化石尋寶之旅

劉璐

植物的根系有哪些作用？

1.吸收和輸導(dǎo)作用

根系從土壤中吸收水分和無(wú)機(jī)鹽，再通過(guò)根的維管組織輸送給莖、枝和葉。就像我們每天要補(bǔ)充各種營(yíng)養(yǎng)一樣，植物也需要這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)維持生長(zhǎng)發(fā)育、新陳代謝等生理活動(dòng)。

植物根系吸水過(guò)程示意圖

2.固著和支持作用

植物的根系將植物的地上部分牢牢地固著在土壤中，無(wú)論是戈壁灘上防風(fēng)固沙的防護(hù)林，還是沿海地區(qū)的“海岸衛(wèi)士”——紅樹(shù)林，都向我們展示了根系的強(qiáng)壯與堅(jiān)韌。

防護(hù)林

番薯（俗稱紅薯、地瓜）的塊根（由側(cè)根或不定根膨大形成）

3.貯藏和繁殖作用

植物的各個(gè)部分“各司其職”，互相配合，一起保障著植物的健康生長(zhǎng)。有些植物的地上部分會(huì)把光合作用產(chǎn)生的養(yǎng)分輸送到根部或莖部存儲(chǔ)起來(lái)，一旦植物發(fā)覺(jué)養(yǎng)分不足了，就會(huì)從這些部位調(diào)取養(yǎng)分來(lái)保障自己的正常生長(zhǎng)。

有些植物的根還能進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)繁殖，相信很多人都嘗試過(guò)扦插和分株植物吧！

根系形態(tài)知多少？！

一直以來(lái)，大家對(duì)于植物根系的概念主要來(lái)源于對(duì)種子植物的研究。

知識(shí)卡片

種子植物

種子植物是植物界最高等的一大類植物，現(xiàn)有的種子植物分為祼子植物和被子植物兩大類。被子植物又分為兩大類群，分別是雙子葉植物和單子葉植物。

4.分泌和合成作用

根系分泌物可以促進(jìn)土壤中的微生物生長(zhǎng)，從而進(jìn)一步促進(jìn)植物體的代謝和吸收等作用;根系還能合成多種氨基酸、生長(zhǎng)激素和植物堿，這些都是植物生長(zhǎng)必不可少的“美食”。

裸子植物和雙子葉植物通常為直根系，包括主根和側(cè)根。主根通常較粗，由主根形成的次級(jí)根系被稱為側(cè)根（胡蘿卜就是其典型代表）。

單子葉植物通常為須根系，它們的主根較小，生長(zhǎng)時(shí)間很短，形成不久后就會(huì)死亡或者停止生長(zhǎng)。不過(guò)，在胚后期，這類植物可以從枝、葉或者莖基部的節(jié)上生出不定根（以玉米和水稻為代表）。

此外，必須要提到的還有根狀莖和莖生根。

根狀莖通常為根的著生器官，在真蕨類植物及種子植物中廣泛存在，我們可以把它理解為植物軸的延伸或分枝而產(chǎn)生的變態(tài)莖，它可以是肉質(zhì)的、匍匐的、氣生的、向下的、具鱗片的或具葉的，我們常吃的藕和姜就屬于根狀莖。

而對(duì)于真蕨類植物而言，因?yàn)楦鹪从谇o，因此我們用莖生根取代不定根這一說(shuō)法。莖生根也可以發(fā)育成側(cè)根。

看到這里你是不是有點(diǎn)兒糊涂啦？我以在山上采回的這種里白科芒萁（qí）屬為例，給大家看看典型的現(xiàn)生真蕨類植物的葉軸、根狀莖、莖生根及側(cè)根的著生關(guān)系。

芒萁植物根系形態(tài)示意圖

看到這里，你是不是對(duì)植物根系刮目相看了呢？想不想知道古老植物的根系長(zhǎng)什么樣子？在北京門頭溝就能挖到植物根系的化石嗎？

答案是肯定的！在我國(guó)很多地區(qū)都保存有非常精美的植物化石，其中也包括大量的植物根系化石。今天我就帶領(lǐng)大家去北京市門頭溝區(qū)，尋找來(lái)自遙遠(yuǎn)侏羅紀(jì)的植物根系化石。

