35亿年的植物之旅-中国科学院植物研究所


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35亿年的植物之旅

植物是什么时候出现在地球上的？科学家们推测，大约出现在33－35亿年前。目前，地球上有40多万种植物，约有低等植物(无胚植物)156万种，其中真菌约占12万种；高等植物(有胚植物)275万种，其中90%是种子植物。植物的进化植物和动物，构成了宏观世界中最生机勃勃的自然景象。特别是遍布整个地球的绿色植物，它们组成了森林，铺展成草坪，从冰天雪地的南极，到湿热的热带雨林，从蔚蓝的海洋，到干旱的沙漠，所有的植物都奇迹般地生长、繁育着。植物，把大自然打扮得多姿多彩。什么是植物？这是一个至今还难严格定义的概念。但一般来说，有叶绿素能通过光合作用取得营养是植物的第一特征，虽然菌类植物、腐生植物、寄生植物是例外。此外，植物细胞壁含纤维素，质地坚韧；没有运动器官，通常固定生活在一个地点，无感觉器官和神经系统，也是公认的植物特征。当然，也有例外，有的植物能动，如滚草、九死还魂草；有的植物似乎有感觉器官和神经系统；有的植物还同动物一样有血型，等等。这些例外，使许多植物显得十分有趣。目前，植物学界沿用的植物分类系统将植物分低等植物和高等植物两大类。低等植物分藻类、菌类和地衣三大类型，它们在形态上无根、茎、叶的分化；构造上无组织分化，生殖器官为单细胞，合子发育时不离开母体，不形成胚，亦称无胚植物，如菌类、藻类植物等。现在已知有低等植物156万种，其中真菌约占12万种。高等植物有根、茎、叶的分化；构造上组织分化，生殖器官为多细胞，合子在母体内发育成胚，故亦叫有胚植物。高等植物包括苔藓、蕨类和种子植物三大类型，种子植物又分裸子植物和被子植物两个类型。全世界约有高等植物275万种，其中90%是种子植物。地球上的40多万种植物是在30多亿年的进化过程中从低等到高等，从简单到复杂，逐步演化而来的。最原始的蓝藻：地球植物的祖先蓝藻是世界上发现的最古老的植物。地质学家们在南非的谢巴金矿地层中，发现了一种距今已有34亿年历史的蓝藻类化石。这种古代蓝藻的模样儿同现代的蓝球藻差不多。蓝藻具有植物的最基本特征：能用自身拥有的叶绿素进行光合作用制造养分，独立繁殖，不依靠其他生物自营生活。蓝藻是藻类植物中的一大类型。根据蓝藻化石，科学家们推测，最古老、最原始的植物——藻类，是所有植物的祖先，大约出现在33－35亿年前，地球形成后的11－13亿年以后。至今，古代蓝藻的子孙仍然广泛地生活在自然界里，是繁殖力最强的水生植物之一。海水中、淡水中，冰天雪地里、高温的泉水中，岩石上，到处有它们的踪迹。蓝藻的种类很多，全世界约有2000多种。蓝藻对自然界的贡献很大。蓝藻中有k00多种属于固氮蓝藻，能利用空气中的游离氮素，制造氮素化合物。据估计，地球上的固氮蓝藻每年可从空气中固定纯氮1000万吨左右，相当于5000万吨硫酸铵所含的氮素。蓝藻中有k00多种属于固氮蓝藻，能利用空气中的游离氮素，制造氮素化合物，如氨和其他含氮有机化合物。须知，空气中的分子态无机氮是不能被生物利用的。分子态的无机氮只有被转化或者被固定成有机氮化物，才能被生物体利用，成为构成生物体蛋白质等参与生命活动中氮代谢的基础物质。蓝藻的固氮作用就是将分子态氮合成氨和其他含氮有机化合物的过程。自然界空气中的分子氮的固定有两种方式：一种是非生物固氮，即通过闪电、高温放电等固氮，这样形成的氮化物很少；二是生物固氮，即分子态氮在生物体内合成氨的过程。大气中90%以上的分子态氮都是通过固氮微生物的作用合成氨的。生物固氮是固氮微生物的一种特殊的生理功能，已知具固氮作用的微生物约近50个属，蓝藻就是其中重要的成员。蓝藻的细胞内具有固氮酶。固氮作用过程十分复杂，目前还没完全研究清楚。藻类植物虽然是最低等、最原始的植物，但现在地球上所有植物有机物光合作用的初级生长量的90%来自藻类，其光合效率也比陆生植物高得多，一般陆生植物的光合效率仅1%—225%左右，而单细胞的小球藻则可高达235%。可以说，藻类植物是生物食物链中最重要的初始环节之一。低等植物细菌：可能被开除的植物我们日常食用的蘑菇、香菇、金针菇，是菌类植物中的大型真菌。导致我们各种疾病的细菌、立克次氏体、病毒；为人类制造抗生素、酸乳、葡萄美酒和豆瓣、酱油的放线菌、酵母菌、霉菌和其他微生物，现在仍归类于菌类植物。