根
綿花の一次根と二次根

維管束植物において、根は植物の器官であり、植物を固定し、水分と栄養分を植物体内に取り込むことで、植物がより高く、より速く成長することを可能にする。[ 1 ]根はほとんどの場合土壌表面より下にあるが、気根または通気根、つまり地上または特に水面より上に伸びることもある。[ 2 ]

関数

根は、植物の成長、発達、そして生存を支える、いくつかの重要かつ特殊な役割を果たしています。その主要な機能は、植物の定着、水と溶解性ミネラルの吸収、そしてこれらの資源を地上部へ輸送することです。これらに加えて、根は、貯蔵物質の貯蔵、成長調整物質の合成、湿潤環境におけるガス交換、共生生物による栄養素の獲得促進、そして栄養繁殖といった、様々な重要な二次的・適応的機能も担っています。[ 3 ]

主な機能

根の定着と機械的支持。根は植物を基質に固定し、機械的な力（風、水流）に抵抗します。旺盛な根系は作物の安定性と倒伏防止に不可欠です。[ 4 ] [ 5 ]

水とミネラル栄養素の吸収。根の表皮細胞と根毛は土壌水と溶解イオンを吸収し、これらは道管を通って地上部へと輸送されます。根の構造（深さ、広がり）は、異なる土壌層における水と栄養素へのアクセスを決定します。[ 6 ] [ 7 ]

二次的および専門的な機能

予備栄養と水の貯蔵。多くの根（肉質の主根、塊茎）は、多年生植物の成長や休眠後の再生を支える炭水化物と水分を蓄積します。例としては、サツマイモやニンジンが挙げられます。[ 8 ]

伝導：根は吸収した水、ミネラル、そしていくつかの合成化合物を維管束組織（道管と師管の結合部）を介してシュートに伝導する。[ 4 ]

成長調節物質の合成。根は植物ホルモン（例えば、サイトカイニン、一部のオーキシン代謝）を合成・調節し、シュートの発達や植物全体の生理機能に影響を与えます。[ 9 ]

通気とガス交換（水生土壌／浸水土壌）。特殊な構造（気根、気根）は土壌中の酸素が限られている場所でのガス交換を可能にし、マングローブやその他の水生植物の呼吸を可能にしている。[ 10 ]

共生関係と栄養吸収の促進。根は共生関係（例えば、菌根、窒素固定根粒）を形成し、栄養獲得とストレス耐性を大幅に向上させます。これらの共生関係は根の構造と機能を再構築します。[ 11 ]

機械的適応と追加の支持。不定根や支柱根（例：トウモロコシ、一部のマングローブ、ガジュマル）は、特定の環境において追加の支持、固定、安定性を提供します。[ 12 ]

栄養繁殖：茎、節、挿し木における不定根により、多くの種は無性生殖が可能になり、損傷後の再生も可能となるため、園芸において広く利用されている。[ 13 ]

注記

多くの機能が重複しており、ある根は同時に固定、吸収、貯蔵、そして共生関係を築くことができます。根の形態と機能は可塑性があり、種の遺伝的特性と環境的状況（土壌の質、水分の利用可能性、通気性、機械的ストレス）によって形作られます。[ 14 ]

根の種類（主要な根系）

植物は、起源、構造、機能（定着、吸収、貯蔵、通気、栄養繁殖）が異なる多様な根系を形成します。根系は、主根系と線維根系の2つの古典的で広範なカテゴリーに分類されますが、特に不定根、気根、支柱根／支柱状根、登攀根／接着根、支柱根、塊茎根（貯蔵根）、浮遊根といった特殊な根の種類が生物学的にも生態学的にも重要です。[ 15 ]

主根系

主根系は、垂直に成長する単一の主根（幼根）によって支配され、そこから側根が発生します。主根は、しばしば深部に定着し、炭水化物と水を貯蔵する役割を果たします（多くの双子葉植物および一部の二年生植物／多年生植物に共通）。例としては、ニンジン（Daucus carota）、タンポポ（Taraxacum）、そして多くの真正双子葉植物が挙げられます。[ 16 ]

