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试管刷?鸡毛掸子?擦车蜡拖?拜托,这些可是植物的根!

发布人:瑶迪 时间:2016-6-15 10:16:12
到过生物或化学实验室的人,大概对各式各样的刷子并不陌生:试管刷、烧杯刷、玻璃管刷……而在大自然里,这些各式各样的刷子各自有着它们失散多年的兄弟:
  
  图片来源:post.queensu.ca
  上面这些形态各异的“毛刷”,其实都是植物的根。作为被子植物的六大器官之一,根是植物安身立命的基础:一方面,根系能将植物体固着在土壤、岩石、淤泥等基质当中;另一方面,植物生活所必需的水和矿质元素,绝大多数也必须通过根系来吸收。
  
  重要,所以多变
  正如人的胡须有不同的风格,不同植物的根系也具有不同的“构型”。大部分植物根系发达,会在土壤中形成繁复的立体网状结构。从一个人的胡须不一定能判断它的性格特点,但仔细分析植物根系在土壤中的三维分布规律,研究人员可以读取的信息却有很多。
  
  人的几种胡须风格和植物根系的几种构型。图片来源:左:popularbeardstyles.com;右:springer.com
  在形态迥异的不同根系构型中,有两种“套路”最为基础——那便是我们所熟知的须根系和直根系。
  须根系在主根发育早期就从茎的基部长出很多发达的侧根,以至于并不存在明显的主根。而直根系有一条由胚根发育而来、相对粗壮而垂直的主根,当主根发育一定时期后,会向四周长出较为细弱而水平的侧根。
  
  须根系和直根系是两种最基本的根系类型,它们可以形成更为复杂的根系构型。图片来源:abomalik.webuda.com
  不同的植物在不同的环境下形成的根系构型,在形态和分布上极具多样性。为什么这样?为了更好地活着——这些多样化的构型,是植物为了适应特定的土壤环境、提高营养吸收效率而产生的。而随着人们对植物丰富的根系构型了解渐多,更深入的问题被提出了——多样化的根系构型受到什么因素影响?植物如何构建不同的根系构型?
  寻找这些问题的答案是为了推动根雕创作的发展?当然不是,而是为了更好地提高植物的营养吸收率。最近,福建农林大学根系生物学研究中心的廖红团队,在《整合植物生物学报》发表综述文章,对这些问题的研究进展进行了梳理和归纳。
  
  长这样,主要是为了营养
  植物根系的一大作用就是吸收营养,反过来,营养条件也影响着根系的构型。在植物生长必需的17种矿质元素中,氮和磷是植物需求量最高。土壤中这两种元素的水平,对根系构型的结构起到了至关重要的作用。
  氮元素在土壤中主要存在形式具有较高的溶解性。通常而言,在土壤的深层,由于水分的增加,氮素的丰度更高。因此,植物为了提高对氮素的吸收,会增加根系垂直生长的程度,即形成更深的根系构型。对于须根系的玉米和水稻来说,要是土壤缺氮了,那么它们根部不定根的萌发就会减少,而已有的根系则会扎得更深。
  
  不同营养环境下根系构型示意图。左一:缺氮;左二至右一:缺磷。
  磷元素的影响截然不同:在土壤中,磷元素通常以磷酸盐形式存在,而磷酸盐的溶解度通常很低。这导致能够被植物利用的磷元素,主要依靠雨水的淋溶作用从土壤中释出,多集中在土壤表层,浓度很低。而更多的磷元素被则固定在土壤中,不易被植物所获得。环境如此,植物也只能去适应——在缺磷土壤中,植物会在靠近土壤表层长出大量平行生长的侧根。
  这还不够,在侧根上的某些区域,它们又会生出短而密集的第二级侧根,被称为“排根”的样式。在极端情况下,这些二级侧根会紧密到形成“毛刷”状,以及“萝卜”状的结构,以期充分增加和土壤的接触面积,来尽可能多的吸收磷元素——也就是文章开头的那种样子。这一现象在生长于土地贫瘠的莎草科、山龙眼科植物中颇为多见。
  
  山龙眼科植物Hakeaprostrata的排根。图片来源:scienceglobal.uwa.edu.au
  
  微生物伙伴的贡献
这是一个在机器人创业浪潮中诞生的创客大赛最后一页
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