел 4300 стволов, образованных ходульными корнями. В Индии растет баньян у которого насчитывается 3000 крупных и 3000 мелких корней – подпорок. Высота этого дерева более 60 м, а возраст 3000 лет.

4. Станция – досковидные корни.

Такие корни характерны для крупных деревьев дождевого тропического леса. Эти образования представляют собой боковые корни, выступающие над поверхностью почвы. Эти корни напоминают прислоненные к дереву плоские доски. В дождевом тропическом лесу высота досковидных корней у основания дерева превосходит человеческий рост. Интересно, что у таких деревьев отсутствует главный корень и вся корневая система состоит из поверхностных боковых корней.

5. Станция – корни-прицепки.

У плюща и других лазающих растений имеются придаточные корни-прицепки. Образующиеся на стороне стебля, обращенной к дереву или другой опоре. Они способствуют прикреплению и продвижению растения по разным субстратам. Проникая в трещины или щели, они утолщаются, закупоривая отверстие подобно хорошо пригнанной пробке, и крепко удерживают растение на опоре. Если корни плюща наталкиваются на гладкую поверхность, то они проявляют совершенно удивительные способности к закреплению. Конец корешка расширяется и выделяет клейкий сок, с помощью которого оно сильно прикрепляется к поверхности. Нижние корешки прикрепляются, а молодые ищут новую опору. Так медленно и шагает плющ своими корешками по поверхности.

Знаете ли вы, что у некоторых паразитных растений корни изменили функцию и превратились в присоски, внедряющиеся в проводящие ткани растения-хозяина и оттягивающие оттуда питательные вещества. Примером служат растение лесов омела.

6. Станция – Втягивающиеся корни.

Такие корни характерны для корневищных, луковичных и клубне – луковичных растений например тюльпанов. Эти корни длиннее, чем обычные корешки, они по окончании вегетационного периода начинают сокращаться и постепенно втягивают клубнелуковицу глубоко в землю.

Знаете ли вы, что корни одуванчика цикория перед зимовкой сокращаются, втягивая под землю на 1-3 и даже 5 см корневую шейку. Корень у них поворачивается вокруг своей оси, закручивается и становится короче.

7. Станция – корневые отпрыски.

У растений корни принимают участие в вегетативном размножении. Из придаточных почек развиваются корневые отпрыски. Такую корневую поросль можно наблюдать у сливы, сирени, хрена. У злостных сорняков разрезанные при обработке почвы небольшие кусочки дают начало новым растениям, что сильно затрудняет борьбу с ними.

4. Закрепление.

 На доске рисунок тюльпана. Необходимо прочитать, что хотел сказать тюльпан.

  1. (с) – какое растение умеет шагать по стенам? — Плющ.

  2. (п) – овощное растение со стержневым корнем? – Петрушка.

  3. (а) – тропическое дерево – роща с корнями подпорками? — Баньян.

  4. (с) – корнеплодная овощная культура? – Репа.

  5. (и) – растение мангровых зарослей с ходульными корнями? – Панданус.

  6. (б) – растения эпифиты с воздушными корнями? – Орхидея.

  7. (о) – какие растения имеют втягивающиеся корни? – Луковичные.

  8. (в) – какие растения имеют корневые отпрыски? – Слива, сирень, хрен.

  9. (а) – какие корни характерны для деревьев дождевого тропического леса? – Досковидные.

  10. (м) – у каких растений образуются корни-кладовые? – Морковь, свекла, репа.

5. Итог урока.

Домашнее задание (подобрать интересный материал о корнях).

Что такое фитотерапия и из каких растений делают лекарства: лечение травами

{{if type === ‘partner-stocks’}}

{{/if}}

{{/if}}
{{each list}}

${this}
{{if isGorzdrav}}

Удалить

{{/if}}

{{/each}}

{{/if}}
Поиск по лекарствам, болезням, веществу:
ДЕРМАКОСМЕТИКА, SOLGAR, NaturAge, Вольтарен, Кагоцел

Главная

Статьи

Что такое фитотерапия и из каких растений делают лекарства?

Фитотерапия является древнейшим методом лечения различных заболеваний. Она существовала задолго до появления фармакологии. Сейчас у нее немало сторонников. Они считают, что растения безопаснее, чем медикаменты, которые являются продуктами химической промышленности. Из этого материала вы узнаете, каково место фитотерапии в современной медицине, действительно ли можно лечиться травами.

Как развивалась фитотерапия?

