《植物学》课件：第四章 根 root

凯氏带Casparian strip :根的内皮层细 胞的径向壁和上下横向壁有带状的木质化和 栓质化加厚区域
凯氏带
德国植物学家R. Caspary于1865年发现的
Robert Caspary (1818–1887).
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Endodermis with Casparian strip (in Equisetum giganteum)
1-保持分生区 的体积和功能
2-转变为伸长区
分生区分裂 的新细胞
3-补偿根冠因受损伤而 脱落的细胞
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分生区包括原分生组织和初生分生组织 原分生组织： 初生分生组织：
原表皮→→→→→→→→表皮 基本分生组织→→→→→皮层 原形成层→→→→→→维管柱
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原表皮层
Protoderm
初
生
分
基本分生组织
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Cross-sectional leaf and root anatomy of salt cress, taken approximately 1 mm from the root tip. ep, Epidermis; c, cortex; e, endodermis; p, pericycle.
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表皮细胞 根毛是表皮细胞 外壁向外突出形成的 顶端封闭的管状结构
根毛
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成熟的根毛长约0.5～10mm，直径5～17μm。 根毛的寿命一般为2～3周或更短
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拟南芥根毛的发生
When epidermal cells border a single cortical cell, the homeotic gene GLABRA-2 is selectively expressed, and these cells will remain hairless. (The blue color in this light micrograph indicates cells in which GLABRA-2 is expressed.)
是初生分生组织向成熟 区初生结构的过渡
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根的伸长是分生区细胞的分裂、增大和 伸长区细胞的延伸共同活动的结果，特别是 伸长区细胞的伸长，使根尖不断向土壤深处 推进，使根不断转移到新的环境，吸取更多 的营养物质。
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根毛区 maturation zone 根毛区由伸长区细胞进一步 分化形成。 细胞停止伸长，分化为各种 成熟组织，亦称为成熟区。 根毛的存在大大增加了吸收 表面。
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质膜 空隙
质壁分离时亦不分开。
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质壁分离的凯氏带（点）
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共质体运输和质外体运输
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水分经过内皮层时只能进行共质体运输
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内皮层意义： 它阻断了皮层与中柱间的质外体运输途径， 使进入中柱的溶质只能通过其原生质体（共 质体运输），使根能进行选择性吸收， 同时防止中柱里的溶质倒流至皮层，以维 持维管组织中的流体静压力，使水和溶质源 源不断地进入导管。
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“Strangling” Aerial roots
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第二节 根的形态
根root
1.定根
normal root
主根main root 侧根lateral root
2.不定根adventitious root
根系root system
直根系tap root system 须根系fibrous root system
➢一些水生和湿生植物在皮层中发育气腔、通气道。
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• 皮层中靠近表皮的一至数层细胞较小，排列紧密， 称为外皮层exodermis
• 在根发育后期常形成栓化的厚壁组织，替代表皮 行保护作用
Smilax Root
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根皮层最内方有一层形态结构和功能都较 特殊的细胞，称为内皮层endodermis。
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2
Storage roots
(a) Prop roots
(b)
儲藏根
(d) But源自文库ress roots
板根
3
红树:呼吸根
Pneumatophores
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Prunella vulgaris夏枯草 用于无性繁殖
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Dodder tendrils choking a pickleweed plant.
根尖最前端 由薄壁细胞组成
保护 分泌粘液
脱落－补充－稳定
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外层细胞 排列疏松
根冠与根向地性生长有关
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根冠细胞内有平衡石-----造粉体
Root cap from Arabidopsis
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Statolith Sedimentation Kinetics
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Electron micrographs of root cap columella cells from Arabidopsis seedlings grown in a 1g control (A) and in microgravity (B) during spaceflight. The amyloplasts (arrows) in the 1g control are in the distal (“bottom”) part of the cell, and the gravity vector is toward the bottom of the figure. In contrast, the amyloplasts (arrows) in the microgravity sample are dispersed throughout the cytoplasm. N = nucleus.
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20 µm 20微米
• 模式细胞有两两相对的 6个壁
即横向壁、径向壁和切 向壁各两个
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细胞的分裂方向有三种
横向分裂
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径向分裂 切向分裂
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分生组织细胞的分裂方向： 切向分裂（平周分裂） 径向分裂（垂周分裂） 横向分裂
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• 2 根的初生构造
根的初生生长是由根尖的顶端分生组织 经过分裂、生长、分化发展而来，又称为 根的伸长生长。
Here an epidermal cell borders two cortical cells. GLABRA-2 is not expressed, and the cell will develop a root hair.
