植物生活史秘密(讲义).doc

植物生活史秘密课程基本内容第一章 绪论1.教学内容：从自然的角度来认识两种情况下的植物生活：v一是自然状态中的植物生活；v二是人类环境中的植物生活2.研究对象：有花植物生活史过程中鲜为人知的事件v研究方法：野外调查与理论探索v研究意义：更好的认识、保护与利用植物v学习意义：提高生命科学学科素养、尊重自然、尊重生命3.对植物的基本认识1）.植物是具有叶绿素的，不会运动的生物体。2）.植物是生命界的基础。3）.植物基本的生命运动是光合作用光合作用是植物利用阳光的能量把最廉价的空气和水、矿物加工出所有动物（包括人类）所必须的氧气与糖等碳水化合物的生命活动。是植物独有的，是其他生命的基础。光合作用是在叶细胞的叶绿体上进行的。4)植物进行光合作用的器官是叶、根、茎v叶光合作用的主要场所v根吸收水分与矿物场所根吸收植物光和作用必须的水分和矿物质（如农田里经常要施加的氮、磷、钾肥是需要量最大的矿物养分）.根的最前端是植物吸收水分最主要的部位，并长出了大量的根毛来扩大接触土壤表面与吸收水分的面积。v茎运输水分与矿物场所茎把水分与矿物准确的运输到植物的叶片，以供其进行光和作用。植物进行运输的泵：一是靠根吸收水分的蒸腾到空气中，称为蒸腾作用，主要的运输动力（被动的）；二是根压，根吸收水分作用产生的水势（主动的）。植物茎干支持叶片获得足够的阳光；同时也产生了人类所需要的木材等。4.当今世界存在的基本植物类群(1)当今世界存在的基本植物类群基本特点1)植物的类群在不断演化过程中；)植物不同的类群虽处于同一时代，但它们的演化历史是不同步的。(2) 基本植物类群植物的类群可分为藻类、苔藓、蕨类、种子植物五类；植物的类群在不断演化过程中，有原始的类群也有发达的类群；种子植物是现代最发达的植物类群，其他类群都可称为原始类群；种子植物分为两类：裸子植物与被子植物。1) 藻类是最简单最原始的植物，一般生活在水里，有陆地淡水与海洋两个广阔的生存空间。单细胞或多细胞构成小型生物体。2)苔藓是世界上分布最广的植物之一，通常生长在潮湿地带，它们像地毯一样覆盖在潮湿森林的地表、树枝和树干、屋顶、混凝土墙面和下水道的壁上，是一种先锋植物。苔藓是最早登陆的两栖类的绿色植物，保留有部分早期陆生植物祖征，是陆生高等植物中最原始、最简单的类群，生殖过程离不开水。3) 蕨类是恐龙时代最为繁盛的植物类群；这些蕨类中的绝大多数已在中生代前灭绝。今天它们的后代多生长在湿润阴暗的丛林里，且多为矮小类型。蕨类是真正陆生植物开始，是最原始的陆生植物。4)种子植物是植物界最高等的类群，产生种子并用种子繁殖。种子植物可分为裸子植物和被子植物。裸子植物的种子裸露着，其外层没有果皮包被。被子植物种子的外层有果皮包被。v种子具有包被的被子植物是现代演化上最发达的类群.裸子植物（Gymnospermae）种子植物中较低级的一类。不形成果实，种子是裸露的，故称裸子植物。现代裸子植物约有800种，裸子植物很多为重要林木，尤其在北半球，大的森林80以上是裸子植物，如落叶松、冷杉、华山松、云杉等。苏铁幼叶可食，髓可制西米，我们常见的苏铁也是一种裸子植物，它不常开花结果。但在气候如春的昆明常常看到栽培的苏铁与它的雌花与雄花银杏的种子叫白果、华山松、红松的种子是可以食用的松子。红豆杉（因为树皮可以提取抗癌药物而闻名天下）兰黑色的种子外有一个鲜红色的套被，但种子同样是裸露的。l 被子植物是植物界最高级的一类，20多万种，占植物界的一半被子植物具有真正的花，种子被果实完全包被，种子得到很好的保护。世界四大干果（腰果、杏、核桃和榛子）被子植物形态结构多样化与完善，使被子植物在生存竞争、自然选择的矛盾斗争过程中，不断获得成功。最高大的植物之一： 北美红杉树木中之高者，高达140m，胸径达8m。 最高大的植物杏仁桉 可高至156米,最大的树径近10米桃金娘科植物，生长在澳大利亚草原上.世界上最小的被子植物微萍,长仅毫米，宽不到毫米，开的花就更小了，比针尖还小。 奇特的植物：胎生植物海岸植物红树种子在树上长成树苗后才落地生长。世界上长达米的植物白藤，可算是最长的植物。铁力木是木质最坚硬的一种树，产自云南,将其放入水中，它会立即沉入水底，密度1.225。 蚬木是世界上最重的树之一，蚬木不仅材质细密，比重大，还坚硬无比。因为蚬木多生长在石灰岩地区，吸收了钙质充斥其间的缘故。 世界上最轻的木头轻木干燥的轻木比重只有0.1-0.25 .世界上庞大的树是百骑大栗树。它的树干直径达米，周长米。墨西哥落羽杉：世界上最粗的植物之一盛开的兰花是公认的最发达的被子植物，因为其种类达到万多种，是最多的，兰花变异大，进化迅速。由于此，人们很喜欢兰花，中国常常栽培的春兰、建兰、惠兰、墨兰等四大家兰，因为变异迅速，目前有几千个品种。5.被子植物生活史：即Life circle， 生活周期。具体说被子植物的生活周期是植物种子发育成植物体，植物体发育成熟后开花，花经过传粉受精后，花的子房与胚珠形成果实与种子的周期性过程。