Wurzel

In diesem Artikel handelt es sich um den Teil einer Pflanze. Für andere Verwendungen siehe Wurzel (Disambiguierung).
"Verwurzelt" leitet hier weiter. Für die Adaption für die Play- und TV -Film von 1969 siehe Verwurzelt (Film). Für das Lied siehe Ciara -Diskographie.
Primäre und sekundäre Wurzeln in a Baumwolle Pflanze
Wurzelsystem von Erwachsenen Araucaria heterophylla

Im Gefäßpflanzen, das Wurzeln sind die Organe einer Pflanze Diese werden modifiziert, um die Anker für die Pflanze zu liefern und Wasser und Nährstoffe in den Pflanzenkörper aufzunehmen, wodurch Pflanzen größer und schneller werden können.[1] Sie liegen am häufigsten unter der Oberfläche der Boden, aber Wurzeln können auch sein Antenne oder belüftet, das heißt, über dem Boden oder besonders über Wasser aufzuwachsen.

Funktion

Die Hauptfunktionen der Wurzel sind Absorption von Wasser und Pflanzenernährung und Verankerung des Pflanzenkörpers am Boden.[2]

Anatomie

Der Querschnitt von a Gerste Wurzel

Die Wurzelmorphologie ist in vier Zonen unterteilt: die Wurzelkappe, die apikale Meristem, die Dehnungszone und das Haar.[3] Das Wurzelkappe Von neuen Wurzeln hilft die Wurzel in den Boden einzudringen. Diese Wurzelkappen werden abgeschoben, wenn die Wurzel tiefer geht und eine schleimige Oberfläche erzeugt, die Schmiermittel liefert. Das Apikalmeristems Hinter der Wurzelkappe erzeugt neue Wurzelzellen, die sich verlängern. Dann bilden sich Wurzelhaare, die Wasser und Mineralnährstoffe aus dem Boden absorbieren.[4] Die erste Wurzel in Samenproduktionspflanzen ist die Radikeln, der sich vom Pflanzenembryo nach der Samenkeimung ausdehnt.

Bei der Präparation ist die Anordnung der Zellen in einer Wurzel Haarwurzel, Epidermis, Epibel, Kortex, Endodermis, Pericycle und schließlich die Gefäßgewebe in der Mitte einer Wurzel, um das von der Wurzel absorbierte Wasser an andere Orte der Pflanze zu transportieren.[Klarstellung erforderlich]

Ranunculus Root Querschnitt

Das vielleicht auffälligste Merkmal von Wurzeln, die sie von anderen Pflanzenorganen wie Stammbranchen und Blättern unterscheiden, ist, dass Wurzeln eine haben endogen[5] Ursprung, d.h., sie stammen und entwickeln sich aus einer inneren Schicht der Mutterachse, wie z. Pericycle.[6] Im Gegensatz dazu sind Stammbranchen und Blätter exogen, d.h.Sie beginnen sich aus dem Kortex zu entwickeln, einer äußeren Schicht.

Als Reaktion auf die Nährstoffkonzentration synthetisieren auch Wurzeln Cytokinin, was als Signal dient, wie schnell die Triebe wachsen können. Wurzeln funktionieren häufig bei der Lagerung von Lebensmitteln und Nährstoffen. Die Wurzeln der meisten vaskulären Pflanzenarten treten mit bestimmten Symbiose ein Pilze Formen Mykorrhizenund eine große Auswahl anderer Organismen, einschließlich Bakterien auch eng mit Wurzeln assoziieren.[7]

Große, reife Baumwurzeln über dem Boden

Wurzelsystemarchitektur (RSA)

Baumwurzeln bei Klippen des Neuse State Park

Definition

In seiner einfachsten Form bezieht sich der Begriff Root System Architecture (RSA) auf die räumliche Konfiguration des Wurzelsystems einer Anlage. Dieses System kann äußerst komplex sein und hängt von mehreren Faktoren ab, wie der Art der Pflanze selbst, der Zusammensetzung des Bodens und der Verfügbarkeit von Nährstoffen.[8] Wurzelarchitektur spielt die wichtige Rolle bei der Bereitstellung einer sicheren Versorgung mit Nährstoffen und Wasser sowie Verankerung und Unterstützung.