Фармакология — достаточно молодая наука, она зародилась в середине XIX века. Однако это не означает, что раньше люди не боролись с заболеваниями — просто использовали для этого растения. Сведения об их целебных свойствах упоминались в трудах Эберса еще во втором тысячелетии до нашей эры.

Наибольший вклад в развитие методов лечения травами внесли:
•    Сушрута — автор аюрведических трактатов;
•    Гиппократ — предпринял попытку систематизировать знания о лекарственных растениях;
•    Ли Ши-Чжень — автор первой китайской фармакопеи;
•    Гален — составитель первых мазей и настоек;
•    Парацельс — первым использовал спиртовые вытяжки из растений в медицинских целях.
В нашей стране фитотерапевтические знания собирались в травники, параллельно изучались достижения других государств. Побывав в Афонском монастыре, жители Киево-Печерской лавры составили немало руководств по траволечению.

Способы лечения травами

Сегодня подход к терапии изменился, однако время от времени люди обращаются к природным лекарствам.

В рамках фитотерапии практикуются такие методы:
•    Прием внутрь (обычно питье). За несколько тысячелетий были созданы рецепты практически на все случаи жизни, поэтому область применения питьевых фитопрепаратов обозначить сложно.
•    Наружное применение (горячие припарки, холодные компрессы, мази). Используются при дерматологических, грибковых заболеваниях, для лечения травм.
•    Ингаляции. Применяются при заболеваниях органов дыхания, для облегчения отхождения мокроты, снятия бронхоспазмов.
•    Спринцевание. Ориентировано на женщин, страдающих гинекологическими заболеваниями.
•    Микроклизмы. Имеются в виду не очистительные, а лечебные процедуры. Помогают при воспалении слизистой оболочки прямой кишки, дисбактериозе, геморрое.

Инъекции и внутривенные инфузии в рамках фитолечения не практикуются. С одной стороны, это небезопасно, с другой — не соответствует естественной концепции лечения.

Виды фитопрепаратов

Существуют тысячи рецептов. Если сгруппировать их, можно вывести основные формы природных лекарств:
•    Отвар. Берется жесткое сырье (корни, кора, реже — ветки) и выдерживается на водяной бане не менее получаса. Его нужно охладить, процедить и использовать в течение двух дней при условии хранения в герметичной посуде.
•    Настой. Берется мягкое сырье (листья, стебли, почки, цветки) и заливается уже вскипяченной водой (температура зависит от рецепта). Продукту нужно постоять при комнатной температуре в среднем 4 часа. Хранить его можно не более суток.
•    Травяной сбор. Высушенное сырье заливается кипятком (по аналогии с чаем), употребить его следует за один раз.
•    Спиртовая настойка. Растительное сырье заливают спиртом или водкой, а емкость помещают в темное место на месяц. Применяется настойка малыми дозами, а основа позволяет хранить ее достаточно долго.
•    Мазь. Растительное сырье измельчают, смешивают с жировой основой (вазелином, сливочным маслом) и кипятят на медленном огне.
•    Вытяжка (растительный экстракт). Активные вещества добывают методом водно-глицериновой или масляной мацерации.

Фитопрепараты подбирают по разным критериям. Одни руководствуются известными рецептами и показаниями к их использованию, другие — наличием подходящих ингредиентов в требуемом состоянии.

Виды лекарственных растений

Лекарственными считаются те представители флоры, которые содержат биологически активные вещества, благоприятно влияющие на человека. Из почти трех сотен видов такие свойства наблюдаются лишь у 20 тысяч.
250 видов лекарственных растений прошли фармакологические испытания и были официально признаны медициной как пригодные для лечения заболеваний.

Они называются фармакопейными и делятся на три группы:
•    эффективные: используются в медицине;
•    перспективные: эффективность их доказана, но есть препятствия для широкого применения;
•    потенциальные: фармакологический эффект продемонстрировали, но требуют дополнительных исследований.
Представители первой группы активно используются в фармакологии наравне с синтетическими лекарствами. Применение фитопрепаратов на их основе одобряется врачами.

Какие активные вещества можно получить из растений?

