第一章植物分类类群演化与地球环境

第一章植物分类类群演化与地球环境第1页，共91页，2023年，2月20日，星期一二、植物的生态作用1、平衡地球现代大气成分2、维护地球系统的生态平衡充当初级生产者,是食物链的基础联系非生物环境与高级消费者物质能量关系的重要环节强大的生态功能（涵养水源、保持水土、土地质量修复、清新空气、美化环境）第2页，共91页，2023年，2月20日，星期一3、植物对环境的指示作用植物化石对古环境的指示；植物对土壤特性的指示（酸碱性、肥力、水分、盐分、通气状况等）；植物的岩矿指示和构造指示；植物的气候指示性植物对环境质量或污染程度的指示；4、植物与人类生存植物栽培与繁育、人工育种、食物源第3页，共91页，2023年，2月20日，星期一高山环境与高山植物雪莲灵芝银剑第4页，共91页，2023年，2月20日，星期一点地梅云杉第5页，共91页，2023年，2月20日，星期一干旱环境与旱生沙生植物沙枣沙枣树第6页，共91页，2023年，2月20日，星期一仙人球骆驼刺梭梭第7页，共91页，2023年，2月20日，星期一盐生环境与盐生植物海蓬子海蓬子(Calicorniabiglovii)

生态作用改良土壤条件大量吸收CO2固碳5200千克/hm

有效根除养殖带来的对海水的有机污染

产食用油嫩茎中含有很高的生物碱，具药用价值第8页，共91页，2023年，2月20日，星期一水生环境与水生植物睡莲科，水生植物。叶两型，分沉水叶与浮水叶。浮水叶全缘，绿色近革质；沉水叶膜质。花黄色漂浮水面。分布于华东、华南、东北。野生于池塘、湖边沼泽地，也可栽培供观赏。萍蓬草第9页，共91页，2023年，2月20日，星期一三、植物地理学研究对象研究生物圈中各种植物和各种植被的地理分布规律、生物圈各结构单元（各地区）的植物种类组成、植被特征及其与自然环境之间的相互关系的科学。第10页，共91页，2023年，2月20日，星期一（1）种群分布

植物种和植物群落的分布格局（2）植被类型及分布

植被类型与温度带植被类型与干湿带植被类型与地形地貌植被类型与土壤带（3）植物区系区系成分、区系范围、区系特点、区系演化、区系划分等第11页，共91页，2023年，2月20日，星期一四、植物地理学发展简史（一）古代植物地理知识的萌芽《诗经》(公元前六世纪以前)——描述了山地与平原植物类型的不同及某些相似植物的不同生境。《考工记》(公元前六世纪)——指出因地形、气候差异，中国植物分布存在南北界限《管子·地员》(公元前五世纪)——认识到山地植物的垂直分布现象以及阴、阳坡的差异；列举了从水中到陆地依次更替的12种植物《尚书·禹贡》(公元前三世纪)——记载了植被水平地带分布《植被历史》《关于植被的论文》(公元前334～前332年)——泰奥弗拉斯托随亚历山大大帝东征印度，对沿途观察到的植被(草原、荒漠和热带森林)变化进行的记述。《南方草木状》(东晋时期)——提出南岭为中国植物分布的一条重要界限第12页，共91页，2023年，2月20日，星期一（二）近代植物地理学的建立背景：18世纪末和19世纪初，一些欧洲国家，为了寻找工业原料和海外市场，多次派出有自然科学家参加的考察队，进行世界范围的大规模考察。这些考察不断发现和记录新的植物种和植被现象，从而为植物地理学的建立和发展奠定了基础。植物地理学的建立：洪堡德在做了大量野外考察，特别是1799～1804年的南美、中美之行的基础上，把植物地理的知识系统化，为植物地理学的建立奠定了基础，被称为“植物地理学之父”。第13页，共91页，2023年，2月20日，星期一洪堡德植物地理学成就提出了植物地理学的概念指出了植物分布对气候的依赖性山地上部垂直带与北方平原植被带的相似性指出垂直带系统在热带、温带和寒带气候的山地具有不同的结构分析了地球历史在植物现代分布中的意义提出存在植物种的起源中心和由中心向外散布的植物学思想提出了植物外貌的概念，认为外貌表现植物生活地方的自然地理特性，并分出19个植物外貌形式，成为后来的生活型概念的开端。第14页，共91页，2023年，2月20日，星期一洪保德(AlexandervonHumboldt)指出植物地理学是研究“从赤道到极圈，从海洋深处到永久雪线以下植物的数量、外貌和分布”。其对象不是孤立的植物个体，是决定自然面貌的植物整体——植被。植物地理学德堪多的《植物地理学》格里泽巴赫的《地球植被》席姆佩尔的《生理学基础上的植物地理学》，形成了传统的“生态植物地理学”方向。达尔文进化论思想柯本以植被为基础的气候分类

