绪论
植物生物学是以植物为主要研究对象,从细胞、组织、器官、个体、类群、生态系统等不同层次研究植物体的形态与结构、植物生长发育的生理与生化基础、植物与环境之间相互关系以及植物多样性产生和发展过程与机制的一门学科。学习和研究植物生物学,将有助于人类更好地了解植物界、合理利用和保护植物资源。
第一节 植物在生物分界中的地位
人们对植物界的认识及其范围的划分是随着科学技术的进步而发展的。就目前所知,关于生物分界的理论很多,但归纳起来,主要有两界、三界、四界、五界、六界等分类系统。
1.林奈的两界系统
现代生物分类的奠基人,瑞典博物学家林奈(Carolus Linnaeus,1707~1778年)在《自然系统》(Systema Naturae,1735年)一书中明确将生物分为植物和动物两大类,即植物界(Kingdom plant)和动物界(Kingdom animal)。这就是常说的两界系统,两界系统的划分在当时的科学技术条件下具有重大科学意义。至今,许多教科书仍沿用两界系统。
2.海克尔的三界系统
19世纪前后,由于显微镜的发明和广泛应用,人们发现有些生物兼有植物和动物两种属性,特别是黏菌类,在其生活史中有一个阶段为动物性特征。1860年,霍格(Hogg)提出将所有单细胞生物、所有的藻类、原生动物和真菌归为一类,成立一个原始生物界;1866年德国著名生物学家海克尔(Haeckel,1834~1919年)提出成立一个原生生物的意见,他把原核生物、原生动物、硅藻、黏菌、海绵等归入原生生物界(Kingdom protista),这就是生物分界的三界系统。
3.魏泰克的四界、五界系统
1959年,魏泰克(Whittaker,1924~1980年)提出了四界系统,他将不含叶绿素的真核菌类从植物界分出,建立了真菌界(Kingdom fungi),而且和植物界一起并列于原生生物界之上。10年后,在此基础上,魏泰克又提出了五界系统,他将细菌和蓝藻分出,建立了原核生物界(Kingdom monera),放在原生生物界之下。魏泰克的分界系统,优点是在纵向显示了生物进化的三大阶段,即原核生物、单细胞真核生物和真核多细胞生物;从横向显示了生物演化的三大方向,即光合自养植物、吸收方式的真菌和摄食方式的动物。
1974年,黎德尔(Leedale)提出了另一个四界系统,他去掉了原生生物界,而将魏泰克五界系统中的原生生物归到植物界、真菌界和动物界中。
4.六界和八界系统
1949年,Jahn提出将生物分成后生动物界、后生植物界、真菌界、原生生物界、原核生物界和病毒界的六界系统。1990年,R.C.Brusca等提出另一个六界系统,即原核生物界、古细菌界(Archaebacteria)、原生生物界、真菌界、植物界和动物界。1989年,Cavalier-Smith提出生物分界的八界系统,将原核生物分成古细菌界和真细菌界(Eubacteria);把真核生物分成古真核生物超界和后真核生物超界,前一超界仅有古真核生物界,后一超界有原生动物界、藻界、植物界、真菌界和动物界。
5.我国学者对生物分界的意见
1965年胡先骕将生物分为始生总界和胞生总界,前者仅包括无细胞结构的病毒,后者包括细菌界、黏菌界、真菌界、植物界和动物界。1966年,邓叔群根据3种营养方式把生物分成植物界(光合自养)、动物界(摄食)和真菌界(吸收)。1979年,陈世根据生命进化的主要阶段将生物分成3个总界的五界或六界新系统,即非细胞总界(仅为病毒),原核总界(包括细菌界和蓝藻界),真核总界(包括真菌界、植物界和动物界)。1977年,王大耜等认为应在魏泰克五界系统基础上增加一个病毒界的六界系统。迄今为止,对于病毒是否属于生物以及病毒是否比原核生物更原始,国内外尚无定论。
在不同生物分界系统中,植物的概念及其所包括的类群也不一样,如将生物分为植物和动物两界时,植物界包括藻类、菌类、地衣、苔藓、蕨类和种子植物;在五界系统中,植物界仅包括多细胞光合自养类群,而菌类、地衣和单细胞藻类以及原核蓝藻则不包括在内(天麻、水晶兰等部分腐生植物虽不能光合作用,属于异养生物,但仍属于植物界)。
