2.4: Модифіковані коріння

Деякі коріння рослин можуть бути модифіковані для спеціальних цілей на додаток до виконання основних функцій кореня.

Зберігання коренів

Деякі рослини зберігають вуглеводи в коренях для використання в разі надзвичайних ситуацій або при підготовці до зимових місяців, оскільки деякі рослини втрачають листя і не в змозі виконати фотосинтез. Велика частина цього зберігання у рослин відбувається в коренях, де воно може бути безпечним від тварин і зберігатися краще, ніж надземне. Ми знайомі з цією стратегією зберігання їжі, оскільки ми, тварини, також зберігаємо додаткову їжу як жир у нашому організмі, щоб використовувати у разі дефіциту їжі. Наприклад, тварини, які зимують, накопичують жир, щоб мати можливість пережити зиму. Рослини не використовують жир для зберігання їжі, замість цього вони використовують в основному крохмаль, який є більш стійким і зберігається протягом більш тривалих періодів часу. Коріння були джерелами їжі для людини з самого світанку нашого виду. Прикладами економічно важливих коренеплодів є маніока, батат (рис.\(\PageIndex{1}\)), морква, буряк, цукровий буряк, ріпа, редис, пастернак, хрін.

В даний час найважливішим коренеплодом в світі є маніока (Manihot esculenta, рис.\(\PageIndex{2}\)). Існують десятки загальних назв цієї культури. На Гаваях він може бути відомий як тапіока. Ця рослина також родом з Південної Америки, але зараз вона широко культивується в більшості тропічних і субтропічних регіонів, включаючи багато тихоокеанських островів. Це третє за важливістю джерело вуглеводів у тропіках, позаду рису та кукурудзи. Маніока може рости на бідних грунтах і в місцях з малою кількістю опадів. Правильне приготування та підготовка важливі, оскільки деякі сорти містять ціанід, який потрібно видалити перед вживанням. Маніока є універсальною культурою і може використовуватися різними способами: смажена, як у картоплі фрі, пюре, як у картопляному пюре, ферментована та виготовлена в алкогольний напій, а також висушена в різні види борошна з тривалим терміном зберігання (наприклад, борошно з тапіоки). Кульки тапіоки в бульбашковому чаї виготовлені з крохмалю, витягнутого з цього кореня.

Ще один важливий корінь - це яла або батат (Ipomea batatas). Вони культивувалися корінними гавайцями ще до європейського контакту і були дуже важливим джерелом вуглеводів для населення на островах (рис.\(\PageIndex{1}\)). Солодка картопля - дуже зручна культура, оскільки вони ростуть у всіх видах середовищ: вологому, сухому, біля рівня моря та на більш високих висотах. Однак він широко культивувався в сільськогосподарській системі Кохала на острові Гаваї (Lincoln and Vitousek, 2017). Багато різних сортів солодкої картоплі були вирощені в минулому, і ця культура все ще є важливим компонентом дієти сьогодні, хоча більшість сортів, вирощених на місцевому рівні, є недавніми введеннями на Гаваї.

Солодка картопля родом з Південної Америки, де їх вперше одомашнили. Їх культивували на Гаваях до європейського контакту з Гаваями і навіть Америкою. Але як вони подорожували з Південної Америки на Гаваї? Є кілька гіпотез, які намагаються пояснити це. Одне з пояснень полягає в тому, що рослина прибуло сплавом, або катаючись океанічними течіями (Montenegro et al. , 2008). Однак існують мовні подібності з назвами, що використовуються для солодкої картоплі в Полінезії та узбережжі Еквадору. Слово для солодкої картоплі в Полінезії - «кумала», що схоже на оригінальне еквадорське слово кечуа для солодкої картоплі «кумара». На Гаваях солодкий картопля відомий як 'uala (Adelaar, 2011). Тому правдоподібно, що полінезійці подорожували на каное аж до Південної Америки, торгували там з корінним населенням і привезли солодку картоплю додому (Roullier et al. , 2013).

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Солодка картопля (Ipomea batatas). За DutraElliott ліцензується відповідно до CC BY-NC-SA 4.0 через Flickr.

