植物的进化和系统发育

关于植物的进化和系统发育第一节植物进化的证据一、化石证据二、比较解剖学的证据三、个体发育中重演现象的证据四、生理生化的证据五、分子生物学证据第2页,共62页，2024年2月25日，星期天第二节植物进化的趋势和进化方式一、上升式进化二、下降式进化三、趋同进化四、趋异进化五、平行进化六、特化或专化七、渐变式进化与跳跃式进化ABBC12345678abcd第3页,共62页，2024年2月25日，星期天第三节生物进化的基本理论一、达尔文的自然选择学说二、现代遗传学对生物进化机制的一些解释遗传与变异的辩证统一是植物进化的根本动力自然选择是植物进化的基本规律人工选择可加速进化的进程隔离在植物进化中的作用三、单元起源和多元起源单元论多元论四、植物的个体发育和系统发育植物的个体发育植物的系统发育第4页,共62页，2024年2月25日，星期天第四节植物界的起源和进化一、地质年代与植物进化简史（见表14-1）藻菌时代:太古代到古生代志留纪晚期(28亿年)裸蕨植物时代:志留纪晚期或泥盆纪初期到中泥盆纪晚期(0.3亿年)蕨类植物时代:中泥盆纪晚期到早二叠纪(1.6亿年)裸子植物时代:古生代的早二叠纪到中生代的白垩纪早期(1.4亿年)被子植物时代:中生代末期的白垩纪以来第5页,共62页，2024年2月25日，星期天二、植物界的起源和进化简史（一）原核藻类的产生时间：35-33亿年前产生：厌氧异养原始生物含叶绿素a、具光系统I、不放氧的原核原藻类光合自养的原核蓝藻蓝藻产生的意义：产生氧气；形成臭氧层化学演化阶段生物演化阶段无机分子小分子有机物小分子有机物生物大分子生物大分子多分子体系多分子体系原始生命第6页,共62页，2024年2月25日，星期天（二）真核藻类的产生和发展时间：15-14亿年前祖先：原核生物通过真核鞭毛生物演化而来演化趋向：从单细胞到群体到多细胞；从简单到复杂；从游动到不能游动；从低级到高级；繁殖方式从营养繁殖到无性生殖到有性生殖；有性生殖从同配到异配到卵式生殖；生活史从具核相交替到世代交替、从同型世代交替到异型世代交替藻体的演化：单细胞具鞭毛群体多细胞体失去鞭毛丝状体、叶状体异丝体、枝状体绿球藻型多核体型第7页,共62页，2024年2月25日，星期天藻类的3条进化路线红色(蓝)路线:a+d路线杂色路线:a+c路线绿色路线:a+b路线第8页,共62页，2024年2月25日，星期天(三)裸蕨植物的产生和蕨类植物的起源和发展1.裸蕨植物----陆生植物的最早优胜者起源时间:距今4亿年前古生代志留纪晚期代表种类:莱尼蕨(Rhynia)裸蕨(Psilophyton)共同特征:无叶,仅具假根,茎2叉分枝,单中柱,孢子囊单生枝端,孢子同型裸蕨植物成功登陆原因水生藻类大发展含氧量增加加里东造山运动使陆地面积增大祖先:古代的绿藻类第9页,共62页，2024年2月25日，星期天2.裸蕨植物在植物系统发育和演化上的意义---揭示了高等植物营养体和孢子叶的发展和演化顶枝学说和突出学说第10页,共62页，2024年2月25日，星期天3.蕨类植物的起源和演化起源:裸蕨植物演化裸蕨类松叶蕨类石松类刺石松木贼类叉叶属古芦木原始蕨类真蕨类直接后裔原裸子植物第11页,共62页，2024年2月25日，星期天(四)苔藓植物的产生时间:距今3亿年前泥盆纪早期起源理论苔藓植物起源于绿藻(1)具有与绿藻相似的叶绿体和光合色素;(2)贮藏物为淀粉;(3)游动细胞具2条顶生鞭矛;(4)合子在配子体内发育;(5)原丝体类似于丝状绿藻;(6)藻苔的发现苔藓植物起源于裸蕨(1)地质年代记载晚于裸蕨;(2)裸蕨中的一些种类与苔藓植物有相似之处;(3)裸蕨中可看到有输导组织消失的情况;(4)真藓中有畸形的分叉孢子囊演化方式绿藻中的鞘毛藻苔类藓类轮藻藓类苔类裸蕨类角苔苔类藓类第12页,共62页，2024年2月25日，星期天(五)裸子植物的起源和发展1.裸子植物的祖先----原裸子植物主要特征:外形似蕨类,以孢子繁殖,次生木质部由具缘纹孔的管胞组成代表种类:无脉蕨(Aneurophyton)古蕨(Archaeopteris)第13页,共62页，2024年2月25日，星期天2.裸子植物演化过程中的重要类群种子蕨(Pteridospermae)本内苏铁(Bennettitinae)科得狄(Cordaitinae)第14页,共62页，2024年2月25日，星期天3.裸子植物的演化关系第15页,共62页，2024年2月25日，星期天(六)被子植物的起源和发展1.被子植物发生的地质时期

