植物

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植物
化石時期: 520–0Ma
寒武紀-現在,詳見文中
植物
植物
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科學分類
域: 真核生物域 Eukarya

双鞭毛生物 Bikonta

界: 植物界 Plantae
Haeckel, 1866[1]

綠藻植物(也可歸於原生生物界

有胚植物

織絲植物門 Nematophyta(?)

植物生命的主要形態之一,並包含了如乔木灌木藤類青草蕨類綠藻等熟悉的生物種子植物苔蘚植物蕨類植物擬蕨類等植物,據估計現存大約有 350000個物種。直至2004年,其中的287655個物種已被確認,有258650種開花植物15000種苔蘚植物(参见条目中表格)。 綠色植物大部份的能源是經由光合作用太陽光中得到的。

定義[编辑]

亞里斯多德將生物區分成植物(通常是不移動的)和動物(時常會移動去獲取食物)兩種。在林奈系統裡,則被分為了植物界動物界。後來,人們漸漸了解過原本定義的植物界中包含了數個不相關的類群,並將真菌和數種藻類另行獨立而成新的生物。然而,對於植物仍然有許多種看法,不論是在專業上的,還是在一般大眾的眼中來看。而也確實,若試圖要完美地將「植物」放至單一個分類裡是會發生問題的,因為對於大多數的人而言,「植物」這一詞對現今分類學系統分類學所立基的種系發生學的概念之間的關連性並不是很清楚。

當使用植物界此一特定的分類時,通常會是指三種概念的其中一種。由小至大,這三個類群為:

一般在非學術的場合裡,其他可以进行光合作用的生物也會被稱做植物,但它們無法組成一種分類,並且有些物種和真正的植物之間並無很近的關連性。大約有375000種植物,且每年都會有更多的物種在科學界裡被發現到且描述。

藻類[编辑]

藻類是由數種可以經由光合作用產生能量的不同類群生物所組成的,但大多數的藻類並不被歸類在植物界裡,而是被歸類在原生生物界裡。大多數可見的藻類都是海苔,一種類似陸生植物的多細胞藻類,一般屬於綠藻紅藻褐藻等藻類。這些藻類和其他的藻類類群也都包含了許多種單細胞生物。

有胚植物是由綠藻(綠藻門)演化而來的;這兩個類群被合稱為綠色植物,植物界通常是指此一單系群。除了有部份的綠藻例外之外,其細胞壁都含有纖維素和有著叶绿素a和叶绿素b的葉綠體,並且以澱粉的方式來儲存食物。以沒有中心粒的方式行有絲分裂,且一般具有平滑的嵴的粒線體

綠色植物的葉綠體被圍繞在兩個細胞膜裡面,一般據此猜測葉綠體是由被吞噬的藍菌在細胞內共生而來的。紅藻內的葉綠體也是一樣的,且一般相信這兩個類群有著共同的祖先(見泛植物)。相對的,大多數其他藻類的葉綠體則有被圍繞在三個或四個細胞膜裡面的,它們和綠色植物之間的關係並不相近,據推測,可能是由吸收或吞噬共生掉綠藻和紅藻而得來的。

真菌[编辑]

在歷史上,真菌曾被認為和植物的關係相近,甚至曾被植物學家認為就是一類植物,但真菌其实是单鞭毛生物,而植物却是双鞭毛生物。不同於有胚植物和藻類,真菌不进行光合作用,而是屬於腐生生物——經由腐化並吸收周圍物質來獲取食物。大多數真菌是由被稱為菌絲的微型構造所構成的,這些菌絲或许不被视为細胞,但却有著真核生物細胞核。成熟的個體(如最為人熟悉的)是它們的生殖器官。它們和任何可行光合作用的生物都不相關,反而跟動物很亲近,两者同属后鞭毛生物。因此,真菌被归类自成一界。

虽然很早就已經知悉真菌和動物的演化關係比植物要來得相近,但很長的一段時間里,植物學入門对它們的介绍仍然比動物學入門要深入得多。

多樣性[编辑]

據估計,現存大約有350000個植物物種,被分類為種子植物苔蘚植物蕨類植物拟蕨类植物。直至2004年,其中的287655個物種已被確認,有258650種開花植物、16000種苔蘚植物、11000種蕨類植物和8000種綠藻

植物界的多樣性
非正式的類群 物種數量
綠藻 綠藻門 3,800 [2]
輪藻門 4,000 - 6,000 [3]
苔蘚植物 地錢門 6,000 - 8,000 [4]
角苔门 100 - 200 [5]
苔蘚植物門 10,000 [6]
蕨類植物 石松門 1,200 [7]
蕨類植物門 11,000 [7]
種子植物 蘇鐵門 160 [8]
銀杏門 1 [9]
松柏門 630 [7]
買麻藤門 70 [7]
被子植物門 258,650 [10]