Die Konfiguration von Wurzelsystemen dient dazu, die Pflanze strukturell zu unterstützen, mit anderen Pflanzen zu konkurrieren und Nährstoffe aus dem Boden aufzunehmen.[9] Die Wurzeln wachsen zu bestimmten Bedingungen, die das Wachstum einer Pflanze behindern können. Zum Beispiel ist ein Wurzelsystem, das sich in trockenem Boden entwickelt hat, in überfluteten Boden möglicherweise nicht so effizient, aber Pflanzen können sich an andere Umweltveränderungen anpassen, wie z. B. saisonale Veränderungen.[9]

Begriffe und Komponenten

Die wichtigsten Begriffe, die zur Klassifizierung der Architektur eines Wurzelsystems verwendet werden, sind:[10]

Zweiggröße Anzahl der Links (Außen- oder Innenraum)
Topologie Muster der Verzweigung (Fischgrone, Dichotom, Radial))
Verbindungslänge Abstand zwischen Zweigen
Wurzelwinkel Radialwinkel der Basis einer lateralen Wurzel um den Umfang der übergeordneten Wurzel, der Winkel einer lateralen Wurzel aus seiner übergeordneten Wurzel und der Winkel, das ein ganzes System ausbreitet.
Linkradius Wurzeldurchmesser

Alle Komponenten der Wurzelarchitektur werden durch eine komplexe Wechselwirkung zwischen genetischen Reaktionen und Reaktionen aufgrund von Umweltstimuli reguliert. Diese Entwicklungsstimuli werden als intrinsisch eingestuft, die genetischen und ernährungsphysiologischen oder extrinsischen Umwelteinflüsse und werden durch interpretiert Signalübertragungswege.[11]

Extrinsische Faktoren, die die Wurzelarchitektur beeinflussen, umfassen Schwerkraft, Lichtbelastung, Wasser und Sauerstoff sowie die Verfügbarkeit oder das Fehlen von Stickstoff, Phosphor, Schwefel, Aluminium und Natriumchlorid. Zu den Haupthormonen (intrinsische Reize) und jeweiligen Wege, die für die Entwicklung der Wurzelarchitektur verantwortlich sind, gehören:

Auxin Seitliche Wurzelbildung, Aufrechterhaltung der apikalen Dominanz und zufällig Wurzelbildung.
Cytokinine Cytokinine regulieren die apikale Meristemgröße der Wurzel und fördern die laterale Wurzelverlängerung.
Ethylen Fördert die Bildung von Kronenwurzeln.
Gibberellins Zusammen mit Ethylen fördern sie das Wachstum und die Dehnung des Kronprimordiens. Zusammen mit Auxin fördern sie die Wurzeldehnung. Gibberelline hemmen auch die laterale Wurzel -Primordien -Initiation.

Wachstum

Wurzeln von Bäumen

Frühes Wurzelwachstum ist eine der Funktionen der Apikalmeristems befindet sich in der Nähe der Wurzelspitze. Die Meristemzellen teilen sich mehr oder weniger kontinuierlich und produzieren mehr Meristem, Wurzelkappe Zellen (diese werden geopfert, um das Meristem zu schützen) und undifferenzierte Wurzelzellen. Letztere werden zum Hauptgewebe der Wurzel, die zuerst Dehnung unterzogen werden, ein Prozess, der die Wurzelspitze im wachsenden Medium nach vorne drückt. Allmählich differenzieren und reifen diese Zellen in spezialisierte Zellen der Wurzelgewebe.[12]

Wachstum aus apikalen Meristemen ist bekannt als Primärwachstum, was alle Dehnung umfasst.Sekundärwachstum umfasst das gesamte Wachstum im Durchmesser, eine Hauptkomponente von Holzpflanze Gewebe und viele Nichtwood -Pflanzen. Zum Beispiel Speicherwurzeln von Süßkartoffel Sekundärwachstum haben, sind aber nicht Woody. Sekundäres Wachstum tritt bei der Laterale Meristeme, nämlich die Gefäßkambium und Korkkambium. Die ersteren Formen sekundäres Xylem und sekundäres Phloem, während der letztere das bildet Periderm.

In Pflanzen mit sekundärem Wachstum bildet das Gefäßkambium, das zwischen dem Xylem und dem Phloem stammt Zylinder von Gewebe entlang der Stengel und Wurzel. Das vaskuläre Cambium bildet neue Zellen sowohl im Inneren als auch außerhalb des Kambiumzylinders, wobei die innen sekundären Xylemzellen bilden, und die an der Außenseite, die sekundäre Phloemzellen bilden. Wenn sich sekundäres Xylem ansammelt, nimmt der "Umfang" (laterale Dimensionen) des Stamms und der Wurzel zu. Infolgedessen werden Gewebe jenseits des sekundären Phloems einschließlich der Epidermis und des Kortex in vielen Fällen nach außen gedrückt und schließlich "abgeschöpft" (Schuppen).

