高中生物校本课程资料-植物分类鉴定的形态学基础知识

高中生物校本课程资料——植物分类鉴定的形态学基础知识引言在我们身边，植物的种类繁多，形态各异。从参天大树到匍匐的小草，从绚丽的花朵到朴素的叶片，每一种植物都以其独特的形态展现着生命的魅力。植物分类鉴定，便是认识和区分这些植物的基础。形态学方法，即通过观察和比较植物的外部形态特征来进行分类和鉴定，是最传统、最直观也最基础的方法，尤其对于初学者而言，掌握形态学基础知识是打开植物世界大门的钥匙。本资料将系统介绍植物分类鉴定中常用的形态学特征，为同学们开展植物观察与识别提供理论基础。一、植物的整体形态观察一种植物，首先映入眼帘的是它的整体形态。这包括植物的生活型、株高、分枝方式等。1.1生活型根据植物的寿命和形态特征，可将其大致分为：*草本植物：茎内木质部不发达，茎干柔软，植株矮小。根据生活周期又可分为一年生、二年生和多年生草本。*一年生草本：在一个生长季节内完成生命周期，如水稻、向日葵。*二年生草本：在两个生长季节内完成生命周期，第一年营养生长，第二年开花结实后死亡，如萝卜、白菜。*多年生草本：地下部分生活多年，地上部分每年枯死或常绿，如鸢尾、麦冬。*木本植物：茎内木质部发达，质地坚硬，寿命较长。*乔木：具有明显主干，树干高大，如松、杉、杨、柳。*灌木：无明显主干，近地面处分枝，植株较矮小，如月季、紫荆。*半灌木（亚灌木）：茎基部木质化，上部草质，如某些蒿属植物。1.2茎的生长习性除了木质化程度，茎的生长方向和姿态也是重要的观察点：*直立茎：茎垂直地面向上生长，最常见，如大多数树木和草本植物。*缠绕茎：茎细长柔软，不能直立，以缠绕他物上升，如牵牛、紫藤。*攀援茎：茎细长柔软，依靠特有的攀援结构（如卷须、吸盘、不定根、钩刺等）附着他物上升，如葡萄（卷须）、爬山虎（吸盘）、常春藤（不定根）。*匍匐茎：茎平卧地面，节上常生不定根，如草莓、红薯。*平卧茎：茎平卧地面，但节上不常生不定根，如地锦。二、植物的营养器官形态根、茎、叶是植物的营养器官，它们的形态特征是植物分类鉴定的重要依据。2.1根根通常生长在地下，具有吸收、固着、输导和贮藏等功能。*根系类型：*直根系：主根发达，明显，向下垂直生长，侧根从主根上生出，如棉花、油菜、大豆等双子叶植物。*须根系：主根不发达或早期停止生长，由茎基部生出许多粗细相似的不定根，呈须状，如小麦、水稻、玉米等单子叶植物。*变态根：有些植物的根在长期进化过程中，形态和功能发生了特殊变化，称为变态根。常见的有贮藏根（如萝卜、胡萝卜、甘薯）、气生根（如玉米的支持根、榕树的支柱根、吊兰的攀援根）、寄生根（如菟丝子）等。2.2茎茎是植物地上部分的骨干，上面着生叶、花和果实。*茎的基本特征：具有节和节间。节是茎上着生叶和芽的部位，节间是相邻两节之间的部分。*芽的类型：芽是未发育的枝条、花或花序的原始体。*按位置分：顶芽（生于茎顶端）、侧芽/腋芽（生于叶腋处）、不定芽（生于茎的节间、根、叶等处）。*按性质分：叶芽（发育成枝条）、花芽（发育成花或花序）、混合芽（同时发育成枝叶和花或花序，如苹果、梨的芽）。*变态茎：茎也常有变态，如地下茎的块茎（马铃薯）、鳞茎（洋葱、大蒜）、球茎（荸荠、慈姑）、根状茎（竹、莲藕、姜）；地上茎的茎刺（如山楂、皂荚的刺）、茎卷须（如黄瓜、南瓜的卷须）、叶状茎（如仙人掌、竹节蓼）。2.3叶叶是植物进行光合作用和蒸腾作用的主要器官，其形态多样，是分类鉴定中最常用的特征之一。*叶的组成：一片完全叶通常由叶片、叶柄和托叶三部分组成。三者俱全的为完全叶，如桃、月季；缺少其中一部分或两部分的为不完全叶，如丁香（无托叶）、莴苣（无叶柄和托叶）。*叶片的形态：*叶形：指叶片的整体形状，常见的有卵形、心形、披针形、线形、圆形、椭圆形等。