植物学实验报告—根的形态结构与发育

实验报告实验名称：根的形态结构与发育课程名称：植物学实验学院：专业班级：姓名：小组成员：日期：指导老师：一、实验目的1.巩固显微镜的使用方法。

2.了解植物不同的根系类型。

3.掌握根的初生生长和初生结构。

4.了解根的次生生长和次生结构。

5.观察根瘤和菌根的形态结构。

二、实验原理1.光学显微镜成像原理：物体先经过物镜成放大的实像，再经目镜成放大的虚像，二次放大，便能看清楚微小的物体。

光线通过凹透镜后，成正立虚像，而凸透镜则成正立实像。

实像可在屏幕上显现出来，而虚像不能。

2.细胞分化是指同一来源的细胞逐渐产生出形态结构、功能特征各不相同的细胞类群的过程，其结果是在空间上细胞产生差异，在时间上同一细胞与其从前的状态有所不同。

细胞分化的本质是基因组在时间和空间上的选择性表达，通过不同基因表达的开启或关闭，最终产生标志性蛋白质。

3.根是植物的营养器官，通常位于地表下面，负责吸收土壤里面的水分及溶解其中的离子，并且具有支持，贮存合成有机物质的作用。

根由薄壁组织、维管组织、保护组织、机械组织和分生组织细胞组成。

三、实验材料以及器材1.材料：玉米或大麦根尖纵切片，培养的2~3cm幼根，蚕豆幼根横切片，韭菜幼根横切片，小麦幼根横切片，大豆根瘤切片，大豆根形成层发生过程切片，蚕豆侧根发生切片，竹菌根切片。

2.器材：光学显微镜、电视显微镜、解剖镜、盖玻片、载玻片、镊子、刀片、擦镜纸、吸水纸、纱布块、苯酸-品红溶液。

四、实验步骤1.根尖的外形与分区：a)选择吸胀萌发5~7天的玉米幼苗；b)选取生长较直的白根；c)用刀切下约1.5cm长的一段；d)放置在干净的载玻片上；e)进行观察记录。

f)取玉米根尖纵切片；g)观察根尖各区细胞的特点。

2.根系类型的观察：a)取蚕豆和小麦幼苗标本观察；b)比较他们根系的区别；c)通过观察找出主根、侧根和不定根。

3.双子叶植物根的初生结构：a)取蚕豆幼根横切片；b)在低倍镜下区分出根的初生结构的表皮、皮层和中柱；c)再换高倍镜由外而内进行观察。

4.单子叶植物根的结构A.禾本科植物根的结构a)取小麦老根切片；b)在低倍镜下区分出根的初生结构的表皮、皮层和中柱；c)再换高倍镜由外而内进行观察。

B.百合科植物根的结构a)取韭菜根横切片观察；b)在低倍镜下区分出根的初生结构的表皮、皮层和中柱。

5.侧根的发生：a)取胡萝卜肉质直根观察；b)用刀片通过根中心纵切后观察。

c)取蚕豆侧根发生的横、纵切片；d)放置于低倍镜下观察。

6.双子叶植物根的次生结构A.维管形成层的发生：a)通过电视显微镜；b)观察大豆根的形成层发生过程的一组切片。

B.根的次生结构：a)取大豆老根横切片；b)在低倍镜下由外而内观察。

7.根瘤：a)取大豆植株根瘤液浸标本观察根瘤。

b)取一块干净的载玻片；c)滴一滴蒸馏水；d)取洗净的新鲜根瘤置于水中；e)用镊子夹破根瘤；f)将汁液挤出，弃去残渣；g)另取一载玻片，以其边缘紧贴含菌液的玻片；h)由一端向另一端平刮；i)使菌液在载玻片上均匀涂一薄层；j)在酒精灯上烘干菌液；k)滴一滴苯酸-品红溶液于载玻片上；l)用玻璃棒将染液涂匀；m)染色3~5min；n)稍微加热；o)冷却后用水洗去肤色；p)可观察根瘤菌。

8.菌根：a)取竹菌根切片；b)在低倍镜下进行观察。

五、实验数据及统计（实验现象）1.根尖的外形与分区：A.根的纵切面：生长中的根尖可分为四个区，最顶端的是帽状结构——根冠，以上是分生区和伸长区，再上则是带根毛的根毛区(成熟区)。