В листьях, коре, бутонах, других растительных элементах есть вещества, которые представляют особую ценность:
•    Алкалоиды. Действуют на ЦНС, сердечно-сосудистую систему, регулируют давление.
•    Танниды (дубильные вещества). Обладают противовоспалительными и кровоостанавливающими свойствами.
•    Кардиотонические гликозиды. Полезны для сердца: улучшают кровоток, нормализуют пульс и ритм.
•    Сапонины. Снижают уровень холестерина, облегчают отхождение мокроты, обладают слабительным и мочегонным эффектом.
•    Горечи. Нормализуют функции ЖКТ, пробуждают аппетит.
•    Полисахариды. Используются для снятия раздражения дыхательных и пищеварительных путей.
•    Жирные масла. При приеме внутрь разжижают кровь, нормализуют стул, защищают печень. Применяются в качестве основы для заживляющих мазей.

В них содержатся эфирные масла, смолы, витамины и минералы. Главное — знать, в каком растении какие вещества присутствуют.

Преимущества фитотерапии

Сторонники лечения травами выделяют много причин, почему они предпочитают нетрадиционную фармакологию. Во-первых, это безопасность. Люди не доверяют химической промышленности, поэтому делают акцент на преимуществах растительных средств:
•    нетоксичность;
•    отсутствие побочных эффектов;
•    дополнительная поддержка иммунитета.
В этом есть доля здравого смысла. Так, маленьким детям и беременным женщинам принимать медикаменты нежелательно. Но они тоже не застрахованы от болезней. Тогда в качестве альтернативы используются народные рецепты.

Часто отмечают и доступность фитотерапии. Сырье стоит недорого, а при наличии специальных знаний можно добывать его самостоятельно. При этом есть возможность подобрать травы, оказывающие положительное действие сразу на несколько органов.

Недостатки фитотерапии

Препараты растительного происхождения, приготовленные самостоятельно, действительно могут помочь при многих заболеваниях. Однако это достоинство обусловливает и главный недостаток. Вера в дары природы подталкивает людей к полному отказу от традиционных методов терапии.
Не все заболевания можно вылечить травами. Они не смогут заменить антибиотики и противоопухолевые препараты, не устранят кариес, не выгонят паразитов.

Врачи отмечают, что прием растительных самодельных лекарств может привести даже к негативным последствиям:
•    аллергии на отдельные ингредиенты;
•    непредсказуемым реакциям на комбинацию растений;
•    передозировке из-за неправильного расчета дозировки;
•    отравлению ядовитыми экземплярами, по ошибке принятыми за лекарственные;
•    усугублению других заболеваний.
Нередко люди, которые лечат цистит клюквенным соком, в итоге попадают в больницу с язвой желудка, а сторонники лечения гастрита зверобоем оказываются в кардиологическом отделении с гипертоническим кризом.
Занятия фитотерапией требуют обширных знаний. Недостаточно запомнить, от каких болезней какое растение помогает. Нужно также учитывать, что его употребление может повлиять на другие органы и системы.

Правила сбора трав для лечения

Травяные сборы, чаи, готовые сиропы можно найти в аптеке. Однако истинные сторонники лечения травами предпочитают собирать сырье самостоятельно. Они знают большое количество правил и строго соблюдают их.

Вот некоторые:
•    Правильно выбирайте время сбора. Кору собирают в период сокодвижения, корни — либо ранней весной (до всходов), либо поздней осенью (после отмирания побегов), почки — пока не распустились, листья — до начала цветения, цветки — во время цветения.
•    Оценивайте состояние. Листья не должны быть поврежденными, а цветки — увядшими. Корни диаметром до 3 см — подходят, более толстые — нет, поскольку лишены полезных веществ.
•    Учитывайте погоду. За травой нужно ходить в сухую погоду — после схода росы, кору, наоборот, собирают в условиях влажности.
•    Используйте корзинку. Целлофановые пакеты для этой цели не годятся: растения в них быстро начнут гнить.
Опытные травники никогда не собирают сырье впрок. За один раз они приносят столько, сколько могут обработать: промыть, высушить, разместить в сухом и проветриваемом месте.

Принципы эффективного лечения растительными средствами

Хотя речь идет о нетрадиционной медицине, в ее основу тоже ложится научный подход. Если системно подойти к составлению терапевтической схемы, можно получить желаемые результаты.

Основные принципы, которых придерживаются фитотерапевты:
•    Использование малых доз. Это помогает контролировать реакции организма. Дозы можно увеличивать постепенно.
•    Постепенное усложнение состава. Сначала лучше использовать однокомпонентные препараты, чтобы отследить их действие. Многокомпонентные сборы вводятся со временем — по мере знакомства с отдельными ингредиентами.
•    Учет времени суток. Тонизирующие растения нужно принимать утром, бодрящие — вечером во избежание нарушения биоритмов. Настои и отвары с мочегонным эффектом пьют в первой половине дня, чтобы не вставать ночью.
•    Разумное комбинирование. Травы должны сочетаться между собой и не вредить другим органам.

