Функції кореневої системи

Питання про функції кореневої системи представляє вузол проблем, зв’язаних з живленням рослин, і тому необхідно познайомитися з основами виділення і синтезу речовин у коренях, транспорту іонів у клітку, тканини й органи. Роль кореня в житті всієї рослини багатогранна. У першу чергу, корінь — це спеціалізований орган поглинання води і мінеральних елементів із ґрунту. Друга сторона діяльності кореневої системи — часткова чи повна переробка поглинених іонів, їхнє відновлення, включення в різні органічні сполуки і транспортування в наземні органи для синтезу складних метаболітів і фізіологічно активних речовин. Ця сторона синтезуючої функції коренів зв’язана з процесом поглинання. Третя функція — виділення в навколишнє середовище речовин, різних по хімічній природі і біологічному значенні. Фізіологічні функції кореня знаходяться в тісному зв’язку з його анатомічною будовою.

У роботах Д Н. Прянишникова вивчення питання про порівняльну цінність різних неорганічних сполук азоту, як джерел азотного живлення, послужило частиною чудових досліджень по перетворенню сполук азоту в кореневій системі. Спочатку перед дослідниками виникло приватне запитання про походження і роль аспарагіну. Відомо, що ця речовина нагромаджується при проростанні насіння у темряві в дуже значних кількостях, що його азот складає біля половини всього азоту проростків. Широким поширенням користалося уявлення про аспарагін, як продукт розпаду білків, що виникає при мобілізації білкових запасів насіння. Експериментально Д Н. Прянишников (1945) довів, що аспарагін не може бути безпосереднім продуктом розпаду білків при проростанні насіння, а виникає в результаті вторинного синтезу. Це було зроблено шляхом проведення досвідів по вивченню здатності рослин засвоювати азот аміачних солей при різних умовах виростання. Проростки гороху, ячменя і люпину жовтого тим краще здатні утворювати аспарагін за рахунок амонійних солей, які даються ними ззовні, чим краще вони забезпечені вуглеводами. У темряві проростки в процесі подиху розтрачують свої вуглеводні запаси і перетворюються в організми, позбавлений можливості використовувати аміак для синтезу аспарагіну.

Д Н. Прянишников ясно уявляв, що рослини мають у своєму розпорядженні можливість знешкодження аміаку шляхом його проміжного зв’язування з органічними молекулами, що виникають у метаболізмі. У результаті вивчення дикарбонових амінокислот і амідів у рослин у період інтенсивного білкового обміну він знайшов, що ці з'єднання грають важливу проміжну і разом з тим захисну роль у системі перетворень, що супроводжуються звільненням і використанням аміаку. Подальші дослідження розкрили біохімічну картину первинної асиміляції коренями іонів амонію і показали центральну роль у цьому процесі циклу диі трикарбонових кислот. Джерела азоту, що поглинається коренями, зазнають амінування й амідування. Аналіз пасоки дозволив Д А. Сабініну в 1949 р. обґрунтувати концепцію про синтетичну роль коренів. Основні положення цієї концепції наступні:

• — корінь здатний не тільки поглинати мінеральні елементи, але і перетворювати їх (чичастково цілком) і подавати в наземні органи в зміненому виді;
• — синтезуюча діяльність кореня розвертається на підставі асиміляторів, що надходять з фотосинтезованого органа;
• — корінь впливає на надземні органи не тільки за рахунок забезпечення їхньою водою і мінеральними елементами, але і за рахунок продуктів специфічних реакцій обміну речовин, що відбуваються в коренях.