白垩级或晚侏罗纪2.可能的祖先

大多数学者认为被子植物起源于一个祖先,即原被子植物.原被子植物可能源于本内苏铁或种子蕨3.双子叶植物和单子叶植物的关系大多数学者认为单子叶植物是从已绝灭的原始草本双子叶植物演化而来第16页,共62页，2024年2月25日，星期天4.被子植物的发源地

绝大多数学者认为被子植物起源于热带或亚热带5.关于被子植物系统演化的主要学说恩格勒学派(假花说)毛茛学派(真花说)第17页,共62页，2024年2月25日，星期天第一节植物的起源与演化

一、生命的起源与原核生物的产生二、真核藻类的起源与演化三、蕨类植物和苔藓植物的发生与演化四、裸子植物的发生与演化五、被子植物的起源与演化六、被子植物的分类系统七第18页,共62页，2024年2月25日，星期天第一节植物的起源与演化45亿～50亿年前，地球表面冷却形成了地壳。

火山喷发使大气充满各种气体，可能包括CO2、甲烷、CO、N2、H2、NH3、H2S

。

南非东北部巴伯顿前寒武纪(Precambian)地层，杆状细菌型细胞称为Eobacteriumisolatum，蓝藻称为Archaeosphaeroides

barbertonensis。

一、生命的起源与原核生物的产生第19页,共62页，2024年2月25日，星期天植物演化地质年代表代纪世距今年代/百万年前优势植物新生代Cenozoic第四纪Quaternary现代12000年前有花植物第三纪

Tertiary更新世2.5上新世7.0中新世26渐新世38始新世54古新世65中生代Mesozoic白垩纪晚白垩世90被子植物形成优势被子植物起源，裸子植物繁盛早白垩世136侏罗纪晚侏罗世166早侏罗世190三叠纪晚三叠世200早三叠世225古生代二叠纪晚二叠世260蕨类植物及种子蕨繁盛早二叠世280第20页,共62页，2024年2月25日，星期天代纪世距今年代/(百万年前)优势植物古生代Paleozoic石炭纪Carboniferous晚石炭世325蕨类植物兴起，苔藓及裸子植物发生早石炭世345泥盆纪Devonian晚泥盆世360中泥盆世370早泥盆世395志留纪Silurian430简单维管植物，最早的蕨类奥陶纪Ordovician500藻类植物繁盛寒武纪Cambrian

570元古代太古代前寒武纪Precambrian570-15001500～5000细菌及蓝藻植物演化地质年代表---续第21页,共62页，2024年2月25日，星期天高等植物演化的地质年代表

返回第22页,共62页，2024年2月25日，星期天②细菌；①单核丝状蓝藻，与现代的颤藻属(Oscillatoria)和念珠藻属(Nostoc)相似；③真核真菌；④真核绿藻。二、真核藻类的起源与演化第23页,共62页，2024年2月25日，星期天距今6亿～20亿年间，海洋中充满了生物，包括了许多原始的动、植物类型。除志留纪(Silurian)、泥盆纪、二叠纪的冰川时期外，类似于现代的热带气候统治着整个世界，物种的大爆发就在这时发生。在寒武纪(Cambrian)、奥陶纪(Ordovician)以及志留纪的大部分时间，藻类一直在植物界里占优势，红藻、褐藻等许多与现在种类相似的类群已出现，绿藻的门类齐全。返回第24页,共62页，2024年2月25日，星期天志留纪和泥盆纪化石表明：松叶蕨、石松、楔叶以及原始蕨登陆成功。费氏藻(FritshiellatuberoseIyengar)Cooksonia莱尼蕨属(Rhynia)最早的木本植物瘤指蕨(Pseudosporochnus