Самый главный принцип — это вторичность фитолечения по отношению к традиционному. Основная терапия должна протекать в рамках официальной медицины и под контролем врача. Народные же средства допускаются в качестве дополнения к основному лечению и поддержки в период реабилитации.

Корневая система, функции и примеры

Пневматофоры представляют собой воздушные корни, полученные из подземных корней, которые позволяют растениям получать доступ к воздуху в местах обитания с заболоченной почвой. Чаще всего встречается на засоленных илистых отмелях, в основном в мангровых зарослях, лысых кипарисах и спортзалах. Там же встречаются мангровые дышащие корни. У инжира есть боковые корни, которые растут наружу из грязи и воды и служат местом потребления кислорода для их основных корней в воде. В коре деревьев есть крошечные отверстия, называемые чечевицами. У многих видов есть эти корни, которые также можно назвать коленными корнями или дыхательными корнями. Обратитесь к официальному сайту Vedantu или загрузите приложение для подробного и исчерпывающего объяснения.

Пневматофоры на деревьях

Гидрофитные деревья приспособились к некоторым приспособлениям для выживания и роста в илистых и водных средах. Есть определенные деревья с большими чечевицами, которые позволяют воздуху проходить через их кору, например, лысые кипарисы и камедь. Те, у кого концентрация кислорода ниже, демонстрируют больший кислородный обмен в коре дерева и в тканевом слое, известном как камбий. Чтобы способствовать аэрации корней, гибридизированные деревья обычно имеют большие промежутки между ячейками. Гидрофобные виды приспособились к анаэробному метаболизму и способны перерабатывать молочную кислоту и этиловый спирт, которые являются токсичными побочными продуктами этого процесса. Каждый год некоторые деревья в Амазонии выживают в течение нескольких месяцев под водой.

Пневматофоры мангровых зарослей

Важной характеристикой мангровых зарослей, таких как Avicennia germinans и Laguncularia Racemosa, растений, которые растут на илистых побережьях и в солончаках, являются их пневматофоры. Корни могут стать пневматофорами со специализацией. Положительный геотропизм испытывают пневматофоры, и они восходят. Несколько крошечных отверстий, называемых чечевицами, позволяют корням втягивать воздух через ткани и передавать его корням под поверхностью. В зонах отлива корни вырастают до нескольких сантиметров в высоту. Аэрацию и поддержку растению обеспечивают отвесные корни в красных мангровых зарослях.

Значение корней пневматофор в мангровых зарослях

Почва обеспечивает растения кислородом для дыхания. Солончаки образуются, когда соленая морская вода омывает сушу во время приливов в прибрежных районах. Из-за этого в солончаках очень мало кислорода в почве. На пневматофорах много пор, являющихся дышащими корнями. Для выполнения этой функции мангровые растения обладают пневматофорами. Эти органы отвечают за поглощение кислорода из воздуха. Пневматофоры поглощают кислород, который помогает дыхательной системе, а также корням расти под землей. Пневматофоры в корнях мангровых растений помогают им поглощать газы, такие как азот, и питательные вещества, такие как железо, из бедной почвы. Несмотря на то, что они погружены в воду, мангровые растения используют газы, хранящиеся в их пневматофорах.

Функция пневматофоров

Для корней, погруженных в воду, пневматофоры облегчают обмен кислорода и углекислого газа через боковые корни. Растения формируют эти структуры, когда корни не могут нормально дышать из-за недостатка кислорода для их корней. Корневое дыхание стало возможным благодаря обилию дыхательных пор или отверстий, называемых чечевицами, которые обеспечивают газообмен. Корни модифицируют, чтобы они могли дышать. Этот тип корня можно найти в основном в заболоченных и илистых районах, и он характерен для многих видов мангровых зарослей, включая Avicennia germinans, Laguncularia racemosa, Ludwigia reopen и Laguncularia racemosa.

Решенные примеры

1. Что такое пневматофор?

Решение: Пневматофор – это особый тип дышащего корня, который выходит из подземной корневой системы. Он помогает растениям солончаков поглощать кислород и другие газы из воздуха.

2. В какой области встречаются пневматофоры?