目前,较为一致的观点是在生物分界中应该主要依据生物营养方式,并考虑生物进化水平。因此,植物界的概念应是“含有叶绿素,能进行光合作用的真核生物”。按照这一概念,植物界包括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。
第二节 植物在自然界和人类生活中的作用
植物界绚丽多姿,五彩缤纷,不同植物的形态、结构、生活习性及对环境的适应性各有差异,但却具有共同的基本特征,即植物细胞有细胞壁,具有比较固定的形态;大多数种类含有叶绿体,能进行光合作用和自养生活;植物细胞具全能性,即由1个植物细胞可培养成1个植物体;大多数植物个体终生具有分生组织,在个体发育过程中能不断产生新器官;植物对于外界环境的变化影响一般不能迅速做出反应,而往往只在形态上出现长期适应的变化等。
植物是生物圈中一个庞大的类群,有50余万种,广泛分布于陆地、河流、湖泊和海洋,它们在生物圈的生态系统、物质循环和能量流动中处于关键地位,在自然界具有不可替代的作用。
第一,绿色植物能够进行光合作用,把简单的无机物合成复杂的有机物,并在植物体内进一步同化为脂类、蛋白质类物质,这不仅解决了绿色植物自身营养,也维持了非绿色植物和人类的生命。通过非绿色植物对死的有机体进行分解,又可把复杂有机物分解成简单的无机物,再为绿色植物利用。总之,植物在自然界中,通过光合作用和矿化作用,即合成和分解,使自然界的物质循环往复,永无止境。
据推算,地球上的植物为人类提供90%的能量,80%的蛋白质,食物中有90%产自陆生植物。人类食物有3000多种,其中作为粮食作物的有麦、稻、高粱、玉米等;果蔬植物有桃、苹果、梨、香蕉、萝卜、白菜等;大豆、花生、油菜为重要油料植物;棉、大麻、苎麻、竹是纺织或造纸原料;许多高大树木的木材可供建筑、桥梁等用。
许多植物分别含有各种生物碱、苷类、萜类、氨基酸、激素、抗生素等医药用有效成分,在防病治病、促进人类身体健康方面发挥重要作用,如薄荷、黄芪、黄芩、白术、金银花、人参、丹参、厚朴等均为重要的药用植物。医药上常用的青霉素、土霉素等,也是从低等植物的菌类中提制而成。植物不仅在农业、林业生产上具有重要作用,而且为工业生产提供原料或直接参与作用。
第二,植物在维持地球上物质循环的平衡中起着不可替代的作用,如通过光合作用吸收大量CO2和放出大量O2,以维持大气中CO2和O2的平衡;通过合成与分解作用参与自然界中矿物质的循环和平衡。
第三,植物为地球上其他生物提供了赖以生存的栖息和繁衍后代的场所。
第四,植物有净化空气、检测有毒物质、防风固沙、涵养水源、调节气候、保持水土等作用。
目录
第二版前言
第一版前言
绪论 1
第一节 植物在生物分界中的地位 1 第二节 植物在自然界和人类生活中的作用 2
第三节 植物科学发展简史和发展趋势 2
第四节 学习植物生物学的目的和方法 3
本章主要内容和概念 4 复习思考题 4
第一章 植物细胞 5
第一节 细胞的基本特征 5
第二节 植物细胞的基本结构 10
第三节 植物细胞后含物 25
第四节 植物细胞分裂、生长、分化和死亡 27
本章主要内容和概念 33
复习思考题 33
第二章 植物组织 34
第一节 植物组织及其形成 34
第二节 植物组织的类型 34
第三节 植物组织的演化、复合组织和组织系统 45
本章主要内容和概念 47
复习思考题 47
第三章 种子和幼苗 48
第一节 种子的基本组成 48
第二节 种子的基本类型 50
第三节 种子的萌发和休眠 52
第四节 幼苗的类型 54
本章主要内容和概念 56
复习思考题 56
第四章 根的结构、发育和功能 57
第一节 根的生理功能 57
第二节 根的形态 58
第三节 根的基本结构 59
第四节 侧根的发生 68
第五节 根的变态 69
第六节 根瘤和菌根 72
本章主要内容和概念 75
复习思考题 76
第五章 茎的结构、发育和功能 77
第一节 茎的生理功能 77
第二节 茎的形态 77
第三节 茎的发生和结构 81
第四节 茎的起源和演化 92
本章主要内容和概念 93
复习思考题 94
第六章 叶的结构、发育和功能 95
第一节 叶的生理功能 95
第二节 叶的组成 95
第三节 叶的发生和结构 96
第四节 叶片结构与生态环境的关系 102
第五节 叶的衰老与脱落 104
