30.3: الجذور

Last updated
Save as PDF

Page ID: 196196

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

المهارات اللازمة للتطوير

التعرف على نوعي أنظمة الجذر
وصف المناطق الثلاث لطرف الجذر وتلخيص دور كل منطقة في نمو الجذر
وصف بنية الجذر
سرد ووصف أمثلة للجذور المعدلة

تقوم جذور نباتات البذور بثلاث وظائف رئيسية: تثبيت النبات في التربة، وامتصاص الماء والمعادن ونقلها إلى الأعلى، وتخزين منتجات التمثيل الضوئي. يتم تعديل بعض الجذور لامتصاص الرطوبة وتبادل الغازات. معظم الجذور تحت الأرض. ومع ذلك، فإن بعض النباتات لها أيضًا جذور عرضية تظهر فوق الأرض من النبتة.

أنواع أنظمة الجذر

تتكون أنظمة الجذر بشكل أساسي من نوعين (الشكل\(\PageIndex{1}\)). تحتوي الديكوت على نظام جذر الصنبور، بينما تحتوي الكائنات الأحادية على نظام جذر ليفي. يحتوي نظام جذر الصنبور على جذر رئيسي ينمو عموديًا، والذي تنشأ منه العديد من الجذور الجانبية الأصغر. تعتبر الهندباء مثالًا جيدًا؛ عادة ما تنكسر جذور الصنبور عند محاولة سحب هذه الأعشاب، ويمكنها إعادة نمو نبتة أخرى من الجذر المتبقي). يتغلغل نظام جذر الصنبور في عمق التربة. في المقابل، يقع نظام الجذر الليفي بالقرب من سطح التربة، ويشكل شبكة كثيفة من الجذور التي تساعد أيضًا على منع تآكل التربة (تعتبر أعشاب العشب مثالًا جيدًا، وكذلك القمح والأرز والذرة). تحتوي بعض النباتات على مزيج من جذور الصنبور والجذور الليفية. غالبًا ما تحتوي النباتات التي تنمو في المناطق الجافة على أنظمة جذرية عميقة، في حين أن النباتات التي تنمو في المناطق ذات المياه الوفيرة من المرجح أن تحتوي على أنظمة جذر ضحلة.

تُظهر الصورة العلوية الجزر، وهي جذور صنوبر سميكة لها جذور جانبية رقيقة تمتد منها. تُظهر الصورة السفلية الأعشاب ذات نظام الجذر الليفي تحت التربة. — الشكل\(\PageIndex{1}\): (أ) تحتوي أنظمة جذر الصنبور على جذر رئيسي ينمو، بينما (ب) تتكون أنظمة الجذر الليفي من العديد من الجذور الصغيرة. (المرجع: تعديل عمل «أوستن سكوير بانتس» /فليكر)

نمو الجذور والتشريح

يبدأ نمو الجذور بإنبات البذور. عندما يخرج جنين النبات من البذرة، يشكل جذر الجنين نظام الجذر. يتم حماية طرف الجذر بواسطة غطاء الجذر، وهو هيكل حصري للجذور ولا يشبه أي هيكل نباتي آخر. يتم استبدال غطاء الجذر باستمرار لأنه يتلف بسهولة مع دفع الجذر عبر التربة. يمكن تقسيم طرف الجذر إلى ثلاث مناطق: منطقة انقسام الخلايا، ومنطقة الاستطالة، ومنطقة النضج والتمايز (الشكل\(\PageIndex{2}\)). منطقة انقسام الخلايا هي الأقرب إلى طرف الجذر؛ وتتكون من الخلايا المنقسمة بنشاط لمريستم الجذر. منطقة الاستطالة هي المكان الذي يزداد فيه طول الخلايا المشكلة حديثًا، مما يؤدي إلى إطالة الجذر. تبدأ من شعر الجذر الأول منطقة نضج الخلايا حيث تبدأ خلايا الجذر في التفريق إلى أنواع خلايا خاصة. تقع جميع المناطق الثلاث في السنتيمتر الأول أو نحو ذلك من طرف الجذر.