Решение: Обычно пневматофоры встречаются в мангровых лесах. Мангровые леса расположены на берегах рек и в прибрежных районах, где реки впадают в море. Почва мангровых лесов часто омывается морской водой, и лес становится солончаком.

3. Приведите пример мангрового растения, имеющего пневматофоры.

Решение: Heritiera fomes — дерево мангровых зарослей, имеющее пневматофоры.

4. Какой функциональный орган у пневматофоров помогает дыханию?

Решение: Пневматофоры имеют открытые поры в воздухе, называемые чечевичками. Эти чечевицы помогают поглощать кислород и другие необходимые газы для обмена.

Хотите читать в автономном режиме? скачать полный PDF здесь

Скачать PDF полностью

Корневое дыхание: значение и применение

Определение корневого дыхания

Дыхание растений происходит не только в листьях, но и через корневую систему. В корневых системах кислород (O2) в почвенных порах диффундирует в корневые волоски и транспортируется ко всем частям корней. Корни растений используют фотосинтез во время дыхания для выполнения различных функций, таких как поглощение питательных веществ, поддержание и рост тканей. Образовавшийся углекислый газ (CO2) затем выделяется в почву, диффундируя через поры в атмосферу; см. рис. 1, наземные почвы.

Рисунок 1: «Корневое дыхание включает в себя поглощение кислорода, поступающего в почву в основном за счет диффузии из атмосферы в почвенный воздух, и выделение CO2», Blume et al. 2016. (Изображение предоставлено: https://www.researchgate.net/publication/326069042_Plant_Nutrition_and_Advanced_Soil_Sciences_in_Arabic)

Важность корневого дыхания

Корневое дыхание (Rr) состоит из трех компонентов: поддержание, рост и ризосферное дыхание.

Подпишитесь на серию статей CID Bio-Science Weekly.

Электронная почта (обязательно) *

Использование постоянного контакта. Пожалуйста, оставьте это поле пустым.

Отправляя эту форму, вы соглашаетесь получать маркетинговые электронные письма от: CID, 1554 NE 3rd Ave, Camas, WA, 98607, http://cid-inc.com. Вы можете отозвать свое согласие на получение электронных писем в любое время, используя ссылку SafeUnsubscribe®, расположенную внизу каждого электронного письма. Электронная почта обслуживается компанией Constant Contact

  • Поддерживающее дыхание — это энергия, вырабатываемая дыханием, необходимая для поддержания жизни корней.
  • Дыхание для роста корней — это часть, используемая для обеспечения энергией растущих корней и новых тканей.
  • Ризосферное дыхание — это дыхание микробов, живущих в ризосфере — зоне почвы вокруг корней, — где корни влияют на биологическую и химическую активность. Микробы ризосферы, использующие для дыхания корневые экссудаты, участвуют в круговороте питательных веществ и поддержании плодородия почвы.

Хотя корневое дыхание способствует росту и продуктивности растений, оно также является ресурсоемким, и многие виды могут израсходовать до 75% ассимилированного углерода. В результате скорость дыхания корней может повлиять на надземный рост.

Требование, зависящее от вида

Рисунок 2: Пневматофоры или воздушные дыхательные корни мангровых деревьев. (Изображение предоставлено: Изображение Bishnu Sarangi с Pixabay)

Потребность растений в кислороде будет варьироваться в зависимости от вида, причем некоторым требуется больше, чем другим. Большинство видов не могут функционировать в почвах с дефицитом кислорода.

Заболоченные почвы являются частой причиной дефицита кислорода. Когда вода закупоривает поры почвы, она препятствует диффузии кислорода, вызывая дефицит кислорода. В результате снижается водопроницаемость корней. Все растение будет страдать от дефицита воды, проявляясь такими симптомами, как пожелтение листьев и увядание. Агрономам знакома эта проблема.

Большинство растений могут пережить кратковременное заболачивание. Когда почвы заболочены в течение длительного времени, корни и почвенные микробы используют весь доступный кислород. При длительном нахождении в воде корни большинства растений поражаются анаэробными возбудителями, которые замещают в почве аэробные бактерии или загнивают. Ткани разлагаются анаэробными микробами с образованием метана и углекислого газа; см. рис. 1, обводненные почвы.

Поскольку в холодные зимние месяцы растения меньше дышат, переувлажнение в это время года причиняет меньше вреда. Однако, поскольку летом корни больше дышат, переувлажнение быстро приводит к дефициту кислорода.

Некоторые виды, чьи корни растут во влажных условиях, развили различные приспособления для получения кислорода.