繊維状根系

繊維状根系は、多数の同程度の大きさの根から構成され、土壌表面付近に密集したネットワークを形成します。多くの種において、このネットワークは主幼根ではなく茎基部から発生する不定根によって主に構成されています。繊維状根系は、土壌の固着、表層養分の急速な吸収、そして侵食防止に効果的です。代表的な例としては、イネ科植物（Poaceae）、小麦、イネなどが挙げられます。[ 17 ]

不定根

不定根は、根以外の器官（茎、節、葉、またはカルス組織）から発生し、主根の置換または補完、機械的支持の提供、栄養繁殖の促進、そして特殊な根の種類（気根、支柱根、気柄）の形成など、複数の役割を果たします。不定根は単子葉植物や多くの栽培植物において特に重要であり、傷害、洪水、その他のストレス要因に対する一般的な反応です。[ 18 ] [ 19 ]

例と注釈：多くの単子葉植物では、機能的な根系は不定根（繊維状の習性を形成する）である。トウモロコシ（Zea mays）は、幹を安定させる節状の支柱根を生成する。ガジュマル（Ficus spp.）は、支持幹となる可能性のある空中不定根を発達させる。多くの挿し木は、栄養繁殖中に不定根を発根する。[ 20 ]

解剖学

大麦の根の断面

根の形態は、根冠、頂端分裂組織、伸長組織、毛の4つの領域に分けられます。 [ 21 ]新しい根の根冠は、根が土壌に浸透するのを助けます。根が深く伸びるにつれて、これらの根冠は剥がれ落ち、潤滑油となるぬめりのある表面を作ります。根冠の後ろにある頂端分裂組織は、伸長する新しい根細胞を生成します。そして、土壌から水分とミネラル栄養素を吸収する根毛が形成されます。[ 22 ]種子を生産する植物の最初の根は幼根で、種子の発芽後に植物の胚から伸びます。

解剖すると、根の細胞の配置は、根毛、表皮、表皮、皮質、内皮、内鞘、そして最後に、根が吸収した水を植物の他の場所に輸送する根の中心にある維管束組織です。

ラナンキュラスの根の断面

おそらく、茎枝や葉などの他の植物器官と区別する根の最も顕著な特徴は、根が内因性[ 23 ]起源を持っていることです。つまり、根は内鞘などの母軸の内側の層から発生し発達します。[ 24 ]対照的に、茎枝や葉は外因性です。つまり、外層である皮質から発達し始めます。

根は栄養分の濃度に応じてサイトカイニンを合成し、これはシュートの成長速度を指示するシグナルとして機能します。根はしばしば栄養分や栄養素を貯蔵する役割を果たします。ほとんどの維管束植物種の根は特定の菌類と共生して菌根を形成し、細菌を含む他の多くの生物も根と密接に共生しています。[ 25 ]

土壌の上にある大きく成熟した木の根

ルートシステムアーキテクチャ（RSA）

クリフス・オブ・ザ・ニューズ州立公園の木の根

意味

根系構造（RSA）とは、最も簡潔に言えば、植物の根系の空間的な構成を指します。このシステムは非常に複雑であり、植物の種類、土壌の組成、栄養素の利用可能性など、複数の要因に依存します。[ 26 ]根系構造は、栄養分と水分の確実な供給、そして植物の定着と支持を提供するという重要な役割を果たします。

根系の構成は、植物を構造的に支え、土壌中の養分吸収をめぐって他の植物と競合する役割を果たします。[ 27 ]根は特定の生態学的条件に応じて成長しますが、条件が変化すると植物の成長が阻害される可能性があります。例えば、乾燥した土壌で発達した根系は、水浸しの土壌ではそれほど効率的に機能しない可能性がありますが、植物は季節の変化など、他の環境変化には適応することができます。[ 27 ]

用語と構成要素

根系の構造を分類するために使用される主な用語は以下の通りである。[ 28 ]