第二章 植物生命的起源与演化1背景知识 生命的物质基础 植物细胞 认识古生物进化的三把钥匙生命的物质基础 生命是物质的一种高级运动形式。生命是一个具有与环境物质和能量交换、生长繁殖、遗传变异和对刺激作出反应的物质系统。 生命体的形状、大小和结构可以千差万别,但它们都是由脱氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸(RNA)和蛋白质等大分子为骨架构成的。除了蛋白质和核酸以外，还有糖类和脂类、大量的水和少量的无机盐等等。植物细胞 定义：是由细胞壁和细胞膜包围着含有细胞核(或拟核)的原生质所组成, 是生物体的结构和功能的基本单位, 也是生命活动的基本单位。 细胞是遗传的基本单位，细胞能够通过分裂而增殖，是生物体个体发育和系统发育的基础。 细胞或是独立的作为生命单位, 或是多个细胞组成细胞群体或组织、或器官和机体；细胞还能够进行分裂和繁殖。 细胞按形态结构的不同可以分为两类：原核细胞和真核细胞认识古生物进化的三把钥匙 岩石 化石 岩层现在我们知道地球的历史约有46亿年了，在这数十亿年里，地球经历过很多变化，曾多次出现沧海桑田的过程。伴随着这些变化，地球的生物从无到有，从低级到高级的发展。科学工作者通过使用这几把钥匙，打开了解地球生物进化的历史大门。岩石 地壳是由岩石组成的， 岩石一般可以分成三大类：火成岩、沉积岩和变质岩。 沉积岩的岩相可以了解海陆变化、气候、水文情况等古环境特征。从变质岩与火成岩的特征中可以推测地壳运动包括火山活动的规模、程度。沉积岩sedimentary rocks: 沉积岩是在地表或接近地表的环境里，岩石经过长期的风化剥蚀作用而崩解为碎屑，或经化学作用被溶解，再经搬运在水下或陆地表面环境堆积下来，最后经胶结压实与失水过程所形成的岩石。 著名的张家界风景区、桂林山水所见的岩石就属沉积岩。火成岩（岩浆岩）igneous rock: 地壳深处粘稠的熔融岩浆经火山活动等作用，沿着地壳的裂隙上升到地壳上部或地表冷却后凝固而成的岩石。如黄山的花岗岩。变质岩metamorphic rock: 一类由早先的火成岩、沉积岩在地壳深处经过较高的温度与压力作用下，其成分、色调、结构、甚至形态都发生变化，完全不同于原来的岩石面貌的新型岩石。如中国泰山、五台山。黄土loess黄土主要由粉砂颗粒所组成的第四纪陆相沉积物，一般呈灰黄、红黄及棕黄色。黄土富含易溶盐及钙质结核。黄土呈断续条带状分布在南、北半球的中纬度地带的大陆内部温带荒漠或半荒漠地区外缘。中国西北和华北地区黄土广泛分布，是世界上黄土分布最广、厚度最大、类型最复杂的一个地区。其面积达60万平方公里，厚度一般为20-30米，最厚可达200米左右。植物化石 古生物学Palaeontology 古生物学是研究地史时期中的生物及其进化的科学，即根据保存在地层中的化石，研究地史时期生物的形态、构造、分类、分布、进化关系等。 化石Fossil 由于自然作用保存在地层中的地史时期的生物遗体、遗迹统称为化石。从地层中发现不同种类、特征的化石就可以大致推断当时当地的地理、气候和环境等。 从不同时期的岩石中所存在的化石种类，还显示出生物的演化是遵循着从低级到高级、从原始到复杂的规律，而且其进化过程又显示出阶段性。在石灰岩地层中发现珊瑚等海洋生物化石，就知道当时这里是海域环境。如果发现大量树木化石，则可以认为当时这里是森林；如果植物化石中棕榈、樟树等较为集中，说明当时是热带、亚热带地区；如果有大量的冷杉、云杉等则说明当时这里是北温带或寒带区域岩层中的印记 岩石的颜色、厚薄、矿物成分、颗粒粗细、滚圆度和层面上的某些特殊标志等，都跟化石的有无、某类化石的集中、某类化石的稀少、乃至化石的埋藏形态等均有密切关系。 岩石的颜色、结构、构造特点本身也常常可以反映出当时的气候和环境。我们看到红色的砂岩、页岩或者其他岩层，可推测形成这些岩石时的气候环境应属湿热2地质时代 前寒武纪太古代与元古代（46-5.45亿年） 古生代寒武纪奥陶纪志留纪泥盆 纪石炭纪二叠纪（5.45-2.5亿年) 中生代三叠纪侏罗纪白垩纪（2.5-0.65亿年） 新生代第三纪第四纪（0.65-今）前寒武纪太古代与元古代 地球水与大气的形成（8亿年） 太古代（亿）与元古代（亿5.4亿）地球水与大气的形成一般认为地球作为一个行星，起源于46亿年以前的原始太阳星云。地球和其他行星一样，。起初的地球是冷的（冷起源）经历了吸积、碰撞这样一些共同的物理演化过程。1）由于陨石等物质的轰击、放射性元素衰变致热和原始地球的重力收缩，才使地球的温度逐渐升高，最后成为粘稠的熔融状态。在炽热的火球旋转和重力作用下，地球内部的物质开始分异。2）在地球演化早期，原始大气都逃逸了。大量火山喷发所带来的气体，同时把内部的结晶水带到地面，并结晶水汽化。各种气体与水气慢慢积聚，久而久之，地球就形成了新的大气层。后来随着地表温度的逐渐下降，气态水经过凝结，积聚到一定程度后，又通过降雨重新落到地面，这种情况持续了很长一段时间，于是在地面上形成水圈。太古代与元古代 岩石圈运动 环境气候特点与原始生物岩石圈的运动 在太古代与元古代的地壳运动是剧烈的，经常发生的。