植物学基本知识

植物细胞具有含纤维素为框架物质，果胶为衬架物质的细胞壁，亚细胞结构中最突出的是具有叶绿体等质体，和含有高渗细胞液的液泡。纤维素的细胞壁，是在海洋生物中形成的，绿藻，红藻，褐藻中都有，果胶与纤维素是由自身细胞合成分泌的，因此细胞壁具有内起源性。叶绿体早于植物细胞壁的形成。蓝藻只有含叶绿素a的类囊体，含蓝藻藻蓝素和红藻藻红素的藻胆体。分子进化研究确认叶绿体起源于蓝藻的祖先。叶绿体的起源：渐进说（认为叶绿体是由真核细胞的祖先自行产生，和光合作用有关的细胞膜发生内褶和间隔化，并脱离细胞膜而独立存在），内共生（较大的生物细胞吞噬了另一种较小的细胞建立内共生关系，被吞噬的小细胞逐步特化，成为亚细胞结构）。叶绿体在细胞内的增加只能通过自身的分裂，不是从细胞的其他部分形成，拥有与细胞核，线粒体互为独立的基因组，叶绿体中蛋白质合成体系，与蓝藻和细菌相似，而与真核细胞质中的有较大差异，高等植物叶绿体形态比较一致，在藻类植物中，形态多样，但无一例外具有淀粉核，在许多种类细胞中只有一个叶绿体，而在高等植物中只有角苔类细胞具有单个叶绿体。陆地的生活条件：解决水分的供应。最初的维管植物并没有根。避免水分的过度丧失。首先解决。上表皮细胞壁增厚并角质化，下表皮细胞壁并未增厚和角质化。至于水分的供应，苔藓植物尚未发展出真正的输导组织，只是出现了“导水胞”和“类筛管”这样的原始管状分子。苔藓植物以植物体全部表面吸收水分，以毛管状的细胞（毛细管的压力）间隙在体内迅速运输水分，因此，苔藓植物没有根和输导组织，但仍能在失水后快速的吸水。输导组织在裸蕨中已经发张出来，但没有跟，只有假根。蕨类植物有了根茎叶的分化，输水的管状分子由管胞到麻黄式的导管再发展成导管。维管柱的中柱类型在蕨类植物中表现复杂，但在种子植物中却以选择原生中柱为出发点。维管柱以束为单位在横切面上排成一轮，这是由古蕨的原生中柱发展而来的“真中柱”。对植物茎向外增粗是有利的。种子植物的维管束具有最古老的起源，其形式比蕨类植物简单。管胞结构复杂，输水有局限性，限制了裸子植物的多样性。毛细管不适于高大的乔木，因此，是靠蒸腾作用在管状分子中运输，由气孔完成。在苔藓植物中已经有了气孔，但不能关闭，在藓类开始有了真正的气孔，表明，苔藓植物在植物体内水分过剩时有把多余水分排出体外的需要。气孔数量也是演化的结果，数量增多促使小型叶向大型叶的演化，与大气中CO2的含量有关，气孔数量太少会导致植物的蒸腾量太少，和叶温升高。变宽大会没有足够多的气孔来散热。在CO2浓度非常大的情况下，小型叶植物没有形成大型叶的需要。无性生殖在水环境生长的藻类，低等真菌产生能游动的孢子，孢子萌发或直接形成个体，或直接转化为雌雄配子，简单的在一个细胞内经反复分裂，形成多数的孢子，母细胞壁就是孢子囊壁，高级的如苔藓植物孢子囊，一些蕨类植物的孢子囊有复杂的结构，孢子囊壁有一或多层不育细胞组成，具有使孢子囊开裂和孢子散布的结构和机制。孢子由同型无性别分化，或同型有性别分化，发展到异型。孢子成熟后，在藻类植物，菌类，苔藓植物和蕨类都要离开母体才能发育，而在种子植物中，孢子不脱离母体并在母体内萌发。异型中，大孢子从全部能育到一个能育，雌配子受精的机会会更大。苔藓植物的孢子壁第一次有了孢粉素，在蕨类的孢子和种子植物的花粉都保留下来，能耐强酸强碱，孢粉壁不易分解，孢粉可以保存很久，就是孢粉素的作用，孢子和花粉的壁层由外壁层的孢粉素和内壁层的纤维素组成，内壁层可以被消蚀，可渡过恶劣环境，是适应陆上生境除细胞壁角质化演化出来的另一具有重大意义的特征。有性生殖雌雄配子结合方式由同配，异配发展到卵式生殖，是有性生殖从体外完成最后在体内完成的演化过程。生殖结构的出现创造了一个不受外界干扰的环境。轮藻的精囊和卵囊，其最重要的标志是生殖细胞是否具有了由不育细胞组成的保护套。卵式有性生殖最重要的特征是受精过程在雌配子囊内进行。保证雌雄配子在湿润的环境能够生存，对陆生植物有重大的意义。