根的结构、发育与生理功能课件.ppt

1、 一、根的生理功能一、根的生理功能1.固定作用：2.吸收作用：土壤中的水和溶解在水中 的无机营养物；3.储藏作用：变态根；4.合成作用：某些氨基酸和植物碱的合成；5.分泌作用：根系分泌物造成的根系微生物可增强植物的代谢、吸收和抗病等；6.繁殖作用：利用不定芽进行繁殖等。返 回二、二、根的形态根的形态 1.1.根的类型根的类型 定定 根：根：主根、侧根 不定根：不定根：由茎、叶、老根、胚轴产生的根2 2、根系类型、根系类型直根系直根系（深根性的）裸子植物、双子叶植物的根系 须根系须根系（浅根性的）单子叶植物的根系3 3、根的生长特性、根的生长特性土壤条件土壤条件：好，生长旺盛，发达。植物特性植物

2、特性：直根系，须根系。（一）根尖分区（一）根尖分区 根尖指根的尖端长根尖指根的尖端长1-5cm1-5cm的部位。的部位。从纵切面看，根尖从纵切面看，根尖从顶端起可依次分为从顶端起可依次分为根冠、分生区、伸长根冠、分生区、伸长区区和和根毛区根毛区(成熟区成熟区)四个区。四个区。三、根的结构三、根的结构 根尖的结构（分区）根尖的结构（分区）根根 冠冠 原表皮原表皮 表皮表皮 分生区分生区 基本分生组织基本分生组织 皮层皮层 原形成层原形成层 中柱（维管柱）中柱（维管柱）伸长区伸长区 成熟区（根毛区）成熟区（根毛区）（视频讲解视频讲解）1.1.根冠根冠 (root cap(root cap)位置：位

3、置：根的尖端根的尖端 形态：形态：一般为圆锥形一般为圆锥形 细胞特点细胞特点：排列不规则的：排列不规则的薄壁细胞组成薄壁细胞组成 作用：作用：保护根的顶端分生保护根的顶端分生组织和帮助正在生长的根组织和帮助正在生长的根较顺利地穿越土壤并减少较顺利地穿越土壤并减少损伤；损伤；根冠中造粉体的作用：根冠中造粉体的作用：平平衡石的作用，使根垂直生衡石的作用，使根垂直生长。长。2.2.分生区分生区 (meristematic zone)(meristematic zone)位置位置：分生区也称为生长点，大部分被根冠包围。分生分生区也称为生长点，大部分被根冠包围。分生区由一群分生组织细胞组成。区由一群分生

4、组织细胞组成。组组 成成：前端为原分生组织；后面为初生分生组织。初：前端为原分生组织；后面为初生分生组织。初生分生组织由原分生组织分裂而来。生分生组织由原分生组织分裂而来。细胞特点细胞特点：第一层第一层：原形成层（中柱源原形成层（中柱源）原分生组织原分生组织 基本分生组织基本分生组织（分层三层）（分层三层）原表皮（单子叶）原表皮（单子叶）根冠源根冠源 原表皮（双子叶）原表皮（双子叶）作作 用：产生新细胞，使根身长。用：产生新细胞，使根身长。第二层：第二层：第三层：第三层：不活动中心不活动中心原分生组织和初生分生组织又称为顶端分生组织。在许多植物根尖的顶端分生组织中心部分，有一群分裂活动甚弱的细

5、胞群，称为不活动中心或静止中心(quiescent centre)。作用作用：是根尖合成激素或储备分生组织的场所。不活动中心（静止中心）胚根和幼小的侧根中不存在这种现象，但长大后形成静止中心；手术切割使其受伤，静止中心细胞能重新进行分裂3.3.伸长区伸长区 (elongation zone)(elongation zone)部部 位位：是分生区向成熟区过渡的部位。：是分生区向成熟区过渡的部位。特特 征征：细胞普遍伸长，出现明显液泡。细胞普遍伸长，出现明显液泡。细胞活动细胞活动：细胞分裂：细胞分裂 细胞分化。细胞分化。属于初生分生组织，但向着根毛区方向分属于初生分生组织，但向着根毛区方向分裂活动