Zu diesem Zeitpunkt beginnt das Cork -Cambium die Periderm zu bilden, die aus Schutz besteht Kork Zellen. Die Wände von Korkzellen enthalten Suberin Verdickungen, ein extra zellulärer komplexer Biopolymer.[13] Die Suberin -Verdickungen wirken sich durch eine physische Barriere, den Schutz vor Krankheitserregern und durch Verhinderung von Wasserverlust aus den umgebenden Geweben. Darüber hinaus hilft es auch den Prozess der Wundheilung in Pflanzen.[14] Es wird auch postuliert, dass Suberin eine Komponente der apoplastischen Barriere sein könnte (vorhanden an den Außenzellschichten von Wurzeln), die verhindern Aerenchym Während des Wasserloggens.[15] In den Wurzeln stammt das Cork Cambium aus dem Pericycle, eine Komponente des Gefäßzylinders.[15]

Das Gefäßkambium produziert jährlich neue Schichten von sekundärem Xylem. Die Xylemgefäße sind bei Reife tot, sind jedoch für den meisten Wassertransport durch das Gefäßgewebe in Stielen und Wurzeln verantwortlich.

Baumwurzeln in Port Jackson

Baumwurzeln wachsen normalerweise bis zum Dreifachen des Durchmessers des Zweigs, von denen nur die Hälfte unter dem Rumpf und dem Baldachin liegt. Die Wurzeln von einer Seite eines Baumes liefern normalerweise Nährstoffe für das Laub auf derselben Seite. Einige Familien wie jedoch, wie z. Sapindaceae (das Ahorn Familie), zeigen Sie keine Korrelation zwischen der Wurzelstandort und dem Ort, an dem die Wurzel Nährstoffe an der Anlage liefert.[16]

Verordnung

Es gibt eine Korrelation von Wurzeln, die den Prozess von verwenden Pflanzenwahrnehmung ihre physische Umgebung zu spüren, um zu wachsen,[17] Einschließlich der Erkennung von Licht,[18] und physische Barrieren. Pflanzen spüren auch die Schwerkraft und reagieren durch Auxin -Pfade,[19] ergebend Gravitropismus. Im Laufe der Zeit können Wurzeln Fundamente knacken, Wasserleitungen schnappen und Bürgersteige anheben. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Wurzeln in der Lage sind, "Selbst" und "Nicht-Selbst" in derselben Bodenumgebung zu erkennen.[20]

Die richtige Umgebung von Luft, Mineral Nährstoffe und Wasser lenkt Pflanzenwurzeln, in jede Richtung zu wachsen, um den Bedürfnissen der Anlage zu erfüllen. Wurzeln scheuen oder schrumpfen vor trocken[21] oder andere schlechte Bodenbedingungen.

Gravitropismus leitet die Wurzeln, nach unten zu wachsen Keimung, der Wachstumsmechanismus von Pflanzen, der auch den Schuss nach oben wächst.[22]

Untersuchungen zeigen, dass Pflanzenwurzeln, die auf der Suche nach produktiver Ernährung wachsen Ethylen.[23]

Fluoreszenzbildgebung einer aufstrebenden lateralen Wurzel.

Reaktion der Schattenvermeidung

Um Schatten zu vermeiden, verwenden Pflanzen eine Reaktion der Schattenvermeidung. Wenn eine Pflanze unter einer dichten Vegetation steht, wird das Vorhandensein anderer Vegetation in der Nähe dazu führen, dass die Pflanze ein seitliches Wachstum vermeidet und einen Anstieg des Aufwärtsspots sowie das Wurzelwachstum nach unten verzeichnet. Um dem Farbton zu entkommen, passen die Pflanzen ihre Wurzelarchitektur an, insbesondere durch Verringern der Länge und Menge der seitlichen Wurzeln, die aus der Primärwurzel hervorgehen. Experimentieren von mutierten Varianten von Arabidopsis thaliana fanden heraus, dass Pflanzen das rot -rot Phytochrome.[24] Anlagenblätter in der Nähe absorbieren rotes Licht und reflektieren weit rotes Licht, wodurch das Verhältnis rot zu weit rotem Licht abnimmt. Das Phytochrom -Phya, das dieses rot -rot -Lichtverhältnis erfasst oder axial, das führt zu Änderungen in der lateralen Wurzelarchitektur.[24] Untersuchungen ergaben stattdessen, dass das Schießen lokalisierte Phya das Phytochrom ist, das für die Verursachung dieser architektonischen Veränderungen der lateralen Wurzel verantwortlich ist. Untersuchungen haben auch ergeben, dass Phytochrom diese architektonischen Veränderungen durch die Manipulation der Auxinverteilung in der Wurzel der Anlage abgeschlossen hat.[24] Wenn ein niedrig genuges rotes zu weit rotes Verhältnis von Phya erfasst wird, wird die Phya im Shooting hauptsächlich in seiner aktiven Form sein.[25] In dieser Form stabilisiert Phya das Transkriptionsfaktor Hy5, was dazu führt, dass es nicht mehr so ​​degradiert wird, wie es ist, wenn sich Phya in seiner inaktiven Form befindet. Dieser stabilisierte Transkriptionsfaktor kann dann durch die zu den Wurzeln der Anlage transportiert werden Phloem, wo es seine eigene Transkription induziert, um sein Signal zu verstärken. In den Wurzeln der Pflanze hemmt Hy5 einen Auxin -Antwortfaktor, der als ARF19 bekannt ist, ein Antwortfaktor für die Translation von Pin3 und Lax3, zwei bekannte Auxin -Transportmittel Proteine.[25] Somit durch Manipulation von ARF19, dem Niveau und Aktivität von Auxin Transporter Pin3 und LAX3 werden gehemmt.[25] Sobald die Hemmung gehemmt ist, sind die Auxinspiegel in Bereichen niedrig, in denen normales Wurzel auftritt, was dazu führt Pericycle. Mit dieser komplexen Manipulation des Auxintransports in den Wurzeln wird das seitliche Wurzelaufkommen in den Wurzeln gehemmt, und die Wurzel verlängert stattdessen nach unten, was das vertikale Pflanzenwachstum fördert, um Schatten zu vermeiden.[24][25]

