根的结构

根

在大多数维管植物中,根构成了植物体的地下部分,根是植物适应陆地生活而在进化过程中逐渐形成的器官。根最基本的作用是固着和支持植物体,并从环境中吸收水分和营养。

根通常具有发达的薄壁组织,植物体地上部分光合作用的产物可以通过韧皮部运送到根的薄壁组织中储藏起来,因此大多数植物的根是重要的贮藏器官,根中的贮藏物质除了满足根的生长发育外,大多水解后经韧皮部上运供地上部分生长发育所需; 此外,根还有合成物质的功能,一些重要植物激素如赤霉素和细胞分裂素、以及一些植物碱和多种氨基酸都是在根中合成的,这些物质可运至植物体正在生长的部位,或用来合成蛋白质,作为形成新细胞的材料,或调节植物的生长发育。

种子植物的种子萌发时, 胚根最先突

破种皮, 并向下生长, 这种由胚根生长出

来的根是植物个体发育中最早出现的根,

称为主根。在裸子植物和双子叶植物中,

主根向下垂直生长达到一定长度时, 就会

从内部侧向地生出许多分枝, 这些分枝叫

做侧根或一级侧根, 侧根生长与主根成一

定角度; 当侧根生长至一定长度时又可产

生出新的侧根,即二级侧根; 侧根不断发育

可以形成多级侧根, 这种由主根和各级侧

根构成的庞大根系,称为直根系。除主根和

侧根外，还有一类由茎、叶或老根上长出

的根, 叫做不定根。有些植物(如多数单子

叶植物)的主根通常是短命的, 其根系主

要由从胚轴和茎下部节上生出的不定根及

其侧根组成, 这种根系称之为须根系。

植物生长时,地上部分与地下部分,或者说根系的吸收表面积与地上部光合作用总面积之间维系着一定的平衡关系。在幼小的植物中, 根系的吸收表面积总是远远大于地上部光合作用总面积。然而,随着植物体的生长,这种关系逐渐改变,光合作用总面积不断增加。因此, 在农林生产以及园艺生产中,我们应当注意生产措施对这种平衡关系的影响, 并适时作出调整。例如,进行植物移栽时,由于大量的吸收根被切断,植物体地上部分与地下部分的平衡关系被破坏,因此适当剪掉一些枝叶有利于移栽植物的成活。

3.2.1 根的初生生长和初生结构

3.2.1.1 根尖及其分区

根尖(root tip) 从顶端到着生根毛的区域被分为四个部分: 根冠,分生区,伸长区和成熟区,成熟区由于具有根毛又被称为根毛区,各区的细胞形态结构不同,从分生区到根毛区逐渐分化成熟,除根冠外,各区之间并无严格的界。

根冠

位于根尖的最前端,像帽子

一样套在分生区外面,保护其内

幼嫩的分生组织细胞,不致于暴

露在土壤中。根冠由许多薄壁

细胞构成,外层细胞排列疏松,

细胞壁常粘液化, 在根冠表面

形成一层粘液鞘。这样的粘液

化可以从根冠一直延伸到根毛

区,粘液由根冠外层细胞分泌,

可以保护根尖免受士壤颗粒的

磨损,有利于根尖在土壤中生

长。粘液能溶解和整合某些矿

物质,有利于根细胞的吸收。电

子显微镜及其放射自显影研究

表明这些粘液是高度水合的多

糖物质和一些氨基酸,多糖物质

可能是果胶，它们由根冠外层

细胞合成，并贮藏于小泡中，

后者与质膜融合后，将它们释

放到细胞壁中,最终通过细胞壁

形成根冠表层的粘液鞘。它们

可以促使周围细菌迅速生长,

这些微生物的代谢有助于土壤

基质中营养物质的释放。随着

根尖的生长,根冠外层的薄壁细

胞与土壤颗粒磨擦,不断脱落,

死亡,由其内的分生组织细胞不断分裂,补充到根冠,使根冠保持一定的厚度。

根冠可以感受重力,参与控制根的向地性反应。将正常向下生长的根水平放置,根尖在伸长区弯曲后继续向下生长,若将根冠切除,根的生长没有停止,但不再向下生长,直到长出新的根冠。研究表明根冠中央细胞中的淀粉粒,可能起到“平衡石”的作用,在自然情况下,根垂直向下生长,“平衡石”向下沉积在细胞的下部,水平放置后根冠中“平衡石”受重力影响改变了在细胞中的位置,向下沉积,这种剌激引起了生长的变化,根尖细胞的一侧生长较快, 使根尖发生了弯曲,从而保证了根正常的向地性生长。除淀粉粒外,有些细胞器如线粒体,高尔基体,内质网也可能与根的向地性反应有关。

分生区

图2洋葱根尖分生区细胞

分生区也称生长锥, 位于根冠之后,全部由顶端分生组织细胞构成,分裂能力强,在植物的一生中,分生区的细胞始终保持分裂的能力,经分裂产生的细胞一部分补充到根冠,以补充根冠中损伤脱落的细胞; 大部分细胞进入根后方的伸长区,是产生和分化成根各部结构的基础; 同时,仍有一部分分生细胞保持原分生区的体积和功能。

根的分生区由原分生组织和初生分生组织两部分组成。原分生组织位于最前端,由原始细胞组成,细胞排列紧密,无胞间隙,细胞小,壁薄,核大,细胞质浓厚,液泡化程度低,是一群近等径的细胞,分化程度低,具有很强的分裂能力。原分生组织分裂所衍生的细胞有一部分继续分裂不发生分化,使原分生组织自我永续。初生分生组织细胞分裂的能力仍很强。根据其中细胞的位置、大小、形状及液泡化程度的不同,将根的初生分生组织划分为原表皮,基本分生组织和原形成层三个部分。

伸长区

伸长区位于分生区的后方,细胞来源于分生区,细胞多己停止分裂,突出的特点是细胞显著伸长,液泡化程度加强,体积增大并开始分化; 细胞伸长的幅度可为原有细胞的数十倍。最早的筛管和环纹导管,往往在伸长区开始出现,是从初生分生组织向成熟区初生结构的过渡。根尖的伸长主要是由于伸长区细胞的延伸,使得根尖不断向土壤深处推进。

成熟区

成熟区由伸长区细胞分化形成,位于伸长区的后方,该区的各部分细胞停止伸长,分化出各种成熟组织。表皮通常有根毛产生,因此又称根毛区。根毛是由表皮细胞外侧壁形成的半