植物学-精品课程

植物学商洛学院生命医药工程系选用教材：陆时万、徐祥生、沈敏健编《植物学》(第二版上下册)高等教育出版社商洛学院精品课程——《植物学》绪论第一节植物界第二节植物学的内容与发展简史第三节植物的学习方法及目的要求Xi’anJiaotongUniversity3第一节植物界1、两界系统:瑞典生物学家林奈（1705～1778）把整个生物分成相应的两大类，即植物界和动物界，即所谓的两界系统。该系统把细菌、藻类和真菌归入植物界，把原生动物归入动物界。2、三界系统:德国生物学家海克尔（E.haecke）,从进化观点，在两界分类系统基础上，又添加1个原生动物界（包括单细胞动物和其他一些难以归入动物界或植物界的单细胞植物）。即原生动物界、植物界和动物界。三界系统初步反映了生物进化的途径。一、生物界的划分:Xi’anJiaotongUniversity43、四界系统：1959年魏塔克(R.H.whittaker)提出另立1个真菌界的四界系统，即原生动物界、真菌界、植物界和动物界。4、五界系统由于显微镜技术的发展，可把细胞分成原核细胞和真核细胞，所以魏塔克于1969年又提出了五界系统：原核生物界（包括细菌和其他原核生物）、原生生物界（包括单细胞真核生物，如原生动物和多数藻类）、真菌界、植物界和动物界。5、六界系统：沃斯（C.R.Woese）认为，把原核生物界分成两界，即古细菌界和真细菌界。古细菌生活在一些极Xi’anJiaotongUniversity5端环境中，真细菌界的细菌为常见细菌和蓝绿藻。近代学者较一致的看法是在生物分界中主要依据生物的营养方式，并考虑生物的进化水平。根据这两个主要特征，对植物界的概念可基本概括为“含有叶绿素，能进行光合作用的真核生物”。按照这一概念，植物界所包含的主要类群是各门真核藻类、苔藓植物、蕨类植物、裸子植物和被子植物。Xi’anJiaotongUniversity6二、植物的多样性科学描述过的现存生物约175万种，其中属植物界的有50余万种。这些植物在结构、形态、生活习性以及对环境的适应等方面千差万别，充分表现了植物的物种多样性、遗传多样性性和生态环境的多样性。1、植物体结构：单细胞体、群体、丝状体、片状体、多细胞体。2、营养方式：①自养植物：以光合自养植物最多。②异养植物：寄生植物、腐生植物。3、按形态和生活周期：种子植物有木本和草本两种类型：⑴、木本植物：①乔木:植株高大，主干显著而直立。②灌木：植株较矮小，无显著主干，近地面处干丛生。Xi’anJiaotongUniversity9③半灌木：外形类似灌木，但地上部分一年生。⑵、草本植物：一年生植物二年生植物多年生植物Xi’anJiaotongUniversity10⑶、藤本植物：草质藤本、木质藤本植物。南瓜—草质藤本蛇葡萄—木质藤本4、按植物的生态环境：陆生、水生、附生、甚至气生植物。5、按植物对水分的要求：旱生、中生、湿生植物。6、按植物对光照的要求：阳生、阴生、耐荫植物。植物的共同特征：1、植物细胞都有细胞壁，初生壁主要由纤维素和果胶质构成。2、绿色植物和少部分非绿色植物行自养。3、大多数植物个体发育时，能不断产生新器官或新的植物体部分。4、除简单的植物能运动外，多数植物都不能作出运动反应，而往往只能在形态上出现长期的适应变化。三、植物在自然界中的作用1.植物的光合作用和矿化作用⑴光合作用（合成作用）–地球上绿色植物是人类生存的基础，是第一生产力，只有绿色植物可以做到以下几点：–最大规模的把无机物转化为有机物–把光能转化为化学能–保持氧气平衡⑵矿化作用–生物将有机物分解转化为无机物的过程即为矿化作用。无机物光合作用（合成作用）有机物有机物矿化作用（分解作用）无机物二、植物在自然界中的作用2.植物在自然界物质循环中的作用（1）碳循环–以大气中的CO2和绿色植物有机碳为二个极端、以植物有机碳为中心说明：•植物有机碳的来源：光合作用。•有机碳返回大自然的途径：第一、燃烧。