植物的根的结构及其功能观察实验
一、实验目的
1．了解根尖的内部构造。
2．了解根的初生结构、初次生结构。
3．掌握被子植物根尖的吸收分泌功能。
二、实验原理
从根的顶端到着生根毛的部位，叫做根尖，主根、侧根和不定根都具有根尖。根尖是根中生命活动最活跃的部分，根的生长和根内组织的形成都是在根尖进行的。根尖一般分为根冠、分生区、伸长区和成熟区四个部分。经过根尖顶端分生组织的分裂、生长和分化，植物体发育出成熟的根结构，这种由顶端分生组织及其衍生细胞的增生和成熟所引起的生长过程，称为初生生长。
初生生长形成的各种成熟组织都属于初生组织，它们共同组成的器官结构称为初生结构。从根的成熟区作一横切或纵切，就能清楚地看到根的初生结构由外至内分别为表皮、皮层和维管柱。
A．近外方的组织； B．维管柱 l．表皮；2.皮层；3.内皮层；4.中柱鞘；5.原生木质部；6.后生木质部； 7.初生韧皮部
大多数双子叶植物和裸子植物的根在初生结构成熟后，要继续进行次生生长，形成次生结构，包括次生维管组织和周皮，但有些草本双子叶植物和多数单子叶植物的根通常不再进行次生生长。根的次生维管组织是维管形成层活动的结果。
维管形成层最早源于初生木质部与初生韧皮部之间原形成层细胞的分裂，后来与原生木质部相对的中柱鞘细胞也进行分裂，并向两侧扩展，其内侧的子细胞参与维管形成层的组成，于是形成了环绕在初生木质部外侧的连续的维管形成层。由维管形成层分裂产生的新细胞，一部分向内分化，形成次生木质部，另一部分向外形成次生韧皮部，从而使根加粗。
在有些植物的根中，由中柱鞘细胞衍生的形成层细胞往往分裂以后形成宽的射线，而其他部位形成的维管射线较窄。由于次生生长，每年在根的内部增加许多新的次生维管组织，使根不断加粗。因此，维管柱外围的表皮和皮层在根加粗过程中常被拉、挤，最后被撑破。通常在皮层组织未破坏之前，根的中柱鞘细胞恢复分裂活动，形成木栓形成层。木栓形成层进行切向分裂，向外产生木栓层，向内产生栓内层。
木栓层、木栓形成层和栓内层共同构成周皮，代替表皮起保护作用。周皮发生后，包括内皮层在内的皮层组织和表皮与根的其他部分分离，并且由于给养断绝而死亡、脱落。根具有固着、吸收、输导和合成的功能。植物根系对矿质元素的吸收具有选择性。根系对离子的吸收不与溶液中的离子的数量成比例，根系对同一种盐类的阴离子与阳离子的吸收量的差异，使盐溶液的pH 值发生改变，从而证明植物根系对离子吸收具有选择特性。植物根系能合成氨基酸、蛋白质、糖类等生命活动所必需的物质，同时根还能将一些物质排出体外，如氨基酸、糖类、淀粉酶等，改变根际周围的微生物环境，促进根系的吸收。
三、实验用品
（一）材料 载玻片、盖玻片、洋忽根尖纵切片、玉米根尖纵切片、蚕豆根和毛茛根横切片、小麦根或鸢尾根横切片、大麦或玉米萌发新鲜材料
（二）器材 显微镜、滴管、吸水纸、擦镜纸、pH 计或pH 试纸、滤纸、试剂瓶、培养皿
（三）试剂 蒸馏水、I2-KI 水溶液
四、实验操作
（一）根尖的结构
取洋忽根尖纵切片或玉米根尖纵切片，在显微镜下依次观察下列各部：
1．根冠：在根尖顶端，由数层排列疏松的薄壁细胞组成形如帽状，有保护生长维的功能。
2．生长锥（分生区）：在根冠之内，由排列紧密的小型多面体细胞组成，细胞质浓、核大，属分生组织，具有强热的分裂能力
3．伸长区：位于生长锥的上方，由生长锥细胞分裂而来，其细胞一方面迅速长大，另一方面逐步分化成不同组织。
4．根毛区（成熟区）：在伸长区的上方，细胞的处长生长已停止，并已分化成各种成熟组织，其表皮层细胞的外壁向外突起形成根毛，这是根的主要吸收工具。
（二）根的初生结构
1．双子叶植物根的初生构造取蚕豆和毛莨根（图5-2 ）根毛区的横切制片，在显微镜下依次观察下列各部：
（1）表皮包在根的最外面, 为一层排列紧密的细胞组成，根毛呈长管状。