nodosus)三、蕨类植物和苔藓植物的发生与演化第25页,共62页，2024年2月25日，星期天佛氏藻1.块状细胞群2.匍匐枝3.直立气生枝系4.丝状假根第26页,共62页，2024年2月25日，星期天无脉蕨(Aneurophyton)古蕨(Archaeopleris)最早的种子是在晚泥盆世发现的，被称为古籽(Archeosperma)。鳞木(Lepidodendron)芦木(Calamites)裸蕨类(Psilophyta)第27页,共62页，2024年2月25日，星期天苔藓植物的起源和演化

1．绿藻起源说费氏藻(Fritshiella

tuberoseIyengar)第28页,共62页，2024年2月25日，星期天A.植物体(1.茎；2.颈卵器；3.叶；4.鞭状枝);B.茎的横切面;C.叶(示3深裂)；D.叶的中部;E.叶的尖部;F—I.叶的横切面;J.叶基和茎的一部分(示粘液细胞)藻苔第29页,共62页，2024年2月25日，星期天

2．裸蕨退化说角蕨属(Hornea)莱尼蕨属(Rhynia)孢囊蕨属(Sporogonites)顶枝学说(TelomeTheory)好尼蕨属(Horneophton)返回第30页,共62页，2024年2月25日，星期天四、裸子植物的发生与演化古生代最显著的标志是：早泥盆世2500万年时间里由纤弱的维管草本发展出了森林乔木，二叠纪4500万年时间里的物种大灭绝。有花植物的孕育在三叠纪开始。

第31页,共62页，2024年2月25日，星期天白垩纪是第三个快速进化时期，原因：气候和地质的巨大变化，虫媒传粉盛行。白垩纪最为显著的特征：被子植物的散布和恐龙的灭绝。第32页,共62页，2024年2月25日，星期天

种子蕨的结构发展到现代被子植物的相应结构。

第33页,共62页，2024年2月25日，星期天

蕨类植物从志留纪、泥盆纪到全盛的晚石炭世，历时不下于0.8亿～1亿年。裸子植物从晚泥盆世到全盛的中生代，历时1.5亿年。被子植物起源的时代不迟于三叠纪。第34页,共62页，2024年2月25日，星期天A．植物体茎干由不分枝到多分枝；B．孢子叶由散生到聚生成各式孢子叶球；大孢子叶逐渐特化；C．雄配子体由吸器发展为花粉管；雄配子由游动的、多纤毛精子，发展到无纤毛的精核；D．颈卵器由退化发展到没有，等。裸子植物在系统发育过程中，主要演化趋势是：买麻藤纲是裸子植物中最进化的类群。第35页,共62页，2024年2月25日，星期天第36页,共62页，2024年2月25日，星期天

苛得狄第37页,共62页，2024年2月25日，星期天返回第38页,共62页，2024年2月25日，星期天五、被子植物的起源与演化（一）起源的时间1．古生代起源说认为被子植物起源于古生代二叠纪。2．白垩纪（或晚侏罗纪）起源说被子植物起源于白垩纪或晚侏罗纪。被子植物起源的时间似乎可以肯定，是在白垩纪以前的某个时期。第39页,共62页，2024年2月25日，星期天（二）发源地1．高纬度起源说希尔（Heer）的观点植物通过三个方面向南分布：（1）由欧洲向非洲南进；（2）从欧亚大陆向南发展到中国和日本，再向南伸展到马来西亚、澳大利亚；（3）由加拿大经美国进入拉丁美洲，最后扩散到全球。现在看来，这种主张证据是不足的。第40页,共62页，2024年2月25日，星期天2．中、低纬度起源说大多数学者支持被子植物起源于热带。大量被子植物化石在中、低纬度出现的时间实际上早于高纬度。现代被子植物的地理分布情况，同样说明植物可能起源于中、低纬度地区。雷文（Raven）和阿克塞尔罗（Axelrod）等人根据板块学说和古植物的证据，主张被子植物可能起源于西冈瓦纳板块的热带高地。，第41页,共62页，2024年2月25日，星期天（三）可能的祖先1．真花学说（EuanthiumTheory）认为被子植物的花是一个简单的孢子叶穗，它是由裸子植物中早已灭绝的本内苏铁目，特别是准苏铁（Cycadeothea）具两性孢子叶的球穗花进化而来的。孢子叶球上的苞片

