大学《植物学》讲义1

第一章绪论

教学目的：了解植物界的基本概况和研究植物的重要性，以及植物科学的发展简史和发展趋势，了解植物学和分支学科的研究内容，明确学习目的，掌握植物学的学习方法。

难点重点：植物的分类及重要作用。

一、植物的类群及多样性

地球上生存的植物种类极其丰富，仅目前已知的植物种类已达50多万种，其中种子植物约为25万余种。它们的大小、形态、结构、寿命、生活方式、营养方式及生态特性等方面表现为多年多样，共同构成了复杂的植物界。从以下几方面充分体现物种的多样性：

1．地理分布：

植物在地球上的分布是极为广泛的，可说是无处不有。

2．个体大小：

植物在形体大小上差异极大。最小的植物只有几个微米，也有高达100米的高大乔木。

3．形态结构：

植物界中最简单的植物只有1个细胞，随着植物的演化发展，植物由单细胞发展到多细胞的线状体，再由线状体发展到叶状体，最后达到具有根、茎、叶分化的高等植物，因而形成了在结构上简繁不等的植物界。根据植物的这种进化系统，植物界可以分为藻类植物、菌类植物、地衣植物、苔藓植物、蕨类植物、裸子植物及被子植物。4．营养方式：

植物界中，大多数植物为自养型植物（绿色植物），另一类为非绿色植物。又称异养型植物。

5．寿命长短：

各种植物的寿命长短不等。木本植物一般可以生活多年，草本植物有一年生、二

年生及多年生之分。有些生长在沙漠里的植物，其生活周期仅为几周，故称短命植物或类短命植物。

6．生境：

植物界中大多数植物生活在陆地上，统称为陆生植物（阳性植物、阴性植物、耐阴性植物）。生活在水体中的植物称为水生植物（沉水植物、浮水植物）。也可根据陆生植物对土壤中含盐量的适应度，划分为中性植物和盐生植物。根据陆生植物对土壤水分的要求，分为旱生植物、中生植物、湿生植物。

7．繁殖方式：

以孢子繁衍后代，故统称孢子植物；种子繁衍后代，统称种子植物。

上述诸现象不仅说明了植物的多样性，而且揭示了植物界漫长的岁月里，从水生向陆生、从单细胞向多细胞、从简单向复杂、从低等向高等进化的规律。

二、植物的基本特征

尽管植物种类丰富多样，但仍表现出共同的基本特征：

1．植物细胞都有细胞壁，其初生壁的主要成分是纤维素、半纤维素和果胶质，具有较为稳定的细胞形状；

2．绿色植物和少数非绿色植物细胞内均含叶绿体，都能借助于太阳能或化学能，把简单的无机物转化成复杂的有机物，营自养生活；

3．植物在其个体发育的过程中，可以不断地产生出新的植物体部分或器官；

4．植物对于环境的变化一般不能迅速地做出行动反映，而往往只在形态上表现出长期适应的变化。

三、植物在自然界中的作用及与人类的关系

1．植物是自然界的第一生产力

绿色植物是自然界中的第一生产力，光合产物中的糖类，以及在植物体内进一步同化形成的脂类、蛋白质等物质，除了少部分消耗于本身生命活动之中，或转化为组成身体的结构材料之外，大部分贮藏于细胞中。当人类、动物食用绿色植物时，或异养生物从绿色植物躯体死后的残骸上摄取养料时，贮积物质被分解利用，能量再度释

放出来，为生命活动提供能源。存在于地下的煤炭、石油、天然气主要由远古绿色植物遗体经地质矿化而形成，都是人类生活上的重要能源物资。

随着不可再生能源资源的逐步减少，人们在寻找和开发新的可再生能源资源时，再度提出绿色植物是最大限度地利用太阳能、转化太阳能的最理想的天然工厂。石油是碳氢化合物，如何筛选出富含碳氢化合物的植物以补充和替代石油作为能源资源，将愈来愈受到人们的重视。

2．植物在自然界物质循环与生态平衡中的作用

自然界的物质始终处于不断运动之中。对于各种物质的循环，植物起着非常重要的作用。最为突出的是绿色植物在光合过程中释放氧气，不断由于补充动、植物呼吸和物质燃烧及分解时对氧气的消耗，维持了自然界中氧的相对平衡，保证了生物生命活动的正常进行。