新發(fā)現(xiàn)——侏羅紀(jì)古土壤中的植物根系

要知道侏羅紀(jì)不僅恐龍眾多，而且植物也是非常繁盛的。北京就有非常連續(xù)且完整的侏羅系，并且保存有非常豐富的煤炭資源。早在100多年前就有科學(xué)家對(duì)門頭溝煤系中的植物化石進(jìn)行過(guò)報(bào)道，這里的植物類型包括蕨類、楔葉類、種子蕨類、蘇鐵類、銀杏類和松柏類等。

200多塊化石中的秘密

我在門頭溝進(jìn)行野外化石挖掘的過(guò)程中，一開(kāi)始只是發(fā)現(xiàn)了前人研究過(guò)的一些植物化石，直到在岳家坡村附近，才終于有了令人驚喜的發(fā)現(xiàn)！我注意到很多地層里都有一些密密麻麻的化石，雖然難以識(shí)別，但根據(jù)經(jīng)驗(yàn)我猜想，它們會(huì)不會(huì)是真蕨類植物的根呢？

帶著這個(gè)疑問(wèn)，我在這套形成于約1.7億年前（中侏羅世）的上窯坡組近頂部的兩層黃綠色泥質(zhì)粉砂巖中采集了200多塊化石。經(jīng)過(guò)化石修雕和鑒定，我在138塊植物化石中識(shí)別出6種植物，其中枝脈蕨屬植物（一種低矮的真蕨類植物）居多，約占總數(shù)的87%。而且，這兩層中也含有非常豐富的、原位埋藏的植物根系化石。

岳家坡剖面上窯坡組露頭

珍貴的發(fā)現(xiàn)——形態(tài)各異的根系統(tǒng)

經(jīng)過(guò)連續(xù)幾次的野外采集，我在岳家坡剖面共發(fā)現(xiàn)了3種植物根系。為了區(qū)分，我把它們分別稱作A、B、C型根系統(tǒng)。

A型根系統(tǒng)

A型根系統(tǒng)是植物群落中具

有代表性的枝脈蕨屬植物的根狀莖和根。它們通常是二歧分叉的，向下和向上的分叉都可以看到。根狀莖密集排列，更細(xì)的枝生根密集地連接在根狀莖上，側(cè)根著生在枝生根上。

B型根系統(tǒng)

B型根系統(tǒng)與A型根系統(tǒng)十分相似，根狀莖也很密集，測(cè)量后發(fā)現(xiàn)其枝生根和側(cè)根都較短、較細(xì)，我推測(cè)它們也屬于真蕨類植物的根系。

C型根系統(tǒng)

C型根系統(tǒng)十分特別。這是一塊具有主根系統(tǒng)的標(biāo)本，經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，主根長(zhǎng)約64毫米，基部寬約30毫米;至少有9個(gè)一級(jí)側(cè)根，甚至可以觀察到三級(jí)側(cè)根。C型根系統(tǒng)與許多現(xiàn)生裸子植物（如松柏植物）的根系十分相似。

是不是沒(méi)有想到這些看起來(lái)不起眼的石頭竟然就是植物的根系化石？

在識(shí)別出3種植物根系后，我仍然不滿足，想要更全面地了解當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境，也想知道在如此小的“土坑”中生長(zhǎng)的低矮植物，如果遇到暴風(fēng)雨或者洪水的侵襲，它們能承受得住嗎？植物根系能保護(hù)它們嗎？

在進(jìn)行了更綜合的研究之后，我們認(rèn)為，大約1.7億年前，生活在北京門頭溝地區(qū)的枝脈蕨屬植物體形較小，高度只有50厘米左右，但具有較為發(fā)達(dá)的根系統(tǒng)。豐富的枝脈蕨屬植物和少量松柏等植物生長(zhǎng)在富含碎屑物質(zhì)的沼澤濕地中，這里還有周期性的水流經(jīng)過(guò)。它們?cè)谶@里繁衍生息，雖然地上部分會(huì)衰老死亡，但它們的根系一直都在，一有機(jī)會(huì)就會(huì)再次向上生長(zhǎng)發(fā)育，復(fù)蘇整個(gè)植物群落。你能想象門頭溝區(qū)曾經(jīng)有過(guò)這樣的景象嗎？

植物不僅以其自然美感給人們帶來(lái)精神上的享受，也為人們的生活提供了寶貴的資源。我很幸運(yùn)地在地層中發(fā)現(xiàn)了一些根系化石，并對(duì)植物和植物生長(zhǎng)的古土壤進(jìn)行了研究。當(dāng)大家再出門賞花和挖掘化石時(shí)，別忘了留意一下是否有植物的根系化石哦！