植物根(植物根系十二功能)

Posted 2023-05-30

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植物根(植物根系十二功能)

植物根系的十二功能

(一)根系的吸收功能

新鲜植物的物质组成中，约有80%~95%为水分，其余5%~20%为干物质。这些干物质又分为有机物和灰分两部分。其中有机物大部分是由植物进行光合作用而合成的，而灰分则是通过根系吸收的矿质营养。

植物的许多器官如茎、叶片、花朵等都具有吸收功能，但是所占比例不大。植物生长发育过程中所需要的水分、矿质营养等主要通过根系进行吸收，吸收是根的重要生理功能之一。其他器官吸收水分和矿质营养的数量不如根部多，速度也不及根部快。根系各个部位的吸收能力存在很大差异，其中以根毛区最强，根冠和根基部较差。水分和矿质营养必须通过根系表皮的细胞壁和细胞内的质膜才能进人植物体，然后通过输导组织运往植株的地上部分。

根系对水分的吸收是通过根压和蒸腾拉力，而根压由根系呼吸产生能量形成。根系对营养元素的吸收主要靠简单扩散和杜南平衡等的被动吸收、利用呼吸释放能量做功而逆着浓度差吸收矿质元素的主动吸收以及胞饮作用。根系吸收组织的细胞及细胞内的细胞器中含有较多的矿物质、糖、酸等，因此具有较低的水势，而栽培基质中的水势较高，这样根外高水势系统的水分就会通过根系吸收组织的质膜、液泡膜和各种细胞器膜等膜系统向根内低水势系统迁移。

根系外皮组织的细胞壁为微孔结构，水分可以通过毛细管作用而被吸收到这些微孔中，从而进人根内。植物通过根部吸收的水量如果少于地上部分蒸腾损失的水分，则植株发生萎蔫，暂时性萎蔫对植物的影响不大，随着水分的吸收和蒸腾的降低可以恢复，但是一旦发生永久性萎蔫，则严重影响植物的生长。无土栽培中如果供液不足或供液间隔时间过长就会出现这种现象。

矿质营养必须溶于水中以离子形态才能进入根系的自由空间，如果没有水，植物对营养的吸收就难以进行。但是根系对水分和矿质营养的吸收机制不同。水分吸收与传导的主要动力是蒸腾作用产生的蒸腾拉力，属被动吸收过程；而无机离子的吸收必须靠呼吸代谢产生的能量并在载体存在的情况下进行。同种类的植物所具有的载体不同，选择运载的离子不同，吸收矿质营养的数量也不一样，例如耐盐植物可以阻止根际过多的N+进人植株体内。以往认为，根系对水分和矿质营养的吸收是同步进行即成正比，后来大量研究表明并非如此。无土栽培过程中，如果营养液的浓度较低，则根系吸收营养物质的量比水多，造成营养液浓度越来越低；反之，当营养液的浓度较高时，根系吸收的水分比营养元素要多，从而使营养液的浓度越来越高，这种现象在一定的浓度范围内时有发生

(二)根系的固定支撑功能

根可以将植物固定在生长基质中，支撑起地上部，使庞大的茎叶系统保持直立而正常生长。在无土栽培中，由于栽培方式不同，根的支撑功能表现得不尽相同。例如水培和雾培等，根漂浮在营养液中或暴露在潮湿的空气中，因此根的支撑作用不大，植株的固定和支撑靠人工措施来实现。而在基质栽培中，如砂培、砾培、蛭石以及岩棉等基质栽培法，根的固定与支撑功能与在土壤栽培中一样重要。

某些植物能从茎秆或近地表的茎节上，长出一些不定根，它向下深入土中，能起到支持植物直立生长的作用，这类不定根称为支柱根(prop roots)通常支柱根可见于玉米、甘蔗、榕树等。

(三)根系的合成与分泌功能

植物根系能够利用来自地上部分的碳水化合物，以及本身所吸收的C02，与NH4+_N等，作为原料合成许多有机物质，其中包括氨基酸、维生素、植物素、生物碱等，例如植物体内约13的赤霉素在根内合成，细胞分裂素主要在根尖的分生组织中合成。这些物质的合成和产生对植物地上器官的生长发育起着重要作用。

根在生长过程中还能分泌出糖类、有机酸等近百种物质，根系分泌物(root exudates，。RE)按分子量的大小可分为高分子量分泌物和低分子量分泌物，前者主要包括黏胶和外酶，其中黏胶有多糖和多糖醛酸；后者主要是低分子有机酸、糖、酚及各种氨基酸（包括非蛋白氨基酸，如植物载体）。这些物质在微生物的作用下均可生成CO2和低分子量有机物质（图2-4）。

根系分泌物按作用性质又可分为专一性根系分泌物和普通根系分泌物。普通根系分泌物是大多数植物共有的化合物；而专一性根系分泌物是某种特殊植物或某个植物在特定条件和环境下分泌的化合物。另外，根系分泌物中还含有一些生理活性物质，如激素、维生素及各种自伤性和他伤性化合物。这些分泌物，有些可以帮助减少根部与基质间的摩擦；有些可以溶解介质中的难溶性化合物，促进根对物质的吸收；有些物质能够抑制其他植物和某些细菌的生长，也有些可以促进根际微生物的生长；有些物质对作物根系本身或同种、同科植物生长产生抑制作用，导致自毒作用的发生；根系分泌物在寒冷、干旱以及营养不平衡等逆境胁迫条件下往往会大幅度增加，使植物能更好地与外界环境进行物质交换，从而有益于种群的生存和生长发育。