枝の大きさリンク数（外部または内部）
トポロジー分岐パターン（ヘリンボーン、二分枝、放射状）
リンクの長さ枝間の距離
ルート角度側根の基部の親根の円周に対する放射状の角度、側根の親根からの角度、およびシステム全体が広がる角度。
リンク半径根の直径

根の構造を構成する全ての要素は、遺伝的応答と環境刺激による応答との複雑な相互作用によって制御されている。これらの発達刺激は、遺伝的および栄養的影響である内因的刺激と、環境的影響である外因的刺激に分類され、シグナル伝達経路によって解釈される。[ 29 ]

根の構造に影響を与える外的要因には、重力、光への曝露、水、酸素、そして窒素、リン、硫黄、アルミニウム、塩化ナトリウムの有無などが含まれます。根の構造発達に関与する主なホルモン（内的刺激）とそれぞれの経路には、以下のものがあります。

オーキシン側根の形成、頂端優勢の維持および不定根の形成。
サイトカイニンサイトカイニンは根の頂端分裂組織の大きさを調節し、側根の伸長を促進します。
エチレン歯冠根の形成を促進します。
ジベレリンエチレンと共存することで、冠原基の成長と伸長を促進します。オーキシンと共存することで、根の伸長を促進します。また、ジベレリンは側根原基の形成を阻害します。

成長

木の根

初期の根の成長は、根の先端付近に位置する頂端分裂組織の機能の一つである。分裂組織細胞はほぼ継続的に分裂し、分裂組織、根冠細胞（これらは分裂組織を保護するために犠牲となる）、そして未分化の根細胞を生成する。未分化の根細胞は根の主要組織となり、まず伸長する。この伸長は、生育培地中で根の先端を前方に押し出す過程である。これらの細胞は徐々に分化し、成熟して根組織の特殊細胞となる。[ 30 ]

頂端分裂組織からの成長は一次成長と呼ばれ、すべての伸長を含みます。 二次成長は直径の成長を含み、木本植物組織および多くの非木本植物の主要構成要素です。例えば、サツマイモの貯蔵根は二次成長しますが、木質ではありません。二次成長は側方分裂組織、すなわち維管束形成層とコルク形成層で起こります。前者は二次道管と二次師管を形成し、後者は周皮を形成します。

二次成長植物では、道管と師管の間に起源を持つ維管束形成層が、茎と根に沿って円筒状の組織を形成します。[ 31 ]維管束形成層は形成層円筒の内側と外側の両方に新しい細胞を形成し、内側の細胞は二次道管細胞を、外側の細胞は二次師管細胞を形成します。二次道管が蓄積するにつれて、茎と根の「胴回り」（横方向の寸法）が増加します。その結果、表皮や皮質を含む二次師管を超えた組織は、多くの場合外側に押し出され、最終的には「脱落」（脱落）します。[ 32 ]

この時点で、コルク形成層は保護的なコルク細胞からなる周皮層を形成し始める。コルク細胞の壁には、細胞外複合バイオポリマーであるスベリン肥厚部が含まれる。 [ 33 ]スベリン肥厚部は、物理的なバリアを提供し、病原体から保護し、周囲の組織からの水分損失を防ぐことで機能する。さらに、植物の創傷治癒過程を助ける。[ 34 ]また、スベリンは、根への毒性化合物の侵入を防ぎ、湛水時に通気組織からの放射状酸素損失（ROL）を減らすアポプラストバリア（根の外側の細胞層に存在）の構成要素である可能性もあると考えられている。[ 35 ]根において、コルク形成層は維管束円筒の構成要素である周皮に由来する。 [ 35 ]

維管束形成層は毎年新しい二次木部の層を生成します。[ 36 ]木部導管は成熟すると（一部の植物では）死滅しますが、茎や根の維管束組織を通る水分輸送の大部分を担っています。

ポートジャクソンの木の根

樹木の根は通常、枝の広がりの直径の3倍まで成長しますが、その半分だけが幹と樹冠の下にあります。樹木の片側から伸びた根は通常、同じ側の葉に栄養分を供給します。しかし、ムクロジ科（カエデ科）など、一部の科では、根の位置と植物体上の栄養分供給場所との間に相関関係が見られません。[ 37 ]