Додаткові коріння

Коріння зазвичай ростуть під землею, але деякі модифіковані коріння можуть рости над землею від стебла, і їх називають додатковими корінням. Ми поділимо додаткові коріння на опору, контрфорс та повітряні коріння.

коріння підпору

Коріння опори простягаються від стебла до грунту і забезпечують додаткову механічну підтримку рослині та підвищену абсорбційну здатність після того, як вони досягають ґрунту. Хала (Панданус sp. ) є чудовим прикладом рослини з підпірними корінням (рис.\(\PageIndex{2}\) Е). У цієї рослини коріння опори можуть виростати 3- 4 метри (10-13 футів) завдовжки. Іншим хорошим прикладом є червоний мангровий ліс (Rhizophora mangle), який є рідним для тропічних і субтропічних місць; однак цей вид не є рідним для Гаваїв, коріння опори допомагають підтримувати гілки, дозволяючи верхівці дерева поширюватися збоку, створюючи прекрасний лабіринт коренів. Це також допомагає дереву протистояти приливним змінам та штормовим сплескам, створюючи середовище проживання для риб та інших водних організмів.

Коріння контрфорса

Ці модифіковані настінні коріння характерні для деяких великих дерев, що ростуть в тропіках, як правило, на неглибоких грунтах, забезпечуючи дереву додаткову механічну підтримку. Сейби - чудові приклади дерев з контрфорсом коріння (рис.\(\PageIndex{2}\) D).

Повітряні коріння

Більшість орхідей епіфітні, тобто вони ростуть поверх інших рослин, як дерева, а не в грунті. Це означає, що їх коріння не знаходяться під землею, а ростуть по поверхні кори. Однак це не означає, що вони паразитують, оскільки вони використовують дерево лише як місце для вирощування, і вони все ще збирають воду та поживні речовини з навколишнього середовища, щоб мати можливість здійснювати свій фотосинтез. Коріння орхідеї покриті товстим шаром відмерлих клітин під назвою веламен, який виглядає білуватим, що допомагає утримувати воду (рис.\(\PageIndex{2}\) В).

паразитарні коріння

Деякі рослини мають спеціалізовані коріння, звані гаусторією, які проникають в інші рослини, щоб вкрасти воду та поживні речовини. Ці рослини називаються паразитарними, але рівень паразитизму відрізняється серед паразитичних видів. Деякі паразитичні рослини крадуть воду і все ще здатні піддаватися фотосинтезу для отримання власної їжі, як рослина омели. Інші паразитичні рослини - абсолютні паразити, які навіть не мають хлорофілу, щоб мати можливість здійснювати процес фотосинтезу, тобто вони повинні отримувати воду та їжу від рослини-господаря, щоб вижити. Прикладом повністю паразитує рослини є пухирник. Kauna'oa kahakai (Cuscuta sandwichiana) є прикладом гавайської ендемічної рослини, яка повністю паразитує (рис.\(\PageIndex{2}\) С).

Репродуктивні коріння

Коріння певних видів можуть давати нові рослини шляхом безстатевого розмноження. Це дуже часто зустрічається у стебел і відносно рідко в коренях. Цей вид модифікації дозволяє рослині виростити нову особину зі своїх кореневих систем. Це справа з хлібними фруктами. Якщо основне хлібне дерево пошкодиться тваринами, такими як свині, дерево надішле нові пагони зі своєї кореневої системи. Якщо головне дерево загине, це нова рослина може вирости і стати новим деревом. Навіть якщо дерево тільки пошкоджено, нова рослина може вирости і стати власною особиною. Люди по всьому Тихому океану користуються цією репродуктивною стратегією для розмноження хлібних плодів. Оскільки багато сортів не дають насіння через одомашнення людини, коріння використовуються для розмноження існуючих дерев (рис.\(\PageIndex{2}\) F).