（2）皮层在表皮之内，由多层薄壁细胞组成，有明显的细胞间隙。可分为外皮层（一层细胞），皮层薄壁细胞和内皮层（一层细胞）三部分，注意观察内皮层，内皮层细胞排列整齐,壁比较特殊，其径向壁和上、下壁常局部增厚并栓质化,环绕成圈,叫凯氏带，但在横切面上有的只能见径向壁上成很小的点状，又叫凯氏点（图5-3）。
（3）中柱（维管柱） 是皮层以内的全部组织，由中柱鞘，初生木质部，初生韧皮部和薄壁细胞所构成。
① 中柱鞘是中柱的最外层。邻接着内皮，通常由一层薄壁细胞组成，一般排列整齐紧密。
② 初生木质部占据根的中央部分，在切片中常被番红染成红色，排成4—6 束的星芒状，靠近中柱鞘的初生木质部分化最早，导管腔小，叫原生木质部，近轴的导管腔较大的部分为
③ 初生韧皮部位于木质部的两个放射角之间，与木质部交互排列。注意在蚕豆幼根的初生韧皮部中常分化出一束厚壁细胞，叫韧皮纤维。
2．单子叶植物根的初生构造（示范）取鸢尾（图5-4 ）或小麦根成熟区横切片，在显微镜下观察，一般也分表皮、皮层和中柱三部分，但各部分都有它的特点。
①内皮层细胞多为五面加厚并栓质化，只有外切向壁是薄的，故呈马蹄形（图5-5），对着原生木质部处的内皮层细胞是否加厚？有何作用？
图5-3 双子叶植物根的横切（示中柱和内皮层的构造）
l．皮层薄壁组织；2．内皮层（右图为内皮层细胞的立体图解与横切，示凯氏带）；3.中柱鞘；4. 初生韧皮部;5．原生木质部；6.后生木质部
②初生木质部和韧皮部初生木质部是多原型的（即束数较多），其细胞数量都较少，木质部导管明显，而韧皮部筛管不明显。
（三）根的次生构造
取加拿大白杨或棉花老根横切制片(图5-6,图5-7)。在显微镜下从外向内顺序观察以下各部分：
1．表皮由于次生构造的产生而被撑破，多已脱落。
2．周皮是老根最外面的几层细胞，代替表皮，行保护功能，由木栓层，木栓形成层和栓内层三部分组成。
3．皮层由于周皮的产生多已脱落。
4．韧皮部初生韧皮部已被挤破；分辨不清，在周皮之内被染成绿色的部分为次生韧皮部，注意倒三角形区域的薄壁细胞为韧皮射线，正三角形区域，由筛管、伴胞与韧皮纤维相间排列。能找到它的筛管和伴胞吗？
5．形成层已成环状，由一、二层长方形排列整齐的薄壁细胞组成，向内分裂产生次生木质部，向外分裂产生次生韧皮部。
6．木质部位于形成层的内侧，靠近形成层的部分为次生木质部，初生木质部被挤在中心部位，导管管腔较小具4—6 束、呈放射状排列。形成层在一定部位也产生一些薄壁细胞，呈辐射状排列，贯穿在木质部的为木射线，贯穿于韧皮部的为韧皮射线。
（四）侧根的形成（示范）
取蚕豆根的横切片（示支根的发生），在显微镜下观察，可见中柱鞘的部分细胞重新恢复分裂能力，形成突起，即侧根的生长锥，再继续生长，依次突破主根的内皮层、皮层和表皮而形成侧根，插入土中。
（五）分泌功能
根分泌糖类、分泌氨基酸、分泌淀粉酶，依据以下反应：糖类在硫酸作用下与蒽酮反应，生成绿色的络合物；氨基酸与茚三酮共同加热生成紫色化合物；淀粉酶分解淀粉；来鉴定各种分泌作用。事先对各种实验材料，用培养皿垫一张滤纸，加水浸湿，萌发吸胀的大麦或玉米种子2-3 天；当根系生长为2-3 厘米时，加水浸过根系继续萌发1-2 天；取溶液1ml，加入蒽酮试剂2ml，于沸水浴中加热10mins;如溶液呈绿色，表明有糖类。取萌发时所用的滤纸烘干，喷0.1%的茚三酮乙醇溶液，80℃烘15mins，如果滤纸呈紫蓝色，说明有氨基酸存在。把吸胀种子放于淀粉琼脂平板上萌发。
2-3 天后，取出萌发的种子，倒入少量碘-碘化钾溶液于平板上，在根系生长过的地方呈透明色，说明该处淀粉被根系所分泌的淀粉酶分解。
（六） 吸收功能
把根长1-2cm 已萌发的籽粒，重新摆入四个加滤纸的新培养皿中（种子数相等），分别加入相同体积的蒸馏水、(NH4)SO4、NaNO3、NH4NO3 溶液；以浸没根系为宜，使籽粒高出液面。
测定四种溶液的初始pH 值。当种子萌发1-2 天后，分别测定四个培养皿中溶液的pH 值，记录结果并分析。