煤、石油、植物等的燃烧是有机碳返回大气的最主要途径；第二、矿化作用。即动植物尸体被其他生物（主要是微生物）分解后将碳还给大气。第三、呼吸作用。包括植物自身的和经动物食用后的呼吸作用，将有机碳转化为无机碳而返回大气。（2）氮循环有机态氮来自大气中的氮气，通过生物固氮和有机态氮的各种分解而保持自然界中氮的平衡。–植物有机态氮的来源：固氮作用及植物对土壤中铵态氮和硝态氮的吸收。–有机氮的分解途径：第一步、氨化作用：动植物尸体及排泄物的有机氮经微生物的氨化作用而形成铵态氮（铵盐）。铵盐可被植物直接利用或被硝化细菌转化为硝态氮。第二步、硝化作用：铵态氮经硝化细菌的硝化作用产生亚硝酸盐，并最终硝化为硝酸盐（硝态氮），可直接被植物利用或被反硝化。第三步、反硝化：硝态氮经反硝化作用而产生氮气，返回大自然。3.植物对环境的保护作用对大气的净化作用：吸收和吸附大气中的毒气和粉尘，阻止地面尘埃污染大气。对水域的净化作用：分解和转化某些有毒物质；对有毒物质具有富集作用。对土壤污染的净化作用：某些植物对土壤中的污染物有吸收作用。某些植物具有杀菌作用，植物还有降低噪声的作用。对环境的监测作用：某些对污染物具敏感性的植物，在污染环境中出现受害症状，以此监测污染程度。需注意的是：在利用植物富集和吸收污染物质的能力净化环境时，必须注意“食物链的延伸对人类的影响”。因为富集或吸收有害物质的植物可以通过食物链将有害物质转移到人体内。4.植物对水土保持的作用植被可阻止风蚀、水蚀等造成土壤的流失。以保持土层的厚度和土壤肥力。林下厚厚的枯枝败叶层可涵养大量的水分；植物体本身通过大量吸收，也可涵养水分。第二节植物学的内容和发展简史一、植物学研究的对象植物学是一门内容十分广博的学科，研究对象是植物各类群的形态结构、分类和有关的生命活动、发育规律，以及植物和外界环境间多种多样关系的科学。二、植物学的分支学科1.植物形态学（Plantmorphology）植物形态学是研究植物体内外形状和结构，器官的形成和发育，细胞、组织、器官在不同环境中以及个体发育和系统发育过程中的变化规律的科学，它是植物学的基础学科之一。其中研究植物细胞结构的科学，称为植物细胞学（Plantcytolo－gy）；研究植物组织和器官的显微结构和亚显微结构的科学，称为植物解剖学（plantanato－my）；研究植物胚胎的结构、发生和分化的科学，称为植物胚胎学（plantembryology）。2.植物分类学（planttaxonomy）植物分类学是研究植物类群的分类、鉴定和亲缘关系，从而建立植物进化系统和鉴别植物的科学，是整个植物学中最基本的一门学科，也是进行植物资源调查等工作的必需基础。有时称为植物系统学（systematicbotany）。其中由于研究和应用上的便利，以某一类植物为对象，又可分为若干专门学科，如种子植物分类学、苔藓学、藻类学，等等。3.植物生理学（Plantphysiology）植物生理学是研究植物体的生理功能（如光合、呼吸、蒸腾、营养、生殖等）、各种功能的变化、生长发育的情况，以及在环境条件影响下所起的反应等的学科，其中专门研究植物细胞的活动和细胞组成方面的科学，称为植物细胞生理学（Plantcellphysiology）。4.植物生态学（plantecology）和地植物学（geobotany）植物生态学和地植物学是研究植物与环境条件间相互关系的学科。其中研究植物个体与环境条件间相互关系的科学，称为植物生态学；研究植物群体和环境条件之间以及植物群体中植物相互关系的科学，称为地植物学。以上所说的学科，其中许多是彼此有重叠的，也有不少是可以再加细分的。三、植物学的发展简史1.我国古代植物学发展约在两千年前，《诗经》就已经提到了200多种植物。在农、林、园艺方面，公元6世纪，北魏贾思勰的《齐民要术》，概括了当时农、林、果树和野生植物的利用，提出豆科植物可以肥田，豆谷轮作可以增产，并叙述了接枝技术。其他如郭橐驼的《种树法》、王桢的《农书》等，都是很好的农业植物学。