《植物生物学》课程教学资源（实验指导）实验四 根的发育与结构和根的吸收与分泌

4根的发育与结构和根的吸收与分泌 根是植物体在个体发育过程中首先长出的地下营养器官，根的形态建成经历 了细胞分裂、生长、分化，在根的外形表现为伸长、分枝和加粗等过程，由根尖 分生组织的活动进行初生生长形成初生结构：双子叶植物和裸子植物根具有形成 层，可继续进行次生生长形成次生结构。主根、侧根及不定根的结构基本相同。 根具有吸收、合成、分泌、支持、固着、输导、贮藏等功能。 实验目的： 1.了解不同类群植物根系的基本形态。 2.了解根尖顶端分生组织细胞的分裂、生长、分化、成熟的过程，掌握根尖各区组织和 细胞结构特点，继而掌握根的初生生长（顶端生长、伸长生长）动态及所形成的初生结构。 3.掌握侧根的起源和形成。 掌握根的形成层的形成过程及根的次生结构特点。 掌握根系对矿质元素的选择性吸收特点及其实验设计和方法。 6.了解根系的分泌作用和有关物质的定性测定方法。 实验材料与用品 L.新鲜材料：蚕豆、大豆(Glycine max)、向日葵(telianthus annuus)、棉(Gossypium hirsutu圆)、油菜、蓖麻等双子叶植物幼苗，小麦、玉米等单子叶植物的幼苗，培养皿中萌 发的具根的小麦种籽粒。 2.永久制片：蚕豆、棉花根毛区横切制片，小麦、玉米、鸢尾(issD,)和水稻根的横 切制片，花生(Arachis hypogaea)和棉花老根横切制片，蚕豆具侧根的横切制片以及花生具 根瘤制片 3.实验用品：pH计或精密pH试纸，培养皿，烧杯或三角瓶，量筒，天平等 4.试剂：1mg/ml(NH4)2SO4.,1mg/ml NaNO3,1mg/ml NH,NO,0.1%的茚三雨乙醇 溶液，含0.02%淀粉的琼脂(2%平板，0.1%的蒽酮试剂〔0.1克蒽酮溶于100ml稀硫酸中( 24ml蒸馏水加76ml比重1.84的浓硫酸配制而成))，一K1溶液。 实验内容与方法 1.根系的类型 1.】直根系取蚕豆等双子叶植物幼苗观察直根系的组成及特点。 1.2须根系取小麦等单子叶植物幼苗观察须根系的组成及特点。 区问题与思考 (1)直根系与须根系有何区别？ (②)如何判断主根与侧根，定根与不定根？

4 根的发育与结构和根的吸收与分泌 根是植物体在个体发育过程中首先长出的地下营养器官，根的形态建成经历 了细胞分裂、生长、分化，在根的外形表现为伸长、分枝和加粗等过程，由根尖 分生组织的活动进行初生生长形成初生结构；双子叶植物和裸子植物根具有形成 层，可继续进行次生生长形成次生结构。主根、侧根及不定根的结构基本相同。 根具有吸收、合成、分泌、支持、固着、输导、贮藏等功能。 实验目的： 1．了解不同类群植物根系的基本形态。 2．了解根尖顶端分生组织细胞的分裂、生长、分化、成熟的过程，掌握根尖各区组织和 细胞结构特点，继而掌握根的初生生长（顶端生长、伸长生长）动态及所形成的初生结构。 3．掌握侧根的起源和形成。 4．掌握根的形成层的形成过程及根的次生结构特点。 5．掌握根系对矿质元素的选择性吸收特点及其实验设计和方法。 6．了解根系的分泌作用和有关物质的定性测定方法。 实验材料与用品 1. 新鲜材料：蚕豆、大豆（Glycine max）、向日葵(Helianthus annuus)、棉（Gossypium hirsutum）、油菜、蓖麻等双子叶植物幼苗，小麦、玉米等单子叶植物的幼苗，培养皿中萌 发的具根的小麦种籽粒。 2．永久制片：蚕豆、棉花根毛区横切制片，小麦、玉米、鸢尾(Iris sp.)和水稻根的横 切制片，花生(Arachis hypogaea)和棉花老根横切制片， 蚕豆具侧根的横切制片以及花生具 根瘤制片。 3．实验用品：pH 计或精密 pH 试纸，培养皿，烧杯或三角瓶，量筒，天平等 4．试剂：1mg/ml (NH4)2SO4 ， 1mg/ml NaNO3 ，1mg/ml NH4 NO3 ，0.1%的茚三酮乙醇 溶液,含 0.02%淀粉的琼脂(2%)平板，0.1%的蒽酮试剂﹝0.1 克蒽酮溶于 100 ml 稀硫酸中﹙ 24ml 蒸馏水加 76 ml 比重 1.84 的浓硫酸配制而成﹚〕， I—KI 溶液。 实验内容与方法 1．根系的类型 1.1 直根系 取蚕豆等双子叶植物幼苗观察直根系的组成及特点。 1.2 须根系 取小麦等单子叶植物幼苗观察须根系的组成及特点。 #问题与思考 (1) 直根系与须根系有何区别？ (2) 如何判断主根与侧根，定根与不定根？