種系發生[编辑]

由 Kenrick 和 Crane 所提出的種系發生[11]如下,其中的蕨類植物門經過 Smith et al. 的修正[12]綠色鞭毛藻綱是所有綠色植物的外類群



綠色鞭毛藻綱



链型植物

有胚植物

Stomatophytes

多孢植物

維管植物
真維管植物
真叶植物
Lignophytia

種子植物



前裸子植物纲



蕨類植物門


真蕨綱



合囊蕨綱



木賊綱



松葉蕨綱



枝蕨綱





石松

石松門



工蕨科





萊尼蕨門 †





阿格勞蕨屬



羊角蕨綱





苔蘚植物門



角苔门





地錢門





輪藻門





綠藻門


Trebouxiophyceae (Pleurastrophyceae)



綠藻綱




石蓴綱





有胚植物[编辑]

軟樹蕨樹蕨的一種物種。

一般人所熟悉的多細胞陸生植物為有胚植物。其中包括擁有完整系統的維管植物以及部份近親,一般稱之為苔蘚植物,以苔蘚植物門地錢門的植物最為常見。

這類植物都有著以纖維素組成的細胞壁所包圍的真核細胞,且大部份經由光合作用(利用二氧化碳合成食物)來取得能量。約有三百種左右的植物物種不行光合作用,而是寄生在其他行光合作用的植物物種上。有胚植物和綠藻不同,有著被非生殖組織保護著的特化生殖器官。

苔蘚植物出現於古生代初期,只能生活在有一定時期裡潮濕的環境之中,雖然有些物種比較耐旱。大多數的苔蘚植物一生的體形都很小。它們在兩個階段之間做世代交替:被稱之為配子體單倍體階段和被稱之為孢子體雙倍體階段。孢子體的生存期間很短,且必須生活在其母配子體上。

維管植物出現於志留紀時,且到了泥盆紀時已分歧並分散到許多種不同的陸上生態中。它們有很多種適應的型態,允許它們能夠克服苔蘚植物的極限。角質層能幫植物對抗乾燥,而維管束則能將水份輸送到整個生物身內。維管植物的孢子體一般是獨立的植物個體,而配子體只做為生殖細胞短期出現。

最早的種子植物-種子蕨和荷達樹(現在都已經絕種了)出現於泥盆紀晚期並於石炭紀時開始分歧,之後經過二疊紀三疊紀而有了更多的演化。此類物種的配子體階段完全地退化了,而其孢子體則是以通過花粉受精,長在母植物上的種子開始成長。不像其他如蕨類等維束植物一般因為以孢子繁殖而需要濕度來助其生長,一些種子植物甚至可以在極端乾燥的環境下存活並繁殖後代。

早期的種子植物為裸子植物,其胚胎在受精時還没有被特殊的結構包圍,花粉直接落在胚胎上頭。現今留存下來的四個類群依然普遍地分佈於世界各處,尤其是松柏門在某些環境中會是優勢的樹種。被子植物是最後出現的植物類群,於侏羅紀時由裸子植物中演化出來,並於白堊紀時迅速地分歧出許多物種。此類植物的胚胎被組織包圍,因此花粉需長出一個管道來穿透種皮。在現今大多數的生態環境裡,被子植物是最主要的一種類群。

化石[编辑]

植物的化石包括根、木、葉、種子、果實、花粉孢子植石琥珀。化石陸上植物在陸地上、湖泊中、河流裡以及近海內的地層都有被發現到。花粉孢子和藻類(溝鞭藻門疑源類)被用來界分地層岩石的順序。殘留的植物化石並不如動物化石那麼普遍,然而植物化石在世界上許多地區之內,都可以有大量的發現。

最早可以被明確歸類於植物界的化石是在寒武紀時的綠藻化石。這些化石像是絨枝藻目鈣化了的多細胞成員。更早的前寒武紀化石中有發現像是單細胞綠藻的化石,但依然不確定是何種藻類。

有胚植物現知最古老的生痕化石源自於奧陶紀,雖然此類的化石是零碎不全的。到了志留紀才有完整個化石被保留下來,包括石松門的「刺石松」。泥盆紀之後,萊尼蕨門的詳細化石在此時期被發現,此化石顯示出了其植物組織的單一個細胞。泥盆紀時亦出現了被認為是最古老樹木的植物「古羊齒屬」,此類植物在其樹幹上有蕨葉,但此蕨葉不會產生孢子。

