植物学：序论

1、植 物 学,实验课，从11周开始上课 课后班长登记E-mail地址和手机号,动物？植物,植物还是动物,一、生物界的划分,五界系统,二界系统： 1753年林奈（Linnaeus）提出 将生物界分为植物和动物,本课程采用二界系统 根据二界系统，植物界包括菌类植物、藻类植物、地衣类植物、苔藓植物、蕨类植物、裸子植物和被子植物,Characteristics of plant Self-feeding; Photosynthesis; Cell wall - - -Cellulose;. Not motile; Indeterminate growth; Asexual and sexual repr

2、oduction,植物界的发生和发展,1、发生年代:三十多亿年前,The meteorite ALH 84001，which came from Mars and landed in Antarctica，contains the chemical signatures of life,The Earliest Trace of Life? This fossil from Western Australia is 3.5 billion years old and shows carbon traces that indicate life,2、发生过程： （1）由无机物到有机物; （2）由

3、非生命体到有生命体; （3）由非细胞结构到有细胞结构. 3、发展规律 （1）由简单到复杂; （2）由水生到陆生; （3）由低等到高等,Plants Arose from the Green Algae During the Silurian Period Over 400 Million Years Ago,古生菌,二 植物的多样性,植物种类多至50余万种,美国红杉 世界上最高的树之一,Plants are amazing living organisms,北美红杉属 Sequoia,浮萍-仅长26 mm，花微小如针头，生于叶状体的边缘。 最小的有花植物是无根萍，只有浮萍的1/4大,Wolff

4、ia borealis无根萍: Dorsal view of budding flowering plant next to the tip of a sewing needle. The floral cavity contains a single pistil (with a circular, concave stigma) and one stamen. The length of one entire plant is less than one millimeter (1/25th of an inch,巨藻最长的甚至可以达到200米到300米，重达200公斤,巨型蘑菇“体重”2

5、0公斤 墨西哥-恰帕斯州,A giant polypore, Fomitiporia ellipsoidea,was found in Hainan Island in southern China. It was 20 y old, and its estimated volume was 409 000e525 000 cm3 and weight was 400e500 kg. This is the rst report of the largest fungal fruiting body both in volume and weight,Fungal Biology Volume

6、 115, Issue 9, September 2011, Pages 813-814,Fomitiporia ellipsoidea 椭圆嗜蓝孢孔菌has the largest fruiting body among the fungi,http:/,复椰子的种子重近10公斤、长约50厘米,3.营养方式 (1).自养植物： (2).寄生植物 (3).食虫植物兼具异养和自养的营养方式,腐生植物 大花草,世界上最大的花 生长在印度尼西亚苏门答腊森林里 直径达1.4米/花瓣长3040厘米/一朵花67公斤重,猪笼草,食虫植物,捕蝇草,食虫植物,4.植物的寿命 细菌，短的仅生活2030分钟，即可分

7、裂而产生新个体。 多年生草本、二（越）年生草本、一年生草本。 木本植物的寿命较长，有的可达数百年或上千年,福如东海长流水 寿比南山不老松,龙血树,植物中的活化石能活几千年,岱庙的汉柏,The oldest known living organism is a bristlecone pine (狐尾松 ) that has been alive for almost 5,000 years-long enough to have witnessed all of recorded human history,百岁兰, 叶子寿命达100年以上,5.分布：分布极广，无论平原、高山、荒漠、海洋，或赤

8、道、极地等，都有不同的植物种类生长繁衍,瓶尔小草 旱生植物,三 植物的奇妙特征,Plant Signaling Horiuchi et al. 2003; Kawashima et al.2007). 乙酰胆碱酯酶活性也已经在植物中发现 (Momonoki and Momonoki 1991; Roshchina 2001; Wimniewska and Tretyn 2003; Horiuchi et al. 2003; Kawashima et al. 2007). 但是在植物中尚没有确切的证据表明存在乙酰胆碱受体,产生绿色荧光的蘑菇-Mycena lux-coeli,四、植物的重要性,一

9、）推动地球和生物的发展 （二）合成有机物质，贮存能量 （三）促进物质循环，维持生态平衡 （四）人类赖以生存的物质基础,We could not live without plants,Plants produce most of the oxygen we breathe. Plants produce most of the chemically stored energy we consume as food and burn for fuel. Plants produce an amazing assortment of useful chemicals,A piece of a Pe