規制

根は植物の知覚プロセスを利用して物理的環境を感知し、成長しています。[ 38 ]これには光[ 39 ]や物理的な障壁の感知が含まれます。植物はまた、重力を感知し、オーキシン経路を介して反応し[ 40 ] 、結果として重力屈性を示します。時間の経過とともに、根は基礎を割ったり、水道管を切断したり、歩道を持ち上げたりすることがあります。研究によると、根は同じ土壌環境において「自己」根と「非自己」根を認識する能力を持っていることが示されています。[ 41 ]

空気、ミネラル、栄養素、水分が適切な環境であれば、植物の根は植物のニーズに合わせてあらゆる方向に成長します。根は乾燥[ 42 ]やその他の劣悪な土壌条件を避けたり縮んだりします。

重力屈性は、発芽時に根を下向きに成長させる植物の成長メカニズムであり、同時にシュートを上向きに成長させます。[ 43 ] 主根、種子根、側根、冠根など、根の種類によって重力屈性設定角度、すなわち成長方向が異なります。最近の研究では、大麦や小麦などの穀物作物の根の角度は、Enhanced Gravitropism 1（EGT1）と呼ばれる新規遺伝子によって制御されていることが示されています。[ 44 ]

研究によれば、生産的な栄養を求めて成長する植物の根は、エチレンガスの拡散を通じて土壌の圧縮を感知し回避できることが示されている。[ 45 ]

出現する側根の蛍光画像

日陰回避反応

日陰を避けるために、植物は日陰回避反応を利用します。植物が密集した植生の下にある場合、近くに他の植生があると、植物は側方成長を避け、上向きのシュートと下向きの根の成長が増加します。日陰から逃れるために、植物は根の構造を調整し、最も顕著なのは主根から発生する側根の長さと量を減少させることです。シロイヌナズナの変異体を用いた実験では、植物はフィトクロムと呼ばれる光受容体を通じて植物に入る赤色光と遠赤色光の比率を感知することがわかりました。[ 46 ]近くの植物の葉は赤色光を吸収し、遠赤色光を反射するため、赤色光と遠赤色光の比率が低下します。この赤色光と遠赤色光の比率を感知するフィトクロム PhyA は、植物の根系とシュート系の両方に局在していますが、ノックアウト変異体の実験により、根に局在する PhyA は、直接的であろうと軸方向であろうと、側根の構造の変化につながる光比を感知しないことがわかりました。[ 46 ]代わりに研究により、シュートに局在する PhyA が、側根のこれらの構造変化を引き起こすフィトクロムであることがわかりました。研究ではまた、フィトクロムが植物の根におけるオーキシンの分布を操作することでこれらの構造変化を完了することもわかりました。[ 46 ] PhyA によって感知される赤色光と遠赤色光の比率が十分に低い場合、シュートの phyA はほとんどが活性型になります。[ 47 ]この型の PhyA は転写因子HY5 を安定化し、phyA が不活性型のときのように分解されなくなります。この安定化転写因子は、師管を通って植物の根に輸送され、そこでシグナルを増幅する方法として自身の転写を誘導する。植物の根において、HY5は、よく知られている2つのオーキシン輸送タンパク質であるPIN3とLAX3の翻訳を担う応答因子であるARF19として知られるオーキシン応答因子を阻害する働きをする。[ 47 ]したがって、ARF19を操作することで、オーキシン輸送体PIN3とLAX3のレベルと活性が阻害される。[ 47 ]阻害されると、通常側根の発生が起こる領域でオーキシンレベルが低くなり、その結果、植物は根周鞘を通って側根原基を発生することができなくなる。根におけるオーキシン輸送のこの複雑な操作により、根における側根の発生が抑制され、代わりに根は下方に伸長し、日陰を避けるために植物の垂直方向の成長が促進されます。[ 46 ] [ 47 ]