2.根尖的形态及分区 ”取培养皿中萌发的小麦籽粒，截取根尖观察其外形。最先端略带黄色的部分为根冠， 稍后生有根毛的部分为成熟区，在根冠和根毛区之间较光滑透明的部分为伸长区，分生区（生 长点)位于根冠和伸长区之间，体积很小 由根冠包围。 做小麦根尖压片，用K-1染色，仔细观察小麦根尖各区组织及细胞的特征（参照图4-1）。 根毛风 原表皮 伸长区 基本分生组织 原形成层 分生区 根冠 图41.根尖分区模式图 问题与思考 (1)根冠个部位的细胞含有淀粉粒？淀粉粒在细胞中的分布如何？其生理功能何在？ (②)由根冠向根毛区方向，观察不同部位细胞的形状、大小、液泡大小及数目有何变化？ (3)根毛是如何发生的？最短的根毛在什么部位？能否看到根毛中的细胞质运动？ (④)根尖各区在外部形态和内部结构上有无明显的界限？

2. 根尖的形态及分区 ) 取培养皿中萌发的小麦籽粒，截取根尖观察其外形。最先端略带黄色的部分为根冠， 稍后生有根毛的部分为成熟区，在根冠和根毛区之间较光滑透明的部分为伸长区，分生区（生 长点）位于根冠和伸长区之间，体积很小，由根冠包围。 做小麦根尖压片，用 KI-I 染色，仔细观察小麦根尖各区组织及细胞的特征（参照图 4-1）。 #问题与思考 (1) 根冠哪个部位的细胞含有淀粉粒？淀粉粒在细胞中的分布如何？其生理功能何在？ (2) 由根冠向根毛区方向，观察不同部位细胞的形状、大小、液泡大小及数目有何变化？ (3) 根毛是如何发生的？最短的根毛在什么部位？能否看到根毛中的细胞质运动？ (4) 根尖各区在外部形态和内部结构上有无明显的界限？ 图 4-1. 根尖分区模式图 根毛区 伸长区 原表皮 基本分生组织 原形成层 分生区 根 冠

3.根的初生结构 3.1双子叶植物根的初生结构 取蚕豆或棉根毛区的横切制片（也可做根毛风的横切临时制片直接观察或用盐酸及间 苯三酚染色后观察，染色时注意吸干净多余液体，避免腐蚀物镜镜头，参照图4-2从外向内 观察，根的初生结构可分为表皮、皮层、维管柱三部分，从组织及细胞水平观察各部分的结 构特点，它们各执行什么生理功能？注意内皮层细胞上凯氏带的结构特点，它有什么生理作 用？注意观察初生木质部和初生切皮部的样列和发有方式。 32单子叶植物根的结构 观察小麦根毛区横切制片，从外向内也分为表皮、皮层和维管柱三部分。比较单子叶 植物与双子叶植物根的初生结构的异同。 观察玉米、水稻和鸢尾根的横切制片，并与小麦根结构作比较。 (a 图42根的初生结构 (a)蚕豆根毛区横切面，E示表皮，C示皮层，V示维管柱：b)为(a)图部分放大，示凯氏带（箭头所指） 和维管柱的初生木质部(X)与初生韧皮部仰)：(@)鸢尾根横切面。 4.侧根的形成 了先观察棉花或蚕豆植株的根系，主根上长出侧根，观察侧根有几纵列 取蚕豆具侧根的制片观察：侧根的发有和主根一样，经历伸长、分枝和加粗等形态建成 过程。注意侧根起源于主根的什么部位，是内起源还是外起源？在制片中，主根和侧根各是 哪一方向的切面？主根的木质部与侧根的木质部是否相连？ 3问题与思考 (1)根的初生结构分为哪几部分？各部分主要由哪些组织构成，它们各执行什么生理功能？ (2)显微镜下如何找到具凯氏带的内皮层细胞？这些细胞执行什么生理功能

