第4章根的形态结构和生理功能课件

第四章 根的形态结构和生理功能不定根（不定根（不定根（不定根（adventitious rootadventitious root）由茎叶或老根上长出的由茎叶或老根上长出的由茎叶或老根上长出的由茎叶或老根上长出的根根根根侧根（侧根（侧根（侧根（lateral rootlateral root）由由由由主根长出的根主根长出的根主根长出的根主根长出的根主根（主根（主根（主根（main rootmain root）由胚由胚由胚由胚根生长出来、植物个体发育根生长出来、植物个体发育根生长出来、植物个体发育根生长出来、植物个体发育中最早出现的根中最早出现的根中最早出现的根中最早出现的根M根和根系l根和根系一株植物根的总和称为根系根系植物的根系通常有两类：直根系和须根系直根系主根明显，主根上生出侧根，这类根系固着能力很强。一些植物的主根可以贮存糖类等有机营养物质。大部分单子叶植物和一些草本植物的根为须根系，即在胚轴或茎的基部丛生大量须状根。须根系具有与土壤更多的接触表面积。直根系须根系n 根的初生生长和初生结构根尖（root tip）的结构从根的顶端到着生根毛的部位叫根尖，包括：根冠（root cap）分生区（division area）伸长区（elongation area）成熟区（mature area）伸长区（伸长区（伸长区（伸长区（elongation areaelongation area）根冠（根冠（根冠（根冠（root caproot cap）分生区（分生区（分生区（分生区（division areadivision area）成熟区（成熟区（成熟区（成熟区（mature areamature area）根冠位于根的先端，由许多排列不规则的薄壁细胞组成帽状的结构套在分生区外方，保护着幼嫩的生长点外层细胞能分泌多糖类黏液，可防止根尖干燥，使土粒表面润滑，减少摩擦根冠根冠可以感受重力，控制根的向地性生长：根冠前端细胞中含有淀粉体，起着“平衡石”的作用，保证根的向地性生长。除淀粉体外，内质网、高尔基体也与根的向地性反应有关分生区位于根冠上方，长约12mm，由分生细胞组成分生区最前端是原分生组织，其上方为原分生组织衍生细胞形成的初生分生组织初生分生组织的细胞已有了初步的分化，并形成原表皮原表皮、基基本分生组织本分生组织和原形成层原形成层三部分进一步分化，原表皮根的表皮，基本分生组织根的皮层，原形成层维管柱分生区伸长区位于分生区上方，长约25mm细胞分裂已停止，但细胞体积增大，并沿根的纵轴方向显著伸长，由于这段区域是根伸长生长的主要部分，故称伸长区伸长区开始出现组织的分化，最早的筛管和导管相继出现，逐渐分化形成根的成熟组织l成熟区（根毛区）l位于伸长区的上方，细胞已停止生长，并多已分化成熟，故称成成熟区熟区l成熟区表皮常产生根毛，因此也称根毛区根毛区l根毛由表皮细胞外壁向外突出延伸而成，不分枝，长约0.081.5mml成熟区（根毛区）l根毛数目多，密度大,如玉米420/mm2,豌豆230/mm2l角质层极薄,外壁上有黏液和果胶质,有利吸收和固着l根毛生长速度快，寿命短，一般几天，最长1020天l失去根毛的成熟区，主要行使输导和支持功能根的初生结构根尖顶端分生组织经分裂、生长和分化而形成成熟的根，这种生长过程称为根的初生生长初生生长初生生长所形成的各种成熟组织属于初生组织初生组织，它们共同组成根的初生结构初生结构初生结构的三要素 