Die Erforschung von Arabidopsis hat zur Entdeckung geführt, wie diese Auxin -vermittelte Wurzelantwort funktioniert. In dem Versuch, die Rolle zu entdecken, die Phytochrom In der lateralen Wurzelentwicklung spielt Salisbury et al. (2007) arbeiteten mit Arabidopsis thaliana auf Agarplatten angebaut. Salisbury et al. verwendeten Wildtyp -Pflanzen zusammen mit unterschiedlichen Protein -Knockout- und Gen -Knockout -Arabidopsis -Mutanten, um die Ergebnisse zu beobachten, die diese Mutationen auf die Wurzelarchitektur, die Proteinvorhandensein und die Genexpression hatten. Zu diesem Zweck haben Salisbury et al. verwendete GFP -Fluoreszenz zusammen mit anderen Formen sowohl von Makro- als auch von mikroskopischen Bildern, um alle Veränderungen zu beobachten, die verschiedene verursachte Mutationen beobachtet. Aus diesen Forschungen haben Salisbury et al. waren in der Lage zu theoretisieren, dass das Shooting lokalisierte Phytochrome die Auxinspiegel in Wurzeln verändern und die laterale Wurzelentwicklung und die Gesamtwurzelarchitektur kontrollieren.[24] In den Experimenten von Van Gelderen et al. (2018) wollten sie sehen, ob und wie es ist, dass der Shooting von Arabidopsis thaliana verändert und beeinflusst die Wurzelentwicklung und die Wurzelarchitektur. Dazu nahmen sie Arabidopsis -Pflanzen ein, wuchsen sie hinein Agargelund entlarvte die Wurzeln und Schüsse auf trennen Lichtquellen. Von hier aus veränderten sie die verschiedenen Lichtwellenlängen, und die Wurzel der Pflanzen erhielten und zeichneten die laterale Wurzeldichte, die Menge der lateralen Wurzeln und die allgemeine Architektur der lateralen Wurzeln auf. Um die Funktion spezifischer Photorezeptoren, Proteine, Gene und Hormone zu identifizieren, verwendeten sie verschiedene Arabidopsis -Knockout -Mutanten und beobachteten die resultierenden Veränderungen der lateralen Wurzelarchitektur. Durch ihre Beobachtungen und verschiedene Experimente haben Van Gelderen et al. konnten einen Mechanismus entwickeln, wie die Wurzelerkennung von rot-roten Lichtverhältnissen die laterale Wurzelentwicklung verändert.[25]

Typen

Ein echtes Wurzelsystem besteht aus a Primärwurzel und Sekundäre Wurzeln (oder Seitenwurzeln).

  • Das diffuse Wurzelsystem: Die primäre Wurzel ist nicht dominant; Das gesamte Wurzelsystem ist faserig und Zweige in alle Richtungen. Am häufigsten in Monocots. Die Hauptfunktion der faserigen Wurzel besteht darin, die Pflanze zu verankern.

Spezialisiert

Stelzenwurzeln der Maispflanze
Wurzeln, die sich über dem Boden beim Schneiden von einem bilden Odontonema ("Freespike")
Belüftungswurzeln von a Mangrove
Die wachsende Spitze einer feinen Wurzel
Luftwurzel
Die stelzen Wurzeln von Socratea Exorrhiza
Sichtbare Wurzeln

Die Wurzeln oder Teile von Wurzeln vieler Pflanzenarten sind neben den beiden Primärfunktionen spezialisiert, um anpassungsfähige Zwecke zu dienen[Klarstellung erforderlich], beschrieben in der Einführung.