シロイヌナズナの研究は、このオーキシンを介した根の反応がどのように機能するかの発見につながった。フィトクロムが側根の発達に果たす役割を解明するため、Salisbury ら (2007) は寒天培地で培養したArabidopsis thalianaで研究を行った。Salisbury らは、野生型植物とともに、さまざまなタンパク質ノックアウトおよび遺伝子ノックアウトの Arabidopsis 変異体を使用し、これらの変異が根の構造、タンパク質の存在、遺伝子発現に及ぼす影響を観察した。そのために、Salisbury らは、GFP 蛍光やその他の形式 (マクロおよび顕微鏡画像) を使用して、さまざまな変異が引き起こす変化を観察した。これらの研究から、Salisbury らは、シュートに位置するフィトクロムが根のオーキシン濃度を変化させ、側根の発達と全体的な根の構造を制御しているという理論を立てることができた。[ 46 ] van Gelderen らの実験では、フィトクロムが根のオーキシン濃度を変化させ、側根の発達と全体的な根の構造を制御しているという理論が立てられた。 (2018)、彼らは、 A. thalianaのシュートが根の発達と根の構造を変化させるかどうか、またどのように影響を与えるかを調べたいと考えました。これを行うために、彼らはシロイヌナズナを採取し、寒天ゲルで栽培し、根とシュートを別々の光源にさらしました。ここから、植物のシュートと根が受け取る異なる波長の光を変化させ、側根の密度、側根の量、および側根の全体的な構造を記録しました。特定の光受容体、タンパク質、遺伝子、およびホルモンの機能を特定するために、彼らはさまざまなシロイヌナズナのノックアウト変異体を利用し、結果として生じる側根の構造の変化を観察しました。観察とさまざまな実験を通じて、van Gelderenらは、根による赤色光と遠赤色光の比率の検出が側根の発達をどのように変化させるかのメカニズムを開発することができました。[ 47 ]

種類

真の根系は主根と二次根（または側根）から構成されます。

  • 拡散根系：主根は優勢ではなく、根系全体が繊維状であらゆる方向に枝分かれする。単子葉植物で最もよく見られる。繊維状根の主な機能は、植物を固定することである。

専門分野

トウモロコシの支柱根
パールミレットの根の断面の顕微鏡写真。蛍光青色の円形の根には明るい青色の内部領域（柱状部）があり、そこからいくつかの小さな側根が現れている。
トウジンビエ（Pennisetum glaucum）の不定冠根の断面
オドントネマ（「ファイアスパイク」）の挿し木で地上に形成される根
マングローブの根の通気
細い根の成長先端
空中根
ソクラテア・エクソリザの支柱根
目に見える根

