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30.3: 根

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    培养技能

    • 识别两种类型的根系统
    • 描述根尖的三个区域并总结每个区域在根系生长中的作用
    • 描述根的结构
    • 列出并描述修改后的根的示例

    种子植物的根部具有三个主要功能：将植物固定在土壤上，吸收水分和矿物质并将其向上运输，以及储存光合作用的产物。 一些根经过改性以吸收水分和交换气体。 大多数根源都在地下。 但是，有些植物也有不定根，它们在射击时会从地上冒出来。

    根系统的类型

    根系统主要有两种类型（图\(\PageIndex{1}\)）。 双子叶有自来根系统，而单子叶有纤维根系统。 水龙头根系的主根垂直向下生长，许多较小的侧根由此产生。 蒲公英就是一个很好的例子；它们的自来水根通常在尝试拔掉这些杂草时会折断，它们可以从剩下的根部再生一发）。 水龙头根系渗透到土壤深处。 相比之下，纤维根系位于更靠近土壤表面，形成密集的根系网络，还有助于防止水土流失（草坪草就是一个很好的例子，小麦、水稻和玉米也是如此）。 有些植物有自来根和纤维根的组合。 在干旱地区生长的植物通常具有较深的根系，而在水资源充足的地区生长的植物的根系可能较浅。

    上面的照片显示的是胡萝卜，它们是粗的自来水根，从中延伸出来的侧根很薄。 下图显示了土壤下有纤维根系的草。
    图\(\PageIndex{1}\)：（a）水龙头根系的主根向下生长，而（b）纤维根系由许多小根组成。 （来源 b：《奥斯丁方人》/Flickr 对作品的修改）

    根系生长和解剖学

    根系生长始于种子的发芽。 当植物胚胎从种子中出现时，胚胎的根形成根系。 根尖受根帽保护，这是根部独有的结构，与任何其他植物结构不同。 根盖会不断更换，因为根部穿过土壤时很容易损坏。 根尖可以分为三个区域：细胞分裂区域、伸长区以及成熟和分化区域（图\(\PageIndex{2}\)）。 细胞分裂区域最接近根尖；它由根分生体中活跃分裂的细胞组成。 伸长区域是新形成的细胞长度增加的地方，从而延长了根部。 从第一根根毛开始是细胞成熟区域，根细胞开始分化为特殊的细胞类型。 所有三个区域都在根尖的第一厘米左右。

    根尖的这个横向部分分为三个区域：成熟的上部区域、中间的伸长区域和根尖的细胞分裂下部区域。 在成熟区域，根毛从主根延伸，细胞又大又长方形。 伸长区域没有根毛，细胞仍然是矩形的，但稍小一些。 血管柱在成熟区域和伸长区域穿过根部中心。 在细胞分裂区域，细胞要小得多。 该区域内的细胞被称为顶端分生体。 顶端分生体周围有一层称为根帽的细胞。
    图\(\PageIndex{2}\)：根部的纵向视图显示了细胞分裂、伸长和成熟的区域。 细胞分裂发生在顶端分生体中。

    根部有一层称为表皮的外层细胞，它围绕着地面组织和血管组织区域。 表皮提供保护并帮助吸收。 根毛是根部表皮细胞的延伸，它增加了根部的表面积，极大地促进了水分和矿物质的吸收。

    在根部内，地面组织形成两个区域：皮层和髓（图\(\PageIndex{3}\)）。 与茎相比，根部有大量的皮质和很少的髓。 这两个区域都包括储存光合产物的细胞。 皮层位于表皮和血管组织之间，而髓位于血管组织和根部中心之间。

    显微照片显示了根部横截面。 木质部细胞位于根部中间，其细胞壁染成红色。 染成蓝色的韧皮细胞斑块位于木质部细胞环的边缘。 pericycle 是位于木质部和韧皮部外缘的一圈细胞。 另一个叫做内皮的细胞环绕着周期。 内皮内的所有东西都是巩膜或血管组织。 皮层之外是皮层。 构成皮层的实质细胞是根系中最大的。 皮层之外是外皮。 外皮大约有两个细胞厚，由染成红色的 sclerenchyma 细胞组成。 表皮周围是表皮，它是一个厚的单细胞层。 几根根毛从根部向外伸出。
    图\(\PageIndex{3}\)：在这张小麦（Triticum）根部横截面的光学显微照片中，染色显示了不同的细胞类型。 表皮和木质部细胞的 Sclerenchyma 细胞染成红色，韧皮部细胞染成蓝色。 其他类型的细胞染成黑色。 石碑或血管组织是内皮内部的区域（用绿色环表示）。 表皮外可见根毛。 （来源：来自 Matt Russell 的比例尺数据）

