植物生长、发育和繁殖不仅需要将从根部吸收水分和溶解在水分中的无机养分输送到叶片,通过叶片的光合作用来合成有机质,还需要将合成的有机质传送到植株地下部的根和地上部各个部位,为整个植株提供其自身生理活动所需要的有机营养和能量。在植株体内传输有机营养物质的通道,是维管系统中的韧皮部。
高级植物都是维管植物,维管组织就是维管植物中一套复杂的体内传输系统,是一种由木质部和韧皮部呈束状排列组成的结构,存在于根、茎、叶、果等植物器官中,叶片上的维管又叫叶脉。维管相互连接构成维管系统,为植物体输导水分、无机养分和有机质营养物质,同时也对植物体起支撑作用。
植物中的维管组织呈束状排列,所以又称为维管束。维管束包括木质部及韧皮部,也包括支持细胞以及保护细胞。在大多数植物的茎和根上,木质部靠近根茎内层,韧皮部靠近根茎外层;在叶片上,维管束呈辐射状或网状分布在海绵状的叶肉组织中,即我们通常所说的叶脉。传输有机营养物质的韧皮部通常分布在叶片背面,这就是为什么劫掠有机营养的病原菌和蚜虫等刺吸式害虫大多数都是首先集中在叶片背面进行侵害的原因。
维管组织中的细胞多半是形似管状的细长形,随着植物的生长,新的维管组织会在植物的生长尖端分化,新的组织会和原有组织对正,使维管组织可以分枝、伸长,将水分与有机营养运送到植株的任何一个角落。
负责运送水分的木质部由导管、管胞、薄壁组织和由厚壁细胞形成的木纤维构成,负责将根吸收的水分及溶解于水中的无机盐离子运输到植株的地上部;组成木质部导管的是死细胞,上下相邻细胞间的细胞壁和细胞膜消失,所以导管是个中空管道系统,通行阻力很小,水以连续的水丝形式在蒸腾作用下集体向上流动,可实现植物体内长距离的水分运输,即使是上百米高的参天大树(红杉)也毫无问题,而用水泵将水垂直泵高几十米都是很困难的。
负责有机营养物质的韧皮部由筛分子、筛胞、薄壁组织和由厚壁细胞形成的韧皮纤维组成,负责将光合作用的产物——葡萄糖,从进行光合作用的植物组织器官(叶片)运输到植物的其他部位,或由储存养分的组织器官(块茎)运输到需要养分和能量的组织器官(如花蕾或果实)。韧皮部可以进行双向运输,即向顶运输(从地下块茎到地上部枝叶的向上运输)和向基运输(从枝叶到根的向下运输),而木质部只能进行向顶的单向运输,因为水的蒸腾作用总是向上蒸发。
组成韧皮部筛管的是没有细胞核和大部分细胞器的活细胞,但细胞壁木质化后出现纹孔,营养物质通过纹孔发生流动,形成向顶和向基的双向传输通道。韧皮部有优先向植物的生长中心运输的特点,以保持植株的生长势;还有就近运输的特点,所以像番茄等茄科作物和黄瓜等瓜类作物这样节节有序生长果实的作物,果实长大、转色成熟所需要的有机质营养,主要由邻近叶片优先供给。
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