多くの植物種の根、または根の一部は、序論で述べた 2 つの主な機能のほかに、適応目的を果たすために特殊化しています。

  • 不定根は、主根から枝分かれして形成される通常の根の形成順序とは別に、茎、枝、葉、あるいは古い木質の根から発生する。単子葉植物やシダ植物によく見られるが、クローバー（Trifolium）、キヅタ（Hedera）、イチゴ（Fragaria） 、ヤナギ（Salix ）など多くの双子葉植物にも見られる。気根や支柱根のほとんどは不定根である。針葉樹の中には、不定根が根系の大部分を占めるものがある。多くの植物種では、不定根の形成は（部分的な）冠水時に促進され、酸素などのガス交換と貯蔵を促進する。[ 48 ]不定根には様々な種類があり、形態、生長のダイナミクス、機能によって分類できる。[ 49 ] [ 50 ]
  • 通気根（または膝根、膝根、または気根）：地面、特に水面上に伸びる根。マングローブ属（アヴィセニア、ソネラティア）などに見られる。アヴィセニアのような一部の植物では、直立した根に多数の呼吸孔があり、ガス交換に用いられる。
  • 気根: ツタ (ヘデラ) や着生ランなどのように、完全に地上に伸びている根。多くの気根は、霧、露、空気中の湿気など、空気中から直接水分や栄養分を摂取するために使われます。 [ 51 ]雨や湿気を集め、鱗片やポケットに蓄えるために葉系を利用するものもいます。マングローブの気根など他の気根は、吸水のためではなく、通気のために使用されます。他の気根は主に構造のために使われ、トウモロコシやアンカー根、または絞め殺しイチジクの幹のように支柱根。一部の着生植物 (他の植物の上で地表より上に生育する植物) では、気根は水源に到達したり、地表に到達したりするために使われ、その後、通常の地表根として機能します。 [ 51 ]
  • 樹冠根／樹上根：樹木の枝が着生植物やデトリタスのマット（樹冠内の水分と栄養分を保持する）を支える際に形成される根。これらのマット内に伸び、利用可能な栄養分と水分を利用すると考えられる。 [ 52 ]
  • 太い根：二次的に肥大し、木質構造を呈する根。これらの根は水分や養分を吸収する能力も多少備えているが、主な機能は輸送と、より細い細根を植物の他の部分と繋ぐ構造を提供することである。
  • 収縮根：ヒヤシンスやユリなどの単子葉植物の球根や塊茎、そしてタンポポなどの一部の主根を、放射状に膨張し、縦方向に収縮することで土壌のより深部まで引き込む根。表面にはしわがある。[ 53 ]
  • サンゴ状根：根粒に似ており、植物に窒素を供給します。根粒よりも大きく、枝分かれしており、土壌表面またはその近くに位置し、窒素固定を行うシアノバクテリアを宿します。ソテツにのみ見られます。
  • 二形性根系：2つの異なる機能のために2つの異なる形を持つ根
  • 細根：通常、直径2mm未満の主根で、水分と養分を吸収する機能を持ちます。しばしば大きく枝分かれし、菌根を支えます。これらの根は短命ですが、植物の根の「ターンオーバー」という継続的なプロセスによって置き換えられます。
  • 吸器根:ヤドリギ( Viscum album ) やネッタイシダなどの、他の植物から水分や栄養分を吸収できる寄生植物の根。
  • 繁殖根：不定芽を形成し地上部に生育する根。この根は吸芽と呼ばれ、トウワタ（Asclepias syriaca）、カナダアザミ（Cirsium arvense）など多くの植物で新しい植物を形成します。[ 54 ]
  • 光合成根：緑色で光合成を行い、植物に糖を供給する根。葉状根に類似しており、デンドロフィラックスやテニオフィラムなど、いくつかのラン科植物に見られる。
  • プロテオイド根またはクラスター根: プロテア科およびカバノキ科、モクレン科、ヌマモ科、クワ科、マメ科、ミリス科に属する一部の植物で、リン酸や鉄分が少ない条件下で発達する、成長が制限された密集。
  • 根粒：窒素固定を行う土壌細菌が生息する根。これらは非常に短く丸い形をしていることが多い。根粒はほぼすべてのマメ科植物に見られる。
  • 支柱根：マングローブによく見られる不定根。側枝から下方に伸び、土壌中で分岐する。
  • 貯蔵根：ニンジンやビートなど、食物や水を貯蔵するために変化した根。一部の主根と塊茎を含む。
  • 構造根: かなり二次的に肥大した大きな根で、木本植物や樹木に機械的な支持を提供します。
  • 表層根：土壌表面直下で増殖し、水や容易に利用可能な養分を利用する根。土壌表層の条件が最適に近い場合、表層根の成長が促進され、一般的に優占根となる。
  • 塊根：サツマイモなどのように、食物や水を貯蔵するための肉質で肥大した側根。主根とは異なる貯蔵根の一種。

深淵

マンゴーの木の断面

土壌中の維管束植物の根の分布は、植物の形態、水分と栄養素の空間的・時間的な利用可能性、および土壌の物理的特性によって異なります。最も深い根は一般に砂漠と温帯針葉樹林で見られ、最も浅い根はツンドラ、北方林、温帯草原にあります。観察された最も深い生きた根は、米国アリゾナ州の露天掘り鉱山の掘削中に、地表下少なくとも 60 メートル (200 フィート) でした。根によっては木の高さと同じほど深く伸びるものもあります。ただし、ほとんどの植物の根の大部分は、栄養素の利用可能性と通気性が成長により好ましい比較的地表近くに見られます。根の深さは、地表近くの岩や固められた土、または嫌気性の土壌条件によって物理的に制限される場合があります。

