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【课程】扬州大学生物科学与技术学院_植物学1_0.1植物与植物界

2015-08-16  百眼通学习
一、生物界的划分
  从地球上诞生最原初的生命形式起,生命已经历约38亿年漫长的发展和进化历程。此间,生因其所处环境的多样性和多变性、自身适应性方式和适应性特征的异质性,从原初的单细胞生物逐渐进化形成现今的复杂多样性的生物界。植物只是生物的一部分。生物界的划分与人类的认识水平、观察手段及分类的标准和目的等有关,有一个较长的历史过程。生物究竟如何划分、划分成几个界等问题,至今没有定论。
  早在1735年,瑞典博物学家、植物分类学之父林奈(C.Linnaeus,1707~1778)将整个生物划分为植物界(Plantae)和动物界(Animalia)两界。认为植物是一类具细胞壁、营固着生活、自养的生物,而动物是一类能运动和异养的生物。这两界系统建立较早、简单直观且沿用最广。随着显微镜的广泛使用,人们发现有些生物兼有动物和植物的特征:如单细胞、多核的黏菌(slime mold),在营养生长期,原生质体裸露、无细胞壁,能运动摄食,与动物中的变形虫相似,但在生殖期或不良环境条件下,其个体能产生具纤维素的细胞壁,并营固着生活,或形成具纤维素细胞壁的孢子;裸藻(Euglena acus her.)单细胞、有鞭毛、能运动、无细胞壁,但体内含叶绿体,能进行光合作用等。这样在动物和植物之间就失去了截然的界线。因此,1868年,德国生物学家海克尔(E.Haeckel,1834~1919)提出在植物界和动物界之间建立原生生物界(Protista),主要包括原始的单细胞(菌类、低等藻类和海绵),从而形成”三界系统”;1938年,美国人科帕兰(Copeland,1902~1968)提出了“四界系统”,区分出原核生物界(Prokaryotes)(包括蓝藻和细菌)、原始有核界(Protoctista)(包括低等的真核藻类、原生动物、真核菌类);1969年美国生物学家魏泰克(R.H.Whittaker,1924~1980)将不含叶绿素的真菌类生物独立出一个真菌界(Fungi)(或称菌物界,Myceteae),1969年,魏又根据细胞的结构和营养类型提出五界之说,即植物界、动物界、原生生物界、原核生物界(Monera)和菌物界。我国昆虫学家陈世骧(1905~1988)根据病毒(Virus)与类病毒(立克次氏体、类菌质体)不具任何细胞形态、不能自我繁殖、在游离的情况下无生命等特点,把病毒、类病毒独立为病毒界(Viri)(或非胞生物界)而有“六界系统”受到广泛重视。可见生物的划界至今悬而未决。本教材仍沿用林奈的两界分类。

  二、植物界的多样性
  按两界系统,已定名或描述记载的植物种类有近50万种。这些植物在其大小、形态、结构、生理功能、遗传变异、生活习性、地理分布、对环境的作用及与人类的关系各不相同,表现出丰富多样性特征,成为人类生存和发展的基础。现已知道:全世界有病毒、藻类、菌类等植物种数11万种以上,有苔藓植物、蕨类植物和种子植物28万种以上。其中种子植物,特别是被子植物是植物界中最进化、最复杂、最高等、种类最多的植物类群。中国有病毒、藻类、菌类等植物种数1万多种,有苔藓植物、蕨类植物和种子植物约3万种。植物进化仍在继续,新的种类还会出现。随着科学研究和科学技术的发展、人类生产、经济活动的进一步深化,如引种栽培、驯化野生植物等,将对植物界的进化速度和植物的丰富多样性产生愈来愈深远的影响,植物对人类经济发展和文明进步必将发挥愈来愈大的作用。

  (一)植物形态结构和功能的多样性
  在千差万变的植物中,它们的形态、结构、生活习性以及对环境的适应性是丰富多样的。有的植物体形微小,结构简单,仅由单个细胞组成,只能在显微镜下才能观察清楚;有的植物由一定数量的细胞松散联系,聚成丝状、枝状或球状群体;有的细胞之间联系紧密,形成多细胞植物体,或平扁如叶状、或匍匐呈游走状、或直立为矮小的茎叶体,许多植物进化地位较高,在结构和功能上出现了组织、器官的分化,甚至集根、茎、叶、花、果和种子等于一体的复杂类群,如植物界最高级的植物类型——被子植物。
  在丰富多样的被子植物中,有挺拔向上的白桦和桉树;有枝叶茂盛、茎干发达、独树成林的榕树;有枝叶聚生枝顶,其形如伞的华盖木;此外,还有众多的穿行于山林、编织林网的藤本植物,以及近地或贴地而生的草本植物等。