菌类植物没有根、茎、叶的区别，一般不含叶绿素和其他光合作用色素，不能自制养植，靠寄生生活或腐生生活的低等异养植物，常分为细菌门、粘菌门和真菌门。菌类植物由于缺少植物的典型特征，科学家们常将其归于微生物界。还有人主张将生物分为微生物、真菌、动物、植物四大界，把菌类开除出植物界。地衣植物是由真菌和藻类共生所构成的复合有机体。藻类制造有机物，真菌吸收水分。地衣约500属2600多种，其生长型有壳状地衣、叶状地衣、枝状地衣和胶质地衣等四大类型，特别能耐干寒，是拓荒的先锋，少数可供食用，并可作高山和极地兽类的饲料。较低级的高等植物桫椤：惟一的木本蕨类植物蕨类植物是高等植物中一个较低级的类群，以前也曾归于低等植物，旧称羊齿植物，但比苔藓植物高级，有真根、茎、叶和较典型的维管系统。全世界约有蕨类植物12万种，我国约有2600余种，广布全国，以西南、华南最多。我们所见到的蕨类植物一般都是草本的，惟有一种叫“桫椤”的植物是木本，所以又叫树蕨。桫椤是杪椤科桫椤属蕨类木本植物。我国在云南、贵州、四川、广东、福建、台湾等地发现了成片的桫椤，是我国的一类保护植物。桫椤在日本、新西兰和南太平洋岛屿上生长繁茂。在南太平洋岛屿的热带雨林中,树蕨高3—8米,最高的达20米左右，任何其他的蕨类植物不能望其项背。新西兰的人民特别钟爱这种令人能联想起2亿多年前,蕨类植物和恐龙统治地球的远古时代，将树蕨定为新西兰的国花。其实,树蕨没有花,也不结果实和种子,全靠叶片背面的黄色小点——孢子囊群繁衍后代。孢子成熟后随风飘散，落在土壤中，逐步长成一棵新树。较高级的高等植物桫椤：惟一的木本蕨类植物蕨类植物是高等植物中一个较低级的类群，以前也曾归于低等植物，旧称羊齿植物，但比苔藓植物高级，有真根、茎、叶和较典型的维管系统。全世界约有蕨类植物12万种，我国约有2600余种，广布全国，以西南、华南最多。我们所见到的蕨类植物一般都是草本的，惟有一种叫“桫椤”的植物是木本，所以又叫树蕨。桫椤是杪椤科桫椤属蕨类木本植物。我国在云南、贵州、四川、广东、福建、台湾等地发现了成片的桫椤，是我国的一类保护植物。桫椤在日本、新西兰和南太平洋岛屿上生长繁茂。在南太平洋岛屿的热带雨林中,树蕨高3—8米,最高的达20米左右，任何其他的蕨类植物不能望其项背。新西兰的人民特别钟爱这种令人能联想起2亿多年前,蕨类植物和恐龙统治地球的远古时代，将树蕨定为新西兰的国花。其实,树蕨没有花,也不结果实和种子,全靠叶片背面的黄色小点——孢子囊群繁衍后代。孢子成熟后随风飘散，落在土壤中，逐步长成一棵新树。银杏：最古老的裸子植物裸子植物在古生代、中生代最为繁盛，但现仅存铁树目、银杏目、松柏目及麻黄目4目760余种。我国是裸子植物种类最多，资源最丰富的国家，有裸子植物230余种，不少活化石裸子植物均产于我国，如银杏、水杉等。银杏是最古老的裸子植物，在我国的名山古刹中随处可见。银杏的祖先在27亿多万年前就出现了，17亿多万年前，银杏已遍布世界各地。在那蕨类植物主宰世界的时代里，它可说是最早出现的高等种子植物之一。以后，在冰川运动时期，绝大多数银杏都同恐龙一起绝灭了，只在我国流传了下来，成为稀世之宝。山东莒县定林寺中，有一棵相传是商代栽植的大银杏树，年龄已有3000多岁了。最高级的高等植物被子植物又称有花植物。被子植物是现代植物中最高级、种类最多和分布最广的类群。我国有高等植物近3万种，占全世界10%以上，仅次于马来西亚和巴西，居世界第3位。被子植物是人类食物、衣料、药品的主要来源。被子植物最大的特点是花发育完善，有根、茎、叶、花、果等器官，各个器官的形态与构造复杂多样，能适应各种各样的生存环境。它的花是被子植物的有性生殖器官，由花柄、花托、花被(花萼与花冠)、雄蕊群和雌蕊群所构成。经过有性生殖过程，花的一定部位形成果实和种子。被子植物与裸子植物的区别在于，裸子植物的“花”发育不完全，胚珠是裸露在外的，直接发育成种子，如松子；而被子植物的胚珠则被封闭在雌蕊的子房内，发育成种子后被果肉包裹着，如梨、苹果、西瓜中的种子。人们常说，铁树开花，其实铁树是裸子植物，它的“花”的器官是不完备的，还不具备生物学上定义的“花”的特征。被子植物中不少是供人观赏的花卉植物。被子植物用它们绚丽的花朵将自然界打扮得多姿多彩，构成了花卉植物的绝大多数。被子植物中，最最高级的类群当数兰科植物。其花的结构之复杂精巧，传媒方式之奇妙，使大生物学家达尔文也叹为观止。