根冠位于根顶端分生组织的外面。

外层细胞壁的高度粘液化可以减少根在往下生长过程中与土壤接触的摩擦力，起到保护作用。

同时细胞中的造粉体还可保证根的向地生长，即保证其向地性。

分生区与根冠接壤处有一分生组织区，不断产生细胞补充根冠的磨损。

上方是静止中心，细胞分裂活动停止，其作用是感受重力，控制细胞分裂，使根保持竖直向下生长。

而在其纵切面上可划分三种分生组织，即表皮原，皮层原和中柱原。

它们分裂分化后分别形成根部的表皮层、皮质和中柱。

伸长区的细胞由分生区细胞发展而来，分裂能力已减弱，细胞延长轴伸长。

伸长活动会导致原生韧皮部和初生木质部损坏，使之出现缺层。

根毛区细胞已是成熟的细胞。

根毛由表皮中的毛细胞生成，可有效地增大植物根部的吸收区域。

B.静止中心：静止中心是在根本体最远端的一群原始细胞（中柱原和皮层原的原始细胞）不常分裂，大小变化很小，合成核酸和蛋白质的速率也很低，组成一个区域，称为不活动中心，或称为静止中心。

C.根毛的形成：根毛是表皮细胞外壁向外突出的、顶端密闭的管状结构，易与土粒紧贴在一起，有效地进行吸收作用。

根毛对环境条件，特别是湿度的变化非常敏感。

在湿润的环境中，根毛的数目很多。

当土壤干旱或植物体内缺水时，首先会引起根毛萎蔫而枯死，从而影响吸收，以后虽然获得水分，但根毛还要几天才能重新产生，这是干旱构成减产的主要原因之一。

根毛的寿命一般为二、三周或更短。

长度由数十微米到一千几百微米，可增加植物吸收养分的表面积。

2.根系类型的观察：根系是一株植物全部根的总称。

胚胎的胚根形成的根是植物的主根。

后来当植物发育到一定阶段，中柱的中柱鞘活动产生侧根。

按其形态，可分为直根系和须根系。

植物的生存环境，如土壤情况和水分分步，和气候状况，如湿度和温度，影响着根系的形态。

一般来说，直根系的深入土壤的深度大于须根系。

A.直根系：直根系存在于双子叶植物中，特点是主根明显而发达，并且方向为竖直向下，侧根呈葡萄状分布于主根周围。

B.须根系：存在于蕨类和单子叶植物中，主根生长到一定阶段后即停止生长，因此主根不明显。

茎基部产生大量的不定根，这些不定根不断长长。

所有的根呈须状分布。

C.不定根：不定根是由植物其他营养器官长出的根，由于这些是由植物茎部中的“根源体”发育而成的须根组织，可由扦插、湿度控制诱发其长出。

通常不定根为须根，则支持根、气生根及攀缘根也属于不定根的一种。

不定根也具有吸收养分、水分的能力。

当使用茎部扦插、根插、叶片扦插及鳞茎繁殖所长出的根便是不定根。

此种根类可如同一般根部让植物持续生长。

而并不是所有植物拥有大量的根源体使其发根，当植物体被破坏(修剪、风吹等）时便无法利用不定根存活，例如单子叶的棕梠科植物。

3.双子叶植物根的初生结构：由根初生生长产生的结构叫根的初生结构。

根的初生结构由外向内依次为表皮、皮层和中柱。

表皮由单层细胞组成，排列紧密，细胞壁薄，无角质层，无气孔器，一部分表皮细胞的外切向壁外突形成根毛，有利于根的吸收。

皮层位于表皮和中柱之间，由多层大型薄壁细胞组成。

皮层最内一层细胞叫内皮层，内皮层细胞常以特殊方式增厚形成凯氏带，对于控制根内液流的方向具有重要意义。

中柱为内皮层以内的所有组织，又称维管柱。

由中柱鞘、初生木质部、初生韧皮部和薄壁细胞组成。

中柱鞘位于中柱最外围，紧贴内皮层，由一层或几层薄壁细胞组成，这些细胞具有潜在的分生能力，可以形成侧根、不定根、不定芽以及一部分维管形成层。

初生木质部一般呈辐射状并有几个放射角，其主要功能是输导水分和无机盐。

初生韧皮部位于初生木质部的放射角之间，并与之相间排列，两者之间为薄壁组织隔开，其主要功能是输导有机物质。

初生木质部与初生韧皮部合称初生维管组织。

在被子植物中，根的初生木质部由导管、管胞、木纤维和木薄壁细胞组成，初生韧皮部由筛管、伴胞、韧皮纤维和韧皮薄壁细胞组成。

A.禾本科植物根的结构植物生产上常见的单子叶植物主要是禾本科植物，其根的基本结构也分为表皮、皮层、维管柱三个部分，但各个部分有其特点，特别是不产生维管形成层和木栓形成层，不能进行次生生长。