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Модифіковані кореневі системи. А) Корінь зберігання (маніока), Б) Повітряні коріння (орхідея), С) Паразитичні коріння (паразитична лоза, Cuscuta sandwichiana), D) Коріння контрфорса (фікус sp.), E) Коріння опори (хала), і F) Репродуктивні коріння (хлібний плід). За DutraElliott ліцензується відповідно до CC BY-NC-SA 4.0 через Flickr. Модифікації: Зображення A, C і E були об'єднані з авторськими зображеннями (B, D і E), щоб сформувати плиту/Похідне від оригінальних творів (A: «Коріння маніоки» ліцензується Renatosjoao, C: «Паразитична лоза Cuscuta sandwichiana» і E: «Pandanus[1] tectorius[2] prop [3]коріння» від Forest & Kim Starr ліцензовані відповідно до CC BY 4.0).

Мікориза

Мікориза (myco = гриб; rhiza = корінь) - це симбіотичний зв'язок, який більшість рослин мають з грибами в коренях (рис.\(\PageIndex{3}\); мікориза - множинна форма мікоризи). Симбіоз означає «відносини», які можуть бути взаємними, комменалістичними або паразитичними. Іноді обидва партнери отримують щось від цих відносин (мутуалізм), інакше гриб або рослина можуть нічого не отримати взамін (комменсалізм; Pringle et al., 2011). Грибкове тіло називається міцелієм (множинна міцелія), і воно складається з коренеподібних розширень, які називаються гіфами, які поглинають воду і поглинають грунт для поживних речовин, таких як фосфор або азот, і віддають його рослині-господареві, збільшуючи загальну поглинаючу здатність рослини. Натомість рослина може давати грибу вуглець (в нормі у вигляді глюкози), що утворюється при фотосинтезі.

Існує два типи мікоризи: ектомікоризи (рис.\(\PageIndex{3}\) А), де гриби виростають свої гіфи (коренеподібне тіло грибів) у крайніх шарах клітин кори кореня. Цей вид мікоризи зазвичай зустрічається на деревах. Ендомікориза (рис.\(\PageIndex{3}\) В) - це коли гіфи проникають в клітини кори, аж до ендодермісу. Іноді гіфи розбухають і утворюють везикули, які зберігають поживні речовини, отримані в результаті взаємодії рослин і грибів (рис.\(\PageIndex{3}\) B). Гриби не пошкоджують рослинні клітини. Ендомікориза міститься в деревних, а також трав'янистих рослин.

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Приклади мікоризи. А) Ектомікоризний гриб на саджанцях Pinus muricata та Б) Везикули непізнаного арбускулярного мікоризного гриба на сонячній коноплі (Crotalaria juncea). За DutraElliott ліцензується відповідно до CC BY-NC-SA 4.0 через Flickr. Похідне від оригінального твору Нху Нгуєн має ліцензію CC BY 4.0. Зображення були об'єднані, щоб сформувати табличку і були додані етикетки.

кореневі вузлики

Азот є одним з макроелементів, необхідних рослинам для того, щоб рости. Хоча він містить 79% повітря, рослини не можуть поглинати його безпосередньо з атмосфери. Насправді більшість організмів, включаючи тварин, не можуть поглинати азот у своєму газоподібному вигляді. На щастя, деякі азотфіксуючі бактерії здатні фіксувати або змінювати азот у придатну для використання форму (тобто нітрати). Деякі рослини мають здатність формувати симбіотичні відносини з деякими видами цих бактерій в їх коренях, збільшуючи поглинання азоту. Рослина утворює в коренях округлу структуру, звану бульбочками, які приймають і захищають азотфіксуючі бактерії (рис.\(\PageIndex{4}\)). Рослини з цією взаємною асоціацією включають рослини сімейства бобових (Fabaceae), такі як квасоля, горох та арахіс. Інші сімейства рослин також здатні мати такий зв'язок з бактеріями.

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Кореневий вузлик Fabaceae. Змінено, щоб включити мітки. За DutraElliott ліцензується під CC BY BY-NC-SA 4.0 через Flickr. Похідне від оригінальної роботи «Покривний урожай Fabaceae азотної фіксації кореневих бульбочок з бактеріями Bradyrhizobium», від Foxy Tigre ліцензується під CC BY 2.0 через flickr.