煤系地層是生存於古生代時的植物的化石的主要來源。煤炭礦是採集化石最好的場所,而且本身便是化石植物的殘留,雖然植物化石的結構細節很少會留在碳中。在蘇格蘭格拉斯哥維多利亞公園中的化石森林裡,有發現鱗木的樹幹。

松柏和開花植物的根、莖及枝幹的化石可以在湖泊及海岸的中生代新生代地層中被找到。加州紅木木蘭櫟樹棕櫚樹等化石常被找到。

石化木普遍存在於世界的部份地區,且最常在酸性及沙漠地區中所發現,因為那些地方很容易因侵蝕作用而暴露。石化木通常都被嚴重地矽化(有機質被 二氧化矽取代),且生殖組織常會被保存在良好的狀態。此類的樣本有些會使用寶石雕琢的裝置來切割及磨光。石化木的石化林已在每個大陸中被發現。

舌羊齒屬等種子蕨的化石廣泛分佈在南半球的數個大陸中,此一事實支持了阿爾弗雷德·魏格納所提出的大陸漂移學說

生命過程[编辑]

成長[编辑]

植物大多數固態物質是從大氣層中取得。經由一個被稱為光合作用的過程,植物利用 陽光裡的能源來將大氣層中的二氧化碳轉化成簡單的。這些糖分被用做建材,並構成植物主要結構成份。植物主要依靠土壤做為支撐和取得水份,以及等重要基本養分。大部份植物要能成功地成長,也需要大氣中的氧氣(做為呼吸之用)及根部周圍的氧氣。不過,一些特殊維管植物如紅樹林可以讓其根部在缺氧環境下成長。

運輸[编辑]

關於植物體內運送無機鹽的途徑,詳見植物體無機鹽運送途徑

葉子是植物行使光合作用的主要部位。

影響成長的因素[编辑]

植物的基因會影響其成長,如大麥的一些選種可以快速地成長,在110天內成熟,而其他的在相同的環境下,則成長地較慢且會在155天內成熟。[13]

成長亦由環境因子所決定,如溫度和土壤中的養分等。這些外部環境的任何改變都會影響到植物的成長。

其他的生物亦會影響植物的成長。

  • 植物會和其他植物競爭空間、水份、光線和養分。植物可以擁擠到沒有單一個體能有正常的成長。[13]
  • 許多植物依靠鳥類和昆蟲來受粉。
  • 草食動物可能會影響植被。
  • 土壤的肥沃度會被細菌及真菌的活動影響。
  • 一些細菌、真菌、病毒、線蟲和昆蟲會寄生在植物上。
  • 一些植物根部需要和真菌相關連以維持正常的成長。[13]

簡單的植物如藻類的個體的生命很短,但其群體一般會是季節性的。其他的植物則可以依其季節性成長的樣式分成如下數種:

在維管植物中,多年生植物包括常綠植物之類會一整年長著葉子的植物,以及落葉植物之類會在某些時節落下葉片。在溫帶和極北等氣候區中,植物通常會被冬天時落下葉子;而許多的熱帶植物則會在乾季時落葉。

植物的成長率變動得極大。一些苔蘚的成長速率少於 0.001 mm/h ,而大部份的樹木的成長速率則為 0.025-0.250 mm/h 。一些爬藤如不需要支撐的組織,成長速率可能可以達到 12.5 mm/h 。

植物依靠抗凍蛋白熱誘蛋白和糖份(一般是蔗糖)來在脫水等厭迫中保護其自己。LEA蛋白會被厭迫所誘發,並保護其他蛋白質不因乾燥和結凍而結成一團。[14]

生態[编辑]

陸生植物和藻類所行使的光合作用幾乎是所有的生態系中能源及有機物質的最初來源。光合作用根本地改變了早期地球大氣的組成,使得現在有21%的氧氣。動物和大多數其他生物是好氧的,依靠氧氣生存。植物在大多數的陸地生態系中屬於生產者,形成食物鏈的基本。許多動物依靠著植物做為其居所、以及氧氣和食物的提供者。

陸生植物是水循環和數種其他物質循環的關鍵。一些植物(如豆科植物等)和固氮菌共演化,使得植物成為氮循環重要的一部份。植物根部在土壤發育和防止水土流失上也扮演著很重要的角色。

分佈[编辑]

植物分佈在全世界水圈的大部,岩石圈的表面,大气层的底部,隨著不同氣候區而有不同的數量,其中有一些甚至生長在大陸棚極北端的凍土層上。在極南端的南極上,植物亦頑強地對抗其凜冽的環境。