有性生殖产生的雄配子一直都是鞭毛能游动的，需要有水的环境才能完成受精过程。在种子植物苏铁和银杏中保留下来，而在其他裸子植物和被子植物雄配子则完全失去了鞭毛。苔藓植物的孢子体不能独立生活的，蕨类植物和种子植物的孢子体是独立生活的。无性生殖和有性生殖都是在母体中，这个局部环境是稳定湿润的，受精，胚idea发育和种子的形成均在母体中。“滞母性”。颈卵器有颈和腹两部分组成。外部常有一层不育的细胞包裹。颈部中央有一列颈沟细胞，腹部有一卵，连接颈部与腹部有一腹沟细胞，颈细胞数目可以很多，也可以只有四个。颈卵器是在配子体上产生的，性质上属于卵囊。苔藓植物和蕨类植物成熟的孢子要离开母体，前者经过原丝体阶段形成配子体，后者萌发形成称为原叶体的配子体。而在裸子植物中，颈卵器是在胚珠中形成的雌配子体上产生的，受精时，颈沟细胞和腹沟细胞解体，颈口张开，同时颈卵器释放出引导精子的物质，使精卵结合。颈卵器在苔藓植物中出现后，一直延续到种子植物。胚珠/花粉管/种子胚珠由珠被，珠心，珠孔，珠柄组成。珠被与珠心汇合处称为合点。胚珠是种子植物特有的结构，相当于孢子囊，当大孢子母细胞经过减数分裂产生了4个大孢子后，通常仅有一个大孢子在珠心内萌发形成雌配子体，裸子植物除买麻藤植物和百岁兰以外在雌配子体的珠孔端产生若干颈卵器，在被子植物中，舍去了这一步，大孢子萌发产生7细胞8核的胚囊。胚珠最后发育成种子。然而买麻藤植物和百岁兰具有由雌配子体发展而来的单核相胚乳，和松柏类一样仍属于裸子植物。由这一点看，被子植物不可能是从裸子植物演化而来。最有可能是从两者的共同祖先起源。花粉管是种子植物特有的结构。它的诞生使植物有性生殖过程最终摆脱了必须有水的条件。裸子植物的种子的胚乳是雌配子体的残余，而被子植物的胚乳是双受精的结果。就会不时发现有胚乳没有胚的银杏“种子”，可以解释为裸子植物的胚乳是在雌配子体形成时就产生了的。在被子植物，双受精过程不完成无论胚还是胚乳都不会产生。可见，被子植物生存战略比裸子植物要占上风。现存的种子植物，裸子植物全是具有单性花，苏铁，银杏，买麻藤为雌雄异株，松柏雄花是单花，雌花则为花序。与风媒花相比，虫媒花所产生的花粉数量要少得多。植物生存的策略生长在冬季寒冷结冰气候环境里的大量植物，结冰的土壤使根不能从土壤吸收水分，如果冬季又干燥多风，枝条失水，植物会因干燥而死亡，于是植物采取落叶，树皮变厚可以抵御寒冷，地上部分冬季全部枯死，但地下的鳞茎，球茎，块茎保留了下来，鳞茎本来长在地表，由于根的收缩，把鳞茎拉进土壤，也有短命植物，在开花结果后死亡，留下的种子渡过恶劣的环境去延续后代。在这种情况下，如果植物是常绿的，其叶的角质层变得格外厚，使水分散失最小化。热带雨林的高达乔木有许多附生植物，根是暴露在空气中的，由于水分供应不能及时得到，因此除下雨时吸收水分，不下雨时也能从潮湿的空气中吸收水分，根具有根被，叶片通常较厚，表皮细胞有很厚的角质膜和蜡被，一方面可以贮藏水分，另一方面可以减少蒸腾。有的是寄生植物，根进入寄主体内直接从寄主吸收水分，无机盐和养分，有的是半寄生，根进入寄主体内吸收水分和无机盐，有正常的叶，能自己制造养分。红树林在涨潮时浸泡在水中，退潮时可见许多膝状的呼吸根，适应在含盐很高的环境中生活，有泌盐的代偿机制，长在水边的乔木类，其茎髓形成称为气道的空隙，不需要形成呼吸跟进行气体交换。沙漠植物的肉质化，细胞壁增厚并有蜡被，或退化成刺或鳞片，茎常肉质化，产生强大的贮水组织，茎皮细胞含叶绿体。夹竹桃科植物极少有病虫害，与体内含有毒的化学物质有关。松柏植物在传粉的季节，扬起的花粉被称为“硫磺雨”，可见其花粉量之大。椰子的果实很大，但每一个果实只有一粒种子，许多蔓生植物以营养繁殖作为主要的繁殖方式，在农业中栽种红薯是不用种子的，蔬菜种植多用种子，但韭菜以根茎，大蒜，葱以鳞茎种植，洋葱以种子种植，具鳞茎的植物在寒冷的环境里保存下来的不是种子而是鳞茎。植物多样性包括物种多样性，遗传多样性，生态环境多样性植物种类多样性。植物营养方式多样性。