直到元古代末（距今亿年左右），自地球形成以来的强烈地壳运动终于告一段落。 太古代：发生了三次剧烈的地壳运动。地盾：太古代形成古老的岩石称为地盾，是目前地壳最稳定的部位。这些陆核或地盾上的岩石，由火山岩、花岗岩类以及沉积岩组成。目前世界上最古老的岩石分布区大致在南非、波罗的海沿岸、澳大利亚西部、西伯利亚、中国华北、北美大湖区等地。 元古代：地壳却仍是活动性很强，只是比太古代时有些减弱。距今约20亿年，出现了一次遍及全球的造山运动。前期形成的古陆核面积很小，彼此之间呈分离状态，象海洋中孤立的岛屿。构成“岛屿”的古陆核虽然开始处于基本稳定的地壳环境中。气候环境特点与原始生物特点 太古代：早期原始水圈的水量不多；中期已有化石发现，水圈分布已比较广泛。晚期水圈又有所扩大，氧气增多，在距今27亿年的地层中发现原始藻类化石。 元古代：早期火山大气的特点，藻类植物的光合作用有所加强，还原性的。 大气由此可以进行氧化作用。中期大气中的含氧增加了，开始有利于生命的发育和成长。晚期火山作用明显减弱，大气中的含氧量可以获得较多的积累。 在距今6.5亿年7.5亿年时，并有世界性的冰川出现，分布面积很大。同时，距今6亿年7亿年前的这段时间里，生物突然繁荣，其门类与数量之多都达到空前的程度。古生代（5.45-2.5亿年） 寒武纪 (5.45-4.95亿年) 生物史上的一次大发展。其中三叶虫最为常见， 植物群以藻类为主，还有一些微古植物。 奥陶纪 (4.95-4.4亿年) 奥陶纪是地史上海侵范围最广的一个纪，气候温和，海生无脊椎动物得到空前发展。其中以笔石类和鹦鹉螺类十分繁盛为其特征。 志留纪 (4.4-4.17亿年) 志留纪浅海广布，各个海区互相沟通而混生。海生无脊椎动物仍占重要地位，脊椎动物无颚类进一步发展和原始陆生植物裸蕨开始出现。呼气动物板足鲎类出现并达于繁盛。 泥盆纪 (4.17-3.54亿年) 陆生植物进一步发展，裸蕨植物。出现了原始的石松类原始鳞木、原始楔叶类和原始真蕨类，以及裸子植物的古蕨羊齿。由于无颌类和盾皮鱼类等鱼形动物大量繁育，故又称泥盆纪为“鱼类时代”。泥盆纪晚期，两栖动物开始出现 石炭纪 (3.54-2.92亿年) 地层蕴藏着丰富的煤矿故名 ，陆生植物空前繁盛，以石松、楔叶、种子蕨和真蕨最重要。森林广布，昆虫大量繁殖。石炭纪的海生动物没变化。 二叠纪 (2.92-2.5亿年) 地壳运动强烈，自然地理条件、生活环境的迅速变化，促进了生物界的大变革。后期出现了松柏、苏铁等植物，开始出现了中生代植物的面貌。脊椎动物中的两栖类仍很繁盛，还出现了原始的爬行类。中生代 三叠纪 (2.5-1.9亿年）裸子植物中的苏铁占重要地位,真蕨类和木贼类也逐渐繁荣。鱼类繁盛、爬行动物迅速发展，恐龙类开始出现，而两栖类则趋向衰退。 侏罗纪 (1.99-1.45亿年）侏罗纪是地史上海侵比较广泛的一个纪，又是地史上植物界最为均一少变的时期。爬行动物、菊石和裸子植物极度繁盛。以苏铁类、松柏类和银杏类为主。爬行动物中以恐龙最为繁盛，其最突出的特点是生态的分异。晚侏罗世，生物演化史发生了一次由陆地向空中发展的飞跃，最早的鸟类始祖鸟出现了。 白垩纪 (1.45-0.65亿年）由于这一时期，西欧沉积了一种极细的、富含钙质的白垩层，故就岩性就地取名为白垩纪白垩纪是一个生物界显著变革的时期，许多生物类别在白垩纪末相继绝灭，早白垩世被子植物开始出现，至晚白垩世占了主导地位。爬行动物达到极盛时期。但在白垩纪末，由于自然环境的急剧改变，一次大的生物灭绝这些形体巨大的爬行动物失去了适应环境的能力相继绝灭了。新生代 第三纪(0.655-0.23亿年）动物界的基本特点是哺乳动物的迅速辐射演化。出现了天空飞翔的蝙蝠类和重新适应海中生活的鲸类。植物界中，从晚白垩世开始开始占主要地位的被子植物，更趋繁盛。地理方面，在大陆内部海侵范围显著缩小。由于地壳运动的结果，奠定了许多山系的雏型。 第四纪（0.23亿年-今）地史上发生过大规模冰川活动；哺乳动物以形体增大为其特征和被子植物高度发展的时代，人类的出现是这个时代的最突出的事件。在古地理方面，在大陆边缘地区发生了小规模的海侵。新山系继续隆起，山势基本与现代相近。第四纪冰期 第三纪末，气候开始转凉，第四纪初期，寒冷气候带向南转移，使高纬度和高山地区进入冰期，并广泛发育冰盖或冰川。这次大冰期，可分为四次冰期和三次间冰期。在最大的一次，全球大陆有32%的面积为冰川覆盖，大量的水分停滞于大陆上，使海面下降约130米。从人类发展历史来看，原始人类是在第四纪冰期和间冰期的气候变化中，经过同自然界严寒的条件作激烈斗争发展成为现代人。同时也是导致被子植物世纪的到来的主要因素。大陆飘移学说魏格纳认为，古生代全球只有一整块的大陆，叫联合大陆或联合古陆，其后这块大陆分阶段地进行分裂和漂移，最后一直漂移到现在的这个位置上，分成若干个大陆和若干岛屿。设想较轻的硅铝质大陆块（大陆地壳）漂浮在下层较重的的硅镁质大洋地壳上。二十世纪五十年代以来，由于发现了较多的新论据，如古地磁方面的研究资料与海底扩张等理论，使大陆漂移说重新兴起。