10、ruvian rain forest being converted for agricultural use by the slash-and-burn method,Chinese Plants and Medicine,Nearly 5,000 species of plants are used for medicine in China today, a fact that is of increasing interest to western medical researchers and pharmaceutical companies,Viruses were first p

11、urified from plants,Tobacco Mosaic Virus,Viruses infect humans as well as plants, causing many diseases including AIDS, hepatitis, SARS, swine flu, cervical cancer, chicken pox, and polio,Image Copyright 1994 Rothamsted Research,Trichosanthes kirilowii Maxim (栝楼) strong activity against HIV. 原产于中国,C

12、inchona tree金鸡纳树 bark contains a compound, quinine奎宁, that kills Plasmodium 疟原虫,But Plasmodium are developing resistances to quinine, so other sources of anti-malarial compounds must be found,Image credits: Khler; CDC,Artemisia annua 青蒿, show great promise against drug-resistant malaria （疟疾,2011年，屠呦

13、呦获得了拉斯克奖，这是中国生物医学界迄今获得的最高级别的国际大奖,2009年出版的青蒿及青蒿素类药物一书记载，当时他们共筛选了两百多种中药，并终于在1971年10月从中药青蒿中获得具有100%疟原虫抑制率的提取物，取得中药青蒿抗疟的突破。后来又经去粗取精，于1972年11月8日得到抗疟单体青蒿素,这种新结构的抗疟药，解决了长期困扰医学界的对喹啉类药物产生耐药性疟疾的治疗问题，并在过去30年里挽救了无数疟疾患者的生命。在非洲，由屠呦呦主持研发的新一代抗疟药双氢青蒿素（商品名“科泰新”），广泛用于抗疟治疗，被誉为“神药,人们一度认为，抗疟药物的结构中必须有含氮元素的杂环才能有效，但青蒿素却完全是由

14、碳、氢、氧三种元素组成的,Mendels studies of peas revealed the laws of inheritance,Mendels work laid the foundation for the sciences of plant genetics and plant breeding,Plants make us happy,People at work who can see plants report significantly greater job satisfaction than those who cant,五、什么是植物学,植物学的定义与研究对象,植

15、物学是一门内容十分广博的学科。 研究对象是植物各类群的形态结构，分类和有关生命活动、发育规律，以及植物和外界环境间多种多样关系的学科,Botany covers a wide range of scientific disciplines concerned with the study of plants, algae and fungi, including structure, growth, reproduction, metabolism, development, diseases, chemical properties, and evolutionary relationshi

16、ps among taxonomic groups,Botany,形态解剖Anatomy 系统分类 Taxonomy,植物形态解剖学 植物系统分类学 植物生态学 植物生理学 古植物学 植物资源学 植物遗传学 植物生物化学 植物细胞生物学 植物分子生物学,Botany Plant Biology Plant Science,Botany, plant science, phytology, or plant biology is a branch of biology that involves the scientific study of plant life,植物学的发展简史和发展趋势,我

17、国是研究植物最早的国家之一。 远在殷代就开始种麦、黍、稻、粟。 最近的考古学证据表明，稻子在长江下游的浙江地区是在一个2000年或3000年内的缓慢过程中转变为人工种植的作物的，这与小麦和大麦的缓慢转变为人工种植作物类似。 Dorian Fuller等的研究认为稻米的人工种植是在6900年至6600年前达到高峰的。 Science，2009年3月20日,诗经中就已经记载200多种植物名字. 诗经-周南关雎中云： 关关雎鸠，在河之洲。 窈窕淑女，君子好逑。 参差荇菜，左右流之。 窈窕淑女，寤寐求之。 荇菜-据吴征镒考证，是沉水草本植物眼子菜科的菹（zu组）草,草,贺兰山-古代岩画，植物岩画-38

18、幅 岩画作于中国青铜器时代，距今3000余年,植物学的发展与农业息息相关,公元六世纪，北魏贾思勰的齐民要术，概括了农、林、果树和野生植物的利用。 明代农政全书 晋代竹谱 唐代茶经 宋代菊谱荔枝谱,救荒本草 我国15世纪初一部记述野生植物的地方性植物志。记载了植物414种，每种都配有精美的木刻插图。按可食部位分为叶可食、根可食、实可食等。书中把植物按同类排在一起，既方便于识别，也反映它们之间有相近的亲缘关系。 朱橚-朱元璋的第五个儿子，救荒本草的作者,中药学的发展就是人们对植物结构/分类/化学成分不断深入研究的结果. 汉代神农本草经收有中草药365种。 明代李时珍的本草纲目收有植物1173种，为