6、愈来愈弱。细胞分化程度逐渐加深，裂活动愈来愈弱。细胞分化程度逐渐加深，靠近根毛区端原生韧皮部的筛管和原生木质靠近根毛区端原生韧皮部的筛管和原生木质部的导管先后出现部的导管先后出现。作用作用：根入土的动力根入土的动力 4.4.成熟区（成熟区（maturation maturation zonezone）根毛区表面密被根毛，根毛区表面密被根毛，增大了根的吸收面积，是增大了根的吸收面积，是根吸收水和无机盐的主要根吸收水和无机盐的主要部位。部位。位置位置:紧接着伸长区，表紧接着伸长区，表皮常着生根毛；皮常着生根毛；特点特点:各种细胞已停止生各种细胞已停止生长并分化成熟；长并分化成熟；根毛根毛:表皮细胞

7、外壁延伸表皮细胞外壁延伸而成，呈管状；而成，呈管状；作用作用:根的吸收部位。根的吸收部位。细胞分裂方向细胞分裂方向 关于细胞分裂、壁面、排列方向的一些术语：关于细胞分裂、壁面、排列方向的一些术语：横向面、径向面和切向面横向面、径向面和切向面 横向壁、径向壁和切向壁横向壁、径向壁和切向壁 横向分裂横向分裂(transverse division)(transverse division)径向分裂径向分裂(radial division)(radial division)（垂周分裂垂周分裂）切向分裂切向分裂(tangential division)(tangential division)（平周分

8、裂平周分裂）（二）根 的 初 生 结 构（二）根 的 初 生 结 构（p r i m a r y p r i m a r y structurestructure）初生生长初生生长(primary growth)(primary growth)：植物体：植物体的生长，直接来自顶端分生组织的衍生细的生长，直接来自顶端分生组织的衍生细胞的增生和成熟的整个生长过程。胞的增生和成熟的整个生长过程。初生组织初生组织(primary tissue)(primary tissue)：初生生长：初生生长过程中产生的各种成熟组织过程中产生的各种成熟组织。（视频讲解）1 1、双子叶植物、双子叶植物根的初生结构：根

9、的初生结构：根的成熟区的各种结构都是由初生根的成熟区的各种结构都是由初生分生组织分化而来的，因此也称为初生分生组织分化而来的，因此也称为初生结构。结构。表皮表皮 根的初生结构根的初生结构 皮层皮层 中柱中柱(维管柱维管柱)双子叶植物根的初生结构双子叶植物根的初生结构表皮 来源：由原表皮发育而来 特征：常由一层细胞，细胞长轴与根纵轴平行。表皮细胞与角质膜均薄，有根毛，以扩大吸收面积，对幼根来说，表皮的吸收作用显然比保护作用更重要，所以根表皮是一种薄壁的吸收组织。无气孔。皮层 位置：皮层位于表皮与中柱之间,来源：它是由基本分生组织发育而来的多层薄壁组织细胞组成,外皮层外皮层：皮层最外一层或数层细胞

10、，形状较小，排列紧密，当根毛枯死表皮脱落时，外皮层细胞壁栓化起暂时性保护作用。内皮层内皮层：皮层最内方的一层细胞，细胞排列紧密，各细胞的径向壁和上下横壁有带状的木化和栓化加厚区域，称为凯氏带凯氏带。使根的吸收有选择性加厚方式：2个横向壁和2个径向壁）中皮层薄壁细胞中皮层薄壁细胞：内外皮层之间的多层薄壁细胞作用：横向运输。（点击观看动画）中柱中柱 中柱是皮层以内的中轴部分，由原形成层分化而来，可分为中柱鞘中柱鞘、初生木质部初生木质部、初生韧皮部初生韧皮部和薄壁细胞薄壁细胞四个部分，少数植物还有髓。中柱鞘 位于中柱最外层,外接内皮层,通常由一层薄壁细胞组成,少数植物可有二层或多层细胞。根的中柱鞘有