碳是生命的基本元素。绿色植物进行光合作用时，需要吸收大量的二氧化碳以作为合成有机物的原料。而二氧化碳的补充，除了部分来自工业燃烧，火山爆发，动、植物的呼吸放出的二氧化碳外，主要的来源是依靠非绿色植物对生物尸体分解时释放出的大量二氧化碳。长期以来，空气中的二氧化碳含量能够维持在相对稳定的水平，显然与植物的合成和分解作用的相对平衡密切相关。现代工业发展迅速，空气中的二氧化碳含量有增长的趋势。面临这一严峻形势，加强植物资源的保护与合理开发利用，积极开展森林植被的营造，扩大植物的覆盖率，对于避免二氧化碳平衡遭受破坏所导致的不良后果具有十分重要意义。

在氮的循环中，植物也充当着重要的角色。固氮细菌和固氮蓝藻能将游离于空气中的分子态氮固定，转化成为植物能够吸收利用的含氮化合物；绿色植物吸入这些含氮化合物，进而合成蛋白质，建造自身或储积于体内；动物摄食植物又转而组成动物蛋白质。生物有机体死亡后，经非绿色植物的腐败分解作用而放出氨，其中一部分氨成为铵盐为植物再吸收；另一部分氨可经工业氧化或经过土壤中广泛存在的硝化细菌的硝化作用，形成硝酸盐，而成为植物的主要可用氮源。环境中的硝酸盐也可由反硝化细菌的反硝化作用，再放出游离氮或氧化亚氮返回大气，以后，又可再被固定而利

用。

氮素循环与农业生产的关系十分密切。决定不同时期的农业增长速度和平均产量水平的主要因素之一，便是氮循环向农业提供氮素的方式与数量。增加氮素在生物库与土壤库之间的循环数量，调节循环速率和减少氮素在土壤中损失，可使农业生产?获得更多的廉价氮素而有利增产。有豆科植物参与的轮作制，便是利用豆科植物与根瘤菌的共生现象而积累氮素；农林牧渔结构的合理安排以及工业合成氮的生产与施用，也在促使生物库和土壤库中的氮素贮存增加，循环加快，以促进作物产量的提高。

自然界中还有其他元素，如氢、磷、钾、铁、镁、钙以及一些微量元素，也多从土壤中被吸入植物体内，经过辗转变化，又重返土壤。总之，在物质循环中，只有通过植物和动物，微生物等生物群体的共同参与，才能使物质的合成和分解、吸收和释放协调进行，维持生态上的平衡和正常发展。

3．植物界是植物种质保存的天然基因库

在植物进化过程中，由于长期受到不同环境的影响，植物界形成了为基因片段控制的无数类型的遗传性状。数十万种的植物，犹如一个庞大的天然基因库，蕴藏着丰富的种质资源，是自然界中最珍贵的财富。植物种质资源的良好的保存和合理开发利用，对于植物的引种驯化、品种改良、抗性育种等方面将发挥出巨大作用。

植物是人类赖以生存的物质基础，是发展国民经济的物质资源。在人类生活中，衣、食、住、行等方面都脱离不开植物；农业、林业生产中的所有栽培对象，如粮食作物、油料作物、纤维作物、糖料作物、果品、蔬菜、饮料植物、观赏植物、药用植物、牧草、材用植物等均属植物资源；即是各种家畜、家禽、鱼类等的养殖，也需要植物作为饲料来源。随着近代植物育种工作的迅速发展，栽培植物的优良品种不断涌现和推广，植物资源得到更大丰富，进一步推动了农、林生产的发展。

在工业方面，无论是食品工业、油脂工业、制糖工业、制药工业、建筑工业、纺织工业、造纸工业，或是橡胶工业、油漆工业、酿造工业、化妆工业，甚至冶金工业、煤炭工业、石油工业都需要植物作为原料或参与作用。

此外，对于保持水土、改良土壤、绿化城市和庭园、保护环境、减少污染以利于

人类生活和农林生产方面，植物的作用和影响也十分深远，更是离不开植物。

我们是植物资源极为丰富的国家，为了加快国家建设，提高国民经济水平，丰富人民的物质生活，积极开展对植物资源的调查、研究及利用，是我们长期艰巨而光荣的任务。

4．植物对环境的保护作用

植物具有净化大气、水体、土壤以及改善环境方面的作用。植物通过光合作用不断补充大气中的氧气，可以有效控制大气中氧气与二氧化碳含量的比值；有些植物具有抗有害物质和吸收积累污染物的能力；植物还能降低和吸附粉尘，降低风速，时空气中的尘埃降落，植物还可调节气候、减弱噪音等。植物还具有保持水土的作用，植被的存在可使雨水沿树冠及地被层缓缓流入土中，减少雨水在地表的流失和对表土的冲刷，进而改善人类的生活和生产环境。