对解释当今世界生物物种分布等问题是重要的理论依据。3生命的起源 环境孕育生命 米勒的模拟实验 细胞的出现米勒的模拟实验真空、水、甲烷、氨气通电得到种氨基酸，种有机物。1969年，一块重达225千克的大陨石落到了澳大利亚。分析发现陨石中含有18种氨基酸，其中有6种是生物所含有的，这些氨基酸的含量和种类与米勒实验结果大致相同。这个事实说明了陨石的母体（宇宙中某个小行星）也发生过类似米勒实验中所发生的化学反应。细胞的出现 细胞的出现 细胞核原核 细胞核真核 细胞的出现 多分子体系和原始生命都已具有原始的界膜。但是这种界膜极其简单，容易使原始生命的稳定性受到影响，成为原始生命生存和发展的主要障碍。 经过漫长的演化，原始生命内部结构逐渐复杂化、完善化，形成了原始的细胞膜，代替了原来的原始界膜。细胞膜的形成，标志着原始生命转变为原始细胞形态的生命。由原始界膜演变为细胞膜，是原始生命发展的最重要环节。 细胞核原核的特点 原核：无膜包被的明确的细胞核，细胞分裂不以有丝分裂或减数分裂方式的结构较简单的细胞。原核细胞是地球上首先出现的较原始的细胞。包括支原体、细菌和蓝藻。原核细胞的主要结构有细胞膜、细胞质、核糖体，以及由一条裸露的 DNA 双链所构成的拟核 。 细胞核真核的意义 真核细胞的出现，是生物进化史上的一个重大事件，具有十分深远的意义。因为真核细胞的起源为有性生殖的形成奠定了基础，真核细胞能进行有丝分裂，有了有丝分裂，才有有性生殖过程中的减数分裂-有丝分裂的特殊形式。并最终能够形成各种专业化的细胞形成细胞生存。生命的起源仍在大量探索中！学说层出不穷。近年来，有关生命起源的生物化学方面的研究发展也很快。科学家们发现有的RNA具有蛋白质（酶）和DNA（携带遗传信息）的双重功能，于是，一些生物化学家便提出生命起源于那些既具有遗传信息，又能行使生命功能的RNA分子，原始生命属于RNA世界，而不是蛋白质或DNA世界。4.水的植物世界 原核生物 真核生物起源 植物、动物的共同祖先 真核藻类植物 原核生物细菌和蓝藻是从非细胞结构的原始生命进化成有细胞结构的早期生命形式，它们都是单细胞的生活在水里的原核生物。蓝藻是有机物的生产者与氧气制造者，而细菌则是消费者、分解者，构成了两极生态系统。蓝藻可能在35亿年前就出现了。在漫长的前寒武纪时期，蓝藻非常发育，原始的蓝藻能在没有氧气的环境下生活，并且还不怕太阳光里的紫外线。前寒武纪的早、中期，大气中的游离氧，大都是蓝藻放出的。经过蓝藻的作用，大气的性质才由还原性逐渐转为氧化性。 真核生物起源最原始的真核生物的直接祖先很可能是一种巨大的原核生物，体内具有由质膜内褶而成的象内质网那样的内膜系统和原始的微纤维系统，能够作变形运动和吞噬。内膜系统的一部分包围了染色质，于是就形成了最原始的细胞核。内膜系统的其他部分则分别发展为高尔基体、溶酶体等细胞器。起源时间：据2006年Geology杂志地6期介绍了研究人员还在加拿大安大略湖地区发现了距今24.5亿年的一块特殊无色水晶，在无色水晶中包含着被水份包裹着的油滴，油滴中包含着生物标志物（biomarker），通过分析进一步确定油滴来自于蓝细菌和真核生物体。真核生物起源的内共生学说真核细胞是通过若干不同种类的原核细胞生物结合共生而造成的。共生的原核生物与宿主细胞建立了紧密的相互依存的关系，同时在复制和遗传上是统一协调的体系，这样的共生的组合就成为真核生物的祖先。按照 “内共生说” ：线粒体起源于胞内共生的能进行氧化磷酸化的真细菌，而叶绿体则起源于胞内共生的能进行光合作用的蓝细菌。真核生物有性生殖的起源有性生殖是把两个不同来源的基因材料相结合，产生一个新个体的过程。有性生殖的发生是生物进化发展过程中一次巨大的飞跃。有科学家帕特森(Cpatterson)等认为性的起源与内共生说大体相似。犹如一个细胞融合另一个细胞，即彼此交换物质、分工合作，并处于一体之中。植物、动物的共同祖先植物、动物的共同祖先是单细胞的原始绿色鞭毛的真核生物，类似现在的裸藻（也称绿眼虫或眼虫）。它的形状呈长菱形或略扁平的圆柱形。原始的单细胞真核生物，有自养型的，也有异养型的，一般说来，它们是动物还是植物的界限并不分明。动植物的分化推测在当时的原始海洋中，原始生物不断增加，有机物不断减少，为适应这种有机食物紧张的条件，原始生物开始向两种不同的摄食方式分化：一种是运动机能衰退，向加强光合作用的器官和机能的方向发展，即向自养的方向发展，特化成为植物。另一种是运动机能加强，即向着异养的方向发展，体内的色素体消失，特化为动物真核藻类植物一般认为大约在18亿年前，由原始单细胞真核生物分化产生的藻类植物，在海洋中十分繁盛，不仅有单细胞体，也有多细胞体，甚至更复杂。它们的体内含有不同的色素，五彩缤纷，十分鲜艳。大量的藻类在浅海海底经过漫长的岁月，堆积成了巨大的海藻礁，由于它们是一层层的聚集，并且和碳酸钙交互成层叠置，因而得名“叠层石”。 大约在10亿年前，是海藻礁在地球上形成最多的时期。