根 - 植物的六大器官之一
基本信息
概念
根(root)植物學名詞，一般指植物在地下的部位。主要功能為固持植物體，吸收水分和溶於水中的礦物質，將水與礦物質輸導到莖，以及儲藏養分。許多植物的地下構造本質上為特化的莖(如球莖、塊莖)，根與枝不同處主要在於缺少葉痕與芽，具有根冠，分枝由內部組織產生而非由芽形成。
胚根是種子萌芽後首先出現的器官，它向下生長深入土壤而固持幼苗。裸子植物與雙子葉植物的胚根日後發育成主根;主根向下長，側根或次生根則側出，這類型的根系稱為主根系統。有些植物(如胡蘿蔔與蕪菁)的主根為貯藏器官，因內含食料而膨大。禾草類與其他單子葉植物則具有鬚根系統，其特徵是一群根的直徑大約相等;此根絡非由主根分枝生成，而是包含從莖的基部長出且大量分枝的根。
根僅自末端增長，根尖處並有針箍形根冠保護。根冠後方為頂端分生組織(一群分裂旺盛的細胞)，該組織所產生的細胞小部分加於根冠，大部分則加入分生區上方的延長區(根的增長在此發生);延長區上方為成熟區(根的初生組織在此成熟，源於分生區上部的細胞分化過程在此完成)。根的初生組織由外而內依序為表皮、皮層與維管柱。表皮由薄壁細胞組成，通常僅一層細胞厚。水分及溶於水的礦物質由表皮吸收，大部分陸生植物均具根毛(表皮細胞壁向外突起的細管狀物，僅見於成熟區)致吸收作用大為增強。水分的吸收主要靠滲透作用，滲透作用的發生是因為(1)土壤中水分濃度較表皮細胞者為高(因為後者含有鹽類、糖類及其他溶解的有機物質)，(2)表皮細胞膜只允許水分而不允許溶於細胞液內的許多其他物質滲透。這種情況造成了滲透壓差，使水分得以流入表皮細胞。此流動產生的壓力稱為根壓，可使水分在根內流動。根壓雖對水分在植物體內上升負有部分責任，但無法單獨解釋水分如何運輸到大喬木頂。
皮層負責將水分與溶於水的礦物質由表皮橫向輸送到維管柱，再由維管柱轉運至植物體其他部位。皮層還貯存由葉子經維管組織向下運送來的食物。其最內層通常是一層排列緊密的細胞，稱作內皮層，可調節皮層與維管組織間物質的流動。
維管柱位於內皮層內側，為中柱鞘(一層可長出側根的細胞)所包圍。維管柱的輸導組織通常排成星狀。木質部負責輸導水分及溶於水中的礦物質，組成星狀體的核心;韌皮部負責輸導養分，在星狀體各芒間形成小群。
木本植物較老的根會生成次生組織使根加粗，次生組織是由維管形成層與木栓形成層所生。維管形成層源於木質部與韌皮部間的薄壁細胞和正對木質部脊的中柱鞘細胞，發育成一環，圍繞初生維管柱;經細胞分裂向內產生次生木質部，向外產生次生韌皮部。次生維管組織的生長將中柱鞘外推，致撕裂皮層與表皮。中柱鞘於是成了木栓形成層，產生木栓細胞(外樹皮)以取代皮層與表皮。
有些根源於根以外的組織(通常為莖，有時為葉)，尤多見於地下莖，稱為不定根。許多植物因能形成不定根，故可藉莖插或葉插行營養繁殖。根不一定都長在地下，若從莖部長出，通過一段距離才著地，或一直懸在空中，則稱為氣根;常見於玉米、露兜樹及榕樹，最後有助於固持植株。
根系
當種子萌發時，胚根發育成幼根突破種皮，與地面垂直向下生長為主根。當主根生長到一定程度時，從其內部生出許多支根，稱側根。除了主根和側根外，在莖、葉或老根上生出的根，叫做不定根。反覆多次分支，形成整個植物的根系。
直根系的主要特點是主根明顯比側根粗而長，從主根上生出側根，主次分明;鬚根系的主要特點是主根和側根無明顯區別 。
結構