記録

支柱根を持つイチジクの木
種 位置 最大根深（m） 参考文献[ 55 ] [ 56 ]
ボスシア・アルビトゥルンカカラハリ砂漠 68 ジェニングス（1974）
ジュニペルス・モノスペルマコロラド高原 61 キャノン（1960）
ユーカリ属 オーストラリアの森 61 ジェニングス（1971）
アカシア・エリオロバカラハリ砂漠 60 ジェニングス（1974）
プロソピス・ジュリフローラアリゾナ砂漠 53.3 フィリップス（1963）

進化の歴史

根の化石記録、あるいはむしろ根が死後に腐敗して埋められた空洞の記録は、約4億3000万年前のシルル紀後期にまで遡ります。 [ 57 ]根の鋳型や型は動物の巣穴と外観が非常に似ているため、識別は困難です。しかし、様々な特徴を用いて識別することができます。[ 58 ]根の進化的発達は、原始的な維管束植物を固定していた浅い根茎（水平方向に伸びた茎）の変形と、植物を固定し土壌から水を導く糸状の突起（仮根）の発達によって生じたと考えられます。 [ 59 ]

環境相互作用

ソテツの珊瑚状根

光は根に何らかの影響を与えることが示されているが、他の植物系への光の影響ほど研究されていない。1930年代の初期の研究では、光が不定根形成におけるインドール-3-酢酸の効果を低下させることが明らかになった。1950年代のエンドウの研究では、側根形成が光によって阻害されることが示されており、1960年代初頭には、光が状況によっては正の重力屈性反応を引き起こす可能性があることが研究者によって発見された。光が根の伸長に及ぼす影響は単子葉植物と双子葉植物について研究されており、ほとんどの研究で、光はパルス光であれ連続光であれ根の伸長を阻害することがわかっている。 1990年代のシロイヌナズナの研究では、phyBによって感知された光において、負の光屈性と根毛の伸長阻害が示された。[ 60 ]

マメ科植物をはじめとする一部の植物は、根粒を形成し、窒素固定細菌である根粒菌と共生関係を築きます。大気中の窒素を固定するには膨大なエネルギーが必要となるため、根粒菌は植物から炭素化合物を吸収してそのエネルギー源とします。その一方で、植物は根粒菌がアンモニアから生成した窒素化合物を吸収します。[ 61 ]

土壌温度は、根の発生と長さに影響を与える要因です。根の長さは、通常、総量よりも温度の影響を大きく受けます。低温では、下方向への伸長が下層土レベルで低温によって制限されるため、横方向への伸長が促進される傾向があります。必要性は植物種によって異なりますが、温帯地域では低温によって根系が制限される場合があります。オート麦、菜種、ライ麦、小麦などの低温に強い植物は、トウモロコシや綿花などの夏の一年生植物よりも低温でよく育ちます。研究者たちは、綿花などの植物が低温でより幅広く短い主根を発達させることを発見しました。種子から発生する最初の根は通常、根の枝よりも直径が広いため、気温によって根の発生が促進されると、根の直径は小さくなることが予想されます。根が伸長すると、根の直径も小さくなります。[ 62 ]

植物の相互作用

植物は根系を通して環境内で相互作用することができます。研究では、植物間の相互作用は土壌を媒介として根系間で起こることが実証されています。研究者たちは、常温で生育する植物が、近くの植物が干ばつ状態にさらされた場合に行動を変えるかどうかを実験しました。[ 63 ]近くの植物の気孔開度 に変化が見られなかったことから、研究者たちは干ばつのシグナルが揮発性化学シグナルとして空気中を伝わるのではなく、根と土壌を通して伝わったと考えています。[ 64 ]

土壌相互作用

土壌微生物叢は、病原菌と有益な根の共生菌の両方を抑制することができます（菌根菌は無菌土壌で定着しやすいため）。土壌細菌の接種は、節間伸長、収量の増加、開花の促進に繋がります。根に沿った細菌の移動は、土壌の自然条件によって異なります。例えば、アゾトバクターを接種した小麦種子の根系は、アゾトバクターの生育に適した土壌で高い菌数を示したことが研究で明らかになっています。事前の殺菌処理なしに自然土壌中の特定の微生物（ P. fluorescensなど）のレベルを高めることに成功した研究はいくつかあります。[ 65 ]