道库恰耶夫自然地带学说

第15页，共91页，2023年，2月20日，星期一（三）20世纪60年代以来植物地理学发展在60年代和70年代初，韦格纳“板块构造说和大陆漂移理论”广泛为生物地理学家所接受，解释了许多植物的分布现象，并使传统的“历史植物地理学”发生了革命，促使学者们重新考虑植物分布类型。麦克阿瑟的岛屿生物地理理论成为植物地理学进一步发展的重要理论基础之一。主要观点：岛屿上的生物种的数目，与它们的系统发生的亲合性无关，而与该岛屿距离种源（大陆）的远近和岛屿面积的大小相关。

20世纪70年代以后，以“生物地理学”命名的著作增多，植物地理学内容更丰富，阐述更精确。由定性走向定量(植物分布区的不同部分数量的估算；具有地区特征的种或群落定量鉴定等)统计技术提高了调查分析结果的精确性理论(数学)模型下植被类型动态预测野外示范试验和室内实验第16页，共91页，2023年，2月20日，星期一五、植物地理学研究的基本内容区系植物地理学生态植物地理学历史植物地理学陆地植物和植物群落的分布及其环境种属和群落层次上地理学与植物生理学成就的结合研究植被的时间发展规律第17页，共91页，2023年，2月20日，星期一第一章植物分类类群、演化与地球环境第18页，共91页，2023年，2月20日，星期一一、植物分类基础知识（一）生物分界学说简介二界系统（林奈,1735）:动物界(Animalia)、植物界(Plantae)2.

三界系统（Haeckel,1866）植物界(Animalia)动物界(Plantae)原生生物界(Protista)第一节植物分类与植物系统进化第19页，共91页，2023年，2月20日，星期一3.四界系统（Copeland,1938;Whittaker,1959;Leedale,1974）植物界(Plantae)动物界(Animalia)

（除原生动物外）原核生物界(Monera)（原生动物、细菌和蓝藻）真菌界(Fungi)4.五界系统(Whittaker,1969)植物界(Plantae)动物界(Animalia)原生生物界(Protista)（包括原生动物，单细胞藻类、粘菌等）真菌界(Fungi)（包括真菌和酵母等）原核生物界(Monera)（细菌和蓝藻等）第20页，共91页，2023年，2月20日，星期一五界系统（三个层次，三种营养方式）第21页，共91页，2023年，2月20日，星期一1.物种种——起源于共同祖先，形态与生物学特性相似的植物个体的组合。基本进化单位

基本分类单位

2.植物分类的原则和依据原则：客观反映亲缘关系和进化过程。依据：人为标准——形态+人为标准——形态+人为标准+其他（二）植物分类原则、单位、命名第22页，共91页，2023年，2月20日，星期一

按形态结构特点低等植物：植物体结构简单，无根茎叶分化（藻类、菌类及地衣）高等植物：植物体有根茎叶分化（苔藓、裸子植物和被子植物）按繁殖器官及繁殖方式隐花植物：以孢子繁殖新个体（菌类、藻类、地衣、苔藓、蕨类植物）显花植物：以种子繁殖产生新个体（裸子植物、被子植物）常见的植物分类第23页，共91页，2023年，2月20日，星期一

按维管束系统植物体内由初生韧皮部和木质部及其周围紧接着的机械组织构成的束状组织，称维管束系统。维管束植物(vascularplants)：（蕨类植物和种子植物）非维管束植物(non-vascularplants)：（藻、菌、地衣、苔藓）