根分為根尖結構、初生結構和次生結構三部分。根尖是主根或側根尖端，是根的最幼嫩、生命活動最旺盛的部分，也是根的生長、延長及吸收水分的主要部分。根尖分成根冠、分生區、伸長區和成熟區。根生長最快的部位是伸長區。伸長區的細胞來自分生區。由根尖頂端分生組織經過細胞分裂、生長和分化形成了根的成熟結構，這種生長過程為初生生長。在初生生長過程中形成的各種成熟組織屬初生組織，由它們構成根的結構，就是根的初生結構。若從根尖成熟區作一橫切面可觀察到根的全部初生結構，從外至內分為表皮、皮層和維管柱三部分。有形成層細胞分裂形成的結構與根尖、莖尖生長椎分生組織細胞分裂形成的初生結構相區別，稱它們為次生結構。一株植物全部根的總稱。胚胎的胚根形成的根是植物的主根。後來當植物發育到一定階段，中柱的中柱鞘活動產生側根。按其形態，可分為軸根系(Tap root system)和鬚根系(Fibrous root system)。 植物的生存環境，如土壤情況和水分分布，和氣候狀況，如濕度和溫度，影響着根系的形態。一般來說，軸根系的深入土壤的深度大於鬚根系。一般木本植物的根深達10-12米。而生活在沙漠地區的駱駝刺可深入地下20米，以吸收地下水。單子葉植物，如禾本科的植物，其鬚根入土只有20-30厘米。論伸展的直徑，木本科植物可達10-18米，超過其樹冠直徑。禾本科植物只有40-60厘米。木本科植物的根吸收面積可達400平方米。
直根系； 直根系(Tap root system)由胚根發育產生的初生根和次生根組成，主根發達、明顯，極易與側根相區別，由這種主根及其各級側根組成的根系，稱為直根系。大多數的裸子植物和雙子葉植物的根系，屬直根系。如雙子葉植物棉、蒲公英、大豆、番茄、桃等。一般直根系入土較深，其側根在土壤中的伸延範圍也較廣，如木本植物的根系其伸延直徑可達10~18米，常超過樹冠的好幾倍;草本植物如南瓜，其伸延直徑達6~8米。
鬚根系； 單子葉植物的主根出生後不久就停止生長或死亡，在胚軸和莖基部的節上生出許多粗細相等的不定根，再由不定根上生成側根，整個根系外形呈絮狀，所以把它稱做為鬚根系。它是由種子根和不定根組成的。所以鬚根系主要是由不定根組成的。例如小麥就算是鬚根系。由胚根生長形成的一條主根就是種子根，在幼苗期起吸收水分和支撐作用，一般在不定根形成以後就逐漸枯死。不定根是從莖節上生出的，在每個未伸長節間的莖節上都會長出若干條不定根，且越向上的莖節上長出的根越粗，數量也越多，伸長節間的莖節上不再長根。
不定根； 是植物的莖或葉上所發生的根。大多數情況下，不定根的發生是由於植物器官受傷或激素、病原微生物等外界因素的刺激，因此表現為植物的再生反應。 不定根的發生擴大了植物的根系，使植物和細胞具有了再生能力，在植物器官扦插和組織培養中廣泛使用。
假根； 一種單一的或多細胞的在菌絲下方生長出髮絲狀根狀菌絲，伸入基質中吸收養分並支撐上部的菌體，呈根狀外觀。在藻類、菌類、地衣、苔蘚和一些蕨類植物(包括蕨類植物的配子體)中，生於植物體的下面或基部，具有固着植物體和微弱的吸收功能的根樣結構。它和真根有明顯不同。在來源上，假根是從植物體的表面細胞或基部細胞延伸而成(地衣類是由地衣體下面的菌絲束延伸而成)，而真根大多是由胚根發育而來(主根)，或由中柱鞘細胞發育而來(側根)，也有的是從莖或葉上生出來(不定根)。從結構上，假根都很簡單，不少為單細胞結構，如地錢、蕨的原葉體和傘藻等的假根。有的為多細胞結構，如葫蘆蘚等。也有些假根形成固着器，如海帶等。無論何種假根，其內部均無維管組織，尖端也無根冠。而真根的結構都較複雜，內部都有維管組織，並具有根冠。真根的功能也為固着植物體和吸收水分和無機鹽，但其效率要比假根高得多。凡假根的植物進化水平都較低，具真根的植物進化水平都較高。
