实验三 根的解剖结构

一、实验目的与要求

1. 了解根尖的外形、分区及内部构造。

2. 掌握单子叶植物与双子叶植物根的初生结构的异同。

3. 掌握双子叶植物根的初生结构与次生结构的异同。

4. 了解维管形成层的发生及活动、侧根的产生部位。

二、实验材料与用具

1. 材料：小麦或玉米子粒、鸢尾根；洋葱或玉米根尖纵切，蚕豆或向日葵幼根横切，玉米根横切，向日葵、蚕豆成熟根横切等永久制片。

2．用具  显微镜、放大镜、载玻片、盖玻片、双面刀片、培养皿、滤纸、滴管、0.1％番红溶液、50%乙醇溶液。

三、实验内容与方法

㈠ 根尖的结构

取玉米或洋葱根尖永久制片，在镜下观察辨认各区细胞特点。

1.根冠

在根的最前端，好似一个帽子套在分生区的外表，由薄壁细胞组成。

2．分生区

根冠以内由排列紧密的近等径的薄壁细胞组成，其细胞核大、细胞质浓厚。这一区细胞能力强，可见到正在进行有丝的细胞。

3．伸长区

在分生区之上，细胞在纵向逐渐伸长并液泡化，伸长区细胞已逐步分化成不同的组织，向成熟区过渡。在有的切片中可看到宽大的成串的长细胞，是在分化中的幼嫩的导管细胞。

4．成熟区(根毛区)

位于伸长区上方，表面密生根毛。此区细胞已分化成各种成熟组织，转换高倍镜可以观察到螺纹、环纹导管。

㈡ 根的初生结构

1.单子叶植物根的初生结构

取小麦或玉米的幼根，在根的成熟区（根毛区）做横切，滴加间苯三酚和浓盐酸；或取小麦或玉米根横切永久切片，在显微镜下由外向内观察下列结构。                                            

⑴表皮：根的最外一层细胞，由原表皮发育而来，是生活细胞，细胞壁薄，近似长方柱形，排列整齐，无细胞间隙，常见有突起的根毛。

⑵皮层：表皮以内维管柱以外是皮层，占根横切面较大的比例。皮层由多层大而壁薄的细胞组成，细胞排列疏松，具较大的细胞间隙。皮层的最外一层紧靠表皮的细胞常排列整齐，无细胞间隙，称外皮层，在较老的根中外皮层细胞壁增厚，木质化或栓质化，以后可代替表皮起保护作用，常被番红染成红色。皮层的最内一层细胞较小，排列紧密，在其径向壁和横向壁上有部分带状的加厚，并木质化和栓质化，围绕细胞一周，这就是凯氏带，在横切面上可见到被番红染成红色的马蹄形细胞。内皮层细胞的原生质体较牢固地附着在凯氏带上，使根吸收的水分及其溶质必须通过内皮层细胞的原生质体才能进入输导组织，因而凯氏带起着加强控制根内物质转移的作用。

⑶维管柱：皮层以内的部分为维管柱，它由中柱鞘、初生木质部和初生韧皮部组成。

①中柱鞘：是内皮层里面的一层薄壁细胞，形状较扁，排列较整齐，比内皮层细胞略小。这些细胞具有潜在的分生能力。     

②初生木质部和初生韧皮部：初生木质部和初生韧皮部呈相间排列，在根中初生木质部和初生韧皮部都是由外向内渐次成熟的，称为外始式。各种植物根的初生结构的差别主要是木质部束的数目不同。玉米的原生木质部脊数目较多，约12组导管，为多原型，原生木质部导管发生早，被0.1%的番红溶液染成红色；后生木质部约为6束口径较大的导管，因成熟较晚故多没有被染成红色。韧皮部细胞成不显著的细胞团，与原生木质部的导管相间排列。根的部分为薄壁细胞组成的髓部，为单子叶植物根的典型特征之一。

2.双子叶植物根的初生结构

取蚕豆或向日葵幼根横切永久制片，或取以上新鲜材料，对其幼根的成熟区做徒手切片，在显微镜下由外向内观察下列结构。

⑴表皮：是根最外一层薄壁细胞，细胞排列紧密而整齐，无细胞间隙。可以看到有的表皮细胞突出形成根毛。注意观察根毛细胞的核在何处，表皮细胞之间有无气孔器。

⑵皮层：在表皮以内，由多层形状较大的薄壁细胞组成，具有明显的细胞间隙。紧接表皮的一层叫外皮层，其细胞排列紧密。皮层的最里边一层细胞叫内皮层，内皮层细胞在径向壁和横向壁上常有局部增厚并栓质化，彼此联结成环带状叫凯氏带。由于在径向壁上观察凯氏带仅为一个小点，此时称为凯氏点。在制切片时用番红溶液染色可见到红色的凯氏带或凯氏点。

⑶维管柱：幼根的轴部分是维管柱，由中柱鞘、初生木质部、初生韧皮部和薄壁细胞组成。  

①中柱鞘：是中柱的最外层，邻接着内皮层。通常由一层薄壁细胞组成，排列整齐紧密，但对着木质部束处常为2～3层细胞。

②初生木质部：位于维管柱的，呈星芒状。在切片中其导管常被番红染成红色，其细胞壁厚而胞腔大。每束导管口径大小不一致，木质部束的外端（靠近中柱鞘）的导管最先发育，口径小，是一些螺纹和环纹加厚的导管，叫原生木质部。分布在近根中心位置的导管，口径大，分化较晚，为后生木质部。木质部导管的这种由外向内逐渐发育成熟的顺序是根初生构造的特征之一。