ينقسم هذا القسم الجانبي من طرف الجذر إلى ثلاث مناطق: المنطقة العلوية للنضج، ومنطقة متوسطة من الاستطالة، والمنطقة السفلية من انقسام الخلايا عند طرف الجذر. في منطقة النضج، يمتد شعر الجذر من الجذر الرئيسي والخلايا كبيرة ومستطيلة. لا تحتوي منطقة الاستطالة على شعيرات جذرية، ولا تزال الخلايا مستطيلة، ولكنها أصغر نوعًا ما. تمر أسطوانة وعائية عبر مركز الجذر في منطقة النضج ومنطقة الاستطالة. في منطقة انقسام الخلايا، تكون الخلايا أصغر بكثير. تسمى الخلايا الموجودة في هذه المنطقة بالمريستم القمي. تحيط طبقة من الخلايا تسمى غطاء الجذر بالمريستم القمي. — الشكل\(\PageIndex{2}\): يكشف العرض الطولي للجذر عن مناطق انقسام الخلايا والاستطالة والنضج. يحدث انقسام الخلايا في الطبقة القمية.

يحتوي الجذر على طبقة خارجية من الخلايا تسمى البشرة، والتي تحيط بمناطق الأنسجة الأرضية والأنسجة الوعائية. توفر البشرة الحماية وتساعد في الامتصاص. تزيد شعيرات الجذور، وهي امتدادات لخلايا البشرة الجذرية، من مساحة سطح الجذر، مما يساهم بشكل كبير في امتصاص الماء والمعادن.

داخل الجذر، تشكل الأنسجة الأرضية منطقتين: القشرة واللب (الشكل\(\PageIndex{3}\)). بالمقارنة مع السيقان، تحتوي الجذور على الكثير من القشرة والقشرة الصغيرة. تشمل كلتا المنطقتين الخلايا التي تخزن منتجات التمثيل الضوئي. تقع القشرة بين البشرة والأنسجة الوعائية، بينما تقع اللب بين الأنسجة الوعائية ومركز الجذر.

يُظهر المجهري مقطعًا عرضيًا جذريًا. توجد خلايا Xylem، التي تلطخ جدران خلاياها باللون الأحمر، في منتصف الجذر. توجد بقع من خلايا البلغم، باللون الأزرق الملون، على حافة حلقة خلايا نسيج الخشب. الدائرة الدائرية عبارة عن حلقة من الخلايا على الحافة الخارجية للنسيج والفلوم. تحيط حلقة أخرى من الخلايا، تسمى بطانة الجلد، بالدائرة. كل شيء داخل بطانة الجلد هو الصلبة أو الأنسجة الوعائية. خارج الجلد توجد القشرة. خلايا الحمة التي تشكل القشرة هي الأكبر في الجذر. خارج القشرة توجد الطبقة الخارجية. يبلغ سمك الطبقة الخارجية حوالي خليتين وتتكون من خلايا التصلب التي تلطخ اللون الأحمر. تحيط البشرة الخارجية بالجلد، وهي طبقة سميكة من خلية واحدة. تظهر بضع شعيرات من الجذور إلى الخارج من الجذر. — الشكل\(\PageIndex{3}\): يكشف التلوين عن أنواع مختلفة من الخلايا في هذه الصورة المجهرية الخفيفة للمقطع العرضي لجذر القمح (*Triticum*). تلطخ خلايا Sclerenchyma في الخلايا الخارجية وخلايا نسيج الخشب باللون الأحمر، بينما تلطخ خلايا البلغم باللون الأزرق. أنواع الخلايا الأخرى تلطخ باللون الأسود. اللوح، أو النسيج الوعائي، هو المنطقة الموجودة داخل بطانة الجلد (يشار إليها بحلقة خضراء). تظهر شعيرات الجذر خارج البشرة. (مصدر: بيانات شريط القياس من مات راسل)