在众多的藻类中，有一种叫绿藻的植物显得非常重要，它们是后来的高等陆生植物的祖先。 衣藻团藻5登陆先锋 登陆起因在距今四亿年前（泥盆纪），发生过一次剧烈的地壳运动，称之为“加里东运动”。加里东造山运动造成了当时地球上水陆分布的巨大变化，大片陆地露出海面，在陆地边缘出现了大片水陆交错的低洼浅滩地区，陆地环境变得越来越复杂，原来生活在水环境中的各类生物面临着一次严峻的考验。 登陆难题吸收水分：裸蕨拟根器官；防止水分蒸发：裸蕨表皮细胞分泌糖和脂；直立：茎部维管结构的坚强支撑 苔藓之谜在征服陆地的斗争中，绿藻植物有两条进化路线：一条以苔藓植物为代表，始终没有完全脱离水生环境；一条以维管植物为代表，完全脱离了水生环境，成为真正的陆生植物。苔藓是一类古老的植物，现在看到的苔藓植物与在亿万年前看到的没有多大区别。它们勇敢的进行了登陆尝试，但由于某种原因，它们停顿下来，成为植物系统发育的一个侧枝，一种没有演化前途的植物类群，但造化弄人，勇敢的裸蕨很快退出历史舞台，而苔藓依然存在。一般苔藓高度一般不超过厘米，在新西兰的巨藓可达半米，且最近有人发现巨藓中有木质素存在，推测曾经生存过巨大的苔藓，但现在已经灭绝了。柔弱的苔藓繁殖与生存能力极强，干燥的苔藓可以直接从潮湿的大气吸收尚未凝结的水分。在一些高海拔的森林中，空气湿度达以上，造就了神话般的“苔藓林”。柔弱的苔藓具有极强的耐旱性，它们生存于裸露的岩石上，缓慢溶解岩石，逐渐形成土壤。 裸蕨一部分生活在岸边的绿藻，逐渐登上陆地，进化成高等陆生植物-裸蕨。自从陆地上出现裸蕨植物，就揭开了陆生植物大发展的新篇章，从此荒凉的大地开始披上绿衣。 裸蕨植物因无叶而得此名。这类植物曾在距今3.93.7亿年前的早、中泥盆纪盛极一时，广布全球，距今3.6亿年的晚泥盆纪才趋于绝灭。裸蕨植物一般体型矮小，结构简单，高的不过两米，矮的仅几十厘米。植物体无真正的根、茎、叶的分化，细弱的二叉分枝的茎轴和地下生的拟根茎，在茎轴基部和拟根茎下面，又长出了假根。但是有维管组织。通过化石资料分析。它们大致可分为三种类型，即莱尼蕨型；工蕨型和裸蕨型。这三种类型的植物又都是来自最原始的裸蕨植物顶囊蕨（Cooksonia） 裸蕨的演化 莱尼蕨演化成为蕨类植物中的松叶蕨类（Psilotum）。另一个途径是，演化为木贼类。 工蕨型植物发生了一次多方向的演变成为原始的石松类植物。其中一部分就成了现代石松类的远祖。 在裸蕨型植物发展为真蕨类（Filicinae）和前裸子植物（Pregymnosperm）6陆地森林变迁 蕨类森林 蕨类森林的早期在蕨类植物发展的早期，最古老的，最引人注目的是石松类，出现在距今3.7亿年前的泥盆纪早期，又经过了大约1.1千万年的演化。石松类植物开始分成二条路线发展：一条路线是草本，另一条路线是木本。石松类植物的草本类型是留存到现在的石松和卷柏；木本类型主要有生活在石炭、二叠纪的鳞木和封印木。封印木（Sigillaria）茎仅在顶端呈两歧分枝，或不分枝。叶线形或披针形，螺旋状排列，脱落后在茎上留下纵列的六角形印痕。（叶器官不发达） 木本石松类等古蕨类植物消失：到了古生代末，由于地壳的运动，气候变得干燥，沼泽面积缩小，木本的石松类植物迅速绝灭了，只有一小部分演变成了草本石松类，在潮湿的环境中保存下来，一直生活到现在。 蕨类森林的后期真蕨类植物：真蕨类植物是现存的1.2万多种蕨类植物中最大的一个类群，它们的叶形体很大，常为大型的羽状复叶，故名真蕨。在石炭纪晚期到二叠纪期间，真蕨类植物进入了繁盛期，个体大小不等，种类数以万计。大型木本蕨类得到了极大的发展，出现了许多高大的真蕨植物-树蕨，在潮湿热带地区形成了大片的热带雨林。蕨类森林与煤炭挱椤与其他高大的木本蕨类植物如芦木、鳞木、封印木等一起组成了当时地球上繁盛的陆地森林。到了古生代末期，由于地壳的运动，造成了世界性的气候变化，性喜湿热的蕨类植物走向了衰退，许多高大的乔木完全灭绝了。 从石炭纪到二叠纪，这些蕨类植物的遗体大量堆积，然后又被掩埋在湖泊沼泽之中，经过变质而炭化，久而久之，形成了大范围的厚厚的煤层，地质史上石炭纪也因而得名。 煤炭的形成 现在所知，地球历史上有过三次主要的造煤时期。石炭、二叠纪时期为第一次造煤时期，其它两次是在侏罗纪和古近纪。 在石炭、二叠纪造煤时期，地球上几乎各处都有煤生成，整个欧洲、非洲北部、北美洲北部和亚洲西部的煤矿，差不多都是这个时期形成的。包括中国的山西、河北、山东、安徽等地的煤矿，也是这个时期的产物。 裸子植物森林 前裸子植物古羊齿植物 古羊齿(Archeaopteris)，具有蕨类植物的形态学特征和裸子植物的解剖学特征。广泛报导于泥盆纪中晚期世界各地的地层中。茎干粗壮，高大，具有和现代乔木相似的次生生长，为第一种真正意义上的现代树木。 前裸子植物是森林中重要的一员，在进化的道路上，它们离真正的种子植物只有一步之遥。种子蕨 是最早拥有种子的植物，它们可能直接由前裸子植物演化而来。 至少在亿年前出现，在古生代二叠纪大灭绝事件后，他们迅速繁盛起来，填补了哪些巨型树蕨留下的空缺，在恐龙称霸的中生代，为植食恐龙提供了大量的食物。 