按胚珠位置胚珠是种子植物的大孢子囊，即发育成种子的结构。裸子植物：胚珠裸露被子植物：胚珠具包被，开花过程非常明显，具有真正的花第24页，共91页，2023年，2月20日，星期一

按光合作用色素藻类植物分门的主要依据。光合作用色素是植物的特有成分，在菌类、藻类中，色素的成分差异较大。

按生态环境水生植物陆生植物湿生植物中生植物旱生植物第25页，共91页，2023年，2月20日，星期一3.植物的命名二名法（又称双名法binomialnomenclature):林奈(CarlvonLinne,瑞典)首创用两个拉丁字（或拉丁化形式的字）构成的某一物种的学名的方法。第一个字为属名(名词)，第二个字为种名(形容词)+命名人

南京丽藻

Nitellananjingensis

HanetG.X.

桃Prunuspersica

L.第26页，共91页，2023年，2月20日，星期一三名法(trinomialnomenclature):

用三个拉丁字表示属名、种名、亚种或变种的命名法变种（variety,缩写为var.)蟠桃Prunuspersica

pressaBean亚种(subspecies,缩写为subsp.,ssp.)风车草Cyperusalternifolius

ssp.flabelliformis

第27页，共91页，2023年，2月20日，星期一4.植物界的分类分类等级界(Kingdom)门(Phylum)纲(Class)目(Order)科(Family)属(Genus)种(Species)

第28页，共91页，2023年，2月20日，星期一二、植物界大类群（一）原核生物细菌门（Bacteriophyta）（Schizomycophyta）蓝藻门（Cyanophyta)第29页，共91页，2023年，2月20日，星期一（1）细菌的一般特征最古老的微小的单细胞生物（平均体长2~3μm,宽0.5μm）；无细胞核，绝大多数不含叶绿素；形态结构简单。一般只有球状(球菌coccus),杆状(bacillus)和螺旋状(spirilla)细菌细胞壁成分为粘质复合物。细菌门（Bacteriophyta）（Schizomycophyta）第30页，共91页，2023年，2月20日，星期一地球生命的先锋地球物质循环的重要参与者（分解动植物残体、参与C，N，P，S等的循环过程）；农业上的有益菌：固氮菌、磷细菌、土壤其他细菌（改善土壤结构、提供植物生长需要的营养盐等）；工业微生物：发酵、酿酒、制糖等；医药方面：生产各种酶制剂、活菌制剂等；环境保护方面：污染治理、污染监测有害菌：痢疾、伤寒、霍乱等人畜家禽流行病（2）细菌在自然界中的作用第31页，共91页，2023年，2月20日，星期一球菌杆菌螺旋菌第32页，共91页，2023年，2月20日，星期一蓝藻门（Cyanophyta)可进行简单的光合作用：没有叶绿体，但含有叶绿素a，β－胡罗卜素、藻胆素(蓝藻素)。单细胞生物，无细胞核膜，无核仁和核膜分化细胞壁由纤维素(内层)，果胶质(外层)组成；营养繁殖和孢子繁殖（1）蓝藻的一般特征第33页，共91页，2023年，2月20日，星期一

种类多，分布广，喜潮湿和阳光;

水生蓝藻多喜生于有机质丰富的碱性水体(表水、近岸、小型湖泊);

是水体富营养化的标志（水华/赤潮）;