表皮（表皮（epidermisepidermis）皮层（皮层（cortexcortex）维管柱（维管柱（vascular cylindervascular cylinder 或中柱）或中柱）根的初生结构毛茛根初生结构柳树根初生结构双子叶植物根初生结构示意图表皮热带的兰科植物和附生的天南星科植物的气生根,表皮由多层排列紧密的死细胞组成,称为根被根被保护作用,防止水分丧失表皮根毛根毛根毛根毛表皮细胞的外壁突出和延伸成管表皮细胞的外壁突出和延伸成管表皮细胞的外壁突出和延伸成管表皮细胞的外壁突出和延伸成管状，增大吸收水分和矿质元素面积状，增大吸收水分和矿质元素面积状，增大吸收水分和矿质元素面积状，增大吸收水分和矿质元素面积皮层皮层皮层皮层由多层薄壁细胞组成排列疏松，有明由多层薄壁细胞组成排列疏松，有明由多层薄壁细胞组成排列疏松，有明由多层薄壁细胞组成排列疏松，有明显的胞间隙，细胞中其中储藏有淀粉和其他物质显的胞间隙，细胞中其中储藏有淀粉和其他物质显的胞间隙，细胞中其中储藏有淀粉和其他物质显的胞间隙，细胞中其中储藏有淀粉和其他物质皮皮皮皮层层层层外皮层：外皮层：外皮层：外皮层：最外层排列整齐，无胞最外层排列整齐，无胞最外层排列整齐，无胞最外层排列整齐，无胞间隙的薄壁细胞组成间隙的薄壁细胞组成间隙的薄壁细胞组成间隙的薄壁细胞组成中皮层：中皮层：中皮层：中皮层：多层薄壁细胞组成多层薄壁细胞组成多层薄壁细胞组成多层薄壁细胞组成内皮层：内皮层：内皮层：内皮层：皮层最内的层细胞组成，皮层最内的层细胞组成，皮层最内的层细胞组成，皮层最内的层细胞组成，细胞排列紧密，没有细胞间隙，细胞两细胞排列紧密，没有细胞间隙，细胞两细胞排列紧密，没有细胞间隙，细胞两细胞排列紧密，没有细胞间隙，细胞两侧径向壁和上下壁有木化、栓化的带状侧径向壁和上下壁有木化、栓化的带状侧径向壁和上下壁有木化、栓化的带状侧径向壁和上下壁有木化、栓化的带状加厚区域加厚区域加厚区域加厚区域凯氏带（凯氏带（凯氏带（凯氏带（casparian casparian stripstrip）外皮层外皮层外皮层外皮层中皮层中皮层中皮层中皮层内皮层内皮层内皮层内皮层凯氏带凯氏带凯氏带凯氏带凯氏带立体示意图凯氏点小麦根横切面示凯氏带细胞膜与细胞壁在凯氏带处紧附在一起凯氏带凯氏带凯氏带凯氏带通道细胞功能维管柱维管柱维管柱维管柱皮层以内的柱状体，是由皮层以内的柱状体，是由皮层以内的柱状体，是由皮层以内的柱状体，是由原形成层发育而来原形成层发育而来原形成层发育而来原形成层发育而来维维维维管管管管柱柱柱柱中柱鞘：中柱鞘：中柱鞘：中柱鞘：位于维管柱的最外层，位于维管柱的最外层，位于维管柱的最外层，位于维管柱的最外层，或几层薄壁或几层薄壁或几层薄壁或几层薄壁细胞组成，有潜在的分裂能力（侧根、不定芽、细胞组成，有潜在的分裂能力（侧根、不定芽、细胞组成，有潜在的分裂能力（侧根、不定芽、细胞组成，有潜在的分裂能力（侧根、不定芽、形成层等）形成层等）形成层等）形成层等）维管组织：维管组织：维管组织：维管组织：由初生木质部和初生韧皮部组成由初生木质部和初生韧皮部组成由初生木质部和初生韧皮部组成由初生木质部和初生韧皮部组成薄壁细胞：薄壁细胞：薄壁细胞：薄壁细胞：位于初生木质部和初生韧皮部之位于初生木质部和初生韧皮部之位于初生木质部和初生韧皮部之位于初生木质部和初生韧皮部之间的数层薄壁细胞间的数层薄壁细胞间的数层薄壁细胞间的数层薄壁细胞中柱鞘中柱鞘中柱鞘中柱鞘维维维维管管管管组