描述叶形时，常结合叶的长宽比及最宽处的位置。*叶尖：叶片顶端的形状，如渐尖、急尖、钝形、圆形、凹形、尖凹、倒心形等。*叶基：叶片基部的形状，如楔形、圆形、心形、箭形、戟形、耳形等。*叶缘：叶片边缘的形状，如全缘、锯齿状（锯齿、重锯齿）、牙齿状、波状、缺刻状（浅裂、深裂、全裂）等。*叶脉与脉序：叶脉是叶片中的维管束，其分布方式称为脉序。*平行脉：叶脉平行排列，多见于单子叶植物，如水稻、玉米、小麦。又可分为直出平行脉、横出平行脉、辐射平行脉等。*网状脉：叶脉分枝连接成网状，多见于双子叶植物。又可分为羽状网脉（如桃、柳，主脉明显，侧脉自主脉两侧分出，呈羽状排列）和掌状网脉（如南瓜、蓖麻，主脉数条，从叶基辐射状伸出）。*叶序：叶在茎上的着生方式称为叶序。常见的有：*互生：茎的每个节上只着生一片叶，如桃、柳、樟树。*对生：茎的每个节上相对着生两片叶，如丁香、薄荷、女贞。*轮生：茎的每个节上着生三片或三片以上的叶，如夹竹桃、轮叶沙参。*簇生：多片叶着生于短缩的茎上，如银杏、雪松。*叶的质地：如革质（叶厚而坚韧，如桂花、山茶）、纸质（质地较薄而柔韧，如月季、梧桐）、膜质（质地极薄而半透明，如洋葱的鳞片叶）、肉质（叶肥厚多汁，如芦荟、景天）。*单叶与复叶：*单叶：一个叶柄上只生一片叶片，如桃、柳。*复叶：一个叶柄上生有两片或两片以上叶片。复叶的叶柄称为总叶柄，总叶柄上着生叶片的轴状部分称为叶轴，复叶的每片叶称为小叶，小叶的叶柄称为小叶柄。根据小叶的排列方式，复叶可分为：*羽状复叶：小叶排列在叶轴的两侧，呈羽毛状。若叶轴顶端有一片小叶，则称为奇数羽状复叶（如月季、槐）；若叶轴顶端有两片小叶，则称为偶数羽状复叶（如花生、蚕豆）。叶轴分枝一次的为二回羽状复叶（如合欢），分枝两次的为三回羽状复叶（如南天竹）。*掌状复叶：小叶集中着生在叶轴的顶端，呈掌状排列，如七叶树、人参。*三出复叶：叶轴上着生三片小叶。若顶生小叶具有小叶柄，则称为羽状三出复叶（如大豆）；若三片小叶均无小叶柄或近无柄，则称为掌状三出复叶（如酢浆草）。*单身复叶：叶轴顶端只有一片发达的小叶，两侧的小叶退化，叶轴顶端与小叶连接处有关节，如柑橘类。2.3叶(续)*叶的变态：叶也会发生变态，以适应不同的环境和功能。常见的有：苞片（生于花或花序基部的变态叶，如向日葵花盘边缘的总苞片）、鳞叶（如洋葱、百合的肉质鳞叶，以及木本植物冬芽外的膜质鳞叶）、叶卷须（如豌豆的羽状复叶顶端的小叶变成卷须）、叶刺（如仙人掌的叶变成刺，刺槐的托叶变成刺）、捕虫叶（如猪笼草、捕蝇草的叶特化为捕虫器官）。三、植物的繁殖器官形态花、果实和种子是植物的繁殖器官，它们的形态特征是被子植物分类鉴定，尤其是高级分类阶元（如科、属、种）鉴定的最主要依据，因其形态相对稳定，受环境影响较小。3.1花花是被子植物特有的繁殖器官，其形态结构复杂多样。*花的组成：一朵典型的花由花梗（花柄）、花托、花萼、花冠、雄蕊群和雌蕊群六部分组成。花萼和花冠合称为花被。*花梗与花托：花梗是连接茎与花的部分，花梗顶端膨大的部分称为花托，花的其他部分着生于花托上。*花萼：位于花的最外层，由若干萼片组成。萼片通常呈绿色，具有保护幼花和进行光合作用的功能。花萼有离萼（萼片分离，如油菜）、合萼（萼片部分或全部合生，如茄子）之分。有些植物花萼外还有副萼（如棉花、锦葵）。*花冠：位于花萼内侧，由若干花瓣组成。花瓣通常具有鲜艳的颜色和香气，能吸引昆虫传粉。花冠也有离瓣花（花瓣分离，如桃花）和合瓣花（花瓣部分或全部合生，如牵牛、番茄）之分。