  • Adventive Wurzeln Entstehen Sie aus der üblichen Wurzelbildung von Zweigen einer primären Wurzel aus und stammen stattdessen aus dem Stamm, den Zweigen, Blättern oder alten Holzwurzeln. Sie treten häufig in vor Monocots und Pteridophyten, aber auch in vielen Dicots, wie zum Beispiel Kleeblatt (Trifolium), Efeu (Hedera), Erdbeere (Fragaria) und Weide (Salix). Die meisten Luftwurzeln und Stelzenwurzeln sind adventiv. In einigen Nadelbäumen können adventische Wurzeln den größten Teil des Wurzelsystems bilden.
  • Lüftungswurzeln (oder Kniewurzel oder Knie oder Pneumatophoren): Wurzeln, die über dem Boden steigen, insbesondere über Wasser wie in einigen Mangrove Gattungen (Avicennia, Sonneratia). In einigen Pflanzen wie Avicennia Die aufrechten Wurzeln haben eine große Anzahl von Atemporen zum Austausch von Gasen.
  • Luftwurzeln: Wurzeln völlig über dem Boden, wie in Ivy (Hedera) oder in epiphytisch Orchideen. Viele Luftwurzeln werden verwendet, um die Wasser- und Nährstoffaufnahme direkt aus der Luft zu erhalten - von Nebel, Tau oder Luftfeuchtigkeit in der Luft.[26] Einige verlassen sich auf Blattsysteme, um Regen oder Luftfeuchtigkeit zu sammeln und sie sogar in Waagen oder Taschen zu lagern. Andere Luftwurzeln, wie z. Mangrove Luftwurzeln werden zur Belüftung und nicht zur Wasseraufnahme verwendet. Andere Luftwurzeln werden hauptsächlich für Struktur verwendet, die als Prop -Wurzeln funktionieren, wie in Mais oder Ankerwurzeln oder als Kofferraum in Strangler Abb. In einigen Epiphyten - Pflanzen, die über der Oberfläche auf anderen Pflanzen leben, dienen Luftwurzeln zum Erreichen von Wasserquellen oder zum Erreichen der Oberfläche und funktionieren dann als normale Oberflächenwurzeln.[26]
  • Baldachinwurzeln/Baumwurzeln: Wurzeln, die sich bilden, wenn sich Baumzweige Matten von Epiphyten und Detritus unterstützen, die Wasser und Nährstoffe im Baldachin enthalten. Sie wachsen in diese Matten aus und verwenden wahrscheinlich die verfügbaren Nährstoffe und Feuchtigkeit.[27]
  • Kontraktile Wurzeln: Wurzeln, die Glühbirnen oder Körner ziehen Monocots, wie zum Beispiel Hyazinthe und Lilie, und einige Pfahlwurzeln, wie zum Beispiel Löwenzahntiefer im Boden durch Erweiterung radial und längswertig. Sie haben eine zerknitterte Oberfläche.[28]
  • Grobe Wurzeln: Wurzeln, die eine sekundäre Verdickung durchlaufen haben und eine Holzstruktur haben. Diese Wurzeln haben eine gewisse Fähigkeit, Wasser und Nährstoffe zu absorbieren, aber ihre Hauptfunktion ist der Transport und eine Struktur, um den kleineren Durchmesser und feinen Wurzeln mit dem Rest der Anlage zu verbinden.
  • Dimorphe Wurzelsysteme: Wurzeln mit zwei unterschiedlichen Formen für zwei separate Funktionen
  • Schöne Wurzeln: Typischerweise primäre Wurzeln <2 mm Durchmesser, die die Funktion der Wasser- und Nährstoffaufnahme aufweisen. Sie sind oft stark verzweigt und unterstützen Mykorrhizen. Diese Wurzeln mögen von kurzer Dauer sein, werden jedoch in einem laufenden Prozess des Wurzelumsatzes durch die Anlage ersetzt.
  • Haustienwurzeln: Wurzeln parasitärer Pflanzen, die Wasser und Nährstoffe aus einer anderen Pflanze aufnehmen können, z. B. in Mistel (Viscum Album) und Dodder.
  • Propagative Wurzeln: Wurzeln, die adventische Knospen bilden, die sich zu oberirdischen Dreharbeiten entwickeln, bezeichnet Sauger, die neue Pflanzen bilden, wie in Kanada -Distel, Kirsche und viele andere.
  • Proteoidwurzeln oder Cluster -Wurzeln: dichte Cluster von Wurzeln mit begrenztem Wachstum, die sich unter niedrig entwickeln Phosphat oder niedrig Eisen Bedingungen in Proteaceae und einige Pflanzen aus den folgenden Familien Betulaceae, Casuarinaceae, Elaeagnaceae, Moraceae, Fabaceae und Myricaceae.
  • Stelzenwurzeln: Adventitive Unterstützungswurzeln, häufig unter Mangroven. Sie wachsen aus seitlichen Zweigen herab und verzweigen sich im Boden.
  • Speicherwurzeln: Wurzeln zur Lagerung von Lebensmitteln oder Wasser, wie z. Möhren und Rüben. Dazu gehören einige Pfahlwurzeln und Knollenwurzeln.
  • Strukturwurzeln: Große Wurzeln, die eine beträchtliche sekundäre Verdickung durchlaufen haben und holzige Pflanzen und Bäume mechanisch stützen.
  • Oberflächenwurzeln: Wurzeln, die sich unterhalb der Bodenoberfläche vermehren, Wasser und leicht verfügbare Nährstoffe ausnutzen. Wenn die Bedingungen in den Oberflächenschichten des Bodens nahezu optimal sind, wird das Wachstum von Oberflächenwurzeln gefördert und sie werden normalerweise zu den dominierenden Wurzeln.
  • Knollenwurzeln: Fleischige und vergrößerte seitliche Wurzeln für Lebensmittel oder Wasserspeicher, z. Süßkartoffel. Eine Art von Speicherwurzel, die sich von Taproot unterscheidet.
  • Photosynthetische Wurzeln: Wurzeln, die grün und photosynthesizend sind und der Pflanze Zucker verleihen. Sie sind ähnlich wie Phyllokladen. Mehrere Orchideen haben diese, z. Dendrophylax und Taeniophyllum.
  • Wurzelknoten: Wurzeln, die stickstofffixierende Bodenbakterien beherbergen. Diese sind oft sehr kurz und abgerundet. Wurzelknoten finden sich in praktisch allen Hülsenfrüchte.
  • Coralloid -Wurzeln: Ähnlich wie bei Wurzelknoten liefern diese Stickstoff für die Pflanze. Sie sind oft größer als Knötchen, verzweigt und befinden sich an oder in der Nähe der Bodenoberfläche und Hafenstickstofffixierung Cyanobakterien. Sie werden nur in gefunden cycads.