  • Водно-болотные растения имеют аэренхиму и непроницаемый барьер для предотвращения потери кислорода через корни в почву. Растения посылают кислород по внутриклеточным путям аэренхимы к источникам. Например, так дышат корни риса (Oryza sativa) в заболоченных условиях.
  • Некоторые мангровые деревья имеют пневматофоры или дыхательные корни с чечевичками, через которые они поглощают кислород при погружении в морскую воду во время приливов, см. рис. 2.

Анаэробное дыхание

Иногда даже виды, приспособленные к заболачиванию, могут страдать в условиях дефицита кислорода, что приводит к аноксии в корнях, особенно если все растение оказывается затопленным во время наводнения. В этих случаях в корнях начинается анаэробное дыхание, и растение переходит в режим выживания, осуществляя только процессы, необходимые для жизни. Если аноксия будет продолжаться, анаэробное дыхание приведет к загниванию растений.

Глобальное значение корневого дыхания

Важность корневого дыхания невозможно переоценить. Этот процесс обеспечивает в среднем 50% дыхания почвы, что является важным компонентом глобального углеродного цикла.

Фактический вклад в каждом конкретном случае может варьироваться от 10 до 90% дыхания почвы в зависимости от различий в экосистеме и климате. Например, годовое дыхание корней в прохладных лесах умеренного пояса составляет 4,8 т C га-1, что составляет около 45% от общего годового дыхания почвы (10,6 т C га-1 год-1).

Почвенное дыхание переносит углерод из почвы в атмосферу и является вторым по величине потоком углерода (50–75 Пг C/год) после валовой первичной продукции (100–120 Пг C/год). Поток углерода через почвенное дыхание превышает годовую глобальную чистую первичную продуктивность (ЧПП) суши, составляющую 50-60 Пг С/год. См. Рисунок 3 для глобальных изменений дыхания почвы.

Таким образом, даже незначительное изменение дыхания корней может оказать влияние на глобальный углеродный цикл. Как повышение уровня СО2, так и повышение температуры могут усилить корневое дыхание, которое уже превышает NPP. Таким образом, любое увеличение секвестрации углерода за счет повышения содержания CO2 может быть обращено вспять даже небольшим увеличением дыхания корней.
Рисунок 3: «Глобальная карта прогнозируемого годового дыхания почвы (Rs) с пространственным разрешением 1 км, созданная путем применения модели QRF к ковариатам с координатной сеткой. Справа — график прогнозируемого среднегодового Rs по широте», Warner et al. 2019. (Изображение предоставлено: https://doi.org/10.3334/ORNLDAAC/1736)

Факторы, влияющие на корневое дыхание

Скорость корневого дыхания имеет решающее значение, поскольку дыхание связано с потерей углеводов, которые растения используют для роста и накопления биомассы. Хотя корневое дыхание жизненно важно, очень высокие показатели могут повлиять на продуктивность растений. Следовательно, различные внутренние факторы и факторы окружающей среды могут воздействовать на растения, влияя на корневое дыхание.

Некоторые из критических факторов окружающей среды:

Структура почвы:  Хорошая структура почвы, которая содержит достаточно воды, но имеет надлежащий дренаж, необходима для корневого дыхания. Тяжелая глина или уплотненная почва, которая удерживает воду и имеет меньший дренаж, будут влиять на дыхание корней, уменьшая доступность кислорода в почве.

Температура почвы:  Повышение температуры почвы повышает общее корневое дыхание и удельное корневое дыхание (коэффициент на единицу массы корней). Виды и сорта, которые могут переносить длительную жару без усиления корневого дыхания, могут вместо этого использовать свои ресурсы для удлинения корней, поглощения питательных веществ и стабильности мембраны. Кроме того, с повышением температуры почвы концентрация кислорода в почвенной воде снижается.

Содержание азота в почве:  Увеличение содержания азота в почве снижает корневое дыхание, но форма, которую азот принимает в почве, может иметь решающее значение. В целом, когда присутствуют нитраты, бактерий меньше, поэтому ризосферное дыхание, в том числе бактериальное, падает. Однако азот, как и аммоний, привлекает больше бактерий и усиливает дыхание ризосферы.

Повышение содержания азота в почве может улучшить рост мелких корней, что приводит к более высокому удельному дыханию корней. В результате выделение углерода корням снижается, но мелкий оборот корней может повышаться и увеличивать приток углерода в почву; однако влияние азота на мелкий корневой оборот не совсем ясно.