19、世界学者所推崇,清代吴其著植物名实图考和植物名实图考长编，记载了1714种植物，是研究我国植物的重要文献,19世纪，李善兰与外人合作编译植物学一书，为我国第一部植物学的译本，对发展我国近代植物学起了积极作用。该书所译的细胞、心皮、子房、胎座、胚、胚乳等名词，沿用至今。 包括现代植物科学的思想,概念,理论体系,西方植物学的发展,古希腊时人们对植物的应用十分初级. 公元前300年，古希腊的特奥弗拉斯所著的植物的历史、植物的本原两本书被认为是植物学的奠基著作。 Theophrastus约公元前370年285年亚里士多德的学生植物学之父,公元前883-859年， 古叙利亚王宫的浮雕。神站在海枣树树前，

20、右手持雄花序为雌花序授粉,人工授份的最早记录,公元前4000公元前2000年 巴比伦对棕榈实施人工受精,古代埃及,16世纪，意大利人西沙尔比诺（Cesalpino）的植物一书，以植物的生殖器官作为分类基础，将植物学与本草区别开来。 17世纪，英国虎克（Robert Hooke）利用显微镜发现了细胞，从而推动了植物学的微观研究,18世纪，林奈创立了“双名法”，为现代植物分类学奠定了基础。 19世纪，德国施莱登和施旺提出了“细胞学说”，论证了生物同出一源。 英国达尔文的物种起源，提出了生物进化论观点,植物科学的发展，经历了三个时期： 1.描述植物学时期 从公元前371286 17世纪,A plat

21、e from Linnaeuss 1737 work Genera Plantarum showing the twenty-four classes of Linnaeuss sexual system,2.实验植物学时期 从18世纪 20世纪初,3.现代植物学时期 从20 世纪初现在,现代植物科学的发展趋势表现在3 个方面,1）两极分化- 指微观领域和宏观领域的深入研究,个体,组织、器官,细胞、亚细胞水平,分子生物学,纳米生物学,种群,群落,生态系统,生物圈,宏观,微观,2）传统的各分支学科彼此交叉渗透，学科间的界限逐渐淡化。 19501987 : Annual Review of Pla

22、nt Physiology 19882001 : Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology 2001present : Annual Review of Plant Biology,3）植物科学的研究成果日益受到重视。在解决世界性的重大难题中发挥作用,21世纪面临的许多世界性的难题,人口膨胀 粮食紧张 环境污染 能源紧缺 遗传疾病,The world population is expected to triple between 1950 (2.5 billion) and 2020 (7.5 billion,

23、Globally, more than one billion people per year are chronically hungry,Thats more than the total population of the USA, Canada and the EU,Source: FAO news release, 19 June 2009,Current estimates indicate that we need to increase food production by 70% in the next 40 years,2009年4月8日，国务院常务会议讨论并原则通过全国新

24、增1000亿斤粮食生产能力规划（2009-2020年），确认到2020年，中国粮食生产能力达到1.1万亿斤以上，比2009年产能增加1000亿斤,当代农业生物科学的前沿,作物基因组计划 农作物的基因工程,Even mild drought stress reduces yields,Mild drought stress reduces the rate of photosynthesis and growth, whereas extreme drought stress is lethal,serious diseases threaten the worlds food supply,W

25、heat stem rust Corn smut fungus,Agricultural fertilizer use is a considerable source of environmental pollution,Photo courtesy of NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio,Fertilizer run-off causes dead zones, algal blooms that then decay, reducing oxygen levels in the water and making animal life impossible,Plant Biotechnology,Traditional crossbreeding,Recombinant DNA techniques,http:/www.insp.mx/xcongreso/ponencias/5,中国工程院院士袁隆平 超级杂交稻亩产已经达到1000公斤,李振声 院士 开创了远缘杂交育种在生产上大面积推广的先例,玉米专家-李登海,学习植物学的目的 最终的目的在于应用，解决实际问题。 学习植物学的方法 注重理论联系实际，运用