它们在更先进的植物类群的竞争下，到白垩纪早期即告结束，比恐龙早了数千万年。 种子蕨类植物的概念包括了大量的中生代植物，这些植物通常在叶部着生有繁殖结构，古生代的这种植物数量并不多。 主要的类型大致有4个属，即：Calamopitys 、Lyginopteris （皱羊齿）(石炭纪)、Medullosa（髓木） Callistophyton (晚石炭世) 这些植物通常比较高大，植物的各个部分通常单独保存，如茎干，叶子，种子，它们的完整信息有待于更加全面的化石资料。目前尚未有完整的种子长在叶上的标本。种子蕨的演化 由种子蕨进一步演化成现代两支裸子植物类群，一支为具大形羽状复叶的本内苏铁类和苏铁类，另一支演化成苛得狄类、银杏类、松柏类和买麻藤类。 被子植物有可能从一群最原始的种子蕨起源。7花的世界花的起源“讨厌之谜” 花的起源在古希腊与古罗马都有一些神话故事。 达尔文称“花起源”是一个 “讨厌之谜”，有花植物化石中叶、花粉粒连同茎的解剖结构最常见，花则很少见到。大量的假说通常依据组成生殖结构的器官的位置和形态之间可能的同源性，但这些问题还没有令人满意地解决。 曾经提出的被子植物祖先类群包括买麻藤目（Gnetales）、舌羊齿植物（Glossopterids）、开通植物（Caytonias）、苏铁植物（Cycads）、本内苏铁植物Bennettites），甚至真蕨植物（Ferns）。辽宁古果的“第一朵花” 年月，中国南京，古植物学家孙革打开并研究了来自中国辽西平原的1.4亿年前的三块化石，于年发表在SCIENCE杂志上。 那时全球气候温暖，在早白垩纪极地可能没有冰盖。白垩纪最早期的有花植物最有可能是多年生草本或小灌木，生长在更加开阔和受扰动的河边生境中。 “辽宁古果”：这朵花有雌蕊，也有雄蕊，但是它没有花瓣，也没有花萼，因此我们可以说它是一个丑陋的花。但是没有这样原始的、丑陋的花，也就没有今天这些美丽的花。新生代被子植物进化的几个特点 白垩纪-第三纪绝灭事件对被子植物的影响似乎极小。在早第三纪和晚第三纪期间，被子植物继续快速分化，最终在世界大部分的陆生植被中占据优势。 第三纪开始的全球气候变冷，这种气候变化最终在第四纪冰期达到高峰是导致被子植物生物多样性爆发的一个主要因素。因为这增加了对已适应了中生代比较温暖的环境条件植被的选择压力，这就为诸如被子植物这样适应能力更强的植物类群提供了分化的机会。 在晚第三纪陆生植被中发生的最重要的变化是开阔草原的扩张。花粉记录表明，草原在晚第三纪早期激增，特别是在中、低纬度地区。这种植被变化对动物生命有着极其深远的影响，触发了草食性有蹄类动物的进化，使之成为数量最多的哺乳动物类群之一。草原还为人类提供了依赖生计的谷物和饲料作物的祖先类型。动物对被子植物进化的影响 许多早期有花植物肯定是一种具有吸引力的食物来源。因为比起裸子植物的枝和球果，有花植物的叶子、花和果实更加容易消化。它们小而且更容易被动物吃到，同时有花植物通过有效的繁殖可以抵御这种损耗影响。 有花植物在早期辐射的2500万年里，植食性昆虫不断把它们开发为主要的食物来源。在这种持续而猛烈的攻击下，有花植物能够存活下来，靠得是它们能脱掉老叶，代之以新叶。 一些有花植物的种子能够通过动物掠食者的消化道而安然无恙，这大大帮助了它们的散布。肉质多汁的种皮和膨大的子房，使果实变成更具吸引力的食物，并且促进了它们的散布。 出现了依赖于昆虫传粉的有花植物，导致了花粉传播的方式多种多样。复习题名词解释：生命 生命的物质基础 植物细胞 岩石 成积岩 火成岩 变质岩 化石 古生物学 米勒模拟实验 原核生物 内共生学说问答题： 了解古生物进化的钥匙是什么？简述你的理解 简述前寒武纪地质特点 简述古生代各纪及其特点？ 简述中生代各纪及其特点？ 简述新生代各纪及其特点？ 谈谈你对第四纪冰期的认识？ 谈谈你对大陆漂移学说的认识？ 谈谈你对生命起源假说的认识？ 细胞如何出现？原核细胞的特点是什么？ 真核细胞出现的意义何在？ 真核生物如何起源？依据的假说是什么？ 简述植物、动物的共同祖先及其分化的假说？ 真核藻类植物的出现年代及依据是什么？ 简述植物登陆的起因与难题及其克服的情况？ 谈谈对苔藓之谜的认识？ 谈谈你对裸蕨植物的认识？ 简述蕨类植物森林形成及其演化特点。 简述煤炭形成的情况？ 简述裸子植物进化的特点？ 谈谈你对种子蕨植物的认识？ 花的起源为什么是一个“讨厌之谜”？这个谜是如何揭开的？简述新生代被子植物进化的特点？第三章 种子的信念n什么是种子的信念n种子在自然界的拓展n种子特性nn一、种子的信念：植物新一代的生命体在自然界中要拓展自己，实现自己生命的繁衍，同时扩展自己家族领域的一种本能和本性。n种子是时空的穿梭者，目标是为了实现自己的信念。三个实例：n1）鸭健藤种子漂洋过海n n植物种子能够穿越多远的空间距离，几千或几万公里，鸭健藤的种子告诉我们可以穿越到它们想去的地方，随着河流的流动与海洋的洋流可以漂到离自己母树几万公里的地方(非洲到澳洲），种子毫发无损的保持着旺盛的生命力，一旦时机成熟即萌发成为一棵大树，安营扎寨，发展成为一个新的家族生存地。