被子植物的花被小孢子叶雄蕊大孢子叶雌蕊（心皮）孢子叶球的轴花轴第42页,共62页，2024年2月25日，星期天现代被子植物中的多心皮类，尤其是木兰目植物是现代被子植物的较原始的类群。真花说由毛茛学派建立。第43页,共62页，2024年2月25日，星期天第44页,共62页，2024年2月25日，星期天2．假花说（Pseudo-anthiumTheory）认为被子植物的花和裸子植物的完全一致，每一个雄蕊和心皮分别相当于1个极端退化的雄花和雌花，因而设想被子植物来自于裸子植物的麻黄类中的弯柄麻黄（Ephedracampylopoda）。雄花的苞片花被雌花的苞片心皮雄花的小苞片消失，剩下雄蕊雌花小苞片退化剩下胚珠第45页,共62页，2024年2月25日，星期天假花说由恩格勒学派的韦特斯坦（Wettstein）建立。现代被子植物的原始类群是单性花的葇荑花序类植物，有人甚至认为，木麻黄科就是直接从裸子植物的麻黄科演变而来的原始被子植物。

返回第46页,共62页，2024年2月25日，星期天六、被子植物的分类系统1．恩格勒的分类系统

德国植物学家恩格勒(Engler)和柏兰特（Prantl）于1987年在《植物自然分科志》一书中发表。将植物界分成13门，而被子植物是第13门中的一个亚门，即种子植物门被子植物亚门，并将被子植物亚门分成双子叶植物和单子叶植物二个纲，将单子叶植物放在双子叶植物之前。第47页,共62页，2024年2月25日，星期天恩格勒系统是根据假花说的原理，认为无花瓣、单性、木本、风媒传粉等为原始的特征，而有花瓣、两性、虫媒传粉的是进化的特征。第48页,共62页，2024年2月25日，星期天2．哈钦森被子植物分类系统英国植物学家哈钦森于1926年在《有花植物科志》一书中提出，1973年作了修订，从原来332科增加到411科。第49页,共62页，2024年2月25日，星期天该系统认为被子植物是单元起源的，双子叶植物以木兰目和毛茛目为起点，从木兰目演化出一支木本植物，从毛茛目演化出一支草本植物，认为这两枝是平行发展的。单子叶植物起源于双子叶植物的毛茛目，并在早期就分化为三个进化线：萼花群（Calyciferae）、瓣花群（Corolliferae）和颖花群（Glumiflorae）。第50页,共62页，2024年2月25日，星期天3．塔赫他间被子植物分类系统塔赫他间于1954年公布。他认为被子植物起源于种子蕨，并通过幼态成熟演化而成；草本植物由木本植物演化而来；单子叶植物起源于原始的水生双子叶植物的具单沟舟形粉的睡莲目莼菜科。第51页,共62页，2024年2月25日，星期天第52页,共62页，2024年2月25日，星期天4．克郎奎斯特被子植物分类系统克郎奎斯特分类系统是美国学者克郎奎斯特（Cronquist）1958年发表的。该分类系统亦采用真花学说及单元起源的观点，认为有花植物起源于一类已经绝灭的种子蕨；现代所有生活的被子植物亚纲，都不可能是从现存的其他亚纲的植物进化来的；木兰亚纲是有花植物基础的复合群，木兰目是被子植物的原始类型；葇荑花序类各目起源于金缕梅目；单子叶植物来源于类似现代睡莲目的祖先，并认为泽泻亚纲是百合亚纲进化线上近基部的一个侧枝。第53页,共62页，2024年2月25日，星期天返回第54页,共62页，2024年2月25日，星期天七、植物进化规律植物类群演化的趋势：由结构和功能简单和不分化向复杂、分化和完善演化。上升演化（upwardevolution）1．植物类群演化的趋势单细胞个体群体细胞分工、组织分化细胞裂殖无性繁殖和有性繁殖两种植物体一种植物体第55页,共62页，2024年2月25日，星期天下降演化（downwardevolution）:有些器官和组织的结构从复杂走向简单，如苔藓植物由孢子