功能
吸收水分和無機鹽 根系從土壤中吸收水分的最活躍部位，是根端的根毛區。通常僅由根系的活動而引起的吸水現象，稱為主動吸水，而把由地上部分的蒸騰作用所產生的吸水過程，稱被動吸水。根系從土壤中吸收礦物質是一個主動的生理過程，它與水分的吸收之間，各自保持着相對的獨立性。根部吸收礦質元素最活躍的區域是根冠與頂端分生組織，以及根毛髮生區。土壤中的各種離子先吸附在根表面，然後經能量轉換與 的作用，通過細胞膜進入細胞中，再由細胞間的離子交換、進入維管柱的木質部導管。
根系的吸收功能: 一種是根系對土壤養分的主動"截獲"。其二是植物生長與代謝活動(如蒸騰、吸收)的影響下，土壤中的養分向根系表皮的遷移，成為"質流和擴散"。
"截獲"養分是依靠根系不斷生長時，生長出的新根系所接觸的土壤中直接吸收養分。
"質流"由於植物蒸騰的作用，是根際水勢下降，溶解在土壤里的養分隨土壤水分遷移到植物的根表部位的過程叫"質流"
"擴散"是指養分通過擴散(自由流動)而遷移到根表的過程，這種養分流動速度慢、距離短。
固着和支持作用； 根系將植物的地上部分牢固地固着在土壤中。
合成能力； 根部能進行一系列有機化合物的合成轉化。其中包括有組成蛋白質的氨基酸，如穀氨酸、天門冬氨酸和脯氨酸等﹔各類植物激素，如:龍根生、 乙酸、細胞分裂素類，以及少量的乙烯等。
貯藏功能； 根的薄壁組織發達，是貯藏物質的場所。
輸導功能； 輸導功能是由根尖以上的部位來完成的。由根毛和表皮細胞吸收的水和無機鹽通過根的維管組織輸送給莖和葉的，而葉所製造的有機物也通過莖送到根，由根的維管組織輸送到根的各部分，維持根的生長和生活。
菌根和根瘤； 許多植物的根系與土壤中的微生物建立了共生關係，在植物體上形成菌根或根瘤。某些種子植物的根與土壤真菌共生所形成的共生體，稱為菌根。根據真菌對寄主皮層細胞浸染的情況，又分為兩種類型:外生菌根，真菌形成一鞘層，即菌絲罩，整個包裹着幼根的外部，只有少數菌絲侵入到根皮層的細胞間隙中，如松樹、櫟樹等。內生菌根，真菌形成不明顯的罩子，而大部分菌絲均侵入到根部皮層的細胞內部，如蘭屬、草莓等。菌根真菌的菌絲如同根毛一樣，起吸收水分與礦質營養的作用。還能將土壤中的礦質鹽和有機物質，轉變為易於寄主吸收的營養物質，以及可製造維生素等，供給根系。而寄主植物分泌的糖類、氨基酸及其它有機物質又可供真菌生活，因此兩者為共生關係。豆科植物與根瘤細菌的共生體，即為根瘤。根瘤的維管束與根的維管柱連接，兩者可互通營養，一方面豆科植物將水分及營養物質供給根瘤細菌的生長﹔另一方面根瘤細菌也將固定合成的銨態氮，通過輸導組織運送給寄主植物。
變態
根在長期的發展過程中，為了適應環境的變化 ，形態構造產生了許多變態，常見的有下列幾種:
一:儲藏根
根的一部分或全部肥厚肉質，儲藏有豐富的營養物質，這種根稱為儲藏根。根據形態的不同又可分為:
(1)肉質直根:由肥厚肉質化的主根發育形成，其上部具有胚軸和節間很短的莖，肉質直根上產生的側根教細、較短。肉質直根可呈圓錐狀、圓柱狀、圓球狀。
(2)塊根:側根或不定根肥大或肉質直根肥大，形成紡錘形或塊狀，稱為塊根。如何首烏的側根肥大呈不規則塊狀。
二:氣生根
氣生根是生長在地面以上空中的根，這種根在生理功能和在結構上與其他根有所不同，又可分以下幾種:
(1)支持根:像玉米從節上生出一些不定根，表皮往往角質化，厚壁組織發達，不定根伸入土中，繼續產生側根，成為增強植物體支持力量的輔助根系。另像榕樹從枝上產生多數下垂的氣生根，部分氣生根也伸進土壤，由於以後的次生生長，成為粗大的木質支持根，樹冠擴展的大榕樹能呈"一樹成林"的壯觀。還有甘蔗等植物的根也屬該變態類型。
(2)攀援根:像常春藤、絡石、凌霄等植物的莖細長柔弱，不能直立，生出不定根。這些根頂端扁平，有的成為吸盤狀，以固着在其他樹幹、石山或牆壁表面，而攀援上升，有攀援吸附作用，故稱攀援根。
(3)呼吸根:分布於沼澤地區或海岸低處的一些植物;例如水龍、紅樹、落羽松等。根系中，有一部分根向上生長，露出地面，成為呼吸根。呼吸根外有呼吸孔，內有發達的通氣組織，利於通氣和貯存氣體，以適應土壤中缺氣的情況，維持植物的正常生長發育。另外，還有海桑、水龍等植物。
三:寄生根
植物莖上產生的起寄生作用的不定根稱為寄生根，具有寄生根的植物，稱為寄生植物。寄生植物又可分為兩種類型:全寄生植物和半寄生植物。高等寄生植物所形成的一種從寄主體內吸收養料的變態根，常又稱為吸器。寄生根構造簡單，除少量輸導組織外，並無其他複雜構造。如菟絲子、桑寄生、檞寄生、列當和獨腳金。
根與微生物的關係
植物根系與土壤微生物有密切的聯繫。微生物不但存在於土壤中，也存在於一部分植物的根里，與植物共同生活。微生物從根組織里得到營養物質，植物也由於微生物的作用而得到它生活中所需要的物質，這種植物和微生物之間的互利關係，稱為共生(Symbiosis)。如，根部分泌的糖、有機酸、氨基酸及其他含氮和不含氮的化合物是微生物的營養來源;土壤微生物新陳代謝能夠產生一些刺激生長的物質，或抗菌的、有毒的以及其他物質，直接或間接地影響着根的生長發育;也可合成一些物質被高等植物所利用，成為某些養料的來源。根瘤和菌根是根系和土壤微生物之間的共生類型。
1、根瘤:豆科植物根上，常有各種形狀的瘤狀突起，這是豆科植物根與土壤微生物根瘤細菌相互作用產生的共生體，即根瘤。根瘤的產生是由於土壤中的根瘤菌受根毛分泌物吸引，聚集生活在根毛周圍，分泌纖維素酶，逐漸溶解了根毛的細胞壁。然後，從根毛侵入根原皮層細胞，在皮層細胞中迅速繁殖，同時皮層細胞因受到根瘤菌分泌物的刺激不斷迅速分裂，產生大量新細胞，致使該部分皮層體積膨大，結果在根表面形成瘤狀突起的根瘤。
根瘤菌一方面從根皮層細胞中吸取它生活所需要的水分和養料;另一方面根瘤菌能把空氣中游離的氮轉變成含氮化合物，這種現象稱為固氮作用，根瘤菌提供的含氮化合物可以被植物吸收，合成自身所需的營養物質。豆科植物和根瘤菌之間的關係是綠色植物和非綠色植物之間的互利共生關係。農業生產中利用豆科植物與其它植物輪作、間作，可以減少施肥，不僅降低了生產成本，而且能提高單位面積的產量。除豆科植物外，在自然界中還發現一百多種植物能形成根瘤，並具固氮能力。如樺木科、木麻黃科、薔薇科、胡頹子科、禾本科等科植物。
2、菌根:自然界中還有許多高等植物的根與土壤中的真菌形成共生關係，這種同真菌的共生體稱為菌根(Mycorrhiza)。根據菌根形態學及解剖學特徵，可將菌根分為三種類型。
外生菌根(Ectomycorrhiza):菌絲大部分生長在幼根的外表，形成白色絲狀覆蓋層，只有少數菌絲侵入根表皮、皮層的細胞間隙。
內生菌根(Endomycorrhiza):菌絲穿經細胞壁而進入幼根的生活細胞內。很多草本和部分木本植物可形成這種菌根。