组组组织织织织初生木质部初生木质部初生木质部初生木质部初生韧皮部初生韧皮部初生韧皮部初生韧皮部薄壁细胞薄壁细胞薄壁细胞薄壁细胞单子叶植物维管柱双子叶植物双子叶植物双子叶植物双子叶植物和和和和单子叶植物单子叶植物单子叶植物单子叶植物初生根比较初生根比较初生根比较初生根比较双子叶双子叶双子叶双子叶单子叶单子叶单子叶单子叶初生木质部位于维管柱中央，由几个初生木质部束组成，横切面上呈星芒状初生木质部束的先端分化成熟较早，由管径较小的环纹和螺纹导管组成，称为原生木质部原生木质部靠近中心的部分成熟较迟，由管径较大的梯纹、网纹和孔纹导管组成，称为后生木质部后生木质部 初生木质部这种由外向内发育成熟的方式，称为外始式根横切面上木质部呈不同的辐射棱角，称木质部脊木质部脊，脊的数目决定原型原型，如油菜为2束称二原型二原型、豌豆有3束称三原型三原型，花生为四原型四原型等双子叶植物和裸子植物束数较少，为二至六原型；单子叶植物至少六束或六束以上，称为多原型多原型初生韧皮部位于初生木质部束之间，束数与初生木质部相同外始式发育，即原生韧皮部原生韧皮部在外，后生韧后生韧皮部皮部在内方组成成分：筛管和伴胞,也有韧皮纤维和韧皮薄壁细胞薄壁组织 位于初生木质部和初生韧皮部之间，由多层薄壁细胞组成 双子叶植物中，这部分细胞可转化为维管形成层的一部分髓 一般根中央部分由木质部占据,若中央部分不分化成木质部,就由薄壁或厚壁组织形成髓(多原型根多如此)多数单子叶植物和少数双子叶植物根中都有髓存在 主要起源于主要起源于中柱鞘中柱鞘，内皮层内皮层也参与也参与 侧根发生于根的内部组织的这种方侧根发生于根的内部组织的这种方式称为式称为内起源内起源侧根的发生侧根的发生侧根发生部位二原型根侧根发生部位三、四原型根侧根发生部位多原型根中柱鞘细胞恢复分裂能力，先进行几次平周分裂，产生向外的突起，随后进行平周和垂周等各个方向的分裂，使原有的突起继续生长，形成侧根的根原基根原基分裂、生长，逐渐分化出顶端分生组织和根冠进一步生长、分化逐渐伸入皮层，此时，根冠分泌含酶的物质将皮层和表皮溶解，最后伸出母根形成侧根侧根形成过程柳树侧根发生侧根的发生侧根的发生侧根的发生侧根的发生n 根的次生生长和次生结构 大多数双子叶植物的根在已形成的初生结构大多数双子叶植物的根在已形成的初生结构的基础上，还要进行的基础上，还要进行次生生长次生生长 次生生长由次生生长由次生分生组织次生分生组织的活动引发的活动引发FF由次生生长所形成的由次生生长所形成的次生维管组织次生维管组织和和周皮周皮所所组成的结构，称为组成的结构，称为次生结构次生结构n 次生分生组织的产生和活动 根的根的次生分生组织次生分生组织包括：包括：维管形成层（维管形成层（vascular cambiumvascular cambium）不断向侧方添加次生维管组织不断向侧方添加次生维管组织 木栓形成层（木栓形成层（cork cambiumcork cambium）在在根的外围形成周皮根的外围形成周皮维管形成层的发生和它的活动维管形成层的发生和它的活动维管形成层的发生和它的活动维管形成层的发生和活动维管形成层的发生和它的活动维管射线在次生维管组织中,形成了一些径向排列的薄壁细胞群,称为维管射线维管射线,在木质部的称木射线木射线,在韧皮部的称韧皮射线韧皮射线功能:径向物质运输维管射线形成后,使维管组织内有轴向系统和径向系统之分根的次生结构皮层皮层皮层皮层次生韧皮部次生韧皮部次生韧皮部次生韧皮部维管形维管形维管形维管形成层成层成层成层次生木质部次生木质部次生木质部次生木质部(髓髓髓髓)射线射线射线射线髓髓髓髓初生韧皮部初生韧皮部初生韧皮部初生韧皮部初生木初生木初生木初生木质部质部质部质部内皮层内皮层内皮层内皮层中柱鞘中柱鞘中柱鞘中柱鞘n 