У коренях рослин у міру їхнього розвитку змінюються як спрямованість біосинтезу, так і перетворення амінокислот. З віком змінюється не тільки кількісне, але і якісний зміст амінокислот.Установлено дзеркальний характер зміни змісту амінокислот у коренях і пасоці в онтогенезі. Так, у кукурудзі до 36 днів вирощування зміст амінокислот у пасоці зменшувалося з одночасним підвищенням їхньої кількості в коренях. Потім спостерігалися протилежні зміни. При вивченні амінокислотного складу пасоки виноградної лози на початку руху соку виявлені валин, пролін, аланін, глутамінова кислота, серин, гліцин, глутамін, аспарагін, лізин. У період руху соку в пасоці з’являються фенілаланін, лейцин, треонін, аспарагінова й аміномасляна кислоти. Корені рослин здійснюють асиміляцію азоту переважно в зоні кори. У досвідах С. Ф. Ізмайлова (1986) показано, що основною тихорєцькою зоною, де відбуваються перетворення амінокислот і їхнє нагромадження, є паренхімні клітини кори. При асиміляції азоту в тканинах коренів переважно використовується сахароза невеликого по величині метаболічного фонду. Цей фонд має тісний метаболічний зв’язок з екзогенними цукрами, унаслідок чого при асиміляції азоту досягається швидке використання вуглецю цукрів, що надійшов у клітку. Кількісний склад амінокислот перетерплює істотні зміни в процесі росту клітки кореня. Велика кількість амінокислот у зонах розтягання і диференціації свідчить про зростання потреби в них для білкового синтезу, здатність до якого збільшується в міру росту клітки. Зміна амінокислотного складу коренів і подачі з пасокою амінокислот у процесі вегетації рослин є відображенням нормального функціонування коренів, їхній синтезуючий діяльності протягом онтогенезу. Корені виконують у цілому рослині як би роль «залози», що виробляє за рахунок асиміляторів, що надходять з листів, і азоту ґрунту багато вторинних азотистих сполук, у тому числі речовини регуляторного характеру. Синтезовані в коренях сполуки виносяться потім у надземні органи. Кругообіг речовин у рослині є ланкою кореневого живлення і тому чітко контролюється потребою рослини і тими джерелами живлення, якимип воно володіє. Цей кругообіг тісно пов’язаний з поглинаючою і видільною діяльністю коренів і служить в основному для розподілу вироблених ними NН2 — сполук. Однієї з функцій кореневої системи є виділення в навколишнє середовище речовин, різних за хімічною природою і біологічному значенню. Експериментально встановлено, що через кореневу систему виділяються майже всі типи водорозчинних органічних сполук. У складі кореневих виділень виявлено багато різноманітних амінокислот і органічних кислот. Неодмінними компонентами кореневих виділень є цукри. Кількість і склад кореневих виділень визначаються видовими і сортовими особливостями рослин. Наприклад, кореневі виділення в бобових рослин набагато багатше амінокислотами, чим у злакових; яблуня через корені виділяє фенольні речовини, а овес — речовини типу лактонів.Є відомості про те, що корені здатні виділяти мінеральні речовини. Яскравим прикладом можуть служити бобові й олійні культури, корені яких виділяють фосфорну кислоту й інші мінеральні елементи. Отже, кількість виділюваних у ґрунт речовин може істотно перевершувати рівень їхнього змісту в самому корені. Цей феномен означає, що екскреторні процеси визначаються життєдіяльністю всього організму, а корінь виконує функцію органа виділення. Процес виділення речовин постійно відбувається в звичайних умовах середовища і, мабуть, є нормальною функцією рослинного організму. Зараз визнається існування постійного круговороту живильних речовин по рослині, під яким варто розуміти пересування елементів ґрунтового харчування спочатку з коренів у надземні органи, а потім знову в корені, відкіля частина речовин може мігрувати назад у ґрунт.Одним з найбільш переконливих підтверджень інтенсивних виділень є відзначені факти негативного балансу процесів харчування на останніх етапах онтогенезу рослин. Поглинені коренями зольні елементи наприкінці вегетації в значних кількостях повертаються в ґрунт (38% ДО, 22% Са, 10%Мо). Виділення фосфорної кислоти коренями люпину, гірчиці, ярового рапсу може скласти близько 14−34%, усієї фосфорної кислоти, що поглинається рослиною. Швидкості виділення і поглинання К, Nа, Са, Со настільки великі, що рослини за період вегетації здатні поглинути і виділити в десятки разів більше цих елементів, чим містити їх у собі в якийсь даний період вегетації. Виділення метаболітів коренями властиве зоні кореневих волосків, і кореневі виділення, як правило, мають кисле середовище. Виникає питання: яка екологічна доцільність викиду асимільованого вуглецю і раніше поглинених елементів мінерального живлення. Безсумнівно, ці виділення, з одного боку, можуть бути пристосувальною реакцією на умови зовнішнього середовища, що змінюються. Відзначено, що висихання ґрунту до початку зів'янення рослин і наступний її поливши сприяють посиленому виділенню амінокислот і відновлених з'єднань з рослин. Результати досвіду Н. В. Мєшкова (1971) показали значне збільшення кореневих виділень в умовах зміни живильних розчинів у порівнянні з незмінюваними. Якщо ж зміст вуглецю в органічних речовинах кореневих виділень виразити у відсотках від загального вуглецю в рослинах, тоді цей показник для гороху буде дорівнює 4,04% у незмінюваних розчинах і 10,96% - у змінюваних; для кукурудзи відповідно 1,0 і 2,26%. З іншого боку, виділення позаклітинних гідролаз у ризосферу, очевидно, свідчить про пристосування рослинних форм у процесі еволюції до використання деяких елементів мінерального складу. Виділені кореневою системою продукти життєдіяльності накопичуються в ризосфері і служать живильним субстратом для ризосферної і ґрунтової мікрофлори, тобто корені забезпечують її азотом і вуглецем у легко доступній формі. Прямий обмін метаболітами коренів сусідніх рослин між собою відіграє ведучу роль у взаєминах рослин у фітоценозах. Як відомо, при багаторічному, беззмінному вирощуванні тієї чи іншої культури відбувається збідніння якісного складу мікрофлори. Рослинні виділення можуть придушувати деяких представників ґрунтової мікрофлори. Негативний вплив токсичних кореневих виділень деякою мірою пов’язаний з наявністю в ґрунті органічної речовини. Чим нижче вміст органічної речовини в ґрунті, тим швидше настає стомлюваність ґрунту. Результати визначення активності ферментів ризосфери показали, що ферментативна активність ґрунту знаходиться в тісному зв’язку з діяльністю кореневих систем. Про здатність тонких закінчень коренів виділяти в навколишнє середовище активну протеазу указував В. Д. Купревич (1954).Виявляється також визначена залежність між чисельністю мікроорганізмів у ґрунті й активністю протеаз. Кореневі виділення здатні змінювати водяний режим у ґрунті і рослині, порушувати інтенсивність транспірації і подиху, засвоєння вуглеводів.