植物通常是它們棲所上主要的物理及結構組成。許多地球上的生態圈即以植被的類型而命名,因為植物是此些生態圈中的主要生物,如草原森林等等。它们通过遗传分化表型可塑性来适应不同环境。

生態關係[编辑]

許多動物和植物共演化,例如:許多動物會幫助授粉以交換其花蜜;許多動物會在吃掉果實且排泄出種子時幫到植物散播其種子。適蟻植物是一種和螞蟻共演化的植物。此類植物會提供螞蟻居所,有時還有食物。做為交換,螞蟻則會幫助植物防衛草食性動物,且有時還會幫助其和其他植物競爭。螞蟻的廢物還可以提供給植物做有機肥料。 大部份植物的根系會和不同的真菌有互利共生的關係,稱之為菌根。真菌會幫助植物從土壤中獲得水份和礦物質,而植物則會提供真菌從光合作用中組成的碳水化合物。一些植物會提供內生真菌居所,而真菌則會產生毒素以保護植物不被草食性動物食用。 高羊茅中的 Neotyphodium coenophialum 即為一種內生真菌,其在美國的畜牧業造成了極嚴重的經濟傷害。 許多種類型的寄生在植物中亦是很普遍的,從半寄生的槲寄生(只是從其寄主中得取一些養分,但依然留有光合作用的葉子)到全寄生的列當齒鱗草(全部都經由和其他植物根部的連結來獲取養分,所以沒有葉綠素)。一些植物會寄生在菌根真菌上,稱之為菌根異養,且因此會像是外寄生在其他植物上。 許多植物是附生植物,即長在其他植物(通常是樹木)上,而沒有寄生在其上頭。附生植物可能被間接地傷害到其宿者,經由截取宿者本應得的礦物質和太陽光。大量附生植物的重量可能被折斷樹幹。許多蘭花鳳梨蕨類植物苔蘚通常會是附生植物。鳳梨科的附生植物會在其葉腋上累積水份而形成樹上水池,一種複雜的水生食物鏈。[15] 少部份植物是食蟲植物,如捕蠅草毛氈苔。它們捕捉及消化小動物以獲取礦物質,尤其是氮。

保护[编辑]

由于人类的大规模活动,造成了许多全球性的环境问题,例如温室效应全球变暖等,使许多植物面临绝灭的危险。国际植物遗传资源委员会(IBPGB)为此建立了国际基因库联网中心,贮存更多的植物基因。

重要性[编辑]

研究植物對人類的用途的學科被稱之為經濟植物學或民族植物學。這兩個詞通常被當做同義詞,但有些人認為經濟植物學主要專注於對現今作用的用途,而民族植物學主要則是在研究當地住民對其本土植物的應用。人類對植物的栽種是農業的一部份,其為人類文明的基礎。植物農業可分成農學園藝學林業

食物[编辑]

實際上,所有人類的養分來源都直接或間接地依靠著陸生植物。絕大多數的人類的養分依靠穀物,尤其是玉米小麥稻米,或者是其他主食馬鈴薯木薯莢果等。其他被食用的植物部份還包括水果蔬菜堅果香草香料食用花卉等。由植物製成的飲料包括咖啡葡萄酒啤酒等。主要是由甘蔗甜菜中得到的。食用油植物牛油來自玉米、大豆芥花籽油紅花向日葵橄欖等等。食品添加劑包括阿拉伯樹膠瓜爾膠刺槐豆膠澱粉果膠等。

非食用性產品[编辑]

木材被用在建築、家具、紙張、樂器和運動用具上頭。布料通常是由棉花亞麻或其原料為纖維素的合成纖維,如嫘縈醋酸根。來自植物的可再生燃料包括泥炭和其他生質燃料石油是來自於植物的化石燃料。來自於植物的藥物包括阿司匹靈紫杉醇嗎啡奎寧利血平秋水仙素毛地黃長春新鹼等。植物中存在於上百種藥草如銀杏紫錐花解熱菊貫葉連翹等。來自於植物的農藥包括尼古丁魚藤酮番木鱉鹼除蟲菊精等。來自於植物的毒品包括鴉片古柯鹼大麻等。來自於植物的毒藥包括蓖麻毒素毒參箭毒等。植物是許多天然產品如纖維、香精油、染料、顏料、蠟、丹寧、乳膠、樹脂、松香、生物鹼、琥珀和軟木的源料。源自於植物的產品包括肥皂、油漆、洗髮精、香油、化妝品、松節油、橡膠、亮光漆、潤滑油、亞麻油地氈、塑膠、墨水、口香糖和麻繩等。植物亦為大量有機化合物的工業合成中,基本化合物的主要來源。