11、潜在的分裂性能,作用：可产生侧根、木栓形成层和维管形成层等部分 （2）初生木质部 初生木质部位于根的中央，主要由导管和管胞组成。排列：在横切面上呈辐射状，或成束分布。外始式：紧接中柱鞘内侧的细胞先分化成环纹或螺纹导管组成的原生木质部；位于原生木质部内侧的细胞后分化成梯纹、网纹或孔纹导管组成的后生木质部，初生木质部这种分化方式称为外始式。（3)初生韧皮部 初生韧皮部形成若干束分布于初生木质部辐射角之间，其发育方式也是外始式。原生韧皮部常缺少伴胞，而后生韧皮部主要由筛管与伴胞组成，只有少数植物有韧皮纤维存在。木质部和韧皮部是由多种细胞组成的一种复合组织，但起主要作用的是导管和筛管这些长管状细胞，所

12、以我们将它们称为维管组织。(4)薄壁组织 薄壁组织分布于初生木质部与初生韧皮部之间，在根进行次生生长时，发育成维管形成层的主要部分。少数双子叶植物中央由于后生木质部没有继续向中心分化，而形成薄壁细胞组成的髓。双子叶植物根的初生结构双子叶植物根的初生结构 表表 皮：皮：外皮层外皮层 皮皮 层层 中皮层薄壁组织中皮层薄壁组织 内皮层内皮层（凯氏带）（凯氏带）中柱鞘中柱鞘 原生木质部原生木质部 初生木质部初生木质部 （外始式）（外始式）后生木质部后生木质部 中中 柱柱 原生韧皮部原生韧皮部 初生韧皮部初生韧皮部 （外始式）（外始式）后生韧皮部后生韧皮部 薄壁细胞薄壁细胞根初生结构的特点根初生结构的特

13、点:表皮特化产生根毛表皮特化产生根毛;内皮层特异性的加厚，形成凯氏带内皮层特异性的加厚，形成凯氏带;中中 柱：包括中柱鞘、初生维管组织以及薄壁细胞，有的植柱：包括中柱鞘、初生维管组织以及薄壁细胞，有的植物的根有髓物的根有髓;中柱鞘具有潜在的分裂能力中柱鞘具有潜在的分裂能力;初生木质部呈星芒状，初生韧皮部呈束状，二者相间排列初生木质部呈星芒状，初生韧皮部呈束状，二者相间排列;初生木质部与初生韧皮部均为外始式发育方式，原生在外，初生木质部与初生韧皮部均为外始式发育方式，原生在外，后生在内后生在内;原、后生木质部导管（或管胞）类型有差别。原、后生木质部导管（或管胞）类型有差别。2 2、禾本科、禾本科

14、(单子叶单子叶)植物根的初生结构植物根的初生结构禾本科植物的根同样也可分为表皮、皮层和中柱三个部分，但与双子叶植物的根相比有以下不同的特点,特别是不产生形成层，没有次生生长和次生结构。内皮层的绝大部分细胞径向壁、横壁和内切向壁五面增厚，只有外切壁未加厚。在横切面上，增厚的部分呈马蹄形。但正对着初生木质部的内皮层细胞常停留在凯氏带阶段，称为通道细胞比较：比较：双子叶植物双子叶植物 单子叶植物单子叶植物 内皮层内皮层 具凯氏带具凯氏带 五面细胞壁增厚五面细胞壁增厚 次生生长次生生长 木质部与韧皮部之木质部与韧皮部之 木质部与韧皮部之木质部与韧皮部之 间有薄壁细胞，间有薄壁细胞，间无薄壁细胞，间无薄