يتم ترتيب الأنسجة الوعائية في الجذر في الجزء الداخلي من الجذر، والذي يسمى اللوح (الشكل\(\PageIndex{4}\)). تفصل طبقة من الخلايا تعرف باسم بطانة الجلد الصفيحة عن الأنسجة الأرضية في الجزء الخارجي من الجذر. يقتصر استخدام بطانة الجلد على الجذور، ويعمل كنقطة تفتيش للمواد التي تدخل نظام الأوعية الدموية للجذر. توجد مادة شمعية تسمى سوبرين على جدران الخلايا الداخلية. تجبر هذه المنطقة الشمعية، المعروفة باسم شريط كاسباريان، الماء والمذيبات على عبور الأغشية البلازمية للخلايا الداخلية بدلاً من الانزلاق بين الخلايا. هذا يضمن أن المواد التي يتطلبها الجذر فقط تمر عبر بطانة الجلد، بينما يتم استبعاد المواد السامة ومسببات الأمراض بشكل عام. الطبقة الخلوية الخارجية لأنسجة الأوعية الدموية للجذر هي الدائرة الدائرية، وهي منطقة يمكن أن تؤدي إلى ظهور جذور جانبية. في الجذور الثنائية، يتم ترتيب نسيج الخشب والفلوم في اللوح بالتناوب في شكل X، بينما في الجذور أحادية اللون، يتم ترتيب الأنسجة الوعائية في حلقة حول اللب.

يحتوي المقطع العرضي لجذر ديكوت على هيكل على شكل X في وسطه. يتكون X من العديد من خلايا Xylem. تملأ خلايا الفلوم الفراغ بين الحرف X. وتحيط حلقة من الخلايا تسمى الدائرة الدائرية بالخشب واللولوم. تسمى الحافة الخارجية للدراجة الهوائية باسم بطانة الجلد. هناك طبقة سميكة من نسيج القشرة تحيط بالدراجة الهوائية. يتم وضع القشرة في طبقة من الخلايا تسمى البشرة. يشبه الجذر أحادي اللون جذر الديكوت، لكن مركز الجذر مليء باللب. تشكل خلايا البلغم حلقة حول الحفرة. يتم تضمين مجموعات دائرية من خلايا الخشب في التجويف، مرتبة بشكل متماثل حول الحفرة المركزية. تكون القشرة الخارجية والبطانة والقشرة والبشرة هي نفسها في جذر الديكوت. — الشكل\(\PageIndex{4}\): في الثنائيات النموذجية (اليسرى)، تشكل الأنسجة الوعائية شكل X في وسط الجذر. في الأحرف الأحادية النموذجية (اليمنى)، تشكل خلايا البلغم وخلايا نسيج الخشب الأكبر حلقة مميزة حول اللب المركزي.

تعديلات الجذر

يمكن تعديل الهياكل الجذرية لأغراض محددة. على سبيل المثال، تكون بعض الجذور منتفخة وتخزن النشا. الجذور الهوائية وجذور الدعامة هما شكلان من الجذور فوق الأرض التي توفر دعمًا إضافيًا لترسيخ النبات. تعتبر جذور الصنبور، مثل الجزر واللفت والبنجر، أمثلة على الجذور التي تم تعديلها لتخزين الطعام (الشكل\(\PageIndex{5}\)).

تعرض الصور مجموعة متنوعة من الخضروات الطازجة في متجر البقالة. — الشكل\(\PageIndex{5}\): العديد من الخضروات هي جذور معدلة.

تمكّن الجذور المشاشية النبات من النمو على نبات آخر. على سبيل المثال، تقوم الجذور المشاشية لأزهار الأوركيد بتطوير نسيج إسفنجي لامتصاص الرطوبة. تبدأ شجرة البانيان (Ficus sp.) كنبات مشمش، تنبت في أغصان الشجرة المضيفة؛ تتطور الجذور الهوائية من الفروع وتصل في النهاية إلى الأرض، مما يوفر دعمًا إضافيًا (الشكل\(\PageIndex{6}\)). في شجرة الصنوبر (Pandanus sp.)، وهي شجرة تشبه النخيل تنمو في التربة الاستوائية الرملية، تتطور جذور الدعامة فوق الأرض من العقد لتوفير دعم إضافي.