美觀用途[编辑]

成千的植物物種被種植用來美化環境、提供綠蔭、調整溫度、降低風速、減少噪音、提供隱私和防止水土流失。人們會在室內放置切花、乾燥花和室內盆栽,室外則會設置草坪、蔭樹、觀景樹、灌木、藤蔓、多年生草本植物和花壇花草植物的意像通常被使用於美術、建築、性情、語言、照像、紡織、錢幣、郵票、旗幟和臂章上頭。活植物的藝術類型包括綠雕盆景插花樹牆等。觀賞植物有時會影響到歷史,如鬱金香狂熱。植物是每年有數十億美元的旅遊產業的基本,包括到植物園歷史園林國家公國鬱金香花田雨林以及有多彩秋葉的森林等地的旅行。

文化[编辑]

植物也为人类的精神生活提供基础需要。每天使用的就是用植物制作的。一些具有芬芳物质的植物则被人类制作成香水香精等各种化妆品

许多乐器也是由植物制作而成。而花卉等植物更是成为装点人类生活空间的观赏植物

参见[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ Haeckel G. Generale Morphologie der Organismen. Berlin: Verlag von Georg Reimer. 1866: vol.1: i–xxxii, 1–574, pls I–II; vol. 2: i–clx, 1–462, pls I–VIII. 
  2. ^ Van den Hoek, C., D. G. Mann, & H. M. Jahns, 1995. Algae:An Introduction to Phycology. pages 343, 350, 392, 413, 425, 439, & 448 (Cambridge: Cambridge University Press). ISBN 0-521-30419-9
  3. ^ Van den Hoek, C., D. G. Mann, & H. M. Jahns, 1995. Algae:An Introduction to Phycology. pages 457, 463, & 476. (Cambridge: Cambridge University Press). ISBN 0-521-30419-9
  4. ^ Crandall-Stotler, Barbara. & Stotler, Raymond E., 2000. "Morphology and classification of the Marchantiophyta". page 21 in A. Jonathan Shaw & Bernard Goffinet (Eds.), Bryophyte Biology. (Cambridge: Cambridge University Press). ISBN 0-521-66097-1
  5. ^ Schuster, Rudolf M., The Hepaticae and Anthocerotae of North America, volume VI, pages 712-713. (Chicago: Field Museum of Natural History, 1992). ISBN 0-914868-21-7.
  6. ^ Buck, William R. & Bernard Goffinet, 2000. "Morphology and classification of mosses", page 71 in A. Jonathan Shaw & Bernard Goffinet (Eds.), Bryophyte Biology. (Cambridge: Cambridge University Press). ISBN 0-521-66097-1
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 Raven, Peter H., Ray F. Evert, & Susan E. Eichhorn, 2005. Biology of Plants, 7th edition. (New York: W. H. Freeman and Company). ISBN 0-7167-1007-2.
  8. ^ Gifford, Ernest M. & Adriance S. Foster, 1988. Morphology and Evolution of Vascular Plants, 3rd edition, page 358. (New York: W. H. Freeman and Company). ISBN 0-7167-1946-0.
  9. ^ Taylor, Thomas N. & Edith L. Taylor, 1993. The Biology and Evolution of Fossil Plants, page 636. (New Jersey: Prentice-Hall). ISBN 0-13-651589-4.
  10. ^ lnternational Union for Conservation of Nature and Natural Resources, 2006. IUCN Red List of Threatened Species:Summary Statistics
  11. ^ Kenrick, Paul & Peter R. Crane. 1997. The Origin and Early Diversification of Land Plants: A Cladistic Study. (Washington, D.C.: Smithsonian Institution Press). ISBN 1-56098-730-8.
  12. ^ Smith, Alan R., Kathleen M. Pryer, E. Schuettpelz, P. Korall, H. Schneider, & Paul G. Wolf. (2006). "A classification for extant ferns". Taxon 55(3): 705-731.
  13. ^ 13.0 13.1 13.2 Robbins, W.W., Weier, T.E., et al, Botany:Plant Science, 3rd edition , Wiley International, New York, 1965.
  14. ^ Goyal, K., Walton, L. J., & Tunnacliffe, A. LEA proteins prevent protein aggregation due to water stress. Biochemical Journal. 2005, 388 (Part 1): 151 – 157. PMID 15631617. 
  15. ^ Bromeliad Phytotelmata[1]

外部連結[编辑]

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