Tiefe

Querschnitt von a Mango Baum

Die Verteilung von Gefäßpflanzenwurzeln im Boden hängt von der Pflanzenform, der räumlichen und zeitlichen Verfügbarkeit von Wasser und Nährstoffen und den physikalischen Eigenschaften des Bodens ab. Die tiefsten Wurzeln sind in der Regel in Wüsten und gemäßigten Nadelwäldern zu finden. Das flachste in Tundra, borealer Wald und gemäßigter Grasland. Die tiefste beobachtete lebende Wurzel, die mindestens 60 Meter unterhalb der Bodenoberfläche unterwegs war, wurde während der Ausgrabung einer offenen Mine in Arizona, USA, beobachtet. Einige Wurzeln können so tief wachsen, wie der Baum hoch ist. Die meisten Wurzeln in den meisten Pflanzen sind jedoch relativ nahe an der Oberfläche, wo die Verfügbarkeit und Belüftung von Nährstoffen für das Wachstum günstiger sind. Die Wurzeltiefe kann physisch durch Gestein oder verdichteten Boden eingeschränkt werden, der unter der Oberfläche oder durch anaeroben Bodenbedingungen schließt.

Aufzeichnungen

Ficus Baum mit Wurzeln der Stütze
Spezies Ort Maximale Wurzeltiefe (m) Verweise[29][30]
Boscia Albitrunca Kalahari Wüste 68 Jennings (1974)
Juniperus monosperma Colorado Plateau 61 Cannon (1960)
Eukalyptus sp. Australischer Wald 61 Jennings (1971)
Acacia Erioloba Kalahari Wüste 60 Jennings (1974)
Prosopis Juliflora Arizona Wüste 53.3 Phillips (1963)

Evolutionsgeschichte

Weitere Informationen: Entwicklung der Pflanzen § Evolution der Wurzeln

Die fossile Aufzeichnung von Wurzeln - oder eher füllte Hohlräume, bei denen Wurzeln nach dem Tod verrottet sind - speichert nach dem späten Rückstand zurück Silur, vor ungefähr 430 Millionen Jahren.[31] Ihre Identifizierung ist schwierig, da Abgüsse und Formen von Wurzeln im Aussehen der Tierhöhlen so ähnlich sind. Sie können mit einer Reihe von Funktionen diskriminiert werden.[32] Die evolutionäre Entwicklung von Wurzeln geschah wahrscheinlich aus der Modifikation von flach Rhizome (modifizierte horizontale Stämme), die primitive Gefäßpflanzen in Kombination mit der Entwicklung filamentöser Auswachsen (genannt "verankerten (genannt Rhizoide) die die Pflanzen verankerten und Wasser aus dem Boden in die Pflanze leiteten.[33]