四、植物学的发展概况及分科

1．植物科学的简史

人类在从事生产活动之后，就与植物发生了关系，并在长期的生产实践及与自然灾害和疾病作斗争的过程中，认识利用植物，逐渐提高对植物的了解并不断积累有关知识，而植物学就是在此过程中不断发展和完善的。

我国是研究植物最早的国家之一。远在殷代就开始了种植小麦、玉米、水稻等粮食作物。到公元前600年（1296-1323）西周的遗著“诗经”中，就记载有植物200多种。特别是在长期与疾病作斗争的过程中，我国劳动人民创建了祖国医药学这一宝库。从6世纪到16世纪，就著有许多医学著作。这都是劳动人民长期对药用植物摸索的结果，是勤劳与智慧的结晶，对世界的医学发展做出了巨大的贡献。其中东汉时期（公元25～220）的神农《草本经》一书中，就收有中草药365种，是我国目前可以考查的第一部本草学总结。明代李明珍从1552～1578年花费了27年的时间编著的《本草纲目》，总结了16世纪以前我国的本草著作，记载药物1892种，其中植物有1094种，是植物学方面一部经典型的著作。分为草、谷、菜、果、木等5部，内容十分丰富。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。

国外植物科学的发展历史，最早可追溯到古希腊亚里斯多德（Aristotle）首创欧洲植物园，他的学生德奥弗拉蒂斯（E. Theophrastus）所著《植物的历史》和《植物本原》，记载了500多种植物，并提出各种植物器官的名称。以后随着小农经济的发展，兴起了许多园圃，在植物的引种、驯化、栽培和选育中，对植物的描述、分类、杂交育种、药用植物的疗效和食用植物的价值等方面，进行了不少研究，积累了知识。

从德奥弗拉蒂斯到17世纪这一漫长的历程，植物科学尚处于描述性植物学时期。植物学研究的内容和特点主要是采用描述和比较的方法，认识植物，累积植物学的基本资料和发展栽培植物。18世纪，植物学的发展在继续记述新发现植物的同时，开始植物分类系统的建立。由瑞典科学家林奈创立双名法并提出一个人为的植物分类系统。19世纪英国达尔文（C. Darwin）于1859年出版了《物种起源》，提出进化论的观点，对植物科学的迅速发展起着十分重要的推动作用。19世纪中叶，德国的施莱登（M. J. Schleiden）和施旺（T. Schwann）创立细胞学说，证明了植物和动物有着细胞这一共同的祖先，证明了生物在结构上和起源上的同一性，为以后生物学中发展起来的实验方法奠定了基础。继而，恩格勒（A. Engler）和柏兰特（K. Prantl）发表了《自然植物科志》，提出了试图反映植物类群亲缘进化关系的植物分类系统。

以后随着农业和经济的发展，人们对植物生命活动规律以及植物与环境的关系进行了多方面的研究，使植物科学逐渐形成了包括许多分支的科学体系。植物科学经过19世纪和20世纪初期的发展，由描述性植物学时期发展到主要以实验方法了解植物生命活动过程的实验植物学时期。

20世纪60年代以来，由于广泛应用数、理、化上的新成就，研究方法和实验技术大力革新，植物科学迅猛发展。在微观方面，由细胞水平进入亚细胞、分子水平，对植物体的结构与机能有了更深入的了解；在光合作用、生物固氮、呼吸作用、离子吸收、蛋白质合成等许多工作方面获得了重大的突破，特别在确认DNA是遗传的物质基础，并阐明了DNA的双螺旋结构之后，遗传学的进展尤为突出；在宏观方面，已由植物的个体生态进入到种群、群落以及生态系统的研究，甚至采用遥感技术研究