农业上固氮，增加土壤有机质;（2）蓝藻与自然环境第34页，共91页，2023年，2月20日，星期一微囊藻项圈藻鱼腥藻颤藻螺旋藻第35页，共91页，2023年，2月20日，星期一（二）真核藻类、真菌、地衣藻类(Algae)真菌门(Eumycetes)地衣门(Lichenes)第36页，共91页，2023年，2月20日，星期一藻类(Algae)（1）藻类植物主要特征细胞具有核、线粒体、质体等细胞器；具有光合作用色素（叶绿素a）和其他色素；无真正的根茎叶分化；繁殖方式多样；合子萌发后要脱离母体，不能形成胚；第37页，共91页，2023年，2月20日，星期一（2）藻类与环境分布广泛，但以水生为主藻类对环境具敏感指示作用藻类数量、种类是水产业中简单划分水质等级(肥、活、嫩、爽等级)的依据可作为水体生态环境退化的标志净化污染水体第38页，共91页，2023年，2月20日，星期一藻类过度繁殖第39页，共91页，2023年，2月20日，星期一（3）藻类的经济意义食用：螺旋藻(Spirulina),发菜(Nostocflogelliforme),海带，紫菜，石花菜，麒麟菜等；养殖业天然饵料；提取工业、医药成分（藻胶酸、琼胶、卡拉胶、碘化钾等）；藻类化石是探矿的重要指示生物。第40页，共91页，2023年，2月20日，星期一真菌门(Eumycetes)(Fungi)（1）一般特征真菌营养体一般是由向四周伸展的菌丝(hyphae)构成菌丝体(mycelium);无叶绿素，属异养型;细胞壁成分为多糖类的几丁质;孢子繁殖第41页，共91页，2023年，2月20日，星期一（2）真菌在自然界中的作用重要的分解者食用：蘑菇、香菇、木耳、银耳等；药用：冬虫夏草、竹黄、茯苓、灵芝等酿造：酵母、曲霉、毛霉、根霉等；有害菌：第42页，共91页，2023年，2月20日，星期一高山蘑菇残托斑毒伞灵芝冬菇牛肝菌第43页，共91页，2023年，2月20日，星期一地衣植物门(Lichens)（1）地衣的一般特征真菌和藻类的共生体；地衣形态几乎完全由真菌决定（壳状、叶状、枝状）耐极端环境喜光耐干旱：悬崖峭壁、树皮、沙漠等地方有分布;耐寒性强：高山雪线、冻土带、南北极等有地衣生长.第44页，共91页，2023年，2月20日，星期一叶状地衣壳状地衣太空中存活的地衣筒状地衣文字地衣枝状地衣第45页，共91页，2023年，2月20日，星期一（2）地衣在自然界中的作用先锋植物：生长于峭壁和岩石上的地衣,能分泌地衣酸,是岩石表面逐渐龟裂和破碎,促进岩石分化成土过程,为植物生长开路;环境污染的指示生物：对SO2反应敏感;药用、食用：地衣酸抗菌作用,地衣多糖的抗癌作用;石耳、石蕊等可食用;高山苔原的地衣是鹿等动物的饲料;工业原料：化学指示剂、定香剂、化装品、杀菌剂、染料等;有害地衣：冷杉树冠上挂满松萝,导致树木死亡.第46页，共91页，2023年，2月20日，星期一（三）苔藓和蕨类植物苔藓植物门(Bryophyta)蕨类植物门(Pteridophyta)第47页，共91页，2023年，2月20日，星期一苔藓植物门(Bryophyta)（1）苔藓植物的一般特征有茎、叶分化,但无根的分化，没有完善的维管束多细胞结构的生殖器官：颈卵器(archegonium)精子器(antheridium),故又称颈卵器植物(Archegoniatae)合子萌发不离开母体,并形成胚,故又与蕨类、种子植物合称为有胚植物(embryophyta)配子体发达,在世代交替中占优势,孢子体退化,这一点与其他陆生高等植物不同矮小，喜阴暗潮湿的环境第48页，共91页，2023年，2月20日，星期一（2）苔藓植物的代表类群苔纲(Hepaticae)

植物体有背腹之分，两侧对称；茎不分化为中轴；叶不具中肋成熟的孢蒴多纵裂地钱(Marchantia)角苔(Anthoceros)藓纲(Musci)

植物体无背腹之分，辐射对称；茎有中轴分化；叶具中肋成熟的孢蒴多盖裂泥炭藓(Sphagnum)黑藓(Andreaea)葫芦藓(Funaria)第49页，共91页，2023年，2月20日，星期一东亚叶角苔第50页，共91页，2023年，2月20日，星期一截頭葉苔第51页，共91页，2023年，2月20日，星期一地钱第52页，共91页，2023年，2月20日，星期一泥炭藓(泥炭藓科)Sphagnumpalustre第53页，共91页，2023年，2月20日，星期一日本立碗藓(葫芦藓科)