تُظهر الصورة (أ) شجرة كبيرة ذات جذوع أصغر تنمو من أغصانها، و (ب) شجرة ذات جذور هوائية نحيلة تتصاعد لأسفل من الجذع. — الشكل\(\PageIndex{6}\): تبدأ شجرة البانيان (أ)، والمعروفة أيضًا باسم التين الخانق، الحياة كشمش في شجرة مضيفة. تمتد الجذور الهوائية إلى الأرض وتدعم النبات المتنامي، الذي يخنق في النهاية الشجرة المضيفة. ينمو اللولب (ب) جذورًا فوق الأرض تساعد في دعم النبات في التربة الرملية. (المرجع: تعديل عمل لـ «psyberartist» /Flickr؛ الائتمان ب: تعديل عمل ديفيد إيكوف)

ملخص

تساعد الجذور على ترسيخ النبات وامتصاص الماء والمعادن وتعمل كمواقع تخزين للأغذية. الجذور الجذرية والجذور الليفية هما النوعان الرئيسيان لأنظمة الجذر. في نظام الجذر الرئيسي، ينمو الجذر الرئيسي عموديًا لأسفل مع بعض الجذور الجانبية. تنشأ أنظمة الجذر الليفية عند قاعدة الجذع، حيث تشكل مجموعة من الجذور شبكة كثيفة أقل ضحالة من الجذر الرئيسي. يتم حماية طرف الجذر المتنامي بغطاء الجذر. يحتوي طرف الجذر على ثلاث مناطق رئيسية: منطقة انقسام الخلايا (تنقسم الخلايا بنشاط)، ومنطقة الاستطالة (يزداد طول الخلايا)، ومنطقة النضج (تفرق الخلايا لتشكيل أنواع مختلفة من الخلايا). تنقل الأنسجة الوعائية الجذرية الماء والمعادن والسكريات. في بعض الموائل، قد يتم تعديل جذور بعض النباتات لتشكيل جذور هوائية أو جذور مشاشية.

مسرد المصطلحات

جذر عرضي: جذر فوق الأرض ينشأ من جزء نباتي آخر غير جذر جنين النبات

شريط كاسباريان: طلاء شمعي يجبر الماء على عبور أغشية البلازما الداخلية قبل دخول الأسطوانة الوعائية، بدلاً من الانتقال بين خلايا بطانة الجلد

بطانة الجلد: طبقة من الخلايا في الجذر تشكل حاجزًا انتقائيًا بين الأنسجة الأرضية والأنسجة الوعائية، مما يسمح للماء والمعادن بدخول الجذر مع استبعاد السموم ومسببات الأمراض

نظام الجذر الليفي: نوع نظام الجذر الذي تنشأ فيه الجذور من قاعدة الجذع في عنقود، مما يشكل شبكة كثيفة من الجذور؛ توجد في الكائنات الأحادية

دراجة هوائية: الحد الخارجي للوحة التي يمكن أن تنشأ منها الجذور الجانبية

غطاء الجذر: خلايا واقية تغطي طرف الجذر المتنامي

شعر الجذر: هيكل يشبه الشعر وهو امتداد لخلايا البشرة؛ يزيد من مساحة سطح الجذر ويساعد على امتصاص الماء والمعادن

لوحة: الجزء الداخلي من الجذر الذي يحتوي على الأنسجة الوعائية؛ محاط ببطانة الجلد

انقر فوق نظام الجذر: نوع نظام الجذر ذو الجذر الرئيسي الذي ينمو عموديًا مع عدد قليل من الجذور الجانبية؛ يوجد في الثنائيات