植物的根还有不同程度的氧化还原能力。例如，当根际环境中铁供应不足时，根可以通过其还原力把Fe3+还原成容易吸收的下Fe2+，使铁元素的有效性增加；反之，当根际Fe2+过量可能对植株造成危害时，根可以通过其氧化力把Fe2+氧化成Fe3+，防止过多的Fe2+进入植物体。

(四)根系的输导功能

根系的输导功能表现在根能够将其吸收的水分、无机盐类的分子或离子、简单的小分子有机化合物、气体以及根系合成的各种物质等输送到地上部有关器官供其生长所需，同时可以将地上部合成的有机物输送到根部。根尖顶端对矿质元素的积累最多，但由于该区域没有发达的输导系统，因此难以将吸收的离子运转到其他部位。而根毛区有完全分化的木质部，可将矿质元素很快运至其他器官，因此该区域对矿质元素的积累不多。

(五)根系的贮藏功能

根有重要的贮藏功能。大多数作物的根都贮藏了许多养分，或含有生物碱、甙等物质。有些植物的根膨大，形成明显的贮藏器官，例如萝卜、胡萝卜、甜菜、芜菁等主根膨大形成养分贮藏器官，而甘薯等是由侧根膨大形成养分贮藏器官，这些植物的根可以食用；人参、大黄、甘草、何首乌、百合等的根可以用作药材。许多球根花卉根部贮存了大量碳水化合物和脂肪等，当需要时，这些大分子物质降解为小分子物质被植株生长所利用，如大丽花、花毛茛、芍药等。对于生长在干旱环境下的植物来说，较大的根冠比具有重要意义。

(六)根系的繁殖功能

许多植物的根可以产生不定芽，而这些不定芽可以形成新的植株，这一功能常被应用在植物繁殖中，如甘薯、大丽花、花毛茛、芍药、荷包牡丹等。

(七)根系的呼吸与气体交换功能

植物的根系在生长过程中，要不断呼吸，与环境进行气体交换。多数情况下，植物进行有氧呼吸，呼吸代谢过程中释放出较多的能量供植物生长发育。但是在淹水的情况下，植株也能通过氧呼吸来维持生命。对绝大多数陆生植物而言，长时间进行无氧呼吸，会导致植株死亡。

榕树、绿萝、龟背竹等是生长于热带、亚热带地区的植物，由于多雨、潮湿的气候条件，土壤中的水分在很长的雨季总是处于饱和或近于饱和的状况，根系由于长期生活在缺氧的环境中，逐步形成了一种向上生长，露出地表或水面的不定根。茎秆上长出的粗壮的气生根，除了可以吸收空气中的水分以外，还能进行气体交换，吸取大气中的气体，以补充土壤中氧气的不足，也称作呼吸根(pneumatophores)。此外，石斛(Dendrobium nobile Lindl.)的茎节上也常有许多气生根；多年生草本植物吊兰，在匍匐茎上长出新植株时，也生有许多粗短的气生根。

(八)根系的感应功能

植物在长期的进化过程中，为了生存形成了感应周围环境的本能。当根际环境不能满足根的生长需要时，根的形态及生长方向等都会发生变化。例如根在生长介质中会向营养丰富、水分和通气性良好的方向延伸。

(九)根系的攀援功能

一些木质藤本植物如常春藤、凌霄、地锦等，在茎部能长出可依附于其他物体表面生长的一种不定根，称为攀援根。借助于这些攀援根植株可以调整自己的空间位置，使细长柔弱的茎固着或领先其他物体向上生长，从而更好地生长发育。

(十)根系的寄生功能

一些植物如菟丝子(dodder)，能够从茎部长出根状的突出物，可生长到另一些植物体内，深入维管组织，从而吸取水分和营养。这种靠其他植物进行生长的植物称为寄生植物，寄生植物生长到其他植物体内的根称为寄生根。

(十一)根系的收缩功能

绵枣儿、小苍兰等草本植物在发育过程中，根的部分皮层薄壁细胞出现径向扩展与纵向收缩，这时其中部的维管组织发生扭曲，从而将靠近基质表层的球根拉向深处，这些具有收缩功能的根叫做收缩根。

(十二)根与菌的共生功能

根菌共生称为菌根(fungus roots))，是根与菌的组合，二者合作可从根系附近的区域吸收更多的水分与矿物质，这种关系称为共生关系(mutualistic re-lationship)。根菌吸收根系生长过程中分泌的许多代谢产物，如多种氨基酸、核苷酸、糖、有机酸和酶类等。植物则通过根菌吸收激素、维生素、矿物质等。豆科植物的根瘤(root nodules)是根系与根瘤菌共生的结果。植物不能直接由空气中吸收氮，而根瘤菌可直接将大气中的氮还原为能被植物吸收利用的氨，豆科植物在吸收了这些氨之后又能将其转变为含氮有机化合物，以供其生长发育之需。

在自然条件下植物与微生物相结合后形成固氨体系的现象在20世纪70年代就已经引起了人们的关注。除了根瘤菌与豆科植物之间的共生固氯关系之外，通过人工方法促使非豆科植物与根痛菌形成共生关系，以便扩大生物固氮的范围。目前关于利用2,4-D诱导非豆科作物根系与固氨菌其生结瘤，国内外已在小麦、油菜、水稻和胡萝卜等作物上取得了成功。