明代徐光启（1562—1633）的《农政全书》（1639），共60卷，总结过去经验，并提到救荒植物，是这方面集大成的著作。其他有关果蔬、花卉等的著作，为数更多，如晋代戴凯之的《竹谱》、唐代陆羽的《茶经》、宋代刘蒙的《菊谱》、蔡襄的《荔枝谱》、陈景沂的《全芳备祖》、明代王象晋的《群芳谱》、清康熙时的《广群芳谱》、陈淏子的《花镜》等，都是有名的专著。在药用植物方面，汉代的《神农本草经》积累了古代相传的药用植物的知识。以后历代都有专论药用植物的“本草”问世，其中以明代李时珍（1518—1593）的《本草纲目》（1578）为最著名，他深入民间，以30年的艰苦努力，总结了我国16世纪以前的本草著作，全书152卷，自第十二卷至三十五卷全属植物，包括藻、菌、地衣、苔藓、蕨类和种子植物，共1173种，描述较详，内容极为丰富，为世界的学者所推崇，至今仍有重要参考价值。清代吴其濬（1789—1847）的《植物名实图考》和《植物名实图考长编》（1848），为我国植物学又一巨著，记载野生植物和栽培植物共1714种，图文并茂，为研究我国植物的重要文献。19世纪中叶，李善兰（1811—1882）与外人合作编译《植物学》一书，该书是根据英国林德勒（J．Lindley，1799—1865）的《植物学纲要》（ElementsofBotany）中的重要篇章编译而成，共八卷，为我国第一部植物学的译本。该书的出版，传播了近代植物学在实验观察基础上所建立的基本理论，对发展我国近代植物科学起了积极作用。该书所择细胞、心皮、子房、胎座、胚、胚乳等名词，至今沿用。“植物学”这一名词，以后也为日本科学界所采用。在植物学上，我国古代学者的辉煌成就，值得我们自豪。宋代刘蒙在《菊谱》（1104年）中已经指出：“花之形色易变”、“岁取其变以为新”。这种以变异为材料，通过人工选择，可以形成新的生物类型的思想，和达尔文的理论十分一致。2.国外植物学的发展16世纪末，意大利西沙尔比诺（AndreaCesalpino，1519—1603）的《植物》（Deplants），以植物的生殖器官作为分类基础，他的见解使植物学和实用的本草区别开来，对以后植物学的发展有很大影响。17世纪，英国虎克（RobertHooke，1635—1703）1665年利用显微镜观察植物材料，推动了以后对植物显微结构的研究。植物细胞学、植物组织学、植物胚胎学和藻类学、细菌学、真菌学、苔藓学等都相继得到发展。18世纪，林奈创立了植物分类系统和双名法，为现代植物分类学奠定了基础。19世纪，德国施莱登（MatthiasSchleiden，1804—1881）和施旺（TheodorSchwann，1810—1882）首次提出了“细胞学说”，认为动、植物的基本结构单位是细胞。达尔文（CharlesDarwin，1809—1882）的《物种起源》（OriginofSpecies）一书的出版，他的进化论观点，大大地推动了植物学的研究。以后不少学者都从各自的领域相继做出了贡献。3、我国近代植物学发展四、植物学与国民经济的关系人类的衣、食、住、行、医药及工业原料等都直接或间接大部分与植物有关。当今世界存在的六大社会问题（粮食、资源、能源、环保、生态平衡、人口）无一不和植物有关。Xi’anJiaotongUniversity28第三节学习植物学的方法、目的与要求一、学习植物学的方法：学习植物生物学必须以辩证唯物主义的观点为指导。自然界是一个相互依存，相互制约，错综复杂的整体。学习自然界中的植物时，只有从整体的观点出发，在空间上，以对立统一的规律来看待植物与周围环境间的关系；在时间上，以发展的眼光看待植物的过去与现在。除了上述的指导性学习方法外，植物生物学也和其他生物学的学科一样，还有一些具体的学习方法，即Xi’anJiaotongUniversity29观察、比较和实验。通过这些方法，就能更好地理解植物界，揭露许多现象的本质和规律。观察是学习植物生物学的一种基本方法。通过认真细致地观察，了