Хохлатка (Corydalis conorhiza) — небольшое растение, обычное на высокогорных лугах Северного Кавказа, — способна извлекать необходимый ей азот из тающего снега. Для этого у нее развиваются специальные «снежные корни» , которые растут вверх. Результаты изучения этого неизвестного ранее явления суммированы в совместной статье российских и голландских ученых, появившейся недавно на сайте журнала Ecology Letters.
Хохлатка Corydalis conorhiza.
Условия, с которыми сталкиваются растения, произрастающие высоко в горах, являются по сути экстремальными. Если днем в летнее время солнце здесь может и припекать, то ночью бывает очень холодно. Зима в горах наступает гораздо раньше, чем в предгорьях, а заканчивается позже. Деревья, начиная с определенной высоты, вообще расти не могут — не хватает непрерывного теплого периода, чтобы успели образоваться надежные покровные ткани (кора), способные защитить зимой от сильных холодов и ветров. Однако многолетние травянистые растения, на зиму надежно укрытые снегом, доходят до довольно больших высот
Поскольку за очень короткое лето им надо успеть вырасти, зацвести и дать семена, многие из них в течение всего вегетационного сезона накапливают питательные вещества в подземных органах (луковицах, клубеньках, корневищах), а весной, как только сойдет снег, быстро развиваются за счет этого запаса. К таким растениям относится и произрастающая на Кавказе хохлатка Corydalis conorhiza — небольшое растение с красивыми цветками из семейства маковых.
Молодые растения хохлатки, вылезающие после схода снега
Профессором кафедры геоботаники биологического факультета МГУ Владимиром Гертрудовичем Онипченко, проводившим со студентами и аспирантами полевые исследования на Северном Кавказе, открыто еще не описанное в биологии явление — «снежные корни» , которые растут в толще снега, причем не вниз (как вообще-то полагается расти корням), а вверх, подобно воздушным корням некоторых тропических деревьев. В толще снега эти необычные корни хохлатки, как выяснилось, поднимались до полуметра над поверхностью земли.
Сеть снежных корней хохлатки после схода снега. Видна корка льда, препятствующая проникновению талых вод в почву.
Тогда же возникло предположение, что «снежные корни» используются растением для того, чтобы извлечь из тающего снега имеющиеся там элементы минерального питания, прежде всего азот, которого растениям в этих местах очень не хватает. Положение усугубляется тем, что сама поверхность земли под снегом бывает покрыта коркой льда, а вода, образующаяся при таянии снега, не впитывается в почву, а быстро стекает вниз по склону. Снежные корни как раз, видимо, и служат для того, чтобы не упустить эту влагу, а главное — содержащиеся в ней дефицитные элементы. Поскольку концентрация этих веществ в снеговой воде крайне низка, улавливающая сеть корней должна быть весьма обширной, а сами корни — очень тонкими.
Полевые исследования проводились на Северо-Западном Кавказе в Тебердинском заповеднике, на склонах горы Малая Хатипара, на высоте 2800 м. Средняя годовая температура в этом месте 1, 2°C, а средняя температура июля 7, 5°C. За год выпадает примерно 1400 мм осадков, в основном в виде снега.
Первым делом авторы изучили строение самих снежных корней. Они оказались очень тонкими и нежными. Их средний диаметр был около 0, 1 мм, тогда как у подземных корней того же растения — 0, 5 – 0, 7 мм. «Удельная длина корней» , рассчитываемая как общая длина корней, приходящаяся на единицу их сухого веса, для обычных подземных корней хохлатки составляла 98, 5 м на 1 г веса, а для «снежных корней» — 495 (!) м, то есть в 5 раз больше. Такое соотношение, впрочем, неудивительно: ведь содержание питательных солей в талой воде крайне низкое, и растению выгодно иметь максимально большую поверхность всасывания.
Изучение поперечных срезов корней — «снежных» и обычных — также выявило между ними существенные различия: у обычных корней много концентрических слоев клеток, в том числе четко выраженный защитный слой — эпидермис. У снежных корней клетки поверхностного слоя и внутреннего очень похожи. Очевидно, что на них потрачено немного строительного материала (углерода, который тоже надо экономить). Но ведь они и не должны придавать растению механическую прочность, у них нет задачи «заякорить» растение в земле. Это эфемерные, «дешевые» образования, целиком направленные на решение только одной задачи — потреблять из талой воды элементы минерального питания.
Исследователь вносит на снег раствор азотных удобрений, меченных стабильным изотопом 15 N. Затем этот азот был обнаружен в листьях и подземных органах хохлатки, но его не было в тканях других произрастающих там же растений, например одуванчика Taraxacum stevenii.
Содержание стабильного изотопа азота 15 N в разных частях хохлатки и одуванчика Стевена (Taraxacum) спустя две недели после внесения удобрения с меткой. Контроль — растения с участков, не получивших добавки азота. Столбиками с разной штриховкой показаны разные органы растений. Сверху вниз в легенде: листья, подземные запасающие органы, обычные корни, «снежные корни» . Отрицательные величины метки — результат принятой формы представления данных по содержанию стабильного изотопа относительно стандартного образца.
Возникает вопрос: будут ли найдены подобные «снежные» корни у других растений? Пока такие случаи не описаны. Любопытно, что грубый аналог снежных корней — это воздушные корни некоторых деревьев влажного тропического леса. Порой они тянутся вдоль ствола высоко вверх (то есть у них отрицательный геотропизм), а главная их задача очень похожа на задачу «снежных корней» хохлатки — в условиях крайнего дефицита элементов минерального питания попытаться поймать тот азот, который в мизерном количестве присутствует в дождевой воде, стекающей по коре сверху.
Скачать презентацию Хохлатка Corydalis conorhiza небольшое растение обычное на
адаптация - снежные корни.ppt