15、壁细胞，能进行次生生长能进行次生生长 不能进行次生生长不能进行次生生长木质部辐射角木质部辐射角 少于少于 6 个个 多原型多原型（6 个以上）髓通常无髓，有发达的髓髓通常无髓，有发达的髓中心被后生木质部占据中心被后生木质部占据（三）侧根的形成 在主根或不定根开始初生生长不久就开始产生侧根，侧根上又能依次再长出各级侧根。侧根的形成增加了根的吸收面积和根的支持作用。侧根发生过程侧根的起源：母根中一定部位的中柱鞘细胞。属于内生源,中柱鞘细胞形成侧根原基分化为生长点和根冠皮层表皮侧根 平周分裂进行垂周，平周分裂穿过侧根的发生侧根的发生侧根的产生侧根的产生侧根的发生位置与不同类型根的关系示意图侧根的发生

16、位置与不同类型根的关系示意图二原型二原型三原型三原型四原型四原型多原型根多原型根（四）根的次生结构（四）根的次生结构 1.双子叶植物双子叶植物根的次生生长和次生结构根的次生生长和次生结构 （1 1）.维管形成层的发生和活动维管形成层的发生和活动 次生生长与次生结构次生生长与次生结构 大多数双子叶植物的根在完成初生生长、形成初大多数双子叶植物的根在完成初生生长、形成初生结构之后，便开始出现次生分生组织生结构之后，便开始出现次生分生组织维管形成维管形成层和木栓形成层，层和木栓形成层，进而产生次生组织，使根加粗。进而产生次生组织，使根加粗。这种由次生分生组织进行的生长，称为次生生长，这种由次生分生组

17、织进行的生长，称为次生生长，所形成的结构称为次生结构。次生分生组织位于根茎所形成的结构称为次生结构。次生分生组织位于根茎的侧面，因此又叫侧生分生组织的侧面，因此又叫侧生分生组织。维管形成层的发生（来源）维管形成层的发生（来源）维管形成层的活动 维管形成层的发生和活动维管形成层的发生和活动(动画演示)来源来源 活动活动 产生组织结构产生组织结构 活动结果活动结果 次生木质部次生木质部 形成层环形成层环 射线射线 次生韧皮部次生韧皮部。初生木质部外初生木质部外凹处与初生韧凹处与初生韧皮部内侧皮部内侧中柱鞘细胞中柱鞘细胞 平周平周 分裂分裂内外增粗增粗 形成层除产生次生韧皮部和次生木形成层除产生次生

18、韧皮部和次生木质部外，在质部外，在正对初生木质部辐射角正对初生木质部辐射角处，处，由中柱鞘发生的形成层也分裂形成径向由中柱鞘发生的形成层也分裂形成径向排列的、由薄壁细胞组成的排列的、由薄壁细胞组成的射线射线，射线，射线是根是根横向横向运输系统运输系统。维管形成层形成的次生结构特点维管形成层形成的次生结构特点1.次生维管组织中，次生木质部居内，次生韧皮部居外，相对排列 2.形成层每年向内、外增生新的维管组织，使根的直径不断增大 3.次生结构中以次生木质部为主，而次生韧皮部所占比例较小双子叶植物根的次生生长和次生结构双子叶植物根的次生生长和次生结构 （2 2）.木栓形成层的发生及活动木栓形成层的发

19、生及活动 随着次生组织的增加，中柱不断扩大，使外方的表皮和皮层受压而胀破。这时中柱鞘细胞常平周分裂成数层，其中外面的一层细胞常变为木栓形成层。木栓形成层的发生及活动木栓形成层的发生及活动 栓内层栓内层（活）（活）木栓形成层木栓形成层 周皮周皮 木栓层木栓层（死）（死）中柱鞘细胞中柱鞘细胞平周平周分裂分裂内外木栓形成层切片图木栓形成层切片图 （五）根的三生结构五）根的三生结构 有些植物（如甘薯、甜菜）还能产生根的三生生长，也会引起根的加粗。甘薯块根在次生导管周围形成副形成层，副形成层（accessory cambium）活动时，向内产生三生木质部，向外产生三生韧皮部。甜菜直根 维管形成层产生次生