Physcomitriumjaponicum

(土生藓类)第54页，共91页，2023年，2月20日，星期一岩生黑藓(黑藓科)Andreaearupestris

(耐干旱植物)第55页，共91页，2023年，2月20日，星期一（3）苔藓植物在自然界的作用植物界的拓荒者之一；保持水土的作用；指示森林类型；环境污染的重要指示生物（对土壤、大气污染有敏感的指示作用）经济用途：药用、燃料、肥料等。第56页，共91页，2023年，2月20日，星期一蕨类植物门(Pteridophyta)（1）蕨类植物的主要特征有根茎叶分化；有维管束系统（原始的维管植物）；配子体产有颈卵器和精子器；具有独立生活的配子体和孢子体，区别其他高等植物。孢子体占优势，配子体逐渐退化。孢子囊成群着生于叶第57页，共91页，2023年，2月20日，星期一（2）蕨类分类松叶蕨纲(Psilotinae,裸蕨纲):

原始陆生植物类群无根匍匐根状茎直立气生枝，气生枝二叉分松叶蕨(Psilotum)

石松纲(Lycopodinae)

有根小型叶，鳞片状突起，螺旋状排列茎二叉分孢子囊生于孢子叶上或腋部石松(Lycopodium):强酸性土壤的指示生物卷柏(Selaginella)：特别耐旱，还魂草第58页，共91页，2023年，2月20日，星期一

木贼纲(Equisetinae)有根茎叶分化小型叶，环生节上茎有明显的节与节间，节间中空木贼(Equisetum)节节草(E.ramosissimum)问荆(E.arvense)真蕨纲(Filicinae)根茎叶分化明显多为根状茎大型叶，并分化为叶柄和叶片。瓶儿小草(Ophioglossum)观音座莲(Angiopleris)萍(Marsilea)芒萁(Dicranopteris)瓦韦(Lepisorus)第59页，共91页，2023年，2月20日，星期一水韭纲(Isoetinae)茎短粗似块茎状叶细长丛生，螺旋状紧密排列，近轴面具叶舌，有大小孢子叶两种叶水生或沼泽生中华水韭(Isoetessinensis):珍稀频危植物第60页，共91页，2023年，2月20日，星期一松叶蕨第61页，共91页，2023年，2月20日，星期一石松(Lycopodium)第62页，共91页，2023年，2月20日，星期一卷柏(Selaginella)第63页，共91页，2023年，2月20日，星期一问荆(EquisetumramosissimumDesf.)木贼(Equisetum)节节草E.ramosissimum第64页，共91页，2023年，2月20日，星期一观音座莲蕨(Angiopleris)芒萁(Dicranopteris)瓦韦(Lepisorus)第65页，共91页，2023年，2月20日，星期一中华水韭(Isoetessinensis)

第66页，共91页，2023年，2月20日，星期一（3）蕨类在自然界中的作用及经济意义蕨类植物登陆，代表陆地生物圈开始辉煌；形成地质时代的煤层；药用、食用、观赏；工农业原料：第67页，共91页，2023年，2月20日，星期一（四）种子植物裸子植物门(Gymnospermae)被子植物门(Angiospermae)第68页，共91页，2023年，2月20日，星期一裸子植物门(Gymnospermae)（1）主要特征孢子体特别发达，都是多年生木本植物；大型叶簇生枝顶，多为针形、条形或鳞片形，极少数为扁平宽叶；胚珠裸露，有大小孢子叶具有颈卵器结构；传粉时花粉直达胚珠；具有多胚现象。第69页，共91页，2023年，2月20日，星期一铁树纲(Cycadopsida):铁树(Cycasrevoluta)

营养叶羽状深裂，聚生于不分枝的树干顶部或块茎上银杏纲(Ginkgopsida):

单种纲——银杏(Ginkgobiloba),孑遗植物叶扇形，二裂，二叉脉序松柏纲(Coniferopsida)