3．根的初生结构 3.1 双子叶植物根的初生结构 ) 取蚕豆或棉根毛区的横切制片（也可做根毛区的横切临时制片直接观察或用盐酸及间 苯三酚染色后观察，染色时注意吸干净多余液体，避免腐蚀物镜镜头），参照图 4-2 从外向内 观察，根的初生结构可分为表皮、皮层、维管柱三部分，从组织及细胞水平观察各部分的结 构特点，它们各执行什么生理功能？注意内皮层细胞上凯氏带的结构特点，它有什么生理作 用？注意观察初生木质部和初生韧皮部的排列和发育方式。 3.2 单子叶植物根的结构 ) 观察小麦根毛区横切制片，从外向内也分为表皮、皮层和维管柱三部分。比较单子叶 植物与双子叶植物根的初生结构的异同。 观察玉米、水稻和鸢尾根的横切制片，并与小麦根结构作比较。 （a） (b) (c) 图 4-2 根的初生结构 (a) 蚕豆根毛区横切面,E 示表皮，C 示皮层，V 示维管柱；(b) 为（a）图部分放大，示凯氏带(箭头所指) 和维管柱的初生木质部（X）与初生韧皮部(P)；(c) 鸢尾根横切面。 4．侧根的形成 ) 先观察棉花或蚕豆植株的根系，主根上长出侧根，观察侧根有几纵列。 取蚕豆具侧根的制片观察：侧根的发育和主根一样，经历伸长、分枝和加粗等形态建成 过程。注意侧根起源于主根的什么部位，是内起源还是外起源？在制片中，主根和侧根各是 哪一方向的切面？主根的木质部与侧根的木质部是否相连？ #问题与思考 （1）根的初生结构分为哪几部分？各部分主要由哪些组织构成，它们各执行什么生理功能？ (2) 显微镜下如何找到具凯氏带的内皮层细胞？这些细胞执行什么生理功能？ X P E C V

(3)显微镜下如何判断根的初生木质部中原生木质部和后生木质部的导管分子 (④)侧根是怎样发生的？有无规律？如何区分一条侧根与一个根毛？ 5.维管形成层的产生 取蚕豆根具形成层的横切制片观察，注意初生韧皮部内侧保留的原形成层细胞首先分 裂，形成排列较整齐的由“扁平”细胞组成的弧形形成层片段：接若原生木质部顶端的中柱 鞘细购照分化，成为形成层的另一部分，并与先形成的源形片段连接，议时形成层成为波消 状环。你能否从几张不同切片中看到形成层从弧形片段发展为形成层环的过程？ 6.根的次生结构 了观察花生、棉花或菜豆老根的横切制片，参照图43从外向内观察，根的次生结构包 括哪几部分？各部分组织、细胞有何的特点？它们各自执行什么生理功能？ 皮 初生韧皮部 次生韧皮部 形成 次生木质 初生木质部 薄壁细胞 射 线 残存的表皮 挤5的初生 韧皮部 图43具次生结构花生老根横切面的一部分

(3) 显微镜下如何判断根的初生木质部中原生木质部和后生木质部的导管分子？ (4) 侧根是怎样发生的？有无规律？如何区分一条侧根与一个根毛？ 5.维管形成层的产生 ) 取蚕豆根具形成层的横切制片观察，注意初生韧皮部内侧保留的原形成层细胞首先分 裂，形成排列较整齐的由“扁平”细胞组成的弧形形成层片段；接着原生木质部顶端的中柱 鞘细胞脱分化，成为形成层的另一部分，并与先形成的弧形片段连接，这时形成层成为波浪 状环。你能否从几张不同切片中看到形成层从弧形片段发展为形成层环的过程？ 6.根的次生结构 ) 观察花生、棉花或菜豆老根的横切制片，参照图 4-3 从外向内观察，根的次生结构包 括哪几部分？各部分组织、细胞有何的特点？它们各自执行什么生理功能？ 图 4-3 具次生结构花生老根横切面的一部分 周 皮 次生韧皮部 形 成 层 次生木质部 初生木质部 薄 壁 细胞 射 线 残存的表皮 挤毁的初生 韧 皮 部 初生韧皮部