草の根系は土壌を束ねることで土壌浸食を軽減する上で有益です。牧草地に自生する多年生草本は、有益な菌類、原生動物、細菌、昆虫、ミミズの攻撃を受けて古い根が腐朽し、栄養分を放出することで土壌に有機物を供給します。[ 22 ]

科学者たちは、根の微生物被覆率に顕著な多様性が見られ、3週間経過した根の断片の約10%が微生物に覆われていることを観察しました。若い根では被覆率は低く、3ヶ月経過した根でさえ約37%に過ぎませんでした。1970年代以前は、科学者たちは根の表面の大部分が微生物に覆われていると考えていました。[ 22 ]

栄養吸収

トウモロコシの苗を研究した研究者たちは、カルシウムの吸収は根の頂端部分で最も大きく、カリウムの吸収は根の基部で最も大きいことを発見しました。他の根の節でも吸収は同様でした。吸収されたカリウムは根の先端に運ばれ、その後、より少量ではありますが根の他の部分に運ばれ、さらにシュートや穀粒にも運ばれます。頂端部分からのカルシウムの輸送は遅く、主に上方に運ばれ、茎やシュートに蓄積されます。[ 66 ]

研究者らは、KまたはPの部分的な欠乏は、Brassica napus L.植物におけるホスファチジルコリンの脂肪酸組成に変化をもたらさないことを発見した。一方、カルシウム欠乏は、植物膜の完全性に悪影響を及ぼすと予想される多価不飽和化合物の顕著な減少をもたらした。これは、根膜のイオン吸収活性に必要な透過性などのいくつかの特性に影響を与える可能性がある。[ 67 ]

経済的重要性

根は土壌を保持して土壌浸食を軽減することで環境を保護することもできます。
根菜類や塊茎は、世界で最も広く収穫されている作物のひとつです。

根菜類とは、食用となる地下茎植物全般を指しますが、ジャガイモの塊茎のように、多くの根菜類は実際には茎です。食用となる根菜には、キャッサバ、サツマイモ、ビート、ニンジン、ルタバガ、カブ、パースニップ、ラディッシュ、ヤムイモ、西洋ワサビなどがあります。根菜類から得られるスパイスには、サッサフラス、アンジェリカ、サルサパリラ、リコリスなどがあります。

サトウダイコンは重要な砂糖源です。ヤムイモの根は、避妊薬に使われるエストロゲン化合物の原料です。魚毒と殺虫剤のロテノンは、ロンコカルプス属の根から得られます。根から得られる重要な薬効成分には、朝鮮人参、トリカブト、トコン、リンドウ、レセルピンなどがあります。窒素固定根粒を持つマメ科植物の中には、緑肥作物として利用されるものがあり、耕起することで他の作物に窒素肥料として利用されます。「ニー」と呼ばれる特殊なラクウショウの根は、土産物やランプの台座として販売され、民芸品にも彫刻されます。アメリカ先住民は、シロトウヒの柔軟な根を籠細工に使用しました。

木の根はコンクリートの歩道を隆起させて破壊し、埋設されたパイプを押しつぶしたり詰まらせたりする可能性がある。[ 68 ]絞め殺しイチジクの気根は中米の古代マヤの寺院やカンボジアのアンコールワット寺院に損害を与えた。

土砂崩れが発生しやすい斜面では、樹木が土壌を安定させます。根毛は土壌にアンカーとして働きます。

挿し木による植物の栄養繁殖は、不定根の形成に依存します。キク、ポインセチア、カーネーション、観賞用低木、そして多くの観葉植物など、毎年数億もの植物が挿し木によって繁殖されています。

根は土壌を保持し、土壌浸食を軽減することで環境を保護する役割も担います。これは砂丘などの地域では特に重要です。

タマネギの球根の根

参照

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