Использование азота растениями для питания

Растения используют азот из атмосферы через процесс, называемый биологической фиксацией азота. Азот в атмосфере существует в виде молекул N?, которые не могут быть непосредственно усвоены растениями. Для того чтобы использовать азот, растения полагаются на деятельность азотфиксирующих микроорганизмов, которые способны разрывать молекулу N? и преобразовывать её в доступные для растений соединения, такие как аммоний (NH??) и нитраты (NO??).

Процесс фиксации азота начинается с действия специализированных бактерий, таких как Rhizobium, которые обитают в корнях бобовых растений. Эти микроорганизмы живут в симбиозе с растениями, предоставляя им фиксированный азот, в обмен на углерод и другие органические соединения, которые растения синтезируют в процессе фотосинтеза. Другие азотфиксирующие организмы, такие как цианобактерии, выполняют аналогичную функцию в водных экосистемах.

Помимо симбиотических бактерий, существует группа свободноживущих бактерий и актиномицетов, которые также могут фиксировать азот в почве, превращая его в доступные формы для растений. Эти микроорганизмы выделяют фиксированный азот в почву, где он может быть поглощен корнями растений.

После того как азот превращается в аммоний или нитраты, он может быть использован растениями для синтеза аминокислот, белков и других азотсодержащих соединений, которые необходимы для нормального роста и развития. Азот является одним из важнейших макроэлементов для растений, так как входит в состав хлорофилла, который необходим для фотосинтетических процессов.

Кроме того, растения могут поглощать азот в виде нитратов из почвы, образующихся в результате нитрификации — процесса, при котором азотные соединения, такие как аммоний, окисляются бактериями в нитраты.

Таким образом, использование азота растениями включает сложный цикл, в котором участвуют как микроорганизмы, так и различные химические процессы, обеспечивающие растения необходимыми для их питания азотсодержащими веществами.

Этапы развития и функции корневой системы у двудольных растений

Корневая система двудольных растений развивается в несколько этапов, начиная с формирования первичной корневой системы, а затем переходя к развитию вторичной. Эти этапы играют ключевую роль в обеспечении растением устойчивости, поглощении воды и минеральных веществ, а также в обеспечении роста и развития растения в целом.

1. Формирование первичной корневой системы
   На первом этапе развития у двудольных растений возникает первичная корневая система, которая развивается из зародышевого корешка, образующегося из корня зародыша. Этот процесс начинается с прорастания семени, при котором из зародыша выходит главная ось, которая впоследствии становится главным корнем. Главный корень образует первичные боковые корни, которые развиваются в области его вытянутой части. Таким образом, корневая система в этот момент представлена главным корнем, который сохраняет преобладание по отношению к боковым корням.

2. Развитие боковых корней
   На следующем этапе в процессе роста главного корня начинают развиваться боковые корни, которые располагаются преимущественно в области корня, находящейся ближе к его концу. Эти боковые корни обеспечивают увеличенную площадь для поглощения воды и минеральных веществ. У двудольных растений боковые корни развиваются через перицикл, который является слоем клеток, расположенных непосредственно под эндодермой. Их развитие начинается с образования делящихся клеток в этом слое и вырастания новых корней.

3. Образование вторичной корневой системы (касательной корневой системы)
   На более поздних стадиях развития у многих двудольных растений, таких как растения семейства розоцветных, начинается развитие вторичной корневой системы. Это процесс характерен для стержневых корней, таких как у моркови, свеклы и других растений с крупными корневыми системами. Вторичная корневая система формируется благодаря активности камбия, который начинает образовывать новые ткани, включая вторичные корни, растущие в стороны. Таким образом, на этом этапе у растения формируется мощная и разветвленная корневая система, способная эффективно поглощать питательные вещества и обеспечивать поддержку растению.

4. Функции корневой системы
   Корневая система у двудольных растений выполняет несколько важных функций, обеспечивающих их рост и развитие:

   • Поглощение воды и минеральных веществ: корни обеспечивают растение необходимыми элементами для метаболизма, в том числе водой, азотом, фосфором, калийными солями и микроэлементами. Эти вещества поглощаются через корневую систему из почвы.

   • Закрепление растения в субстрате: корни играют важную роль в закреплении растения в почве, что обеспечивает ему стабильность и устойчивость к внешним воздействиям, таким как ветер или осадки.

   • Накопление питательных веществ: у некоторых растений корни могут служить хранилищем углеводов, например, в случае клубней или корнеплодов. Это запасное питание используется растением в периоды роста или неблагоприятных условий.

   • Реализация ассимиляции углекислого газа и синтез органических веществ: корни также могут участвовать в процессе симбиоза с микоризными грибами, что способствует лучшему усвоению минералов и воды, а также синтезу органических веществ.

   • Образование новых вегетативных органов: корневая система может участвовать в вегетативном размножении. Некоторые растения способны развивать корни от побегов или других частей растения, что ведет к образованию новых растений.

Таким образом, корневая система двудольных растений обладает сложной организацией и многофункциональностью, играя ключевую роль в их жизнедеятельности.

Порядок и типы распространения семян у растений

Распространение семян (диаспор) у растений — ключевой этап жизненного цикла, обеспечивающий расселение потомства, снижение конкуренции между родительскими и дочерними особями, а также освоение новых территорий. Процесс распространения может происходить различными способами в зависимости от морфологии плодов и семян, экологических условий и адаптаций растений.