*花冠类型：常见的花冠类型有：十字形（如油菜、白菜，花瓣四片，两两相对呈十字形）、蝶形（如豌豆、蚕豆，花瓣五片，最上一片最大为旗瓣，两侧两片为翼瓣，最下两片合生为龙骨瓣）、漏斗状（如牵牛）、钟状（如桔梗）、管状（如向日葵的盘花）、唇形（如薄荷、一串红，花冠略呈二唇形）、舌状（如向日葵的边花，花冠上部平展成舌状）、辐状/轮状（如番茄，花冠筒短，裂片平展如轮）。*雄蕊群：位于花冠内侧，是一朵花中所有雄蕊的总称。每个雄蕊由花丝和花药两部分组成。花药是花丝顶端膨大的部分，内有花粉囊，能产生花粉。*雄蕊类型：根据雄蕊的数目、长短、离合情况等，可分为多种类型：*离生雄蕊：雄蕊彼此分离，如桃、油菜。*单体雄蕊：花丝下部彼此联合成管状，包围花柱，花丝上部和花药分离，如棉花、木芙蓉。*二体雄蕊：花丝联合成两组（两组数目多为9+1，如蚕豆、豌豆等豆科植物）。*多体雄蕊：花丝联合成多束，如金丝桃、蓖麻。*聚药雄蕊：花药合生，花丝分离，如向日葵、蒲公英等菊科植物。*二强雄蕊：雄蕊四枚，其中两枚较长，两枚较短，如薄荷、紫苏等唇形科植物。*四强雄蕊：雄蕊六枚，其中四枚较长，两枚较短，如油菜、白菜等十字花科植物。*雌蕊群：位于花的中央，是一朵花中所有雌蕊的总称，通常由心皮（构成雌蕊的基本单位，是具有生殖功能的变态叶）组成。每个雌蕊由柱头、花柱和子房三部分组成。*柱头：雌蕊顶端接受花粉的部分，常扩大成各种形状。*花柱：连接柱头和子房的部分，花粉管由此进入子房。*子房：雌蕊基部膨大的部分，内含胚珠。子房壁发育成果皮，胚珠发育成种子。*子房位置：根据子房与花托的相对位置以及花被、雄蕊着生的位置，可分为：*上位子房/下位花：子房仅底部与花托相连，花萼、花冠、雄蕊均着生于子房下方的花托上，如油菜、桃。*上位子房/周位花：子房仅底部与杯状花托的中央部分相连，花萼、花冠、雄蕊着生于杯状花托的边缘，如月季、蔷薇。*半下位子房/周位花：子房下半部与花托愈合，上半部仍独立，花萼、花冠、雄蕊着生于子房周围的花托边缘，如马齿苋、忍冬。*下位子房/上位花：子房全部与杯状花托愈合，花萼、花冠、雄蕊着生于子房顶端的花托边缘，如苹果、梨、黄瓜。*胎座类型：胚珠在子房内着生的部位称为胎座。常见的胎座类型有：*边缘胎座：单心皮雌蕊，子房一室，胚珠着生于腹缝线上，如豆科植物。*侧膜胎座：合生心皮雌蕊，子房一室或假数室，胚珠着生于相邻两心皮连合的腹缝线上，如油菜（假二室）、黄瓜、罂粟。*中轴胎座：合生心皮雌蕊，子房多室，心皮边缘内卷在中央汇合成中轴，胚珠着生于中轴上，如棉花、番茄、柑橘。*特立中央胎座：合生心皮雌蕊，子房一室，中轴由子房底部升起，但不达子房顶部，胚珠着生于此轴上，如石竹、报春花。*基生胎座：胚珠着生于子房基部，如向日葵、大黄。*顶生胎座：胚珠着生于子房顶部，如桑、胡萝卜。*心皮数目：雌蕊由1至多个心皮组成。由1个心皮组成的雌蕊称为单雌蕊（如桃、豆科植物）；由2个或2个以上心皮合生组成的雌蕊称为复雌蕊或合生心皮雌蕊（如油菜、番茄）；有些植物花中可有多枚离生的单雌蕊，称为离生心皮雌蕊（如草莓、玉兰）。3.1花(续)*花程式与花图式：花程式和花图式是用符号和图形来表示花的各部分组成、排列、位置和相互关系的方式，是植物分类学中常用的描述工具。（此处可根据校本课程的深度选择是否详细介绍，或仅作概念引入）*花序：花在花轴上的排列方式和开放顺序称为花序。有的植物花单生于叶腋或枝顶，称为单生花；多数植物的花则按一定规律排列在花轴上形成花序。花序的主轴称为花轴或花序轴，花轴上着生许多花，花下常有苞片。根据花轴的长短、分枝与否、小花的开放顺序以及苞片的有无等，可将花序分为无限花序和有限花序两大类。*无限花序（总状类花序）：花轴在开花期间可以继续生长，不断产生新的小花，小花的开放顺序是由下向上（花轴顶端可继续生长）或由边缘向中心（花轴顶端平顶）。常见的无限花序有：*总状花序：花轴较长，