    根部的血管组织排列在根部的内部，称为石碑（图\(\PageIndex{4}\)）。 一层被称为内皮层的细胞将石碑与根部外部的地面组织分开。 内皮层是根系专有的，是物质进入根系血管系统的检查点。 内皮细胞壁上存在一种叫做 suberin 的蜡质物质。 这种蜡质区域被称为卡斯巴里带，它迫使水和溶质穿过内皮细胞的质膜，而不是在细胞之间滑动。 这样可以确保只有根部所需的物质才能通过内皮，而通常不包括有毒物质和病原体。 根部血管组织的最外层细胞层是 pericycle，这个区域可以产生侧根。 在 dicot 根中，石碑的木质部和韧皮部以 X 形交替排列，而在单子叶根中，血管组织围绕髓排列成环状。

    双子根的横截面中心有一个 X 形结构。 X 由许多木质部细胞组成。 韧皮细胞填满 X 之间的空间。木质部和韧皮部周围有一圈名为 pericycle 的细胞。 周周期的外缘被称为内胚层。 生命周期周围有一层厚厚的皮质组织。 皮层被一层称为表皮的细胞所包围。 单子树根类似于 dicot 根，但根的中心充满了髓。 韧皮细胞在髓周围形成一个环。 圆形的木质部细胞簇嵌入韧皮部，围绕中心髓对称排列。 在 dicot 根中，外周期、内皮层、皮层和表皮是相同的。
    图\(\PageIndex{4}\)：在（左）典型的 dicots 中，血管组织在根部中心形成 X 形。 在（右）典型的单子植物中，韧皮细胞和较大的木质部细胞在中心髓周围形成一个特征环。

    根修改

    可以出于特定目的修改根结构。 例如，有些根是球茎状的，可以储存淀粉。 空中根和支柱根是两种形式的地上根，它们为锚定植物提供额外的支撑。 自来水根，例如胡萝卜、萝卜和甜菜，就是经过改良以储存食物的根的例子（图\(\PageIndex{5}\)）。

    照片显示杂货店里有各种各样的新鲜蔬菜。
    图\(\PageIndex{5}\)：许多蔬菜都是改性根。

    附生根使植物能够在另一株植物上生长。 例如，兰花的附生根会形成海绵组织来吸收水分。 榕树（Ficus sp.）最初是一种附生植物，在寄主树的树枝上发芽；空中根部从树枝发育出来，最终到达地面，提供额外的支撑（图\(\PageIndex{6}\)）。 在 screwpine（Pandanus sp.）中，一种生长在沙质热带土壤中的棕榈树状，地上道具根部从节点发育出来，以提供额外的支撑。

    照片（a）显示了一棵大树，树干较小，从树枝向下生长，以及（b）一棵具有细长空中根部的树从树干向下旋转。
    图\(\PageIndex{6}\)：（a）榕树，也被称为扼杀者无花果，最初是寄主树中的附生植物。 空中根部延伸到地面并支撑生长中的植物，最终扼杀了寄主树。 (b) 螺旋松在地上生根，有助于在沙质土壤中支撑植物。 （来源 a：修改 “psyberartist” /Flickr 的作品；来源 b：David Eikhoff 对作品的修改）

    摘要

    根部有助于锚定植物，吸收水分和矿物质，并用作食物的储存场所。 Taproots 和纤维根是根系的两种主要类型。 在 taproot 系统中，主根垂直向下生长，有几个侧根。 纤维根系出现在茎的底部，其中一群根形成了比 taproot 更浅的密集网络。 生长的根尖由根帽保护。 根尖有三个主要区域：细胞分裂区域（细胞正在活跃分裂）、伸长区（细胞长度增加）和成熟区（细胞分化形成不同种类的细胞）。 根部血管组织传导水、矿物质和糖。 在某些栖息地中，某些植物的根部可能会被改造成空中根或附生根。

    词汇表

    不定根
    地上根源自植物胚根以外的植物部分
    卡斯帕里亚地带
    蜡质涂层，迫使水在进入血管柱之前穿过内皮质膜，而不是在内皮细胞之间移动
    endopermis
    根部的一层细胞，在地面组织和血管组织之间形成选择性屏障，允许水和矿物质进入根部，同时排除毒素和病原体
    纤维根系统
    一种根系类型，其中根部从茎的底部生成，形成密集的根系网络；存在于单子叶植物中
    pericycle
    石碑的外部边界，可以从中产生侧根
    根帽
    保护细胞覆盖生长根尖端
    根毛
    毛发状结构，是表皮细胞的延伸；增加根部表面积并有助于吸收水分和矿物质
    石碑
    包含血管组织的根部内部；被内皮包围
    点击根系统
    一种根系，主根垂直生长，侧根很少；存在于 dicots 中