1. Этапы распространения семян:

1.1. Формирование семян и плодов — происходит после опыления и оплодотворения. Зрелый плод содержит одно или несколько семян, готовых к распространению.

1.2. Механизм отделения — зрелый плод либо раскрывается (декhisценция), либо остается замкнутым (индикhisценция), при этом семя либо активно выбрасывается, либо пассивно отделяется от растения.

1.3. Транспортировка семени (дисперсия) — осуществляется под воздействием внешних факторов (ветер, вода, животные, человек) или за счёт собственных механизмов растения.

1.4. Оседание в субстрате — семя попадает в подходящую среду для прорастания, где начинает развитие нового растения.

2. Основные типы распространения семян:

2.1. Анемохория (распространение ветром)
Характерна для растений, семена которых лёгкие, снабжены крыловидными выростами, волосками или парашютиками (напр. клен, одуванчик, сосна). Ветром могут переноситься как отдельные семена, так и плоды.

2.2. Гидрохория (распространение водой)
Семена и плоды, распространяемые водой, обычно имеют водоотталкивающую оболочку, воздушные полости или способны плавать (напр. кокос, рогоз, лотос). Адаптированы к длительному пребыванию в воде без потери всхожести.

2.3. Зоохория (распространение животными)
Подразделяется на:
— Эндозоохория: семена попадают внутрь организма животного (чаще всего птиц или млекопитающих) вместе с плодами и распространяются после прохождения через пищеварительный тракт (напр. виноград, облепиха);
— Экзозоохория: семена прикрепляются к шерсти или оперению животных с помощью зацепок, крючков, липких веществ (напр. лопух, череда);
— Синзооохория: животные сознательно переносят и запасают плоды или семена (напр. белки, собирающие орехи).

2.4. Мирмекохория (распространение муравьями)
Семена имеют специальные маслянистые придатки (элайосомы), привлекающие муравьёв. Муравьи переносят семена в свои гнезда, где часть из них сохраняется и прорастает (напр. фиалки, чина).

2.5. Автохория (самораспространение)
Семена распространяются за счёт собственных механизмов растения, без помощи внешних агентов:
— Баллистохория: выбрасывание семян за счёт давления тканей плода или внезапного раскрытия (напр. недотрога, резуха);
— Барохория: семена просто падают под действием силы тяжести, часто встречается у растений с тяжёлыми или крупными плодами (напр. каштан, дуб).

2.6. Антропохория (распространение человеком)
Человек может случайно или целенаправленно распространять семена растений, включая агрокультуры и сорные виды. Этот тип стал особенно значимым в эпоху глобализации и развития сельского хозяйства.

3. Комбинированные способы распространения
Многие растения используют сразу несколько типов распространения. Например, плод может распространяться животным, но затем семя дополнительно переносится водой или ветром.

4. Значение распространения семян
Обеспечение выживания вида, колонизация новых ареалов, генетическая диверсификация популяций и увеличение приспособленности к меняющимся условиям среды.

Этапы развития семени растения

Развитие семени растения включает несколько ключевых этапов, каждый из которых играет важную роль в его прорастании и превращении в полноценное растение. Эти этапы можно условно разделить на следующие:

1. Созревание семени. Это процесс завершения формирования семени, который включает в себя накопление питательных веществ и накопление запасных веществ в семядолях (например, крахмала, белков и жиров), а также синтез питательных веществ в эндосперме. На этом этапе семя получает все необходимые ресурсы для будущего роста. Внешняя оболочка семени, или семенная кожура, затвердевает, защищая внутренние структуры от внешних воздействий.

2. Гибернация (покой семени). После созревания семя вступает в состояние покоя, называемое также диапаузой. Это состояние характеризуется минимальной метаболической активностью, что позволяет семени пережить неблагоприятные условия (например, холод или засуху). В это время семя сохраняет свой потенциал для прорастания, но не проявляет признаков жизни.

3. Процесс прорастания. Прорастание начинается с абсорбции воды, что приводит к набуханию семени. Вода активирует метаболические процессы внутри семени, и начинает происходить рост. Процесс прорастания можно разделить на несколько подэтапов:

   • Активизация метаболизма. Вода, проникнув в семя, активирует ферменты, которые начинают расщеплять запасные питательные вещества. В это время начинается работа дыхательной системы, что способствует образованию энергии, необходимой для роста.

   • Пробуждение зародыша. Зародыш начинает развиваться, вытягиваясь через оболочку семени. На этом этапе из зародыша развиваются основные структуры: корешок, стебелек и листья.

   • Прорастание корешка (эмбриональный корень). Корешок является первым органом, который появляется из семени. Он направляется вниз в поисках воды и минералов. После его роста семя начинает активно поглощать воду и питательные вещества из окружающей среды.

   • Прорастание побега. После того как корешок закрепится в почве, развивается побег, который, пробивая оболочку семени, выходит на поверхность. В этот момент начинают формироваться первые листья, которые выполняют функцию фотосинтеза.

4. Переход к самостоятельному существованию. На данном этапе молодое растение начинает получать все необходимые питательные вещества из почвы через корни и воздух через листья. Этап развития семени завершается, когда растение становится способным к фотосинтезу и другим процессам, необходимым для его роста.