Umweltinteraktionen

Coralloid -Wurzeln von Cycas Revoluta

Es wurde gezeigt, dass Licht einige Auswirkungen auf die Wurzeln hat, aber es wurde nicht so viel untersucht wie die Auswirkung von Licht auf andere Pflanzensysteme. Frühe Forschung in den 1930er Jahren ergab, dass das Licht die Wirksamkeit von verringerte Indol-3-Essigsäure auf adventitiver Wurzelinitiation. Studien der Erbse in den 1950er Jahren zeigen, dass die laterale Wurzelbildung durch Licht gehemmt wurde, und in den frühen 1960er Jahren fanden Forscher, dass Licht positiv hervorrufen konnte gravitropisch Antworten in einigen Situationen. Die Auswirkungen des Lichts auf die Wurzelverlängerung wurden für untersucht monocotyledonous und dicotyledonous Pflanzen, wobei die meisten Studien stellten, dass Licht die Wurzelverlängerung hemmte, ob gepulst oder kontinuierlich. Studien von Arabidopsis In den neunziger Jahren zeigten sich negativ Phototropismus und Hemmung der Dehnung von Wurzelhaaren in Licht, das durch erkannt wird Phyb.[34]

Bestimmte Pflanzen, nämlich Fabaceae, bilden Wurzelknoten Um eine symbiotische Beziehung zu stickstofffixierenden Bakterien zu verbinden und zu bilden, genannt Rhizobie. Aufgrund der hohen Energie, die zum Reparieren von Stickstoff aus der Atmosphäre erforderlich ist, nehmen die Bakterien Kohlenstoffverbindungen aus der Anlage, um den Prozess zu befeuern. Im Gegenzug nimmt die Pflanze Stickstoffverbindungen aus, die von Ammoniak durch die Bakterien produziert werden.[35]

Die Bodentemperatur ist ein Faktor, der die Wurzelinitiierung und -länge beeinflusst. Die Wurzellänge wird normalerweise dramatischer durch Temperatur als die Gesamtmasse beeinflusst, bei denen kühlere Temperaturen tendenziell ein laterales Wachstum verursachen, da die Abwärtsverlängerung durch kühlere Temperaturen an den Untergrundniveaus begrenzt wird. Die Bedürfnisse variieren von Pflanzenarten, aber in gemäßigten Regionen können kühle Temperaturen Wurzelsysteme einschränken. Spezies für kühle Temperaturen wie Hafer, Raps, Roggen, Weizen Tarif bei niedrigeren Temperaturen besser als Sommer Einjährige wie Mais und Baumwolle. Forscher haben festgestellt, dass Pflanzen wie Baumwolle breiter und kürzer entwickeln Pfahlwurzeln bei kühleren Temperaturen. Die erste Wurzel, die aus dem Samen stammt, hat normalerweise einen größeren Durchmesser als Wurzeläste, sodass kleinere Wurzeldurchmesser erwartet werden, wenn die Temperaturen die Wurzelinitiation erhöhen. Der Wurzeldurchmesser nimmt ebenfalls ab, wenn die Wurzel verlängert.[36]

Pflanzeninteraktionen

Pflanzen können in ihrer Umgebung über ihre Wurzelsysteme miteinander interagieren. Studien haben gezeigt, dass die Wechselwirkung zwischen Pflanzenpflanzen zwischen Wurzelsystemen über den Boden als Medium auftritt. Forscher haben getestet, ob Pflanzen, die unter Umgebungsbedingungen wachsen, ihr Verhalten verändern würden, wenn eine nahe gelegene Anlage Dürrebedingungen ausgesetzt wäre.[37] Da in der Nähe von Pflanzen keine Veränderungen zeigten stomatal Aperturforscher glauben, dass sich das Dürresignal durch die Wurzeln und den Boden ausbreitet, nicht durch die Luft als flüchtiges chemisches Signal.[38]

Bodenwechselwirkungen

Bodenmikrobiota kann sowohl Krankheiten als auch nützliche Wurzel -Symbionten unterdrücken (Mykorrhiza -Pilze sind in sterilem Boden leichter zu etablieren). Die Inokulation mit Bodenbakterien kann die Internode -Ausdehnung, den Ertrag und die Beschleunigung der Blüte erhöhen. Die Migration von Bakterien entlang der Wurzel variiert mit den natürlichen Bodenbedingungen. Beispielsweise hat die Forschung ergeben, dass die Wurzelsysteme von Weizensamen mit insculiertem mit Azotobacter zeigten höhere Populationen in Böden, die für das Azotobacter -Wachstum günstig sind. Einige Studien haben bei der Erhöhung der Spiegel bestimmter Mikroben (wie z. P. Fluorescens) im natürlichen Boden ohne vorherige Sterilisation.[39]