问题与思考 (1)根形成层的出现与活动对初生构造产生哪些影响和变化？ (2)说明根的次生结构特征及其生理功能。 7.根瘤 ©观察花生根具根指的横切制片，参照图44，可见根瘤为根的皮层细胞受根袍南刺激迅 速分裂所形成的瘤状突起，由于细胞的强烈分裂和体积的增大，使皮层部分畸形形成瘤状突 出物，结果使根以相当小的比例偏在一边。中央的薄壁细胞被感染，细胞中有大最根瘤菌， 染色较深；未被感染的薄壁细胞间有维管束与根的维管束相通。 (a) 图4-4根箱 (@)一种豆科植物的根系及与之共生的根瘤：b)花生根和根瘤的横切面，R示根的本体。 Rn示根瘤部位 8.植物根系对矿质元素的选择性吸收 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离子的数量成比 例。植物根系对同一种盐类的阴离子和阳离子的吸收量也有差异，根据根系对矿质元素的选 择性吸收而引起外界溶液pH的变化，盐类可分为生理酸性盐、生理碱性盐和生理中性盐。 植物根系对盐类的阴离子和阳离子的吸收量不同，而使盐溶液的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。 取小麦籽粒用水浸泡过夜，使种子吸胀。在每个培养皿中放一张滤纸，用水浸湿，摆 入已吸胀的种子，盖上培养皿盖，1一2天后，取根长1一2cm已萌发的籽粒，重新摆入4个 加滤纸的新培养皿中(4个培养皿中摆放的籽粒数应相同)，分别加入相同体积的蒸馏水

#问题与思考 (1) 根形成层的出现与活动对初生构造产生哪些影响和变化？ (2) 说明根的次生结构特征及其生理功能。 7.根瘤 ) 观察花生根具根瘤的横切制片，参照图 4-4，可见根瘤为根的皮层细胞受根瘤菌刺激迅 速分裂所形成的瘤状突起，由于细胞的强烈分裂和体积的增大，使皮层部分畸形形成瘤状突 出物，结果使根以相当小的比例偏在一边。中央的薄壁细胞被感染，细胞中有大量根瘤菌， 染色较深；未被感染的薄壁细胞间有维管束与根的维管束相通。 (a) (b) 图 4-4 根瘤 (a) 一种豆科植物的根系及与之共生的根瘤；(b) 花生根和根瘤的横切面，R 示根的本体， Rn 示根瘤部位 8．植物根系对矿质元素的选择性吸收 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离子的数量成比 例。植物根系对同一种盐类的阴离子和阳离子的吸收量也有差异，根据根系对矿质元素的选 择性吸收而引起外界溶液 pH 的变化，盐类可分为生理酸性盐、生理碱性盐和生理中性盐。 植物根系对盐类的阴离子和阳离子的吸收量不同，而使盐溶液的 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。 ) 取小麦籽粒用水浸泡过夜，使种子吸胀。在每个培养皿中放一张滤纸，用水浸湿，摆 入已吸胀的种子，盖上培养皿盖，1—2 天后，取根长 1—2 cm 已萌发的籽粒，重新摆入 4 个 加滤纸的新培养皿中（4 个培养皿中摆放的籽粒数应相同），分别加入相同体积的蒸馏水、 Rn R

ONHLSO4,NaNO:,NHNO为溶液（加入液体体积的毫升数依据培养皿的大小，以浸没根 系为宜，使籽粒高出液面)。测定蒸馏水、NH.)2SO:,，NaNO,NHNO溶液的原始pH值。 的籽 一2天培养后，分别测4个培养皿中溶液的H值，纪录结果并分 析植物对不同离子的吸收特点。 9.根系的分泌作用 植物根系除具有吸收等功能外，还具有合成、分泌的功能。根能合成氨基酸、蛋白质 糖类、生物碱、激素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、酶等，改变根际周围的微生态环境，促进根系的吸收 9.1分泌糖类糖类在硫酸作用下与葱酮反应，生成绿色的络合物，颜色的深浅与糖浓度呈正相 关。 矿在培养皿中放一张滤纸。用水浸湿，摆入已吸胀的小麦籽粒，盖上培养皿盖，1一2天 后，取根长1一2cm已萌发的籽粒，重新摆入加滤纸的新培养皿中，加水浸过根系，经1一2 天培养，吸取lml浸过根系的溶液，加入悠酮试剂2ml,于沸水浴中加热10分钟，如溶液呈 绿色，表明有糖类存在。 9.2分泌氨基酸氨基酸与茚三酮溶液共热生成紫色化合物，颜色的深浅与氨基酸浓度呈正相 米。 疗在培养皿中放一张滤纸。用水浸湿，摆入已吸胀的小麦籽粒，盖上培养皿盖，萌发后 去掉培养皿盖，加少量水保持根系湿润，经2一3天培养，根长为2一3厘米，从滤纸上取下 小麦籽粒，把滤纸烘干，喷01%的茚三酮乙醇溶液，80℃烘15分钟，接触过根系的滤纸呈 蓝紫色，说明有氨基酸存在， 9.3分泌淀粉酶 取小麦粒用水浸泡过夜，使种子吸胀，放于淀粉琼脂平板上萌发，2一3天后，取出 萌发的小麦籽粒，倒少量一K!溶液于平板上，在根系生长过的地方呈透明色，说明该处的 淀粉被根系分泌的淀粉酶分解。 问题与思考 (I)根据蒸馏水、(NH.).SO.、NaNO和NH,NO,4种溶液放入具根的萌发小麦中前后pH 值的变化，说明根系对不同盐离子的吸收特点。上述盐类哪个是生理酸性盐、生理碱性盐和 生理中性盐？ (2)如小麦长期培养在NaNO,等单一盐溶液中，植株生长情况将会怎样？ (3)植物根系能分泌哪些物质？用什么方法进行鉴定？ (黄淑莉)