孢子叶常排成球果状叶多为针形茎多分枝，具树脂道第70页，共91页，2023年，2月20日，星期一苏铁(Cycasrevoluta)雄铁树雌铁树第71页，共91页，2023年，2月20日，星期一银杏(Ginkgobiloba)银杏、俗称白果树，又叫公孙树。属裸子植物门、银杏目，是古代孓遗植物，有活化石之称。第72页，共91页，2023年，2月20日，星期一马尾松落叶松雪松青杄云杉松科第73页，共91页，2023年，2月20日，星期一水杉水松柳杉杉科第74页，共91页，2023年，2月20日，星期一侧柏圆柏杜松柏科第75页，共91页，2023年，2月20日，星期一被子植物门(Angiospermae)（1）被子植物的主要特征具有真正的花孢子体高度分化，组织分工完善，具有导管。胚珠包藏在由1个心皮（大孢子叶）或几个心皮结合成的子房内。子房受精后，继续发育，形成果实(fruit)。植株形态、生境、营养及传粉方式的多样化。双受精现象（doublefertilization）。第76页，共91页，2023年，2月20日，星期一（2）被子植物分类双子叶植物纲(木兰纲)单子叶植物纲(百合纲)胚一般具2片子叶胚内仅具1片子叶主根系发达多为直根系主根不发达，由多数不定根形成的须根系茎内维管束环状排列具有形成层茎内维管束散排列，无形成层，通常不能加粗叶脉：网状叶脉叶脉：平行脉或弧形脉花部通常5或4基数，极少3基数花部通常3基数，极少4基数,决无5基数花粉具有3个萌发孔花粉具单萌发孔第77页，共91页，2023年，2月20日，星期一三、植物的个体发育与系统发育个体发育——生物从生命的某个阶段开始（种子），经过一系列形态变化和生理变化（萌发、生长、分化、发育、成熟、生殖等），再回到开始的发育阶段（产生第二代种子）的全过程。1、植物个体发育第78页，共91页，2023年，2月20日，星期一系统发育一种生物或一个生物类群在地球环境中发生、发展、衰亡的整个历史过程。（从无到有；从小到大）植物或植物类群的长期进化过程。2、植物系统发育第79页，共91页，2023年，2月20日，星期一二者共同推进生物进化个体发育是基础（遗传、变异、适应、发展进化）个体发育受系统发育的影响和制约个体发育周期相对较短，系统发育周期漫长3、个体发育与系统发育的关系第80页，共91页，2023年，2月20日，星期一第二节植物进化与地球环境菌藻植物时代（35亿年～4亿年）蕨类植物时代（4亿年～2.4亿年）裸子植物时代（2.4亿年～1亿年）被子植物时代（1亿年～现代）地球-生命耦合系统第81页，共91页，2023年，2月20日，星期一植物界进化年代表代纪同位素年龄（百万年）植物化石的记录新生代第四纪第三纪老第三纪2.52567被子植物繁荣（新植代0.65亿年以后）中生代白垩纪137裸子植物乃盛,被子植物兴起（中植代2.4-1亿年）侏罗纪三叠纪195230裸子植物繁荣（中植代2.4-1亿年）古生代二叠纪石炭纪285350蕨类植物繁荣（古植代4-2.4亿年）泥盆纪志留纪400440蕨类植物兴起，苔藓植物出现蕨类植物出现（古植代4-2.4亿年）奥陶纪寒武纪500570真核藻类（始植代10-4亿年）元古代2500细菌和蓝藻（原植代32-10亿年）第82页，共91页，2023年，2月20日，星期一一、菌藻植物时代（35亿年～4亿年）地质时代：隐生宙～早古生代。6亿年前属隐生宙（元古代、太古代），6～4亿年为早古生代阶段（寒武纪～志留纪），对应于植物演化的原植代（10亿年前）和始植代（10～4亿年）。最早的生物化石：细菌化石：32亿年前的非洲地层；藻类化石：18亿年前西澳大利亚地层。第83页，共91页，2023年，2月20日，星期一地球生物环境(1)原始细菌—异养生物，通过无氧呼吸，消耗早期地球上的有机物。(2)突变和自然选择，分化出自养型生物—蓝藻类原核生物。利用太阳光能，以无机物为原料合成有机物