③初生韧皮部：位于木质部的两个脊之间，与木质部相间排列，由筛管、伴胞等构成的一团细胞群，颜色比周围薄壁细胞略深。在韧皮部的外侧可看到有染成绿色的厚壁的韧皮纤维束。

④薄壁细胞：分布在初生木质部和初生韧皮部之间，在根次生生长时，它将分化形成维管形成层的一部分。

㈢ 侧根的形成

取蚕豆根尖的横切、纵切永久制片观察，在成熟区中可见侧根原基的形成，侧根起源于中柱鞘，为内起源。发生侧根时，一定部位的中柱鞘细胞重新恢复能力，经几次平周，增加细胞层次，形成了向外的突起——即侧根的生长锥，再继续生长，依次突破主根的内皮层、皮层和表皮而达根外，进入土壤。从横切和纵切制片上，可看到一团被染成红色的、等直径的、核较大的分生组织细胞组成的侧根生长锥已形成，周围有破损的皮层细胞。观察时注意侧根是从中柱鞘的哪一部分细胞发生的？蚕豆根为四原型，侧根常发生于对着木质部束的位置。

㈣ 根的次生结构

1．形成层的发生：取蚕豆成熟根横切永久制片观察，其形成层首先是由初生木质部与初生韧皮部之间的薄壁细胞恢复能力形成的，之后向两侧扩展，直至对着木质部脊的中柱鞘细胞也恢复能力，二者连成波浪状的形成层环。在显微镜下看到位于木质部与韧皮部之间的一些径向排列整齐、形状扁平的薄壁细胞，看上去好似垜叠整齐的砖块，就是形成层。

2．次生结构：在显微镜下观察蚕豆或向日葵老根横切的永久制片，由外向内依次为周皮、次生韧皮部、形成层、次生木质部和初生木质部。

⑴周皮：是老根最外面的几层细胞，由木栓层、木栓形成层和栓内层组成。木栓层居外侧，横切面呈扁方形，径向壁排列整齐，为没有细胞核的死细胞。在木栓层的内方，是一层活的木栓形成层细胞，它主要进行切向，其细胞形态比木栓层更扁一些。栓内层位于木栓形成层内侧，有2～3层较大的薄壁细胞。蚕豆根形成周皮是相当迟缓的，在永久制片上常不能看到周皮的形成。在根毛死亡的区域残存的表皮下可看到2～3层皮层细胞，细胞壁栓化，这是外皮层，起保护作用。初生韧皮部已被挤坏，常分辨不清。

⑵次生韧皮部：为维管形成层向外平周而形成。在周皮之内被固绿染成蓝绿色的部分是次生韧皮部，包括筛管、伴胞和韧皮薄壁细胞，其中夹杂有少量略呈红色的韧皮纤维。在韧皮部中有许多韧皮薄壁细胞在径向方向上排列成行，是韧皮射线，起着横向运输的作用。

⑶维管形成层：在次生韧皮部和次生木质部之间的一至几层细胞，呈扁长形，被染成浅绿色。

⑷次生木质部：维管形成层平周的细胞，向内分化形成次生木质部。在维管形成层以内占主要部分，被番红染成红色。次生木质部包括导管、管胞、木纤维和木薄壁细胞，其中导管很容易辨认，是一些口径大被染成红色的原生质体的空腔。有些导管由于分化较晚，木质化程度低，仅被番红染成淡红色，或有的保持纤维素胞壁的绿色。管胞和木纤维在横切面上口径均较小，可与导管区分，一般也被染成红色，但二者之间不易辨认。此外，还可以见到由薄壁细胞组成的木射线，沿半径方向呈放射状排列，并与韧皮射线相连，合称维管射线。

⑸初生木质部：在次生木质部以内，仍保留在根的中心部分。导管口径较小，亦被番红染成红色。

㈤ 根瘤和菌根

1. 根瘤：取豆科植物花生、蚕豆或大豆根系，注意在较幼小的侧根或主根上，有一些瘤状突起，就是根瘤。根瘤表面粗糙，有的呈白色或浅绿色，有的呈粉红色或红色，大小不一，但都比根的直径大。取花生、蚕豆或大豆根瘤横切面永久制片，依据根的特点，区分根的结构和根瘤部分。根瘤的外围是栓质化的细胞，其内为薄壁细胞，是由于根的皮层细胞受到刺激而畸形增生的结果。部分为含菌细胞，根瘤菌充满在细胞质中呈颗粒状。

2. 菌根：挖取松树的最细小具根尖的侧根，观察其外部形态，在根尖看不到根毛，根的前端变成 “Y”形的钝圆的短柱状，许多菌丝包在根的外面。取菌根制片，从切片可看到真菌的菌丝体侵入皮层细胞的细胞间隙。

作业与思考题

1．根尖分哪几区?各区在外部形态和内部结构上是否有明确的界限？

2. 绘蚕豆幼根和老根解剖结构图，并标注各部分名称。

3. 单子叶植物与双子叶植物根的初生结构有何异同?

4. 根毛与侧根各发生于什么部位?属于外起源还是内起源?绘图表示蚕豆侧根发生的位置。

5. 说明维管形成层和木栓形成层的发生和活动方式。

6．根瘤是如何形成的?它与根之间在结构和功能上有什么关系?

7. 根的吸收作用为什么只限于根毛区至尖端的一小段？