Почвенный калий:  Присутствие калия в почве имеет решающее значение для скорости дыхания корней и его воздействия на корни. Отсутствие калия может привести к усилению дыхания корней, а почвы с высоким содержанием калия, но с низким содержанием кислорода, могут снизить способность корней поглощать воду. Однако не было замечено, чтобы низкий уровень калия влиял на водопроницаемость.

Атмосферный CO2:  По мере повышения уровня CO2 в атмосфере увеличивается и содержание CO2 в почве. Ученые признают, что рост новых корней увеличивается с более высоким уровнем CO2 в почве, что можно увидеть в более высоком общем корневом дыхании.

Сезоны:  Основной причиной сезонных колебаний корневого дыхания является температура, с более высокими показателями летом и более низкими зимой. Однако степень сезонного влияния может варьироваться в зависимости от экосистемы.

Внутренние факторы корня, которые могут влиять на скорость дыхания корня:

Корневой азот:  Все исследования сходятся во мнении, что частота дыхания увеличивается по мере увеличения содержания азота в корневой ткани.

Плотность корней: 90 120  У 245 видов растений, как древесных, так и недревесных, частота дыхания снижалась по мере увеличения плотности корневой ткани.

Типы корней: Исторически сложилось так, что ученые считали, что все части корней дышат с разной скоростью. Грубые и средние корни имели одинаковую скорость дыхания, но более тонкие корни с более высоким содержанием азота дышали быстрее. Однако недавнее метаисследование 52 исследований, охватывающих 254 древесных и недревесных видов, показало, что конкретная длина и диаметр корней не влияют на скорость корневого дыхания. В исследование не были включены многие тропические экосистемы, поэтому вывод не является глобальным.

Форма роста:  У широколиственных деревьев скорость дыхания выше, чем у хвойных. Ученые пришли к выводу, что широколиственные виды имеют большую площадь листа и, следовательно, фотосинтез и больше углерода. Этот более высокий углерод поддерживает усиленное дыхание. Нет никакой разницы между корневым дыханием между древесными и недревесными породами в частоте их дыхания.

Применение корневого дыхания

Изучение корневого дыхания имеет множество применений:

  • Селекция культур, устойчивых к заболачиванию
  • Рекомендация партий полива для полевых культур и выращивания в теплицах
  • Изучение влияния изменения климата на сельскохозяйственные культуры и их урожайность
  • Отслеживание влияния азотных удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур
  • Управление тепличным хозяйством
  • Научные исследования в образование углерода в почве
  • Расчет потока углерода в почве
  • Оценка глобального баланса углерода
  • Управление лесами с помощью удобрений
  • Управление почвой для сельскохозяйственных культур и лесов

Измерение влияния корневого дыхания

Многие ученые отмечают, что разные методы оценки дают разные результаты. Инфракрасный газоанализатор в сочетании с системами с закрытыми камерами является популярным, но не единственным используемым методом. Измерение таких факторов, как площадь листьев или влияние на рост корней, является более стандартным и неразрушающим при использовании инструментов от CID Bio-Science Inc. Легче измерить накопление биомассы и предсказать влияние окружающей среды на урожай. Однако нам необходимо точно измерить этот процесс, чтобы оценить его глобальное воздействие из-за изменения климата.

—

Vijayalaxmi Kinhal
Научный писатель, CID Bio-Science
Ph.D. Экология и наука об окружающей среде, бакалавр сельского хозяйства

Источники

Бен-Ноа, И., и Фридман, С.П. (2018). Обзор и оценка корневого дыхания и естественных и сельскохозяйственных процессов аэрации почвы. Журнал зоны вадоза, 17(1), 170119. https://doi.org/10.2136/vzj2017.06.0119

Blume H-P, Hartge KH, Schwertmann U (2007) Die Bedeutung des Ferdinand Enke
Verlages für die Verbreitung bodenkundlichen Wissens. В: Blume HP, Stahr K (Hg)
Zur Geschichte der Bodenkunde (глава 4). Hohenheimer Bodenkundliche BerichteNr. 83

ЦНРС. (2016, 15 сентября). Как корни растений чувствуют и реагируют на затопление почвы. Получено с https://www.cnrs.fr/en/how-plant-roots-sense-and-react-soil-flooding.