此外，单子叶植物及少数双子叶植物根的维管柱中央为薄壁细胞组成，称为髓，但多数双子叶植物根的中央为初生木质部，因而没有髓。

a)表皮：禾本科植物根的表皮是根的最外一层细胞，寿命较短。

表皮上的根毛枯死后，往往解体而脱落。

b)皮层：禾本科植物根的皮层中靠近表皮的三至数层细胞为外皮层。

在根发育的后期，外皮层细胞往往转变为厚壁机械组织，起支持和保护作用。

外皮层内侧为数量较多的皮层薄壁组织。

禾本科植物的内皮层，在发育后期细胞呈五面加厚，只有外切向壁不加厚。

在横切面上，其加厚的部分呈马蹄形。

在木质部的放射角处的少数细胞仍保留薄壁状态，成为水分、养分进出的通道。

c)维管柱：维管柱最外面的一层薄壁细胞组成中柱，为侧根发生之处。

原生木质部一般为多角型。

每束原生韧皮部与原生木质部放射角相间排列，两者之间的薄壁细胞不能恢复分裂能力，不产生形成层。

以后细胞壁木质化而变为厚壁组织。

与禾本科植物相似，但根中央无髓。

被后生木质部的导管所充满，其内皮层细胞也为五面加厚的马蹄形，并夹杂有壁未增厚的通道细胞。

5.侧根的发生：植物的根（不论是主根、侧根还是不定根）可以反复产生侧根，以构成根系。

侧根通常起源于根毛区附近中柱的中柱鞘，这种起源发生在皮层以内的中柱鞘，故被称之为内起源。

当侧根开始发生时，一定部位的中柱鞘细胞恢复分裂能力，最初进行平周分裂，使细胞的层数增加并向外突起，然后进行多方向分裂，形成侧根原基。

侧根原基的顶端逐渐分化形成根冠和分生区，随着内部分生区细胞的不断分裂、生长和分化，侧根不断向前推进，由于侧根不断生长所产生的机械压力和根冠分泌的物质可以使皮层和表皮细胞溶解，最后侧根原基穿过母根的皮层、表皮形成侧根。

侧根原基在根毛区产生，但穿过皮层和表皮伸出母根外是在根毛区后方,这样不会由于侧根的形成而破坏根毛，从而影响根的吸收功能。

侧根在母根组织中的位置，在同一种植物中常常是稳定的，这与内部的中柱鞘细胞有一定的关系，并不是所有中柱鞘细胞都能产生侧根，在二原型根中，侧根在韧皮部与木质部之间产生，在三原型和四原型根中，侧根的发生在木质部脊的位置，而在多原型根中侧根的发生正对着韧皮部。

6.双子叶植物根的次生结构大多数双子叶植物，特别是多年生木本植物的根，在完成初生生长，形成初生结构后，便开始进行次生生长，并产生次生结构。

次生结构的形成，首先是位于初生韧皮部内方的薄壁细胞恢复分裂能力，并向两侧扩展，推移至初生木质部的放射角端，接着正对着初生木质部的中柱鞘细胞也出现分裂活动，最后连成完整的波浪状的维管形成层环。

以后进行着不等速的分裂，在初生韧皮部内方分裂速度快，形成次生木质部多，而在初生木质部的外方，分裂速度慢，从而使原来的波浪状形成层变成圆环。

维管形成层主要进行平周分裂，向外产生次生韧皮部，向内产生细胞数量较多的次生木质部。

在根增粗过程中，初生韧皮部常被挤毁，但初生木质部仍保留在根中央。

A.维管形成层的发生维管形成层形成于根中柱内初生木质部与初生韧皮部之间。

首先产生于初生韧皮部内方的薄壁细胞，当次生生长开始时，这部分细胞进行分裂活动，形成维管形成层的一部分，最初的维管形成层是片段的。