书城科普读物智慧百科(植物卷)
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第1章 根

根是维管植物体轴的地下部分,它的作用包括以下几个方面:起固着和吸收作用;合成和贮藏有机物质;进行营养繁殖的作用。

根上没有叶和花,它虽然和茎一样有分枝,但分枝来自不同的地方。藻类和苔藓植物没有根,蕨类植物中最原始的松叶蕨、梅西蕨和古代最早的陆生化石莱尼蕨也没有真正的根,它们的根只是在地下的根状茎上有具吸收功能的假根;大多数现存的蕨类植物、裸子植物和被子植物才有真正根的结构。

主根

根是一株植物全部根的总称。种子萌发后,从胚根发育的根,叫做主根。大部分裸子植物和双子叶植物的主根不断生长,明显、发达。由主根及各级侧根组成的根系,叫做直根系。单子叶植物的主根在生长一个短时期后,不久就停止生长,继而枯萎,并从茎基部节上生成大量不定根,这些不定根也能不断地发育,形成分枝,整个根系呈须状,因此叫做须根系。大多数蕨类植物的根系,也是由不定根所组成,这些不定根由茎、根状茎发展形成的。

须根

根系在土壤中伸展的范围及根量的多少,取决于植物种类和外界环境,如土壤的结构、通气程度以及水分状况等情况。通常直根系伸入土壤的深度,比须根系大。大多数木本植物的主根深达10~20米,某些生长在干旱沙漠地区的植物,如骆驼刺的根系可伸入土层达20米左右。禾本科植物的须根系入土较浅,一般仅20~30厘米。木本植物根系在土壤中的伸延范围,直径可达10~18米,常超过树冠的好几倍;草本植物如南瓜为6~8米;禾谷类植物只有40~60厘米。

俗话有云“根深叶茂”、“本固枝荣”,这都说明植物地下部分的根系,与地上部分的茎、叶等器官的生长关系密切。在农业生产上,常用控制水、肥及光照强度来调整作物的根冠比,即根系的干重或鲜重与地上部分的干重或鲜重之比,以便确保作物高产量。

根的变态

变态是指某些植物的根,在形态、结构和生理功能上出现的变化。变态是长期适应环境的结果,一旦这种特性形成后,相继遗传,便成为稳定的遗传性状。常见的变态根有:

肉质根

如萝卜、胡萝卜、甜菜的变态根。它们是从主根以及胚轴的上端等部分发展而成的,在肥大的主根中,薄壁组织细胞内贮存大量养料,这可为植物越冬和次年生长提供不时之需。这部分也可食用。

块根

高山榕的气生根植物侧根或不定根膨大生成。这种变态根不像萝卜等,每株只形成一个肉质根,而是一株可以形成无数个膨大的块根。常见的如甘薯的块根。

气生根

气生根是生长在空气中的一种变态根,像榕树的枝干上长出许多不定根,可以笔直伸入到土壤。此种气生根没有根毛和根冠,无法吸收养分,但能吸收空气中的水分,也有呼吸的功能。由于气生根扎入土内,支持整个树身,使榕树树冠得以发展,因此给人以“独木成林”的感觉。热带森林中的许多兰科植物也有发达的气生根,气生根由于作用不同,又可分为呼吸根、支柱根、攀缘根和吸器。

生活在沼泽、海滩的某些植物,其地下部分生活在缺氧环境中,像落羽杉和海桑树等,在树的主干附近,从土壤或水中伸出许多根来,这些根的结构特殊,内部有许多气道,这里边种根主要是用来呼吸和通气的,因此有呼吸根或通气根之称。

支柱根

支柱根最典型的例子是玉米,许多不定根从茎基部的几个节上长出,并向下伸入土中,在吸收水分和无机盐的同时,由于此种根的机械组织发达,能起到稳固茎干的支持作用。

常春藤和凌霄花等植物的细长茎上,生有无数不定根,并以其将自身固定在墙壁或其他植物茎干上,这类变态根叫做攀缘根。

寄生生活的被子植物,如菟丝子,它的茎缠绕在寄主的茎上,并生出许多吸器,吸器伸入寄主茎的内部组织,它们的维管组织与寄主的维管组织相连接,所以可吸收寄主的水分和养料。

菌根和根瘤

共生关系是许多植物的根系与土壤中的微生物共同建立的,这种关系的结果是在植物体上形成菌根或根瘤。某些种子植物的根与土壤真菌共生所形成的共生体,叫做菌根。按照真菌对寄主皮层细胞浸染的情况不同,又分为两种类型:外生菌根,真菌形成一鞘层,也就是菌丝罩,整个包裹着幼根的外部,只有少数菌丝侵入到根皮层的细胞间隙中,如松树、栎树等。内生菌根,真菌形成不明显的罩子,而大部分菌丝都能够侵入到根部皮层的细胞内部,如兰属、草莓等。菌根真菌的菌丝就像根毛一样,不停地吸收水分与矿质营养,而且还能将土壤中的矿质盐和有机物质,转变为易于寄主吸收的营养物质,以及可制造维生素等,供给根系。而寄主植物分泌的糖类、氨基酸及其他有机物质又可供真菌生活,因此两者为共生关系。

豆科植物与根瘤细菌的共生体,就叫根瘤。根瘤的维管束与根的维管柱连接,两者可互通营养,一方面豆科植物提供根瘤细菌生长所需的水分和营养物质;另一方面根瘤细菌也将固定合成的铵态氮,经输道组织运送给寄生植物。

根对水分的吸收

根端的根毛区是根系从土壤中吸收水分的最活跃部位。一般而言,仅由根系的活动而引起的吸水现象,叫做主动吸水,而把由地上部分的蒸腾作用所产生的吸水过程,称被动吸水。

根对矿质营养的吸收

根系从土壤中吸收矿物质是一个主动的生理过程,它不同于根对水分的吸收,两者各自保持着相对的独立性。根部吸收矿质元素最活跃的区域是根冠与顶端分生组织,以及根毛发生区。土壤中的各种离子先吸附在根表面,接着通过能量转换与酶的作用,经过细胞膜进入细胞中,再由细胞间的离子交换进入维管柱的木质部道管。

根对地上部分生长发育的影响

根系在使植物的地上部分固定在土壤中,从土壤吸收大量水分和矿质营养,供给地上部分生长发育的需要的同时,还使根部进行一系列有机化合物的合成转化。其中包括有组成蛋白质的氨基酸,如谷氨酸、天门冬氨酸和脯氨酸等;各类植物激素,如吲哚乙酸、细胞分裂素类,以及少量的乙烯等。根还能从土壤中吸收二氧化碳并固定,凭借特种酶和丙酮酸的作用,生成苹果酸,然后转运到地上部分,参与叶子的光合作用。

经济用途

在生活中,人类已经广泛利用各种植物的根部,如甘薯、豆薯、葛藤、木薯等肥大的块根,内含丰富的淀粉,可供人们食用或工业用。萝卜和胡萝卜的根部,是人们常食的蔬菜。甜菜的块根是制糖工业的原料。人参、乌头、甘草、地黄和麦冬等根部是着名的中药材。雷公藤、百部和鱼藤等根部富含生物碱或鱼藤酮,对植物病虫有毒效,可作为防治作用病虫害良好的植物性农药。茜草的根能提取鲜红色的染料,可用于染动植物性纤维及食用色素。