(NH4)2SO4 ，NaNO3 ，NH4NO3 溶液（加入液体体积的毫升数依据培养皿的大小，以浸没根 系为宜，使籽粒高出液面）。测定蒸馏水、(NH4)2SO4 ，NaNO3 ，NH4NO3 溶液的原始 pH 值。 小麦萌发的籽粒再经 1—2 天培养后，分别测 4 个培养皿中溶液的 pH 值，纪录结果并分 析植物对不同离子的吸收特点。 9．根系的分泌作用 植物根系除具有吸收等功能外，还具有合成、分泌的功能。根能合成氨基酸、蛋白质、 糖类、生物碱、激素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、酶等，改变根际周围的微生态环境，促进根系的吸收。 9.1 分泌糖类 糖类在硫酸作用下与蒽酮反应,生成绿色的络合物,颜色的深浅与糖浓度呈正相 关。 ) 在培养皿中放一张滤纸，用水浸湿，摆入已吸胀的小麦籽粒，盖上培养皿盖，1—2 天 后，取根长 1—2 cm 已萌发的籽粒，重新摆入加滤纸的新培养皿中，加水浸过根系，经 1—2 天培养，吸取 1ml 浸过根系的溶液，加入蒽酮试剂 2ml，于沸水浴中加热 10 分钟，如溶液呈 绿色，表明有糖类存在。 9.2 分泌氨基酸 氨基酸与茚三酮溶液共热生成紫色化合物，颜色的深浅与氨基酸浓度呈正相 关。 ) 在培养皿中放一张滤纸，用水浸湿，摆入已吸胀的小麦籽粒，盖上培养皿盖，萌发后 去掉培养皿盖，加少量水保持根系湿润，经 2—3 天培养，根长为 2—3 厘米，从滤纸上取下 小麦籽粒，把滤纸烘干，喷 0.1%的茚三酮乙醇溶液，80℃烘 15 分钟，接触过根系的滤纸呈 蓝紫色，说明有氨基酸存在。 9.3 分泌淀粉酶 ) 取小麦籽粒用水浸泡过夜，使种子吸胀，放于淀粉琼脂平板上萌发，2—3 天后，取出 萌发的小麦籽粒，倒少量 I—KI 溶液于平板上，在根系生长过的地方呈透明色，说明该处的 淀粉被根系分泌的淀粉酶分解。 #问题与思考 （1）根据蒸馏水、(NH4)2SO4 、NaNO3 和 NH4NO3 4 种溶液放入具根的萌发小麦中前后 pH 值的变化，说明根系对不同盐离子的吸收特点。上述盐类哪个是生理酸性盐、生理碱性盐和 生理中性盐？ （2）如小麦长期培养在 NaNO3 等单一盐溶液中，植株生长情况将会怎样？ （3）植物根系能分泌哪些物质？用什么方法进行鉴定？ (黄淑莉)

实验报告 姓名： 专业： 班级： 组号： 成绩： 实验名称： 1.总结根的初生生长动态及所形成的初生结构特点，并说明结构与生理功能的统一？ 2.总结根的次生生长动态及所形成的次生结构特点。 3.根系对矿质离子的吸收有何特点？何谓生理酸性盐、生理碱性盐、生理中性盐 4.根系能分泌哪些物质，这些物质与植物的生长发育及与根际周围的微生态环境有何关

实验报告 姓名： 专业： 班级： 组号； 成绩： 实验名称： 1．总结根的初生生长动态及所形成的初生结构特点,并说明结构与生理功能的统一？ 2. 总结根的次生生长动态及所形成的次生结构特点。 3. 根系对矿质离子的吸收有何特点？何谓生理酸性盐、生理碱性盐、生理中性盐？ 4.根系能分泌哪些物质，这些物质与植物的生长发育及与根际周围的微生态环境有何关 系？