Колмер Т.Д., Гринуэй Х. (2005) Транспорт кислорода, дыхание и анаэробный катаболизм углеводов в корнях в затопленных почвах. В: Ламберс Х., Рибас-Карбо М. (ред.) Дыхание растений. Достижения в области фотосинтеза и дыхания, т. 18. Springer, Дордрехт. https://doi.org/10.1007/1-4020-3589-6_8

Цзя С., Ван З., Ли С. и др. (2010). Внесение азотных удобрений влияет на дыхание почвы, микробную биомассу и дыхание корней на плантациях Larix gmelinii и Fraxinus mandshurica в Китае. Растительная почва 333, 325–336. https://doi.org/10.1007/s11104-010-0348-8

Хан, М., & Чжу, Б. (2020). Связь корневого дыхания с химией и морфологией разных видов. Биология глобальных изменений, 27(1), 190–201. https://doi.org/10.1111/gcb.15391

Лак З.А., Санден Х., Майер М. и др. (2020). Специфическое корневое дыхание трех видов растений в зависимости от времени и условий хранения. Растительная почва 453, 615–626. https://doi.org/10.1007/s11104-020-04619-9

Ларионова А.А., Сапронов Д.В., Лопес де Гереню В.О. и другие. (2006). Вклад корневого дыхания растений в эмиссию СО2 из почвы. Евразийская почвенная наука. 39, 1127–1135. https://doi.org/10.1134/S1064229306100103

Ли, Дж. С. (2018). Взаимосвязь биомассы корней и дыхания почвы в насаждении лиственных широколиственных деревьев — тематическое исследование клена. J Экология окружающей среды 42, 19. https://doi.org/10.1186/s41610-018-0078-z

Lee, M.-sun, Nakane, K., Nakatsubo, T., & Коидзуми, Х. (2005). Роль корневого дыхания в ежегодных потоках почвенного углерода в холодно-умеренном лиственном лесу. Сельскохозяйственная и лесная метеорология, 134(1-4), 95–101. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2005.08. 011

Накамура М., Ногучи К. Механизмы толерантности растений к дефициту O2 в условиях погружения. J Plant Res 133, 343–371 (2020). https://doi.org/10.1007/s10265-020-01176-1

Прегитцер, К.С., Зак, Д.Р., Лойя, В.М., Карберг, Н.Дж., Кинг, Дж.С., и Бертон, А.Дж. (2007). Вклад корне-ризосферных взаимодействий в биогеохимические циклы в изменяющемся мире. Кардон, З.Г. и Дж. Л. Уитбек. Ризосфера, 155–178. Академическая пресса, https://doi.org/10.1016/b978-012088775-0/50009-4

Райх, Дж. В. и. Шлезингер, У. Х. (1992) Глобальный поток углекислого газа при дыхании почвы и его связь с растительностью и климатом, Tellus B: Chemical and Physical Meteorology, 44:2, 81–99, DOI: 10.3402/tellusb.v44i2.15428. эта статья: https://doi.org/10.3402/tellusb.v44i2.15428

Шлезингер, В.Х. 1977. Баланс углерода в земных отложениях. Анна. Преподобный Экол. Киста. 8, 51-81

Шибистова О., Ллойд. Дж., Евграфова, С., Савушкина, Н., Зражевская, Г., Арнет, А., Кноль, А., и Колле, О. (2002) Сезонная и пространственная изменчивость скорости выделения CO2 из почвы для центральной Сибири Pinus sylvestris лес. Теллус 54B, 552-567.

Тролльденье, Г., и фон Рейнбабен, В. (1981). Корневое дыхание и бактериальное заселение корней I. Влияние источника азота, калийного питания и аэрации корней. Zeitschrift Für Pflanzenernährung Und Bodenkunde, 144 (4), 366–377. https://doi.org/10.1002/jpln.19811440405

Ван В., Го Дж. и Ойкава Т. (2007). Вклад корней в дыхание почвы и баланс углерода в нарушенных и ненарушенных пастбищных сообществах,
северо-восток Китая. Дж. Биоци. 32, 375–384

Уорнер Д.Л., Б.П. Бонд-Ламберти, Дж. Цзянь, Э. Стелл и Р. Варгас. (2019). Глобальное годовое дыхание почвы на расстоянии 1 км с привязкой к сети и неопределенность Получено из SRDB V3. ORNL DAAC, Ок-Ридж, Теннесси, США. https://doi.org/10.3334/ORNLDAAC/1736

Заболачивание и затопление. Получено с https://www.rhs.org.uk/advice/profile?PID=235.

Сюй, М., и Шан, Х.