n种子生在植物体的果实里，果实是种子最初的家，是孕育种子的摇篮。 鸭健藤种子外是果皮，被子植物有利的地方；果皮犹如种子的船舰载着家族的下一代飘洋过海，虽然路途遥远，而且路上会有很多的困难，种子会有大量的损失，但总会有成功的。n2）角叶月见草的种子沙漠生存n n月见草植物有耐寒、耐旱，耐瘠薄，喜光，忌积水的生活习性。n 月见草油是本世纪发现的最重要的营养药物。种子含油2030%，油中70%为亚油酸，89%为人体必需的亚麻酸。一类沙漠生存的植物风滚草n n风滚草是草原与沙漠上特有的一种植物类型，包括猪毛菜、防风、刺藜等10多种植物。n如何滚动：风滚草的果实底部，藏着许多又小又轻的种子，而果实的开口处长满密密的茸毛，使那些又轻又多的种子不可能一下子撒落。“圆球”在滚动过程中与地面不断发生碰撞，果实的种子也不断掉出几粒来，一棵风滚草就好比一架天然播种机，经过滚动，种子就散布在广阔的草原和沙漠中。在戈壁和沙漠或公路两旁，起风的时候经常可以看见它们在随风滚动。很多草球在草原上随风飘滚，游来游去，被当地人称作草原上的“流浪汉”，也成了“流浪汉”的代名词。据德国明镜周刊2004年月报道，美国航天局的科学家最近成功地在南极试验了球形火星车。在南极的严寒中，一个外形很像气球的物体，在强大的风力作用下滚动了64公里，经受住恶劣环境的考验。美国航天局科学家之所以在南极试验这个新设备，是因为他们希望，这个他们称之为“风滚草”的设备将来能在火星的冰封的两极表面上滚动行走。n二、种子的特性n种子来源及其进化特点种子是裸子植物和被子植物特有的繁殖体，它由花的子房内的胚珠经过传粉受精形成。n 种子的形成使幼小的植物雏体胚得到母体的很好的保护，并象哺乳动物的胎儿一样有充足的养料。n 种子能够通过休眠，在时间上避开不良的气候与条件而在合适的时间萌发。种子有种种适于传播或抵抗不良条件的结构，为植物的种族延续创造了良好的条件。n所以在植物的系统发育过程中种子植物能够代替蕨类植物取得优势地位。n种子结构n种子一般由种皮、胚和胚乳3部分组成，有的植物成熟的种子只有种皮和胚两部分。n种皮：由珠被发育而来，具保护胚与胚乳的功能。种皮的结构与种子休眠密切相关。有的植物种皮中含有萌发抑制剂，因此除掉这类植物种皮，对种子萌发有刺激效应。n 裸子植物的种皮由明显的3层组成。外层和内层为肉质层，中层为石质层。n被子植物由于有果实的保护，种皮和果皮之间有多种多样的形态与结构：外有坚硬的果皮，而种皮结构简单，薄如纸状；如花生；种子果皮与种皮愈合，如玉米、水稻的种子；如豆类植物的种子具有坚硬的种皮，种皮的表皮下有栅栏状厚壁细胞层，表皮上有厚的角质膜；荔枝种子外有是由假种皮肉质化形成的可食部分。 n胚：成熟植物体的雏形，是具有完全生命力的植物胚胎。n由受精卵发育形成。发育完全的被子植物胚由胚芽、胚轴、子叶和胚根组成。n裸子植物的胚都是沿着种子的中央纵轴排列，不同种类种子的胚之间唯一不同的是子叶数目，变动在1-18个之间。n胚乳：为植物种子初期萌发生长提供营养的结构。n裸子植物胚乳是单倍体的雌配子体，一般都比较发达，多储藏淀粉或脂肪，也有的含有糊粉粒。胚乳一般为淡黄色，少数为白色，银杏成熟的种子中胚乳呈绿色。n被子植物一般常把成熟的种子分为有胚乳种子和无胚乳种子两大类。绝大多数种子在发育过程中都有胚乳形成，但由于胚乳在发育过程中被胚分解吸收，则有些种类不具或只具很少的胚乳 。n在无胚乳种子中胚很大，胚体各部分，特别是在子叶中储有大量营养物质。n种子形态n种子的大小形状，颜色因种类不同而异。因此常常可作为很好的植物系统分类的依据。n种子表面有的光滑发亮、也有的暗淡粗糙。有的种子还具有翅、冠毛、刺、芒和毛等附属物。n种子体积的大小差异很大，一个带着内果皮的椰子种子，可以达几千克重，而药用植物马齿苋种子的千粒重只有0.13克，寄生的高等植物列当种子更小，千粒重仅在0.0029-0.0049克之间，兰科植物的种子也很小。n种子形态大小的差异性及其意义n保证了不同环境与不同条件下合适的大小与数量在生存竞争中取得胜利。n例如椰子的种子很大，每株结实数量有限，由于种子极易萌发，种子内又富含液体胚乳，营养充足，这样就可得到“重点保证”。n体积极小的种子，则以多取生，虽然它们只有占总数很少的种子能够萌发，但仍可产生大量后代。许多一年生杂草植物，就是以这种方式进行大量繁殖的。n这就是生态学概念中的植物生存的对策（数量少，大种子）与对策（数量多，种子小）的选择。三、种子在自然界的拓展种子在自然界如何拓展自己并生存下来?种子依靠果实本身所产生的机械力量；利用风力、水力、火力、动物和人类等自然的力量散布到大自然中，来实现了自己在自然界的拓展。n巧妙的利用自身的机械力n也称为主动散布或机械散布, 是指散布体仅依赖自身力量、而不需要依赖外界媒介来完成的散布。n有些主动散布植物可以将散布体散布到较远的距离, 有的主动散布机制则刚好与此相反, 它的存在是为了防止散布体被散布到不适宜的地方。