Graswurzelsysteme sind von Vorteil bei der Reduzierung Bodenerosion durch Zusammenhalten des Bodens zusammen. Staude Gräser, die wild wild wachsen, tragen organische Materie zum Boden bei, wenn ihre alten Wurzeln nach Angriffen durch vorteilhaftes Verfall verfallen Pilze, Protozoen, Bakterien, Insekten und Würmer füllen Nährstoffe frei.[4]

Wissenschaftler haben eine signifikante Vielfalt der mikrobiellen Wurzelabdeckung von rund 10 Prozent der drei Wochen alten Wurzelsegmente beobachtet. Bei jüngeren Wurzeln gab es sogar eine geringe Abdeckung, aber selbst bei 3 Monate alten Wurzeln lag die Abdeckung nur bei 37%. Vor den 1970er Jahren glaubten Wissenschaftler, dass die Mehrheit der Wurzeloberfläche von Mikroorganismen bedeckt war.[4]

Nährstoffabsorption

Forscher studieren Mais Sämlinge fanden heraus, dass die Kalziumabsorption am größten in der war apikal Wurzelsegment und Kalium an der Basis der Wurzel. Entlang anderer Wurzelsegmente war die Absorption ähnlich. Das absorbierte Kalium wird zur Wurzelspitze und in geringerem Maße andere Teile der Wurzel, dann auch zum Shooting und zum Getreide transportiert. Der Kalziumtransport aus dem apikalen Segment ist langsamer, hauptsächlich nach oben transportiert und im Stiel und in den Schießen angesammelt.[40]

Die Forscher fanden heraus Fettsäure Zusammensetzung von Phosphatidylcholin in Brassica Napus L. Pflanzen. Kalziummangel führte dagegen zu einem deutlichen Rückgang von Polyunes ungesättigt Verbindungen, von denen erwartet wird, dass sie negative Auswirkungen auf die Integrität der Anlage haben Membran, Dies könnte einige Eigenschaften wie seine Durchlässigkeit beeinflussen und für die benötigt werden Ion Aufnahmeaktivität der Wurzelmembranen.[41]

Wirtschaftliche Bedeutung

Wurzeln können auch die Umwelt schützen, indem sie den Boden halten, um die Bodenerosion zu verringern

Der Begriff Wurzelgemüse bezieht sich auf jede essbare unterirdische Pflanzenstruktur, aber viele Wurzelpflanzen sind tatsächlich Stängel Kartoffel Knollen. Essbare Wurzeln umfassen Maniok, Süßkartoffel, Rübe, Karotte, Steckrübe, Rübe, Pastinake, Rettich, Süßkartoffel und Meerrettich. Gewürze, die von Wurzeln erhalten wurden Sassafras, Engelwurz, Sarsaparille und Lakritze.

Zuckerrübe ist eine wichtige Zuckerquelle. Süßkartoffel Wurzeln sind eine Quelle von Östrogen Verbindungen in Antibabypillen. Der Fisch Gift und Insektizid Rotenone wird aus Wurzeln von erhalten Lonchocarpus spp. Wichtige Medikamente von Wurzeln sind Ginseng, Aconitum, ipecac, Enzian und Reserpin. Mehrere Hülsenfrüchte mit Stickstofffixierungs-Wurzelknoten werden als grüne Gülle-Pflanzen verwendet, die beim Pflüten von Stickstoffdünger für andere Pflanzen liefern. Spezialisiert kahlköpfige Zypresse Wurzeln, die als Knie bezeichnet werden, werden als Souvenirs, Lampenbasen verkauft und in Volkskunst geschnitzt. Amerikanische Ureinwohner verwendeten die flexiblen Wurzeln von Weiße Fichte für Korbkrieg.

Baum Wurzeln können heben und zerstören Beton Bürgersteige und zerkleinerte oder verstopfte Rohre.[42] Die Luftwurzeln von Strangler Abb alten beschädigt haben Maya- Tempel in Zentralamerika und der Tempel von Angkor Wat in Kambodscha.

Bäume stabilisieren den Boden an einem Hang, der anfällig ist zu Erdrutsche. Das Wurzelhaare Arbeiten Sie als Anker auf dem Boden.

Vegetative Ausbreitung von Pflanzen über Stecklinge hängt von der adventitiven Wurzelbildung ab. Hunderte Millionen Pflanzen werden durch propagiert Stecklinge jährlich einschließlich Chrysantheme, Weihnachtsstern, Nelke, Zier Sträucher und viele Zimmerpflanzen.

Wurzeln können auch die Umwelt schützen, indem sie den Boden halten, um die Bodenerosion zu verringern. Dies ist besonders wichtig in Bereichen wie Sanddünen.

Wurzeln auf Zwiebelbirnen

Siehe auch

Verweise

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