植物的根的結構及其功能觀察實驗

一、實驗目的

1．了解根尖的內部構造。

2．了解根的初生結構、初次生結構。

3．掌握被子植物根尖的吸收分泌功能。

二、實驗原理

從根的頂端到著生根毛的部位，叫做根尖，主根、側根和不定根都具有根尖。根尖是根中生命活動最活躍的部分，根的生長和根內組織的形成都是在根尖進行的。根尖一般分為根冠、分生區、伸長區和成熟區四個部分。經過根尖頂端分生組織的分裂、生長和分化，植物體發育出成熟的根結構，這種由頂端分生組織及其衍生細胞的增生和成熟所引起的生長過程，稱為初生生長。

初生生長形成的各種成熟組織都屬于初生組織，它們共同組成的器官結構稱為初生結構。從根的成熟區作一橫切或縱切，就能清楚地看到根的初生結構由外至內分別為表皮、皮層和維管柱。

A．近外方的組織； B．維管柱 l．表皮；2.皮層；3.內皮層；4.中柱鞘；5.原生木質部；6.后生木質部； 7.初生韌皮部

大多數雙子葉植物和裸子植物的根在初生結構成熟后，要繼續進行次生生長，形成次生結構，包括次生維管組織和周皮，但有些草本雙子葉植物和多數單子葉植物的根通常不再進行次生生長。根的次生維管組織是維管形成層活動的結果。

維管形成層最早源于初生木質部與初生韌皮部之間原形成層細胞的分裂，后來與原生木質部相對的中柱鞘細胞也進行分裂，并向兩側擴展，其內側的子細胞參與維管形成層的組成，于是形成了環繞在初生木質部外側的連續的維管形成層。由維管形成層分裂產生的新細胞，一部分向內分化，形成次生木質部，另一部分向外形成次生韌皮部，從而使根加粗。

在有些植物的根中，由中柱鞘細胞衍生的形成層細胞往往分裂以后形成寬的射線，而其他部位形成的維管射線較窄。由于次生生長，每年在根的內部增加許多新的次生維管組織，使根不斷加粗。因此，維管柱外圍的表皮和皮層在根加粗過程中常被拉、擠，最后被撐破。通常在皮層組織未破壞之前，根的中柱鞘細胞恢復分裂活動，形成木栓形成層。木栓形成層進行切向分裂，向外產生木栓層，向內產生栓內層。

木栓層、木栓形成層和栓內層共同構成周皮，代替表皮起保護作用。周皮發生后，包括內皮層在內的皮層組織和表皮與根的其他部分分離，并且由于給養斷絕而死亡、脫落。根具有固著、吸收、輸導和合成的功能。植物根系對礦質元素的吸收具有選擇性。根系對離子的吸收不與溶液中的離子的數量成比例，根系對同一種鹽類的陰離子與陽離子的吸收量的差異，使鹽溶液的pH 值發生改變，從而證明植物根系對離子吸收具有選擇特性。植物根系能合成氨基酸、蛋白質、糖類等生命活動所必需的物質，同時根還能將一些物質排出體外，如氨基酸、糖類、淀粉酶等，改變根際周圍的微生物環境，促進根系的吸收。

三、實驗用品

（一）材料 載玻片、蓋玻片、洋忽根尖縱切片、玉米根尖縱切片、蠶豆根和毛茛根橫切片、小麥根或鳶尾根橫切片、大麥或玉米萌發新鮮材料

（二）器材 顯微鏡、滴管、吸水紙、擦鏡紙、pH 計或pH 試紙、濾紙、試劑瓶、培養皿

（三）試劑 蒸餾水、I2-KI 水溶液

四、實驗操作

（一）根尖的結構

取洋忽根尖縱切片或玉米根尖縱切片，在顯微鏡下依次觀察下列各部：

1．根冠：在根尖頂端，由數層排列疏松的薄壁細胞組成形如帽狀，有保護生長維的功能。

2．生長錐（分生區）：在根冠之內，由排列緊密的小型多面體細胞組成，細胞質濃、核大，屬分生組織，具有強熱的分裂能力

3．伸長區：位于生長錐的上方，由生長錐細胞分裂而來，其細胞一方面迅速長大，另一方面逐步分化成不同組織。

4．根毛區（成熟區）：在伸長區的上方，細胞的處長生長已停止，并已分化成各種成熟組織，其表皮層細胞的外壁向外突起形成根毛，這是根的主要吸收工具。

（二）根的初生結構

1．雙子葉植物根的初生構造取蠶豆和毛莨根（圖5-2 ）根毛區的橫切制片，在顯微鏡下依次觀察下列各部：

（1）表皮包在根的最外面, 為一層排列緊密的細胞組成，根毛呈長管狀。

（2）皮層在表皮之內，由多層薄壁細胞組成，有明顯的細胞間隙。可分為外皮層（一層細胞），皮層薄壁細胞和內皮層（一層細胞）三部分，注意觀察內皮層，內皮層細胞排列整齊,壁比較特殊，其徑向壁和上、下壁常局部增厚并栓質化,環繞成圈,叫凱氏帶，但在橫切面上有的只能見徑向壁上成很小的點狀，又叫凱氏點（圖5-3）。