n凤仙花、老鹳草的果实，在接近成熟时，稍有风吹草动就会弹裂，种子被射出很远。干熟的大豆，果皮也能急剧卷曲，豆粒被弹出很远。喷瓜成熟时果柄脱落的瞬间，种子就会自果柄处喷射而出。果实内充满了液体，一经轻轻碰撞即会承受不了压力，果实即会炸开。n有一种禾草，果实上倒生刺毛，受湿气伸张，竟能直土缝里钻，而且向前不会往后，被人们誉为“自动播种机”。两种机制：n膨压机制(Turgor mechanism) 喷瓜Ecballium elaterium 果实生长过程中会在果实内产生大量的蛋白质和碳水化合物, 这些化合物吸收大量水分后在果实内产生很大的膨压。n张力机制Impatiens capensis 的果实在果皮上产生弹性组织, 这些组织在果实生长过程中在某个方向不断积累张力, 当张力达到一定阈值时, 突然释放, 从而将果实内的种子弹射而出, 并得到散布。曼陀罗n原产地：墨西哥 ，现广布中国；是佛教的术语，指圣贤集会之地，万德交归之所的坛城 。n全株有剧毒,以果实特别是种子毒性最大，嫩叶次之。干叶的毒性比鲜叶小。其叶、花、籽均可入药,味辛性温。n主要含东莨菪碱、莨菪碱，其次有阿托品、阿朴阿托品 ，镇痉，镇静，镇痛，麻醉的功能；凤仙花的生活n一类一年生的草本花卉，产中国和印度。n凤仙花的花期为6-8月，结蒴果，状似桃形，成熟时外壳自行爆裂，将种子弹出，自播繁殖，故采种较难采集。n我国南北各省均有栽培；供观赏，除作花境和盆景装置外，也可作切花，种子为解毒药。n喜向阳的地势，疏松肥沃的土壤，在较贫瘠的土壤中也可生长。老鹳草n成熟时，果瓣自中轴分离，喙部成螺旋状卷曲；而利于种子从果实散布而出，生于河岸阶地、沟边和山坡。n含挥发油，油中主要成分为牦牛儿醇。槲皮素及其它色素，还含鞣质。清热解毒，祛风活血等。喷瓜n原产欧洲南部，成熟后，生长着种子的多浆质的果实组织变成粘性液体，挤满果实内部，强烈地膨压着果皮。这时果实如受到触动，就会“砰”的一声破裂，好象一个鼓足了气的皮球被刺破后的情景一样，把种子及粘液喷射出4050尺远。因为它力气大得象放炮，所以人们又叫它“铁炮瓜”。n喷瓜的粘液有毒，不能让它滴到眼中。n巧妙的利用风n风是自然界最便宜的资源之一；植物是利用风能的专家。n从原始的、低等的孢子植物如真菌、蕨类植物开始，就成功的利用风为自己传播生命的下一代。而孢子植物的出现是很古老的。n马勃一名灰菇，又称牛屎菇或马蹄包。嫩时色白，圆球形如蘑菇，但较大，鲜美可食，嫩如豆腐。老则褐色而虚软，弹之有粉尘飞出，内部如海绵。n局部止血药，兼治咽喉痛、失音等。 n地星的别名：地蜘蛛、米屎菰；n以子实体和孢子入药。秋季采收，剥去外包被的硬皮备用。n清肺热，活血，止血。用于支气管炎，肺炎，咽痛音哑，鼻衄；外用治外伤出血。n被子植物具有更复杂与更高级的利用风的传播种子的能力。风草本被子植物n 对气流散布的不同适应方式使植物的果实或种子表现出不同的征状, 如表面积增大、重量减轻等。气流散布很容易受到湿度的影响。从生境上看, 气流散布多出现在先锋植物或生活在开阔地带的植物, 在这种生境条件下, 果实与种子更有利于气流散布。被子植物中草本低矮的植物种子为了飞得更远，进化出相应的飞翔设备。如一些植物依靠果实或种子靠身上长的毛状物飞翔。蒲公英是一个很好的代表。其果实上有许多冠毛，轻轻一吹，即漫天飞舞。n蒲公英多年生草本，高1025厘米，生于路旁、田野、山坡。产于全国各地。n蒲公英又称尿床草，对于利尿可是有非常好的效果,它具有丰富的维生素和及矿物质，对消化不良、便秘都有改善的作用；另外叶子还有改善湿疹、舒缓皮肤炎、关节不适的净血功效,根则具有消炎作用，可以治疗胆结石、风湿。风木本被子植物n作为大树的木本植物对风利用则更加精妙，它们的果实和种子进化出多种多样 的形态为它们成功利用风能奠定了基础。1） 依靠果实或种子上的毛状物飞翔n杨柳这一类植物约种，我国有种，广布全国。n杨树在我国有种，是中国的主要造林树种，以速生丰产、适应性强、容易繁殖、农田防护、防风固沙著称。n柳树在中国有种，分布广泛，以西南、东北、西北山区种类最为集中。该属常见的种类有旱柳、垂柳。为早春蜜源植物。早春时节是柳树开花之时。雌雄花各在各的树上开花。2）带翅膀的种子n槭树植物是一大类具有带翅膀种子的植物，如枫树、槭树、金钱槭树。n 分布于北温带和热带高山上，主要产地为中国和日本。n有两类：一类植物的翅果有圆形的翅，形状近似古代货币的钱 ，故称金钱槭，金钱槭果实奇特，是我国特有寡种属植物，具有重要的保护价值；一类植物翅果均仅一侧有长翅 。n热带雨林里的龙脑香科植物种子：果不开裂或开裂，通常有种子1枚，常为增长的宿萼所围绕，花萼裂片中2或3枚或全部发育成狭长的翅。n巧妙的利用水有的果实是随水漂流，如红树的果实，椰子等。如红树的果实在海浪中漂游，由于有发达的棒状胚轴平衡，决不会倒栽葱扎在淤泥里；一颗大大的椰子里面只有一粒种子，它能随海浪漂泊到很远的地方安家落户。n对陆生植物来说, 水对散布的作用较小, 但仍有很多植物是由水流来完成散布, 水流散布是一种常见散布机制。椰子：广布热带海岸，我国台湾、海南岛、云南南