Изменение корней в связи с симбиозом и паразитизмом

К метаморфозам часто относят видоизменения корней, связанные со вступлением их в симбиоз с почвенными организмами (грибами или бактериями). 

Симбиоз с грибами приводит к образованию микоризы, или грибокорня, а симбиоз с бактериями - к образованию на корнях клубеньков.

Микориза. 

Под микоризой понимают совокупность тонких окончаний корней и оплетающих их гиф грибов. Благодаря сильному ветвлению гиф гриба у корней с микоризой значительно повышается всасывающая поверхность. Из гиф грибов растение получает воду и минеральные вещества, а гетеротрофные грибы добывают из растения продукты фотосинтеза - органические вещества. Кроме этого грибы снабжают растения стимуляторами роста, гормонами, витаминами и ферментами.

Обычно микориза развивается с участием всасывающих корней и локализована в коровой части их зоны всасывания (зоны деления и роста грибами, как правило, не затрагиваются).

Выделяют два типа микоризы - внешнюю и внутреннюю.

Если мицелий гриба (совокупность гиф) покрывает корень только снаружи и проникает лишь в некоторые поверхностные межклетники, то микоризу называют наружной, или эктомикоризой (рисунок 1 а). Она чаще встречается у древесных растений. 

Когда же гифы проникают внутрь клеток тканей корня, говорят об эндомикоризе (рисунок 1 б). Она типична для кустарничков (брусники, черники, вереска) и многих трав. Корни с эндомикоризой внешне мало отличаются от обычных всасывающих корней. 

Рисунок 1

Микоризы:

а – эктотрофная микориза дуба;

б – эндотрофная микориза ятрышника (гифы гриба, заполняющие всю клетку)

Микоризообразующие грибы обычно к самостоятельной жизни не способны. Растения, приспособившиеся к микоризным грибам, без них тоже растут плохо. Однако бывает и так, что гифы гриба перевариваются клетками корня, в которые они проникли.

Иногда и грибы поглощают из растения слишком много органических веществ, угнетая его развитие. В этих случаях взаимоотношения растения и гриба носят характер взаимного паразитизма.

Микориза распространена очень широко. Обычно к каждому виду растения приспособлен определённый вид гриба. Знакомые многим съедобные шляпочные грибы (боровики, подберёзовики, маслята, рыжики, лисички и другие) тоже способны образовывать микоризу с определёнными видами лесных деревьев. Опытные грибники знают, под каким деревом какой гриб искать.

Клубеньки. 

Наряду с грибами, некоторые растения вступают в симбиотические отношения с азотфиксирующими бактериями, хотя это явление встречается гораздо реже, чем микориза.

Азот содержится во многих органических соединениях, поэтому все живые организмы нуждаются в регулярном поступлении его извне. Несмотря на то, что большая часть атмосферы состоит из азота, его дефицит встречается повсеместно. Это происходит потому, что в молекуле азота атомы связаны между собой очень прочными ковалентными связями, которые весьма трудно разорвать. Поэтому молекулярный азот совершенно не доступен для эукариотических (ядерных) организмов, и они нуждаются в более доступных его соединениях. Некоторые же прокариоты (доядерные одноклеточные организмы)  благодаря наличию у них особого nif-гена (контролирующего синтез фермента нитрогеназы; от англ. nitrogen fixation) обладают способностью фиксировать атмосферный азот. Такие микроорганизмы обладают различной степенью свободы, в связи с чем их делят на свободноживущие и симбиотические.

Из симбиотических азотфиксирующих бактерий наиболее известны представители рода ризобиум (Rhizobium) (греч. rhiza - "корень" и bios - "жизнь"; в их названии очень уместно сочетаются слова «корень» и «жизнь», то есть жизнь на корне). Они образуют клубеньки на корнях бобовых растений, в связи с чем их ещё называют клубеньковыми бактериями. Они проникают в кору корня через корневые волоски. Поселяясь в паренхимных клетках и быстро размножаясь, бактерии вызывают активное деление этих клеток, что приводит к образованию бактероидной ткани. Образование такой ткани сопровождается формированием на поверхности корня желваков, которые называют клубеньками (рисунок 2).

Рисунок 2

Бактериальные клубеньки на корнях люпина

Такое сожительство оказывается чрезвычайно полезным для обоих симбионтов, при котором гетеротрофные бактерии получают от растения необходимые им органические вещества, а сами фиксируют атмосферный азот и передают его корню в виде легкоусвояемых для растений соединений. 

После отмирания растения клубеньки разрушаются и обогащают почву азотом.

Симбиоз бобовых растений с азотофиксирующими бактериями высоко ценится в практическом растениеводстве. Растения семейства Бобовые - ценные пищевые и кормовые культуры; получая дополнительные азотистые вещества, они отличаются повышенным содержанием белка и в вегетативных органах, и в семенах. Кроме этого выращивание бобовых культур обогащает почву азотом. Однолетние виды люпина (люпин белый, люпин жёлтый, люпин узколистный) обычно выращивают в качестве растений-сидератов.

Сидератами называют растения, которые возделывают именно для обогащения почвы азотом. Как только эти растения зацветают, их запахивают в почву. 

В симбиотические отношения с бактериями вступает и ряд других растений. Клубеньки можно обнаружить на корнях ольхи, облепихи, лоха и некоторых других растений.

Корни-присоски.

Для питания растений-паразитов служат корни-присоски (гаустории, лат. haustor - "черпающий", "пьющий", "глотающий"). Они служат для проникновения в тело растения-хозяина, откуда высасывают необходимые для паразита вещества. Например, у повилики с рано отмирающим первичным корнем, стебель, обвивающийся вокруг растения-хозяина, образует выросты - гаустории, проникающие в древесину, обеспечивающую повилику питанием.