（3）中柱（維管柱） 是皮層以內的全部組織，由中柱鞘，初生木質部，初生韌皮部和薄壁細胞所構成。

① 中柱鞘是中柱的最外層。鄰接著內皮，通常由一層薄壁細胞組成，一般排列整齊緊密。

② 初生木質部占據根的中央部分，在切片中常被番紅染成紅色，排成4—6 束的星芒狀，靠近中柱鞘的初生木質部分化最早，導管腔小，叫原生木質部，近軸的導管腔較大的部分為

③ 初生韌皮部位于木質部的兩個放射角之間，與木質部交互排列。注意在蠶豆幼根的初生韌皮部中常分化出一束厚壁細胞，叫韌皮纖維。

2．單子葉植物根的初生構造（示范）取鳶尾（圖5-4 ）或小麥根成熟區橫切片，在顯微鏡下觀察，一般也分表皮、皮層和中柱三部分，但各部分都有它的特點。

①內皮層細胞多為五面加厚并栓質化，只有外切向壁是薄的，故呈馬蹄形（圖5-5），對著原生木質部處的內皮層細胞是否加厚？有何作用？

圖5-3 雙子葉植物根的橫切（示中柱和內皮層的構造）
????? l．皮層薄壁組織；2．內皮層（右圖為內皮層細胞的立體圖解與橫切，示凱氏帶）；3.中柱鞘；4. 初生韌皮部;5．原生木質部；6.后生木質部

②初生木質部和韌皮部初生木質部是多原型的（即束數較多），其細胞數量都較少，木質部導管明顯，而韌皮部篩管不明顯。

（三）根的次生構造

取加拿大白楊或棉花老根橫切制片(圖5-6,圖5-7)。在顯微鏡下從外向內順序觀察以下各部分：

1．表皮由于次生構造的產生而被撐破，多已脫落。

2．周皮是老根最外面的幾層細胞，代替表皮，行保護功能，由木栓層，木栓形成層和栓內層三部分組成。

3．皮層由于周皮的產生多已脫落。

4．韌皮部初生韌皮部已被擠破；分辨不清，在周皮之內被染成綠色的部分為次生韌皮部，注意倒三角形區域的薄壁細胞為韌皮射線，正三角形區域，由篩管、伴胞與韌皮纖維相間排列。能找到它的篩管和伴胞嗎？

5．形成層已成環狀，由一、二層長方形排列整齊的薄壁細胞組成，向內分裂產生次生木質部，向外分裂產生次生韌皮部。

6．木質部位于形成層的內側，靠近形成層的部分為次生木質部，初生木質部被擠在中心部位，導管管腔較小具4—6 束、呈放射狀排列。形成層在一定部位也產生一些薄壁細胞，呈輻射狀排列，貫穿在木質部的為木射線，貫穿于韌皮部的為韌皮射線。

（四）側根的形成（示范）

取蠶豆根的橫切片（示支根的發生），在顯微鏡下觀察，可見中柱鞘的部分細胞重新恢復分裂能力，形成突起，即側根的生長錐，再繼續生長，依次突破主根的內皮層、皮層和表皮而形成側根，插入土中。

（五）分泌功能

根分泌糖類、分泌氨基酸、分泌淀粉酶，依據以下反應：糖類在硫酸作用下與蒽酮反應，生成綠色的絡合物；氨基酸與茚三酮共同加熱生成紫色化合物；淀粉酶分解淀粉；來鑒定各種分泌作用。事先對各種實驗材料，用培養皿墊一張濾紙，加水浸濕，萌發吸脹的大麥或玉米種子2-3 天；當根系生長為2-3 厘米時，加水浸過根系繼續萌發1-2 天；取溶液1ml，加入蒽酮試劑2ml，于沸水浴中加熱10mins;如溶液呈綠色，表明有糖類。取萌發時所用的濾紙烘干，噴0.1%的茚三酮乙醇溶液，80℃烘15mins，如果濾紙呈紫藍色，說明有氨基酸存在。把吸脹種子放于淀粉瓊脂平板上萌發。

2-3 天后，取出萌發的種子，倒入少量碘-碘化鉀溶液于平板上，在根系生長過的地方呈透明色，說明該處淀粉被根系所分泌的淀粉酶分解。

（六） 吸收功能

把根長1-2cm 已萌發的籽粒，重新擺入四個加濾紙的新培養皿中（種子數相等），分別加入相同體積的蒸餾水、(NH4)SO4、NaNO3、NH4NO3 溶液；以浸沒根系為宜，使籽粒高出液面。

測定四種溶液的初始pH 值。當種子萌發1-2 天后，分別測定四個培養皿中溶液的pH 值，記錄結果并分析。