  (二) 植物营养方式和生活周期的多样性
  从营养方式看,绝大多数植物种类.其细胞中具叶绿素,能够进行光合作用、制造养分,它们被称为绿色植物或自养植物。但是,也有部分植物其体内无叶绿素,不能自制养料,而只能寄生在其他植物体上,吸取现成的营养物质而生活。例如,寄生于麦类作物茎、叶上的秆锈菌等,以及寄生于大豆植株上的菟丝子等,它们被称为寄生植物。还有些植物如马先篙(Pedicularis sp.)和许多菌类植物.它们生长在腐朽的有机体上,通过对有机物的分解作用而摄取生活所需的营养,被称为腐生植物。非绿色植物中也有少数种类,如某些硫细菌(sulfur bacteria)、铁细菌(iron bacteria),可以借助于氧化无机物获得能量而自行制造食物,它们属于化学自养植物。
  植物的生命周期在不同植物中常有差别。有的细菌仅生活20--30min,即可分裂而产生新个体。短命植物—风滚草,生长在雨水稀少的非洲草原上,当雨季来临时,其种子很快发芽,经约一周的生长发育,便能开花结实,完成整个生活史过程。一年生和二年生的种子植物分别在一年中或跨越两个年份,经历两个生长季节而完成生命周期,它们都为草本类型,如水稻、蚕豆、油菜等。多年生植物有草本(如狗牙根、菊)和木本两种类型(如桑、苹果、松),其中木本植物的树龄,有的可长达数百年(如生长在扬州市石塔寺边的银杏已有500多年的历史)或数千年(如生长在美国西海岸的红松,据测定已存活7000多年)。

  (三) 植物的遗传多样性
  植物的遗传多样性是指每一物种内的基因和基因型的多样性,是植物适应变化着的环境和进化形成新的多样性物种的重要基础。植物的生活史特点、种群动态及其遗传结构等决定或影响着一个物种与其他物种及环境之间相互作用的方式。物种的遗传变异愈丰富,对环境适应性就愈广,即群体内的遗传多样性愈丰富,所反映的物种进化潜力愈大。
  人们早就注意到物种内变异的多样性和持续性,并将它们划分成将干个变种、变型乃至栽培植物的品种和品系等。除了重视其形态、地理分布、生态特征以及生产性状等个体水平的差异外,还应重视个体或群体间的染色体数目、形态、行为等细胞水平的差异,不同代谢产物的代谢水平的差异以及蛋白质等分子水平的差异。在这4种水平不同的表现型中,找出能稳定遗传的生态型,加强DNA水平上的多样性研究是今后中国遗传多样性研究、保存和利用的关键。杂交水稻的成功培育和深入研究就是最成功的事例。

  (四) 植物生态系统的多样性
  生态系统(ecosystem)是指在一定的时空范围内生物和非生物成分通过物质的循环和能量的流动相互作用、相互依存而形成的一个生态学功能单位。地球上有无数大大小小的生态系统、大至整个生物圈、整个海洋、整个大陆,小到一片森林、一片草地、一个小小的池塘,甚至某一特定环境下的一株植物,都可看作为一个生态系统。生态系统的多样性由生物群落与生境类型的多样性共同决定。植物在地球上分布极广,从热带到寒带以至两极地区,从平地到高山,由海洋到大陆,无论平原、丘陵、高山,大陆、荒漠、河海,或温带、赤道、极地,到处都有不同的植物种类分布、生长和繁衍,且它们的分布或多或少都在一定的地理范围内,形成相对稳定的、异质多样性的生态系统。例如,我国的陆生生态系统类型主要有森林、灌丛、草甸、沼泽、草原、荒坡和冻原等。森林又可分为针叶林、阔叶林和针阔混交林三大类。其中,以不同的乔木为标志又可划分为212类(群系formation)等。灌丛的类别更为复杂,主要有113类。草甸有77类、沼泽19类,红树林18类、草原55类、荒漠52类。冻原及高山垫状植被17类。在水生生态系统中,有各类河流生态系统、湖泊生态系统及海洋生态系统等。
  通过对各种生态系统的成分、结构、物质和能量交换的研究,可以了解各种生态系统内所有成分是如何彼此间相互协调、自我调节达到平衡状态的,防止由于人类的活动造成生态系统的瓦解和崩溃,威胁人类的生存。在从生态系统中取得经济效益的同时,还必须获得生态效益,使人类与环境、发展与资源持续和谐。

  (五) 植物在自然界中的作用
  植物体内含有大气或土壤中的全部化学元素。现已知道,植物体中的碳、氧、氢、氮、等大量元素,钾、钠、钙、磷、硫、铁、镁等少量或微量元素,以及铜、钼、锌、钡等极微量或痕量元素。
  绿色植物是地球化学循环的关键因素。植物通过光合作用,吸进C02,释放02,合成和积累有机物质。大气中C02的成分因动植物的呼吸、燃烧、土壤中微生物的活动、火山的喷发等而不断得以补充,使地球上大气中的C02成分保持着稳定状态。在自然界中,每种元素都能通过植物,借助于各种途径循环地变化着。
  绿色植物供给生物呼吸和地壳氧化作用所需要的氧。呼吸等产生的二氧化碳进入绿色植物,在日光下,通过叶绿素进行光合作用,合成碳水化合物,释放出氧气。氧气是人类和其他所有生物有氧呼吸的必备条件,也是地壳氧化的必要基础。此外,煤炭、石油、泥炭是工业的动力基础,它们均来自于植物。

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