含叶绿素及类似的色素，光合作用，自养植物或绿色植物。寄生，菟丝子，寄生生物。从动植物尸体上摄取营养，腐生植物。寄生腐生植物也成异养植物，非绿色植物。非绿色植物中，也有如硫细菌，铁细菌，属于化学自养植物。植物生命周期多样性。种子植物有木本和草本两种，木本植物都是多年生的，草本分为一年生，二年生和多年生。二年生：第一年内只有根茎叶等营养气器官的生长，把养分贮藏起来，越冬后第二年才开花结果直至死亡。多年生：每年开花结果后，地上部分虽然枯死。地下部分却仍然存活者，来年又出芽。植物遗传多样性。生物的界最初林奈把生物界划分为动物界（不具叶绿体，不能制造养分，利用植物的贮藏物质作为食物，缺乏坚硬的细胞壁，具运动性）与植物界（具有叶绿体，能利用太阳辐射进行光合作用，制造养分并作为植物本身的贮藏物质，多数植物细胞油坚硬的细胞壁，固着生活）。菌物界（既不含叶绿体，也不吞噬食物，而是从生物体上分解，吸收养分，或活在生物体内行寄生生活）。原核生物界（缺乏细胞核，机油缺乏叶绿素的细菌，也有具叶绿素的蓝藻).原生生物界(单细胞，没有真核的生物，具有能运动的鞭毛）分类等级不论是哪一个等级都可称为分类单元。也可以在每一个分类单元下增加次级分类单元，有时也在亚科分类单元增加族，亚族，种之下建立变种，变型。界kingdom门division亚门subdivision纲class目order科family亚科subfamily族tribe亚族subtribe属genus亚属subgenus组section亚组subsection系series种species亚种subspecies变种variety变型form种是生物分类的基本单位，有林奈种（具有明确的和清晰的特征的一群植物，并有一定的分布区）和约当种（凡一个种的个体之间必须极为相似）之分。双名法属名（有各种来源，包括被纪念的人名）加种加词（不具任何实际意义，不表示它和其他种分隔或亲缘程度）。银杏属仅含银杏一种，称为单型属。同样的种加词可以用在不同的属。植物在自然界中的作用植物保障了地球生命系统。90%的有机物为海洋植物所合成，植物占全球生物量的98%，少数细菌和蓝藻能进行固氮作用，蛋白质通过呼吸及动植物尸体的分解，进行氨化作用，释放出氨，一部分氨成为铵盐被植物吸收，另一部分经硝化细菌的硝化作用形成硝酸盐，成为植物吸收的主要氮源。生物质能源：将植物油脂转化为生物柴油。利用藻类生产氢燃料。利用植物淀粉和作物秸秆生产酒精。利用微生物生产沼气。植物的个体发育与系统发育，幼态成熟。系统发育是指植物类群起源和演化的历史，两个基本过程：起源和发展。幼态成熟：个体发育过早的完成，可能导致个体发育想新的方向演化，形成新的类群。植物细胞质体（plastid）质体是植物特有的结构，对糖类的代谢起重要作用，由于所含色素不同，其生理功能叶不一致。可分为叶绿体（chloroplast）高等植物所含色素有4种（chlorophylla/chlorophyllb/xanthophyll/carotene)叶绿素是主要的光合色素，其他两类色素不能直接参与光合作用，只能将吸收的光能传递给叶绿素，起辅助光合作用的功能，在营养不良，气温降低，或叶片衰老时，叶绿素含量降低。有色体chromoplast存在于植物花，果实和根中，所含的色素是叶黄素和胡萝卜素，胡萝卜素易形成结晶，使有色体的形状不规则，能积累淀粉和脂质，在花和果实中具有吸引昆虫和其他动物传粉及传播种子的作用，白色体leucoplast不含色素的质体，多见于幼嫩或不见光的组织细胞中，特别在贮藏组织的细胞中较多，有些白色体在细胞生长过程中能积累淀粉，称为造粉体amyloplast,有些能参与油脂的形成，称为造油体elaioplast。有色体和白色体不形成基粒。质体可有前质体proplastid发育而来，前质体可以发育成各种质体，在光照影响下，前质体增生片层，叠合成基粒，并合成各种光合色素与蛋白质，发育成叶绿体，再不见光的细胞中，发育成白色体。子房发育成果实