內外生菌根:是兩種菌根的混合型。柳屬、蘋果、檉柳、銀白楊等植物具有這種菌根。
真菌是低等的異養植物，它不能自己製造有機物，與綠色植物共生後，真菌可以從根中得到它生長發育所需的碳水化合物，而菌絲如同根毛一樣，可以從土壤中吸收水和無機鹽供植物利用，促進細胞內貯藏物質的分解，增進吸收作用。菌絲還能產生激素，尤其是維生素B1和B6等生長活躍物質，不僅對根的發育有促進作用，使植物生長良好，還能增加豆科植物固氮和結瘤率;提高藥用植物的藥用成分含量;提高苗木移栽、扦插成活率等。如松樹在沒有與它共生真菌的土壤中，生長緩慢甚至死亡。在林業上，常用人工方法進行真菌接種，提高抗旱能力，以利於造林成功。已發現在根上能形成菌根的高等植物有兩千多種，其中很多是造林樹種，如銀杏、檜、側柏、毛白楊和椴樹等。
用途
根還有多種經濟用途，它可以食用、藥用和做工業原料。甘薯、木薯、胡蘿蔔、蘿蔔、甜菜等皆可食用，部分可作飼料。人參(Panax ginseng)、大黃(Rheum officinale)、當歸(Angelica sinensis)、甘草(Glucurryhiga uralensis)、柴胡(Bupleurum chinese)、龍膽(Gentiana scabra)等可供藥用。甜菜可作製糖原料，甘薯可制澱粉和酒精。某些禾本科或藤本植物的老根，可雕製成工藝美術品。在自然界，根有保護坡地、堤岸和涵養水源、防止水土流失的作用。
自然現象
在撒種的時候，沒有人去注意種子埋得是否正，因為不論種子在土壤中是正是斜是倒，根出來之後永遠向下長，芽莖出來永遠向上長。即使把一個發了芽的種子倒過來埋進土裡，它的根很快就彎曲向下，莖又彎曲向上，恢復原來的生長方向。據科學家研究，根冠中央細胞含有澱粉粒，這些澱粉粒可能起到"平衡石"的作用，在自然情況下，根垂直向下生長，"平衡石"沉積在根冠細胞的下部，水平放置後根冠中"平衡石"受重力影響改變了在細胞中的位置，向下沉積，這種變化可能導致平衡石本身或通過它影響內質網而釋放鈣離子運向根的的近地一側，此處鈣離子量的增加又可能加強一種生長素(吲哚乙酸，即IAA)的向頂運輸，進入根尖伸長區的近地一側，使此處細胞生長速率明顯下降，而遠地部分的生長只受微小影響，從而使根向地彎曲生長。這種方向性對植物來說是至關重要的，因為根只有向下生長，才能固定植物，才能充分吸收土壤中的水分和營養，而莖只有向上生長，才能使葉子得到光照，進行光合作用，製造自己需要的營養物質並放出氧氣。
但自然界也有很多有趣得現象,有些植物的根不一定都向下生長。19世紀，有人把一棵植物栽種在一個花盆中，等它生長一段時間，再把盆綁在小車的輪子上，讓輪子繞着輪軸沿着水平方向不停地轉動。後來發現，盆中幼苗的根竟朝着輪子轉動時的離心力方向生長。
植物學家到南美洲的委內瑞拉考察，卻在那裡的叢林中發現了20多種根部朝天生長的植物。原來，當地的土壤所含的無機鹽極少，植物被迫將根靠向周圍的樹幹，從那些樹幹的樹洞裡攝取含礦物質的瀦留雨水。科學家為了證明自己的論斷，故意將含有大量無機鹽的溶液反覆澆向樹幹，根部的朝上生長現象果然加劇了。
生長在廣東、福建沿海一帶的海桑，它們的根就能克服地心引力向上生長。海桑又叫剪包樹，屬海桑科，高可達5米。它生活在缺氧的淤泥中，經常受到海水的侵襲，因呼吸困難而長出了專供呼吸的呼吸根。這種呼吸根的頂端有皮孔，內部是疏鬆的海綿狀結構。為了吸取到新鮮氧氣，海桑的呼吸根拚命掙出淤泥， 就像冒出地面的春筍一樣[1]