Cortical cells
The ring of cells external to the epidermal layer is composed of root cap cells that will be sloughed off as the root hairs start to differentiate.
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2. 须根系 主根生长缓慢或停止， 主要由不定根组成的 根系，称为须根系。 大多数单子叶植物根 系的特征。
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第三节 根的初生生长与初生构造
根尖和根的初生生长 根的初生构造
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• 1 根尖 root tip
总长约1～5cm.
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成熟区
根
尖
的
分
伸长区
区
分生区
根冠
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根冠 root cap
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玉米根尖
原分生组织
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A promoter-GFP fusion transgene highlights quiescent center cells in Arabidopsis roots.
➢In Arabidopsis the quiescent center (QC) consists of four cells and is surrounded by meristematic initials. ➢QC is responsible for emitting a signal to surrounding initial cells which prevents their premature differentiation (van den Berg et al., 1997). ➢How the QC forms and is maintained is not known.
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在横切面上，凯氏带在相邻细胞的径向 壁上呈点状，叫凯氏点
3 8 0 |6N0AT U R E | VO L 4 7 3 | 1 9 M AY 2 0 1 1
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初期的凯氏带是由木质和 脂类物质组成，后期又加入 栓质，这几种物质的沉积连 续地穿过胞间层和初生壁。
位于凯氏带处的质膜较厚 而平滑，紧贴于凯氏带上
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• 伸长区 elongation zone 位于分生区的后方，细
胞分裂活动逐渐减弱，细胞 纵向伸长
细胞体积增大，液泡化程 度加强，细胞质成一薄层位 于细胞的边缘部位，因此外 观上较为透明，可与生长点 相区别。
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根尖细胞的伸长
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在伸长区的后端，相继 分化出原生韧皮部的筛管 和原生木质部的导管
第四章 根 root
形态 初生构造 次生构造
侧根
Buttress roots
1
第一节 根的功能
Root’s functions Organ Anchors plant Absorbs minerals and water Stores organic nutrients
玉米: Prop roots
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Statolith Sedimentation Kinetics and Force Transduction to the Cortical Endoplasmic Reticulum in Gravity-Sensing Arabidopsis Columella Cells
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分生区 meristematic zone 位于根冠内方的顶端分生 组织, 是分裂产生新细胞的部位。
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许多表皮细胞向外突出形 成根毛，扩大了根的吸收面 积
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2.皮层cortex 位于表皮之内维管 柱之外的多层薄壁细 胞，由基本分生组织 分化而来。 在初生根中占最大 比例。
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➢皮层是水分和溶质从根毛到维管柱的横向输导途径。 ➢是贮藏营养物质和通气的部分。 ➢是根进行合成、分泌等作用的主要场所。
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Laser ablation of the quiescent center
A fusion of the SCARECROW promoter to GFP is used to visualize the re-appearance of quiescent center cells in the provascular domain from 3 days after ablation onward.
生
Ground meritem
组
织
原形成层
Procambium
（原分生组织）
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小麦根尖: 示分生区
原形成层
基本分生组织 原表皮
原分生组织
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根尖的原分生组织中心，有一群分裂活动很弱的 细胞群，形成了一个不活动的细胞区域，称为静止 中心(quiescent center)
Maize
In maize roots the QC can constitute upwards of 800-1200 cells, most of which spend an extended period of time (180-200 hours) in the G1 phase of the cell cycle.
初生生长产生的各种组织，都属于初生 组织，它们组成根的初生结构。
位于根毛区，它由多种组织构成。
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双子叶植物根的初生结构
表皮epidermis 皮层cortex 维管柱 vascular cylinder
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双子叶植物根的初生构造（毛茛）
a b c
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1.表皮epidermis 一层活细胞，由原表皮发育而来。 细胞排列紧密、整齐。 细胞壁薄，由纤维素和果胶质构成，水和溶 质可以自由通过。 外壁缺乏或仅有一薄层的角质膜，无气孔。
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种子萌发时，胚根长成 主根。
主根
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根产生的各级大小 分支，称为侧根.
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由茎、叶、老根或胚轴 上产生的根，其发生位置 不固定------不定根
不定根
小麦主根及胚轴上产生的根
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• 根系的类型
1.直根系 有明显而发达的主根， 主根上再生出各级侧根， 这种根系称为直根系。
裸子植物和绝大多数双 子叶植物根系。
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Effects of salinity on the ultrastructural morphology of the Casparian strip of maize roots
The widths of the lignified region and the tightly adhering region of the plasma membrane were significantly larger under salt stress than in the controls