木栓形成层的发生和它的活动维管形成层的活动,使中柱鞘以外的成熟组织被破坏,这时根的中柱鞘细胞恢复分裂能力,形成木栓形木栓形成层成层木栓形成层进行平周分裂,向外分裂产生木栓层木栓层,向内分裂形成栓内层栓内层木栓形成层木栓形成层、木栓层木栓层和栓内层栓内层合称周皮周皮,成为根加粗以后新的保护组织(次生保护组织)最早的木栓形成层起源于中柱鞘,但活动一年或几年后停止活动,这时新的木栓形成层在周皮以内产生,常由次生韧皮部细胞恢复分裂能力形成木栓形成层,继续形成新的木栓次生韧皮部次生韧皮部次生韧皮部次生韧皮部维管形成层维管形成层维管形成层维管形成层次生木质部次生木质部次生木质部次生木质部木射线木射线木射线木射线初生韧皮部初生韧皮部初生韧皮部初生韧皮部初生木质部初生木质部初生木质部初生木质部根的次生结构根的次生结构根的次生结构根的次生结构 周皮周皮周皮周皮木栓层木栓层木栓层木栓层木栓形成层木栓形成层木栓形成层木栓形成层中柱鞘中柱鞘中柱鞘中柱鞘F柳树根次生结构F棉花次生根中央的髓和初生木质部F棉花根次生木质部F棉花根次生韧皮部和维管形成层F棉花根次生韧皮部F棉花次生根周皮双子叶植物根的发育形成过程中柱鞘初生韧皮部薄壁组织初生木质部髓(若存在)维管形成层次生韧皮部维管射线次生木质部原生韧皮部后生韧皮部原生木质部后生木质部木栓形成层木栓层栓内层侧根维管 柱原分生 组织原形成层根冠原原表皮基本分生组织根冠表皮皮层初生生长及初生结构次生生长及次生结构n 根瘤和菌根 根和土壤中的微生物有密切的关系,有些微生物进入根内形成特定结构,共同生活,彼此互利,这种关系称为共生共生 根中的共生有两种类型:根瘤根瘤和菌根菌根(一)根瘤的形成及意义 根上生的各种形状的瘤状突起,称为根瘤 形成过程:根瘤菌由根毛侵入根的皮层内,其分泌物刺激皮层细胞迅速分裂,使细胞数目增多体积增大,同时根瘤菌也大量繁殖,结果在根表面形成根瘤 有固氮作用,供植物生长发育的需要;也能提高土壤肥力,提高作物产量 除豆科植物外,还发现100多种植物能形成根瘤,如木麻黄、罗汉松、杨梅、铁树、沙棘等 近年来，把固氮基因转入农作物和某些经济植物中已成为分子生物学和遗传工程的研究目标根 瘤(二)菌根的形成、类型及意义植物的根和真菌也有共生关系，和真菌共生的根称为菌根菌根外生菌根外生菌根：真菌的菌丝在根的表面形成菌丝体包在幼根的表面，有时也侵入皮层细胞间，但不进入细胞内，此时以菌丝代替了根毛的功能，增加了根系的吸收面积，如松等内生菌根内生菌根：菌丝通过细胞壁侵入到表皮和皮层细胞内，加强吸收机能，促进根内的物质运输，如柑橘、核桃等也有菌丝不仅包在幼根表面同时也深入到细胞中，称内外内外生菌根生菌根，如苹果、柳树等菌丝吸收水分、无机盐等供给植物，同时产生植物激素和维生素B等促进根系的生长；植物供给真菌糖类、氨基酸等有机养料能形成菌根的高等植物2000多种，如侧柏、毛白杨、银杏、小麦、葱等具菌根的植物在没有真菌存在时不能正常生长，因此造林时须事先接种和感染所需真菌，以利于荒地上成功造林菌 根外生菌根内生菌根变态根变态根变态根变态根贮藏根气生根寄生根肉质直根块根支柱根攀缘根呼吸根肉质直根块根支柱根攀缘根呼吸根寄生根