20、结构后，中柱鞘活动产生第一轮副形成层,向内产生三生木质部，向外产生三生韧皮部。在三生韧皮部的薄壁细胞的外侧形成新一轮的副形成层，再形成三生结构，使根不断增粗。四、根系对水分和矿质元素的吸收四、根系对水分和矿质元素的吸收（一）、根系对水分的吸收1、动力：根压和蒸腾拉力根压根压：根系生理活动使液流上升的压力称根压。一般为0.1-0.2Mpa。这种动力与植物生理活动有关，属主动吸收。伤流：将植物茎从基部切断，不久有液体从伤口初流出。伤流液成分为水分、无机盐、有机物和激素等。吐水：在温暖潮湿、土壤水分充足的条件下，常可见到叶片尖端或边缘向外渗出液滴，这种现象称为吐水。在根压的作用下从水孔流出的水分。蒸

21、腾拉力蒸腾拉力：叶面大量蒸腾水分，水分由下而上运动向上产生的拉力。是被动吸收过程。植物平时主要是被动吸收，叶小时无蒸腾拉力，靠根压吸水。2、影响水分吸收的因素土壤中可利用水分：土壤溶液与根内的水势差。水分存在的形态。土壤通气状况：缺O2根呼吸能力下降，使根压下降；无O2 呼吸会产生酒精，使根中毒。土壤温度：温度低呼吸弱，影响生理活动，影响主动吸水；温度低，水的粘性增强，扩散速度降低。（二）、根系对矿质元素的吸收 1、吸收部位和过程 吸收部位：根毛区。吸收过程：土壤中的水分 根的表面 皮层 维管柱（导管）正负离子交换主动运输被动运输内吞作用共质体、质外体 胞间运输共质体运输:是指经过胞间连丝从原

22、生质体到 原生质体间的运输。质外体运输:是指经过细胞壁间的运输。胞间运输:是指通过液泡使水分从一个细胞转 运到另一个细胞的方式。、吸收特点 矿质元素与水分相对吸收。虽然元素是溶解在水中才能吸收，二者不成正比关系，因为有些元素是主动吸收，有载体参与；有选择吸收；拮抗作用，一种离子能减少某种离子的毒害作用，促进某些离子的吸收。、影响矿质元素吸收的外界因素 温度，土壤通气状况，介质值，离子间相互作用初生结构的三要素表皮（epidermis）皮层（cortex）维管柱（vascular cylinder 或中柱）双子叶植物根初生结构示意图表皮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

23、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皮皮层层外皮层：外皮层：最外层排列整齐，无最外层排列整齐，无胞间隙的薄壁细胞组成胞间隙的薄壁细胞组成中皮层：中皮层：多层薄壁细胞组成多层薄壁细胞组成内皮层：内皮层：皮层最内的层细胞组成，皮层最内的层细胞组成，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、栓化的带状加厚区域加厚区域凯氏带（凯氏带（casparian strip）凯氏带立体示意图细胞膜与细胞壁在凯氏带处紧附在一起凯氏带凯氏带通道细胞功能返回维管柱维管柱皮层以内的柱状体，是由皮层以内的柱状体，是由原形成层发育而来原形成层发育而来维维管管柱柱中柱鞘：中柱鞘：位于维管柱的最外层，位于维管柱的最外层，或几层薄或几层薄壁细胞组成，有潜在的分裂能力（侧根、不定壁细胞组成，有潜在的分裂能力（侧根、不定芽、形成层等）芽、形成层等）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间的数层薄壁细胞间的数层薄壁细胞