植物群落在地球表面的空间分布和演化规律，进行植物资源调查。更令人瞩目的是，随着科学的发展，植物学的各分支学科之间，植物学与其他有关学科之间，在新的水平上相互渗透，向着综合性的方向发展。例如应用植物化学及超微技术研究植物的系统发生，测定植物次生物质的分子结构及其合成途径，分析蛋白质氨基酸的顺序，以探讨种级以下单位的进化趋势。这些新的内容和动态标志着植物科学已进入一个新的发展时期。

2．植物科学的研究内容及分科

植物科学是研究植物和植物界的生活和发展规律的生物科学。主要研究植物的形态结构和发育规律，生长发育的基本特性，类群进化与分类，以及植物生长、分布与环境的相互关系等内容。随着生产和科学的发展，植物科学已形成许多分支学科：1．植物形态学：即研究植物形态、器官结构及共发育规律的学科。在内容上还可包括植物外部形态学、植物解剖学、植物胚胎学、植物细胞学等。

2．植物解剖学：即研究植物体的内部结构、个体发育及系统发育中结构建成规律，以及结构和功能与生活条件关系的科学。

3．植物分类学：即按照植物进化的程序和植物间的系统关系，对植物进行分门别类的科学。

4．植物生理学：即研究植物体生命活动及各种过程，以及植物体在个体发育中因生活条件改变而发生的物质变化的科学。

5．植物遗传学：即研究植物的遗传物质、信息传递以及中心法则，即植物遗与变异规律的科学。

6．植物生态学：研究植物对环境的适应以及植物与环境间相互关系的科学。

7．地植物学：研究植物群落及其与环境相互关系的科学。

8．植物地理学：研究地球上现存及过去植物的传播及分布的科学。

最近20年，植物科学的各个领域不断与相邻学科渗透，一些传统学科间的界限正在淡化；尤其是有关分子生物学的新概念和新技术的引入，致使边缘学科和新的综合性研究领域层出不穷，如植物细胞分类学、植物化学分类学、植物生理解剖学、植

物细胞生物学、植物生殖生物学、空间植物学等。根据近期国际植物学会议对植物科学内容的归纳分组，将植物科学主要分为分子植物学、代谢植物学、发育植物学、遗传植物学、结构植物学、系统及进化植物学、群落植物学、环境植物学、应用植物学等，基本反映了植物科学发展的一般现况。可以预期，通过学科和渗透交叉及创新提高，植物科学还将在更高层次上和更广的范围内，对探索植物生命的奥秘和发生发展的规律，出现更新的发展趋势。

总之，植物学的各个分科在历史发展中，都有其重要意义。为了深入细致的揭露植物的生命现象和发展规律，专门从事某一方面的研究，建立分科是必要的。但应注意，由于生产上的问题是多方面的、复杂的，各分科在精细分工的前提下，还要综合专业上各有关学科的协作，开展综合性的研究探讨，才能得到解决。

3．植物学的研究方法

植物学和其它自然科学样，在研究植物界的现象及本质问题时，也要经历由表及里、逐步深入等几个阶段，所以研究植物学的方法一般要采用以下几个方面：

（1）直接观察法：

即对植物界各种现象进行直接观察，或借助显微镜等仪器，对植物及其组织的形态结构、生长发育现象及地理分布规律等进行比较观察和分析。这种观察通常属于静止状态的观察，能透过种种现象的表象对植物体及其组织的形态、生长及分布等做出准确的判断。

（2）实验观察法：

即在直接观察得出结论的基础上，借助较为精密的仪器，对植物的生长、发育、代谢、生殖等过程在人工控制的条件下进行观察、试验。这是一种动态的方法，能够较深入地探讨生命活动内在联系的本质问题，得出规律性的结论。

（3）模拟和仿制：

即通过实验工作，弄清植物体生长发育及生殖等的全过程以及其中化学、物理变化及生命活动规律的机制，用人工设计的模型，把各种过程编成程序，在计算机的控制下，模拟成仿制植物的生长发育或生殖，进行生产的试验。如模拟光合作用来生产

粮食的设计等。达到掌握植物生命活动的规律，控制生命活动和改造生物有机体的目的。

4．植物学与林业科学的关系

植物学是林业、农业、园林、医药及一切以植物为生产对象或研究对象的专业的一门重要基础课，是为进一步深入学习专业基础课（如植物生理学、植物生态学等）及专业课（造林学、果树学、树木学等）奠定基础，为将来从事专业研究工作准备条件。同时，培养和增强学生分析问题及解决问题的能力。