本章主要内容和概念 105
复习思考题 105
第七章 植物的繁殖 106
第一节 植物繁殖的类型 106
第二节 花的组成与花序 108
第三节 花的形成和发育 119
第四节 雄蕊的发育与结构 122
第五节 雌蕊的发育与结构 129
第六节 开花、传粉与受精 134
本章主要内容和概念 141
复习思考题 141
第八章 种子和果实 142
种子 142
第二节 果实 146
第三节 被子植物的生活史 150
本章主要内容和概念 151
复习思考题 151
第九章 植物的水分代谢 152
**节 植物细胞对水分的吸收 152
第二节 植物根系对水分的吸收 154
第三节 植物的蒸腾作用 157
第四节 植物体内水分的运输 160
本章主要内容和概念 161
复习思考题 162
第十章 植物的矿质营养 163
第一节 植物必需的矿质元素及其作用 163
第二节 植物细胞对矿质元素的吸收 167
第三节 植物对矿质元素的吸收 172
第四节 矿质元素在植物体内的运输 175
第五节 无机养料的同化 176
本章主要内容和概念 178
复习思考题 178
第十一章 植物的光合作用 179
第一节 光合作用的意义 179
第二节 叶绿体及其色素 179
第三节 光合作用的光反应 181
第四节 光合碳同化 184
第五节 影响植物光合作用的环境因素 187
第六节 植物对光能的利用 189
本章主要内容和概念 190
复习思考题 190
第十二章 植物的呼吸作用 191
第一节 呼吸作用的概念和生理意义 191
第二节 植物呼吸代谢途径 191
第三节 电子传递与氧化磷酸化 195 第四节 影响呼吸作用的因素 197 本章主要内容和概念 198
复习思考题 198
第十三章 植物的生长发育及其调控 199
第一节 植物的生长物质 199
第二节 植物的生长生理 203
第三节 植物的生长 207
第四节 植物的运动 210
本章主要内容和概念 211
复习思考题 211
第十四章 植物的生殖生理及其调控 212
第一节 外界条件对花诱导的影响 212
第二节 花器官形成及其生理 218
第三节 受精生理 220
第四节 植物的成熟、衰老及其调控 223
本章主要内容和概念 229
复习思考题 229
第十五章 植物多样性研究的基础知识 230
第一节 植物多样性的概念和意义 230
第二节 植物分类的基础知识 231
第三节 植物分类方法 234
本章主要内容和概念 236
复习思考题 236
第十六章 植物界的基本类群与系统演化 237
第一节 低等植物 237
第二节 高等植物 259
第三节 植物界的发生和演化 280
本章主要内容和概念 284
复习思考题 284
第十七章 被子植物多样性 285
第一节 被子植物分类原则 285
第二节 双子叶植物纲Dicotyledoneae 286
第三节 单子叶植物纲Monocotyledoneae 331
第四节 被子植物的演化和分类系统 346 本章主要内容和概念 351
复习思考题 352
第十八章 植物物种多样性的产生和维持 353
第一节 物种及物种多样性 353
第二节 植物物种多样性的产生 354
第三节 植物物种多样性的维持 358 本章主要内容和概念 359
复习思考题 359
第十九章 植物与环境 360
第一节 植物的环境 360
第二节 生态因子 360
第三节 几种主要生态因子与植物的关系 361
第四节 植物的生态适应 363
第五节 植物种群与环境 364
第六节 植物群落与环境 367
第七节 世界主要植被类型分布与环境 370
第八节 植物与生态系统 374
本章主要内容和概念 376
复习思考题 377
第二十章 植物资源的保护与利用 378
第一节 植物资源的基本特征 378
第二节 植物资源保护与管理 380
第三节 植物资源合理开发利用 383
第四节 人类未来的发展与植物生产 385
本章主要内容和概念 386
复习思考题 386
主要参考文献 387
附录 国内外植物科学主要期刊简介 389
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